JP4710180B2

JP4710180B2 - 高清浄度鋼の製造方法

Info

Publication number: JP4710180B2
Application number: JP2001204411A
Authority: JP
Inventors: 寛昌飯嶋
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-07-05
Filing date: 2001-07-05
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2021-07-05
Also published as: JP2003013132A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、巨大介在物やクラスター状介在物を生成させることなく溶鋼を脱酸し、かつ介在物を微細化して分散し、介在物に起因する欠陥の少ない製品を得るための高清浄度鋼の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、鋼を製造する場合、高炉で溶製された溶銑を転炉で脱炭精錬した後、取鍋内に出鋼し、Alで脱酸して溶鋼中の酸素を酸化物として除去し、さらに成分調整を行なってから連続鋳造して鋳片を得ている。さらに、Alで脱酸する際、ガス攪拌やＲＨ脱ガス装置を用いて酸化物を凝集・合体させ、酸化物の浮上を促進する方策が採られているが、鋳片には不可避的に酸化物すなわちアルミナが残留する。
【０００３】
このアルミナは互いに凝集・合体してクラスターを形成しやすく、特にそのクラスターが鋳片の表層部に捕捉された場合、美麗さを要求される自動車用鋼板などの薄鋼板製品の表面性状が損なわれる。したがって、この種の鋼板においてアルミナクラスターの発生を防止することは極めて重要である。
これまでアルミナクラスターの生成を防止するための鋼の脱酸手段としては、例えば、特公昭63-41671号公報には、溶鋼中のCa濃度が 0.001質量％以上になるようにCaを添加してAlとの複合脱酸とし、生成する酸化物が Al₂Ｏ₃−CaＯやTiＯ₂−CaＯ等の低融点組成物に形態を変更する方法が提案されている。
【０００４】
しかしながら、この方法では、Ca合金としてCaSi，CaAl，FeCaを用い、溶鋼中のCa濃度を 0.001質量％以上になるように添加するが、Caの蒸気圧が高いために、その歩留りが低いばかりでなく、Ca濃度が安定せず、しかも溶鋼の飛散やヒュームが発生して操業を妨げる。また、溶鋼中のCa濃度が 0.001質量％以上になると、冷延鋼板に錆が発生しやすくなるという問題もある。
【０００５】
また、Alとの複合脱酸法による酸化物の形態変更方法として、特公昭57-7216 号公報には、Caを用いずに、Al：15〜89.5 mol％，Ti：10〜80 mol％，およびＹ，Ceまたはミッシュメタルの１種または２種以上の金属を 0.5〜５ mol％含有する合金を添加する方法が開示されている。しかしながら、この方法を採用すると、デンドライト状の酸化物系介在物の生成を防止したり巨大なクラスター状介在物の発生防止には効果が認められるが、自動車用冷延鋼板で問題となるような直径 100μｍ程度のクラスター状介在物の低減は不十分である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題を解決し、アルミナクラスターの生成を抑制し、清浄度の高い鋼の製造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、前記した従来技術の問題点を解決するために検討を重ねた結果、新規に知見したものである。すなわち、転炉から出鋼され取鍋内に収容された溶鋼に脱酸材としてMn−Si合金を投入した後、真空脱ガス処理を行ない溶鋼中のＯ含有量を 100〜600 質量ppm とし、次いで脱酸材としてAl，Mg，Zrおよび希土類元素を溶鋼に添加して複合脱酸処理を行ない、Ｏ：50質量ppm 以下，Al： 0.005質量％以下，Mg： 0.025〜0.100 質量％，Zr： 0.005〜0.050 質量％，希土類元素：0.0005〜0.0050質量％を含有する溶鋼を溶製する高清浄度鋼の製造方法である。
【０００８】
なお本発明においては、粒径 100μｍ以上のクラスター状介在物を実質的に含有しない鋼を高清浄度鋼と呼ぶものとする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は鋼材の材質を向上させる方法として微細な介在物を鋼材内に分散させて、これを変態あるいは析出物の核として利用する技術に好ましく適用されるものである。この場合、介在物は微小であることが必須であり、粒径 0.5〜５μｍ程度であることが望ましい。特に粒径10μｍ以上の大きな介在物の生成は、鋳片の材質、特に割れ感受性に悪影響を与える。さらに、クラスター状介在物は粒径 100μｍ以上に巨大化し、鋼板の表面品質やバーリング特性に悪影響を及ぼす。そのため粒径 100μｍ以上の巨大なクラスター状介在物を生成させずに、介在物を可能な限り低減し、全体として微細な介在物を多数分散させる必要がある。
【００１０】
脱酸過程で生成した酸化物等の介在物は、凝固までの時間内に介在物同士が衝突すると、高融点であるため球状化しにくく、塊状生成物となり、凝集してクラスターを生成する。そのため脱酸過程で生成した介在物を利用して鋼材の材質を向上させるためには、このようなクラスターの生成を抑制する必要がある。そのためには、介在物の融点を下げ、溶鋼段階で介在物自身が溶融していることが必要である。
【００１１】
そこで本発明では、転炉から出鋼した溶鋼を取鍋に収容し、脱酸材としてMn−Si合金を投入する。 Mn−Si合金を添加すると、MnＯやSiＯ₂が生成されるが、これらの酸化物は融点が低いので、後述する真空脱ガス処理を行なうことによって溶融状態で互いに合体・肥大化し、より大きな液滴となるため、容易に溶鋼中からスラグ層へ移行吸収される。したがってこの段階では、クラスターは生成しない。一方、MnおよびSiを含有しない脱酸材（たとえばAlを主成分とする脱酸材等）を使用すると、鋳片に融点の高い介在物（たとえばアルミナ等）が残留してクラスターが生成する原因になる。したがって脱酸材としてMn−Si合金を使用する必要がある。
【００１２】
次に真空脱ガス処理を行ない、溶鋼中のＯ含有量を 100〜600 質量ppm とする。溶鋼中のＯ含有量を 100質量ppm 未満とするためには、真空脱ガス処理に長時間を要するので、生産性が低下する。一方、Ｏ含有量が 600質量ppm を超えると、後述するAl，Mg，Zrおよび希土類元素と結合して生成する酸化物量が多くなり過ぎ、かえって鋼材の材質を損なう原因になる。したがって、真空脱ガス処理を行なった後の溶鋼中のＯ含有量は 100〜600 質量ppm の範囲内を満足する必要がある。
【００１３】
次いで脱酸材としてAl，Mg，Zrおよび希土類元素（以下、REM という）を添加して複合脱酸処理を行ない、Ｏを50質量ppm 以下，Alを 0.005質量％以下，Mgを 0.005〜0.100 質量％，Zrを 0.025〜0.050 質量％，REM を0.0005〜0.0050質量％含有する溶鋼を溶製する。複合脱酸処理を行なった後の溶鋼中のＯ，Al，Mg，ZrおよびREM の含有量の限定理由を以下に説明する。
【００１４】
Ｏ：50質量ppm 以下
Ｏは、種々の元素と結合して酸化物を形成する元素であるから、Ｏ含有量は少ないほど良い。複合脱酸処理を行なった後の溶鋼中のＯ含有量が50質量ppm を超えると、鋳片に過剰の酸化物が残留して鋼材の材質を損なう原因になる。したがって、Ｏ含有量は50質量ppm 以下とする。
【００１５】
Al：0.005 質量％以下
Alは、強脱酸元素であるため、少量でもSiＯ₂やMnＯを還元し、 Al₂Ｏ₃を形成する。Alの含有量が高くなると介在物中の Al₂Ｏ₃濃度が高くなり、介在物の融点が上昇する。そのため介在物はクラスター化し、微細な介在物は減少する。したがってAlの含有量は少ないほど良く、許容上限値は0.005 質量％とした。なおAlの含有量（質量％）と介在物あるいはクラスターの個数との関係は図１に示す通りである。
【００１６】
Mg： 0.025〜0.100 質量％
Mgは、本発明の重要な構成要素である。Mg系酸化物はアルミナクラスターの生成を防止し、微細化して分散させる効果がある。Mgの含有量が 0.025質量％未満では、脱酸剤の添加にともなう介在物の生成が少なく、巨大介在物が生成する。一方、Mgの含有量が 0.100質量％を超えると、介在物中のMg酸化物の濃度が高くなり、介在物の融点が上昇する。そのため介在物はクラスター化し、微細な介在物が減少する。したがってMgの含有量を 0.025〜0.100 質量％の範囲内に限定した。なおMgの含有量（質量％）と介在物あるいはクラスターの個数との関係は図２に示す通りである。
【００１７】
Zr： 0.005〜0.050 質量％
Zrは、介在物をクラスター化せず微細な球状にし、かつ均一に分散させる効果がある。Zrの含有量が 0.005質量％未満では、脱酸剤の添加にともなう介在物の生成が少なく、巨大介在物が生成する。一方、Zrの含有量が 0.050質量％を超えると、介在物中のZr酸化物の濃度が高くなり、介在物の融点が上昇する。そのため介在物はクラスター化し、微細な介在物が減少する。したがってZrの含有量を 0.005〜0.050 質量％の範囲内に限定した。なおZrの含有量（質量％）と介在物あるいはクラスターの個数との関係は図３に示す通りである。
【００１８】
REM ：0.0005〜0.0050質量％
REM は、Zrと同様に、介在物をクラスター化せず微細な球状にし、かつ均一に分散させる効果がある。REM の含有量が0.0005質量％未満では、脱酸剤の添加にともなう REM酸化物の生成が少なく、巨大介在物が生成する。一方、REM の含有量が0.0050質量％を超えると、介在物中の REM酸化物の濃度が高くなり、介在物の融点が上昇する。そのため介在物はクラスター化し、微細な介在物が減少する。したがって REMの含有量を0.0005〜0.0050質量％の範囲内に限定した。なお REMの含有量（質量％）と介在物あるいはクラスターの個数との関係は図４に示す通りである。
【００１９】
なお本発明においては、REM は１種の元素を用いても良いし、２種以上の元素を用いても良い。REM として１種の元素を用いる場合は、その元素が0.0005〜0.0050質量％含有されるように溶鋼を溶製し、REM として２種以上の元素を用いる場合は、それらの元素が合計0.0005〜0.0050質量％含有されるように溶鋼を溶製する。
【００２０】
またREM として、La，Ce，Pr，NdおよびＹのうちの１種または２種以上を用いると、介在物を微細な球状にして均一に分散させる効果が顕著に現われる。したがって本発明においては、REM として、La，Ce，Pr，NdおよびＹのうちの１種または２種以上を用いるのが好ましい。
【００２１】
【実施例】
（実施例）
容量30kgの高周波溶解炉を用いて、Ar雰囲気中のMgＯ坩堝で溶鋼を30kg溶製した後、1580℃の温度に保持した。この溶鋼中にMn−Si合金（Mn：62質量％，Si：22質量％）を添加した後、真空脱ガス処理を行なって溶鋼中のＯ含有量を 300質量ppm とした。次いで溶鋼中にAlを添加し、さらに約１分後にMg，ZrおよびREM （La−Ce合金）の脱酸元素を添加して複合脱酸処理を行なった後、鋳造して鋼塊を得た。
【００２２】
このようにして得られた鋼塊を切断加工し、光学顕微鏡で粒径１μｍ以上の介在物の分布を調査した。各試料の化学組成、脱酸元素の添加量および最大介在物の粒径を表１に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
発明例５〜10は、溶鋼にAl，Mg，ZrおよびREM （La−Ce合金）を添加して複合脱酸処理を行なった例である。一方、比較例１〜９は、溶鋼にAl，Mg，ZrおよびREM の一部のみを添加し、本発明の複合脱酸処理を行なわなかった例である。比較例10は、溶鋼にAl，Mg，ZrおよびREM を添加して複合脱酸処理を行なったものの、Mg，ZrおよびREM の含有量が本発明の範囲を外れた例である。
【００２５】
発明例５〜10では最大介在物の粒径が３〜９μｍであるのに対して、比較例１〜10では最大介在物の粒径が52〜71μｍであった。
（参照例）
280tonの上底吹き転炉でＣ：0.03質量％，Si：0.50質量％，Mn：0.50質量％を含有する溶鋼を溶製して取鍋に出鋼した。取鍋内の溶鋼にMn−Si合金（Mn：62質量％，Si：22質量％）を添加した。次いでＲＨ脱ガス装置を用いて環流し、溶鋼中のＯ含有量を 300質量ppm とした後に金属Alを0.05kg／ｔ添加して脱酸処理を行なった。５分間の環流で溶鋼中のフリー酸素は 300質量ppm から 100質量ppm に低下した。その後、この溶鋼にMgを0.12kg／ｔ，Zrを0.16kg／ｔ，REM を0.03kg／ｔ添加して10分間環流した。その結果、タンディッシュでの溶鋼中のトータル酸素量は50質量ppm であり、Al，Mg，Zr，REM の含有量は、それぞれAl： 0.004質量％，Mg： 0.010質量％，Zr： 0.008質量％，REM ： 0.001質量％であった。なおAl，Mg，Zr，REM の添加量（kg／ｔ）は、溶鋼１ton あたりの添加量（kg）を指す。
【００２６】
このようにして得られた溶鋼を、タンディッシュを介して 260×1600mmの連続鋳造鋳型に注入し、 1.5ｍ／分の鋳造速度で鋳造して鋳片を得た。この鋳片を加熱し、さらに熱間圧延および冷間圧延を施して、厚さ 0.8mmの冷延鋼板として、表面欠陥不良率を調査した。その結果、従来の単独Al添加で脱酸したキルド鋼から製造した冷延鋼板の表面欠陥不良率（すなわち、冷延鋼板表面のヘゲ，線状のキズ等の欠陥の長さの合計を鋼板の全長で割った比率）が 0.8％であったのに対して、本発明で得られた溶鋼から製造した冷延鋼板の表面欠陥不良率は０％であった。
【００２７】
このように本発明に基づいて製造された冷延鋼板は、アルミナクラスターが認められず、表面性状が極めて優れており、介在物に起因する表面欠陥は皆無であった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によると、巨大介在物やクラスター状介在物を生成させることなく溶鋼を脱酸し、介在物に起因する欠陥の発生を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 Alの含有量と介在物の個数あるいはクラスターの個数との関係を示すグラフである。
【図２】 Mgの含有量と介在物の個数あるいはクラスターの個数との関係を示すグラフである。
【図３】 Zrの含有量と介在物の個数あるいはクラスターの個数との関係を示すグラフである。
【図４】 REM の含有量と介在物の個数あるいはクラスターの個数との関係を示すグラフである。

Claims

転炉から出鋼され取鍋内に収容された溶鋼に脱酸材としてMn−Si合金を投入した後、真空脱ガス処理を行ない前記溶鋼中のＯ含有量を 100〜600 質量ppm とし、次いで脱酸材としてAl、Mg、Zrおよび希土類元素を前記溶鋼に添加して複合脱酸処理を行ない、
Ｏ：50質量ppm 以下、
Al： 0.005質量％以下、
Mg： 0.025〜0.100 質量％、
Zr： 0.005〜0.050 質量％、
希土類元素：0.0005〜0.0050質量％
を含有する溶鋼を溶製することを特徴とする高清浄度鋼の製造方法。