JP6786964B2 - 硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法 - Google Patents
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Description
本発明は、硫黄添加鋼の連続鋳造時、連続鋳造ノズルの閉塞を防止する方法に関する。
転炉や真空処理容器で精錬した溶鋼は、多量の酸素を含んでおり、この多量の酸素を、酸素との親和力が強い強脱酸元素のＡｌを０．０１５〜０．１００質量％程度溶鋼に添加して脱酸するのが、一般的な手法である。
しかし、Ａｌ脱酸によりＡｌ2Ｏ3系介在物が生成し、これが凝集合して、粗大なアルミナクラスターが生成する。このアルミナクラスターは、溶鋼を、タンディシュからモールドへ注入するために使用するタンディッシュノズル及び浸漬ノズルの内壁に付着し、ノズル閉塞を発生させる。
このような、Ａｌ脱酸に起因する問題に対し、Ａｌ脱酸後の溶鋼にＣａを添加して、低融点のＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3複合介在物を生成する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、ノズル閉塞防止方法として、溶鋼にＣａを添加し、溶鋼のＣａ濃度／Ａｌ濃度を全Ｏ濃度に応じて適正範囲に調整する方法が開示されている。しかし、金属Ｃａは沸点が低いので、溶鋼への添加が困難なうえ、歩留が安定しないという問題がある。
ところで、硫黄（Ｓ）は、鋼材の切削加工性を高める元素であるので、特に複雑な形状に機械加工される機械構造用鋼の溶鋼に、製鋼工程で所要量添加する場合が多い。しかし、０．０１２〜０．１００質量％のＳを含む鋼種の溶鋼にＣａを添加すると、ＣａとＳが反応して、有害な介在物であるＣａＳが生成し、却って、ノズル閉塞が促進されて、鋼品質が悪化するという問題がある。
この問題に対し、特許文献２には、溶鋼のＣａ濃度、Ｓ濃度、及び、Ｏ濃度を所定の範囲に制御する方法が開示されている。しかし、上記所定の範囲は極めて狭い範囲であるうえ、Ｃａの歩留は安定しないので、Ｃａ濃度、Ｓ濃度、及び、Ｏ濃度を、上記狭い範囲に制御することは難しい。
特許文献３には、溶鋼過熱度の下限を設定し、溶鋼過熱度が該下限以上となるように、タンディッシュ内の溶鋼を加熱して連続鋳造する方法が開示されている。この方法では、必然的に溶鋼温度を高くする必要があるため、連続鋳造での鋳造速度を上げることができなくなり、生産性が著しく低下するという問題がある。
本発明は、硫黄添加鋼の連続鋳造技術の現状に鑑み、硫黄添加鋼の連続鋳造において、溶鋼にＣａを添加することなく、また、溶鋼温度を高くすることなく、連続鋳造ノズルの閉塞を確実に防止することを課題とし、該課題を解決する連続鋳造ノズルの閉塞防止方法を提示することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決する手法について鋭意検討した。その結果、硫黄添加源からの侵入酸素量を一定値以下に制御すれば、連続鋳造時のノズル閉塞を確実に防止できることを見いだした。この点については後述する。
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
（１）硫黄添加源を添加し、Ｓを０．０１２〜０．１００質量％に調整した硫黄添加鋼の連続鋳造において、硫黄添加源からの酸素侵入総量を４０ｐｐｍ以下に抑制することを特徴とする硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法。
（２）前記硫黄添加源として、酸素濃度：３質量％超、２０質量％以下の高酸素濃度硫黄添加源と、酸素濃度：３質量％以下の低酸素濃度硫黄添加源を併用することを特徴とする前記（１）に記載の硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法。
（３）前記高酸素濃度硫黄添加源が硫化鉱石であることを特徴とする前記（２）に記載の硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法。
（４）前記硫黄添加鋼のＳ量を調整する際、溶鋼に、高酸素濃度硫黄添加源を先に添加し、その後、低酸素濃度硫黄添加源を添加することを特徴とする前記（２）又は（３）に記載の硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法。
（５）前記硫黄添加鋼が、質量％で、Ａｌ：０．０１５〜０．１００％を含有することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法。
（６）前記硫黄添加鋼が、質量％で、Ｃ：０．０７〜１．２０％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．５０％以下、Ｐ：０．１０％以下、Ｎ：０．０２％以下を含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなることを特徴とする前記（５）に記載の硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法。
（７）前記硫黄添加鋼が、さらに、質量％で、Ｃｕ：２．００％以下、及び、Ｎｉ：２．００％以下の１種又は２種を含有することを特徴とする前記（５）又は（６）に記載の硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法。
（８）前記硫黄添加鋼が、さらに、質量％で、Ｃｒ：２．００％以下、及び、Ｍｏ：２．００％以下の１種又は２種を含有することを特徴とする前記（５）〜（７）のいずれかに記載の硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法。
（９）前記硫黄添加鋼が、さらに、質量％で、Ｎｂ：０．２５％以下、及び、Ｖ：０．２５％以下の１種又は２種を含有することを特徴とする前記（５）〜（８）のいずれかに記載の硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法。
（１０）前記硫黄添加鋼が、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．３０％以下、及び、Ｂ：０．００５％以下の１種又は２種を含有することを特徴とする前記（５）〜（９）のいずれかに記載の硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法。
（１１）前記硫黄添加鋼のＳ量を調整する際、硫黄添加源を、ＲＨ脱ガス処理工程にて、硫黄以外の成分の組成調整が終了した後、又は、二次精錬処理が終了した後の溶鋼に添加することを特徴とする前記（１）〜（１０）のいずれかに記載の硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法。
（１２）前記硫黄添加源を、ワイヤー又はプランジャーの形態で添加することを特徴とする前記（１１）に記載の硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法。
本発明によれば、硫黄添加鋼の連続鋳造において、溶鋼にＣａを添加することなく、また、溶鋼温度を高くすることなく、ノズル閉塞を確実に防止することができる。
本発明の硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法（以下「本発明防止方法」ということがある。）は、硫黄添加源を添加し、Ｓを０．０１２〜０．１００質量％に調整した硫黄添加鋼の連続鋳造において、硫黄添加源からの酸素侵入総量を４０ｐｐｍ以下に抑制することを特徴とする。
また、前記硫黄添加鋼が、質量％で、Ａｌ：０．０１５〜０．１００％を含有することを特徴とする。
以下、着想から本発明に至るまでの経過と、本発明防止方法について説明する。
本発明者らは、Ａｌ脱酸硫黄添加鋼を連続鋳造する際、溶鋼にＣａを添加することなく、また、溶鋼温度を高くすることなく、連続鋳造ノズルの閉塞を防止する手法について、種々の連続鋳造試験を行って検討した。
その結果、Ｃａを添加しないＡｌ脱酸鋼で、かつ、Ｓを０．０１２〜０．１００％含む硫黄添加鋼においては、硫黄を添加しない鋼に比べ、連続鋳造ノズルの閉塞発生頻度が高位であることが判明した。
本発明者らは、さらに、連続鋳造ノズルの閉塞の原因となった付着物の実態を調査した。その結果、付着物からＣａＳは検出されず、付着物の主体はＡｌ2Ｏ3介在物であることが判明した。
即ち、硫黄添加鋼の連続鋳造におけるノズル閉塞は、従来、Ｃａ添加鋼で問題となっていたＣａＳが原因でなく、硫黄添加により、多量に生成したＡｌ2Ｏ3介在物が原因であることが判明した。
次に、本発明者らは、硫黄添加源として、通常使用する硫化鉱石に替えて、硫黄試薬、ＦｅＳ等を使用して、連続鋳造試験を行った。その結果、硫黄試薬、ＦｅＳ等、純度の高い物質を硫黄添加源として使用した場合、連続鋳造ノズルの閉塞発生頻度が、従来に比べ、低下することが判明した。
以上の結果から、連続鋳造ノズルの閉塞は、溶鋼の硫黄濃度が高いことが原因でなく、硫黄添加源の硫化鉱石に原因があると思考し、本発明者らは、硫化鉱石の実態について、例えば、硫化鉱石の成分組成、結晶相等について、化学分析法、粉末Ｘ線回折法、顕微鏡観察法で調査した。
その結果、硫化鉱石の主成分は黄鉄鉱であるが、それ以外に、ドロマイト、石英等の炭酸塩や酸化物が含まれていることが解った。これら不純物（ドロマイト、石英等の炭酸塩や酸化物、以下、単に「不純物」ということがある。）は、酸素濃度に換算すると、３〜２０質量％程度であることが解った。
本発明者らは、さらに、小規模ラボ実験で、溶鋼に硫化鉱石を添加し、溶鋼の成分組成の変動を調査した。その結果、酸素濃度、Ｃａ濃度、及び／又は、Ｍｇ濃度が上昇する場合があり、その上昇量は、溶鋼の不純物濃度とほぼ相関していることが判明した。即ち、小規模ラボ実験の結果、硫化鉱石中の不純物が溶鋼に溶け込んだことを確認した。
以上の知見を踏まえると、硫黄添加鋼の連続鋳造において、ノズル閉塞の発生頻度が高位である原因は、以下のように推定することができる。
即ち、硫黄添加源として用いる硫化鉱石の不純物量が多くて、硫化鉱石の酸素濃度が高い場合、溶鋼の酸素濃度が上昇し、それに伴い、Ａｌ2Ｏ3介在物が生成し、連続鋳造時、連続鋳造ノズルに付着して堆積する。
そこで、本発明者らは、硫黄添加源からの酸素侵入総量を所定値以下に低減すれば、Ａｌ2Ｏ3介在物の生成が抑制されて、連続鋳造ノズルの閉塞を確実に防止できると着想し、本発明に至った。
なお、硫黄添加源からの酸素侵入総量は、硫黄添加原料の添加量に、該原料中の酸素濃度を乗じ、溶鋼量で除すことにより算出することができる。
図１に、硫黄添加源からの酸素侵入総量とノズル閉塞指標の関係を示す。ノズル閉塞指標は、連続鋳造ノズルの開度を指標化したもので、以下のように定義した指標である。
連続鋳造ノズルの実際の開度と、溶鋼のスループットと溶鋼ヘッドから算出される本来開度との比を指標化したものであり、大きいほど、ノズル閉塞が頻発することを意味し、目標は１以下である。
図１に示す結果から、硫黄添加源からの酸素侵入総量が低いほどノズル閉塞は生じ難く、４０ｐｐｍ以下であれば、目標の１以下を達成できることが解る。この結果を踏まえ、本発明防止方法においては、溶鋼に、酸素侵入総量が４０ｐｐｍ以下になるように、硫黄添加源を添加する。
なお、硫黄添加源の酸素濃度は、例えば、不活性ガス溶融−非分散型赤外線吸収法により測定することができる。
次に、硫黄添加源からの酸素侵入総量を低減する方法を説明する。当然、硫黄添加源の酸素濃度自体を低くできれば好ましいが、その分、原料コストが大きく上昇するという問題が生じる。
そこで、酸素濃度がある程度高い原料と、低い原料を組み合わせる方法を考えた。即ち、酸素濃度が高い硫黄添加源をできるだけ多く添加し、所定のＳ濃度に到達しない場合に、酸素濃度の低い硫黄添加源を添加する方法である。この方法により、ノズル閉塞を抑制したうえで、硫黄添加源のコストを最小限に抑制することが可能となる。
酸素濃度が５質量％以上の硫黄添加源は、比較的安価に入手することができる。代表的なものとして、硫化鉱石がある。硫化鉱石は、通常、３質量％を超え、２０質量％以下程度の酸素を含有するが、特に、酸素濃度５質量％以上のものは、比較的容易に入手が可能である。
一方、酸素濃度の低い硫黄添加源としては、ＦｅＳや純硫黄等が考えられる。これらの硫黄添加源は、工業的に高純度に精製されていて、コストは高いが、酸素濃度は３質量％以下と極めて低い。
即ち、比較的入手することが容易な、酸素濃度が３質量％超、２０質量％以下、好ましくは５質量％以上、２０質量％以下の高酸素濃度硫黄添加源と、酸素濃度が３質量％以下の低酸素濃度硫黄添加源を組み合わせて使用することで、ノズル閉塞抑制と硫黄添加源のコスト低減の両立が可能となる。
次に、硫黄添加源を溶鋼に添加する時期について説明する。溶鋼を連続鋳造する直前に、硫黄添加源を溶鋼に添加すると、硫黄添加源中の酸素、即ち、硫化鉱石の不純物中の酸素により生成したＡｌ2Ｏ3介在物の浮上分離が進み難く、連続鋳造時、ノズル閉塞が生じ易い。このように、溶鋼の酸素濃度は、ノズル閉塞に対し大きく影響するので、硫黄添加源の添加には注意を要する。
ここで、硫黄添加源の具体的な添加方法について説明する。
転炉や電気炉などで一次精錬した溶鋼の成分組成を調整する。必要であれば、ＲＨ式脱ガス精錬装置、取鍋加熱式精錬装置、簡易式溶鋼処理設備等で、二次精錬を行う。一次精錬後、又は、二次精錬途中で、Ａｌによる脱酸を行う。一次精錬後に脱酸を行う場合は、取鍋出鋼時に、Ａｌ源を添加すればよい。二次精錬中に脱酸を行う場合、Ａｌ源を添加する位置の取鍋スラグを除いておくと、Ａｌの歩留りが安定する。
なお、Ａｌは、なるべく早い段階で溶鋼に添加し、その後、溶鋼を撹拌し、Ａｌ2Ｏ3介在物を浮上分離するのが好ましい。
以上のように、Ａｌ脱酸を実施した後、二次精錬末期又は二次精錬後に、硫黄添加源を添加する。二次精錬中に、硫黄添加源を添加してもよいし、また、二次精錬後に、ワイヤー等を用いて、硫黄添加源を添加することも可能である。
なお、二次精錬前や二次精錬前半に、硫黄添加源を添加した場合、取鍋スラグと反応して脱硫が進行し、硫黄濃度を所要の範囲に制御できない恐れがある。このため、二次精錬末期又は二次精錬後に、硫黄添加源を溶鋼に添加することになるが、この場合、硫黄添加源中の酸素から生成したＡl2Ｏ3介在物の浮上分離が進み難く、連続鋳造時、ノズル閉塞が発生し易くなる。
そこで、高酸素濃度硫黄添加源と低酸素濃度硫黄添加源を組み合わせる場合には、高酸素濃度硫黄添加源を先に添加し、生成したＡｌ2Ｏ3介在物の浮上分離を少しでも進めることが好ましい。その後、低酸素濃度硫黄添加源を添加するが、Ａｌ2Ｏ3介在物が生成しないので問題は生じない。
このように調製した溶鋼を、常法に従って連続鋳造して鋳片とする。連続鋳造時、溶鋼に、できるだけ酸素源が混入しないようにする。溶鋼に酸素源が混入すると、ノズル閉塞の原因となるＡｌ2Ｏ3介在物が生成するので、Ａｌ2Ｏ3介在物の生成を防止するためである。
なお、連続鋳造時に使用する連続鋳造ノズルは、安価なアルミナグラファイト材質のものでもよいが、ＣａＯを含有する難付着性のものを使用することも可能である。
本発明防止方法において、硫黄添加源を添加して連続鋳造する硫黄添加鋼は、Ｓ：０．０１２〜０．１００質量％を含み、好ましくは、Ａｌ：０．０１５〜０．１００質量％を含む鋼である。
以下、本発明防止方法で連続鋳造する硫黄添加鋼（以下「本発明添加鋼」ということがある。）の成分組成の限定理由について説明する。以下、％は質量％である。
Ｓ：０．０１２〜０．１００％
Ｓは、鋼の切削加工性の確保に必要な元素であり、また、連続鋳造時のノズル閉塞の発生に影響を及ぼす元素である。Ｓが０．０１２％未満であると、硫黄添加源の添加量は少なくてすみ、ノズル閉塞は発生しないが、所要の切削加工性を確保できないので、Ｓは０．０１２％以上とする。好ましくは０．０１５％以上である。
Ｓは、鋼の切削加工性の確保に必要な元素であり、また、連続鋳造時のノズル閉塞の発生に影響を及ぼす元素である。Ｓが０．０１２％未満であると、硫黄添加源の添加量は少なくてすみ、ノズル閉塞は発生しないが、所要の切削加工性を確保できないので、Ｓは０．０１２％以上とする。好ましくは０．０１５％以上である。
一方、Ｓが０．１００％を超えると、取鍋スラグ中のＣａと溶鋼中のＳが反応してＣａＳが生成し、連続鋳造時、ノズル閉塞が発生するので、Ｓは０．１００％以下とする。好ましくは０．０７５％以下である。
Ａｌ：０．０１５〜０．１００％
Ａｌは、溶鋼中のＯと反応してＡｌ2Ｏ3を生成し、溶鋼を脱酸する元素である。Ａｌが０．０１５％未満であると、脱酸効果が十分に発現しないので、Ａｌは０．０１５％以上とする。好ましくは０．０２５％以上である。
Ａｌは、溶鋼中のＯと反応してＡｌ2Ｏ3を生成し、溶鋼を脱酸する元素である。Ａｌが０．０１５％未満であると、脱酸効果が十分に発現しないので、Ａｌは０．０１５％以上とする。好ましくは０．０２５％以上である。
一方、Ａｌが０．１００％を超えると、Ａｌ2Ｏ3介在物が大量に生成し、連続鋳造時、ノズル閉塞が頻発するので、Ａｌは０．１００％以下とする。好ましくは０．０７０％以下である。
本発明添加鋼は、基本的には、Ｓ：０．０１２〜０．１００％含有し、さらに、好ましくは、Ａｌ：０．０１５〜０．１００％を含有していればよく、他の元素の組成は特に限定されないが、硫黄添加による切削加工性の向上効果をより有効に発現させたい場合は、Ｃ：０．０７〜１．２０％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．５０％以下、Ｐ：０．１０％以下、Ｎ：０．０２％以下に制御することが好ましい。以下、説明する。
Ｃ：０．０７〜１．２０％、
Ｃは、鋼の強度や溶接部の焼入れ性の確保に必要な元素である。Ｃが０．０７％未満であると、機械構造用鋼に必要な強度を確保することが難しくなるので、Ｃは０．０７％以上が好ましい。より好ましくは０．１０％以上である。一方、Ｃが１．２０％を超えると、靭性が低下するので、Ｃは１．２０％以下が好ましい。より好ましくは１．００％以下である。
Ｃは、鋼の強度や溶接部の焼入れ性の確保に必要な元素である。Ｃが０．０７％未満であると、機械構造用鋼に必要な強度を確保することが難しくなるので、Ｃは０．０７％以上が好ましい。より好ましくは０．１０％以上である。一方、Ｃが１．２０％を超えると、靭性が低下するので、Ｃは１．２０％以下が好ましい。より好ましくは１．００％以下である。
Ｓｉ：１．００％以下
Ｓｉは、固溶強化で、鋼の強度の向上に寄与する元素である。Ｓｉが１．００％を超えると、靱性が低下するので、Ｓｉは１．００％以下が好ましい。より好ましくは０．７０％以下である。下限は特に限定しないが、Ｓｉの添加効果を十分に得るには、０．０１％以上が好ましい。より好ましくは０．１０％以上である。
Ｓｉは、固溶強化で、鋼の強度の向上に寄与する元素である。Ｓｉが１．００％を超えると、靱性が低下するので、Ｓｉは１．００％以下が好ましい。より好ましくは０．７０％以下である。下限は特に限定しないが、Ｓｉの添加効果を十分に得るには、０．０１％以上が好ましい。より好ましくは０．１０％以上である。
Ｍｎ：２．５０％以下
Ｍｎは、鋼の焼入れ性を高め、強度の向上に寄与する元素である。Ｍｎが２．５０％を超えると、鋼の溶接性が低下するので、Ｍｎは２．５０％以下が好ましい。より好ましくは２．００％以下である。下限は特に限定しないが、Ｍｎの添加効果を十分に得るには、０．３０％以上が好ましい。より好ましくは０．５０％以上である。
Ｍｎは、鋼の焼入れ性を高め、強度の向上に寄与する元素である。Ｍｎが２．５０％を超えると、鋼の溶接性が低下するので、Ｍｎは２．５０％以下が好ましい。より好ましくは２．００％以下である。下限は特に限定しないが、Ｍｎの添加効果を十分に得るには、０．３０％以上が好ましい。より好ましくは０．５０％以上である。
Ｐ：０．１０％以下
Ｐは、偏析して、靭性を阻害する元素である。Ｐが０．１０％を超えると、靭性が著しく低下するので、Ｐは０．１０％以下が好ましい。より好ましくは０．０５％以下である。下限は特に限定しないが、Ｐを０．００１％未満に低減すると、製造コストが大幅に上昇するので、実用鋼上、０．００１％が実質的な下限である。製造コストの点で、０．０１０％以上がより好ましい。
Ｐは、偏析して、靭性を阻害する元素である。Ｐが０．１０％を超えると、靭性が著しく低下するので、Ｐは０．１０％以下が好ましい。より好ましくは０．０５％以下である。下限は特に限定しないが、Ｐを０．００１％未満に低減すると、製造コストが大幅に上昇するので、実用鋼上、０．００１％が実質的な下限である。製造コストの点で、０．０１０％以上がより好ましい。
Ｎ：０．０２％以下
Ｎは、固溶強化で、鋼の強度の向上に寄与する元素である。Ｎが０．０２％を超えると、固溶Ｎ量が増大して、強度が上昇し、靱性が低下するので、Ｎは０．０２％以下が好ましい。より好ましくは０．０１５％以下である。下限は特に限定しないが、Ｎを０．００１％未満に低減すると、製造コストが大幅に上昇するので、実用鋼上、０．００１％が実質的な下限である。製造コストの点で、０．００２％以上がより好ましい。
Ｎは、固溶強化で、鋼の強度の向上に寄与する元素である。Ｎが０．０２％を超えると、固溶Ｎ量が増大して、強度が上昇し、靱性が低下するので、Ｎは０．０２％以下が好ましい。より好ましくは０．０１５％以下である。下限は特に限定しないが、Ｎを０．００１％未満に低減すると、製造コストが大幅に上昇するので、実用鋼上、０．００１％が実質的な下限である。製造コストの点で、０．００２％以上がより好ましい。
本発明添加鋼は、さらに、特性向上のため、（ａ）Ｃｕ：２．００以下、及び、Ｎｉ：２．００％以下の１種又は２種、（ｂ）Ｃｒ：２．００％以下、及び、Ｍｏ：２．００％以下の１種又は２種、（ｃ）Ｎｂ：０．２５％以下、及び、Ｖ：０．２５％以下の１種又は２種、及び、（ｄ）Ｔｉ：０．３０％以下、及び、Ｂ：０．００５％以下の１種又は２種の元素群の一つ又は２つ以上を含有してもよい。
（ａ）群元素
Ｃｕ：２．００％以下
Ｎｉ：２．００％以下
ＣｕとＮｉは、いずれも、鋼の強度の向上に寄与する元素である。
Ｃｕ：２．００％以下
Ｎｉ：２．００％以下
ＣｕとＮｉは、いずれも、鋼の強度の向上に寄与する元素である。
Ｃｕが２．００％を超えると、強度が上昇しすぎて、靱性が低下するので、Ｃｕは２．００％以下が好ましい。より好ましくは１．６０％以下である。下限は特に限定しないが、Ｃｕの添加効果を十分に得るには、０．１０％以上が好ましい。より好ましくは０．２０％以上である。
Ｎｉが２．００％を超えると、Ｃｕと同様に、強度が上昇しすぎて、靱性が低下するので、Ｎｉは２．００％以下が好ましい。より好ましくは１．６０％以下である。下限は特に限定しないが、Ｎｉの添加効果を十分に得るには、０．１０％以上が好ましい。より好ましくは０．３０％以上である。
（ｂ）群元素
Ｃｒ：２．００％以下
Ｍｏ：２．００％以下
ＣｒとＭｏは、いずれも、鋼の強度の向上に寄与する元素である。
Ｃｒ：２．００％以下
Ｍｏ：２．００％以下
ＣｒとＭｏは、いずれも、鋼の強度の向上に寄与する元素である。
Ｃｒが２．００％を超えると、強度が上昇しすぎて、靱性が低下するので、Ｃｒは、２．００％以下が好ましい。より好ましくは１．６０％以下である。下限は特に限定しないが、Ｃｒの添加効果を十分に得るには、０．１５％以上が好ましい。より好ましくは０．２５％以上である。
Ｍｏが２．００％を超えると、Ｃｒと同様に、強度が上昇しすぎて、靱性が低下するので、Ｍｏは２．００％以下が好ましい。より好ましくは１．６０％以下である。下限は特に限定しないが、Ｍｏの添加効果を十分に得るには、０．０２％以上が好ましい。より好ましくは０．１０％以上である。
（ｃ）群元素
Ｎｂ：０．２５％以下
Ｖ ：０．２５％以下
ＮｂとＶは、いずれも、炭窒化物を形成し、炭窒化物のピン止め効果により、強度や靭性の向上に寄与する元素である。
Ｎｂ：０．２５％以下
Ｖ ：０．２５％以下
ＮｂとＶは、いずれも、炭窒化物を形成し、炭窒化物のピン止め効果により、強度や靭性の向上に寄与する元素である。
Ｎｂが０．２５％を超えると、炭窒化物が粗大化し、靱性が低下するので、Ｎｂは０．２５％以下が好ましい。より好ましくは０．２０％以下である。下限は特に限定しないが、Ｎｂの添加効果を十分に得るには、０．０１％以上が好ましい。より好ましくは０．０２％以上である。
Ｖが０．２５％を超えると、Ｎｂと同様に、炭窒化物が粗大化し、ＨＡＺ靱性が低下するので、Ｖは０．２５％以下が好ましい。より好ましくは０．２０％以下である。下限は特に限定しないが、Ｖの添加効果を十分に得るには、０．０１％以上が好ましい。より好ましくは０．１０％以上である。
（ｄ）群元素
Ｔｉ：０．３０％以下
Ｂ ：０．００５％以下
Ｔｉは、Ｎと結合して窒化物を形成して結晶粒を微細化し、靭性の向上に寄与する元素である。Ｔｉが０．３０％を超えると、切削加工性が低下するので、Ｔｉは０．３０％以下が好ましい。より好ましくは０．２５％以下である。下限は特に限定しないが、Ｔｉの添加効果を十分に得るには、０．０１％以上が好ましい。より好ましくは０．０２％以上である。
Ｔｉ：０．３０％以下
Ｂ ：０．００５％以下
Ｔｉは、Ｎと結合して窒化物を形成して結晶粒を微細化し、靭性の向上に寄与する元素である。Ｔｉが０．３０％を超えると、切削加工性が低下するので、Ｔｉは０．３０％以下が好ましい。より好ましくは０．２５％以下である。下限は特に限定しないが、Ｔｉの添加効果を十分に得るには、０．０１％以上が好ましい。より好ましくは０．０２％以上である。
Ｂは、粒界フェライトの生成を抑制して、靱性の向上に寄与する元素である。Ｂが０．００５％を超えると、ＢＮがオーステナイト粒界に析出し、靱性が低下するので、Ｂは０．００５％以下が好ましい。より好ましくは０．００３％以下である。下限は特に限定しないが、Ｂの添加効果を十分に得るには、０．０００５％以上が好ましい。より好ましくは０．００１０％以上である。
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
（実施例）
容量３００トンの転炉で一次精錬した溶鋼を取鍋に出鋼する際、金属Ａｌを添加してＡｌ脱酸を実施した。
容量３００トンの転炉で一次精錬した溶鋼を取鍋に出鋼する際、金属Ａｌを添加してＡｌ脱酸を実施した。
表１に、発明例及び比較例の溶鋼の成分組成を示す。
Ａｌ脱酸後、取鍋加熱式精錬装置で温度調整を行い、次いで、ＲＨ式脱ガス精錬装置を用いて脱ガス処理、成分調整を実施するとともに、溶鋼を撹拌して介在物を除去した。脱ガス処理、成分調整の後、酸素濃度の異なる硫黄添加源を溶鋼に添加して硫黄を添加した。硫黄添加源の添加後、均一混合時間以上の撹拌を行って、介在物の除去を促進した。
均一混合時間とは、添加した合金元素が、最終値近傍の所定の範囲内に漸近するのに要する時間で、撹拌力と相関する時間である。均一混合時間は、トレーサー実験で求めることができ、また、既知の撹拌動力密度との関係式（例えば、浅井滋生、岡本徹夫、赫冀成、鞭巌、鉄と鋼６８、４２６）を用いて推算できる。
このように溶製した硫黄添加鋼を連続鋳造した。連続鋳造は、断面サイズ２２０ｍｍ×２２０ｍｍのブルーム６ストランドの連鋳機で実施した。
連続鋳造時のタンディッシュ内の溶鋼の過熱度（溶鋼の温度から、この成分組成の鋼の液相線温度を減じた値）は１０〜６０℃であった。溶鋼のスループット（単位時間当りの鋳造溶鋼量）は０．３〜０．６ｔ／分であった。
表２に、発明例及び比較例における硫黄添加源からの酸素侵入総量、高酸素濃度硫黄添加源、及び、低酸素濃度硫黄添加源の酸素濃度、さらに、それぞれの硫黄添加源からの酸素侵入量、ノズル閉塞指標、及び、ノズル閉塞成績を示す。
硫黄添加源の酸素濃度は実測値であり、酸素侵入量は前記酸素濃度と添加量から計算した値である。低酸素濃度硫黄添加源の酸素濃度、酸素侵入量の記載のないものは、１種類の硫黄添加源のみを使用したことを意味する。
ノズル閉塞指標は、前述したように、連続鋳造ノズルの開度を指標化したものであり、以下のように定義した指標である。連続鋳造ノズルの実際の開度と、溶鋼のスループットと溶鋼ヘッドから算出される本来開度との比を指標化したものであり、大きいほど、ノズル閉塞が頻発することを意味し、目標は１以下である。
ノズル閉塞成績は、ノズル閉塞指標を三段階評価した結果であり、ノズル閉塞指標１以下を◎、１を超え３以下を△、３超を×とした。
発明例１〜５０では、いずれも、硫黄添加源からの酸素侵入総量が４０ｐｐｍ以下であり、ノズル閉塞指標は１以下で、ノズル閉塞が発生することなく、連続鋳造を行うことができた。
比較例５１〜６５では、硫黄添加源からの酸素侵入総量が４０ｐｐｍを超えており、連続鋳造時、ノズル閉塞が発生した。
前述したように、本発明によれば、硫黄添加鋼の連続鋳造において、溶鋼にＣａを添加することなく、また、溶鋼温度を高くすることなく、ノズル閉塞を確実に防止することができる。よって、本発明は鉄鋼産業において利用可能性が高いものである。
Claims (8)
- 硫黄添加源を添加し、Ｓ量を調整した、質量％で、Ｃ：０．０７〜１．２０％、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．５０％以下、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０１２〜０．１００％、Ａｌ：０．０１５〜０．１００％、Ｎ：０．０２％以下を含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなる硫黄添加鋼の連続鋳造において、前記硫黄添加源として、酸素濃度：３質量％超、２０質量％以下の高酸素濃度硫黄添加源と、酸素濃度：３質量％以下の低酸素濃度硫黄添加源を併用して、前記硫黄添加源からの酸素侵入総量を４０ｐｐｍ以下に抑制することを特徴とする硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法。
- 前記高酸素濃度硫黄添加源が硫化鉱石であることを特徴とする請求項１に記載の硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法。
- 前記硫黄添加鋼のＳ量を調整する際、溶鋼に、高酸素濃度硫黄添加源を先に添加し、その後、低酸素濃度硫黄添加源を添加することを特徴とする請求項１又は２に記載の硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法。
- 前記硫黄添加鋼が、さらに、質量％で、Ｃｕ：２．００％以下、及び、Ｎｉ：２．００％以下の１種又は２種を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法。
- 前記硫黄添加鋼が、さらに、質量％で、Ｃｒ：２．００％以下、及び、Ｍｏ：２．００％以下の１種又は２種を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法。
- 前記硫黄添加鋼が、さらに、質量％で、Ｎｂ：０．２５％以下、及び、Ｖ：０．２５％以下の１種又は２種を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法。
- 前記硫黄添加鋼が、さらに、質量％で、Ｔｉ：０．３０％以下、及び、Ｂ：０．００５％以下の１種又は２種を含有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法。
- 前記硫黄添加鋼のＳ量を調整する際、硫黄添加源を、ＲＨ脱ガス処理工程にて、硫黄以外の成分の組成調整が終了した後、又は、二次精錬処理が終了した後の溶鋼に添加することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の硫黄添加鋼の連続鋳造ノズルの閉塞防止方法。
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