JP3605390B2

JP3605390B2 - 極低炭素薄鋼板の製造方法およびその鋳片

Info

Publication number: JP3605390B2
Application number: JP2001394924A
Authority: JP
Inventors: 勝浩笹井; 渡大橋; 徹松宮; 学高橋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2021-12-26
Also published as: JP2003191052A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工性、成形性に優れ、且つ表面疵も発生し難い極低炭素薄鋼板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
転炉や真空処理容器で精錬された溶鋼中には、多量の溶存酸素が含まれており、この過剰酸素は酸素との親和力が強い強脱酸元素であるＡｌにより脱酸されるのが一般的である。しかし、Ａｌは脱酸によりアルミナ系介在物を生成し、これが凝集合体して粗大なアルミナクラスターとなる。このアルミナクラスターは鋼板製造時に表面疵発生の原因となり、薄鋼板の品質を大きく劣化させる。特に、炭素濃度が低く、精錬後の溶存酸素濃度が高い薄鋼板用素材である極低炭素溶鋼では、アルミナクラスターの量が非常に多く、表面疵の発生率が極めて高いため、アルミナ系介在物の低減対策は大きな課題となっている。
【０００３】
これに対して、従来は特開平５−１０４２１９号公報の介在物吸着用フラックスを溶鋼表面に添加してアルミナ系介在物を除去する方法、或いは特開昭６３−１４９０５７号公報の注入流を利用してＣａＯフラックスを溶鋼中に添加し、これによりアルミナ系介在物を吸着除去する方法が提案、実施されてきた。一方、アルミナ系介在物を除去するのではなく、生成させない方法として、特開平５−３０２１１２号公報にあるように溶鋼をＭｇで脱酸し、Ａｌでは殆ど脱酸しない薄鋼板用溶鋼の製造方法も開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したアルミナ系介在物を除去する方法では、極低炭素溶鋼中に多量に生成したアルミナ系介在物を表面疵が発生しない程度まで低減することは非常に難しい。また、アルミナ系介在物を全く生成しないＭｇ脱酸では、Ｍｇの蒸気圧が高く、溶鋼への歩留まりが非常に低いため、極低炭素鋼のように溶存酸素濃度が高い溶鋼をＭｇだけで脱酸するには多量のＭｇを必要とし、製造コストを考えると実用的なプロセスとは言えない。
【０００５】
これらの問題に鑑み、本発明は溶鋼中で殆ど介在物を生成させることなく、凝固時に酸化物を微細に析出させることにより、確実に表面疵を防止できる薄鋼板用素材の極低炭素溶鋼を製造する方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を要旨とする。即ち、（１）極低炭素薄鋼板の製造方法において、溶鋼の炭素濃度を０．００２質量％以下まで脱炭した後、該溶鋼にＡｌを全く添加せず、ＮｂとＶを添加し、該溶鋼中の溶存酸素濃度を０．０１質量％以上、０．０６質量％以下に調整した溶鋼を鋳造することを特徴とする極低炭素薄鋼板の製造方法である。また、（２）極低炭素薄鋼板の製造方法において、溶鋼の炭素濃度を０．００２質量％以下まで脱炭した後、該溶鋼にＡｌを全く添加せず、ＮｂとＶを添加して、Ｎｂ濃度を０．００５質量％以上、０．０５質量％以下、Ｖ濃度を０．００５質量％以上、０．０５質量％以下にし、且つ該溶鋼中の溶存酸素濃度を０．０１質量％以上、０．０６質量％以下に調整した溶鋼を鋳造することを特徴とする極低炭素薄鋼板の製造方法である。また、（３）溶鋼の炭素濃度を０．００２質量％以下まで脱炭するに際し、真空脱ガス処理を行うことを特徴とする上記（１）または（２）記載の極低炭素薄鋼板の製造方法である。また、（４）極低炭素薄鋼板の製造方法において、電磁攪拌、或いは電磁場を印加する機能を有する鋳型で鋳造することを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の極低炭素薄鋼板の製造方法である。また、（５）極低炭素薄鋼板の製造方法において、電磁攪拌機能を有する鋳型を用いて、メニスカス位置における溶鋼を４０ｃｍ／ｓ以上、１００ｃｍ／ｓ以下の平均流速で旋回させながら鋳造することを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の極低炭素薄鋼板の製造方法である。また、（６）極低炭素薄鋼板の製造方法において、電磁コイルを有する鋳型を用いて、メニスカス位置における溶鋼を０．１Ｈｚ以上、１００Ｈｚ以下で水平方向に振動させながら鋳造することを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の極低炭素薄鋼板の製造方法である。また、（７）上記（１）〜（６）のいずれかの製造方法で製造した溶鋼を連続鋳造しスラブにするに際し、薄スラブに鋳造することを特徴とする極低炭素薄鋼板の製造方法である。また、（８）上記（１）〜（７）のいずれかの製造方法で製造し、連続鋳造して得られた鋳片において、直径０．５μｍから３０μｍの微細酸化物が鋳片表層から２０ｍｍの範囲内に１０００個／ｃｍ²以上、１０００００個／ｃｍ²未満分散していることを特徴とする連続鋳造鋳片である。また、（９）上記（１）〜（７）のいずれかの製造方法で製造し、連続鋳造して得られた鋳片において、直径０．５μｍから３０μｍの微細酸化物が鋳片表層から２０ｍｍの範囲内に１０００個／ｃｍ²以上、１０００００個／ｃｍ²未満分散し、且つその６０％以上が球状酸化物であることを特徴とする連続鋳造鋳片である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。本発明の製造法では、転炉や電気炉等の製鋼炉で精錬して、或いはさらに真空脱ガス処理等して、炭素濃度を０．００２質量％以下とした溶鋼にＮｂとＶを添加し、且つ溶存酸素濃度を０．０１〜０．０６質量％になるように調整する。この製造法の基本思想は、鋳造時に酸素と反応してＣＯガスを発生させない程度まで炭素濃度を低減し、且つＡｌを全く添加せず、ＮｂとＶを添加して溶存酸素を多量に残すことにより、溶鋼中に殆ど介在物を生成させず、且つ薄板用鋼板としての材質をも確保することにある。
【０００８】
転炉や真空処理容器で脱炭処理された溶鋼中には、多量の溶存酸素が含まれており、この溶存酸素は通常Ａｌの添加により殆ど脱酸される（（１）式の反応）ため、多量のアルミナ系介在物を生成する。
【０００９】
２Ａｌ＋３Ｏ＝Ａｌ_２Ｏ_３ …（１）
このアルミナ系介在物は脱酸直後からお互いに凝集合体し、粗大なアルミナ系介在物となり、鋼板製造時に表面欠陥発生の原因となる。しかし、脱炭処理後の溶鋼中にＡｌを全く添加せず、殆ど脱酸しなければ、多量の溶存酸素が溶鋼中に含まれているが、介在物は殆ど生成せず、非常に清浄性の高い溶鋼が得られる。通常、このような溶存酸素の高い溶鋼を鋳造すると、凝固時にＣＯガスが発生し、激しい突沸現象が生じると共に、鋳片内に多量の気泡が捕捉されるため、鋳造性が悪化するだけでなく、鋳片品質も大きく低下する。
【００１０】
しかし、本発明では、Ａｌを全く添加せずに溶存酸素を残す代わりに、Ｃ濃度を極力低下させることによりＣＯガス発生を抑制した。実験的検討では、Ｃ濃度を０．００２質量％以下にすればＣＯガス発生速度は極めて低下することが分かった。さらに、最近では、連続鋳造機内に鋳型内電磁攪拌装置が装備されるようになっており、本発明者らは凝固時に鋳型内メニスカスにおける溶鋼流速を４０〜１００ｃｍ／ｓ程度確保すれば、溶存酸素濃度を０．０６質量％程度にしてもＣＯ気泡を鋳片に捕捉させることなく、鋳造できることを知見している。
【００１１】
なお、電磁攪拌による溶鋼の旋回流速が４０ｃｍ／ｓ未満では十分なＣＯ気泡の洗浄効果が得られず、旋回流速が１００ｃｍ／ｓ超ではＣＯ気泡は洗浄されるが、溶鋼表面にあるモールドパウダーを巻き込み、表面欠陥が発生する。
【００１２】
また、鋳片へのＣＯ気泡の捕捉防止に対しては、鋳型内に装備された電磁コイルにより鋳型内の溶鋼を０．１から１００Ｈｚの周波数で振動させることも有効であることを見いだしている。この場合、周波数１００Ｈｚ超では振動方向の変化に溶鋼流が追従できなくなるため、０．１Ｈｚ未満では反対に振動方向の変化速度が遅いため、何れも振動による凝固界面の気泡洗浄効果は十分に得られない。
【００１３】
溶鋼中のＣ濃度を非常に低くすると、溶存酸素は鋳造中にＦｅＯ系介在物として析出する。このＦｅＯ系介在物は溶鋼中で生成するのではなく、凝固時に析出するため、凝集合体することなく、鋳片内に微細に分散する。なお、ＦｅＯ系介在物とは純粋なＦｅＯだけでなく、ＳｉＯ_２やＭｎＯ等と複合化した酸化物も含む。本発明によって得られた鋳片の表層から２０ｍｍの範囲内におけるＦｅＯ系介在物分散状態を評価したところ、直径０．５μｍから３０μｍの微細酸化物が鋳片内に１０００個／ｃｍ^２以上１０００００個／ｃｍ^２未満分散しており、その６０％以上は球状酸化物であり、このような酸化物分散状態、組成および形状を有する鋳片では圧延後に表面欠陥は発生しなかった。
【００１４】
表層から２０ｍｍの範囲内における介在物分布に注目したのは、この範囲の介在物が圧延後に表層に露出して、表面疵になる可能性が高いためである。なお、介在物の分散状態は、鋳片の研磨面を１００倍と１０００倍の光学顕微鏡観察により単位面積内の介在物粒径分布を評価した。
【００１５】
以上の結果から、本発明により溶鋼中で殆ど介在物を生成させることなく、凝固時にＦｅＯ系の酸化物を析出させ微細に分散させることができるため、鋼板製造時に介在物は表面疵発生の原因とならず、薄鋼板の品質は大きく向上する。
【００１６】
通常、真空脱ガス装置によりＣ濃度を０．００２質量％以下まで脱炭すると、溶鋼中の溶存酸素濃度は０．０３から０．０６質量％程度となる。これら溶存酸素をＡｌ以外の元素、例えばＴｉ等で脱酸しても、溶鋼中には介在物が生成してしまう。実験的な検討では、溶存酸素濃度で０．０１質量％よりも低下させると、アルミナ以外の介在物でもその生成量が多くなり、表面欠陥の原因となる。反対に、溶存酸素濃度が０．０６質量％を超えると、Ｃ濃度を０．００２質量％以下に下げ、且つ電磁攪拌を使用しても鋳片内にＣＯ気泡が捕捉されてしまうため、圧延後に気泡系の欠陥が発生する。よって、溶鋼中の溶存酸素濃度は０．０１質量％以上、０．０６質量％以下にする必要がある。
【００１７】
薄板用鋼板は、自動車用外板等の加工が厳しい用途に用いられるため、加工性を付加する必要がある。薄板用鋼板の加工性を高めるためには、Ｃ濃度を極力低下させ、その上で鋼中に固溶したＣとＮを他元素の添加により固定することが重要である。Ｃ濃度に関しては、加工性の観点から０．０１質量％以下、好ましくは０．００５質量％以下にするのが良い。しかし、凝固時のＣＯ気泡発生防止の条件はＣ濃度０．００２質量％以下であるので、本発明では加工性の条件から決まるＣ濃度は十分に満足されている。また、通常ＡｌやＴｉ等が鋼中のＣとＮを固定する元素として使用されるが、これらの元素は溶鋼を強く脱酸してしまう。
【００１８】
そこで、本発明ではＮやＣを固定でき、且つ脱酸力が極めて弱い元素としてＶとＮｂを添加する。Ｎｂは主にＣの固定に、Ｖは主にＮの固定に使用する。Ｎｂ濃度が０．００５質量％未満ではＣを十分固定できず、Ｎｂ濃度が０．０５質量％超では加工性が低下することから、Ｎｂの添加量は０．００５質量％以上、０．０５質量％以下にすることが好ましい。また、この範囲のＮｂ添加量であれば、Ｎｂと平衡する酸素濃度は０．０１質量％以上であり、Ｎｂを添加しても溶存酸素を０．０１質量％以上確保できる。また、Ｖ濃度が０．００５質量％未満ではＮを十分固定できず、Ｖ濃度が０．０５質量％超では加工性が低下することから、Ｖの添加量は０．００５質量％以上、０．０５質量％以下にすることが好ましい。この範囲のＶ添加量であれば、Ｖと平衡する酸素濃度は０．０１質量％以上であり、Ｖを添加しても溶存酸素を０．０１質量％以上確保できる。
【００１９】
鋼板中のＳｉ濃度は、０．００５質量％以上、０．０３質量％以下であることが好ましい。Ｓｉ濃度は０．００５質量％未満では板の強度が不足するため、またＳｉ濃度が０．０３質量％超では板の加工性が低下するためである。また、Ｓｉ濃度が０．０３質量％以下であれば平衡酸素濃度も０．０２質量％超となり、溶存酸素濃度を０．０１質量％以上確保することは可能である。
【００２０】
鋼板中のＭｎ濃度が０．０８質量％未満になると熱間圧延時にへげ疵が発生し易くなり、またＭｎ濃度は０．３質量％を超えると板の加工性が低下する。このため、鋼板中のＭｎ濃度は０．０８質量％以上、０．３質量％以下であることが好ましい。また、ＭｎはＳｉに比べても非常に脱酸力が弱いため、Ｍｎ濃度を０．３質量％にしても平衡酸素濃度は０．１質量％超であり、溶鋼中に０．０１質量％から０．０６質量％の溶存酸素を確保できる。
【００２１】
本発明では、凝集合体し易いアルミナ系介在物を生成させないように、溶鋼中にＡｌを全く添加しない必要があるが、耐火物等から不可避的に侵入するアルミナ系介在物については問題とならない。これは、少量のアルミナ系介在物であれば、溶鋼中の溶存酸素が高いため、溶鋼とアルミナ系介在物の界面エネルギーは低下しており、凝集合体が殆ど生じないためである。また、鋼中のＴｉはＣとＮをＴｉＮやＴｉＣとして固定するため、加工性を向上させる上で有効であるが、Ｔｉの添加量も多くなると、例えばＴｉ濃度が０．００９質量％以上になると平衡酸素濃度が０．０１質量％未満になるため、十分な溶存酸素濃度を確保できない。よって、加工性をさらに高める必要からＴｉを添加する場合には、０．００９質量％以下の範囲で添加しても良い。
【００２２】
本発明は、通常の２５０ｍｍ厚み程度のスラブ鋳造に適用されるだけでなく、連続鋳造機の鋳型厚みがそれより薄い、例えば１５０ｍｍ以下の薄スラブ鋳造に対しても十分効果を発現し、極めて表面疵の少ない鋳片をえることができる。
【００２３】
【実施例】
以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明について説明する。
＜実施例１＞
転炉での精錬と環流式真空脱ガス装置での処理により、Ｃ濃度を０．００１８質量％とした溶鋼３００ｔを溶製した。この溶鋼に合金を添加し、０．０１質量％Ｓｉ、０．１５質量％Ｍｎ、０．０１５質量％Ｎｂ、０．０１質量％Ｖ、０．０４５質量％溶存酸素とした。この溶鋼を連続鋳造法で厚み２５０ｍｍ、幅１８００ｍｍのスラブに鋳造した。鋳造した鋳片は８５００ｍｍ長さに切断し、１コイル単位とした。このようにして得られたスラブは、常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的には０．７ｍｍ厚みで幅１８００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。鋳片品質については、冷間圧延後の検査ラインで目視観察を行い、１コイル当たりに発生する表面欠陥の発生個数を評価した。その結果、表面欠陥は発生しなかった。
＜実施例２＞
転炉での精錬と環流式真空脱ガス装置での処理によりＣ濃度を０．００１５質量％とした溶鋼３００ｔを溶製した。この溶鋼に合金を添加し、０．０１質量％Ｓｉ、０．１５質量％Ｍｎ、０．０１５質量％Ｎｂ、０．０１質量％Ｖ、０．００１質量％Ｔｉ、０．０４質量％溶存酸素とした。この溶鋼を鋳型内電磁攪拌装置を有する連続鋳造機を用いて、メニスカスにおける溶鋼を平均流速４５ｃｍ／ｓで電磁攪拌しながら、厚み２５０ｍｍ、幅１８００ｍｍのスラブに鋳造した。鋳造した鋳片は８５００ｍｍ長さに切断し、１コイル単位とした。このようにして得られたスラブは、常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的には０．７ｍｍ厚みで幅１８００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。鋳片品質については、冷間圧延後の検査ラインで目視観察を行い、１コイル当たりに発生する表面欠陥の発生個数を評価した。その結果、表面欠陥は発生しなかった。
＜比較例１＞
転炉での精錬と環流式真空脱ガス装置での処理により炭素濃度を０．００１５質量％とした取鍋内溶鋼をＡｌで脱酸し、Ａｌ濃度０．０４質量％、溶存酸素濃度０．０００２質量％とした。この溶鋼を連続鋳造法で厚み２５０ｍｍ、幅１８００ｍｍのスラブに鋳造した。鋳造した鋳片は８５００ｍｍ長さに切断し、１コイル単位とした。このようにして得られたスラブは、常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的には０．７ｍｍ厚みで幅１８００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。鋳片品質については、冷間圧延後の検査ラインで目視観察を行い、１コイル当たりに発生する表面欠陥の発生個数を評価した。その結果、スラブ平均で５個／コイルの表面欠陥が発生した。
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によると、溶鋼中に殆ど介在物を生成させることなく、凝固時に酸化物を微細に析出させることができるため、確実に表面疵を防止できる加工性、成形性に優れた薄鋼板用の極低炭素溶鋼を溶製することが可能となる。

Claims

極低炭素薄鋼板の製造方法において、溶鋼の炭素濃度を０．００２質量％以下まで脱炭した後、該溶鋼にＡｌを全く添加せず、ＮｂとＶを添加し、該溶鋼中の溶存酸素濃度を０．０１質量％以上、０．０６質量％以下に調整した溶鋼を鋳造することを特徴とする極低炭素薄鋼板の製造方法。
極低炭素薄鋼板の製造方法において、溶鋼の炭素濃度を０．００２質量％以下まで脱炭した後、該溶鋼にＡｌを全く添加せず、ＮｂとＶを添加して、Ｎｂ濃度を０．００５質量％以上、０．０５質量％以下、Ｖ濃度を０．００５質量％以上、０．０５質量％以下にし、且つ該溶鋼中の溶存酸素濃度を０．０１質量％以上、０．０６質量％以下に調整した溶鋼を鋳造することを特徴とする極低炭素薄鋼板の製造方法。
該溶鋼の炭素濃度を０．００２質量％以下まで脱炭するに際し、真空脱ガス処理を行うことを特徴とする請求項１または２記載の極低炭素薄鋼板の製造方法。
極低炭素薄鋼板の製造方法において、電磁攪拌、或いは電磁場を印加する機能を有する鋳型で鋳造することを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の極低炭素薄鋼板の製造方法。
極低炭素薄鋼板の製造方法において、電磁攪拌機能を有する鋳型を用いて、メニスカス位置における溶鋼を４０ｃｍ／ｓ以上、１００ｃｍ／ｓ以下の平均流速で旋回させながら鋳造することを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の極低炭素薄鋼板の製造方法。
極低炭素薄鋼板の製造方法において、電磁コイルを有する鋳型を用いて、メニスカス位置における溶鋼を０．１Ｈｚ以上、１００Ｈｚ以下で水平方向に振動させながら鋳造することを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の極低炭素薄鋼板の製造方法。
請求項１〜６のいずれかの項に記載の製造方法で製造した溶鋼を連続鋳造しスラブにするに際し、薄スラブに鋳造することを特徴とする極低炭素薄鋼板の製造方法。
請求項１〜７のいずれかの項に記載の製造方法で製造し、連続鋳造して得られた鋳片において、直径０．５μｍから３０μｍの微細酸化物が鋳片表層から２０ｍｍの範囲内に１０００個／ｃｍ^２以上、１０００００個／ｃｍ^２未満分散していることを特徴とする連続鋳造鋳片。
請求項１〜７のいずれかの項に記載の製造方法で製造し、連続鋳造して得られた鋳片において、直径０．５μｍから３０μｍの微細酸化物が鋳片表層から２０ｍｍの範囲内に１０００個／ｃｍ^２以上、１０００００個／ｃｍ^２未満分散し、且つその６０％以上が球状酸化物であることを特徴とする連続鋳造鋳片。