JP3631629B2

JP3631629B2 - 条用の軟鋼およびその製造方法

Info

Publication number: JP3631629B2
Application number: JP06854299A
Authority: JP
Inventors: 明人清瀬; 亘山田; 宏美高橋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2019-03-15
Also published as: JP2000265246A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビレット連続鋳造においてノズル詰まり少なく鋳造が可能な条用の軟鋼及びそのビレット連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビレットを経て条用の軟鋼として製造される鋼は、転炉等で精錬を完了した後、主に連続鋳造法にてビレットに鋳造される。精練完了時に溶鋼中に含まれるフリー酸素は、鋳造に先立って脱酸剤を投入して酸化物として除去する。脱酸剤としては、ＡｌとＳｉを用いる複合脱酸が代表的であるが、軟鋼の場合はＳｉを０．１０％未満とするためＳｉを脱酸材に用いることができない。脱酸の結果生成した脱酸生成物としてのＡｌ_２Ｏ_３は、その大部分は溶鋼中を浮上して分離されるが、その一部は溶鋼中に残存し、連続鋳造に際して鋳型への鋳造を行うノズルの内周に析出する。特にＡｌ_２Ｏ_３は融点が高く、鋳造ノズルの周辺に析出してノズルが閉塞する原因となる。特に、小断面のビレットを鋳造する連続鋳造においては、鋳型の断面積が小さいため、必然的に鋳造ノズルの断面積も小さくなり、Ａｌ_２Ｏ_３の析出によるノズル閉塞が重大な問題となってきている。
【０００３】
Ａｌ_２Ｏ_３がＣａＯとの混合物となると融点が低下する。特に混合物中のＡｌ_２Ｏ_３の含有量５０％において融点が最低となる。この現象を利用し、鋼中にＣａを添加し、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とする脱酸生成物をＣａＯとの混合物とすることによって脱酸生成物の融点を下げ、連続鋳造ノズルへの酸化物の析出を防止する技術が知られている。この技術により、連続鋳造ノズルへの酸化物の析出は減少させることが可能であるが、Ｃａを多量に添加する必要があるため生産コストが増大する原因となり、また、Ｃａ添加によって鋳造ノズル等の耐火物の溶損が激しくなり、耐火物の寿命が短くなるという問題を有している。
【０００４】
Ａｌ添加量を減らして鋼中に含有するＡｌの量を少なくすることにより（Ａｌレス化）、鋼中のＡｌ_２Ｏ_３をも低減し、連続鋳造ノズル詰まりを防止する技術が知られている。この方法によると、溶鋼中のＡｌ含有量が少なくなるとともに脱酸も不十分となり、鋼中にフリー酸素が残存することとなる。その結果、連続鋳造において、凝固の進行とともに凝固界面にてフリー酸素と鋼中の炭素とが反応し、ＣＯガスが発生する。このＣＯガスが鋳造後にブローホールとして鋼の欠陥となるという問題を有している。
【０００５】
Ａｌレス化に伴うブローホールの問題を解決するため、連続鋳造前の溶鋼段階で取鍋精練を行い、溶鋼中に残存するフリー酸素を低減し、ブローホールを防止する技術が知られている。取鍋精練方法としては、レードルファーネス（ＬＦ）あるいは真空脱ガスが採用される。しかし、取鍋精練を付加することは、取鍋精練コストが余計にかかるとともに、真空脱ガスでは、取鍋精練における溶鋼の温度降下を補償するため転炉精練完了時の溶鋼温度を高める必要が生じ、大幅なコストアップを生じるという問題がある。
【０００６】
凝固界面におけるＣＯガスの発生は、凝固界面における炭素の偏析によって助長される。そこで、炭素偏析を防止するため、鋳型内で電磁攪拌によって溶鋼を攪拌し、ブローホールの発生を防止する技術が知られている。しかし、鋳型内電磁攪拌を行うと、鋳型内溶鋼表面を覆うために添加されるパウダーを溶鋼中に巻き込むという弊害を起こし、また鋳型内電磁攪拌によるブローホール発生限界改善効果も、フリー酸素にして１０ｐｐｍ程度の効果しか得られないため、問題を解決するには至らない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、少ないＣａ添加量で、低Ａｌであってブローホールが発生せず、真空脱ガス設備やＬＦ設備を用いた低酸素化のための取鍋精練を行わず、鋳型内電磁攪拌を行わずに、ビレット連続鋳造において鋳造ノズル内での析出を防止する条用の軟鋼、及び該軟鋼のビレット連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）重量％で、Ｃ：０．０１％〜０．３％、Ｓｉ：０．０１％以上０．１０％未満、Ｍｎ：０．１％〜１．０％、Ｔｉ：０．００５％〜０．０２０％、Ｃａ：０．０００５％〜０．００３０％を含み、Ａｌ：０．００５％以下であり、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる条用の軟鋼。
（２）重量％で、更にＢ：０．００１％〜０．０１％、Ｓ：０．０１５％〜０．０３０％、Ｃｒ：０．０５％〜０．２５％の１種又は２種以上を含むことを特徴とする上記（１）に記載の条用の軟鋼。
（３）ビレット連続鋳造法によって鋳造し、タンディッシュから鋳型への注入流の周囲に筒を設置し、該筒内の酸素濃度を１．０％以下とすることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の条用の軟鋼の製造方法。
（４）前記筒内に窒素ガスを吹き込む事を特徴とする上記（３）に記載の条用の軟鋼の製造方法。
（５）前記筒にかえて、タンディッシュから鋳型への注入に浸漬ノズルを使用することを特徴とする上記（３）に記載の条用の軟鋼の製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明では、Ｃを重量％で０．０１％〜０．０８％とする。下限を０．０１％とする理由は、真空脱ガスを行わずに通常の精錬で０．０１％未満までＣを低減することは困難だからである。また、本発明は対象鋼種が軟鋼なので、Ｃの上限を０．２５％としている。
【００１０】
Ｓｉを重量％で０．０１％以上０．１０％未満とする。下限を０．０１％とする理由は、通常の精錬で０．０１％未満までＳｉを低減することは困難だからである。また、本発明は対象鋼種が軟鋼なので、Ｓｉの上限を０．１０％未満としている。
【００１１】
Ｍｎを重量％で０．１％〜１．０％とする。下限を０．１％とする理由は、通常の精錬で０．１％未満までＭｎを低減することは困難だからである。また、本発明は対象鋼種が軟鋼なので、Ｍｎの上限を１．０％としている。
【００１２】
鋳型内に溶鋼を注入するための連続鋳造ノズルに非金属介在物が析出するのを防止するためには、非金属介在物の融点を下げることが有効なことは前述の通りである。非金属介在物の主成分がＡｌ_２Ｏ_３の場合、Ｃａを大量に添加しないと非金属介在物の融点を下げることができなかった。本発明は、非金属介在物の主成分がＴｉＯ_２あるいはＴｉＯ_２とＳｉＯ_２の混合物である場合には、ＣａＯの含有量が少なくても融点が低下する現象に着目し、利用したところにその特徴がある。
【００１３】
即ち、鋼中のＡｌ含有量を０．００５％以下とし、Ｔｉ：０．００５％〜０．０２０％、Ｃａを０．０００５％〜０．００３０％の範囲で添加する。本発明は軟鋼を対象とするためＳｉ含有量が低いものの、ＴｉとＣａを共同で添加する脱酸を行った結果、ＣａＯの存在によるＳｉＯ_２安定化効果に起因して脱酸生成物中にＳｉＯ_２含有量も増大し、脱酸生成物はＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２とＣａＯの複合酸化物となり、上記のような少ないＣａ添加量でも脱酸生成物の融点を下げることが可能となり、結果として連続鋳造ノズルへの非金属介在物の析出を防止することが可能となる。一方、Ａｌ含有量を低減したかわりにＴｉを添加したため、Ｔｉ、ＳｉとＣａの共同脱酸となって十分な脱酸が行われ、鋳造におけるブローホールの発生をも防止することができる。また、Ｃａ添加量が少ないので、Ｃａ添加に伴うコストアップが最小限に抑えられると共に、Ｃａによる耐火物の損傷が抑えられ、耐火物の寿命を増大することができる。低酸素化のための前述のＬＦあるいは真空脱ガス処理は不要であり、鋳型内での電磁攪拌も不要である。
【００１４】
Ｔｉ下限を０．００５％とするのは、０．００５％未満ではＴｉの脱酸力が不足し、ブローホールが発生するため、表面品質の良好な製品が製造できないからである。
【００１５】
Ｔｉ上限を０．０２０％とするのは、本発明は軟鋼を対象とするためにＳｉ含有量が低いこともあり、０．０２０％を超えると共同脱酸におけるＴｉの寄与が大きくなりすぎ、脱酸生成物中のＴｉＯ_２含有量が増大して脱酸生成物の融点が上昇し、鋳片表面に取り込まれた脱酸生成物がスカム疵となるからである。
【００１６】
Ｃａ下限を０．０００５％とする理由は、０．０００５％以上であれば脱酸生成物中にＣａＯが十分に含有されるとともに、ＣａＯの存在によるのＳｉＯ_２安定化効果に起因して脱酸生成物中のＳｉＯ_２含有量も増大し、脱酸生成物の低融点化を実現できるからである。
【００１７】
Ｃａの上限を０．００３０％とするのは、Ｃａ含有量が０．００３０％を超えると、耐火物の溶損速度が大きくなりすぎ、連々鋳回数（同一のタンディッシュで連続して鋳造できる鋳込み回数）が制限されるからである。
【００１８】
Ａｌを重量％で０．００５％以下とするのは、０．００５％を超えると共同脱酸の脱酸生成物中のＡｌ_２Ｏ_３含有量が増大して脱酸生成物が高融点化し、鋳片表面に取り込まれた脱酸生成物がスカム疵となるとともに、Ａｌ_２Ｏ_３単独の脱酸生成物も生成し、タンディッシュからの溶鋼注入時に注入ノズルへのＡｌ_２Ｏ_３析出による注入ノズル閉塞が発生するためである。
【００１９】
本発明は、更にＢを含有することで、結晶粒の異常成長を抑制することができる。Ｂの下限を０．００１％としたのは、結晶粒の異常成長を抑制するためにはこれ以上の含有量が必要だからであり、上限を０．０１％としたのは、粒界割れの発生を防止するためである。
【００２０】
本発明は、更にＳを含有することで、スケールの剥離性を向上させることができる。Ｓの下限を０．０１５％としたのは、スケールの剥離性を向上させるためにはこれ以上の含有量が必要だからであり、上限を０．０３０％としたのは、脆化を防止するためである。
【００２１】
本発明は、更にＣｒを含有することで、鋼の熱処理性を向上させることができる。Ｃｒの下限を０．０５％としたのは、Ｃｒによる熱処理性を確保するためであり、上限を０．２５％としたのは、スケール剥離性を確保するためである。
【００２２】
本発明の条用の軟鋼を製造するためのビレット連続鋳造方法について説明する。ビレット連続鋳造を行うに際しては、タンディッシュから鋳型への溶湯の注入を、浸漬鋳造あるいはオープン鋳造によって行う。浸漬鋳造においては、注入に浸漬ノズルを使用し、溶湯は周囲の大気雰囲気に接触せずにタンディッシュから鋳型内に注入される。オープン注入においては、浸漬ノズルを使用しないので、このままではタンディッシュからの注入流が周囲の大気雰囲気と接触することとなる。
【００２３】
注入中に注入流が大気雰囲気に触れると、注入流が大気によって酸化され、鋳型内における溶鋼中の酸素濃度が増大することとなる。本発明においては、溶鋼中のＳｉ含有量が低く、またＴｉ含有量の上限を０．０２０％におさえているので、注入流が大気によって酸化されると鋳型内溶鋼の脱酸力が不足し、鋳造後の鋳片にスカム疵が発生することとなる。
【００２４】
本発明において、タンディッシュから鋳型への注入に浸漬ノズルを使用する場合においては、注入中の溶鋼の酸化が防止できるので、スカム疵の発生のない鋳造を行うことができる。
【００２５】
タンディッシュから鋳型への注入に浸漬ノズルを使用しない場合であっても、本発明においてタンディッシュから鋳型への注入流の周囲に筒を設置し、該筒内の酸素濃度を１．０％以下とすることにより、注入中の溶鋼の酸化が防止できるので、スカム疵の発生のない鋳造を行うことができる。筒内に窒素ガスを吹き込むことで筒内の酸素濃度を１．０％以下とすることができる。
【００２６】
【実施例】
転炉精錬法により溶鋼量２４０トンの溶鋼を溶製し、Ｍｎ、Ａｌは転炉出鋼中に溶鋼鍋中に添加し、Ｔｉは出鋼後に溶鋼鍋上方より添加した。Ｃａは、微量添加でかつ空気や酸化物に触れると酸化ロスが激しいので、本実施例ではＴｉ添加後にＣａ品位４０％のＣａ−Ｓｉ合金を浸漬ランスを用いてアルゴンガスとともに溶鋼中に吹き込んで添加した。
【００２７】
連続鋳造法において、鋳型サイズは１２５ｍｍ×１２５ｍｍ、鋳造速度は２．６〜３．２ｍ／ｍｉｎの条件で鋳造した。また、注入ノズルは、ジルコニア質で内径１８ｍｍφのノズルを用いた。
【００２８】
【表１】

【００２９】
表１に実施例の鋼成分、製造実績を示す。合金成分の含有量は、連続鋳造タンディッシュ内から採取した試料の分析結果に基づいて決定した。
【００３０】
製造結果の注湯ノズル状況において、「閉塞傾向」とは、閉塞傾向のため連々鋳が行えなかったものをいい、「閉塞」とは、１鍋の完鋳ができなかったものをいう。また、「溶損傾向」とは、注湯ノズルが溶損する傾向であって、連々鋳ができなかったものをいう。
【００３１】
製造結果のスカム疵において、「◎」はスカム疵発生のための手入れ率が５％以下のもの、「○」は該手入れ率が５〜１０％のもの、「×」は該手入れ率が１０％を超えるものをいう。
【００３２】
製造結果のブローホールについては、「○」は長さ１ｍの鋳片を検査し、ブローホールが見つからなかったもの、「×」は長さ１ｍの鋳片を検査し、ブローホールが１個以上見つかったものをいう。
【００３３】
表１のＮｏ．１〜８が本発明例であり、鋼中含有量はいずれも本発明範囲内にある。本発明例Ｎｏ．１〜４はタンディッシュから鋳型への注入をオープン鋳造によって行い、タンディッシュノズル下端と鋳型上端の間に、鉄製の円筒を設置し、筒内に、窒素ガスを１００Ｎｌ／ｍｉｎの流量で吹き込んだ。このとき、筒内の酸素濃度は１．０％以下であった。本発明例Ｎｏ．５〜８は浸漬ノズルを用いた鋳造を行った。
【００３４】
Ｎｏ．１〜８のいずれの鋳造結果も、注湯ノズル状況、スカム疵、ブローホールともに良好であった。
【００３５】
表１のＮｏ．９〜１５が比較例である。Ｎｏ．９、１０はオープン鋳造かつ注入流の周囲にＮｏ．１、４と同様の筒を設置した。Ｎｏ．１１〜１３は浸漬ノズルを用いた。Ｎｏ．１４、１５はオープン鋳造を行ったもののタンディッシュから鋳型への注入流の周囲に筒を設置しなかった。
【００３６】
Ｎｏ．９はＴｉが本発明の下限未満であり、ブローホールの発生が見られた。Ｎｏ．１０はＴｉが本発明の上限を超えており、ノズル閉塞が発生した。Ｎｏ．１１はＣａが本発明の下限未満であり、ノズル閉塞とスカム疵の発生があった。Ｎｏ．１２はＣａが本発明の上限を超えており、ノズルが溶損傾向であった。Ｎｏ．１９、２０は注入中に溶鋼の酸化が発生したため、スカム疵の発生が見られた。
【００３７】
【発明の効果】
本発明により、Ｃａ大量添加や真空脱ガス装置やＬＦを用いた特殊二次精錬を行わずに、連続鋳造ノズルの閉塞を防止しかつ連続鋳造鋳片におけるブローホールの発生を防止したビレットの連続鋳造が可能となった。

Claims

重量％で、Ｃ：０．０１％〜０．３％、Ｓｉ：０．０１％以上０．１０％未満、Ｍｎ：０．１％〜１．０％、Ｔｉ：０．００５％〜０．０２０％、Ｃａ：０．０００５％〜０．００３０％を含み、Ａｌ：０．００５％以下であり、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる条用の軟鋼。
重量％で、更にＢ：０．００１％〜０．０１％、Ｓ：０．０１５％〜０．０３０％、Ｃｒ：０．０５％〜０．２５％の１種又は２種以上を含むことを特徴とする請求項１に記載の条用の軟鋼。
ビレット連続鋳造法によって鋳造し、タンディッシュから鋳型への注入流の周囲に筒を設置し、該筒内の酸素濃度を１．０％以下とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の条用の軟鋼の製造方法。
前記筒内に窒素ガスを吹き込む事を特徴とする請求項３に記載の条用の軟鋼の製造方法。
前記筒にかえて、タンディッシュから鋳型への注入に浸漬ノズルを使用することを特徴とする請求項３に記載の条用の軟鋼の製造方法。