JP2663231B2 - 低炭素溶鋼中のアルミナの凝集防止方法 - Google Patents

低炭素溶鋼中のアルミナの凝集防止方法

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JP2663231B2 JP2080693A JP2080693A JP2663231B2 JP 2663231 B2 JP2663231 B2 JP 2663231B2 JP 2080693 A JP2080693 A JP 2080693A JP 2080693 A JP2080693 A JP 2080693A JP 2663231 B2 JP2663231 B2 JP 2663231B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は低炭素溶鋼中のアルミナ
(Al23 )系介在物の凝集を防止し、良質な鋼材を
製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近、鋼材に要求される品質は次第に厳
しく、かつ多様化してきており、より清浄な鋼を製造す
る技術の開発が強く望まれている。鋼材中の酸化物系介
在物も例外ではなく、鋼材中での悪影響度を軽減するた
めに一層の低減が要求されてきた。すなわち、酸化物系
介在物とくにアルミナ(Al23 )系介在物はタイヤ
コード等線材の断線原因、軸受鋼等の棒鋼では転動疲労
特性の悪化原因、さらにDI缶等の薄鋼板では製缶時ワ
レの原因になることが知られており、その低減が強く求
められてきた。
【0003】このような状況にあって、アルミナ系介在
物の低減・除去技術は溶鋼二次精錬技術の発展に伴い、
技術的進展がみられた。その概要は昭和63年11月、
日本鉄鋼協会発行の第126・127回西山記念技術講
座「高清浄鋼」第11〜第15ページに詳述されてい
る。実際の工業プロセスにおいては、要素技術を種々組
合せて介在物の低減を図っているのが現状である。すな
わちRH、粉体吹込み装置等の二次精錬装置の適用によ
る脱酸生成物の低減を中心として、断気、スラグ改質等
による再酸化防止、スラグカットによる混入酸化物系介
在物の低減を組合せ、その低減ニーズに対処している。
しかし、これらの技術は総じてコストアップを招くこ
と、さらにはアルミナ系介在物の除去限界に接近してい
るのも事実である。
【0004】本発明者らは上記現状を打破する画期的方
法として、特願平3−337922号および特願平4−
14498号を提案した。この方法はAl23 が存在
する溶鋼にMgを添加することにより、Al23 をA
23 ・MgOあるいはMgOに改質し、酸化物サイ
ズを微細化し、酸化物の鋼材への悪影響度を完全に解消
させるものである。
【0005】
【発明が解決するための課題】しかしながら、特願平3
−337922号および特願平4−14498号の方法
では、適用可能な溶鋼組成に限界があった。すなわち溶
鋼C含有量が0.2重量%以上では技術的問題はない
が、0.2重量%未満の場合、Mg添加時の溶鋼飛散が
激しいため実際の添加は困難であった。本発明はこのよ
うな欠点を解決し、すべての炭素溶鋼へのMg添加を可
能とすることを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、Si、Mn、Alを含有し、C含有
量が0.2重量%未満の溶鋼に脱酸調整を施し、溶存酸
素を50ppm以下とした後、Mg合金を添加すること
を特徴とする低炭素溶鋼中のアルミナの凝集防止方法で
ある。
【0007】ここで、Mg合金としてMg含有量0.5
重量%超かつ30重量%以下のFe−Si−Mg合金、
Fe−Mn−Mg合金、Fe−Si−Mn−Mg合金、
Si−Mg合金およびMg含有量5重量%超かつ70重
量%以下のAl−Mg合金を1種類以上用いること、ま
たMg合金中のMg添加速度を0.002〜0.100
(kg/t−溶鋼)/分にコントロールすることも特徴
とする。またMg合金を連続鋳造タンディッシュおよび
連続鋳造モールドの少なくとも一方で添加すること、そ
の添加方法は粒状のMg合金を不活性ガスにより溶鋼中
に吹き込む、あるいは粒状のMg合金を鉄製ワイヤ中に
充填し、溶鋼中に供給することも特徴とする。
【0008】
【作用】Mg添加のねらいは、溶鋼中に存在する酸化物
のサイズを微細化し、鋼材品質に対する酸化物の悪影響
を解消することにある。すなわち、鋼材中の介在物の大
きさが大きいほど、その部分に応力が集中しやすくな
り、欠陥となりやすく好ましくないことから、酸化物に
ついても大きくしなければ悪影響を及ぼさない。この考
え方に基づき、本発明者らは溶鋼中で凝集・粗大化しや
すいAl23 の微細化法を種々検討した。その結果、
Al23 を改質しAl23 ・MgOあるいはMgO
とすることにより、Al23 の凝集・粗大化を完全に
防止でき、溶鋼中に存在する酸化物を極めて微細なサイ
ズとすることが可能となった。以下、本発明の詳細につ
いて述べる。
【0009】まず、本発明対象のMg合金添加前の溶鋼
組成について述べる。本発明では従来Mg添加が困難で
あったC含有量0.2重量%未満の低炭素溶鋼を対象と
する。Si、Mn、Alは脱酸元素であり、脱酸調整時
に溶存酸素を効率よく50ppm以下にするために、所
定量のSi、Mn、Alを含有した溶鋼にMgを添加し
た方が得策である。
【0010】C含有量0.2重量%未満の低炭素溶鋼で
は溶存酸素が多くなり、このため添加Mgは溶存酸素と
激しく反応する。この反応は急激な発熱を伴うため、溶
鋼飛散が生じ、安全対策が必要となる等操業上問題であ
る。さらに溶鋼飛散は鉄歩留りの低下にもつながり好ま
しくない。
【0011】この対策を種々検討した結果、Mg添加前
溶鋼に脱酸調整を施し、溶存酸素を50ppm以下とす
る方法が最も効率的であることを究明した。溶存酸素が
50ppm以下の範囲では溶鋼飛散は僅少となり、安定
した操業が可能となる。さらにMg添加による鉄歩留り
の低下もほとんどない。溶存酸素を50ppm以下とす
る方法については特に限定するものではない。一般的に
はMg添加前にAl、Si、Mnの一定量以上を添加す
ることにより達成される。
【0012】本発明においては、MgはMg合金として
添加する。その理由はMg単独では反応性が激しく実際
の工業プロセスでの使用が困難なことによる。Mg合金
組成としては、溶鋼に添加する必要のある元素との組合
せ、さらには合金製造の可否等を勘案して決めるべきで
ある。これらより、Fe−Si−Mg合金、Fe−Mn
−Mg合金、Fe−Si−Mn−Mg合金、Si−Mg
合金およびAl−Mg合金が使用できる。これらの合金
は1種類以上同時に用いてもよい。
【0013】Fe−Si−Mg合金、Fe−Mn−Mg
合金、Fe−Si−Mn−Mg合金、Si−Mg合金の
Mg含有量を30重量%以下に規定する理由は合金添加
時の溶鋼飛散防止のためである。すなわち合金中のMg
が30重量%を越えると反応性が激しくなり、合金添加
時に溶鋼が飛散し好ましくない。またMg含有量が0.
5重量%以下になると、Al23 ・MgOあるいはM
gOへの改質が十分進行せず好ましくない。一方Al−
Mg合金の場合にはMgの反応性が前記合金よりも低い
ので、5重量%超かつ70重量%以下が適正範囲とな
る。
【0014】なお、合金中のMg以外の成分の含有量は
規定するものではないが、Feをある程度含有したもの
が、合金製造上好ましい。また極く少量のCa等を合金
に複合してもよい。
【0015】次に、Mg合金中のMg添加速度を0.0
02〜0.100(kg/t−溶鋼)/分にコントロー
ルする理由を述べる。Mgは非常に反応性に富んでいる
ため、一定速度以上で添加した場合は激しい発煙、耐火
物侵蝕等が起こり好ましくない。この点に関して、Mg
合金中のMg添加速度を0.100(kg/t−溶鋼)
/分以下にすることにより、激しい発煙、耐火物侵蝕等
を防止できることがわかった。また0.002(kg/
t−溶鋼)/分未満の添加速度ではMgの蒸発ロス比率
が大きく、Al23 の還元が不十分であることも明か
となった。
【0016】次に、Mg合金の添加条件について記載す
る。Mg合金を連続鋳造タンディッシュおよび連続鋳造
モールドの少なくとも一方で添加する理由はMgの蒸発
ロス防止である。すなわち高蒸気圧元素であるMgはよ
り低温の場所で添加すべきであり、具体的には連続鋳造
タンディッシュおよび/または連続鋳造モールドで添加
が望ましい。なお設備制約等がある場合は溶鋼取鍋で添
加することがあってもよい。
【0017】また、粒状のMg合金を不活性ガスにより
溶鋼中に吹き込む方式、鉄製ワイヤ中に充填し溶鋼中に
供給する方式では、Mgと大気中酸素との接触が抑制さ
れMgの酸化ロスが大幅に低減する。なおこれらMg合
金の供給は取鍋内溶鋼に適用してもよいが、温度的には
粒状のMg合金を不活性ガスにより吹込む方式は連続鋳
造タンディッシュ、また鉄製ワイヤ方式は連続鋳造モー
ルドへの適用がより有利である。
【0018】これらによりMgの添加効率は向上し、そ
の結果Al23 の改質が促進され、材質特性が飛躍的
に向上する。
【0019】
【実施例】以下本発明の実施例を述べ、本発明の効果を
記載する。 実施例1 120ton転炉にて母溶鋼を溶製し、取鍋へ出鍋する
際にSi、Mn、Alを添加した。続いて取鍋内溶鋼に
RH処理を施しながらAlを添加し、溶鋼中溶存酸素を
10〜20ppmに調整し、表1に示す組成の線材相当
溶鋼115〜125tonを得た。この溶鋼に表2に示
す条件でMgを添加し、さらに連続鋳造、線材圧延によ
り線材素材を製造した。得られた線材素材の中村式回転
曲げ疲労試験(応力80kgf/mm2 )の結果は表2
に示すように比較例に対して極めて良好な成績が得られ
た。また鋼材中の介在物は大部分Al23 ・MgO、
MgOであり、その大きさは11μ以下であった。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】比較例1 一方、実施例1と全く同様の方法で表1に示す組成の線
材相当溶鋼110〜125tonを得た後、表2に比較
例として示す本発明範囲外の条件でMgを添加した。そ
の結果得られた線材素材の中村式回転曲げ疲労試験結果
は表2に示すように実施例1と比較して好ましくない成
績が得られた。また鋼材中の介在物は大部分Al23
であり、その大きさは23μ以下と実施例1より大であ
った。
【0023】比較例2 120ton転炉にて母溶鋼を溶製し、取鍋へ出鍋する
際にMnのみを添加し、続いて取鍋内溶鋼にRH処理を
施し、表3に示す組成の線材相当溶鋼115〜123t
onを得た。この溶鋼の溶存酸素は55〜65ppmで
あったため、本発明のすべての方法によりMg合金添加
を試みたが、Mgは添加できなかった。
【0024】
【表3】
【0025】実施例2 120ton転炉にて母溶鋼を溶製し、取鍋へ出鍋する
際にSi、Mn、Alを添加した。続いて取鍋内溶鋼に
RH処理を施しながらAlを添加し、溶鋼中溶存酸素を
15〜25ppmに調整し、表4に示す組成の薄鋼板相
当溶鋼110〜125tonを得た。この溶鋼に表5に
示す条件でMgを添加し、さらに連続鋳造、連続熱延に
より薄鋼板素材を製造した。得られた薄鋼板素材の冷間
圧延時の割れ成績は表5に示すように比較例に対して極
めて良好な成績が得られた。また鋼材中の介在物は大部
分Al23 ・MgO、MgOであり、その大きさは1
2μ以下であった。
【0026】
【表4】
【0027】
【表5】
【0028】比較例3 一方、実施例2と全く同様の方法で表4に示す組成の薄
鋼板相当溶鋼110〜120tonを得た後、表5に比
較例として示す本発明範囲外の条件でMgを添加した。
その結果得られた薄鋼板素材の冷間圧延時の割れ成績は
表5に示すように実施例2と比較して好ましくない成績
が得られた。また鋼材中の介在物は大部分Al23
あり、その大きさは25μ以下と実施例2より大きかっ
た。
【0029】比較例4 120ton転炉にて母溶鋼を溶製し、取鍋へ出鍋する
際にMnのみを添加し、続いて取鍋内溶鋼にRH処理を
施し、表6に示す組成の薄鋼板相当溶鋼118〜125
tonを得た。この溶鋼の溶存酸素は60〜70ppm
であったため、本発明のすべての方法によりMg合金添
加を試みたが、Mgは添加できなかった。
【0030】
【表6】
【0031】
【発明の効果】以上、詳細に述べたように本発明により
低炭素溶鋼中のAl23 の凝集を完全に防止でき、そ
の結果鋼材中のAl23 系介在物の大きさを従来にな
いレベルの小サイズとすることが可能となった。これに
よりすべての炭素鋼のAl23 系介在物を無害化で
き、従来にない良質な鋼材の製造が可能となり産業界に
とって極めて有益である。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si、Mn、Alを含有し、C含有量が
    0.2重量%未満の溶鋼に脱酸調整を施し、溶存酸素を
    50ppm以下とした後、Mg合金を添加することを特
    徴とする低炭素溶鋼中のアルミナの凝集防止方法。
  2. 【請求項2】 Mg合金としてMg含有量0.5重量%
    超かつ30重量%以下のFe−Si−Mg合金、Fe−
    Mn−Mg合金、Fe−Si−Mn−Mg合金、Si−
    Mg合金およびMg含有量5重量%超かつ70重量%以
    下のAl−Mg合金を1種類以上用いることを特徴とす
    る請求項1記載の低炭素溶鋼中のアルミナの凝集防止方
    法。
  3. 【請求項3】 Mg合金中のMg添加速度を0.002
    〜0.100(kg/t−溶鋼)/分にコントロールす
    ることを特徴とする請求項1または2記載の低炭素溶鋼
    中のアルミナの凝集防止方法。
  4. 【請求項4】 Mg合金を連続鋳造タンディッシュおよ
    び連続鋳造モールドの少なくとも一方で添加することを
    特徴とする請求項1、2または3記載の低炭素溶鋼中の
    アルミナの凝集防止方法。
  5. 【請求項5】 粒状のMg合金を不活性ガスにより溶鋼
    中に吹き込むことを特徴とする請求項1、2、3または
    4記載の低炭素溶鋼中のアルミナの凝集防止方法。
  6. 【請求項6】 粒状のMg合金を鉄製ワイヤ中に充填
    し、溶鋼中に供給することを特徴とする請求項1、2、
    3または4記載の低炭素溶鋼中のアルミナの凝集防止方
    法。
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