JP3647969B2 - 鋼中有害介在物の微細化方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋼の製造に関するものであり、有害な粗大介在物を減少させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の製造において、脱酸処理や溶鋼の二次酸化によって発生した非金属介在物は品質に著しい悪影響を与えることが知られている。そこで、従来より鋼中に存在する介在物を減少させる方法が数多く提案されており、これらは「高清浄鋼」（第１２６・１２７回西山記念技術講座、日本鉄鋼協会編、昭和６３年１１月）に記載されている。これらの方法は、介在物個数を極力少なくする方法と介在物を無害化する方法に大別される。
【０００３】
前者の例は二次精錬での撹拌や連鋳での再酸化防止技術であり、同書１１頁には撹拌により脱酸生成物の浮上・分離が促進されると記載されており、又同書１３頁には再酸化防止技術としてタンディシュ内の不活性ガスシールが記載されている。また、後者の例としては介在物の組成制御があげられ、同書１５頁には目標とする介在物組成の例があげられている。
【０００４】
しかしながら、近年需要家の品質要求は厳格となっており、それに合わせて介在物の総量を極限まで低減させるためには、介在物除去コストが著しく増大してしまう。また、介在物の組成を制御して、高い変形能をもたせて無害化する方法は有効であるが、介在物組成のばらつきや分布のばらつきを考慮すると、有害な介在物が残留する可能性がある。
【０００５】
一方で、例えばＡｌキルド鋼、特にＴｉ含有極低炭素鋼（Ｔｉ含有量０．０１〜０．１％前後）の表面欠陥として知られているスリバー疵は鋳片の表層近傍に捕捉された５００μm以上の粗大なアルミナクラスターが主原因であることが知られている。従って、これら５００μm以上の粗大なアルミナクラスターを低減する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、鋳片に捕捉される粗大なアルミナクラスターの個数を低減できれば、製品の品質、特に表面欠陥を向上することができる。本発明は介在物の無害化法として、粗大なサイズの介在物、特にアルミナクラスターを凝固直前に微細化する方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決したものであり、その要旨は、重量％でＡｌ：０．０１〜０．１％の組成を有する極低炭素鋼を製造するに際し、溶鋼の脱酸処理工程において、Ａｌを添加した後にＺｒ，Ｃａ，Ｍｇのうちいずれか一種を以下の式で表される濃度となるように溶鋼中に添加することを特徴とする溶鋼中介在物の微細化方法である。
【０００８】

ここで、Ｍ_X：脱酸元素(Ｚr,Ｃa,Ｍg)の原子量、 Ｍ₀：Ｏの原子量、
ａ,ｂ：脱酸元素Ｘの酸化物(Ｘ_aＯ_b）の化学量論的係数
（Ｚrの場合 ａ＝1,ｂ＝2、Ｃa、Ｍgの場合ａ＝1,ｂ＝1)
Ｃ(Ｘ):溶鋼中のトータル脱酸元素(Ｘ:Zr,Ca,Mgのうちの1種)濃度(ppm)
Ｃ₁(Ｏ)：Ａlを添加する前の溶鋼中フリー酸素濃度(ppm)
Ｃ₂(Ｏ)：Ａlを添加した後の溶鋼中フリー酸素濃度(ppm)。
【０００９】
以下、本発明の具体的構成を示す。本発明者らは鋼中の介在物を微細化する手段として、酸素との親和力が強く、かつ酸素と化合し、溶鋼中でクラスタリングをしにくく、微細に分散する傾向のある酸化物を形成する元素を添加する方法を開示した（特開平３−４７６６４）。これは、Ａｌを０．０１％以下含有する炭素鋼において、ＭｎＳの析出核として有効なＭｎＯ・ＳｉＯ₂を微細化するために、ＭｎとＳｉで脱酸した後に、より脱酸力の強いＺｒを添加するものである。一方、本発明においては、Ａｌを０．０１％〜０．１０％含有する炭素鋼において、生成したＡｌ₂Ｏ₃を微細化するためにＡｌ添加後にＡｌよりも強い脱酸力を持つ元素を添加するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次ぎに本発明について詳しく述べる。まず、本発明者らは鋼中のＡｌ₂Ｏ₃系介在物を微細化するために種々の脱酸元素を用いて、種々の添加量による脱酸実験を行った。その結果、Ａｌで脱酸した後にＡｌよりも脱酸力の強いＺｒ、Ｍｇ、Ｃａを次の式で表される量を添加することでＡｌ₂Ｏ₃系介在物が最も微細に分散することを見いだした。
【００１１】

ここで、Ｍ_X：脱酸元素(Ｚr,Ｃa,Ｍg)の原子量、 Ｍ₀：Ｏの原子量、
ａ,ｂ：脱酸元素Ｘの酸化物(Ｘ_aＯ_b）の化学量論的係数
（Ｚrの場合 ａ＝1，ｂ＝2、Ｃa、Ｍgの場合ａ＝1,ｂ＝1)
Ｃ(Ｘ):溶鋼中のトータル脱酸元素(Ｘ:Zr,Ca,Mgのうちの1種)濃度(ppm)
Ｃ₁(Ｏ)：Ａlを添加する前の溶鋼中フリー酸素濃度(ppm)
Ｃ₂(Ｏ)：Ａlを添加した後の溶鋼中フリー酸素濃度(ppm)。
【００１２】
この原理は次のように考えられる。初めにＡｌで脱酸すると、溶鋼中には Ａｌ₂Ｏ₃系酸化物が生成する。また、これによって鋼中溶存酸素濃度が低下する。ここで、Ａｌよりも脱酸力の強いＺｒ、Ｃａ、Ｍｇを添加すると、溶存酸素とこれらの強脱酸元素が結合し、ＺｒＯ₂、ＣａＯ、ＭｇＯといった酸化物を形成する。
【００１３】
しかしながら、その過程において添加量によっては、溶存酸素が低いために先に生成していたＡｌ₂Ｏ₃系酸化物の一部を還元し、Ａｌ₂Ｏ₃との複合酸化物を形成するか、あるいは溶鋼中に酸化物単体として存在する。いずれの場合でも、Ａｌ₂Ｏ₃は量が減少し、粒径も微細化する。
【００１４】
次に本発明の式中に示した数式の決定理由について述べる。本発明に示した添加量算出式は、上述の原理に基づきＡｌ₂Ｏ₃として存在する酸素を後から添加した強脱酸元素と結合させうる量を提示している。Ａｌ₂Ｏ₃として存在する酸素はＣ₁(Ｏ)−Ｃ₂(Ｏ)で示され、この全ての酸素と結合する脱酸元素の量は、Ｃ₁(Ｏ)−Ｃ₂(Ｏ)に[(ａ・Ｍ_X)／(ｂ・Ｍ₀)]を乗じることで得られる。さらに得られた脱酸元素の量に係数を乗じることで、本発明の課題に対して十分な効果が得られる脱酸元素の添加量範囲を提示できる。本発明ではこの係数が０．０５から１．０である。
【００１５】
係数が０．０５以下では脱酸元素添加によるＡｌ₂Ｏ₃の還元が不十分であり、微細化効果は期待できない。また、係数が１を越える場合は過剰の脱酸元素が溶鋼中に存在することになり、これらは溶存酸素と結合し酸化物を形成する。また、酸素と結合できなかった量は鋼中に残存する。これが大気からの汚染あるいはスラグ中の酸素と結合して酸化物を後に形成し、クラスターとなりうる。従って、脱酸元素の添加量は、Ａｌ₂Ｏ₃を完全に還元してしまう量を上限とすることが必要である。
【００１６】
また、本発明の脱酸元素の添加方法であるが、合金の形態でＲＨ等の二次精錬工程で添加する方法が最も一般的であるが、最も効果的な方法は、鋳造直前にタンディッシュあるいは鋳型内に添加する方法であり、これらの場合は合金を充填したワイヤーの形態で連続的に添加する方法が考えられる。
また、溶鋼中フリー酸素濃度の測定であるが、汎用的に使用されている酸素センサー等で測定可能である。
【００１７】
【実施例】
高周波誘導溶解実験において、Ａｒ雰囲気、ＭｇＯ坩堝中で溶鋼を１kg溶解し、１５７０℃に保持した後Ａｌ，Ｔｉを添加し、約３０秒後に脱酸元素を添加し、約３０秒間保定した後電源を切り、坩堝中で空冷凝固させた。Ａｌ添加前後の溶鋼中フリー酸素は酸素センサーで測定した。得られたインゴットを切断加工し、光学顕微鏡で１０μm以上の介在物分布を調査し、最大介在物粒径を求めた。
【００１８】
表１に各試料の成分と脱酸元素添加量および得られた最大介在物粒径を示す。この結果からＺｒ、Ｃａ、Ｍｇ等を添加しない従来法あるいは本発明の条件範囲を外れた場合では粗大な５００μm以上のアルミナクラスターが存在するのに対し、本発明条件では最大粒径で５００μm以下の介在物となっている。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方法を用いれば、従来の方法では低減できなかった粗大なアルミナクラスターを微細化する事ができ、製品欠陥を減少させることが可能となる。従って、製品における表面欠陥の発生が低減することが期待できる。

Claims (1)

1. 重量％でＡｌ：０．０１〜０．１％の組成を有するＣ≦０．００７重量％の極低炭素鋼を製造するに際し、溶鋼の脱酸処理工程において、Ａｌを添加した後にＺｒ，Ｃａ，Ｍｇのうちいずれか一種を以下の式で表される濃度となるように溶鋼中に添加することを特徴とする鋼中有害介在物の微細化方法。
   0.05×[(a・M_ｘ)／(b・M_０)]×[(C_１(O)−C_２(0)]≦
   C(X)≦1.0×[(a・M_Ｘ)／(b・M_０)]×[C_１(0)−C_２(0)]
   ここで、Ｍ_ｘ：脱酸元素(Ｚr,Ｃa,Ｍg)の原子量、 Ｍ_０：Ｏの原子量、
   ａ，ｂ：脱酸元素Ｘの酸化物(Ｘ_ａＯ_ｂ）の化学量論的係数
   （Ｚrの場合 a＝1， ｂ＝2、Ｃa、Ｍgの場合ａ＝1, ｂ＝1)
   Ｃ(Ｘ):溶鋼中のトータル脱酸元素(Ｘ:Zr,Ca,Mgのうちの1種)濃度(ppm)
   Ｃ_１(Ｏ)：Ａlを添加する前の溶鋼中フリー酸素濃度(ppm)
   Ｃ_２(Ｏ)：Ａlを添加した後の溶鋼中フリー酸素濃度(ppm)