JP3885267B2 - 耐水素誘起割れ性に優れた高清浄極低硫鋼の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐水素誘起割れ性に優れた高清浄極低硫鋼の製造方法、特に、溶鋼の極低硫化と高清浄化とを効果的に行い、溶鋼の液相線温度よりも少なくとも20℃以上の温度で連続鋳造機にて鋳込むことにより耐ＨＩＣ性に極めて優れた鋼の製造を可能にする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＩＣ( 水素誘起割れ、HIC 割れとも言う、以下同じ) は、圧延時に伸延されたMnS 系介在物や線状の破砕された介在物を起点として発生する。MnS 系介在物は凝固時に偏析した鋼中MnとＳの反応により生じるから、このMnS 生成抑止には、溶鋼段階で充分脱硫して鋼中Ｓ含有量を下げ、さらにCaを添加することにより、溶鋼中介在物をCaO-Al2O3-CaS としてＳを固定する方法が有効である。
【０００３】
このCa添加方法については、多くの従来技術があるが、例えば、特開昭56−98415 号公報、特開昭58−3913号公報、特開平４−259352号公報などはいずれも、脱ガス、脱硫、Ca添加の３処理工程の処理順序、処理条件を適正化したものである。
しかし、スラグ成分まで規定した特許は非常に少なく、また、連続鋳造機での鋳造温度について言及した従来技術は皆無である。
【０００４】
スラグ成分に言及した従来技術としては、例えば上記公開公報の内では特開昭56−98415 号公報だけがスラグ組成についてCaO 55〜60％、SiO2 5〜10％、Al2O3 30〜40％、そして[FeO＋MnO] 0.1％以下に調整することが好ましいことを開示しており、その他、特開昭63−7318号公報では、スラグを攪拌後 (%CaO)/(%SiO2) ＞2.5 、 (全Fe)+(MnO) ＜2.0 ％に調整し、Caを添加する方法を開示している。また、特開昭64−75621 号公報は、転炉出鋼後にスラグ成分を (%FeO)+(%MnO)＜５％に制御し、Caを添加する方法について開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術、例えば上述の特開昭63−7318号公報および特開昭64−75621 号公報に開示された方法では、いずれもHIC 鋼 (耐HIC 性を示す鋼、以下同じ) への適用を規定していないため、このスラグ成分では脱硫が難しい上、後述するようにCaの介在物に対する改質効果に大きなバラツキが生じるため、MnS 、CaS などによるHIC 割れを防ぐことはできない。
【０００６】
ここに、本発明の目的は、耐HIC 性をさらに改善するとともに清浄性を一層高めた極低硫鋼の溶製方法を提供することである。
本発明の具体的な目的は、鋼中 [S]≦10 ppm、スラブ中 (%FeO)+(%MnO)≦1.0 ％の耐水素誘起割れ性に極めて優れた高清浄性を備えたHIC 鋼の溶製方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
従来の耐ＨＩＣ鋼の溶製技術では、十分に脱硫処理された溶鋼にCaを添加することにより、ＨＩＣの起点となるMnS 、Al2O3 クラスターをCaO-Al2O3-CaS 系球状介在物とすることにより無害化し、かつ、Ca添加時に見られるCaS の生成を抑止すれば、実用上十分な耐ＨＩＣ性が得られると考えられていた。
【０００８】
しかし、本発明者らのこれまでの研究によれば、上記方法においてもＨＩＣ発生を十分に抑制することができないことがわかった。脱硫後にCa処理をした鋼材を耐ＨＩＣ性試験で評価し、ＨＩＣが発生した鋼材の圧延後板材中の介在物形態の観察、組成分析を行った結果、ＨＩＣ割れの起点となっていたのはMnS とAl2O3 クラスターの組み合わせか、大型の球状介在物か、もしくはCaS であった。
【０００９】
MnS 、Al2O3 クラスターの組み合わせが見い出された鋼材は、全てCa処理前のスラグ中の(%FeO)+(%MnO) の合計 (以下、低級酸化物濃度) が1.0 ％超あり、またCa処理中のCa歩留りが非常に悪かった。Caは本来溶鋼中のAl2O3 クラスターをCaO-Al2O3 系球状介在物に改質する目的で添加しているが、スラグ中の低級酸化物濃度が高いため、強力な脱酸剤であるCaをスラグ中低級酸化物が消費してしまい、図１に示すようにCa歩留りが非常に悪くなったと考えられる。その結果、Ca量の添加不足が起き、鋼材中にAl2O3 クラスターやMnS が残存したと考えられる。また溶鋼中のAl2O3 クラスターの量はCa処理後から鋳造までの時間経過とともに増加していることから、スラグ中の低級酸化物による溶鋼の再酸化も考えられる。
【００１０】
一方、大型の球状介在物が見い出された鋼材は、いずれも鋳込み時のタンディッシュ内温度が溶鋼の液相線温度よりも20℃より低い温度 (以下、温度ΔＴ＝タンディッシュ内温度−溶鋼の液相線温度でもって記述する) で鋳造したものであった。
【００１１】
図２に示すようにタンディッシュ内のΔＴが低いと、溶鋼自身の粘性が増加し介在物と溶鋼間の摩擦係数が大きくなるため、本来は浮上しやすい大型介在物が鋳込み中に浮上できず、その結果、鋼材中に大型の球状介在物が残存したと考えられる。
【００１２】
CaS が見い出された鋼材は、Ca添加時の溶鋼中のＳが10ppm 超の場合であった。これはＳが10ppm 超の場合は、どのようなCa添加条件でも必ず、CaＳが生じるためである。
【００１３】
そして、脱硫に関しては、図３に示すように脱硫率とスラグ中の (％CaO)/(％Al2O3)と (％CaF2) とに非常に強い相関があり、 (％CaO)/(％Al2O3)＝1.0 〜3.0 、 (％CaF2) ＞５％が脱硫率が良いことが分かった。特に、 (％CaO)/(Al2O3)＝1.2 〜2.5 、 (％CaF2) ≧10％のときに脱硫が最も良く行われ、かつ安定していた。
【００１４】
従って、鋼材の耐ＨＩＣ性を向上させるには、溶鋼の安定的極低硫化、Ca添加時のCaS 生成抑止、スラグ中の低級酸化物低減による、溶鋼再酸化の防止およびCaの介在物改質効果の安定化によるAl2O3 クラスターやMnS の生成抑止、そしてタンディッシュ内ΔＴ高温制御による介在物浮上を図ることによって、それらの相乗効果により、極低硫化、高清浄化を安定して確実に実現することができることが判明した。
【００１５】
すなわち、本発明者らは、Ca処理をした鋼材を耐ＨＩＣ試験で評価し、ＨＩＣが発生した鋼材の圧延後板材中の介在物形態の観察、組成分析を行った結果、下記の知見を得、本発明を完成した。
【００１６】
▲１▼Ca処理前スラグ中の低級酸化物濃度が１％超の場合は、Ca量の添加不足が生じ、鋼材中にAl2O3 クラスターやMnS が残存する。
▲２▼スラグ中の低級酸化物が１％超の場合は、溶鋼の再酸化により溶鋼中のAl2O3 クラスターの量は増加する。
▲３▼タンディッシュ内のΔＴが20℃より低いと、鋼材中に大型の球状介在物が残存する。
▲４▼ΔＴが高い方が、スラブ中の球状介在物個数およびAl2O3 クラスター個数は低減する。
▲５▼Ca添加時の溶鋼中のＳが10ppm 超の場合は、どのようなCa添加条件でも必ず、CaS が生じる。
▲６▼脱硫率とスラブ組成中の (％CaO)/(％Al2O3)比と (％CaF2) とには非常に強い相関がある。
【００１７】
ここに、本発明の要旨とするところは、転炉出鋼中に予備脱酸、スラグ組成調整を行った取鍋内の溶鋼とスラグに、不活性ガスを使った攪拌処理によるスラグ改質・脱硫処理を行い、続いて下記（１）〜（４）式を満たす条件下でＣａまたはＣａ合金処理を行い、その後、連続鋳造機のタンディッシュ内の溶鋼温度を溶鋼の液相線温度より２０〜５０℃高い温度に保持して鋳込むことを特徴とする、圧延後の鋼材にＨＩＣ割れの起点となるＭｎＳとＡｌ ２ Ｏ ３ クラスターの組み合わせを残存させない、耐水素誘起割れ性に優れた高清浄極低硫鋼の製造方法である。
【００１８】
スラグ中（％ＣａＯ）／（％Ａｌ２Ｏ３）＝１．０〜３．０ ・・・・・（１）
スラグ中（％ＦｅＯ）＋（％ＭｎＯ）≦１．０％ ・・・・・（２）
スラグ中（％ＣａＦ２）＞５％ ・・・・・（３）
溶鋼中［Ｓ］≦１０ｐｐｍ ・・・・・（４）
上記（１）〜（４）式における「％」は「質量％」を意味する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明の方法について具体的に説明すると次の通りである。
本発明にかかる方法は、転炉出鋼中の予備脱酸＋スラグ調整の前処理工程、不活性ガス攪拌処理によるスラグ改質・脱硫工程、次いでCaまたはCa合金処理による介在物改質工程、そして鋳造工程から成り、所望によりＲＨ処理工程を上記不活性ガスによる攪拌処理工程の前後のいずれかに行ってもよい。
【００２０】
前処理工程 (予備脱酸＋スラグ調整):
まず、転炉出鋼時の溶鋼をAl、SiもしくはAl＋Siなどの脱硫剤にて、予め予備脱酸する。また出鋼末期に転炉より流失する転炉スラグにAlを主成分としたスラグ改質剤、およびスラグ組成調整用の媒溶剤を添加する。
【００２１】
本発明の好適態様にあっては、この時点で転炉スラグの組成を (％CaO)/(％Al2O3)＝1.0 〜3.0 、 (％CaF2) ＞５％に調整する。
また高脱硫率を安定的に得るには、スラグ組成は、図３に示すように最も脱硫率が優れる (％CaO)/(％Al2O3)＝1.2 〜2.5 、 (％CaF2) ≧10％に調整した方が好ましい。
【００２２】
スラグ改質・脱硫工程:
続いて、この溶鋼にスラグAlまたはAlを主成分としたスラグ改質剤を添加して２〜５Nm3/分の不活性ガス攪拌またはCaO 、CaF2からなる脱硫剤吹き込みを上記の不活性ガス攪拌に併用して２分以上攪拌する。
【００２３】
このスラグ改質処理ではスラグ中の低級酸化物をAlにより還元し、この工程後の低級酸化物濃度、つまり(%FeO)+(%MnO) を1.0 ％以下にまで低減する。これは、この工程以降での溶鋼の再酸化の防止と、Caの介在物改質効果の安定化によるAl2O3 クラスターやMnS の生成防止のためである。
【００２４】
続いて２〜５Nm3/分の不活性ガス攪拌またはCaO 、CaF2からなる脱硫剤吹き込みを不活性ガス攪拌に併用して３分以上攪拌する。この脱硫処理では溶鋼中の脱硫を行い、この工程後の溶鋼中のＳを≦10ppm まで低減する。これはCa添加中のCaS の生成防止のためである。
以上の不活性ガスによる攪拌処理によるスラグ改質と脱硫は工程を簡略化するため、同時に行ってもよいが連続で行うことが望ましい。
【００２５】
また、上記の処理は溶鋼の温度が低下するのでタンディッシュ内の溶鋼のΔＴが20℃以上となるのを確保するため、必要に応じて、上記の工程の前、中、後に昇熱工程を入れてもよい。ただし、その昇熱工程を、O2ガス＋Alによる燃焼熱を利用して行う場合、生成するAl2O3 の量によりスラグ中の (%CaO)/(%Al2O3)が低下して、脱硫効率が落ちるので、脱硫工程前にそのような昇熱工程を行う場合は、昇熱量に応じてCaO を添加し (%CaO)/(%Al2O3)＝1.0 〜3.0 、(%CaF2) ＞５％に調整する必要がある。
【００２６】
ＲＨ処理工程:
ＲＨ脱ガス装置によって溶鋼を環流させるのであるが、これは脱ガスを行うものであり、さらに同時に上述の昇熱工程を行ってもよい。
また、上記のスラグ改質・脱硫工程の前後にこのＲＨ脱ガス装置での環流処理を行ってもよいが、脱硫工程後に行った方が、脱硫工程時に巻き込まれたスラグを起因とする介在物の除去ができ、溶鋼の清浄性が向上することが好ましい。
【００２７】
介在物改質工程 (CaまたはCa合金処理) ：
以上の処理により、溶鋼中Ｓ≦10ppm 、スラグ中低級酸化物濃度 (%FeO+%MnO)≦1.0 ％まで低減された溶鋼に対して、金属CaまたはCa合金を例えば被覆ワイヤーの形で溶鋼を不活性ガスで攪拌しながら溶鋼中に添加する。
【００２８】
このように介在物改質処理は下記の(1) 〜(4) 式を満足する条件下で行う。
スラグ中 (％CaO)／ (％Al2O3)＝ 1.0〜3.0 ・・・・・(1)
スラグ中 (％FeO)＋ (％MnO)≦ 1.0％ ・・・・・(2)
スラグ中 (％CaF2) ＞５％ ・・・・・(3)
溶鋼中 [Ｓ] ≦ 10 ppm ・・・・・(4)
この時の不活性ガスの吹き込み方法は、上部から装入するランス方式、底部から攪拌するポーラスレンガ方式のどちらでもよいが、流量は50〜500Nl/分(0.05 〜0.5 Nm3/分) が望ましい。50 Nl/分 (0.05Nm3/分) より小さいと、Caが溶鋼と十分に混ざらないため、鋼中のAl2O3 クラスターの改質にバラツキが生じる。500Nl/分 (0.5 Nm3/分) より大きいと攪拌が強くなりすぎ、溶鋼表面がスラグ表面を破って大気にさらされるため、大気による溶鋼の再酸化が生じる。好ましくは0.06〜0.30Nm3/分である。
【００２９】
また図１に示すようにスラグ中低級酸化物濃度≦１％であれば、Ca歩留りは安定しているので、Ca添加量は溶鋼中の介在物量に見合う分だけ入れればよい。従ってCa純分で0.1 〜0.4kg/溶鋼トンが望ましい。
【００３０】
また、添加するCaまたはCa合金は、キャリアガスとともに吹き込むインジェクション法でもよいが、スラグ巻き込みの可能性が生じるため、被覆ワイヤー法が最も望ましい。
【００３１】
鋳造工程:
以上の工程を経て溶製された溶鋼を連続鋳造機にて鋳込む。図２に示すように、この時タンディッシュ内のΔＴを20〜50℃に制御すると、介在物の浮上効果が発揮され、介在物の低減ができる。20℃より小さい場合には、溶鋼の粘性が増し介在物の浮上が抑制される。また50℃を越える場合には、介在物の浮上効果が上限となり、また耐火物・昇熱用Alのコストが大きくなるため50℃を上限とした。鋳造後は、慣用の熱間圧延、冷間圧延等の必要な加工、処理を経てHIC 鋼材とすればよい。
【００３２】
【実施例】
転炉出鋼後、取鍋内溶鋼250 トンにAl脱酸を施し、スラグに改質剤として細粒のAlを、媒溶剤としてCaO 1.0 〜1.5 トン、CaF2 200〜500 kgを添加し、表１に示す成分に調整した。なお、これらのスラグ改質剤と媒溶剤 (脱硫剤) はArガス吹込みと同時に行った。
【００３３】
次に下記３種の処理パターンによって攪拌処理およびCa処理を行った。
▲１▼取鍋内に浸漬したランスを用いて４Nm3/分のArガスで溶鋼を５〜10分攪拌してスラグ改質と脱硫を行ってから後、CaSiワイヤーを用いて溶鋼にCaを添加した。
【００３４】
▲２▼取鍋内に浸漬したランスを用いて４Nm3/分のArガスで溶鋼を５〜10分攪拌してスラグ改質と脱硫を行ってから後、ＲＨ脱ガス装置にて環流処理を10分行い、その後CaSiワイヤーを用いて溶鋼にCaを添加した。
【００３５】
▲３▼ＲＨ脱ガス装置にてO2＋Al昇熱および環流処理を行い、その後生成したAl2O3 に見合うCaO を投入して、取鍋内に浸漬したランスを用いて４Nm3/分のArガスで溶鋼を５〜10分攪拌してスラグ改質と脱硫を行ってから後、CaSiワイヤーを用いて溶鋼にCaを添加した。
【００３６】
次いで、このようにして得られた３種の溶鋼を連続鋳造機にて鋳造し、熱間、冷間の圧延を経て供試材とした後、ＮＡＣＥ条件による耐ＨＩＣ試験を行い、耐ＨＩＣ性を決定した。
【００３７】
以上の▲１▼〜▲３▼の処理条件と耐ＨＩＣ性能評価の結果を表２に示す。表中の＊印の項は、本発明で定めた条件から外れている条件であり、「耐ＨＩＣ」項の○印は“ＨＩＣ発生なし”、×は“発生あり”である。
【００３８】
表２に示すように本発明で定める前述の式(1) 〜(4) で規定する条件を全て満たして処理した場合、ＨＩＣは全く発生しない。しかし処理条件中に本発明で定める条件を満たさないものがあるとＨＩＣが発生した。
【００３９】
【表１】
【００４０】
【表２】
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば溶鋼の大型介在物の除去、スラグ中低級酸化物による再酸化防止とCaの介在物改質効果の安定化ができることにより、圧延後の鋼材中には大型球状介在物、Al2O3 クラスター、MnS 、CaS は存在しなくなり、鋼材の極低硫高清浄化を達成できる。これにより、耐ＨＩＣ性に極めて優れた鋼材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スラグ中低級酸化物濃度とCa歩留りの関係を示すグラフである。
【図２】ΔＴと介在物浮上効果との関係を示すグラフである。
【図３】脱硫率とスラグ組成の関係を示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐水素誘起割れ性に優れた高清浄極低硫鋼の製造方法、特に、溶鋼の極低硫化と高清浄化とを効果的に行い、溶鋼の液相線温度よりも少なくとも20℃以上の温度で連続鋳造機にて鋳込むことにより耐ＨＩＣ性に極めて優れた鋼の製造を可能にする方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＨＩＣ( 水素誘起割れ、HIC 割れとも言う、以下同じ) は、圧延時に伸延されたMnS 系介在物や線状の破砕された介在物を起点として発生する。MnS 系介在物は凝固時に偏析した鋼中MnとＳの反応により生じるから、このMnS 生成抑止には、溶鋼段階で充分脱硫して鋼中Ｓ含有量を下げ、さらにCaを添加することにより、溶鋼中介在物をCaO-Al2O3-CaS としてＳを固定する方法が有効である。
【０００３】
このCa添加方法については、多くの従来技術があるが、例えば、特開昭56−98415 号公報、特開昭58−3913号公報、特開平４−259352号公報などはいずれも、脱ガス、脱硫、Ca添加の３処理工程の処理順序、処理条件を適正化したものである。
しかし、スラグ成分まで規定した特許は非常に少なく、また、連続鋳造機での鋳造温度について言及した従来技術は皆無である。
【０００４】
スラグ成分に言及した従来技術としては、例えば上記公開公報の内では特開昭56−98415 号公報だけがスラグ組成についてCaO 55〜60％、SiO2 5〜10％、Al2O3 30〜40％、そして[FeO＋MnO] 0.1％以下に調整することが好ましいことを開示しており、その他、特開昭63−7318号公報では、スラグを攪拌後 (%CaO)/(%SiO2) ＞2.5 、 (全Fe)+(MnO) ＜2.0 ％に調整し、Caを添加する方法を開示している。また、特開昭64−75621 号公報は、転炉出鋼後にスラグ成分を (%FeO)+(%MnO)＜５％に制御し、Caを添加する方法について開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術、例えば上述の特開昭63−7318号公報および特開昭64−75621 号公報に開示された方法では、いずれもHIC 鋼 (耐HIC 性を示す鋼、以下同じ) への適用を規定していないため、このスラグ成分では脱硫が難しい上、後述するようにCaの介在物に対する改質効果に大きなバラツキが生じるため、MnS 、CaS などによるHIC 割れを防ぐことはできない。
【０００６】
ここに、本発明の目的は、耐HIC 性をさらに改善するとともに清浄性を一層高めた極低硫鋼の溶製方法を提供することである。
本発明の具体的な目的は、鋼中 [S]≦10 ppm、スラブ中 (%FeO)+(%MnO)≦1.0 ％の耐水素誘起割れ性に極めて優れた高清浄性を備えたHIC 鋼の溶製方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
従来の耐ＨＩＣ鋼の溶製技術では、十分に脱硫処理された溶鋼にCaを添加することにより、ＨＩＣの起点となるMnS 、Al2O3 クラスターをCaO-Al2O3-CaS 系球状介在物とすることにより無害化し、かつ、Ca添加時に見られるCaS の生成を抑止すれば、実用上十分な耐ＨＩＣ性が得られると考えられていた。
【０００８】
しかし、本発明者らのこれまでの研究によれば、上記方法においてもＨＩＣ発生を十分に抑制することができないことがわかった。脱硫後にCa処理をした鋼材を耐ＨＩＣ性試験で評価し、ＨＩＣが発生した鋼材の圧延後板材中の介在物形態の観察、組成分析を行った結果、ＨＩＣ割れの起点となっていたのはMnS とAl2O3 クラスターの組み合わせか、大型の球状介在物か、もしくはCaS であった。
【０００９】
MnS 、Al2O3 クラスターの組み合わせが見い出された鋼材は、全てCa処理前のスラグ中の(%FeO)+(%MnO) の合計 (以下、低級酸化物濃度) が1.0 ％超あり、またCa処理中のCa歩留りが非常に悪かった。Caは本来溶鋼中のAl2O3 クラスターをCaO-Al2O3 系球状介在物に改質する目的で添加しているが、スラグ中の低級酸化物濃度が高いため、強力な脱酸剤であるCaをスラグ中低級酸化物が消費してしまい、図１に示すようにCa歩留りが非常に悪くなったと考えられる。その結果、Ca量の添加不足が起き、鋼材中にAl2O3 クラスターやMnS が残存したと考えられる。また溶鋼中のAl2O3 クラスターの量はCa処理後から鋳造までの時間経過とともに増加していることから、スラグ中の低級酸化物による溶鋼の再酸化も考えられる。
【００１０】
一方、大型の球状介在物が見い出された鋼材は、いずれも鋳込み時のタンディッシュ内温度が溶鋼の液相線温度よりも20℃より低い温度 (以下、温度ΔＴ＝タンディッシュ内温度−溶鋼の液相線温度でもって記述する) で鋳造したものであった。
【００１１】
図２に示すようにタンディッシュ内のΔＴが低いと、溶鋼自身の粘性が増加し介在物と溶鋼間の摩擦係数が大きくなるため、本来は浮上しやすい大型介在物が鋳込み中に浮上できず、その結果、鋼材中に大型の球状介在物が残存したと考えられる。
【００１２】
CaS が見い出された鋼材は、Ca添加時の溶鋼中のＳが10ppm 超の場合であった。これはＳが10ppm 超の場合は、どのようなCa添加条件でも必ず、CaＳが生じるためである。
【００１３】
そして、脱硫に関しては、図３に示すように脱硫率とスラグ中の (％CaO)/(％Al2O3)と (％CaF2) とに非常に強い相関があり、 (％CaO)/(％Al2O3)＝1.0 〜3.0 、 (％CaF2) ＞５％が脱硫率が良いことが分かった。特に、 (％CaO)/(Al2O3)＝1.2 〜2.5 、 (％CaF2) ≧10％のときに脱硫が最も良く行われ、かつ安定していた。
【００１４】
従って、鋼材の耐ＨＩＣ性を向上させるには、溶鋼の安定的極低硫化、Ca添加時のCaS 生成抑止、スラグ中の低級酸化物低減による、溶鋼再酸化の防止およびCaの介在物改質効果の安定化によるAl2O3 クラスターやMnS の生成抑止、そしてタンディッシュ内ΔＴ高温制御による介在物浮上を図ることによって、それらの相乗効果により、極低硫化、高清浄化を安定して確実に実現することができることが判明した。
【００１５】
すなわち、本発明者らは、Ca処理をした鋼材を耐ＨＩＣ試験で評価し、ＨＩＣが発生した鋼材の圧延後板材中の介在物形態の観察、組成分析を行った結果、下記の知見を得、本発明を完成した。
【００１６】
▲１▼Ca処理前スラグ中の低級酸化物濃度が１％超の場合は、Ca量の添加不足が生じ、鋼材中にAl2O3 クラスターやMnS が残存する。
▲２▼スラグ中の低級酸化物が１％超の場合は、溶鋼の再酸化により溶鋼中のAl2O3 クラスターの量は増加する。
▲３▼タンディッシュ内のΔＴが20℃より低いと、鋼材中に大型の球状介在物が残存する。
▲４▼ΔＴが高い方が、スラブ中の球状介在物個数およびAl2O3 クラスター個数は低減する。
▲５▼Ca添加時の溶鋼中のＳが10ppm 超の場合は、どのようなCa添加条件でも必ず、CaS が生じる。
▲６▼脱硫率とスラブ組成中の (％CaO)/(％Al2O3)比と (％CaF2) とには非常に強い相関がある。
【００１７】
ここに、本発明の要旨とするところは、転炉出鋼中に予備脱酸、スラグ組成調整を行った取鍋内の溶鋼とスラグに、不活性ガスを使った攪拌処理によるスラグ改質・脱硫処理を行い、続いて下記（１）〜（４）式を満たす条件下でＣａまたはＣａ合金処理を行い、その後、連続鋳造機のタンディッシュ内の溶鋼温度を溶鋼の液相線温度より２０〜５０℃高い温度に保持して鋳込むことを特徴とする、圧延後の鋼材にＨＩＣ割れの起点となるＭｎＳとＡｌ ２ Ｏ ３ クラスターの組み合わせを残存させない、耐水素誘起割れ性に優れた高清浄極低硫鋼の製造方法である。
【００１８】
スラグ中（％ＣａＯ）／（％Ａｌ２Ｏ３）＝１．０〜３．０ ・・・・・（１）
スラグ中（％ＦｅＯ）＋（％ＭｎＯ）≦１．０％ ・・・・・（２）
スラグ中（％ＣａＦ２）＞５％ ・・・・・（３）
溶鋼中［Ｓ］≦１０ｐｐｍ ・・・・・（４）
上記（１）〜（４）式における「％」は「質量％」を意味する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明の方法について具体的に説明すると次の通りである。
本発明にかかる方法は、転炉出鋼中の予備脱酸＋スラグ調整の前処理工程、不活性ガス攪拌処理によるスラグ改質・脱硫工程、次いでCaまたはCa合金処理による介在物改質工程、そして鋳造工程から成り、所望によりＲＨ処理工程を上記不活性ガスによる攪拌処理工程の前後のいずれかに行ってもよい。
【００２０】
前処理工程 (予備脱酸＋スラグ調整):
まず、転炉出鋼時の溶鋼をAl、SiもしくはAl＋Siなどの脱硫剤にて、予め予備脱酸する。また出鋼末期に転炉より流失する転炉スラグにAlを主成分としたスラグ改質剤、およびスラグ組成調整用の媒溶剤を添加する。
【００２１】
本発明の好適態様にあっては、この時点で転炉スラグの組成を (％CaO)/(％Al2O3)＝1.0 〜3.0 、 (％CaF2) ＞５％に調整する。
また高脱硫率を安定的に得るには、スラグ組成は、図３に示すように最も脱硫率が優れる (％CaO)/(％Al2O3)＝1.2 〜2.5 、 (％CaF2) ≧10％に調整した方が好ましい。
【００２２】
スラグ改質・脱硫工程:
続いて、この溶鋼にスラグAlまたはAlを主成分としたスラグ改質剤を添加して２〜５Nm3/分の不活性ガス攪拌またはCaO 、CaF2からなる脱硫剤吹き込みを上記の不活性ガス攪拌に併用して２分以上攪拌する。
【００２３】
このスラグ改質処理ではスラグ中の低級酸化物をAlにより還元し、この工程後の低級酸化物濃度、つまり(%FeO)+(%MnO) を1.0 ％以下にまで低減する。これは、この工程以降での溶鋼の再酸化の防止と、Caの介在物改質効果の安定化によるAl2O3 クラスターやMnS の生成防止のためである。
【００２４】
続いて２〜５Nm3/分の不活性ガス攪拌またはCaO 、CaF2からなる脱硫剤吹き込みを不活性ガス攪拌に併用して３分以上攪拌する。この脱硫処理では溶鋼中の脱硫を行い、この工程後の溶鋼中のＳを≦10ppm まで低減する。これはCa添加中のCaS の生成防止のためである。
以上の不活性ガスによる攪拌処理によるスラグ改質と脱硫は工程を簡略化するため、同時に行ってもよいが連続で行うことが望ましい。
【００２５】
また、上記の処理は溶鋼の温度が低下するのでタンディッシュ内の溶鋼のΔＴが20℃以上となるのを確保するため、必要に応じて、上記の工程の前、中、後に昇熱工程を入れてもよい。ただし、その昇熱工程を、O2ガス＋Alによる燃焼熱を利用して行う場合、生成するAl2O3 の量によりスラグ中の (%CaO)/(%Al2O3)が低下して、脱硫効率が落ちるので、脱硫工程前にそのような昇熱工程を行う場合は、昇熱量に応じてCaO を添加し (%CaO)/(%Al2O3)＝1.0 〜3.0 、(%CaF2) ＞５％に調整する必要がある。
【００２６】
ＲＨ処理工程:
ＲＨ脱ガス装置によって溶鋼を環流させるのであるが、これは脱ガスを行うものであり、さらに同時に上述の昇熱工程を行ってもよい。
また、上記のスラグ改質・脱硫工程の前後にこのＲＨ脱ガス装置での環流処理を行ってもよいが、脱硫工程後に行った方が、脱硫工程時に巻き込まれたスラグを起因とする介在物の除去ができ、溶鋼の清浄性が向上することが好ましい。
【００２７】
介在物改質工程 (CaまたはCa合金処理) ：
以上の処理により、溶鋼中Ｓ≦10ppm 、スラグ中低級酸化物濃度 (%FeO+%MnO)≦1.0 ％まで低減された溶鋼に対して、金属CaまたはCa合金を例えば被覆ワイヤーの形で溶鋼を不活性ガスで攪拌しながら溶鋼中に添加する。
【００２８】
このように介在物改質処理は下記の(1) 〜(4) 式を満足する条件下で行う。
スラグ中 (％CaO)／ (％Al2O3)＝ 1.0〜3.0 ・・・・・(1)
スラグ中 (％FeO)＋ (％MnO)≦ 1.0％ ・・・・・(2)
スラグ中 (％CaF2) ＞５％ ・・・・・(3)
溶鋼中 [Ｓ] ≦ 10 ppm ・・・・・(4)
この時の不活性ガスの吹き込み方法は、上部から装入するランス方式、底部から攪拌するポーラスレンガ方式のどちらでもよいが、流量は50〜500Nl/分(0.05 〜0.5 Nm3/分) が望ましい。50 Nl/分 (0.05Nm3/分) より小さいと、Caが溶鋼と十分に混ざらないため、鋼中のAl2O3 クラスターの改質にバラツキが生じる。500Nl/分 (0.5 Nm3/分) より大きいと攪拌が強くなりすぎ、溶鋼表面がスラグ表面を破って大気にさらされるため、大気による溶鋼の再酸化が生じる。好ましくは0.06〜0.30Nm3/分である。
【００２９】
また図１に示すようにスラグ中低級酸化物濃度≦１％であれば、Ca歩留りは安定しているので、Ca添加量は溶鋼中の介在物量に見合う分だけ入れればよい。従ってCa純分で0.1 〜0.4kg/溶鋼トンが望ましい。
【００３０】
また、添加するCaまたはCa合金は、キャリアガスとともに吹き込むインジェクション法でもよいが、スラグ巻き込みの可能性が生じるため、被覆ワイヤー法が最も望ましい。
【００３１】
鋳造工程:
以上の工程を経て溶製された溶鋼を連続鋳造機にて鋳込む。図２に示すように、この時タンディッシュ内のΔＴを20〜50℃に制御すると、介在物の浮上効果が発揮され、介在物の低減ができる。20℃より小さい場合には、溶鋼の粘性が増し介在物の浮上が抑制される。また50℃を越える場合には、介在物の浮上効果が上限となり、また耐火物・昇熱用Alのコストが大きくなるため50℃を上限とした。鋳造後は、慣用の熱間圧延、冷間圧延等の必要な加工、処理を経てHIC 鋼材とすればよい。
【００３２】
【実施例】
転炉出鋼後、取鍋内溶鋼250 トンにAl脱酸を施し、スラグに改質剤として細粒のAlを、媒溶剤としてCaO 1.0 〜1.5 トン、CaF2 200〜500 kgを添加し、表１に示す成分に調整した。なお、これらのスラグ改質剤と媒溶剤 (脱硫剤) はArガス吹込みと同時に行った。
【００３３】
次に下記３種の処理パターンによって攪拌処理およびCa処理を行った。
▲１▼取鍋内に浸漬したランスを用いて４Nm3/分のArガスで溶鋼を５〜10分攪拌してスラグ改質と脱硫を行ってから後、CaSiワイヤーを用いて溶鋼にCaを添加した。
【００３４】
▲２▼取鍋内に浸漬したランスを用いて４Nm3/分のArガスで溶鋼を５〜10分攪拌してスラグ改質と脱硫を行ってから後、ＲＨ脱ガス装置にて環流処理を10分行い、その後CaSiワイヤーを用いて溶鋼にCaを添加した。
【００３５】
▲３▼ＲＨ脱ガス装置にてO2＋Al昇熱および環流処理を行い、その後生成したAl2O3 に見合うCaO を投入して、取鍋内に浸漬したランスを用いて４Nm3/分のArガスで溶鋼を５〜10分攪拌してスラグ改質と脱硫を行ってから後、CaSiワイヤーを用いて溶鋼にCaを添加した。
【００３６】
次いで、このようにして得られた３種の溶鋼を連続鋳造機にて鋳造し、熱間、冷間の圧延を経て供試材とした後、ＮＡＣＥ条件による耐ＨＩＣ試験を行い、耐ＨＩＣ性を決定した。
【００３７】
以上の▲１▼〜▲３▼の処理条件と耐ＨＩＣ性能評価の結果を表２に示す。表中の＊印の項は、本発明で定めた条件から外れている条件であり、「耐ＨＩＣ」項の○印は“ＨＩＣ発生なし”、×は“発生あり”である。
【００３８】
表２に示すように本発明で定める前述の式(1) 〜(4) で規定する条件を全て満たして処理した場合、ＨＩＣは全く発生しない。しかし処理条件中に本発明で定める条件を満たさないものがあるとＨＩＣが発生した。
【００３９】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
本発明によれば溶鋼の大型介在物の除去、スラグ中低級酸化物による再酸化防止とCaの介在物改質効果の安定化ができることにより、圧延後の鋼材中には大型球状介在物、Al2O3 クラスター、MnS 、CaS は存在しなくなり、鋼材の極低硫高清浄化を達成できる。これにより、耐ＨＩＣ性に極めて優れた鋼材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スラグ中低級酸化物濃度とCa歩留りの関係を示すグラフである。
【図２】ΔＴと介在物浮上効果との関係を示すグラフである。
【図３】脱硫率とスラグ組成の関係を示すグラフである。
Claims (3)
- 転炉出鋼中に予備脱酸、スラグ組成調整を行った取鍋内の溶鋼とスラグに、不活性ガスを使った攪拌処理によるスラグ改質・脱硫処理を行い、続いて下記（１）〜（４）式を満たす条件下でＣａまたはＣａ合金処理を行い、その後、連続鋳造機のタンディッシュ内の溶鋼温度を溶鋼の液相線温度より２０〜５０℃高い温度に保持して鋳込むことを特徴とする、圧延後の鋼材にＨＩＣ割れの起点となるＭｎＳとＡｌ２Ｏ３クラスターの組み合わせを残存させない、耐水素誘起割れ性に優れた高清浄極低硫鋼の製造方法。
スラグ中（％ＣａＯ）／（％Ａｌ２Ｏ３）＝１．０〜３．０ ・・・・・（１）
スラグ中（％ＦｅＯ）＋（％ＭｎＯ）≦１．０％ ・・・・・（２）
スラグ中（％ＣａＦ２）＞５％ ・・・・・（３）
溶鋼中［Ｓ］≦１０ｐｐｍ ・・・・・（４）
上記（１）〜（４）式における「％」は「質量％」を意味する。 - 前記の不活性ガスを使った攪拌処理の後、ＣａまたはＣａ合金処理に先立って、ＲＨ脱ガス装置にて溶鋼の環流処理を行うことを特徴とする請求項１記載の耐水素誘起割れ性に優れた高清浄極低硫鋼の溶製方法。
- 前記のスラグ組成調整を行った後、前記の不活性ガスを使った攪拌処理に先立って、ＲＨ脱ガス装置にて溶鋼の環流処理を行うことを特徴とする請求項１記載の耐水素誘起割れ性に優れた高清浄極低硫鋼の製造方法。
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