JP2002294326A - 介在物性欠陥のない薄鋼板用鋳片の製造方法 - Google Patents

介在物性欠陥のない薄鋼板用鋳片の製造方法

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JP2002294326A JP2001103652A JP2001103652A JP2002294326A JP 2002294326 A JP2002294326 A JP 2002294326A JP 2001103652 A JP2001103652 A JP 2001103652A JP 2001103652 A JP2001103652 A JP 2001103652A JP 2002294326 A JP2002294326 A JP 2002294326A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄板向け鋳片、特に飲料缶素材用鋳片におい
ては、益々の介在物低減が要求され、個数の低減ととも
にそのサイズを小さくすることが求められているが、従
来の技術では、20μmレベルの介在物個数を安定して
低減させることは困難であった。 【解決手段】 本発明は、溶鋼に脱酸材を添加する前
に、減圧雰囲気でのC脱酸や微量Alによって溶鋼中の
酸素濃度を所定の値以下に制御し、その後、脱酸材とし
てTi、Al、Caの順で金属または合金として添加す
ることにより、製品加工において介在物欠陥の生じにく
い鋳片、特に20μm以上の介在物個数が少ない、すな
わち介在物結果のない鋳片とその製造方法を提供するも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄鋼板向け炭素鋼
の連続鋳造鋳片とその製造方法に関し、特に介在物性欠
陥の少ない鋳片およびその製造方法に係わるものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、連続鋳造法で製造した鋳片におけ
る介在物性の欠陥は非常に少なくなってきている。これ
は、溶鋼段階での脱酸法の技術改善や、連続鋳造におけ
る種々の介在物対策が効を奏した結果である。(第12
6・127回西山記念技術講座「高清浄鋼」社団法人日
本鉄鋼協会,1988) しかしながら、薄板向け鋳片、特に飲料缶素材用鋳片に
おいては、一層の介在物低減が要求されており、介在物
個数の低減とともにそのサイズを小さくすることが求め
られている。鋳片内の介在物個数を低減する技術として
は、例えば、特開平07−300612号公報、特開平
05−331522号公報等がある。また、微細介在物
をつくる技術としては、例えば、特開昭58−2041
17号公報、特開平03−267311号公報等があ
る。
【0003】飲料缶用鋳片内の介在物個数を低減する技
術として、上記特開平07−300612号公報には、
二次精錬において、溶鋼中にガス吹き込みランスからフ
ラックスを吹き込んで、該フラックスを介在物と凝集合
体させ、浮上させることが記載されているが、吹き込ん
だフラックスが溶鋼中に残留して介在物となる恐れがあ
った。
【0004】また、上記特開平05−331522号公
報では、転炉内へMaOを投入してスラグを固化させた
後、取鍋内に出鋼し、その後取鍋上のスラグにAlを添
加して、スラグ中FeO濃度を2%以下にすることを記
載しているが、スラグ中FeO濃度を安定的に2%以下
にするには、多量のAl投入が必要となり、コスト的に
高くなる。また、スラグ中FeO濃度を2%以下にして
も、Al脱酸を行なう限り、脱酸生成物であるアルミナ
が生成してクラスタ状になる。これは比重が大きいた
め、溶鋼表面への浮上によるアルミナクラスタ個数の大
幅減少は、期待出来ない。
【0005】介在物のサイズを小さくする技術として
は、特開昭58−204117号公報では、Mn,Si
とTiまたはAl、或いは更にREMまたはCaを脱酸
力の弱い順で加える技術が示されているが、Mnが0.
8重量%以上と規定されており、Mnの低い薄板向けで
は適用できない。また、特開平03−267311号公
報では、TiとCaを用いた脱酸法が開示されている
が、0.005重量%以上のZrが必須となっているた
め、コスト的に高くなる。また、TiやCa添加前の溶
鋼酸素濃度が高い場合には、TiやCaを添加して脱酸
を行なっても、介在物の微細化効果が十分に発揮されな
いことから、生成した介在物は大きなものとなってしま
う。
【0006】そこで、本発明者らは先に、特開2000
−129332号公報、特開2000−129333号
公報、特開2000−144230号公報、特開200
0−144330号公報を提示した。これらの発明は、
脱酸の方法を規定して、鋳片内の53μm以上の介在物
の個数を低減させるための技術で、大きな効果が得られ
た。しかしながら、近年、ユーザーの要求は益々厳格に
なり、特に用途によっては20μm程度の小さな介在物
の個数までも大幅に低減させることが要求されるように
なったため、これらの技術のみでは完全な対応が出来く
なくなった。
【0007】このようなことから、前記各号公報の技術
では、薄板向鋼板用鋳片の介在物個数の低減と介在物サ
イズの微細化、特に20μmレベルの介在物個数を安定
して低減させることは困難であった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、鋳片
の介在物個数の低減と介在物サイズの微細化を安定して
達成することによって、介在物性欠陥の少ない薄鋼板用
鋳片とその製造方法を提供することである。すなわち、
本発明は、薄板製品で介在物性欠陥が発生しないための
鋳片内介在物条件を達成できる鋳片とその鋳片の製造方
法である。特に、介在物制約が厳しい用途で用いられる
薄鋼板用鋳片での、20μm以上の介在物個数を大幅に
低減し、介在物性欠陥のない鋳片とその製造方法を提供
することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、溶鋼に脱酸材
を添加する前に、減圧雰囲気でのC脱酸や微量Alによ
って溶鋼中の酸素濃度を所定の値以下に制御し、その
後、脱酸材としてTi、Al、Caの順で金属または合
金として添加することにより、製品加工において介在物
欠陥の生じにくい鋳片、特に20μm以上の介在物(以
下、これを有害介在物と称す)の個数の少ない鋳片とそ
の製造方法を提供するものである。
【0010】上記目的を達成するために、本発明は以下
の構成を特徴とする。 (1)減圧雰囲気の二次精錬工程で、酸素濃度が100
ppm以下の溶鋼にTi、Al、Caのそれぞれを含む
金属または合金をTi、Al、Caの順で添加して、質
量%で、C:0.001〜0.2%、Si:0.001
〜2.5%、Mn:0.01〜2.0%、P:0.00
1〜0.2%、S:0.0005〜0.05%、Al:
0.005〜0.03%、Ti:0.005〜0.06
%、Ca:0.0005〜0.005%、N:0.00
05〜0.007%、O:0.0005〜0.0050
%を含み、残部鉄および不可避的不純物からなる溶鋼と
し、この溶鋼を連続鋳造工程で鋳造して、得られた鋳片
の酸化物系介在物のうち、粒子直径が20μm以上のも
のが2000個/kg以下となるようにすることを特徴
とする介在物欠陥のない薄鋼板用鋳片の製造方法であ
る。 (2)二次精錬工程における溶鋼中の酸素濃度が100
ppm超の場合に、前記金属または合金の添加に先立ち
減圧雰囲気でAlまたはAl合金を添加して該溶鋼中の
酸素濃度を100ppm以下とすることを特徴とする前
記(1)記載の介在物欠陥のない薄鋼板用鋳片の製造方
法である。 (3)前記二次精錬工程における溶鋼中の酸素濃度が1
00ppm超の場合に、前記金属または合金の添加に先
立ち減圧雰囲気でCを添加してC脱酸により該溶鋼中の
酸素濃度を100ppm以下とすることを特徴とする前
記(1)記載の介在物欠陥のない薄鋼板用鋳片の製造方
法である。 (4)前記溶鋼が、更に、質量%で、Nb:0.001
〜0.05%、V:0.005〜0.05%、Cr:
0.01〜0.50%、Mo:0.01〜0.50%、
Cu:0.01〜0.50%、Ni:0.01〜0.5
0%、B:0.0002〜0.0020%、Mg:0.
0001〜0.0050%以下の一種または二種以上を
含有することを特徴とする前記(1)〜(3)記載の介
在物欠陥のない薄鋼板用鋳片の製造方法である。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明者らは、まず、製品にとっ
て介在物性欠陥の発生しにくい鋳片の介在物条件につい
て検討した。ここで、介在物とは、製品欠陥に悪影響を
与えやすい酸化物系のものを示す。鋳片内の介在物個数
が多くなると、製品での介在物性欠陥が発生しやすくな
る。そこで、鋳片内の介在物の大きさや個数と製品欠陥
発生との関係を調査した結果、特に介在物欠陥が発生し
やすいシャドウマスクについては、鋳片内の介在物のう
ち直径20μm以上の大きさのものが、鋳片1kgあた
り2000個以上あった場合に製品欠陥発生率が高い、
すなわち製品欠陥が発生しやすい傾向にあることが判明
した。
【0012】以下に本発明の鋳片について詳細に説明す
るために、発明の条件を規定した理由を述べる。まず、
鋳片中の酸化物系介在物のうち、20μm以上の介在物
の個数を2000個/kg以下としたのは、前述したよ
うに、一番厳しい製品での欠陥発生率が小さくなる条件
から決定したものである。
【0013】次に、このような鋳片内の介在物条件を満
たすための製造方法について検討した。本発明者らは、
まず脱酸元素について着目した。溶鋼の脱酸元素として
は、一般にAlが広く用いられている。しかしながら、
Al脱酸後の生成物であるアルミナは、一つ一つの粒子
は小さいが、生成後、直ぐに粒子同士が凝集し、クラス
タ状となってサイズが大きくなる。また、このクラスタ
は、構成粒子同士の間に鉄を含むので、比重が大きく浮
上しにくい。従って、Al脱酸で生成したアルミナ介在
物を浮上・除去するためには、静置時間を非常に長くと
る、Arガスを多量に溶鋼中へ吹き込んで、ガスと介在
物を合体させて浮上を促進する等の対策が必要であっ
た。
【0014】そこで、本発明者らはAlを単独で脱酸材
として用いず、複数の脱酸材で脱酸することを検討した
結果、Ti、Al、Caの脱酸元素を、Ti、Al、C
aの順で添加し脱酸した場合に、鋳片内の介在物個数の
うち、粒子直径20μm以上の介在物が非常に少なくな
ることを見いだした。Ti、Al、Caの脱酸元素を、
Ti、Al、Caの順で添加し脱酸した場合に、鋳片内
の0.005〜2.0μmの介在物個数が非常に多くな
ることは、先に本発明者らが知見し、その技術を発明と
して提示しているが、この脱酸法により、粒子直径20
μm以上の介在物が非常に少なくなることは、全く新し
い発見である。
【0015】次に、Tiを添加する前の溶鋼酸素濃度に
ついて検討した。表1に示す溶鋼で、表2の条件を用い
て脱酸前の溶鋼酸素濃度を変化させ、上述のTi、A
l、Caの脱酸元素を、Ti、Al、Caの順で添加す
る実機試験を行なった。その結果、図1に示すように、
Ti脱酸前の溶鋼酸素濃度が100ppmより高い場合
には、良い結果が出ないことが判った。すなわち、鋳片
内の介在物個数のうち、粒子直径20μm以上の介在物
が非常に少なくなる効果は出せなかった。従って、Ti
脱酸前の溶鋼酸素濃度が100ppm以下にする必要が
ある。
【0016】Ti脱酸前の溶鋼酸素濃度を100ppm
以下にする手段としては、熱力学的に検討すると、Mn
−Si複合脱酸が挙げられるが、本発明が対象とする薄
鋼板用鋳片では、材質上MnやSi濃度を低く制約され
る場合がある。従って、MnやSi濃度に依存しない脱
酸法を考える必要があった。そこでCに着目し、減圧下
でC脱酸を行なうことにより、溶鋼酸素濃度を100p
pm以下にすることを考えた。C脱酸平衡から検討する
と、例えばC濃度0.04重量%の場合、溶鋼温度16
00℃で雰囲気中のCO分圧が約0.2であれば、平衡
する溶鋼酸素濃度は約100ppmとなり、本発明で要
求される条件を満足する事が出来る。C脱酸は、脱酸生
成物がCOガスであるため、溶鋼中に残留して介在物と
ならないことも大きな特徴である。
【0017】また、微量Alを添加しても、溶鋼酸素濃
度を100ppm以下にすることが可能である。ここで
微量Alとは、添加した後、溶鋼中の濃度で0.005
重量%以下の場合であり、介在物生成に大きな悪影響を
与えないので、Ti添加前にAlを添加して脱酸しても
構わない。なお、脱酸を行なう前に、取鍋内溶鋼上のス
ラグにCaOやAlを添加して、スラグ中の酸素ポテン
シャルを低下させる、いわゆるスラグ改質を行なうこと
は、本発明の効果にとっても有利な方法であり、スラグ
改質を行なうほうが、更なる介在物個数の低減と介在物
の微細化が期待できる。
【0018】次に、成分について、規定した理由を述べ
る。Cは鋼の強度を持たす為に用いられる元素である
が、薄板向けでは深絞り用鋼板等でCを極力低減させた
ほうが望ましい場合もある。しかしながら、Cが0.0
01質量%以下では本発明におけるC脱酸が非常に困難
になるので、下限を0.001質量%とし、上限は薄板
材で用いられる最大炭素量として0.2質量%とした。
【0019】また、Mnも強度を得るためやSによる脆
化を抑制するために必要であり、上限はハイテン材等で
使用される場合の最大値2.0質量%とした。また、下
限は不可避的に混入するために0.01質量%とした。
Siも強度を得るためや高温特性を改善するために用い
られる元素であり、上限は薄板の特殊なハイテンや電磁
鋼で用いられる2.5質量%とした。また、不可避的に
混入するためその下限を0.001質量%とした。
【0020】Pは鋼に有害な元素であるため、極力少な
いほうが望ましいが、不可避的に混入するため下限値
0.001質量%が現実的である。しかしながら、鋼の
強度や耐食性向上の観点から多量のP添加を求められる
場合があるので、その上限を0.2質量%とした。これ
以上では、Pによる脆化の影響が強くなる。Sも同様に
製品特性に害をなす場合が多く、極力低位とすることが
望ましいが、不可避的に混入するため下限値0.000
5質量%が現実的である。また上限は連続鋳造時の割れ
を防ぐために0.05質量%とした。
【0021】Alは脱酸元素として一般的に使用されて
いるが、Alで脱酸すると、生成したアルミナ同士が凝
集して大きな介在物となり易いので、本発明では多くを
添加しないことが基本思想である。しかしながら、本発
明の対象となる薄鋼板用鋳片は、一般的にCが低いの
で、脱酸前の溶鋼酸素濃度は高くなりやすい。溶鋼酸素
が高い状態で脱酸すると、前述したように介在物が多量
に生成し、かつ介在物のサイズも大きくなるので、脱酸
前の溶鋼酸素濃度を下げる必要がある。また、前述した
ように、Ti、Al,Caの順序で脱酸する時にAlが
必要なので、上限を0.03質量%とした。また、下限
値は不可避的に混入するため、0.001質量%とし
た。
【0022】TiおよびCaは本発明の重要な元素であ
る。鋳片中の酸化物系介在物のうち、20μm以上の介
在物の個数を2000個/kg以下にするためには、前
述したようにTiやAl、Caを用いる必要があること
を、本発明者らは知見した。Tiの下限値は、脱酸効果
を得るために0.005質量%とし、上限については、
多量に添加するとCa脱酸の効果を阻害するので、0.
06質量%と規定した。
【0023】Caについても、十分な脱酸効果を得るた
めに、下限値は0.0005質量%とした。上限値は、
過剰に入れても効果が飽和するレベルとして0.005
質量%とした。Nは、Alと化合してAlNをつくり、
結晶粒の成長を抑えることに利用される。この観点から
用いられている添加量の上限値として、0.007質量
%とした。また、不可避的に混入される分を考慮して、
下限値として0.0005質量%とした。
【0024】鋳片中の酸素量は、そのほとんどが鋳片内
の酸化物系介在物として含まれる分である。製品で有害
となる20μm以上の介在物については、極力少ないほ
うが望ましいが、大きな介在物が少なくなれば、必ず酸
素量が低くなるという訳ではない。すなわち、製品に無
害な微細介在物が多数あっても、酸素量は高くなる。従
って、酸素量があるレベル以下では、必ずしも酸素量は
介在物個数の指標とは成り得ないが、酸素値が非常に高
い場合には、大きな介在物個数が多くなる傾向が見られ
るので、上限を0.0050重量%とした。また、下限
については、不可避的に混入する分を考慮して、0.0
005重量%とした。
【0025】以上が、本発明が対象とする鋼の基本成分
であるが、強度や耐食性、焼き入れ性を初めとする材料
の諸特性を向上させるために、鋼の用途に応じてNb,
V,Cr,Mo,Cu,Ni,B,REMの一種または
二種以上を添加しても、本発明の効果は何ら損なわれる
ものではない。すなわち、その添加量の範囲は、質量%
で、それぞれNb:0.001〜0.05%、V:0.
005〜0.05%、Cr:0.01〜0.50%、M
o:0.01〜0.50%、Cu:0.01〜0.50
%、Ni:0.01〜0.50%、B:0.0002〜
0.0020%、Mg:0.0001〜0.0050%
以下とする。
【0026】この他の元素として、REMの元素が溶鋼
中に含まれる場合もあるが、当該1元素につき10pp
mまでなら、含まれても本発明の効果に影響を与えるこ
とはない。なお、実際の製造プロセスでは、添加した元
素が100%溶鋼中に含まれることになるわけではない
ので、歩留を考慮して余分に添加する必要がある。ま
た、添加方法については、特に規定はしない。上記条件
を満足するように鋼中に含有できる方法であれば、どの
ような方法でも構わない。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】
【実施例】表3に示す成分の炭素鋼を表4に示す製造条
件で製造し、得られた鋳片の介在物個数と、鋳片を圧延
して得られた鋼板および、それを素材として加工した場
合の結果について調査した。調査方法としては、表5に
示した方法で行なった。なお、水準A−1、B−1で
は、C脱酸前に溶鋼340tにつき、CaOを500k
g、Alを100kg、取鍋内のスラグ上に添加した。
【0030】結果を表6に示す。表より、本発明の場合
の条件を満たす場合には、鋳片内の介在物個数が少な
く、表面疵や内部欠陥による不合格が発生せず、更に加
工時の欠陥も発生しないという良好な結果が得られた。
一方、本発明を満たさない比較材については、次の通り
問題のある結果となった。すなわち、比較材A−2で
は、脱酸元素添加前の溶鋼酸素濃度が高いこと、および
脱酸元素が異なるために鋳片内介在物が多くなった。B
−2、C−2、E−2、F−2、G−2では、脱酸元素
添加前の溶鋼酸素濃度は低いが、脱酸元素やその添加順
が異なるために鋳片内介在物が多くなった。D−2で
は、脱酸元素や添加順は同じでも、溶鋼酸素濃度が高い
ために鋳片内介在物が多くなった。HおよびIは、Ti
−Ca−Alの順序で添加を行なっても成分範囲が満た
さないために、すなわちHではAl量が多いため、また
IではTi量が多いために、鋳片内介在物個数が多くな
っている。
【0031】この結果、本発明の条件を満たさない場合
には、鋳片内介在物の個数が多く、圧延後のコイル欠陥
や製品加工時の欠陥も発生している。
【0032】
【表3】
【0033】
【表4】
【0034】
【表5】
【0035】
【表6】
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により有害
な介在物の個数が大幅に減少した薄鋼板用鋳片が得ら
れ、圧延後のコイル欠陥や製品加工時の欠陥が非常に少
ないものが得られ、加工の厳しい材料においても、介在
物性欠陥のない薄鋼板用鋳片の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Ti添加前の溶鋼酸素量と介在物サイズとの関
係を示した図。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22C 38/14 C22C 38/14 38/58 38/58 // B22D 11/00 B22D 11/00 A C22C 38/00 301 C22C 38/00 301T (72)発明者 林田 輝樹 大分県大分市大字西ノ洲1番地 新日本製 鐵株式会社大分製鐵所内 Fターム(参考) 4K013 AA07 AA09 BA08 BA14 CE01 DA03 DA12 EA19 EA25 EA30

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 減圧雰囲気の二次精錬工程で、酸素濃度
    が100ppm以下の溶鋼にTi、Al、Caのそれぞ
    れを含む金属または合金をTi、Al、Caの順で添加
    して、質量%で、C:0.001〜0.2%、Si:
    0.001〜2.5%、Mn:0.01〜2.0%、
    P:0.001〜0.2%、S:0.0005〜0.0
    5%、Al:0.005〜0.03%、Ti:0.00
    5〜0.06%、Ca:0.0005〜0.005%、
    N:0.0005〜0.007%、O:0.0005〜
    0.0050%を含み、残部鉄および不可避的不純物か
    らなる溶鋼とし、この溶鋼を連続鋳造工程で鋳造し、得
    られた鋳片の酸化物系介在物のうち、粒子直径が20μ
    m以上のものが2000個/kg以下となるようにする
    ことを特徴とする介在物欠陥のない薄鋼板用鋳片の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 二次精錬工程における溶鋼中の酸素濃度
    が100ppm超の場合に、前記金属または合金の添加
    に先立ち減圧雰囲気でAlまたはAl合金を添加して該
    溶鋼中の酸素濃度を100ppm以下とすることを特徴
    とする請求項1記載の介在物欠陥のない薄鋼板用鋳片の
    製造方法。
  3. 【請求項3】 前記二次精錬工程における溶鋼中の酸素
    濃度が100ppm超の場合に、前記金属または合金の
    添加に先立ち減圧雰囲気でCを添加してC脱酸により該
    溶鋼中の酸素濃度を100ppm以下とすることを特徴
    とする請求項1記載の介在物欠陥のない薄鋼板用鋳片の
    製造方法。
  4. 【請求項4】 前記溶鋼が、更に、質量%で、Nb:
    0.001〜0.05%、V:0.005〜0.05
    %、Cr:0.01〜0.50%、Mo:0.01〜
    0.50%、Cu:0.01〜0.50%、Ni:0.
    01〜0.50%、B:0.0002〜0.0020
    %、Mg:0.0001〜0.0050%以下の一種ま
    たは二種以上を含有することを特徴とする請求項1〜3
    記載の介在物欠陥のない薄鋼板用鋳片の製造方法。
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