JPH06102249B2 - 高清浄度鋼の製造方法 - Google Patents

高清浄度鋼の製造方法

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JPH06102249B2
JPH06102249B2 JP2283993A JP28399390A JPH06102249B2 JP H06102249 B2 JPH06102249 B2 JP H06102249B2 JP 2283993 A JP2283993 A JP 2283993A JP 28399390 A JP28399390 A JP 28399390A JP H06102249 B2 JPH06102249 B2 JP H06102249B2
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steel
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紘一 山口
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は高清浄度鋼の製造に関するものであって、特に
sol.Al 0.002%以下の伸線加工性、疲労強度、あるいは
被削性を要求されるSi脱酸鋼の製造方法に関するもので
ある。
(従来の技術) 二次精練用取鍋の内張り耐火物中のAl2O3含有量
は、一般的ハイアルミナ鍋の場合で60〜70%、アルミ
ナ、マグネシア系不定系耐火物鍋の場合で80〜90%、No
nアルミナと言われているジリコン系で10%程度であ
る。
取鍋注入系の耐火物は、SN上ノズル、SNプレート、
SN下部ノズル共にAl2O3含有量が70〜95%程度のアルミ
ナ系の耐火物が用いられている。
連続鋳造用タンディッシュの内張り耐火物はハイア
ルミナ系またはMgO系耐火物が一般的に用いられてい
る。またタンディッシュ堰にはAl2O3含有量40〜70%程
度のハイアルミナ系の耐火物が、タンディッシュカバー
用耐火物としてはAl2O3含有量50〜80%程度の耐火物が
一般的に使用されている。
タンディッシュ注入系の耐火物は、ストッパー、上
ノズル、浸漬ノズル共にアルミナグラファイト系のAl2O
3含有量35〜70%程度のものが一般的に使用されてい
る。また注入をSN方式で行なう方式では、SN上ノズル、
SNプレート、SN下部ノズル共にAl2O3含有量が70〜95%
程度のアルミナ系の耐火物が用いられている。
取鍋からタンディッシュ間のロングノズルにはAl2O
3含有量が50〜70%程度のアルミナグラファイト系の耐
火物が一般的に使用されている。
(発明が解決しようとする課題) 従来から高清浄度Siキルド鋼を製造するに当たっては耐
火物の非アルミナ化(純Al2O3を用いない)が望ましい
と言われてきた。その理由は、介在物組成制御用の溶
鋼酸素活量およびsol.Alの微量コントロール(小山等:
学振19委員会第3分科会・神戸製鋼所資料S62.9.30)、
耐火物を構成する純Al2O3粒子の脱落防止(市橋等;
鉄と鋼VoL.71 No.2 85−A25)であった。
従って、従来技術で可能な取鍋内張り耐火物の非アルミ
ナ化、例えばジルコン系耐火物の使用、タンディッシュ
内張り耐火物の非アルミナ化、例えばMgO系耐火物の使
用等、部分的には非アルミナ化が行なわれ、それなりの
改善効果認められていた(斉藤等;神戸製鋼技報Vol.34
No.2 p96)が実害介在物を皆無にし、実用上のトラブ
ルを防止できるレベルには至っていない(斉藤等;神戸
製鋼技報Vol.34 No.2 p96)。
その理由は、注入系の耐火物を非アルミナ化することが
技術的に困難であったことと、非アルミナ化(純Al2O3
粒子を用いない)では、本発明者等が明らかにしたよう
に溶鋼と耐火物の反応で耐火物中のSiO2成分が還元され
てAl2O3成分が濃化する結果、後述する実害となるAl2O3
粒子相及びスピネル相が生成することを防止できないか
らである。
(課題を解決するための手段) 本発明は従来技術の課題を有利に解決するものであっ
て、sol.Al 0.002%以下のSi脱酸鋼を溶鋼処理した後連
続鋳造し、次いで熱間圧延して鋼材を製造する方法に於
て、溶鋼と接触する耐火物のAl2O3含有量を10%以下と
した条件で、溶鋼を取鍋処理した後連続鋳造し、次いで
熱間圧延することを特徴とする高清浄度鋼の製造方法で
ある。
以下本発明を図面を用いて説明する。
表1は本発明に適用する鋼種であって、特に低Alに特徴
がある。Alは強脱酸元素で脱酸・酸素コントロール用に
有用であるが、sol.Alが0.002%以上になると非延性硬
質のAl2O3系介在物を生じて、疲労特性、細線加工特性
および被削性等を害するので、低Alとする必要がある。
Cも強脱酸元素で、溶鋼酸素コントロールおよび材質強
度コントロールに必要であり、0.05%以上とする。また
0.05%未満では後述する本発明で問題にしている耐火物
稼働面のアルミナ成分濃化も問題とならない。
SiはCと共に脱酸・酸素コントロール上必要であり、ま
た靭性をあまり低下せずに強度を増加させる効果が有
り、0.03〜2.50%が実用化されている。
Mnは強度を増加させる効果が有り、また介在物の軟質化
にも効果が有り0.15〜2.00%程度が実用化されている。
P,Sは偏析を悪化するので0.03%以下が望ましい。
Oは介在物組成コントロール上重要な成分でありC,Si含
有量に対して適当な範囲が有るが安定して鋳造できるの
は80ppm以下である。
その他Cr,Nb,V等材質特性上有効で脱酸および介在物組
成にあまり影響を及ばさない元素は含有してかまわな
い。
<耐火物をアルミナレス化する必要性> 伸線加工中の破断面、および疲労破面に認められる実害
となる介在物は、殆んどが純アルミナ、およびスピネル
(MgO・Al2O3)である。
耐火物を構成する純アルミナ粒子が脱落して硬質の実害
介在物になるのは当然として、アルミナおよびAl2O3
分を含有する耐火物からAl2O3及びスピネル(MgO・Al2O
3)が生成する機構には次の2種類が有ることが明らか
になった。
(I)カーボンを含有する耐火物の稼働にアルミナ相、
スピネル相が生成する機構 AG(アルミナグラファイト)系の耐火物(ロングノズ
ル、浸漬ノズル等)、及びカーボン含浸耐火物(SNプレ
ート等)の様に耐火物中にカーボンを含有する場合は、
耐火物中のAl2O3およびSiO2成分がCおよびCOガスで還
元されてAl2O3ガス、SiO2ガスとして稼働面に移動してA
l2O3ガスは溶鋼側からら酸素を得てAl2O3として析出
し、SiO2はさらにカーボン,およびCOガスで還元されて
Siとしてメタル中へ移行する(福田等:鉄と鋼‘86−S2
80等)。
全体の反応式は次の様に表わされる。
<Al2O3>+4<C>+2<SiO2> →(Al2O3)+2[Si]+4{CO} (1) SiO2を含まないカーボン含有耐火物の反応式も同様に
(2)式(Hsuckら:Eisenhuttenwes.53(1982)Nr.4Apr
il,P127)で表わされる。
3<Al2O3>+6<C>→4[Al]+(Al2O3)+6{C
O} (2) 従ってSiO2を含まない場合でもカーボンを含有していれ
ば稼動面にAl2O3が生成することになる。アルミナの生
成を防止するには、Al2O3成分を含有しない耐火物、す
なわちアルミナレス耐火物とする必要が有る。
なお、稼働面にスピネル(MgO・Al2O3)相が認められる
が、これはタンディッシュコーティング材等のMgO系耐
火物や脱酸生成物、およびスラグ中のMgO成分と耐火物
稼働面のAl2O3が反応してスピネルが生成するためであ
ると推定される。
(II)カーボンを含まない耐火物の稼働面にアルミナ相
が生成する機構 例としてハイアルミナ系耐火物(52%Al2O3,48%SiO2
の稼働面にアルミナ相が生成する機構について述べる。
Siキルド鋼を鋳造した後のタンディッシュ堰(52%Al2O
3,48%SiO2)の稼働面にアルミナ相が生成している状況
を第1図に示す。
ハイアルミナ系耐火物稼働面の約1mm厚みに純アルミナ
相の析出が認められる。図で1は生成したアルミナ相で
あり、約130ミクロン以下のアルミナ相が多数生成して
いる。2は反応相のマトリックスであり主成分は(Al,S
i,Mn)0である。3は耐火物基材であり、ほぼ52%Al2O
3−48%SiO2である。
カーボンを含まない耐火物にアルミナ相が生成すること
は(I)の機構では説明されない。そこで溶鋼と耐火物
反応を熱力学的に検討した。その結果を表2に示す。熱
力学データは学振・製鋼第19委員会「製鋼反応の推奨平
衡値」を使用した。1500℃の溶鋼50Tと耐火物1kgが平衡
に達するまで反応した結果を反応後の欄に示してある。
溶鋼50Tはタンディッシュ内の溶鋼、耐火物1kgは堰表面
の反応層の量を想定している。
表で水準は高炭素鋼との反応の例である。耐火物中の
SiO2が還元されて消失し、アルミナが100%つまり純ア
ルミナ相が生成することを示している。さらにアルミナ
の一部も還元されてsol.Alとして溶鋼に入っていること
が分かる。
水準は溶鋼中カーボンが0.2%の場合であるが、この
場合でも純アルミナ相が生成する。
水準およびは溶鋼中Mn含有量を変更した場合である
が、あまり変化は認められない。
この結果から、耐火物中のSiO2成分は溶鋼中のカーボン
で還元されて、Al2O3成分が濃化し純アルミナ相が生成
することが分かる。従来溶鋼中のMnでSiO2が還元される
と言う文献が多く見られる(成田:耐火物,30[14],p1
4(1978)等)が、本発明の場合にはカーボンの方が還
元力が大きい。この全体の反応をムライト組成の例で示
すと(3)式で表わされる。
<3Al2O3・2SiO2>+4[C]=3Al2O3+2[Si]+4
{CO} (3) この場合、耐火物中のAl2O3成分が濃化してアルミナ相
が生成するので、アルミナ相の生成を防止するために
は、Al2O3成分を含有しない耐火物を使用する必要があ
る。
以上述べた理由により、無害な耐火物とするために、取
鍋から連鋳にいたる耐火物中のアルミナ成分の低減を行
なった。
(実施例) 以下、本発明例を図面によって詳しく説明する。
第2図は耐火物改善前後における、53ミクロン以上の鋳
片スライム電解抽出介在物について、「断面にアルミナ
及びスピネルの析出相が認められる介在物」の出現率を
示した図である。スライム抽出法において約1kg程度の
鋳造片を電解して介在物を抽出した。
ここで比較例1は鍋注入系ノズル、タンディッシュ堰、
タンディッシュカバー等の耐耐火物をAl2O3含有量40%
以下に少なくしたものであるが、アルミナ、スピネル相
を含有する実害介在物はあまり減少していないことを示
している。
実害介在物を無くするためには、Al2O3成分の濃化を防
止する必要があり、そのためには耐火物中のAl2O3成分
をかなり低くしなければならないことを示している。
比較例2は、連鋳鋳型に近い、浸漬ノズル、タンディッ
シュ上ノズル、タンディッシュ堰をAl2O3含有量10%以
下にした例である。連鋳鋳型に近い部分をアルミナレス
化することは効果が認められるが、実害介在物を皆無に
することはできない。
本発明の、取鍋から連鋳耐火物までの溶鋼に接触する耐
火物、すなわち取鍋側壁(スラグライン部含む)およ
び底面、取鍋上ノズル、SNプレート、下部ノズルの溶
鋼接触部、取鍋タンディッシュ間ロングノズルの溶鋼
接触部、タンディッシュの内張り耐火物およびタンデ
ィッシュカバー耐火物、タンディッシュ上ノズル、ス
トッパー、浸漬ノズルをAl2O3含有量10%以下にした例
では、鋳片の実害介在は見つかっていない。この結果は
Al2O3含有量を10%以下にすれば、溶鋼と耐火物との反
応でアルミナ、スピネル相が生じないことを示してい
る。
以上はストッパー方式のタンディッシュを用いた結果で
あるが、SN方式の場合も同様にAl2O3含有量を10%以下
にすれば実害介在物が生成しないことは容易に推定され
る。
第3図は、耐火物の改善経過と線材の介在物インデック
スの関係を示したものである。介在物インデックスは線
材の顕微鏡観察における介在物の圧延方向長さLと厚み
Dの関係がL/D<3以下の非延性介在物を評点化したも
のである。
線材介在物インデックスは耐火物を変更しても変わらな
い。介在物インデックスのように顕微鏡的な介在物評価
方法ででは、存在量が非常に少ない実害介在物を評価で
きず、脱酸生成物起因等の多数存在している代表的介在
物を評価しているものと考えられる。一方、耐火物を変
更しても介在物インデックスが変わらないということ
は、耐火物の変更により脱酸生成物起因等の多数存在し
ている介在物に対しては、影響を及ぼしていないことを
示している。
第4図は、約200ミクロン径まで伸線加工をしたときの
介在物性断線指数と耐火物改善経過との関連を調査した
結果を示す。従来法、比較例1、比較例2に比べ本発明
は格段に改善されている。これは溶鋼と耐火物の反応で
生じる実害介在物を無くすることが出来たからである。
本発明では極僅かに介在物性の断線が認められるが、こ
れは脱酸生成物系、及びスラグ系の大型介在物起因によ
るものである。このレベルになると表面欠陥起因、及び
中心偏析起因の断線の方が圧倒的に多く、従来問題とな
っていた介在物性起因の断線トラブルは生じなくなる。
同様に、硬質介在物が大幅に減少した結果疲労限が向上
し、また硬質介在物に起因するバイト工具刃先の傷みが
減少し被削性が向上する。
(発明の効果) 本発明によって、実害を及ぼす硬質介在物が減少した結
果、伸線加工中の断線トラブルが格段に減少し、また疲
労限が向上し、さらに被削性も向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図はSiキルド鋼を鋳造した後のタンディッシュ堰の
稼動面にアルミナ相が生成している状況を示す図、第2
図は耐火物改善前後における断面にアルミナ及びスピネ
ルの析出相が認られる介在物の出現率を示した図、第3
図は耐火物の改善経過と線材の介在物インデックスの関
係を示す図、第4図は約200ミクロン径まで伸線加工し
たときの介在物性断線指数と耐火物改善経過の関連の調
査結果を示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Sol.Al0.002%以下のSi脱酸鋼を溶鋼処理
    した後連続鋳造し、次いで熱間圧延して鋼材を製造する
    方法に於て、溶鋼と接触する耐火物のAl2O3含有量を10
    %以下とした条件で、溶鋼を取鍋処理した後連続鋳造
    し、次いで熱間圧延することを特徴とする高清浄度鋼の
    製造方法。
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