JP5381243B2

JP5381243B2 - 溶鋼の精錬方法

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Publication number: JP5381243B2
Application number: JP2009085745A
Authority: JP
Inventors: 智弘今野; 泰行岡田; 寛原田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP2010236030A

Description

本発明は、熱延鋼板や冷延鋼板に用いられるＡｌ脱酸又はＡｌ−Ｓｉ脱酸による溶鋼の精錬方法に関するものである。

一般に熱延鋼板や冷延鋼板といった圧延鋼板は、転炉で溶製された未脱酸の溶鋼をＡｌ又はＡｌとＳｉで脱酸して製造されている。Ａｌを含む脱酸の際に発生するアルミナを主体とする介在物は、溶鋼からの除去が不十分な場合、連続鋳造時のノズル詰まりといった操業トラブルや、圧延段階での表面欠陥の原因となることが知られている。

アルミナを溶鋼から除去する方法として、脱酸後のアルミナの浮上、分離時間をできるだけ長くとるように転炉での出鋼時に脱酸剤のＡｌを投入する方法や、ＣＡＳをはじめとする簡易取鍋精錬法あるいはＲＨ真空脱ガス精錬法などの取鍋精錬において溶鋼の強攪拌を行い、アルミナの浮上、分離を促進する方法が行われてきた。

ところが、これらの方法によるアルミナの浮上分離対策では限界があって、数１００μｍ以上の介在物を完全に除去できないため、スリバー疵を防止できないという問題があった。

また、Ｃａを添加して介在物全体をＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系の低融点介在物に改質する方法が一般的に良く知られているが、通常Ｃａを安価なＣａＳｉ合金で添加するため、Ｓｉ上限の厳しい鋼板への適用は難しい。

ノズル閉塞の問題を解決するために特許文献１、２ではアルミナのクラスタリングを防止するため、Ｔ．Ｏ量に応じてＲＥＭを適量添加しバインダーとなるＦｅＯおよびＦｅＯ・Ａｌ₂Ｏ₃を還元する方法が開示されている。特許文献１では、酸化物系介在物をＡｌ₂Ｏ₃とＲＥＭ酸化物が主成分で、ＲＥＭ酸化物の含有量を重量％で０．５〜１５％とする。この組成範囲において、Ａｌ₂Ｏ₃粒子同士の凝集合体を抑制でき、粗大なＡｌ₂Ｏ₃クラスターの生成が防止できるとしている。また、特許文献３では連続鋳造までの酸素増加量を加味したＲＥＭ添加方法が開示されている。

簡易取鍋精錬法とは、取鍋中の溶鋼を大気圧雰囲気においてＡｒガス攪拌を行いつつ精錬する取鍋精錬法をいう。具体的には、非特許文献１に記載のように、取鍋内の溶鋼をアルゴンガス攪拌しつつ合金成分を添加する方法、ＳＡＢ（Sealed Argon Bubbling）法、ＣＡＢ（Capped Argon Bubbling）法、ＣＡＳ（Composition Adjustment by Sealed Argon bubbling）法、浸漬ランスＡｒ吹き込み法などが挙げられる。大気圧雰囲気で行うことが特徴であり、減圧下で精錬を行うＲＨ真空脱ガス法などは含まれない。

溶鋼から採取した試料中の非金属介在物粒子の量や組成を評価する方法としてコールドクルーシブル法が知られている。コールドクルーシブルとは、特許文献４に記載のように、円周方向に分割された水冷銅坩堝の周りに誘導加熱コイルが巻かれた装置である。高周波の交流電流をコイルに通電することで、ルツボによる誘導ロスなく、ルツボ内に高周波交流磁場を形成することができ、ルツボ内に配置された金属をピンチ力により浮揚させ、かつ誘導電流によるジュール発熱により溶解することができる。一方、溶鋼にピンチ力が作用する反作用として内部の介在物（絶縁物）には外向きの体積力が作用し、介在物は金属表面に寄せ集めることができる。そのようにして得られた介在物が集積した部分について、低倍のＳＥＭ−ＥＤＳ分析を行うと介在物の平均組成を代表性よく求めることができる。

特開２００４−５２０７６号公報特開２００４−５２０７７号公報特開２００７−２５４８１９号公報国際公開ＷＯ９６／２８７２９パンフレット

日本鉄鋼協会編「第３版鉄鋼便覧II製銑・製鋼」昭和５４年１０月１５日、丸善株式会社発行、第６９０〜６９１頁 S.Ueda, K.Morita and N.Sano: ISIJ-International, vol.38(1998), No.12, pp.1292-1296

特許文献１〜３のいずれの方法も、アルミナのクラスタリング防止、バインダー介在物の還元を目的としたものであり、本課題を解決する手段しては十分ではない。

簡易取鍋精錬法では、溶鋼攪拌を目的として取鍋底からアルゴンガス吹き込みを行う。吹き込んだアルゴンガスが溶鋼表面から離脱する際、アルゴンガス攪拌によって溶鋼表面の取鍋スラグが溶鋼中に懸濁し、取鍋スラグの溶鋼中への巻き込みが発生する。取鍋スラグはＣａＯを含有している。また、成分調整のために添加した合金鉄はＣａＯなどの不純物を含有するので、これら合金鉄起因の不純物も溶鋼中に混入する。そのため、従来の簡易取鍋精錬法を用いた鋼の製造方法においては、アルミナの低減を図ることはできるが、一部の介在物組成がＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系介在物に変化する。取鍋スラグの巻き込みはアルゴン吹き込みを行っている間は継続するので、このＣａＯ含有介在物の生成反応は、簡易取鍋精錬終了時まで継続するため浮上分離が十分に行われない。

従来の簡易取鍋精錬法で精錬した鋼について、コールドクルーシブル法で採取した介在物の写真を図１に示す。図１に矢印で示す２箇所について介在物の成分分析を行ったところ、ＣａＯ濃度：１０％、Ａｌ₂Ｏ₃濃度９０％組成の箇所と、ＣａＯ濃度５０％、Ａｌ₂Ｏ₃濃度５０％組成の箇所が見られた。即ち、溶鋼中にＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系の複数組成の介在物が共存した形態となっている。他に微量濃度ではあるが、ＭｇＯ，ＳｉＯ₂他を含むケースがある。ＣａＯ濃度５０％、Ａｌ₂Ｏ₃濃度５０％の組成は低融点であるから、溶鋼中では固体介在物（高融点）だけでなく、低融点介在物が液体として存在することを示している。また、図１に示す介在物の外観から、固体介在物（高融点）に低融点介在物が混在した形態をとっていることが分かる。この低融点介在物が起因となって、取鍋ノズルや浸漬ノズル内壁に付着、堆積し、ノズル閉塞の原因となる。また、一部が鋳片に捕捉され鋼板での表面欠陥の原因となる。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、簡易取鍋精錬法で生成する液体介在物と固体介在物が混在した複数組成のＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系介在物を無害化することにより、鋼製造における連続鋳造時のノズル詰まり、圧延鋼板での表面欠陥を防止することを目的とする。

即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）取鍋中の溶鋼を大気圧雰囲気においてＡｒガス攪拌を行いつつ精錬する簡易取鍋精錬法を用いる溶鋼の精錬方法において、Ａｌ脱酸またはＡｌ−Ｓｉ脱酸した溶鋼中に希土類元素（ＲＥＭ）を添加し、その際溶鋼に供給するＲＥＭ添加量を、溶鋼質量に対して５〜２０ｐｐｍの範囲内とし、ＲＥＭ添加時期は、簡易取鍋精錬法での最終成分調整後であって、かつ添加から処理終了までの時間が下記式で計算される均一混合時間τ以下の時期とし、鋼中の平均介在物組成が質量比で、ＣａＯ％＝１〜２５％、Ａｌ₂Ｏ₃％＝８〜９５％、ＲＥＭ酸化物％＝３〜９０％、さらに残分として微量元素の酸化物を含む前記介在物となることを特徴とする溶鋼の精錬方法。
τ＝800・ε ^-0.4
ε＝((6.18・Ｖ _g ・Ｔ _l )／Ｍ _l )ｌｎ(１＋(ｈ ₀ ／(1.46×10 ^-5 ・Ｐ ₀ )))
ここで、Ｖ _g ：ガス流量（Ｎｍ ³ ／ｍｉｎ）、Ｍ _l ：取鍋内溶鋼質量（ｔｏｎ）、Ｔ _l ：溶鋼温度（Ｋ）、ｈ ₀ ：ガス吹き込み深さ（ｍ）、Ｐ ₀ ：溶鋼表面圧力（Ｐａ）、ε：攪拌動力値（Ｗ／ｔｏｎ）、τ：均一混合時間（ｓ）
（２）前記溶鋼は、質量％でＣ：０．０１〜１．５％、Ｓｉ：０．００１〜３．０％、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．００１〜０．１％、Ｓ：０．０００１〜０．０５％、Ａｌ：０．００１〜２．０％で、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１に記載の溶鋼の精錬方法。
（３）前記溶鋼は、さらに質量％で、Ｎｂ：０．００１〜０．１％、Ｔｉ：０．００１〜０．２％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％の一種又は二種以上を含有することを特徴とする請求項２に記載の溶鋼の精錬方法。

本発明は、簡易取鍋精錬法において溶鋼中にＲＥＭを添加し、ＲＥＭ添加量を溶鋼質量に対して５〜２０ｐｐｍの範囲とし、ＲＥＭ添加時期を簡易取鍋精錬の終了直前とすることにより、介在物を起因とするノズル詰まり、製品欠陥を大幅に改善することができる。

従来例について、コールドクルーシブル法で評価した介在物のＳＥＭ顕微鏡写真である。ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＲＥＭの三元状態図である。ＣＡＳ法で成分調整完了からの攪拌時間と鋼中の介在物個数レベルとの関係を示す図である。ＣＡＳ法での製造条件と連続鋳造ノズル詰まりレベルとの関係を示す図であり、左がＲＥＭを添加しない場合、中央がその他成分と同時にＲＥＭを添加する場合、右がＣＡＳ処理終了直前にＲＥＭを添加する場合である。ＣＡＳの取鍋内へのＲＥＭ添加量とノズル詰まりレベルとの関係を示す図である。本発明例について、コールドクルーシブル法で評価した介在物のＳＥＭ顕微鏡写真である。ＣＡＳの取鍋内へのＲＥＭ添加量とノズル詰まりレベルとの関係を示す図である。ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＲＥＭの三元状態図において、本発明例と比較例の介在物組成の分布を示す図である。

取鍋中の溶鋼を大気圧雰囲気においてＡｒガス攪拌を行いつつ精錬する簡易取鍋精錬法で溶製される溶鋼は、真空脱ガス法で製造される極低炭素鋼とは異なり、簡易取鍋精錬法で処理される前のＣ濃度が０．０１％以上のためＴ．Ｏ量が低く介在物生成量は少ない。しかしながら、簡易取鍋精錬法で溶製される溶鋼中の介在物形態の特徴として、ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系介在物が生成する場合が多い。Ａｌのみで脱酸しＳｉ脱酸を行わないアルミキルド鋼、ＡｌとＳｉで脱酸するアルミシリコンキルド鋼のいずれでも同様である。その理由は前述のとおり、簡易取鍋精錬のアルゴン攪拌によって取鍋スラグの巻き込みが比較的大きいこと、成分調整のために添加した合金鉄中の不純物（特にＣａ分）が大気圧下のため分離されにくいことが挙げられる。

そのため、脱酸成分投入後に取鍋内のＡｒ攪拌を継続することによって介在物の浮上、分離時間をできるだけ長くとる方法や、簡易取鍋精錬においてアルゴンガス吹き込み量を増大して溶鋼の強攪拌を行いアルミナの浮上、分離を促進する方法では、スラグ等からの二次反応でのＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃生成をむしろ助長してしまうという問題点がある。

図３は、ＣＡＳ法による簡易取鍋精錬法を用いた精錬において、脱酸元素投入の成分調整が終わった後の攪拌継続時間と、溶鋼中の介在物レベルとの関係を調査した結果である。脱酸元素投入直後の介在物レベルを１としている。図３に示すように簡易取鍋精錬法での攪拌時間と介在物量の関係は、ある程度以上に攪拌時間を延ばしても、介在物量の低減が図れないことがわかる。攪拌時間１０分を経過した溶鋼から採取したサンプルをコールドクルーシブル法で評価した結果が図１である。図１に示したように、液体介在物と固体介在物が混在したＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系介在物が残留してしまう。

そこで、発明者らはＲＥＭ酸化物が介在物の高融点化する作用に着目し、簡易取鍋精錬法で生成した介在物へのＲＥＭ添加による、介在物の高融点化処理の実験、および検討を重ねた。なお、本発明において希土類元素（ＲＥＭ）とは、Ｃｅ、Ｌａ、ＰｒまたはＮｄの１種類以上の元素を意味する。

表１に示す組成の鋼で浸漬ノズル詰まり低減に必要なＲＥＭ添加時期を検討した結果を図４に示す。浸漬ノズル詰まりレベルは連続鋳造設備のストッパー開度の変化代から求めた。ＣＡＳにてＡｌなどの合金成分を最終的に添加した後、アルゴン攪拌を６分間継続し、ＣＡＳを終了した。

図４の左端はＲＥＭを添加しない従来例である。浸漬ノズル詰まりが発生しており、そのときのノズル詰まりレベルを「１」として規格化した。中央と右端は、ＲＥＭを溶鋼に対して６ｐｐｍ相当分鍋上から添加した事例である。中央については、ＲＥＭ添加タイミングを成分調整と同時期とした場合である。すると、ＲＥＭを添加したにもかかわらず、ノズル詰まりレベルは改善されなかった。一方、ＣＡＳ処理終了直前（１分前）にＲＥＭを添加した場合は、処理過程で生成した介在物の改質に有効に機能し、効果が得られた。以上の結果から、ＣＡＳにてＲＥＭを添加してからの攪拌時間が長すぎると、ＲＥＭを添加した効果が得られないことが判明した。

次に表１に示す組成のＡｌ脱酸鋼で浸漬ノズル詰まり低減に必要なＲＥＭ添加量を検討した結果を図５に示す。ここでＲＥＭ添加量とは、鍋上から溶鋼に供給するＲＥＭの投入量を、溶鋼質量との質量比で表したものであって、溶鋼中のＲＥＭ含有量とは別の概念である。ＣＡＳにおけるＲＥＭ添加は処理終了１分前とした。ＲＥＭ添加量が不十分な場合は、浸漬ノズル詰まり改善効果が低い。一方で、ＲＥＭ添加量過多の場合は、ＲＥＭ酸化物単体でのクラスタリングが発生するため、浸漬ノズル詰まりが悪化する。従って、実操業で安定して浸漬ノズル詰まり低減を図るためには、ＣＡＳで鍋上から添加するＲＥＭ添加量を質量比で５〜２０ｐｐｍとすることが好まいことが判明した。ＲＥＭ添加量を５〜２０ｐｐｍとしたとき、鋼中に残存するＲＥＭ歩留が低いため、鋼中ＲＥＭ濃度は５ｐｐｍ以下となる。また、このＲＥＭ添加量範囲であれば、取鍋ノズルの詰まりも改善する。本発明において、鋼中のＲＥＭ含有量ではなく、鋼へのＲＥＭ添加量で規定したのは、溶鋼中に含まれる介在物の組成制御を目的としたものだからである。

以上より簡易取鍋精錬法で上記介在物組成を達成するためには、ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃が処理により十分に生成した状態で行うとともに、最終成分調整後であってかつＲＥＭ添加後から処理終了までの時間が短いこと、スラグを巻き込まないことが好ましい。即ち、均一混合時間τの範囲内（一般的にＣＡＳの均一混合時間は１００〜２００ｓ程度）であればよい。ここで、均一混合時間τはガス攪拌の場合の攪拌動力値εを用いて以下の式により推算される。
ε＝((6.18・Ｖ_g・Ｔ_l)／Ｍ_l)ｌｎ(１＋(ｈ₀／(1.46×10^-5・Ｐ₀)))
τ＝800・ε^-0.4
ここで、Ｖ_g：ガス流量（Ｎｍ³／ｍｉｎ）、Ｍ_l：取鍋内溶鋼質量（ｔｏｎ）、Ｔ_l：溶鋼温度（Ｋ）、ｈ₀：ガス吹き込み深さ（ｍ）、Ｐ₀：溶鋼表面圧力（Ｐａ）、ε：攪拌動力値（Ｗ／ｔｏｎ）、τ：均一混合時間（ｓ）

なお簡易取鍋精錬において、ＲＥＭ以外の合金成分の最終成分調整から処理終了までの時間については、少なくとも均一混合時間以上を確保すると好ましい。

アルミキルド鋼についてＣＡＳで鍋上から添加するＲＥＭ添加量を質量比で５〜２０ｐｐｍとし、かつＲＥＭ添加後から処理終了までの時間を均一混合時間τの範囲内とした場合について、鋼中の介在物評価を行った。連続鋳造タンディッシュ内の溶鋼から採取した試料についてコールドクルーシブル評価を行った介在物形態を図６に示す。なお、合金最終調整から処理終了までは５分、ＲＥＭ添加量＝５ｐｐｍ、ＲＥＭ添加後処理終了までの時間は１分（τ＝３．３分）である。図６の写真に現れている介在物の形態から、溶鋼温度において介在物が固体であったことが見て取れる。また、図６に矢印で示す２箇所について介在物の成分分析を行ったところ、ＣａＯ濃度：３５％、Ａｌ₂Ｏ₃濃度２５％、ＲＥＭ濃度４０％組成の箇所と、ＣａＯ濃度１８％、Ａｌ₂Ｏ₃濃度５５％、ＲＥＭ濃度２７％の値が得られた。即ち、この介在物組成は、図２に示すとおり溶鋼温度では固体であり、図６の介在物形態は固体介在物（高融点）に改質されていることが確認できた。

本発明においては、鋼中の介在物組成を質量比で、ＣａＯ％＝１〜２５％、Ａｌ₂Ｏ₃％＝８〜９５％、ＲＥＭ酸化物％＝３〜９０％、残分として微量元素の酸化物を含む組成とすることで、介在物を高融点介在物に改質させることでノズル詰まりが防止できることを見出した。介在物組成評価については、連続鋳造タンディッシュ内の溶鋼から試料を採取し、コールドクルーシブル法で介在物を抽出し、ＳＥＭ−ＥＤＳで介在物組成分析を行い、試料中の４箇所の平均値によって算出することができる。

鋼中の介在物組成において、液相介在物を介在させないことが重要なため、ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＲＥＭ酸化物の状態図（図２）の低融点領域（ハッチング部分）を避ける組成であればよい。そのため、基本的にはＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−ＲＥＭ酸化物の状態図のＣａＯ濃度が０％を下底、ＣａＯ濃度が２５％を上底、Ａｌ₂Ｏ₃濃度が０％、ＲＥＭ酸化物濃度が０％で囲まれた台形部分が本発明の介在物組成の基本条件となる。

そのため、先ずＣａＯ濃度の上限値が２５％となる。加えて、Ａｌ₂Ｏ₃からＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系の介在物となることで接触角が低下しより９０°に近くなることが知られている。液相が介在するとクラスタリングが進行してしまうが、固体の介在物であればクラスタリングはおこりにくくなる。その効果はＣａＯ濃度が１％以上で顕著となる。そのため、ＣａＯ濃度の下限値は１％とする。ＣａＯ濃度の下限値は５％であるとより好ましい。

ＲＥＭ酸化物濃度は３％以上で効果が顕著となるため下限値は３％とする。併せて、ＣａＯを含有することでＡｌ₂Ｏ₃−ＲＥＭ酸化物においてＲＥＭ酸化物濃度の高濃度側においてもクラスタリングを低減する効果が見られる。但し、本発明ではＲＥＭ添加量が５〜２０ｐｐｍの範囲であり、この条件ではＲＥＭ酸化物単独は見られないため、ＲＥＭ酸化物単独は含まない。そのため、ＲＥＭ酸化物濃度の上限は９０％とする。

本発明は簡易取鍋精錬法を用いているため、溶鋼とスラグとの反応が避けられない。そのため、Ａｌ₂Ｏ₃単独の介在物は観察されにくいので、Ａｌ₂Ｏ₃濃度の上限は９５％とする。

本発明において、介在物におけるＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＲＥＭ酸化物以外の成分については、１０％以下である。

Ａｌ脱酸またはＡｌ−Ｓｉ脱酸した溶鋼中にＣｅ、Ｌａ等の１種類以上の希土類元素（ＲＥＭ）を添加し、ＣＡＳで鍋上から添加するＲＥＭ添加量を質量比で５〜２０ｐｐｍとし、ＲＥＭ添加時期は、簡易取鍋精錬法での最終成分調整後であって、かつ添加から処理終了までの時間が均一混合時間以下の時期とすることにより、介在物組成を上記好ましい範囲とすることができる。

本発明で用いられるＡｌ脱酸鋼、およびＡｌ−Ｓｉ脱酸鋼とは、質量％でＣ：０．０１〜１．５％、Ｓｉ：０．００１〜３．０％、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．００１〜０．１％、Ｓ：０．０００１〜０．０５％、Ａｌ：０．００１〜２．０％で、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする炭素鋼である。必要に応じて、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｂ、等の微量元素を添加し、鋼の特性を向上させた炭素鋼でも用いることができる。

Ｃは鋼の強度を安定して向上させる元素であり、所望する材料の強度応じて含有量を０．０１〜１．５％の範囲で調整する。Ａｒバブリング、ＣＡＳといった簡易取鍋精錬では、一般的にＣが０．０１％以上である。１．５％以下としたのは、これ以上の含有量では鋼材の加工性が悪化するためである。

Ｓｉを０．００１〜３．０％としたのは、０．００１％未満では精錬コスト負担が大きく経済性が悪いこと、３．０％超では鋼材の表面性状が劣化するためである。Ａｌ脱酸鋼においてはＳｉ含有量が不純物レベルとなる。Ａｌ−Ｓｉ脱酸鋼では、Ｓｉ濃度が有限の値となる。

Ｍｎを０．０１〜３．０％としたのは、０．０１％未満では精錬コスト負担が大きく経済性が悪いこと、３．０％超では鋼材の加工性が悪化するためである。

Ｐを０．００１〜０．１％としたのは、０．００１％未満では精錬コスト負担が大きく経済性が悪いこと、０．１％超では鋼材の加工性が悪化するためである。

Ｓを０．０００１〜０．０５％としたのは、０．００１％未満では精錬コスト負担が大きく経済性が悪いこと、０．０５％超では鋼材の加工性、耐食性が悪化するためである。

Ａｌを０．００１〜２．０％としたのは、０．００１％未満では脱酸が不十分となり、鋳造時に気泡が発生し鋳造性が著しく悪化する。また２．０％超では鋼材の加工性が悪化するためである。

本発明で用いられる鋼はさらに必要に応じて、質量％で、Ｎｂ：０．００１〜０．１％、Ｔｉ：０．００１〜０．２％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％の一種又は二種以上を含有する。

Ｎｂを０．００１％以上含有させることによって、強度向上効果を示す。一方、０．１％を超えて添加すると靭性を損なうおそれがある。そこで、Ｎｂを添加する場合には含有範囲を０．００１〜０．１％とした。

Ｔｉを０．００１％以上含有させることによって、強度向上効果を示す。一方、０．２％を超えて添加すると靭性を損なうおそれがある。そこで、Ｔｉを添加する場合には含有範囲を０．００１〜０．２％とした。

Ｂは鋼の焼入れ性を向上させ、強度を高める元素であって、０．０００５％以上含有させることによって、強度向上効果を示すが、０．００５％を超えて添加するとＢの析出物を増加させ靭性を損なうおそれがあるため、０．０００５〜０．００５％の範囲に限定する。

１００ｔ転炉において吹錬し出鋼した溶鋼を、簡易取鍋精錬設備であるＣＡＳで目標成分に調整した。ＲＥＭ以外の成分調整及び脱酸を完了した後、ＲＥＭを添加した。なお、用いたＲＥＭ含有合金は質量％で、Ｓｉ＝３５％、Ｌａ＝１０％、Ｃｅ＝２０％を含むＦｅ−Ｓｉ−ＲＥＭ合金である。ＣＡＳ処理を完了した溶鋼を連続鋳造設備において、鋳型寸法が２５０ｍｍ厚×９８０〜１８００ｍｍ幅、鋳造速度が０．６〜１．２ｍ／分、タンディッシュ内溶鋼温度が１５２０〜１５９０℃の条件で鋳造し、鋳片を製造した。均一混合時間τの計算に用いる諸元は、Ｖ_g＝０．２３〜０．３２Ｎｍ³／ｍｉｎ、Ｍ_l＝１００ｔｏｎ、Ｔ_l＝１８７３Ｋ、ｈ₀＝２．６ｍ、Ｐ₀＝１０１３２５Ｐａである。ＣＡＳにおける最終成分調整終了から処理終了までの時間については、一律５分とした。

（実施例１）

表２に示す成分のＡｌ−Ｓｉ脱酸鋼を用いて、ＲＥＭ添加量を種々変更して鋼を製造した。ＣＡＳでのアルゴンガス流量Ｖ_g＝０．２７Ｎｍ³／ｍｉｎとした。ＲＥＭ添加後処理終了までの時間は１分（τ＝３．３分）である。連続鋳造設備のストッパー開度の変化代から求めた浸漬ノズル詰まり状況を図７に示す。浸漬ノズルつまり状況の評価は、前述の図５の場合と同様にして行った。前述のＡｌ脱酸鋼と同様に、Ａｌ−Ｓｉ脱酸鋼においても、ＲＥＭ添加量＝５〜２０ｐｐｍとすることでノズル詰まりが改善する。ＲＥＭ合金の添加コストや、様々な成分の鋼材での汎用性を考えると、ＲＥＭ添加量＝５ｐｐｍ程度で製造することが好ましい。

（実施例２）

表３に示す成分のＡｌ脱酸鋼、Ａｌ−Ｓｉ脱酸鋼を用いて、ＲＥＭ添加量、ＲＥＭ添加時期を種々変更して鋼を製造した。表３の「鋼種」欄の数値が同じものについては、同一の成分目標で製造したことを意味する。均一混合時間τを変化させるため、ＣＡＳでのアルゴンガス流量Ｖ_gを０．２３〜０．３２Ｎｍ³／ｍｉｎの範囲で変化させた。

ノズル詰まり状況、介在物に起因する製品欠陥の結果を同じ表３示す。ノズル詰まり評価方法として、連続鋳造設備のストッパー開度の変化代から求めた。○：変化代≦３ｍｍ、△：変化代≦５ｍｍ、×：変化代＞５ｍｍとして評価した。表面欠陥評価方法として、圧延工程検出された介在物を起因とする欠陥の有無を評価した。

介在物組成評価については、連続鋳造タンディッシュ内の溶鋼から試料を採取し、コールドクルーシブル法で介在物を抽出し、ＳＥＭ−ＥＤＸで介在物組成分析を行い、試料中の４箇所の平均値によって算出した。図８に介在物組成を示す。

本発明例において、介在物組成が本発明範囲に入り、比較例と対比してノズル詰まりと製品欠陥が大幅に改善することが確認できた。

一方、ＲＥＭを添加しなかった比較例１〜１９及びＲＥＭ添加から処理終了までの攪拌時間が均一混合時間を超えた比較例２０、２１については、介在物組成が本発明範囲を外れ、ノズル詰まりと製品欠陥が本発明例と対比して不良であった。

Claims

取鍋中の溶鋼を大気圧雰囲気においてＡｒガス攪拌を行いつつ精錬する簡易取鍋精錬法を用いる溶鋼の精錬方法において、
Ａｌ脱酸またはＡｌ−Ｓｉ脱酸した溶鋼中に希土類元素（ＲＥＭ）を添加し、その際溶鋼に供給するＲＥＭ添加量を、溶鋼質量に対して５〜２０ｐｐｍの範囲内とし、ＲＥＭ添加時期は、簡易取鍋精錬法での最終成分調整後であって、かつ添加から処理終了までの時間が下記式で計算される均一混合時間τ以下の時期とし、
鋼中の平均介在物組成が質量比で、ＣａＯ％＝１〜２５％、Ａｌ₂Ｏ₃％＝８〜９５％、ＲＥＭ酸化物％＝３〜９０％、さらに残分として微量元素の酸化物を含む前記介在物となることを特徴とする溶鋼の精錬方法。
τ＝800・ε ^-0.4
ε＝((6.18・Ｖ _g ・Ｔ _l )／Ｍ _l )ｌｎ(１＋(ｈ ₀ ／(1.46×10 ^-5 ・Ｐ ₀ )))
ここで、Ｖ _g ：ガス流量（Ｎｍ ³ ／ｍｉｎ）、Ｍ _l ：取鍋内溶鋼質量（ｔｏｎ）、Ｔ _l ：溶鋼温度（Ｋ）、ｈ ₀ ：ガス吹き込み深さ（ｍ）、Ｐ ₀ ：溶鋼表面圧力（Ｐａ）、ε：攪拌動力値（Ｗ／ｔｏｎ）、τ：均一混合時間（ｓ）
前記溶鋼は、質量％でＣ：０．０１〜１．５％、Ｓｉ：０．００１〜３．０％、Ｍｎ：０．０１〜３．０％、Ｐ：０．００１〜０．１％、Ｓ：０．０００１〜０．０５％、Ａｌ：０．００１〜２．０％で、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする請求項１に記載の溶鋼の精錬方法。
前記溶鋼は、さらに質量％で、Ｎｂ：０．００１〜０．１％、Ｔｉ：０．００１〜０．２％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％の一種又は二種以上を含有することを特徴とする請求項２に記載の溶鋼の精錬方法。