JP2010280934A - 極低炭素鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最適なRH最終環流時間を決定することが可能な極低炭素鋼の製造方法を提供する。
【解決手段】極低炭素鋼のRHを用いた製造方法であって,溶鋼脱酸用Alを添加後の溶鋼中トータル酸素濃度とAl濃度を溶鋼環流中に分析し,その値をもとに下記(1),(2)式の範囲内で溶鋼環流を終了するよう調整する。0.065≧[%Al]＞0.030質量%の場合：0.043×T.[O]＋1.0≦t≦0.043×T.[O]+2.0・・・(1)0.005＜[%Al]＜0.030質量％の場合：0.043×T.［O］+100×(0.03-［%Al］)+1.0≦t≦0.043×T.［O］+100×(0.03-［%Al］)+2.0・・・(2)ここで,[%Al]:溶鋼中Ａｌ濃度(質量%),T.[O]:溶鋼中トータル酸素濃度(ppm),t:T.[O]分析用サンプルの採取後、溶鋼環流を止めるまでの時間（分）
【選択図】図１

Description

本発明は清浄性に優れた極低炭素鋼の高効率製造方法に関する。

表面欠陥が少なくかつ成形性に優れていることが要求される自動車の外装用鋼板には、極低炭素鋼が用いられており、その素材の溶製の際には、鋼の極低炭素化および高清浄化対策が採られている。

極低炭素鋼を溶製する場合には、真空処理装置を用いて未脱酸溶鋼の脱炭反応をおこさせる方法が一般的である。すなわち、転炉等の製鋼炉より炭素含有率が０．０２質量％以上０．１０質量％以下の未脱酸溶鋼を取鍋に出鋼し、その後に真空処理装置を用いて溶鋼中酸素と炭素との反応により炭素含有率０．００１質量％以上０．００５質量％以下まで脱炭する。上記の反応の際に、十分な脱炭速度を得るために必要な酸素含有率は、０．０４質量％以上であることが知られている。このような酸素含有率の高い溶鋼を転炉等の製鋼炉で得る場合、スラグ中の低級酸化物であるＦｅＯとＭｎＯの含有率の合計が、１５質量％以上２０質量％以下程度と高くなる。

真空脱炭処理後にＡｌにより脱酸処理を行った極低炭素鋼の溶鋼では、真空処理後から連続鋳造中の間に、取鍋内溶鋼中のＡｌとスラグ中の低級酸化物とが反応する。この反応によりＡｌの酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３）が生成する。この酸化物は、連続鋳造中にタンデイッシュ内や鋳型内の溶鋼から除去されずに鋳片に残存して非金属介在物となり、最終製品の品質を悪化させる。

このＡｌ_２Ｏ_３系介在物は、鋳片の表面付近に集積しやすく、そのため自動車の外装用鋼板の表面欠陥となったり、また、連続鋳造中の浸漬ノズルが閉塞する原因となったりする場合がある。浸漬ノズルが閉塞すると連々鋳ができなくなり生産性が阻害されるばかりでなく、ノズル内を通過する溶鋼に偏流が生じて鋳型内の流動状態が変化し表面欠陥が生じる。さらにこのノズル閉塞を防ぐために、ノズルの上部より吹き込まれるＡｒ等の不活性ガスの流量を増加する必要が生じる。この吹き込まれた不活性ガスも、鋳片の表面近傍に残留し捕捉された場合には、表面欠陥の一因となる。このような表面欠陥を防止するために、鋳片や熱間圧延した鋼板用素材の表面を手入れする場合は、経済性や生産性の面から問題がある。

したがって、極低炭素鋼の製造においては、連続鋳造に供する溶鋼中のＡｌ_２Ｏ_３系介在物を減少させるための対策が必要となってくる。一般的に、Ａｌ_２Ｏ_３系介在物を減少させるための方法としては、介在物の浮上分離を利用したＲＨ処理におけるＡｌ添加後の最終環流時間の確保が挙げられる。例えば、特許文献１，２では、脱酸剤添加後に１０分間の環流処理を実施している。
特開平９-４９０１１号公報 特開２０００-１２９３３８号公報 特開２００２−３２８１２５号公報 特開平１０−３１１７８２号公報

しかしながら、図１に示すように、極低炭素鋼の溶製を目的とするＲＨ処理においてＡｌ添加直後の溶鋼のサンプルを採取し、オフラインでＴ．［Ｏ］を調査したところ１０〜１００ｐｐｍ程度のばらつきがあった。したがって、環流時間一定とした場合、脱酸後のＴ．［Ｏ］のばらつきに対処するため、過剰な環流による操業ロスを発生させていた。

本発明の目的は、ＲＨ処理において、ＲＨ脱酸完了後の溶鋼中トータル酸素濃度およびＡｌ濃度をＲＨ最終環流終了前までに分析し、その値をもとに最適なＲＨ最終環流時間を決定することを特徴とする、自動車外装用の極低炭素鋼の製造方法の提供である。

本発明を実施することによって、自動車外装用鋼板を始めとする極低炭素鋼板の製品品質を良好に維持しつつ、ＲＨ操業の合理化を達成することができる。

極低炭素鋼の製造においては、溶鋼の清浄度を上げるために、真空脱ガス槽でのＡｌ_２Ｏ_３系介在物を減少させるための対策が必要となってくる。一般的に、Ａｌ_２Ｏ_３系介在物を減少させるための方法としては、介在物の浮上分離を利用した脱酸用Ａｌを添加した後の最終環流時間の確保が挙げられる。

従来から、十分な浮上分離効果が得られる環流時間は、溶鋼中のＡｌ_２Ｏ_３系介在物の量に依存していることは知られていた。しかし、環流時間を適切に決めるためのベースとなるＲＨでのＡｌ添加後の溶鋼中Ｔ．［Ｏ］濃度を正確に知る方法が無かった。

そこでまず、本発明者らはそのＴ．［Ｏ］濃度を正確に知るための溶鋼分析方法の確立に着手した。それと並行して、極低炭素鋼の溶製を目的とするＲＨ処理中に脱酸用Ａｌ添加後の溶鋼をサンプリングし、オフラインで分析してそのサンプルのトータル酸素濃度とＡｌ濃度と必要環流時間に関する関係の調査と解析を行った。その結果、自動車外装用の鋼板を製造するためには、以下に示す(1’)、(2’)式を用いて、必要環流時間を決定することが効果的であると見出した。ここで、「必要環流時間」とは、そのＴ．［Ｏ］濃度を、３０ｐｐｍ以下にするために必要な時間をいう。

また、「定数（１≦α≦２）」について、実際の操業においては、「脱酸後のサンプルのＴ．［Ｏ］濃度とＡｌ濃度と必要環流時間に関する関係」には様々な要因が影響を及ぼすので、Ｔ．［Ｏ］濃度とＡｌ％とを正確に知った上でも、或る程度のバラツキがあることを想定して環流操作を止めるタイミングを決めなければならない。このバラツキを生成する要因は完全には解明されていないが、ＲＨ処理中にも溶鋼上に存在しているスラグの影響が考えられる。また、溶鋼成分や溶鋼環流条件の影響も考えられる。しかし、そのバラツキ範囲は、後で図５、６に示すように１分間程度である。したがって、実際の操業においては、転炉での終点［Ｃ］％や転炉からの出鋼時に添加することがあるスラグ改質剤の量、及びＲＨでの処理条件などを考慮して、前記した(1’)式、(2’)式の範囲内で必要環流処理時間を決め、環流処理を終了すれば良い。

０．０６５≧［％Ａｌ］＞０．０３０％の場合：
ｔ＝０．０４３×Ｔ．［Ｏ］（ｐｐｍ）＋α ・・・(1')
０．００５≦［％Ａｌ］≦０．０３０％の場合：
ｔ’＝０．０４３×Ｔ．［Ｏ］（ｐｐｍ）＋α ・・・(2')
ここで、［％Ａｌ］：溶鋼中Ａｌ濃度（質量％）
Ｔ．［Ｏ］：トータル酸素濃度（ｐｐｍ）
ｔ：Ｔ．［Ｏ］分析用サンプルの採取後、溶鋼環流を止めるまでの時間（分）
ｔ’：補正必要環流時間（分）＝ｔ−１００×（０．０３−［％Ａｌ］）
α：定数（１．０≦α≦２．０）
さらに、本発明者らは上述した知見をベースとして、並行して技術開発を進めていた溶鋼中Ｔ．［Ｏ］の迅速分析方法をＲＨオンライン操業に適用する方法の開発に取り組み、自動車の外装用鋼板を始めとする清浄な極低炭素鋼を高能率で製造する方法として確立した。本発明を実施するためにはＴ．［Ｏ］を短時間でかつ精度よく分析する方法が必須であり、その具体的方法として、以下に示すような分析方法を使用した。

（ｉ）鉄鋼試料を黒鉛るつぼに入れて不活性ガス中で加熱融解し、発生した一酸化炭素または二酸化炭素のいずれかひとつあるいは両方の赤外線吸収度から該試料中の酸素濃度を測定する方法を用いる。

（ii）該試料表面の酸化皮膜を除去、清浄化する前処理として真空アークプラズマ処理を、アークプラズマ放電開始時の真空度を５Ｐａ以上３５Ｐａ以下かつ、アークプラズマ出力電流を１５Ａ以上５５Ａ以下とする条件下において施す。

（iii）溶鋼から採取した鋼塊に対して、高さ１．５mm以上７mm以下、表面積Ｓと体積Ｖの比（Ｓ／Ｖ）が１．０５以上１．３０以下となるように機械加工して得た小片を試料として用いる。

（iv）前記アークプラズマ放電を前記試料に、合計４回以下であって、かつ合計処理時間として０．２秒以上１．２秒以下施した後、
該試料を大気と接触させることなく、直接、分析時の温度よりも高い温度で加熱、清浄化した後、分析する温度に下げて待機させた黒鉛るつぼへ投入する。
この分析方法をオンラインで適用することにより、脱酸後のＴ．［Ｏ］濃度をＲＨ最終環流完了前までに把握し，最適なＲＨ最終環流時間を決定することが可能になった。

本発明は、以上の知見に基づいてなされたもので、その要旨は下記の通りである。
（１）質量％で、Ｃ：０．００３０％以下、Ｓi：０．５％以下、Ｍn：０．５％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎ：０．００４０％以下、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５％以上０．０６５％以下、Ｔｉ：０．０１％以上０．０６％以下を含有する極低炭素鋼のＲＨを用いた製造方法であって、溶鋼脱酸用Ａｌを添加後の溶鋼中トータル酸素濃度とＡｌ濃度を溶鋼環流中に分析し、その値をもとに以下に示す(1)、(2)式の範囲内で溶鋼環流を終了するよう調整することを特徴とする極低炭素鋼製造方法。

０．０６５≧［％Ａｌ］＞０．０３０質量％の場合：
０．０４３×Ｔ．［Ｏ］＋１．０ ≦ ｔ ≦ ０．０４３×Ｔ．［Ｏ］＋２．０ ・・・(1)
０．００５≦［％Ａｌ］≦０．０３０質量％の場合：
０．０４３×Ｔ．［Ｏ］＋１００×（０．０３−［％Ａｌ］）＋１．０ ≦ ｔ
≦ ０．０４３×Ｔ．［Ｏ］＋１００×（０．０３−［％Ａｌ］）＋２．０ ・・・(2)
ここで、［％Ａｌ］：溶鋼中Ａｌ濃度（質量％）
Ｔ．［Ｏ］：溶鋼中トータル酸素濃度（ｐｐｍ）
ｔ：Ｔ．［Ｏ］分析用サンプルの採取後、溶鋼環流を止めるまでの時間（分）

（２）前記溶鋼中トータル酸素濃度の分析方法として、
鉄鋼試料を黒鉛るつぼに入れて不活性ガス中で加熱融解し、発生した一酸化炭素または二酸化炭素のいずれかひとつあるいは両方の赤外線吸収度から該試料中の酸素濃度を測定する方法であって、
該試料表面の酸化皮膜を除去、清浄化する前処理として真空アークプラズマ処理をアークプラズマ放電開始時の真空度を５Ｐａ以上３５Ｐａ以下かつ、アークプラズマ出力電流を１５Ａ以上５５Ａ以下とする条件下において、
溶鋼から採取した鋼塊に対して、高さ１．５mm以上７mm以下、表面積Ｓと体積Ｖの比（Ｓ／Ｖ）が１．０５以上１．３０以下となるように機械加工して得た小片を試料とし、
前記アークプラズマ放電を前記試料に、合計４回以下であって、かつ合計処理時間として０．２秒以上１．２秒以下施した後、
該試料を大気と接触させることなく、直接、分析時の温度よりも高い温度で加熱、清浄化した後、分析する温度に下げて待機させた黒鉛るつぼへ投入する鉄鋼中酸素分析方法を用いることを特徴とする、上記（１）に記載の極低炭素鋼製造方法。

本発明により、ＲＨ処理において、ＲＨ脱酸完了後の溶鋼中トータル酸素濃度およびＡｌ濃度をＲＨ最終環流終了前までに分析し、その値をもとに最適なＲＨ最終環流時間を決定することで、過剰ＲＨ環流時間を削減可能となり高効率で自動車外装用の極低炭素鋼の製造が可能となる。

極低炭素鋼の溶製を目的とするＲＨ処理においてＡｌ添加直後の溶鋼のサンプルを採取し、オフラインでＴ．［Ｏ］を分析調査した結果を示すグラフである。 ＲＨ処理後Ｔ.［Ｏ］と製品格落ち率との関係を示すグラフである。 環流時間と溶鋼中Ｔ.［Ｏ］との関係を示すグラフである。 脱酸処理後Ｔ.［Ｏ］と過剰環流時間との関係を示すグラフである。 脱酸後Ｔ.［Ｏ］と必要環流時間との関係を示すグラフである。 脱酸後Ｔ.［Ｏ］と補正必要環流時間との関係を示すグラフである。 本発明に係る鉄鋼中酸素分析設備を模式的に示す図である。

以下、本発明に係る極低炭素鋼の製造方法の最良の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本明細書において、鋼またはスラグの化学組成を示す「％」は、特にことわりが無い限り「質量％」である。

転炉などで溶製したＣ濃度：０．０２％以上０．１％以下の未脱酸または弱脱酸の溶鋼を取鍋へ出鋼する。このとき、炉内スラグは不可避的に取鍋内に流出する。この流出スラグは低級酸化物（ＦｅＯ、ＭｎＯ）を含有しており、脱酸後に脱酸元素と反応して介在物を生成し、溶鋼の清浄性を悪化させる可能性がある。そこで、この流出スラグ中の低級酸化物の濃度が著しく高い場合には、事前にスラグ中低級酸化物を還元しその濃度を低減する目的で、出鋼時の出鋼流または取鍋内スラグに金属ＡｌあるいはＡｌ合金を含有するスラグ改質剤を添加してもよい。スラグ中のＦｅＯ＋ＭｎＯ％の管理目標は、合計で２％以上１０％以下であることが望ましい。

スラグ改質剤は、Ａｌ:４０％+ＣａＣＯ_３:６０％またはＡｌ:５０％+Ａｌ_２Ｏ_３:４０％+ＣａＯ:１０％のような組成のものを用いればよく、スラグ改質在中のＡｌは金属ＡｌまたはＡｌ合金を用いればよい。スラグ改質剤中の金属ＡｌまたはＡｌ合金は、スラグ中低級酸化物の還元剤として含有させるものである。金属ＡｌまたはＡｌ合金は還元力が強く、スラグ中低級酸化物の低減に有効である。

本発明方法は、取鍋全体を真空容器内に入れ、取鍋底部のポーラスプラグから不活性ガスを吹き込むタンク脱ガス装置、または取鍋内溶鋼に２本足浸漬管を浸漬して真空槽内を真空排気し、片方の浸漬管から環流用不活性ガスを吹き込むＲＨ脱ガス装置など、溶鋼の真空脱炭ができる装置を用いて真空脱炭処理を実施した後、鋼の清浄性を向上させるために、この溶鋼に所定の脱酸剤を添加し、脱酸処理を行い、脱酸後の溶鋼のサンプルのトータル酸素濃度とＡｌ濃度から、最適なＲＨ最終環流時間を決定し、処理を実施するものである。

図２に示すように、自動車の外装用鋼板を対象としてＲＨ処理後Ｔ.［Ｏ］と製品の格落ち率との関係を調査した結果、環流終了後の溶鋼中のＴ．［Ｏ］が３０ｐｐｍを超えると、格落ち率が増加してしまうことが分かっている。この調査において対象とした自動車の外装用鋼板の成分範囲を、表１に示す。なお、表１に示される鋼の化学組成の単位は質量％であり、残部はＦｅおよび不純物である。

従来から、極低炭素鋼のＲＨ処理においては図３に示すように、脱酸用Ａｌを添加した後の溶鋼中Ｔ．［Ｏ］濃度は、溶鋼環流時間に応じて単調に減少すると知られていた。したがって、初期のＴ．［Ｏ］濃度のバラツキが大きい場合には、Ｔ．［Ｏ］濃度を一定値以下に低減させるために必要な溶鋼環流時間も大きく異なっていると容易に考えられる。

しかし、従来は、ＲＨで脱酸用Ａｌを添加した後の溶鋼中Ｔ．［Ｏ］濃度の値を、溶鋼環流処理中に正確に知る具体的な方法が知られていなかった。そのため、経験と勘に頼ってＡｌ添加後の環流時間を決めるしかなく、このバラツキの存在を考慮して長目に環流時間をとらざるを得なかった。

その結果、図４に示すように、Ｔ．［Ｏ］≦３０ｐｐｍでの環流時間が過剰な場合が多くなっていた。
しかし、脱酸用Ａｌを添加した後の溶鋼中Ｔ．［Ｏ］濃度の値を、溶鋼環流処理中に正確に知ることが出来れば、Ｔ．［Ｏ］≦３０ｐｐｍにするために必要な環流時間を適確に求めて、溶鋼環流を止めることができる。

そこで先ず、本願発明に係る発明者らは前記した溶鋼中酸素濃度の迅速分析方法の確立に注力した。そして、その分析方法が確立されるのに合わせて、その分析方法を極低炭素鋼を溶製するためのＲＨ環流時間の適正化に用いられるよう、本願発明技術の開発を進めた。

その調査条件を表２に示し、その調査結果を図５、図６に示す。なお、表２に示される鋼の化学組成の単位は質量％であり、残部はＦｅおよび不可避的不純物である。また、スラグの化学組成の単位も質量％である。

表中の環流用Ａｒ流量の範囲は、２００〜３００ｔの溶鋼対象として共通である。また、環流量は以下に示す計算式(3)を用いて算出することができ、その式に操業条件を当て嵌めて算出すると、環流量は９０〜１００t/minの範囲に相当する。

図５は、脱酸後Ｔ.［Ｏ］と必要環流時間との関係を示すグラフである。
図６は、脱酸後Ｔ.［Ｏ］と補正必要環流時間との関係を示すグラフである。
ＲＨ最終環流時間は、図５、６に示すように(1')，(2')式で決定される時間よりも短くすると、環流終了後の溶鋼中のトータル酸素が３０ｐｐｍを超えてしまうため、製品の格落ち率が増加してしまうことになると分かった。

このように、ＲＨ処理におけるＡｌ添加後の最終環流時間は、当該Ａｌの添加後からＴ．［Ｏ］分析用の溶鋼サンプルを採取するまでの時間と(1')，(2')式で決定される当該サンプリング後の必要環流時間とを加算した時間とすることが適切である。この時間よりも長くなると、Ｔ．［Ｏ］≦３０ｐｐｍとするには過剰な環流処理となり、無意味にＲＨ処理時間を延長していることとなるため、生産性を大きく阻害してしまうことになる。

以上のことから、ＲＨ処理におけるＡｌ添加後の最終環流時間は、当該Ａｌの添加後からＴ．［Ｏ］分析用の溶鋼サンプルを採取するまでの時間に(1)，(2)式で決定される当該サンプリング後の必要環流時間を加算した時間の範囲内であることが必要である。

０．０６５≧［％Ａｌ］＞０．０３０％の場合：
０．０４３×Ｔ．［Ｏ］＋１．０ ≦ ｔ ≦ ０．０４３×Ｔ．［Ｏ］＋２．０ ・・・(1)
０．００５≦［％Ａｌ］≦０．０３０％の場合：
０．０４３×Ｔ．［Ｏ］＋１００×（０．０３−［％Ａｌ］）＋１．０ ≦ ｔ
≦ ０．０４３×Ｔ．［Ｏ］＋１００×（０．０３−［％Ａｌ］）＋２．０ ・・・(2)
ここで、［％Ａｌ］：溶鋼中Ａｌ濃度（％）
Ｔ．［Ｏ］：溶鋼中トータル酸素濃度（ｐｐｍ）
ｔ：Ｔ．［Ｏ］分析用サンプルの採取後、溶鋼環流を止めるまでの時間（分）

本発明者らは、上述した知見をオンライン操業に反映させるために、Ｔ．［Ｏ］を短時間でかつ精度よく分析する方法として、以下に示すような分析方法を使用した。

以下にその分析方法について図面を参照しつつ詳しく説明する。
図７はこの本発明に係る分析方法を実施するための鉄鋼中酸素分析装置を模式的に示したものである。

本発明に係る分析方法に求められる短時間かつ高精度分析を実現するために、本発明で組み合わせる要素技術の内、迅速かつ再現性の高い試料前処理方法として、真空アークプラズマ処理を選択した。例えば、特許文献３に開示された金属中成分分析用試料の調整方法及び装置を適用すればよい。予め真空に保った試料前処理装置１内に、隔離バルブ４を介して、真空度をほとんど変化させることなく、処理前試料投入口３から試料を挿入することができる。その後、真空アークプラズマ処理により、試料表面の酸化皮膜を数秒で除去する。該装置では、試料を自動搬送するため、試料形状を円柱またはブロック（直方体）に限定する。試料は、試料台に載置して処理するため、試料台と接する面は処理されない。そこで、試料を反転させて処理する必要がある。つまり、ひとつの試料に対して、少なくとも２回は放電する必要がある。放電回数が増えると、試料が長時間加熱されることになり、一旦、酸化皮膜除去された試料表面は再び酸化されてしまう。したがって、試料表面の酸化皮膜を確実、正確かつ再現性良く除去し、精錬操業上必要とされる分析精度を確保するため、下記の条件でアークプラズマ処理する必要がある。

(a)真空度：５Ｐａ以上３５Ｐａ以下。真空アークプラズマによる試料表面酸化皮膜除去反応は真空度が高いほど促進されるが、３５Ｐａを超えると、試料温度上昇に伴う再酸化反応が顕著になるため好ましくない。一方、５Ｐａより低いと、酸化皮膜除去反応自体が進行しなくなるため、好ましくない。したがって、最適な真空度が存在する。
なお、処理時に真空度が一定値に保持されるよう、真空排気バルブとガス導入バルブの開閉を制御する圧力制御機構を有することがなお好ましい。
(b)アークプラズマ出力電流：１５Ａ以上５５Ａ以下とする。
(c)処理時間：ひとつの試料に対して、合計の処理時間は０．２秒以上１．２秒以下とする。
(d)処理回数：ひとつの試料に対して、合計の処理回数は４回以下とする。

処理後の試料は、大気と接触させることなく、分析装置２に配置した前処理済試料投入口５を通じて、最終的に黒鉛るつぼに投入する。試料前処理チャンバーと分析装置の試料投入口は真空または不活性ガスで内部を置換した連結管８で連結する。不活性ガス種としては、空気との比重差を考慮して、連結管内を確実にガス置換して、処理後の試料の再酸化を防止する観点、さらには経済的な観点から、Ａｒが好ましい。特許文献３に開示された装置構成では、前処理済試料は払い出された後、別置きの酸素分析装置に移送される。しかし、本発明の目的では迅速性が要求されることから、試料前処理装置１と酸素分析装置２を、それぞれ鉛直上下に配置し、連結管８内を自由落下させて、試料を移送する方法、すなわち図７のような装置構成を採用した。

この本発明の装置構成では、酸素分析装置２が床面に近い位置に配置され、分析装置２内部の清掃がガス中の不純物吸着剤の交換等、装置の維持管理作業に支障をきたす。そこで、架台６に組み込まれた装置全体をリフター７に載せて昇降可能とし、当該作業の際には装置全体を上げて、作業性を確保した。このリフター７の駆動方式は特に問わないが、装置全体では相当な重量であることから、操作性の観点で、自動油圧式が好ましい。また、リフター７の可動部は伸縮可能な材料で覆い、作業者が挟まれることのないよう、安全性に配慮した構造を有することが望ましい。

さらに、連結した酸素分析装置２が故障して使えない場合や、分析待ちの前処理済試料を別の酸素分析装置で分析する場合に備えて、試料前処理装置１と酸素分析装置２の連結管８途中に、前処理済試料の取出口９を設ける。

本発明で組み合わせる要素技術の内、溶鋼から採取した鋼塊より簡便かつ迅速に分析試料を得る方法として、溶鋼から採取した鋼塊を切断して作製した高さ（厚さ）が１．５ｍｍ以上７ｍｍ以下のスライスに対して、打ち抜いた円柱状小片を試料として用いる。具体的には、例えば、特許文献４に開示された分析試料の調整方法及び装置を適用すればよい。試料表面の酸化皮膜を確実、正確かつ再現性良く除去するためには、試料底面の直径と高さから計算される表面積Ｓと体積Ｖの比Ｓ／Ｖが、「１．０５≦Ｓ／Ｖ≦１．３０」を満たすような形状を確保する必要がある。

この理由は現時点で十分解明できていないが、電極形状などアーク処理部の形状に依存して、アークプラズマの空間分布において効率的な処理に好適な位置が限定されることに対応しているものと推察される。

本発明で組み合わせる要素技術の内、高精度な鋼中酸素分析方法として、不活性ガス中加熱融解−赤外線吸収法を動作原理とする酸素分析装置を選択した。この分析法では、試料ホルダと試料の脱酸反応剤（炭素）供給源を兼ねる黒鉛るつぼを使用する。

分析に先立って、るつぼ表面に吸着した酸素や汚染を除去するため、分析時よりもやや高い温度でるつぼだけを予め加熱する、いわゆる「空焼き」処理を実施する。「空焼き」処理により、黒鉛るつぼから発生する酸素、一酸化炭素あるいは二酸化炭素が分析値を変動させる影響を低減できる。市販の酸素分析装置で鋼中の酸素を分析する際には、通常、るつぼ、すなわち試料を１８００℃〜２２００℃程度の温度に加熱する。本発明で要求される高い分析精度を実現するためには、例えば、分析時の温度よりも１００℃以上高い温度で、かつ、１５秒以上加熱すればよい。

また、市販の酸素分析装置では、まず、分析装置内に試料を取り込み、試料周辺の雰囲気をキャリアガスであるヘリウムガスで置換する間に、るつぼの交換、電極の清掃および「空焼き」処理を実施する。したがって、試料を投入してから分析値が判明するまで、比較的長い時間を要する。るつぼの交換および電極の清掃、さらに「空焼き」処理を先行して実施させ、分析装置が分析可能な状態で清浄化前処理した試料を投入することで、要求される分析所要時間に応じた迅速化を実現させることができる。

通常、酸素分析に際して、検出したガス量を試料中の酸素濃度に変換するため、試料重量を精密に秤量する必要がある。真空アークプラズマ処理前後での試料重量変化を評価した結果、試料の形状や表面酸化度合いによって多少ばらつきはあるものの、高々１ｍｇ程度の減量であったことから、試料重量０．５〜１．０ｇに対しては実用上無視できる程度の誤差しか与えないことが判明した。そこで、本発明を実施する際には、機械加工して得た後に予め秤量した分析試料を、真空アークプラズマ処理し、大気と接触させることなく、そのまま酸素分析装置に挿入することとした。

（基本条件）
転炉およびＲＨ真空処理装置を用いて、２７０tの自動車外装用極低炭素鋼（成分範囲は表１のとおりである。）を溶製した。転炉では、Ｃ濃度を０．０２質量％以上０．１０質量％以下に精錬し、１６４０℃以上１６９０℃以下の溶鋼を取鍋に出鋼した。出鋼に際し、転炉からのスラグ流出を極力抑制するようにした。出鋼直後の取鍋内の溶融スラグに、造滓剤として生石灰、Ａｌ_２Ｏ_３系フラックス、ＣａＯ系フラックスを、スラグ改質剤として、Ａｌ灰、Ａｌ―ＣａＯ系フラックスを適宜添加して、スラグ中のＦｅＯ＋ＭｎＯ濃度が２質量％以上１０質量％以下になるように調整した。

次に、ＲＨ真空処理装置を用いて、溶鋼中の炭素含有率が０．００５０質量％以下となるまで真空脱炭を行った。その後に、真空槽内にＡｌを添加して脱酸を行い、溶鋼中のＡｌ含有率を０.００５質量％以上０．０６５質量％以下に調整した。本発明例としてその脱酸調整後の溶鋼サンプル中のＴ.［Ｏ］とＡｌ濃度を前記の方法で迅速に分析し、その値を用いて最終環流時間を決定した。また、比較例として環流時間１０分で処理を実施した。ＲＨの浸漬管径は６６０ｍｍ、環流用Ａｒガス流量は１.２Ｎｍ^３／ｍｉｎ、処理中真空度は１〜３Ｔｏｒｒとした。脱酸剤は、金属Ａｌを用いた。
次いで、連続鋳造によりスラブ、圧延により成品コイルとし、超音波探傷法で製品疵を調査した。

結果を表３に示す。本発明例１と２は、それぞれ脱酸後［％Ａｌ］＝０．０３８質量％と０．０５８質量％であるため（１）式を用いて最終環流時間を決定した。最終環流時間は、脱酸後［％Ａｌ］が同じレベルの比較例１と比べると５〜６分短縮されていて、しかも格落ち率は、ほぼ同じ値であった。このことから、本発明例では、必要にして十分な適正環流時間が確保されていることがわかる。
また、本発明例３と４は、それぞれ脱酸後［％Ａｌ］＝０．０２５質量％と０．００８質量％であるため(2)式を用いて最終環流時間を決定した。最終環流時間は、脱酸後［％Ａｌ］が同じレベルの比較例２と比べると３〜６短縮されていて、しかも格落ち率は、ほぼ同じ値であった。このことから、本発明例では、［％Ａｌ］が比較的低い場合にあっても、必要にして十分な適正環流時間が確保されていることがわかる。

１ 前処理装置
２ 酸素分析装置
３ 処理前試料投入口
４ 隔離バルブ
５ 前処理済試料投入口
６ 架台
７ リフター
８ 連結管
９ 前処理済試料途中取出口

Claims (2)

1. 質量％で、Ｃ：０．００３０％以下、Ｓi：０．５％以下、Ｍn：０．５％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎ：０．００４０％以下、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５％以上０．０６５％以下、Ｔｉ：０．０１％以上０．０６％以下を含有する極低炭素鋼のＲＨを用いた製造方法であって、
   溶鋼脱酸用Ａｌを添加後の溶鋼中トータル酸素濃度とＡｌ濃度を溶鋼環流中に分析し、
   その値をもとに以下に示す（1）、（2）式の範囲内で溶鋼環流を終了するよう調整することを特徴とする極低炭素鋼製造方法。
   ０．０６５≧［%Ａｌ］＞０．０３０質量％の場合：
   ０．０４３×Ｔ．［Ｏ］＋１．０ ≦ ｔ ≦ ０．０４３×Ｔ．［Ｏ］＋２．０ ・・・(1)
   ０．００５≦［%Ａｌ］≦０．０３０質量％の場合：
   ０．０４３×Ｔ．［Ｏ］＋１００×（０．０３−［%Ａｌ］）＋１．０ ≦ ｔ
   ≦ ０．０４３×Ｔ．［Ｏ］＋１００×（０．０３−［%Ａｌ］）＋２．０ ・・・(2)
   ここで、［%Ａｌ］：溶鋼中Ａｌ濃度（質量％）
   Ｔ．［Ｏ］：溶鋼中トータル酸素濃度（ｐｐｍ）
   ｔ：Ｔ．Ｏ分析用サンプルの採取後、溶鋼環流を止めるまでの時間（分）
2. 前記溶鋼中トータル酸素濃度の分析方法として、
   鉄鋼試料を黒鉛るつぼに入れて不活性ガス中で加熱融解し、発生した一酸化炭素または二酸化炭素のいずれかひとつあるいは両方の赤外線吸収度から該試料中の酸素濃度を測定する方法であって、
   該試料表面の酸化皮膜を除去、清浄化する前処理として真空アークプラズマ処理をアークプラズマ放電開始時の真空度を５Ｐａ以上３５Ｐａ以下かつ、アークプラズマ出力電流を１５Ａ以上５５Ａ以下とする条件下において、
   溶鋼から採取した鋼塊に対して、高さ１．５mm以上７mm以下、表面積Ｓと体積Ｖの比（Ｓ／Ｖ）が１．０５以上１．３０以下となるように機械加工して得た小片を試料とし、
   前記アークプラズマ放電を前記試料に、合計４回以下であって、かつ合計処理時間として０．２秒以上１．２秒以下施した後、
   該試料を大気と接触させることなく、直接、分析時の温度よりも高い温度で加熱、清浄化した後、分析する温度に下げて待機させた黒鉛るつぼへ投入する鉄鋼中酸素分析方法を用いることを特徴とする、請求項１に記載の極低炭素鋼製造方法。

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