JP4485969B2 - 表面性状に優れた薄鋼板用連続鋳造スラブ鋳片の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面性状に優れた薄鋼板を得るための連続鋳造スラブ鋳片、およびこうしたスラブ鋳片を製造するための有用な方法に関するものである。

自動車や家電製品等の外板に用いられる薄鋼板では、その特性として表面性状が優れていることが要求される。この薄鋼板を製造するには、転炉や電気炉で脱炭された過酸化状態の溶鋼を取鍋内でＡｌによって脱酸した後、連続鋳造法によってスラブ鋳片に鋳造し、このスラブ鋳片を圧延することによって得られる。

そしてスラブ鋳片を鋳造するに当っては、Ａｌで溶鋼を脱酸する際に、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）が生成することになる。このアルミナは、Ａｌ添加後に溶鋼を撹拌若しくは還流することによってその大部分は浮上分離、除去されることになるが、一部は除去されずに溶鋼中に留まって介在物となる。また、溶鋼中のＡｌと、溶鋼上のスラグに含まれるＦｅ_tＯ（ｔ＝０．６〜１）とが、２Ａｌ＋３Ｆｅ_tＯ＝Ａｌ₂Ｏ₃＋３_tＦｅの反応によって、新たなＡｌ₂Ｏ₃が生成する場合もある。

このようなアルミナを含む介在物（Ａｌ₂Ｏ₃系介在物）は、そのままスラブ鋳片に留まり、圧延製品において「スリバー疵」と呼ばれる線状の欠陥となり、製品品質に多大な影響を及ぼすことになる。こうしたことから、スリバー疵などの原因となるＡｌ₂Ｏ₃系介在物を低減するための技術がこれまでにも様々提案されている。

例えば特許文献１〜３には、鋼中のＡｌ₂Ｏ₃系介在物を低減させる方法として、転炉若しくは電気炉から取鍋への出鋼時に溶鋼にスラグ改質剤を添加し、真空脱炭処理前の取鍋スラグ中の総鉄量（以下、［Ｔ．Ｆｅ（％）］と略記することがある）を夫々、２％以下、５％以下および８％以下に制御する技術が提案されている。

また特許文献４では、上記各種技術と同様の観点から、取鍋スラグ中の［ＦｅＯ＋ＭｎＯ］含有量を５％以下とする技術が提案されている。更に、特許文献５では、取鍋への出鋼時に流出した取鍋内スラブを除去して新たな合成スラグを添加することによって、［Ｔ．Ｆｅ］を６％以下にする技術が開示されている。尚、上記総鉄量［Ｔ．Ｆｅ（％）］は、スラグ中のＦｅ_tＯ分をＦｅ濃度に換算した値である。これらの技術は、真空脱炭処理後のＡｌ脱酸時に、スラグ中のＦｅ_tＯとＡｌが上記反応によって生成するＡｌ₂Ｏ₃を抑制することを主眼とするものである。

しかしながら、スラグ中のＦｅ_tＯは、真空脱炭時の酸素（Ｏ）源として消費されており、脱炭処理前におけるスラグ中のＦｅ_tＯ濃度が低いと脱炭速度が低下し、処理時間を延長させることになって生産性を低下させる原因になる。

脱炭速度を低下させずに介在物を低減する方法として、スラグ改質剤の添加を転炉出鋼時（真空脱炭前）と真空脱炭素後の２回に分けて実施する方法（例えば、特許文献６〜８）や、転炉出鋼時（真空脱炭前）のスラグ改質剤添加量を調整することによって、脱炭前のスラグ中の［ＦｅＯ＋ＭｎＯ］量を８〜１０％程度、［Ｔ．Ｆｅ（％）］を６〜１２％程度に夫々制御する方法（例えば、特許文献９、１０）等が提案されている。これらの技術では、脱炭処理時に必要な酸素を確保することによって脱炭速度を維持しながら、Ａｌ脱酸後のＡｌ₂Ｏ₃生成をも抑制するものである。

しかしながら、スラグ改質剤を添加する方法では、スラグ改質剤に要するコストの増加や、スラグ量増加に伴うスラグ処理量の増大などの弊害が避けられず、スラグ改質剤を使用しなくても、製品におけるスリバー疵の原因となるＡｌ₂Ｏ₃系介在物の低減を実現できる技術の確立が望まれているのが実情である。

こうしたことから、基本的にスラグ改質剤を使用せずとも、鋳型内電磁撹拌を適用することによってスラブ鋳片中のＡｌ₂Ｏ₃系介在物を低減する技術も提案されている。こうした技術として、例えば特許文献１１には、連続鋳造鋳型内の溶鋼メニスカス近傍に移動磁界による水平方向の撹拌電磁場を形成すると共に、鋳型内浸漬ノズルの溶鋼吐出位置よりも下方に直流磁界による制御電磁場を形成することによって、スラブ鋳片中のＡｌ₂Ｏ₃系介在物を低減し、表面性状および内部品質の優れたスラブ鋳片を得ることができることが開示されている。

しかしながら、こうした技術においても全ての条件においてスラグ改質剤に使用を排除できるほどＡｌ₂Ｏ₃系介在物を低減できるわけではなく、また内部品質が問われない場合にまで、電磁場を２箇所に設けることは設備費が過大となってしまうという問題がある。
特許第２１４２２４６号公報 特許請求の範囲 特許第２５７５８２７号公報 特許請求の範囲 特許第２７４４４６６号公報 特許請求の範囲 特開平９−４１０２８号公報 特許請求の範囲 特許第３３９０４７８号公報 特許請求の範囲 特許第２６９０３５０号公報 特許請求の範囲 特開平７−３４１１７号公報 特許請求の範囲 特開平１１−１５８５３７号公報 特許請求の範囲 特開２００２−６９５２７号公報 特許請求の範囲 特開２００３−１１９５１４号公報 特許請求の範囲 特開平１１−２５４１０３号公報 特許請求の範囲

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、表面性状に優れた薄鋼板を得るための連続鋳造スラブ鋳片を、スラグ改質剤を使用しなくても製造することのできる有用な方法を提供することにある。

上記目的を達成することのできた本発明の薄鋼板用連続鋳造スラブ鋳片の製造方法とは、薄鋼板用連続鋳造スラブ鋳片を、電磁撹拌装置による電磁撹拌を行いつつ連続鋳造法によって製造する方法において、転炉若しくは電気炉から取鍋へ出鋼する際に溶鋼上に流出するスラグ中の総鉄量［Ｔ．Ｆｅ（％）］に応じて、鋳型内の溶鋼メニスカス近傍に印加する移動磁界による水平方向の撹拌強度Ｆを、下記（１）式を満足するように制御して操業して、生成したＡｌ₂Ｏ₃をスラブ表層に集積しないようにする点に要旨を有するものである。

１．４３×１０^−７×Ｆ＋１０≧［Ｔ．Ｆｅ（％）］…（１）
但し、Ｆ＝ｐ・ｆ・Ｂ^２
ｐ：電磁撹拌装置のポールピッチ（ｃｍ）
ｆ：電磁撹拌装置の周波数（Ｈｚ）
Ｂ：鋳型内に発生する磁束密度（Gauss）、を夫々示す。

本発明においては、長径が３０μｍ以上のアルミナ系介在物で、鋳片表面からの深さ０〜１５ｍｍまでに存在するものの個数が鋼材１ｋｇ当り３００００個以下とすることによって、表面性状に優れた薄鋼板を得るための連続鋳造スラブ鋳片が実現できたものであり、こうしたスラグ鋳片は、溶鋼上に流出するスラグの総鉄量［Ｔ．Ｆｅ（％）］に応じて、鋳型内の溶鋼メニスカス近傍に印加する移動磁界による水平方向の撹拌力を、適切に制御して操業することによって製造できる。

本発明者らは、種々のスラブ鋳片について、スラブ鋳片中に含まれるＡｌ₂Ｏ₃系介在物の個数と当該スラブを圧延したときに発生した冷延鋼板表面のスリバー疵発生率との関係について調査した。このとき、Ａｌ₂Ｏ₃系介在物の個数については、スラブ長辺側の幅方向中央部表層より、深さ０〜１５ｍｍまで、同２５〜４０ｍｍ、同４０〜５５ｍｍの各部位から、酸溶解法（例えば、「鉄鋼便覧 第３版第ＩＶ巻」、１９８１年１０月発行、第３２９頁）で抽出し、Ａｌ₂Ｏ₃，ＭｇＯ，ＣａＯおよびＳｉＯ₂の合計を１００％としたときに、Ａｌ₂Ｏ₃含有量が８０％以上で長径が３０μｍ以上のＡｌ₂Ｏ₃系介在物について、ＥＰＭＡ（Electron Plobe Micro Analyzer）で観察することによって、鋼材（スラブ鋳片）１ｋｇ当りの個数を測定した。また、このときのスリバー疵発生率は下記の基準で評価した。

［スリバー疵発生率評価基準］
圧延された帯状薄鋼板の全長にわたって線状疵個数を計測し、鋼板１０００ｍ当り１０個の線状疵が存在する場合を発生率１．０として指数化した。

尚、本発明で対象とするＡｌ₂Ｏ₃系介在物を、Ａｌ₂Ｏ₃，ＭｇＯ，ＣａＯおよびＳｉＯ₂の合計を１００％としたときに、Ａｌ₂Ｏ₃含有量が８０％以上で、長径が３０μｍ以上のものとしたのは、Ａｌ₂Ｏ₃含有量が８０％未満の介在物は、酸溶解では抽出し難く、また長径が３０μｍ未満の小さい介在物はスリバー疵を誘発しにくいという理由からである。以下では、これらの要件を満足するＡｌ₂Ｏ₃系介在物を単に、「Ａｌ₂Ｏ₃系介在物」と呼ぶ。

図１は、スラブ鋳片中の全部位のＡｌ₂Ｏ₃系介在物の平均個数（個／ｋｇ）とスリバー疵発生率の関係を示したものである。この結果から明らかなように、スラブ鋳片中のＡｌ₂Ｏ₃系介在物個数が多いと、スリバー疵の発生率が高くなる場合があるものの、明確な相関々係は認められないことが分かる。

本発明者らは、冷間圧延鋼板表面におけるスリバー疵を誘発するのは、スラブ鋳片表面近傍に存在するＡｌ₂Ｏ₃系介在物であると考え、スラブ鋳片内部（スラブ表面からの深さが２５〜５５ｍｍの部分）に含まれるＡｌ₂Ｏ₃系介在物個数と、スラブ表層部（スラブ表面からの深さが０〜１５ｍｍまでの部分）に存在するＡｌ₂Ｏ₃系介在物の個数を別々に測定し、それらとスリバー疵の発生率との関係について調査した。

図２は、スラブ表面からの深さが２５〜５５ｍｍまでの部位（スラブ鋳片内部）に存在するＡｌ₂Ｏ₃系介在物個数とスリバー疵発生率との関係を示したものである。また図３は、スラブ鋳片表面からの深さが０〜１５ｍｍまでの部位（スラブ鋳片表層部）に存在するＡｌ₂Ｏ₃系介在物個数とスリバー疵発生率との関係を示したものである。

これらの結果から明らかなように、スラブ鋳片内部に存在するＡｌ₂Ｏ₃系介在物の個数はスリバー疵発生率と相関々係が認められないが、スラブ鋳片表層部に存在するＡｌ₂Ｏ₃系介在物はスラブ鋳片のスリバー疵発生率と明らかな相関々係があることが分かる。

これらの結果に基づき、スラブ鋳片の表層部に存在するＡｌ₂Ｏ₃系介在物数を鋼材１ｋｇ当り３００００個以下とすれば、冷延鋼板表面におけるスリバー疵を効果的に低減できることが判明したのである。スラブ鋳片表層部に存在するＡｌ₂Ｏ₃系介在物の個数は、好ましくは２００００個／ｋｇ以下にするのが良く、より好ましくは１００００個／ｋｇ以下にするのが良い。

次に、上記のようなスラブ鋳片を製造するための方法について説明する。鋼板表面品質に悪影響を及ぼすＡｌ₂Ｏ₃系介在物は、溶鋼中のＡｌの酸化によって生成することになる。そしてその酸化源は、転炉若しくは電気炉から取鍋に流出したスラグであり、このスラグは［Ｔ．Ｆｅ］が高いほど酸化力が強いものとなる。Ａｌ₂Ｏ₃系介在物を生成させないためには、酸化力が大きいスラグをできるだけ少なくする必要があり、その手段としてスラグ上にＡｌ，Ｃ等を散布してスラグを還元する方法等が採用されるが、こうした方法ではコストが高くなる。

本発明者らは、生成したＡｌ₂Ｏ₃をスラブ表層に集積しないようにするためには鋳型内で、表層部に存在し易いＡｌ₂Ｏ₃系介在物を洗い流して内部に押しやれば、表面性状に優れた冷延鋼板を得るためのスラブ鋳片が得られるとの着想が得られた。そしてその手段として、鋳型内電子撹拌（ＥＭＳ）に着目した。

図４は、電磁撹拌装置（ＥＭＳ装置）の構成を示す概略平面図であり、この装置では断面が長方形の鋳型に沿う電磁撹拌力を発生させる移動磁界式の電磁撹拌コイルを一対設置し、溶鋼に移動磁界を印加して溶鋼メニスカス近傍の溶鋼旋回撹拌流（図中、矢印Ａ〜Ｄで示す）を形成するものである。各電磁撹拌コイルは、鉄心（コア）に複数のコイルを巻回することによって構成され、隣接するコイルは電流の位相が１２０°ずつズレて形成されている。そしてコイルの同位相電極間の距離（図中、電極Ｕ、Ｖ、Ｗの距離）は、ポールピッチと呼ばれる。

このポールピッチをｐ（ｃｍ）、電磁撹拌装置（電磁撹拌コイル）の周波数をｆ（Ｈｚ）、鋳型内の磁束密度をＢ（Gauss）としたとき、ＥＭＳにおける撹拌強度Ｆは下記（２）式のように表せる（例えば、特許第３５０４６４９号公報）。
Ｆ＝ｐ・ｆ・Ｂ² …（２）

本発明者らは、上記撹拌強度Ｆと前記［Ｔ．Ｆｅ］とが、スラブ表層に存在するアルミナ系介在物個数に与える影響について調査した。その結果、これらが前記（１）式の関係を満足したときには、スラブ表層に存在するアルミナ系介在物が低減され、こうしたスラブ鋳片によって表面性状に優れた薄鋼板が得られることが判明した。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

実施例１
転炉溶鋼の炭素濃度：０．０６％，Ｍｎ濃度：０．１５％，Ｓｉ濃度：０．０２０％の鋼種に対して取鍋内で循環脱ガス（ＲＨ）を行った後、図４に示した構成によって電磁撹拌を行いつつ連続鋳造し、厚さ：２３０ｍｍ、幅：１３００〜１５００ｍｍのスラブ鋳片を製造した。このとき、電磁撹拌条件を、下記表１、２に示すように変化させた。また、取鍋スラグ中の［Ｔ．Ｆｅ］を、Ａｌの散布によって調整した。尚、鋳造速度は１．６〜１．８ｍ／ｍｉｎとした。

得られたスラブ鋳片について、表層から深さ０〜１５ｍｍに存在するＡｌ₂Ｏ₃系介在物（長径：３０μｍ以上のもの）の個数を、酸溶解抽出並びにＥＰＭＡ観察によって測定すると共に、各スラブ鋳片を冷間圧延することによって得られた薄鋼板の表面性状について下記の基準によって品質判定した。

［品質判定基準］
各冷間圧延鋼板（厚さ：１〜２ｍｍ）について、目視によってその表面性状を判定し、スリバー疵発生指数が１未満の場合を「○」（良好）、１以上の場合を「×」（不良）として評価した。

その結果を、下記表１、２に併記する。またこの結果に基づいて、撹拌強度Ｆ（ｐ・ｆ・Ｂ²）とスラグ中［Ｔ．Ｆｅ］（％）がＡｌ₂Ｏ₃系介在物の個数に与える影響を図５に示す。これらの結果から、スラグ表層に存在するアルミナ系介在物の個数が３００００個以下と、それを超える場合には明らかに表面性状に違いが認められ、その基準はラインＥ（１．４３×１０^-7×Ｆ＋１０＝［Ｔ．Ｆｅ（％）］のライン）によって区別されることが分かる。即ち、前記（１）式の関係を満足させることによって、表面性状に優れた薄鋼板を得るためのスラブ鋳片が製造できるのである。

尚、下記表１、２には、（１）式の左辺の値、および（１）式の左辺の値と［Ｔ．Ｆｅ（％）］の大小関係についても示した。この大小関係が「＞」のときには、本発明で規定する前記（１）式を満足し、「＜」のときには前記（１）式を満足しないことを意味する。

これらの結果から明らかな様に、本発明で規定する要件を満足させて製造したスラブ鋳片では、スラブ鋳片表層部におけるＡｌ₂Ｏ₃系介在物の個数を低減することができ、こうしたスラブ鋳片からでは表面性状に優れた薄鋼板を得ることができる。

スラブ鋳片の全部位のＡｌ₂Ｏ₃系介在物の平均個数とスリバー疵発生率との関係を示グラフである。 スラブ鋳片内部に存在するＡｌ₂Ｏ₃系介在物とスリバー疵発生率との関係を示したグラフである。 スラブ鋳片表層部に存在するＡｌ₂Ｏ₃系介在物とスリバー疵発生率との関係を示したグラフである。 電磁撹拌装置の（ＥＭＳ装置）の構成を示す概略平面図である。 撹拌強度Ｆ（ｐ・ｆ・Ｂ²）とスラグ中［Ｔ．Ｆｅ］（％）がＡｌ₂Ｏ₃系介在物の個数に与える影響を示したグラフである。

Claims (1)

1. 薄鋼板用連続鋳造スラブ鋳片を、電磁撹拌装置による電磁撹拌を行いつつ連続鋳造法によって製造するに当り、転炉若しくは電気炉から取鍋へ出鋼する際に溶鋼上に流出するスラグ中の総鉄量［Ｔ．Ｆｅ（％）］に応じて、鋳型内の溶鋼メニスカス近傍に印加する移動磁界による水平方向の撹拌強度Ｆを、下記（１）式を満足するように制御して操業して、生成したＡｌ ₂ Ｏ ₃ をスラブ表層に集積しないようにすることを特徴とする表面性状に優れた薄鋼板用連続鋳造スラブ鋳片の製造方法。
   １．４３×１０^−７×Ｆ＋１０≧［Ｔ．Ｆｅ（％）］…（１）
   但し、Ｆ＝ｐ・ｆ・Ｂ^２
   ｐ：電磁撹拌装置のポールピッチ（ｃｍ）
   ｆ：電磁撹拌装置の周波数（Ｈｚ）
   Ｂ：鋳型内に発生する磁束密度（Gauss）、を夫々示す。

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