JP3297998B2 - 高清浄極低炭素鋼の溶製方法 - Google Patents

高清浄極低炭素鋼の溶製方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高清浄極低炭素鋼
の溶製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車用外装材等に用いられる極低炭素
鋼は、その用途から表面キズの徹底した低減が要求され
る。表面キズは、製鋼段階で生成したアルミナ介在物が
原因であるが、溶鋼から除去されないまま製品中にまで
残留するため、発生する。したがって、表面キズの低減
には製鋼段階で、溶鋼からのアルミナ介在物の除去、あ
るいはアルミナ介在物の生成抑止を図ることが効果的で
ある。
【0003】極低炭素鋼は一般に以下の方法で溶製され
ている。転炉で炭素を0.03%程度まで脱炭し、取鍋
内に出鋼した後、RH式真空脱ガス装置などを用いて真
空脱炭を行う。この真空脱炭は溶鋼中の酸素と溶鋼中の
炭素を反応させ、COガスとして溶鋼から除去すること
により行われる。
【0004】溶鋼中には脱炭反応を進行させるに十分な
酸素が必要であり、転炉出鋼時、溶鋼中の酸素濃度は4
00〜600ppm 程度とする。
【0005】真空脱ガス装置での脱炭処理により、溶鋼
中の炭素濃度は製品深絞り性を確保するために30ppm
以下まで低減されるが、溶鋼中の酸素濃度は通常250
〜400ppm となる。脱炭後、過剰に酸素が残留するの
は脱炭反応を高速で進行させるためである。
【0006】脱炭処理完了後、この余剰酸素を低減する
ために溶鋼に金属Alなどの脱酸剤を投入し、酸素濃度
を10ppm 以下まで低減した後、合金添加による成分調
整を施し連続鋳造機などを用いて鋼材とする。
【0007】Alと溶鋼中の酸素の反応により、溶鋼中
に酸素として溶解している酸素(以下、溶存酸素)は1
0ppm 以下まで低減される一方で、この脱酸反応により
溶鋼中にAl2 3 (以下、アルミナと表記する)が生
成する。脱酸により生成したアルミナなどの酸化物は非
金属介在物あるいは単に介在物とよばれ、その大部分は
溶鋼から浮上しスラグに捕捉除去される。
【0008】以上のように脱酸処理により生成したアル
ミナ介在物は真空脱ガス処理中に溶鋼から除去され表面
キズの原因とはならない。しかし、以下の現象により溶
鋼中にアルミナ介在物が新たに生成し、表面キズの新た
な原因となることが知られている。極低炭素鋼では、溶
鋼中の酸素濃度が高い状態で出鋼し、引き続いて真空脱
炭処理を施すが、この高酸素操業により溶鋼表面に存在
するスラグ中のFeOやMnOの濃度が上昇する。真空
脱炭処理後、脱酸を行うが、これにより溶鋼中の酸素濃
度は低下するが、スラグ中のFeOやMnOの濃度はほ
とんど低下しない。真空脱ガス処理後から鋳造にかけて
通常30分から60分を要するがこの間に、スラグ中の
FeOおよびMnOが溶鋼中のAlと徐々に反応し、溶
鋼中にアルミナ介在物が大量に生成する。このアルミナ
介在物が表面キズの原因となる。
【0009】一般に、スラグ中のFeO、MnOによる
アルミナの生成反応はスラグによる再酸化と呼ばれる。
表面キズの直接原因はアルミナ介在物であるが、その介
在物を生成させる要因はスラグ中のFeO、MnOであ
ると言え、表面キズを低減するには、スラグ中のFe
O、MnOを低減すればよい。
【0010】この様な観点から、スラグ中のFeO、M
nOを低減する技術が提案されてきている。一般に、ス
ラグ中のFeO、MnOを低減する技術は総称してスラ
グ改質と呼ばれる。
【0011】特開昭62−39205号公報には、出鋼
時に脱酸剤とスラグ還元剤を併用添加し、出鋼時にスラ
グ中FeO、MnOを低減する方法が開示されている。
特開平6−256836号公報には、真空脱炭処理後に
取鍋内スラグ上にスラグ還元剤を投入し、取鍋内スラグ
改質を行う方法が開示されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の開示さ
れた技術には下記に示す問題があり、実操業において適
用することができない。
【0013】特開昭62−39205号公報に示されて
いるように、出鋼時にスラグ改質を実施しても、溶鋼中
の酸素濃度が初めから高いこと、あるいは酸素濃度を高
めるために真空脱炭処理前に酸素添加を行うなどの理由
から、真空脱炭処理、脱酸処理の間にスラグ中のFe
O、MnOは再び上昇することは回避できない。以上の
メカニズムでスラグ中のFeO、MnOは再び上昇し、
真空脱ガス装置処理後、スラグによる再酸化が進行し、
アルミナ介在物が溶鋼中に大量に発生・残留することに
なる。
【0014】また、脱酸処理後あるいは真空脱ガス処理
後にスラグ改質を行った場合、以下の問題が生じる。特
開平6−256836号公報に示されているように、還
元剤を投入して、ガス撹拌を行うと、スラグ中のFe
O、MnOは十分低減できるが、ガス吹き込み条件によ
っては、スラグが溶鋼へ巻き込まれスラグ成分由来の介
在物が溶鋼中に増加する事態となり、問題である。この
スラグ巻き込みを回避するためにガス撹拌を弱めると、
スラグ改質そのものの効率が悪化する。
【0015】スラグに還元剤を投入する場合、ガス撹拌
などを行わないと、還元剤によるFeO、MnO低減効
果が不安定となり、安定的に表面キズを低減できない。
本発明の課題は、真空脱ガス処理後に介在物個数の増加
を防止し、製品の表面キズの少ない高清浄極低炭素鋼の
溶製方法を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、表面キズ
を低減させる方法を鋭意検討した結果、下記の知見を得
た。
【0017】(A) 図1に、溶鋼中の介在物個数と表面キ
ズ発生率との関係を調査した結果を示す。図1に示すよ
うに、表面キズを防止するためには、溶鋼中の介在物個
数指数を0.2以下まで低減する必要がある。なお、キ
ズ発生率(%)とは(キズが原因で製品とならなかった
鋼量)/(生産鋼量)×100%で定義し、溶鋼中の介
在物個数指数とはキズ発生率15%となるときの溶鋼中
の介在物個数を1とした時の指数表示である。
【0018】(B) 図2に、溶鋼中の介在物個数指数とス
ラグ中の(FeO+MnO)濃度との関係を示す。図2
に示すように、溶鋼中の介在物個数指数を0.2以下と
するにはスラグ中の(FeO+MnO)濃度を3%以下
まで低減する必要がある。
【0019】(C) 上記から真空脱ガス装置での脱炭、脱
酸処理終了後にスラグ中の(FeO+MnO)濃度を3
%以下まで低減する必要がある。
【0020】(D) スラグ改質(還元)を行うには、溶鋼
およびスラグの撹拌を行うことが効果的であるが、取鍋
内の溶鋼にガスを吹き込むことにより溶鋼とスラグを撹
拌し、溶鋼中のAlとスラグ中のFeO、MnOとの反
応を促進させ、スラグ中の(FeO+MnO)濃度を低
下させる方法が簡便で効率的であり、同時にスラグ巻き
込みによる溶鋼中の介在物個数指数の増大を招かないガ
ス吹き込み条件を明確にすることが重要である。
【0021】本発明は、以上の知見に基づいて試験を行
ない、ランスを使用したガス吹き込みの臨界条件を見出
したものであり、その要旨は、下記の通りである。転炉
出鋼後の取鍋内溶鋼を真空脱ガス装置を用いて脱炭処理
を施し、引き続いて真空処理下の脱酸処理終了後に、取
鍋内の溶鋼にランスを使用して不活性ガスを吹き込み、
スラグ中の(FeO+MnO)濃度を低下させる方法に
おいて、吹き込み深さdおよび吹き込みガス流量gをそ
れぞれ下記(1) および(2) の範囲内で行うことを特徴と
する高清浄極低炭素鋼の溶製方法。
【0022】 0.8≧d≧0.07 (1) 7≧g≧0.5 (2) ただし、g=F/V、d:ランス浸漬深さ(mm)/取鍋
中の溶鋼深さ(mm)、F:ガス流量(Nl/min)、V:取
鍋中の溶鋼量(ton ) なお、本発明における濃度の表示は全て重量%である。
【0023】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を、転炉出鋼後
の溶鋼をRH式真空脱ガス装置を用いて脱炭処理を施す
場合を例に説明する。
【0024】転炉にて溶鋼中炭素濃度を0.03%程度
まで脱炭し、取鍋に溶鋼を出鋼する。取鍋内溶鋼をRH
式真空脱ガス装置にて真空脱炭処理を行う。真空脱炭処
理後のスラグ改質をより容易にするために、転炉出鋼時
にスラグ改質剤を添加してもよいし、真空脱炭処理前
に、予備的にスラグ改質を行い、スラグ中の(FeO+
MnO)濃度を10%程度まで低減しておいてもよい。
【0025】真空脱炭処理により溶鋼中炭素濃度を0.
003%以下まで低減した後、RH式真空脱ガス装置内
でAlを添加し溶鋼を脱酸する。脱酸剤の溶鋼中のAl
濃度は、0.007〜0.1%が良く、好ましくは0.
02〜0.07%である。脱酸後、Ti、Mnなどの濃
度調整が必要な場合は、RH式真空脱ガス装置内にてこ
れらの成分調整を行う。
【0026】RH式真空脱ガス装置内での処理が終了し
た後、RH式真空脱ガス装置を取鍋から取り外した取鍋
内溶鋼にガス吹き込み用のランスを浸漬させ、ガス吹き
込みを行う。吹き込みランスはいかなる形状でもよい
が、Nピックアップや再酸化を抑制するために、ガスは
Arなどの不活性ガスが望ましい。
【0027】吹き込みランスの浸漬場所は、溶鋼表面中
心部が望ましく、その理由は、スラグ全体に均一に攪拌
効果が及ぶからであり、取鍋耐火物の局所的な溶損を防
ぐためにも望ましからである。
【0028】本発明においては、処理の簡便性からスラ
グ量は溶鋼1ton当たり10kg〜25kg程度が望
ましい。また、スラグ組成をスラグ融点が低く流動性が
良い方が望ましく、例えば、スラグ中のCaO濃度とA
2 3 濃度の比が重量比で1〜1.5なるような組成
のCaO−Al2 3 −SiO2 系スラグが望ましい。
【0029】ガス吹き込みに際しては、さらにスラグ改
質速度を向上させるために、CaCO3 やAlとCaC
3 との混合物などのスラグ改質剤を添加しても良い。
また、ガス吹き込み終了後、さらに清浄度を向上させる
ため、溶鋼温度に余裕があれば、RH式真空脱ガス装置
内の溶鋼循環処理(脱酸処理のArガスによる循環処
理)を再度行っても良い。
【0030】以下に、吹き込みガス流量gおよび吹き込
深さdの臨界的な範囲について述べる。図3に、溶鋼に
ランスを浸漬させ、Arガスにて吹き込みを行った際
の、ガス流量とスラグ中の(FeO+MnO)濃度と溶
鋼中の介在物個数指数との関係を示す。ただし、溶鋼中
の[Al]濃度を0.04%、ガス吹き込み時間を5分
とし、吹き込み深さdは(溶鋼表面からの浸漬深さ) /
(溶鋼深さ)で定義し、dは0.4の一定とした。ま
た、ガス流量gはガス流量(Nl/min)/溶鋼量(ton)の
比で示す。
【0031】図3に示すように、ガス流量の増大ととも
に、スラグ中の(FeO+MnO)濃度は低下するが、
ガス流量がある値を超えて増大すると、溶鋼中の介在物
個数指数を目標の0.2以下にすることができないこと
がわかる。発生した介在物を電子顕微鏡で調査したとこ
ろ、介在物組成はスラグ組成とほぼ同一であったことか
ら、ガス吹き込みによりスラグの巻き込みが発生し、溶
鋼中の介在物個数指数が増大したものと推定できる。
【0032】スラグ中の(FeO+MnO)濃度が3%
以下であり、溶鋼中の介在物個数指数を0.2以下であ
るガス流量gの範囲は、0.5〜7であり、好ましくは
2〜4である。
【0033】図4に、溶鋼にランスを浸漬させ、Arガ
スにて吹き込みを行った際の吹き込み深さとスラグ中の
(FeO+MnO)濃度と溶鋼中の介在物個数指数との
関係のを示す。ただし、溶鋼中Al濃度0.04%、ガ
ス吹き込み時間5分とし、ガス流量gは2Nl/min・tと
した。
【0034】図4に示すように、吹き込み深さdを大き
くすると撹拌が強化されスラグ中の(FeO+MnO)
濃度は低下するが、ある値を越えて大きくすると溶鋼中
の介在物個数指数を目標の0.2以下にできない。この
増加した介在物は、その組成の分析からスラグが溶鋼へ
巻き込まれた物と推定でき、吹き込み深さを大きくする
と、スラグ中の(FeO+MnO)濃度は低下するが、
吹き込み深さが大き過ぎるとスラグの巻き込みが発生す
る。
【0035】スラグ中の(FeO+MnO)濃度が3%
以下であり、溶鋼中の介在物個数指数を0.2以下であ
る吹き込み深さdの範囲は、0.07〜0.8であり、
好ましくは0.1〜0.5である。以上から、ガス吹き
込みによってスラグ中の(FeO+MnO)濃度の低減
は図れるが、それには適正なガス流量と吹き込み深さが
存在することがわかる。
【0036】
【実施例】転炉で脱炭し、[C]=0.05%とした溶
鋼250tを取鍋に出鋼し、RH式真空脱ガス装置を用
いて真空脱炭を行い、[C]=20〜25ppm とした。
引き続いてAlを添加し、真空下で脱酸処理を実施し、
RH式真空脱ガス装置を取鍋から取り外した取鍋内溶鋼
にランスを浸漬させ、Arガスにより吹き込みを実施し
た。ただし、スラグ中FeO、MnO低減のため、ガス
吹き込み開始前の溶鋼中のAl濃度を0.055重量%
に調整した。ガス吹き込みランスは単孔ストレ−トノズ
ルを有したもので、取鍋内の溶鋼表面中心部付近から溶
鋼に浸漬させた。表1に、ガス吹き込み条件と吹き込み
後のスラグ中の(FeO+MnO)濃度と溶鋼中の介在
物個数指数およびキズ発生率との関係を示す。
【0037】
【表1】
【0038】本発明に従った場合、スラグ中の(FeO
+MnO)濃度を3%以下に低下でき、溶鋼中の介在物
個数指数は0.2以下に低減でき、キズ発生率は全てゼ
ロ%であった。
【0039】本発明に従わなかった場合には、スラグ中
の(FeO+MnO)濃度を3%以下であり、かつ溶鋼
中の介在物個数指数を0.2以下にすることができず、
キズ発生率は5〜7%と高かった。
【0040】
【発明の効果】本発明によれば、真空脱ガス処理後に溶
鋼中の介在物個数の増加を防止し、製品の表面キズが少
ない高清浄極低炭素鋼を溶製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】溶鋼中の介在物個数指数とキズ発生率との関係
を示すグラフである。
【図2】スラグ中の(FeO+MnO)濃度と溶鋼中の
介在物個数指数との関係を示すグラフである。
【図3】ガス流量gとスラグ中の(FeO+MnO)濃
度および溶鋼中の介在物個数指数との関係を示すグラフ
である。
【図4】ランス浸漬深さdとスラグ中の(FeO+Mn
O)濃度および溶鋼中の介在物個数指数との関係を示す
グラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21C 7/10 C21C 7/068

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 転炉出鋼後の取鍋内溶鋼を真空脱ガス装
    置を用いて脱炭処理を施し、引き続いて真空処理下の脱
    酸処理終了後に、取鍋内の溶鋼にランスを使用して不活
    性ガスを吹き込み、スラグ中の(FeO+MnO)濃度
    を低下させる方法において、吹き込み深さdおよび吹き
    込みガス流量gをそれぞれ下記(1) および(2) の範囲内
    で行うことを特徴とする高清浄極低炭素鋼の溶製方法。 0.8≧d≧0.07 (1) 7≧g≧0.5 (2) ただし、g=F/V、d:ランス浸漬深さ(mm)/取鍋
    中の溶鋼深さ(mm)、 F:ガス流量(Nl/min)、V:取鍋中の溶鋼量(ton )
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