JP4046255B2 - 介在物性欠陥の少ない薄鋼板用鋳片およびその製造方法 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄鋼板向け炭素鋼の連続鋳造鋳片とその製造方法に関し、特に介在物性欠陥発生の少ない鋳片およびその製造方法に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、連続鋳造法で製造した鋳片における介在物性の欠陥は非常に少なくなってきている。これは、溶鋼段階での脱酸法の技術改善や、連続鋳造における種々の介在物対策が効を奏した結果である（第１２６・１２７回西山記念技術講座「高清浄鋼」社団法人日本鉄鋼協会，１９８８）。
【０００３】
しかしながら、薄板向け鋳片、特に飲料缶素材用鋳片においては、益々の介在物低減が要求されており、個数の低減とともにそのサイズを小さくすることが求められている。鋳片内の介在物個数を低減する技術としては、例えば特開平７−３００６１２号公報、特開平５−３３１５２２号公報等が、また、介在物のサイズを小さくする技術としては、例えば特開平５−４３９７７号公報等がある。
【０００４】
飲料缶用鋳片内の介在物個数を低減する技術として、上記特開平７−３００６１２号公報には、二次精錬において、溶鋼中にガス吹き込みランスからフラックスを吹き込んで、該フラックスを介在物と凝集合体させ、浮上させることが記載されているが、吹き込んだフラックスが溶鋼中に残留して介在物となる恐れがあった。
【０００５】
また、上記特開平５−３３１５２２号公報では、転炉内へＣａＯを投入してスラグを固化させた後、取鍋内に出鋼し、その後取鍋上のスラグにＡｌを添加して、スラグ中ＦｅＯ濃度を２％以下にすることを記載しているが、スラグ中ＦｅＯ濃度を安定的に２％以下にするには、多量のＡｌ投入が必要となり、コスト的に高くなる。また、スラグ中ＦｅＯ濃度を２％以下にしても、Ａｌ脱酸を行なう限り、脱酸生成物であるアルミナが生成してクラスタ状になる。これは比重が大きいため、溶鋼表面への浮上によるアルミナクラスタ個数の大幅減少は、期待出来ない。
【０００６】
介在物のサイズを小さくする技術としては、特開平５−４３９７７号公報にＴｉとＭｇを溶鋼中に添加することが開示されているが、ＴｉやＭｇ添加前の溶鋼酸素濃度が規定されていない。酸素濃度が高い場合には、ＴｉやＭｇを添加して脱酸を行なっても、介在物の微細化効果が十分に発揮されないことから、生成した介在物は大きなものとなってしまう。
【０００７】
このようなことから、前記各号公報の技術では、薄板向鋼板用鋳片の介在物個数の低減と介在物サイズの微細化を安定して達成することは困難であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、鋳片の介在物個数の低減と介在物サイズの微細化を安定して達成することによって、介在物性欠陥の少ない薄鋼板用鋳片とその製造方法を提供することである。
すなわち、本発明は、薄板製品で介在物性欠陥が発生しないための鋳片内介在物条件を満足する鋳片とその鋳片の製造方法である。特に、薄鋼板用鋳片で制約を受ける、ＭｎやＳｉ含有量に依存しない、介在物性欠陥の少ない鋳片とその製造方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、溶鋼に脱酸材を添加する前に、減圧雰囲気でＣ脱酸を行なって溶鋼中の酸素濃度を低減して、その後、脱酸材としてＴｉ、Ｍｇの順で金属または合金として添加して脱酸し、５３μｍ以上の酸化物介在物の個数が２００個／ｋｇ以下で、かつ、その内、アルミナクラスタ介在物の個数が２０個／ｋｇ以下の鋳片にして、製品加工において、介在物欠陥の発生を防止するものであり、その手段１は、Ｃ：０．００１〜０．２重量、Ｍｎ：０．０１〜０．５重量％、Ｓｉ：０．００１〜０．５重量％、Ｐ：０．００１〜０．３重量％、Ｓ：０．０００５〜０．０５重量％、Ａｌ：０．００６重量％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０６重量％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１重量％、Ｎ：０．０００５〜０．０１重量％、酸素：０．０００５〜０．００５０重量％を含み、残部鉄および不可避的不純物からなる炭素鋼で、鋳片中の酸化物系介在物のうち、５３μｍ以上の介在物の個数が２００個／ｋｇ以下であり、かつその内、アルミナ粒子が２個以上合体したアルミナクラスタ介在物の個数が２０個／ｋｇ以下である介在物性欠陥の少ない薄鋼板用鋳片である。
【００１０】
更に、手段２は、前記手段１に、Ｎｂ：０．００１〜０．１０重量％、Ｖ：０．００５〜０．２０重量％、Ｃｒ：０．０１〜０．５０重量％、Ｍｏ：０．０１〜０．５０重量％、Ｃｕ：０．０１〜０．５０重量％、Ｎｉ：０．０１〜０．５０重量％、Ｂ：０．０００２〜０．００２０重量％の一種または二種以上を含有せしめるものである。
【００１１】
手段３は、Ｃ：０．００１〜０．２重量％、Ｍｎ：０．０１〜０．５重量％、Ｓｉ：０．００１〜０．５重量％、Ｐ：０．００１〜０．３重量％、Ｓ：０．０００５〜０．０５重量％、Ａｌ：０．００６重量％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０６重量％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１重量％、Ｎ：０．０００５〜０．０１重量％、酸素：０．０００５〜０．００５０重量％を含み、残部鉄および不可避的不純物からなる炭素鋼溶鋼を連続鋳造設備で鋳造して鋳片を製造する際に、脱炭を行なった溶鋼を、減圧雰囲気でＣ脱酸を行なって該溶鋼中の酸素濃度を３００ｐｐｍ以下とし、その後、Ｔｉ、Ｍｇの順で金属または合金として添加して脱酸する介在物性欠陥の少ない薄鋼板用鋳片の製造方法である。
【００１２】
手段４は、前記手段３に、Ｎｂ：０．００１〜０．１０重量％、Ｖ：０．００５〜０．２０重量％、Ｃｒ：０．０１〜０．５０重量％、Ｍｏ：０．０１〜０．５０重量％、Ｃｕ：０．０１〜０．５０重量％、Ｎｉ：０．０１〜０．５０重量％、Ｂ：０．０００２〜０．００２０重量％の一種または二種以上を含有せしめるたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
発明者らは、まず、製品にとって介在物性欠陥の発生しにくい鋳片の介在物条件について検討した。ここで、介在物とは、製品欠陥に悪影響を与えやすい酸化物系のものを示す。鋳片内の介在物個数が多くなると、製品での介在物性欠陥が発生しやすくなる。そこで、鋳片内の介在物の大きさや個数と製品欠陥発生との関係を調査した結果、図１に示すように、鋳片内の介在物のうち、５３μｍ以上の大きさのものが、鋳片１ｋｇあたり２００個以下で、しかも、５３μｍ以上のアルミナクラスタが、鋳片１ｋｇ当たり２０個以下であると製品欠陥発生率が極めて低い。
【００１４】
これに対し、それ以外の場合（５３μｍ以上の介在物が鋳片１ｋｇあたり２００個超、アルミナクラスタが鋳片１ｋｇ当たり２０個超である場合）には製品欠陥発生率が高い、すなわち製品欠陥が発生しやすい傾向にあることが判明した。
【００１５】
ここで、前記アルミナクラスタとは、複数のアルミナ粒子が凝集したもので、、この集合体を１個と数える。一般的にＡｌ脱酸後の生成物であるアルミナは、一つ一つの粒子は小さいが、生成後すぐに粒子どうしが凝集し、クラスタ状となってサイズが大きくなる。また、このクラスタは、構成粒子どうしの間に鉄を含むので、比重が大きく浮上しにくい。また、アルミナクラスタのほうが他の介在物よりも、製品欠陥に与える影響が大きい。なお、５３μｍという数字は、介在物分析法におけるフィルターの編み目のサイズである。
【００１６】
以下に本発明の鋳片について詳細に説明するために、発明の条件を規定した理由を述べる。
Ｃは鋼の強度を持たす為に用いられる元素であるが、薄板向けでは深絞り用鋼板等でＣを極力低減させたほうが望ましい場合もある。しかしながら、Ｃが０．００１重量％以下では本発明におけるＣ脱酸が非常に困難になるので、下限を０．００１重量％とし、上限は板材で用いられる最大炭素量として０．２重量％とした。
【００１７】
また、Ｍｎも強度を得るためやＳによる脆化を抑制するために必要であり、上限はハイテン材等で使用される場合の最大値０．５重量％とした。また、下限は不可避的に混入するために０．０１重量％とした。
Ｓｉも強度を得るためや高温特性を改善するために用いられる元素であり、上限は０．５重量％とした。また、不可避的に混入するためその下限を０．００１重量％とした。
【００１８】
Ｐは鋼に有害な元素であるため、極力少ないほうが望ましいが、不可避的に混入するため下限値０．００１重量％が現実的である。しかしながら、鋼の強度や耐食性向上の観点から多量のＰ添加を求められる場合があるので、その上限を０．３重量％とした。これ以上では、Ｐによる脆化の影響が強くなる。
Ｓも同様に製品特性に害をなす場合が多く、極力低位とすることが望ましいが、不可避的に混入するため下限値０．０００５重量％が現実的である。また上限は連続鋳造時の割れを防ぐために０．０５重量％とした。
【００１９】
Ａｌは脱酸元素として一般的に使用されているが、鋳片中の酸化物系介在物のうち、５３μｍ以上の介在物の個数が２００個／ｋｇ以下であり、かつその内、アルミナ粒子が２個以上合体したアルミナクラスタ介在物の個数が２０個／ｋｇ以下であることを満たすためには、本発明では極力Ａｌを脱酸元素として用いないことが、基本思想である。
【００２０】
しかしながら、不可避的に混入される場合があったり、後述のようにスラグ改質のためにスラグ中にＡｌを添加した時に溶鋼中にもＡｌがついてしまう場合がある。そこで、上限を０．００６重量％とした。これは、前記特開平０５−４３９７７に記載された条件と同じであり、Ａｌ含有量を０．００６重量％以下に制限すれば、ＴｉとＭｇの効果が阻害されない。
【００２１】
ＴｉおよびＭｇは本発明の重要な元素である。鋳片中の酸化物系介在物のうち、５３μｍ以上の介在物の個数が２００個／ｋｇ以下であり、かつその内、アルミナ粒子が２個以上合体したアルミナクラスタ介在物の個数が２０個／ｋｇ以下であることを満たすためには、Ａｌを脱酸材として用いるのではなく、後述するようにＴｉやＭｇを用いる必要があることを、発明者らは知見した。
【００２２】
Ｔｉの下限値は、脱酸効果を得るために０．００５重量％とし、上限については、多量に添加するとＭｇ脱酸の効果を阻害するので、０．０６重量％と規定した。
Ｍｇについても、十分な脱酸効果を得るために、下限値は０．０００５重量％とした。上限値は、過剰に入れても効果が飽和するレベルとして０．０１重量％とした。
【００２３】
Ｎは、Ｔｉと化合してＴｉＮをつくり、結晶粒の成長を抑えることに利用される。この観点から用いられている添加量の上限値として、０．０１重量％とした。また、不可避的に混入される分を考慮して、下限値として０．０００５重量％とした。
【００２４】
鋳片中の酸素量は、そのほとんどが鋳片内の酸化物系介在物として含まれる分である。製品で有害となる５３μｍ以上の介在物については、極力少ないほうが望ましいが、大きな介在物が少なくなれば、必ず酸素量が低くなるという訳ではない。
すなわち、製品に無害な微細介在物が多数あっても、酸素量は高くなる。従って、酸素量があるレベル以下では、必ずしも酸素量は介在物個数の指標とは成り得ないが、酸素値が非常に高い場合には、大きな介在物個数が多くなる傾向が見られるので、上限を０．００５０重量％とした。また、下限については、不可避的に混入する分を考慮して、０．０００５重量％とした。
【００２５】
以上が、本発明が対象とする鋼の基本成分であるが、強度や耐食性、焼き入れ性を初めとする材料の諸特性を向上させるために、鋼の用途に応じてＮｂ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｂの一種または二種以上を添加しても、本発明の効果は何ら損なわれるものではない。
すなわち、その添加量の範囲は、Ｎｂ：０．００１〜０．１０重量％、Ｖ：０．００５〜０．２０重量％、Ｃｒ：０．０１〜０．５０重量％、Ｍｏ：０．０１〜０．５０重量％、Ｃｕ：０．０１〜０．５０重量％、Ｎｉ：０．０１〜０．５０重量％、Ｂ：０．０００２〜０．００２０重量％とする。
【００２６】
この他の元素として、ＣａやＲＥＭの元素が溶鋼中に含まれる場合もあるが、当該１元素につき１０ｐｐｍまでなら、含まれても本発明の効果に影響を与えることはない。
【００２７】
なお、実際の製造プロセスでは、添加した元素が１００％溶鋼中に含まれることになるわけではないので、歩留を考慮して余分に添加する必要がある。また、添加方法については、特に規定はしない。上記条件を満足するように鋼中に含有できる方法であれば、どのような方法でも構わない。
また、鋳片中の酸化物系介在物のうち、５３μｍ以上の介在物の個数を２００個／ｋｇ以下とし、かつその内のアルミナクラスタの個数を２０個／ｋｇ以下としたのは、図１に示したように、製品欠陥の発生率が小さくなる条件から決定したものである。
【００２８】
次に、このような鋳片内の介在物条件を満たすための製造方法について検討した。発明者らは、まず脱酸元素について着目した。溶鋼の脱酸元素としては、一般にＡｌが広く用いられている。しかしながら、Ａｌ脱酸後の生成物であるアルミナは、一つ一つの粒子は小さいが、生成後すぐに粒子どうしが凝集し、クラスタ状となってサイズが大きくなる。また、このクラスタは、構成粒子どうしの間に鉄を含むので、比重が大きく浮上しにくい。従って、Ａｌ脱酸で生成したアルミナ介在物を浮上・除去するためには、静置時間を非常に長くとる、Ａｒガスを多量に溶鋼中へ吹き込んで、ガスと介在物を合体させて浮上を促進する等の対策が必要であった。
【００２９】
そこで、発明者らはＡｌを脱酸材として用いないことを考え、Ａｌに代わる脱酸元素として、Ｍｇに着目した。Ｍｇで脱酸すると、脱酸生成物であるＭｇＯが生成するが、そのサイズが他の脱酸元素に較べて小さい特徴がある。しかしながら、このＭｇＯのサイズは、Ｍｇ添加前の溶鋼酸素濃度に大きく依存する。
【００３０】
発明者らは、ＭｇＯ介在物のサイズが小さくなるＭｇ添加前の溶鋼酸素濃度について、ラボ実験により求めた。鋼の成分は０．０４％Ｃ−０．００１０％ＮでＴｉ，Ｍｇ，酸素量を変化させた。なお、他の成分は含まれていない。図２には、Ｍｇ脱酸直後のＭｇＯ介在物平均粒径と、Ｍｇ脱酸前の溶鋼酸素濃度の関係を示すが、溶鋼酸素濃度が５０ｐｐｐｍ以下の場合に、生成したＭｇＯ介在物の平均サイズが１０μｍ以下と非常に小さくなることが判った。
【００３１】
次に、Ｍｇ添加前の溶鋼酸素濃度を５０ｐｐｍ以下に制御する手段について検討した。熱力学的に検討すると、溶鋼酸素濃度を５０ｐｐｍ以下にするためには、Ｓｉよりも酸素親和力の強い脱酸元素を選択するのが良い。これは、Ｓｉを０．５重量％と比較的多量に入れて脱酸した時に、溶鋼温度１６００℃で熱力学的に平衡する溶鋼酸素濃度が約７０ｐｐｍであることから推測出来る。
【００３２】
これに当てはまる脱酸元素としては、Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｃａが挙げられるが、Ｍｇはその後の脱酸で用いるので、除外される。また、ＣａはＭｇよりも酸素親和力の強い元素なので、除かれる。また、Ａｌについては、脱酸元素として用いないことが本発明の基本思想であるから除いた。
以上の考察から、Ｍｇ添加前の溶鋼酸素濃度を５０ｐｐｍ以下に制御する手段として、Ｔｉを用いることにした。Ｔｉ脱酸は、脱酸するために必要な濃度が数百ｐｐｍと、ＭｎやＳｉの場合に較べて非常に少ないことも特徴である。
【００３３】
しかしながら、Ｔｉ脱酸においても、Ｍｇ脱酸と同様に、Ｔｉ添加前の溶鋼酸素濃度が、生成するＴｉ酸化物のサイズに大きく影響する。すなわち、溶鋼酸素濃度が高い場合には、生成するＴｉ酸化物が大きいものになり、本発明の意図と矛盾することになる。
そこで、発明者らは、Ｔｉ酸化物のサイズが小さくなるＴｉ添加前の溶鋼酸素濃度について、ラボ実験により求めた。図３には、Ｔｉ脱酸直後のＴｉ酸化物の平均粒径と、Ｔｉ脱酸前の溶鋼酸素濃度の関係を示すが、溶鋼酸素濃度が３００ｐｐｍ以上では、生成したＴｉ酸化物のサイズが急激に大きくなることが判った。従って、Ｔｉ添加前の溶鋼酸素濃度を３００ｐｐｍ以下とする必要があることが判明した。
【００３４】
次に、Ｔｉ添加前の溶鋼酸素濃度を３００ｐｐｍ以下に制御する手段について検討した。熱力学的に検討すると、溶鋼酸素濃度を３００ｐｐｍ以下にするためには、Ｍｎ脱酸やＳｉ脱酸が挙げられるが、本発明が対象とする薄鋼板用鋳片では、材質上ＭｎやＳｉ濃度を低く制約される場合がある。従って、ＭｎやＳｉ濃度に依存しない脱酸法を考える必用があった。
【００３５】
発明者らは、Ｃに着目し、減圧下でＣ脱酸を行なうことにより、溶鋼酸素濃度を３００ｐｐｍ以下にすることを考えた。Ｃ脱酸平衡から検討すると、例えばＣ濃度０．０４重量％の場合、溶鋼温度１６００℃で雰囲気中のＣＯ分圧が約０．４であれば、平衡する溶鋼酸素濃度は約３００ｐｐｍとなり、本発明で要求される条件を満足する事が出来る。Ｃ脱酸は、脱酸生成物がＣＯガスであるため、溶鋼中に残留して介在物とならないことも大きな特徴である。
【００３６】
なお、脱酸を行なう前に、取鍋内溶鋼上のスラグにＣａＯやＡｌを添加して、スラグ中の酸素ポテンシャルを低下させる、いわゆるスラグ改質を行なうことは、本発明の効果にとっても有利な方法であり、スラグ改質を行なうほうが、更なる介在物個数の低減と介在物の微細化が期待できる。
【００３７】
【実施例】
表１に示す成分の炭素鋼を表３に示す製造条件で製造し、得られた鋳片の介在物個数と、鋳片を圧延して得られた鋼板および、それを素材として加工した場合の結果について調査した。調査方法としては、表４に示した方法で行なった。
なお、水準Ａ−１、Ｃ−１、Ｄ−１はスラグ改質として、Ｃ脱酸前に、取鍋内のスラグ上に、溶鋼３００ｔにつきＣａＯを１．５ｔ、Ａｌを５００ｋｇ添加した。
【００３８】
【表１】
【００３９】
【表２】
【００４０】
【表３】
【００４１】
【表４】
【００４２】
結果を表２に示す。表より、本発明の場合の条件を満たす場合には、鋳片内の介在物個数が少なく、表面疵や内部欠陥による不合格が発生せず、更に加工時の欠陥も発生しないという良好な結果が得られた。
【００４３】
一方、本発明を満たさない比較材については、次の通り問題のある結果となった。
すなわち、比較材Ｂ−２、Ｅ−２、Ｆ−２では、脱酸用合金元素であるＴｉ，Ｍｇの添加前にＣ脱酸を行なっていないので、結果的に脱酸用合金元素添加前の溶鋼酸素濃度が３００ｐｐｍより高くなり、Ｔｉ−Ｍｇの順序で添加を行なっても、鋳片内介在物個数が多くなっている。特にＥ−２では、アルミナクラスタ個数は少ないが、総介在物個数が多くなっている。
【００４４】
比較材Ａ−２、Ｄ−２では、脱酸用合金元素添加前にＣ脱酸を行なったにもかかわらず、脱酸用合金元素添加前の溶鋼酸素濃度が３００ｐｐｍ以下を満たしていないので、アルミナクラスタ個数は少ないが、総介在物個数が多くなっている。比較材Ｃ−２、Ｇ−２、Ｈ−２では、脱酸元素の添加順序が本発明を満たしていなかったので製品加工時に欠陥が発生した。特にＣ−２とＨ−２では、アルミナクラスタ個数は少ないが、総介在物個数が多くなっている。
【００４５】
また、比較材Ｉ−１ではＴｉ濃度が低く本発明を満たさないため、またＪ−１ではＡｌが高く、本発明を満たさないため、Ｋ−１ではＴｉ、Ｍｇ、酸素の濃度が高く本発明を満たしていないために、鋳片内介在物個数が多くなっている。特にＪ−１の場合には、５３μｍ以上の介在物個数は、条件を満たしているが、アルミナクラスタ個数が本発明範囲よりも多くなっている。
【００４６】
この結果、本発明の条件を満たさない場合には、鋳片内介在物の個数が多く、圧延後のコイル欠陥や製品加工時の欠陥も発生している。ここで、表３中の加工欠陥の欄で、−印となっているものは、コイル段階で不合格になったために、製品にはならず、加工に至らなかったものである。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、有害な介在物の個数が大幅に減少した薄鋼板用鋳片であることから、圧延後の鋼板に介在物に起因する欠陥や製品加工時の欠陥が非常に少なくなり、良好な製品を得ることが可能となって、製品歩留を向上出来る。更に、本発明により、介在物性欠陥の少ない薄鋼板用鋳片の製造を確実に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋳片内介在物個数と製品欠陥の発生率の関係を示した図。
【図２】Ｍｇ添加前の溶鋼酸素量と介在物サイズとの関係を示した図。
【図３】Ｔｉ添加前の溶鋼酸素量と介在物サイズとの関係を示した図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄鋼板向け炭素鋼の連続鋳造鋳片とその製造方法に関し、特に介在物性欠陥発生の少ない鋳片およびその製造方法に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、連続鋳造法で製造した鋳片における介在物性の欠陥は非常に少なくなってきている。これは、溶鋼段階での脱酸法の技術改善や、連続鋳造における種々の介在物対策が効を奏した結果である（第１２６・１２７回西山記念技術講座「高清浄鋼」社団法人日本鉄鋼協会，１９８８）。
【０００３】
しかしながら、薄板向け鋳片、特に飲料缶素材用鋳片においては、益々の介在物低減が要求されており、個数の低減とともにそのサイズを小さくすることが求められている。鋳片内の介在物個数を低減する技術としては、例えば特開平７−３００６１２号公報、特開平５−３３１５２２号公報等が、また、介在物のサイズを小さくする技術としては、例えば特開平５−４３９７７号公報等がある。
【０００４】
飲料缶用鋳片内の介在物個数を低減する技術として、上記特開平７−３００６１２号公報には、二次精錬において、溶鋼中にガス吹き込みランスからフラックスを吹き込んで、該フラックスを介在物と凝集合体させ、浮上させることが記載されているが、吹き込んだフラックスが溶鋼中に残留して介在物となる恐れがあった。
【０００５】
また、上記特開平５−３３１５２２号公報では、転炉内へＣａＯを投入してスラグを固化させた後、取鍋内に出鋼し、その後取鍋上のスラグにＡｌを添加して、スラグ中ＦｅＯ濃度を２％以下にすることを記載しているが、スラグ中ＦｅＯ濃度を安定的に２％以下にするには、多量のＡｌ投入が必要となり、コスト的に高くなる。また、スラグ中ＦｅＯ濃度を２％以下にしても、Ａｌ脱酸を行なう限り、脱酸生成物であるアルミナが生成してクラスタ状になる。これは比重が大きいため、溶鋼表面への浮上によるアルミナクラスタ個数の大幅減少は、期待出来ない。
【０００６】
介在物のサイズを小さくする技術としては、特開平５−４３９７７号公報にＴｉとＭｇを溶鋼中に添加することが開示されているが、ＴｉやＭｇ添加前の溶鋼酸素濃度が規定されていない。酸素濃度が高い場合には、ＴｉやＭｇを添加して脱酸を行なっても、介在物の微細化効果が十分に発揮されないことから、生成した介在物は大きなものとなってしまう。
【０００７】
このようなことから、前記各号公報の技術では、薄板向鋼板用鋳片の介在物個数の低減と介在物サイズの微細化を安定して達成することは困難であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、鋳片の介在物個数の低減と介在物サイズの微細化を安定して達成することによって、介在物性欠陥の少ない薄鋼板用鋳片とその製造方法を提供することである。
すなわち、本発明は、薄板製品で介在物性欠陥が発生しないための鋳片内介在物条件を満足する鋳片とその鋳片の製造方法である。特に、薄鋼板用鋳片で制約を受ける、ＭｎやＳｉ含有量に依存しない、介在物性欠陥の少ない鋳片とその製造方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、溶鋼に脱酸材を添加する前に、減圧雰囲気でＣ脱酸を行なって溶鋼中の酸素濃度を低減して、その後、脱酸材としてＴｉ、Ｍｇの順で金属または合金として添加して脱酸し、５３μｍ以上の酸化物介在物の個数が２００個／ｋｇ以下で、かつ、その内、アルミナクラスタ介在物の個数が２０個／ｋｇ以下の鋳片にして、製品加工において、介在物欠陥の発生を防止するものであり、その手段１は、Ｃ：０．００１〜０．２重量、Ｍｎ：０．０１〜０．５重量％、Ｓｉ：０．００１〜０．５重量％、Ｐ：０．００１〜０．３重量％、Ｓ：０．０００５〜０．０５重量％、Ａｌ：０．００６重量％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０６重量％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１重量％、Ｎ：０．０００５〜０．０１重量％、酸素：０．０００５〜０．００５０重量％を含み、残部鉄および不可避的不純物からなる炭素鋼で、鋳片中の酸化物系介在物のうち、５３μｍ以上の介在物の個数が２００個／ｋｇ以下であり、かつその内、アルミナ粒子が２個以上合体したアルミナクラスタ介在物の個数が２０個／ｋｇ以下である介在物性欠陥の少ない薄鋼板用鋳片である。
【００１０】
更に、手段２は、前記手段１に、Ｎｂ：０．００１〜０．１０重量％、Ｖ：０．００５〜０．２０重量％、Ｃｒ：０．０１〜０．５０重量％、Ｍｏ：０．０１〜０．５０重量％、Ｃｕ：０．０１〜０．５０重量％、Ｎｉ：０．０１〜０．５０重量％、Ｂ：０．０００２〜０．００２０重量％の一種または二種以上を含有せしめるものである。
【００１１】
手段３は、Ｃ：０．００１〜０．２重量％、Ｍｎ：０．０１〜０．５重量％、Ｓｉ：０．００１〜０．５重量％、Ｐ：０．００１〜０．３重量％、Ｓ：０．０００５〜０．０５重量％、Ａｌ：０．００６重量％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０６重量％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１重量％、Ｎ：０．０００５〜０．０１重量％、酸素：０．０００５〜０．００５０重量％を含み、残部鉄および不可避的不純物からなる炭素鋼溶鋼を連続鋳造設備で鋳造して鋳片を製造する際に、脱炭を行なった溶鋼を、減圧雰囲気でＣ脱酸を行なって該溶鋼中の酸素濃度を３００ｐｐｍ以下とし、その後、Ｔｉ、Ｍｇの順で金属または合金として添加して脱酸する介在物性欠陥の少ない薄鋼板用鋳片の製造方法である。
【００１２】
手段４は、前記手段３に、Ｎｂ：０．００１〜０．１０重量％、Ｖ：０．００５〜０．２０重量％、Ｃｒ：０．０１〜０．５０重量％、Ｍｏ：０．０１〜０．５０重量％、Ｃｕ：０．０１〜０．５０重量％、Ｎｉ：０．０１〜０．５０重量％、Ｂ：０．０００２〜０．００２０重量％の一種または二種以上を含有せしめるたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
発明者らは、まず、製品にとって介在物性欠陥の発生しにくい鋳片の介在物条件について検討した。ここで、介在物とは、製品欠陥に悪影響を与えやすい酸化物系のものを示す。鋳片内の介在物個数が多くなると、製品での介在物性欠陥が発生しやすくなる。そこで、鋳片内の介在物の大きさや個数と製品欠陥発生との関係を調査した結果、図１に示すように、鋳片内の介在物のうち、５３μｍ以上の大きさのものが、鋳片１ｋｇあたり２００個以下で、しかも、５３μｍ以上のアルミナクラスタが、鋳片１ｋｇ当たり２０個以下であると製品欠陥発生率が極めて低い。
【００１４】
これに対し、それ以外の場合（５３μｍ以上の介在物が鋳片１ｋｇあたり２００個超、アルミナクラスタが鋳片１ｋｇ当たり２０個超である場合）には製品欠陥発生率が高い、すなわち製品欠陥が発生しやすい傾向にあることが判明した。
【００１５】
ここで、前記アルミナクラスタとは、複数のアルミナ粒子が凝集したもので、、この集合体を１個と数える。一般的にＡｌ脱酸後の生成物であるアルミナは、一つ一つの粒子は小さいが、生成後すぐに粒子どうしが凝集し、クラスタ状となってサイズが大きくなる。また、このクラスタは、構成粒子どうしの間に鉄を含むので、比重が大きく浮上しにくい。また、アルミナクラスタのほうが他の介在物よりも、製品欠陥に与える影響が大きい。なお、５３μｍという数字は、介在物分析法におけるフィルターの編み目のサイズである。
【００１６】
以下に本発明の鋳片について詳細に説明するために、発明の条件を規定した理由を述べる。
Ｃは鋼の強度を持たす為に用いられる元素であるが、薄板向けでは深絞り用鋼板等でＣを極力低減させたほうが望ましい場合もある。しかしながら、Ｃが０．００１重量％以下では本発明におけるＣ脱酸が非常に困難になるので、下限を０．００１重量％とし、上限は板材で用いられる最大炭素量として０．２重量％とした。
【００１７】
また、Ｍｎも強度を得るためやＳによる脆化を抑制するために必要であり、上限はハイテン材等で使用される場合の最大値０．５重量％とした。また、下限は不可避的に混入するために０．０１重量％とした。
Ｓｉも強度を得るためや高温特性を改善するために用いられる元素であり、上限は０．５重量％とした。また、不可避的に混入するためその下限を０．００１重量％とした。
【００１８】
Ｐは鋼に有害な元素であるため、極力少ないほうが望ましいが、不可避的に混入するため下限値０．００１重量％が現実的である。しかしながら、鋼の強度や耐食性向上の観点から多量のＰ添加を求められる場合があるので、その上限を０．３重量％とした。これ以上では、Ｐによる脆化の影響が強くなる。
Ｓも同様に製品特性に害をなす場合が多く、極力低位とすることが望ましいが、不可避的に混入するため下限値０．０００５重量％が現実的である。また上限は連続鋳造時の割れを防ぐために０．０５重量％とした。
【００１９】
Ａｌは脱酸元素として一般的に使用されているが、鋳片中の酸化物系介在物のうち、５３μｍ以上の介在物の個数が２００個／ｋｇ以下であり、かつその内、アルミナ粒子が２個以上合体したアルミナクラスタ介在物の個数が２０個／ｋｇ以下であることを満たすためには、本発明では極力Ａｌを脱酸元素として用いないことが、基本思想である。
【００２０】
しかしながら、不可避的に混入される場合があったり、後述のようにスラグ改質のためにスラグ中にＡｌを添加した時に溶鋼中にもＡｌがついてしまう場合がある。そこで、上限を０．００６重量％とした。これは、前記特開平０５−４３９７７に記載された条件と同じであり、Ａｌ含有量を０．００６重量％以下に制限すれば、ＴｉとＭｇの効果が阻害されない。
【００２１】
ＴｉおよびＭｇは本発明の重要な元素である。鋳片中の酸化物系介在物のうち、５３μｍ以上の介在物の個数が２００個／ｋｇ以下であり、かつその内、アルミナ粒子が２個以上合体したアルミナクラスタ介在物の個数が２０個／ｋｇ以下であることを満たすためには、Ａｌを脱酸材として用いるのではなく、後述するようにＴｉやＭｇを用いる必要があることを、発明者らは知見した。
【００２２】
Ｔｉの下限値は、脱酸効果を得るために０．００５重量％とし、上限については、多量に添加するとＭｇ脱酸の効果を阻害するので、０．０６重量％と規定した。
Ｍｇについても、十分な脱酸効果を得るために、下限値は０．０００５重量％とした。上限値は、過剰に入れても効果が飽和するレベルとして０．０１重量％とした。
【００２３】
Ｎは、Ｔｉと化合してＴｉＮをつくり、結晶粒の成長を抑えることに利用される。この観点から用いられている添加量の上限値として、０．０１重量％とした。また、不可避的に混入される分を考慮して、下限値として０．０００５重量％とした。
【００２４】
鋳片中の酸素量は、そのほとんどが鋳片内の酸化物系介在物として含まれる分である。製品で有害となる５３μｍ以上の介在物については、極力少ないほうが望ましいが、大きな介在物が少なくなれば、必ず酸素量が低くなるという訳ではない。
すなわち、製品に無害な微細介在物が多数あっても、酸素量は高くなる。従って、酸素量があるレベル以下では、必ずしも酸素量は介在物個数の指標とは成り得ないが、酸素値が非常に高い場合には、大きな介在物個数が多くなる傾向が見られるので、上限を０．００５０重量％とした。また、下限については、不可避的に混入する分を考慮して、０．０００５重量％とした。
【００２５】
以上が、本発明が対象とする鋼の基本成分であるが、強度や耐食性、焼き入れ性を初めとする材料の諸特性を向上させるために、鋼の用途に応じてＮｂ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｂの一種または二種以上を添加しても、本発明の効果は何ら損なわれるものではない。
すなわち、その添加量の範囲は、Ｎｂ：０．００１〜０．１０重量％、Ｖ：０．００５〜０．２０重量％、Ｃｒ：０．０１〜０．５０重量％、Ｍｏ：０．０１〜０．５０重量％、Ｃｕ：０．０１〜０．５０重量％、Ｎｉ：０．０１〜０．５０重量％、Ｂ：０．０００２〜０．００２０重量％とする。
【００２６】
この他の元素として、ＣａやＲＥＭの元素が溶鋼中に含まれる場合もあるが、当該１元素につき１０ｐｐｍまでなら、含まれても本発明の効果に影響を与えることはない。
【００２７】
なお、実際の製造プロセスでは、添加した元素が１００％溶鋼中に含まれることになるわけではないので、歩留を考慮して余分に添加する必要がある。また、添加方法については、特に規定はしない。上記条件を満足するように鋼中に含有できる方法であれば、どのような方法でも構わない。
また、鋳片中の酸化物系介在物のうち、５３μｍ以上の介在物の個数を２００個／ｋｇ以下とし、かつその内のアルミナクラスタの個数を２０個／ｋｇ以下としたのは、図１に示したように、製品欠陥の発生率が小さくなる条件から決定したものである。
【００２８】
次に、このような鋳片内の介在物条件を満たすための製造方法について検討した。発明者らは、まず脱酸元素について着目した。溶鋼の脱酸元素としては、一般にＡｌが広く用いられている。しかしながら、Ａｌ脱酸後の生成物であるアルミナは、一つ一つの粒子は小さいが、生成後すぐに粒子どうしが凝集し、クラスタ状となってサイズが大きくなる。また、このクラスタは、構成粒子どうしの間に鉄を含むので、比重が大きく浮上しにくい。従って、Ａｌ脱酸で生成したアルミナ介在物を浮上・除去するためには、静置時間を非常に長くとる、Ａｒガスを多量に溶鋼中へ吹き込んで、ガスと介在物を合体させて浮上を促進する等の対策が必要であった。
【００２９】
そこで、発明者らはＡｌを脱酸材として用いないことを考え、Ａｌに代わる脱酸元素として、Ｍｇに着目した。Ｍｇで脱酸すると、脱酸生成物であるＭｇＯが生成するが、そのサイズが他の脱酸元素に較べて小さい特徴がある。しかしながら、このＭｇＯのサイズは、Ｍｇ添加前の溶鋼酸素濃度に大きく依存する。
【００３０】
発明者らは、ＭｇＯ介在物のサイズが小さくなるＭｇ添加前の溶鋼酸素濃度について、ラボ実験により求めた。鋼の成分は０．０４％Ｃ−０．００１０％ＮでＴｉ，Ｍｇ，酸素量を変化させた。なお、他の成分は含まれていない。図２には、Ｍｇ脱酸直後のＭｇＯ介在物平均粒径と、Ｍｇ脱酸前の溶鋼酸素濃度の関係を示すが、溶鋼酸素濃度が５０ｐｐｐｍ以下の場合に、生成したＭｇＯ介在物の平均サイズが１０μｍ以下と非常に小さくなることが判った。
【００３１】
次に、Ｍｇ添加前の溶鋼酸素濃度を５０ｐｐｍ以下に制御する手段について検討した。熱力学的に検討すると、溶鋼酸素濃度を５０ｐｐｍ以下にするためには、Ｓｉよりも酸素親和力の強い脱酸元素を選択するのが良い。これは、Ｓｉを０．５重量％と比較的多量に入れて脱酸した時に、溶鋼温度１６００℃で熱力学的に平衡する溶鋼酸素濃度が約７０ｐｐｍであることから推測出来る。
【００３２】
これに当てはまる脱酸元素としては、Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｃａが挙げられるが、Ｍｇはその後の脱酸で用いるので、除外される。また、ＣａはＭｇよりも酸素親和力の強い元素なので、除かれる。また、Ａｌについては、脱酸元素として用いないことが本発明の基本思想であるから除いた。
以上の考察から、Ｍｇ添加前の溶鋼酸素濃度を５０ｐｐｍ以下に制御する手段として、Ｔｉを用いることにした。Ｔｉ脱酸は、脱酸するために必要な濃度が数百ｐｐｍと、ＭｎやＳｉの場合に較べて非常に少ないことも特徴である。
【００３３】
しかしながら、Ｔｉ脱酸においても、Ｍｇ脱酸と同様に、Ｔｉ添加前の溶鋼酸素濃度が、生成するＴｉ酸化物のサイズに大きく影響する。すなわち、溶鋼酸素濃度が高い場合には、生成するＴｉ酸化物が大きいものになり、本発明の意図と矛盾することになる。
そこで、発明者らは、Ｔｉ酸化物のサイズが小さくなるＴｉ添加前の溶鋼酸素濃度について、ラボ実験により求めた。図３には、Ｔｉ脱酸直後のＴｉ酸化物の平均粒径と、Ｔｉ脱酸前の溶鋼酸素濃度の関係を示すが、溶鋼酸素濃度が３００ｐｐｍ以上では、生成したＴｉ酸化物のサイズが急激に大きくなることが判った。従って、Ｔｉ添加前の溶鋼酸素濃度を３００ｐｐｍ以下とする必要があることが判明した。
【００３４】
次に、Ｔｉ添加前の溶鋼酸素濃度を３００ｐｐｍ以下に制御する手段について検討した。熱力学的に検討すると、溶鋼酸素濃度を３００ｐｐｍ以下にするためには、Ｍｎ脱酸やＳｉ脱酸が挙げられるが、本発明が対象とする薄鋼板用鋳片では、材質上ＭｎやＳｉ濃度を低く制約される場合がある。従って、ＭｎやＳｉ濃度に依存しない脱酸法を考える必用があった。
【００３５】
発明者らは、Ｃに着目し、減圧下でＣ脱酸を行なうことにより、溶鋼酸素濃度を３００ｐｐｍ以下にすることを考えた。Ｃ脱酸平衡から検討すると、例えばＣ濃度０．０４重量％の場合、溶鋼温度１６００℃で雰囲気中のＣＯ分圧が約０．４であれば、平衡する溶鋼酸素濃度は約３００ｐｐｍとなり、本発明で要求される条件を満足する事が出来る。Ｃ脱酸は、脱酸生成物がＣＯガスであるため、溶鋼中に残留して介在物とならないことも大きな特徴である。
【００３６】
なお、脱酸を行なう前に、取鍋内溶鋼上のスラグにＣａＯやＡｌを添加して、スラグ中の酸素ポテンシャルを低下させる、いわゆるスラグ改質を行なうことは、本発明の効果にとっても有利な方法であり、スラグ改質を行なうほうが、更なる介在物個数の低減と介在物の微細化が期待できる。
【００３７】
【実施例】
表１に示す成分の炭素鋼を表３に示す製造条件で製造し、得られた鋳片の介在物個数と、鋳片を圧延して得られた鋼板および、それを素材として加工した場合の結果について調査した。調査方法としては、表４に示した方法で行なった。
なお、水準Ａ−１、Ｃ−１、Ｄ−１はスラグ改質として、Ｃ脱酸前に、取鍋内のスラグ上に、溶鋼３００ｔにつきＣａＯを１．５ｔ、Ａｌを５００ｋｇ添加した。
【００３８】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
結果を表２に示す。表より、本発明の場合の条件を満たす場合には、鋳片内の介在物個数が少なく、表面疵や内部欠陥による不合格が発生せず、更に加工時の欠陥も発生しないという良好な結果が得られた。
【００４３】
一方、本発明を満たさない比較材については、次の通り問題のある結果となった。
すなわち、比較材Ｂ−２、Ｅ−２、Ｆ−２では、脱酸用合金元素であるＴｉ，Ｍｇの添加前にＣ脱酸を行なっていないので、結果的に脱酸用合金元素添加前の溶鋼酸素濃度が３００ｐｐｍより高くなり、Ｔｉ−Ｍｇの順序で添加を行なっても、鋳片内介在物個数が多くなっている。特にＥ−２では、アルミナクラスタ個数は少ないが、総介在物個数が多くなっている。
【００４４】
比較材Ａ−２、Ｄ−２では、脱酸用合金元素添加前にＣ脱酸を行なったにもかかわらず、脱酸用合金元素添加前の溶鋼酸素濃度が３００ｐｐｍ以下を満たしていないので、アルミナクラスタ個数は少ないが、総介在物個数が多くなっている。比較材Ｃ−２、Ｇ−２、Ｈ−２では、脱酸元素の添加順序が本発明を満たしていなかったので製品加工時に欠陥が発生した。特にＣ−２とＨ−２では、アルミナクラスタ個数は少ないが、総介在物個数が多くなっている。
【００４５】
また、比較材Ｉ−１ではＴｉ濃度が低く本発明を満たさないため、またＪ−１ではＡｌが高く、本発明を満たさないため、Ｋ−１ではＴｉ、Ｍｇ、酸素の濃度が高く本発明を満たしていないために、鋳片内介在物個数が多くなっている。特にＪ−１の場合には、５３μｍ以上の介在物個数は、条件を満たしているが、アルミナクラスタ個数が本発明範囲よりも多くなっている。
【００４６】
この結果、本発明の条件を満たさない場合には、鋳片内介在物の個数が多く、圧延後のコイル欠陥や製品加工時の欠陥も発生している。ここで、表３中の加工欠陥の欄で、−印となっているものは、コイル段階で不合格になったために、製品にはならず、加工に至らなかったものである。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、有害な介在物の個数が大幅に減少した薄鋼板用鋳片であることから、圧延後の鋼板に介在物に起因する欠陥や製品加工時の欠陥が非常に少なくなり、良好な製品を得ることが可能となって、製品歩留を向上出来る。更に、本発明により、介在物性欠陥の少ない薄鋼板用鋳片の製造を確実に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋳片内介在物個数と製品欠陥の発生率の関係を示した図。
【図２】Ｍｇ添加前の溶鋼酸素量と介在物サイズとの関係を示した図。
【図３】Ｔｉ添加前の溶鋼酸素量と介在物サイズとの関係を示した図。
Claims (4)
- Ｃ：０．００１〜０．２重量％、Ｍｎ：０．０１〜０．５重量％、Ｓｉ：０．００１〜０．５重量％、Ｐ：０．００１〜０．３重量％、Ｓ：０．０００５〜０．０５重量％、Ａｌ：０．００６重量％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０６重量％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１重量％、Ｎ：０．０００５〜０．０１重量％、酸素：０．０００５〜０．００５０重量％を含み、残部鉄および不可避的不純物からなる炭素鋼で、鋳片中の酸化物系介在物のうち、５３μｍ以上の介在物の個数が２００個／ｋｇ以下であり、かつその内、アルミナ粒子が２個以上合体したアルミナクラスタ介在物の個数が２０個／ｋｇ以下であることを特徴とする介在物性欠陥の少ない薄鋼板用鋳片。
- Ｎｂ：０．００１〜０．１０重量％、Ｖ：０．００５〜０．２０重量％、Ｃｒ：０．０１〜０．５０重量％、Ｍｏ：０．０１〜０．５０重量％、Ｃｕ：０．０１〜０．５０重量％、Ｎｉ：０．０１〜０．５０重量％、Ｂ：０．０００２〜０．００２０重量％の一種または二種以上を含有せしめることを特徴とする請求項１記載の介在物性欠陥の少ない薄鋼板用鋳片。
- Ｃ：０．００１〜０．２重量％、Ｍｎ：０．０１〜０．５重量％、Ｓｉ：０．００１〜０．５重量％、Ｐ：０．００１〜０．３重量％、Ｓ：０．０００５〜０．０５重量％、Ａｌ：０．００６重量％以下、Ｔｉ：０．００５〜０．０６重量％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１重量％、Ｎ：０．０００５〜０．０１重量％、酸素：０．０００５〜０．００５０重量％を含み、残部鉄および不可避的不純物からなる炭素鋼溶鋼を連続鋳造設備で鋳造して鋳片を製造する際に、脱炭を行なった溶鋼を、減圧雰囲気でＣ脱酸を行なって該溶鋼中の酸素濃度を３００ｐｐｍ以下とし、その後、Ｔｉ、Ｍｇの順で金属または合金として添加して脱酸することを特徴とする、介在物性欠陥の少ない薄鋼板用鋳片の製造方法。
- Ｎｂ：０．００１〜０．１０重量％、Ｖ：０．００５〜０．２０重量％、Ｃｒ：０．０１〜０．５０重量％、Ｍｏ：０．０１〜０．５０重量％、Ｃｕ：０．０１〜０．５０重量％、Ｎｉ：０．０１〜０．５０重量％、Ｂ：０．０００２〜０．００２０重量％の一種または二種以上を含有せしめることを特徴とする請求項３記載の介在物性欠陥の少ない薄鋼板用鋳片の製造方法。
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