JP4392365B2

JP4392365B2 - 極低炭素鋼材の製造方法

Info

Publication number: JP4392365B2
Application number: JP2005042575A
Authority: JP
Inventors: 勝浩笹井; 玲洋松澤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2025-02-18
Also published as: JP2006225736A

Description

本発明は、加工性、成形性に優れ、表面疵も発生し難い極低炭素鋼材の製造方法に関するものである。

転炉や真空処理容器で精錬された溶鋼中には、多量の溶存酸素が含まれており、この過剰酸素は酸素との親和力が強い強脱酸元素であるＡｌにより脱酸されるのが一般的である。しかし、Ａｌは脱酸によりＡｌ₂Ｏ₃介在物を生成し、これが凝集合体して数１００μｍ以上の粗大なアルミナクラスターとなる。

このアルミナクラスターは、鋼板製造時に表面疵発生の原因となり、薄鋼板の品質を大きく劣化させる。特に、炭素濃度が低く、精錬後の溶存酸素濃度が高い薄鋼板用素材である極低炭素溶鋼では、アルミナクラスターの量が非常に多く、表面疵の発生率が極めて高く、Ａｌ₂Ｏ₃介在物の低減対策は大きな課題となっている。

これに対して、従来は、特許文献１の介在物吸着用フラックスを溶鋼表面に添加してＡｌ₂Ｏ₃介在物を除去する方法、或いは、特許文献２の注入流を利用してＣａＯフラックスを溶鋼中に添加し、これによりＡｌ₂Ｏ₃介在物を吸着除去する方法が提案、実施されてきた。

一方、Ａｌ₂Ｏ₃介在物を除去するのではなく、生成させない方法として、特許文献３にあるように溶鋼をＭｇで脱酸し、Ａｌでは殆ど脱酸しない薄鋼板用溶鋼の溶製方法も開示されている。

特開平５−１０４２１９号公報特開昭６３−１４９０５７号公報特開平５−３０２１１２号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載されているようなＡｌ₂Ｏ₃介在物を除去する方法では、極低炭素溶鋼中に多量に生成したＡｌ₂Ｏ₃介在物を表面疵が発生しない程度まで低減することは非常に難しい。

また、特許文献３に記載されているようなＡｌ₂Ｏ₃介在物を全く生成しないＭｇ脱酸では、Ｍｇの蒸気圧が高く、溶鋼への歩留まりが非常に低いため、極低炭素鋼のように溶存酸素濃度が高い溶鋼をＭｇだけで脱酸するには多量のＭｇを必要とし、製造コストを考えると実用的なプロセスとは言えない。

これらの問題を鑑み、本発明は、製造コストを上げることなく溶鋼中のアルミナ介在物生成量を極限まで低下させることにより、確実に表面疵を抑制できる極低炭素鋼材の製造方法を提示することを目的とする。ここで、溶鋼を鋳造して得られる鋳片、鋳片を熱間圧延して得られる熱延鋼板、熱延鋼板を冷間圧延して得られる冷延鋼板等の鋼材料を合わせて、本発明では鋼材と定義する。

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を要旨とする。

（１）真空脱ガス装置を用いた極低炭素溶鋼の脱炭処理において、炭素濃度が０．００５〜０．０１質量％に到達した時点で、該溶鋼にＡｌを添加して予備脱酸を行い、溶存酸素濃度を０．０２５〜０．０４質量％に制御しつつ炭素濃度をさらに０．００４質量％以下まで脱炭した後、該溶鋼にさらにＡｌを添加してＡｌ脱酸した溶鋼を鋳造することを特徴とする極低炭素鋼材の製造方法。

（２）真空脱ガス装置を用いた極低炭素溶鋼の脱炭処理において、炭素濃度が０．００５〜０．０１質量％に到達した時点で、該溶鋼にＡｌを添加して予備脱酸を行い、溶存酸素濃度を０．０２５〜０．０４質量％に制御しつつ炭素濃度をさらに０．００４質量％以下まで脱炭した後、該溶鋼にＡｌとＴｉを添加して脱酸した溶鋼を鋳造することを特徴とする極低炭素鋼材の製造方法。

（３）真空脱ガス装置を用いた極低炭素溶鋼の脱炭処理において、炭素濃度が０．００５〜０．０１質量％に到達した時点で、該溶鋼にＡｌを添加して予備脱酸を行い、溶存酸素濃度を０．０２５〜０．０４質量％に制御しつつ炭素濃度をさらに０．００４質量％以下まで脱炭した後、該溶鋼にＡｌとＴｉを添加して脱酸すると共に３分以上攪拌した溶鋼を鋳造することを特徴とする極低炭素鋼材の製造方法。

（４）前記溶鋼を鋳造するに際し、連続鋳造することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の極低炭素鋼材の製造方法。

本発明によると、溶鋼中のアルミナ介在物生成量を極限まで低下させることにより、確実に表面疵を抑制できる加工性、成形性に優れた極低炭素鋳片および極低炭素鋼板を製造することが可能となる。

以下に、本発明を詳細に説明する。

真空処理容器で極低炭素濃度まで脱炭処理された溶鋼中には、多量の溶存酸素が含まれており、この溶存酸素は通常Ａｌの添加により殆ど脱酸される（［式１］の反応）ため、多量のＡｌ₂Ｏ₃介在物を生成する。
２Ａｌ＋３Ｏ＝Ａｌ₂Ｏ₃ ［式１］

これらの介在物は脱酸直後からお互いに凝集合体し、数１００μｍ以上の粗大なアルミナクラスターとなり、鋼板製造時に表面欠陥の原因となる。

一方、アルミナクラスターを生成させないために、脱炭処理後の溶存酸素をＡｌ以外の脱酸材、例えば、Ｍｇ等で脱酸することも考えられるが、この場合高価な脱酸元素を多量に使用することになり、製造コストの面から実用的なプロセスとは言えない。

そこで、本発明者らは、脱炭中に溶存酸素の一部を脱炭反応を阻害しない範囲でＡｌにより予備脱酸し、脱炭中に害にならない程度までＡｌ₂Ｏ₃介在物を短時間で浮上除去した後、改めてＡｌを添加して脱酸することを考案し、アルミナ介在物を極限まで低減して品質向上を達成した。

通常、真空脱ガス装置を用いて、例えば、Ｃ濃度を０．０４質量％から極低炭素領域の０．００４質量％以下まで脱炭する場合、脱炭速度確保の観点から溶存酸素濃度を０．０５質量％以上として処理されるのが通常である。

しかし、Ｃ濃度が０．０１質量％以下になると、それ以降の脱炭反応に対して０．０５質量％以上の溶存酸素は過剰となるため、脱炭末期にＡｌを添加して溶存酸素濃度を０．０２５〜０．０４質量％にしても十分に炭素濃度０．００４質量％以下の極低炭素溶鋼を溶製できる。

一方、脱炭末期に添加した予備脱酸Ａｌは、過剰の溶存酸素と反応してアルミナ介在物を生成するが、脱炭中であるため真空脱ガス装置の真空度が高く溶鋼の攪拌力が非常に大きいこと、さらに、脱炭反応で生成したＣＯガス気泡がアルミナ介在物を捕捉して溶鋼中を浮上するため、非常に効率的にアルミナ介在物を分離除去できる。

以上のように、本発明者らは、通常Ａｌを添加すると必ず脱炭反応を阻害すると考えられた脱炭中でも、脱炭末期であれば脱炭反応を阻害しない溶存酸素濃度の範囲が存在すること、さらに、その範囲内でできるだけＡｌ予備脱酸を実施すると、アルミナ介在物を極めて効率的に除去できることを新たに見いだし、これら知見に基づいて、以下に示すＡｌ予備脱酸方法の発明がなされた。

脱炭中における予備脱酸Ａｌの添加時期は、炭素濃度が０．００５〜０．０１質量％の範囲にある脱炭末期である。炭素濃度が０．００５質量％未満では、脱炭終了までの時間が短か過ぎるため十分にアルミナ介在物を浮上分離できず、炭素濃度が０．０１質量％超では予備脱酸Ａｌの添加時期が早くなり過ぎるため脱炭反応が阻害される。

脱炭末期における予備脱酸Ａｌは、溶存酸素濃度が０．０２５〜０．０４質量％になるように添加する必要がある。溶存酸素濃度が０．０２５質量％未満では脱炭反応を阻害するため、溶存酸素濃度が０．０４質量％超では、脱炭終了後のＡｌ脱酸で生成する介在物量が増加し、アルミナ介在物の浮上効率が低下するためである。

脱炭末期にＡｌ予備脱酸処理した溶鋼中では、脱炭終了時にアルミナ介在物は殆ど浮上分離されるため、脱炭終了後のＡｌ脱酸では残された溶存酸素０．０２５〜０．０４質量％に相当するアルミナ介在物が生成する。このアルミナ介在物は、脱炭中Ａｌ予備脱酸せず脱炭終了後に一挙にＡｌ脱酸した場合のアルミナ介在物に比べて半減するため、この溶鋼を連続鋳造すると極めて清浄性の良い鋼材が得られる。

極低炭素鋼の材質を考慮するとＴｉ添加することが好ましいが、このＴｉ添加で生成するチタニア介在物はアルミナ介在物より小さく浮上効率が悪いため、脱炭終了後にＡｌと同時、或いは、Ａｌ脱酸後に添加することが好ましい。これは、脱炭終了後にＡｌより先にＴｉを添加するとチタニア介在物を生成するが、Ａｌと同時、或いはＡｌ脱酸後にＴｉを添加するとチタニア介在物を生成し難いためである。

また、品質の厳しい材料に関して、さらにアルミナ介在物を低減しておく必要がある場合には、脱炭終了後にＡｌ脱酸してから３分以上攪拌して介在物浮上分離を促進することが好ましい。これは、実験的な検討から３分未満の攪拌ではアルミナ介在物の低減効果が小さいためである。

本発明は、インゴット鋳造および連続鋳造でも可能であり、連続鋳造であれば、通常の２５０ｍｍ厚み程度のスラブ連続鋳造に適用されるだけでなく、連続鋳造機の鋳型厚みがそれより薄い、例えば１５０ｍｍ以下の薄スラブ連続鋳造に対しても十分な効果が発現し、極めて表面疵の少ない鋳片を得ることができる。

また、上記方法で得られた鋳片を、熱間圧延、冷間圧延等の通常の方法により、鋼板を製造できる。

以下に、実施例および比較例を挙げて、本発明について説明する。

実施例１：真空脱ガス装置を用いて溶存酸素濃度０．０６質量％、炭素濃度０．０４質量％の溶鋼３００ｔを脱炭処理した。炭素濃度が０．００７質量％に達した時点で、溶鋼中に予備脱酸Ａｌを７０ｋｇ添加して溶存酸素濃度を０．０４質量％に維持し、最終的に炭素濃度を０．００３質量％まで脱炭した。その後、Ａｌを２６０ｋｇ添加してＡｌ濃度０．０４質量％のＡｌ脱酸溶鋼とした。

この溶鋼を連続鋳造法で厚み２５０ｍｍ、幅１８００ｍｍのスラブに鋳造した。鋳造した鋳片は８５００ｍｍ長さに切断し、１コイル単位とした。このようにして得られたスラブは、常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的には０．７ｍｍ厚みで幅１８００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。

鋳片品質については、冷間圧延後の検査ラインで目視観察を行い、１コイル当たりに発生する表面欠陥の発生個数を評価した。その結果、スラブ平均で０．５個／コイルの表面欠陥発生率まで品質が向上した。

実施例２：真空脱ガス装置を用いて溶存酸素濃度０．０７質量％、炭素濃度０．０４５質量％の溶鋼３００ｔを脱炭処理した。炭素濃度が０．００５質量％に達した時点で、溶鋼中に予備脱酸Ａｌを１５０ｋｇ添加して溶存酸素濃度を０．０２７質量％に維持し、最終的に炭素濃度を０．００２５質量％まで脱炭した。

その後、Ａｌを２６０ｋｇ、Ｔｉを１００ｋｇ添加してＡｌ濃度０．０４質量％、Ｔｉ濃度０．０３質量％のＡｌ脱酸溶鋼とし、その上で３分間環流（攪拌）した。

この溶鋼を連続鋳造法で厚み７０ｍｍ、幅１８００ｍｍの薄スラブに鋳造した。鋳造した鋳片は１００００ｍｍ長さに切断し、１コイル単位とした。このようにして得られた薄スラブは、常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的には０．７ｍｍ厚みで幅１８００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。

鋳片品質については、冷間圧延後の検査ラインで目視観察を行い、１コイル当たりに発生する表面欠陥の発生個数を評価した。その結果、スラブ平均で０．８個／コイルの表面欠陥発生率まで品質が向上した。

比較例１：真空脱ガス装置を用いて溶存酸素濃度０．０６質量％、炭素濃度０．０４質量％の溶鋼３００ｔを炭素濃度０．００３質量％まで一挙に脱炭した。その後、Ａｌを３３０ｋｇ添加して、Ａｌ濃度０．０４質量％の溶鋼を溶製した。

鋳片品質については、冷間圧延後の検査ラインで目視観察を行い、１コイル当たりに発生する表面欠陥の発生個数を評価した。その結果、スラブ平均で６個／コイルの表面欠陥が発生した。

Claims

真空脱ガス装置を用いた極低炭素溶鋼の脱炭処理において、炭素濃度が０．００５〜０．０１質量％に到達した時点で、該溶鋼にＡｌを添加して予備脱酸を行い、溶存酸素濃度を０．０２５〜０．０４質量％に制御しつつ炭素濃度をさらに０．００４質量％以下まで脱炭した後、該溶鋼にさらにＡｌを添加してＡｌ脱酸した溶鋼を鋳造することを特徴とする極低炭素鋼材の製造方法。
真空脱ガス装置を用いた極低炭素溶鋼の脱炭処理において、炭素濃度が０．００５〜０．０１質量％に到達した時点で、該溶鋼にＡｌを添加して予備脱酸を行い、溶存酸素濃度を０．０２５〜０．０４質量％に制御しつつ炭素濃度をさらに０．００４質量％以下まで脱炭した後、該溶鋼にＡｌとＴｉを添加して脱酸した溶鋼を鋳造することを特徴とする極低炭素鋼材の製造方法。
真空脱ガス装置を用いた極低炭素溶鋼の脱炭処理において、炭素濃度が０．００５〜０．０１質量％に到達した時点で、該溶鋼にＡｌを添加して予備脱酸を行い、溶存酸素濃度を０．０２５〜０．０４質量％に制御しつつ炭素濃度をさらに０．００４質量％以下まで脱炭した後、該溶鋼にＡｌとＴｉを添加して脱酸すると共に３分以上攪拌した溶鋼を鋳造することを特徴とする極低炭素鋼材の製造方法。
前記溶鋼を鋳造するに際し、連続鋳造することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の極低炭素鋼材の製造方法。