JP2005060739A

JP2005060739A - ノズル閉塞防止可能な溶鋼の溶製方法

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Publication number: JP2005060739A
Application number: JP2003207719A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiko Ota; 光彦太田; Akito Kiyose; 明人清瀬; Wataru Ohashi; 渡大橋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-08-18
Filing date: 2003-08-18
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2023-08-18
Also published as: JP4025696B2

Abstract

【課題】ＲＥＭ添加鋼の鋳造時におけるノズル閉塞を防止する溶製方法を提案する。
【解決手段】溶鋼中酸素及び硫黄濃度に従ってＲＥＭ添加量を調整し、ＲＥＭ：０．０２０％以下、Ｏ：０．０１０％以下を溶鋼に含有させ、さらに下記（１）式に示される組成を満たす。
［％ＲＥＭ］≦−０．６１［％Ｓ］＋１．６３［％Ｏ］＋０．００７３……（１）
好ましくはさらに、Ａｌ：０．１５％以下を溶鋼に含有させ、さらに好ましくは、円相当径１０μｍ以上のＲＥＭ_２Ｏ_２Ｓ含有個数を１０個／ｃｍ^２未満とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築構造物、橋梁、海洋構造物や造船などの分野で使用されるＲＥＭ含有鋼材の製造に際し、鋳造時におけるノズル閉塞を防止する溶鋼の溶製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
結晶粒成長抑制や粒内フェライト変態の促進などに用いられる非金属介在物（以下、介在物と記す）を生成させる手段として、鋼中にＲＥＭを添加することはよく知られている。
例えば特許文献１には、質量％で、
Ｃ：０．０６〜０．１５％、Ｓｉ：０．０１〜０．７０％、Ｍｎ：０．５０〜２．０％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．００５〜０．０７％、Ｖ：０．０４〜０．１０％、Ｂ：０．０００５〜０．００２０％、Ｎ：０．００４０〜０．０１００％、ＲＥＭ：０．００２０〜０．０１０％、Ｏ：０．００２５〜０．００７０％を含有させた溶接構造用高張力鋼において、ＲＥＭオキシサルファイドをピン止め粒子として利用することにより、結晶粒の微細化を図っていることが開示されている。
【０００３】
また特許文献２では、質量％で、
Ｃ：０．０１〜０．１８％、Ｓｉ：０．０２〜０．６０％、Ｍｎ：０．６０〜２．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１５％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０８％、ＲＥＭ：０．００１０〜０．０２００％、Ｃａ：０．００１０〜０．０２００％、Ａｌ：（Ｔｉ％）／５を含有した鋼に対し、質量％でＴｉ酸化物：９０％以下、Ｃａ酸化物およびＲＥＭ酸化物の合計：５〜５０％、Ａｌ_２Ｏ_３：７０％以下からなる介在物組成を有する酸化物系介在物を２００ｎｍ以上の円相当径を有するものの個数で１×１０^３個／ｍｍ^２以上１×１０^５個／ｍｍ^２未満分散させ、これをフェライト変態核として結晶粒の微細化を図っていることが開示されている。さらに、分散させた介在物が低融点に制御されていることから、ノズル閉塞の原因となる高融点酸化物の生成を防止できると記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−８８２７６号公報
【特許文献２】
特開２００１−２００３３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載された組成に溶鋼を制御すると、ＲＥＭ硫化物が生成する場合があり、それにより、鋳造時に取鍋あるいは浸漬ノズル閉塞を引き起こし、鋳造不能になることがある。
また特許文献２に記載された方法によると、ＲＥＭ酸化物の生成を回避することはできるものの、ＲＥＭ酸化物の生成がノズル閉塞の原因ではなく、実際にはこの方法によりＲＥＭ硫化物が生成する場合があり、それにより、ノズル閉塞を回避できないことがある。
【０００６】
本発明は、ＲＥＭ添加鋼を溶製するにあたり、ＲＥＭ硫化物生成を抑制または防止し、ノズル等の閉塞を防止する方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は以下の通りである。
１）鋼の鋳造に際してＲＥＭ含有溶鋼を溶製するにあたり、所望の酸素濃度及び硫黄濃度に調整された溶鋼に対して、この酸素濃度及び硫黄濃度に応じてＲＥＭ添加量を調整することを特徴とするノズル閉塞防止可能な溶鋼の溶製方法。
【０００８】
２）溶鋼中酸素、硫黄濃度およびＲＥＭ添加後の溶鋼中ＲＥＭ濃度が、下記（１）式に示す関係を満足することを特徴とする前記１）に記載のノズル閉塞防止可能な溶鋼の溶製方法。
［％ＲＥＭ］ ≦−０．６１［％Ｓ］＋１．６３［％Ｏ］＋０．００７３……（１）
ここで、［％ＲＥＭ］：質量％で表した溶鋼中ＲＥＭ濃度
［％Ｓ］：質量％で表した溶鋼中Ｓ濃度
［％Ｏ］：質量％で表した溶鋼中Ｏ濃度
【０００９】
３）上記（１）式において、［％Ｏ］ ≦０．０１０とすることを特徴とする前記２）に記載のノズル閉塞防止可能な溶鋼の溶製方法。
４）さらに上記（１）式において、右辺≦０．０２０とすることを特徴とする前記３）に記載のノズル閉塞防止可能な溶鋼の溶製方法。
５）溶鋼中Ａｌ濃度を０．１５質量％以下に調整することを特徴とする前記１）〜４）のいずれかに記載のノズル閉塞防止可能な溶鋼の溶製方法。
６）ＲＥＭ添加後の溶鋼中のＲＥＭ_２Ｏ_２Ｓの円相当径１０μｍ以上の個数密度を１０個／ｃｍ^２未満に調整することを特徴とする前記１）〜５）のいずれかに記載のノズル閉塞防止可能な溶鋼の溶製方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、溶鋼組成を広範囲に変化させた実験を行った結果として、少なくともＳを含有する溶鋼にＲＥＭを添加した場合、ＲＥＭ硫化物によってノズル閉塞が引き起こされることを明らかにした。すなわち、ＲＥＭ硫化物を生成させないことにより、ノズル閉塞を回避できることを見出した。
従って、生成する介在物をＲＥＭ硫化物ではなく、例えばＲＥＭオキシサルファイド等にすることで、ノズル閉塞を回避できることを見出した。
【００１１】
ちなみにノズル閉塞とは、取鍋ノズル、連続鋳造時の浸漬ノズル若しくは造塊工程での注入管における詰まりを意味している。
またＲＥＭとは、Ｃｅ，Ｌａ，Ｎｄなどの希土類元素のうち一種又は二種以上により構成される合金を指している。
【００１２】
以下に本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明者らは、ノズル閉塞の原因となるＲＥＭ硫化物を生成させないためには、所望の酸素濃度及び硫黄濃度に調整された溶鋼に対して、この酸素濃度及び硫黄濃度に応じてＲＥＭ添加量を適切に調整することにより、達成できることを見出し、本発明に至った。
【００１３】
一般的に含ＲＥＭ介在物は、溶鋼中ＲＥＭ，Ｏ，及びＳ濃度に従ってその組成が変化する。従って、溶鋼中Ｏ，Ｓ濃度に応じてＲＥＭ添加量を調整することにより、生成する介在物の組成を変化させることができる。
前記の通り、介在物の組成のうちＲＥＭ硫化物はノズル閉塞の原因となることを明らかにした。そこで、ＲＥＭ硫化物を生成させない様に、すなわちＲＥＭ硫化物以外の介在物が生成する様に、溶鋼中Ｏ，Ｓ濃度に応じてＲＥＭ添加量を調整する必要がある。
尚、ＲＥＭ硫化物以外の介在物とは、ＲＥＭオキシサルファイドやＲＥＭ酸化物等が挙げられる。
【００１４】
但し、ＲＥＭ添加量が多すぎる場合、得られる鋼の機械的な特性が損なわれるということがあるため、製造する品種に応じて、所望のＲＥＭ添加量を予め設定することが重要である。従って、所望のＲＥＭ添加量の範囲で、ＲＥＭ硫化物以外の介在物が生成する様な溶鋼中Ｏ，Ｓ濃度に予め調整しておき、その後ＲＥＭを添加すれば良い。
【００１５】
この様にすることで、ノズル閉塞の原因となるＲＥＭ硫化物は生成しないことから、ノズル閉塞防止可能な溶鋼を溶製することができる。
溶鋼中Ｏ及びＳ濃度については、適宜サンプリングを行った溶鋼を、例えば酸素センサー、スパーク発光分光分析法などを用いて分析することができる。
【００１６】
次に、生成する介在物をＲＥＭ硫化物以外の介在物に制御するための、溶鋼中酸素、硫黄濃度およびＲＥＭ添加後の溶鋼中ＲＥＭ濃度の関係は、下記（１）式を満たす範囲とすることで実施できる。
［％ＲＥＭ］ ≦−０．６１［％Ｓ］＋１．６３［％Ｏ］＋０．００７３……（１）
【００１７】
上記（１）式の右辺とＲＥＭ濃度の関係を図１に示す。この様に、図１に示した発明範囲内に溶鋼組成を制御することにより、ＲＥＭ硫化物の介在物が生成せず、すなわちＲＥＭ化物以外の介在物が生成するため、ノズル閉塞を回避することができる。
【００１８】
また、ＯはＲＥＭ硫化物の生成を回避するために必要な元素であるが、溶鋼中に０．０１０質量％を超えて存在していた場合、粗大な酸化物が生成し、鋼の清浄性が低下する傾向がある。従って、Ｏ濃度の上限は０．０１０質量％とするのが好ましい。なお、Ｏ濃度が０．００２５質量％未満である場合、清浄性がさらに向上するため、より好ましい。
【００１９】
また、ＲＥＭは結晶粒微細化などを目的とした介在物生成のために鋼に添加される。しかし、０．０２０質量％を超える添加により、鋼の機械的な特性が損なわれる傾向があるため、上限を０．０２０質量％とするのが好ましい。
なお、ＲＥＭはＦｅ−ＲＥＭ合金やミッシュメタルと呼ばれる複数種のＲＥＭにより構成される合金として鋼に添加されるが、いずれの形態によっても効果は同等である。
【００２０】
Ａｌは脱酸元素として溶鋼に添加するが、０．１５０質量％を超えて添加した場合には生成する介在物がＲＥＭオキシサルファイドからＡｌ_２Ｏ_３へと変化する傾向がある。また、Ａｌ濃度が高いほどＡｌ_２Ｏ_３の生成量が増加する。
介在物がＡｌ_２Ｏ_３の場合、あまり生成量が多過ぎると、凝集合体して粗大化した介在物が溶鋼に残留する場合があるため、ノズル閉塞の原因となる。従って、Ａｌ濃度の上限は０．１５０質量％とするのが好ましい。
【００２１】
さらに、ＲＥＭ硫化物以外の介在物において、少なくともＲＥＭオキシサルファイドについては、介在物が大きくなるほどノズルに付着し易くなり、ノズル閉塞の原因となることがある。従って、含有する介在物の組成がＲＥＭオキシサルファイドの場合、粗大な介在物を少なくすることで、より確実にノズルの閉塞を防止できるため、好ましい。
【００２２】
以下に、含有するＲＥＭオキシサルファイド介在物の、好ましいサイズ及びその個数密度の好ましい範囲について説明する。
具体的には、含有するＲＥＭオキシサルファイド介在物の円相当径１０μｍ以上のＲＥＭ_２Ｏ_２Ｓ個数を１０個／ｃｍ^２未満とすることで、より確実にノズルの閉塞を防止できるため、好ましい。
介在物のサイズ及びその個数密度の測定は、ＳＥＭ−ＥＤＸで行うことができる。
【００２３】
また、上記の通り、ＲＥＭオキシサルファイド介在物の円相当径１０μｍ以上のＲＥＭ_２Ｏ_２Ｓ個数を１０個／ｃｍ^２未満とするには、真空精錬装置（ＲＨ）における還流時間を長くしてＲＥＭ_２Ｏ_２を凝集合体させて浮上させるか、もしくは連続鋳造時に溶鋼の流路に堰を設けてＲＥＭ_２Ｏ_２が鋳片に混入するのを防止する等の方策により実施することができる。
【００２４】
【実施例】
転炉で脱炭吹錬を行って出鋼時に合金を添加し、さらに真空精錬装置（ＲＨ）を用いて、表１に示す成分に調整した種々の鋼を溶製した。このとき、スパーク放電発光分光分析法（ＪＩＳＧ１２５３：２００２）により溶鋼中Ｓ濃度を、通常鉄鋼業で用いられるジルコニア固体電解質による酸素センサーを用いて溶鋼中Ｏ濃度を測定し、この値に従ってＲＥＭ濃度を調整した。
また、サンプリング装置により溶鋼を採取し、溶鋼中介在物種の同定と介在物のサイズおよび個数密度の定量を、ＳＥＭ−ＥＤＸにより実施した。
【００２５】
ノズルについては、鉄鋼業で一般に用いられるアルミナ・グラファイト質のものを使用して連続鋳造を行い、鋳片を製造した。
鋳造時の取鍋ノズルと浸漬ノズルのいずれか、又は両方の詰まり傾向、さらに鋳造後のノズルへの付着物を調査した。調査結果を表１に併せて示す。
【００２６】
ここで、ノズル閉塞あり（×）というのは、取鍋ノズルと浸漬ノズルのいずれか一方でも閉塞により、操業が困難になった状況を意味している。
また、ノズルへの付着物が観察される（△）というのは、取鍋ノズル若しくは浸漬ノズルのいずれかに介在物の付着が観察されたものの、操業には悪影響がなかった場合を意味している。
さらに、ノズル閉塞なし（○）は、取鍋ノズル若しくは浸漬ノズルのいずれにも介在物の付着がほとんど観察されなかった場合を意味している。
【００２７】
【表１】

【００２８】
本発明例であるＮｏ．１〜６では、全て％ＲＥＭ（ｃａｌｃ．）に対して鋼中ＲＥＭ濃度が低くなっていて、前記（１）式を満足している場合であり、介在物としてＲＥＭ硫化物が生成していなかった。
従って、ノズルへの介在物の著しい付着、及びノズル閉塞はおこらず、介在物の組成制御によってノズル閉塞を回避することができた。
【００２９】
一方、比較例Ｎｏ．７〜９では、％ＲＥＭ（ｃａｌｃ．）に対して、鋼中ＲＥＭ濃度が高くなっていて、（１）式を満足していない場合であり、介在物としてＲＥＭ硫化物が生成していた。従って、ＲＥＭ硫化物によるノズル閉塞が起こったために、操業が困難になった。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、ＲＥＭ含有鋼の製造にあたり、鋳造ノズルの閉塞を防止し、鋼の機械的な特性を確保しながら、操業上の重大な障害を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＲＥＭ硫化物を生成させないための溶鋼組成の範囲を示す図である。

Claims

鋼の鋳造に際してＲＥＭ含有溶鋼を溶製するにあたり、所望の酸素濃度及び硫黄濃度に調整された溶鋼に対して、この酸素濃度及び硫黄濃度に応じてＲＥＭ添加量を調整することを特徴とするノズル閉塞防止可能な溶鋼の溶製方法。
溶鋼中酸素、硫黄濃度およびＲＥＭ添加後の溶鋼中ＲＥＭ濃度が、下記（１）式に示す関係を満足することを特徴とする請求項１に記載のノズル閉塞防止可能な溶鋼の溶製方法。
［％ＲＥＭ］ ≦−０．６１［％Ｓ］＋１．６３［％Ｏ］＋０．００７３……（１）
ここで、［％ＲＥＭ］：質量％で表した溶鋼中ＲＥＭ濃度
［％Ｓ］：質量％で表した溶鋼中Ｓ濃度
［％Ｏ］：質量％で表した溶鋼中Ｏ濃度
上記（１）式において、［％Ｏ］ ≦０．０１０とすることを特徴とする請求項２に記載のノズル閉塞防止可能な溶鋼の溶製方法。
さらに上記（１）式において、右辺≦０．０２０とすることを特徴とする請求項３に記載のノズル閉塞防止可能な溶鋼の溶製方法。
溶鋼中Ａｌ濃度を０．１５質量％以下に調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のノズル閉塞防止可能な溶鋼の溶製方法。
ＲＥＭ添加後の溶鋼中のＲＥＭ_２Ｏ_２Ｓの円相当径１０μｍ以上の個数密度を１０個／ｃｍ^２未満に調整することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のノズル閉塞防止可能な溶鋼の溶製方法。