JP5391842B2

JP5391842B2 - 高清浄鋼の溶製方法

Info

Publication number: JP5391842B2
Application number: JP2009134392A
Authority: JP
Inventors: 昌光若生; 雄三高橋; 康介久米
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-06-03
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-06-03
Also published as: JP2010280940A

Description

本発明は、高清浄鋼の溶製方法に関し、詳しくは、二次精錬工程で脱硫のために投入したフラックス粒子の残存を抑制した高清浄鋼の溶製方法に関するものである。

加工性の良好な高張力鋼では、鋼の不純物としてのＳ濃度を極力低くすることが望まれている。このために、鋼製造時の二次精錬工程(例えばRH設備)で溶鋼の脱硫が行なわれている。この脱硫法に関しては、例えば、特許文献１には、ＣａＯを含有し、溶鋼温度で固液２相となるようなフラックスの使用が記載されている。固液２相を得るための方法として、例えばＣａＦ_２をＣａＯに添加することも記載されている。

しかしながら、この方法では、脱硫後にも溶鋼中にＣａＯとＣａＦ_２を含むフラックス粒子が残存し、この粒子のＣａＦ_２が高い領域が鋼の圧延時に粒子の前後で伸びて、両側が伸びた針状の介在物となる恐れがある。この介在物が多量にあると、良加工性高張力鋼の加工性評価法の一種である穴拡げ試験での穴拡げ性が悪化する。このような現象は、ＣａＦ_２でなくても低融点の酸化物を含むＣａＯ系フラックスであれば、生じる恐れがある。

穴拡げ性に優れた熱延鋼板の製造方法として、特許文献２や特許文献３で、ＣａＦ_２を含む脱硫フラックスを用いた製造方法が記載されているが、脱硫後に溶鋼に残存するフラックス粒子が穴拡げ性に悪影響を与える観点からの説明はない。

溶鋼に残存したフラックス粒子を浮上させる手段として、脱硫フラックス吹き込み終了後も続けて減圧下での溶鋼還流を行ない、粒子を浮上させる方法があるが、粒子数を確実に大幅に低減させるためには長時間の還流が必要であり、生産性向上の観点からは不適当である。

特開平６−２４０３４０号公報特開平８−１７６６６１号公報特開平８−２９１３１８号公報

加工性の良好な高張力鋼では、鋼の不純物としてのＳ濃度を極力低くすることが望まれており、鋼製造時の二次精錬工程(例えばRH設備)で溶鋼の脱硫が行なわれているが、その際に脱硫材として溶鋼中に吹き込んだCaF₂のような低融点酸化物を含有するＣａＯ系フラックスが、溶鋼中に残留し、圧延時に伸びて、加工時の割れの起点となってしまう場合がある。

そこで、本発明は、上述した問題点を鑑みて案出したものであり、低融点酸化物含有フラックスを溶鋼中に極力残存させないための高清浄鋼溶製方法を提供するものである。

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、その手段は、以下の通りである。
第１の発明に係る高清浄鋼の溶製方法は、二次精錬設備で、主成分がＣａＯで、融点が１５００℃以下の酸化物またはフッ化物を一種以上含む脱硫フラックスで溶鋼を脱硫した後にＡｌを溶鋼中に、０．０２〜０．０４ｍａｓｓ％分添加し、その後に溶鋼中に酸素ガスを、溶鋼１ｔあたり０．１〜０．２Ｎｍ^３吹き込むまたは吹き付けることを特徴とする。
第２の発明に係る高清浄鋼の溶製方法は、第１の発明において、酸素ガスの吹き込み終了後または吹き付け終了後２分以上還流することを特徴とする。

本発明により、溶鋼中に懸濁する脱硫フラックスの問題を気にすることなく、高い生産性を確保しながら高い脱硫能を持つ、ＣａＯを主成分とし、融点が１５００℃以下の酸化物またはフッ化物を一種以上含む脱硫フラックスを用いてＳ濃度の非常に低い加工性の良好な高張力鋼を製造することが可能となる。

介在物の浮上率とＡｌ添加量−酸素供給量の関係を表した図

発明者らは、溶鋼に介在物として残存したＣａＦ_２含有脱硫フラックスを浮上させる方法を検討した。溶鋼中の介在物を浮上させる方法は、一般的に溶鋼をガスで攪拌して介在物の浮上を促進する方法が行なわれており、この観点からは、脱酸完了または脱硫フラックス吹き込み終了時点からの攪拌時間を長くすることが有効である。しかしながら攪拌時間を長くすることは生産性の低下を引き起こす問題がある。

そこで、溶鋼中に懸濁した脱硫フラックスを短時間で浮上させる方法として、溶鋼中に多量にＡｌを添加し、そこに酸素ガスを吹き込む方法を着想した。溶鋼中にＡｌを添加し、酸素ガスを吹き込む方法自体は、Ａｌ昇熱法として知られており、溶鋼温度が低下した場合に、その温度を上げる目的で使われている。しかしながら、その場合はＡｌ添加と酸素ガス吹込みを同時に行なっているので、すぐにアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）が生成し、脱酸に関する溶解度積、すなわち（ｍａｓｓ％Ａｌ）²×（ｍａｓｓ％Ｏ）^３の値が大きくならない。この結果、多量の介在物が生成しにくくので、後述するような生成した介在物が溶鋼中に懸濁している脱硫フラックスと凝集合体して、浮上を促進する効果が期待できない。

本発明では、溶鋼中のＡｌが吹き込まれた酸素と反応してアルミナが生成する際に、既に溶鋼中に懸濁していたＣａＦ_２のような低融点酸化物を含む脱硫フラックス粒子を核として核生成したアルミナが、それらどうしや直接均質核生成したアルミナと凝集合体し、粒径が大きくなって浮上することを狙いとしている。この場合には、溶解度積（ｍａｓｓ％Ａｌ）²×（ｍａｓｓ％Ｏ）^３を増大させるために、酸素ガス吹き込みより先にＡｌを添加してＡｌ濃度（ｍａｓｓ％Ａｌ）を大きくすることが重要である。

そこで、どのようなＡｌ濃度、酸素ガス吹き込み量で、溶鋼中の懸濁介在物が浮上し易いか、実験室規模での実験を行なった。実験の鋼成分（ｍａｓｓ％）を表１に、実験条件を表２に示す。介在物浮上率の定義として、まず、溶鋼を所定の成分に調整してフラックスをインジェクションして溶鋼脱硫し、2分経過後、そのまま冷却・凝固させたインゴット中の介在物個数をベースとし、Ａｌ濃度や酸素吹き付け量を変化させた水準のインゴットの介在物量をベース個数で割り、１００分率化した。酸素吹き付け時間は2分であり、脱硫後の経過時間がベース水準と同じ２分間となるようにした。Ａｌ濃度に関しては、まず、溶鋼脱硫を行なう前には、脱酸が必要なので、所定量のＡｌを脱硫前に添加した。脱硫を行なった後に更にＡｌを添加したが、この時に添加するＡｌ量を変化させた。実験結果を図１に示すが、脱硫後に添加したＡｌが濃度として０．０２〜０．０４ｍａｓｓ％の範囲で、かつ吹き込み酸素量が溶鋼１ｔあたり０．１〜０．２Ｎｍ^３の範囲である場合に、溶鋼に懸濁した介在物の浮上率が８０％以上と高いことが判った。

以下に本発明の作用を記す。まず、二次精錬での溶鋼脱流は、脱硫前に溶鋼酸素を極力下げておくことが前提であり、一般にはＡｌ添加で脱酸が行なわれている。したがって、この時点で溶鋼中の酸素濃度は非常に低い。次に脱硫を行なうために、ＣａＯ系脱硫フラックスを溶鋼中に吹き込む。このときの脱硫フラックスは、良好な脱硫能を得るために、ＣａＯを主成分とし、融点が１５００℃以下の酸化物またはフッ化物を一種以上含む脱硫フラックスである。このような脱硫フラックスは、脱硫能は非常に良いが、溶鋼中に懸濁して残った場合には、圧延で伸ばされるため、鋼板の穴拡げ試験で低値が出やすくなる。溶鋼脱硫処理の間は溶鋼の攪拌も同時に行なわれる。脱硫が終了すると、溶鋼中には浮上し切れなかった脱硫フラックスが懸濁している状態となる。

ここからが本発明の重要な点であり、まず、溶鋼攪拌は継続したままでＡｌを０．０２〜０．０４ｍａｓｓ％の範囲で添加する。より好ましくは０．０３〜０．０４ｍａｓｓ％の範囲で添加する。Ａｌは、脱酸のために、脱硫前にすでに添加されているが、本発明では脱硫後に新たに添加する。Ａｌの添加が終了した後に酸素ガスを溶鋼１ｔあたり０．１〜０．２Ｎｍ^３の範囲で溶鋼中に吹き込む。より好ましくは溶鋼１ｔあたり０．１５〜０．２Ｎｍ^３の範囲で溶鋼中に吹き込む。この操作により、多量のアルミナが生成する。

このアルミナの生成の仕方は二通りあり、一方は懸濁している脱硫フラックスを核として、その周りに生成し、脱硫フラックス粒子と一体の粒子となる。他方は、直接溶鋼中に単独粒子の状態で均質核生成する。Ａｌ濃度と酸素濃度の積が所定の値以上になっていれば、双方の粒子は凝集合体し、サイズの大きな粒子となって溶鋼中を浮上する。

脱硫後、酸素吹き込みまたは吹き付け前に添加するＡｌ量を、濃度で０．０２〜０．０４ｍａｓｓ％の範囲と規定したのは、ラボ実験の結果で介在物浮上に効果があったＡｌ濃度に基づき決定した。添加量が０．０２よりも低い場合には、アルミナ介在物の生成量が少ないため、溶鋼中に懸濁している脱硫フラックス粒子を多量に浮上させる事が出来ない。また、添加量の上限を０．０４ｍａｓｓ％としたのは、Ａｌ濃度が高すぎると、多量にアルミナが生成するために、今度は浮上し切れなかったアルミナそのものが逆に製品特性に悪影響を与えるためである。

吹き込み酸素量が溶鋼１ｔあたり０．１〜０．２Ｎｍ^３の範囲と規定したのも、ラボ実験の結果で介在物浮上に効果があった酸素量に基づき決定した。酸素量が溶鋼１ｔあたり０．１よりも低い場合には、アルミナ介在物の生成量が少ないため、溶鋼中に懸濁している脱硫フラックス粒子を多量に浮上させる事が出来ない。また、酸素量の上限を０．２Ｎｍ³としたのは、Ａｌの場合と同様に、多量にアルミナが生成するために、今度は浮上し切れなかったアルミナそのものが逆に製品特性に悪影響を与えるためである。

このようにして、懸濁していた脱硫フラックス粒子は浮上し、溶鋼外に排出される。更に、フラックス粒子の浮上を確実なものにするには、酸素ガス吹き込み終了後の還流時間を２分以上確保することが望ましい。なお、本発明を実施すると、Ａｌの酸化発熱のために溶鋼温度が上昇する。しかしながら、一般に溶鋼脱硫時には温度低下を危惧する場合が多いので、本発明は脱硫処理において、良い方向に作用することになる。

４００ｔ容量の転炉を用いて溶製した溶鋼を、RH真空脱ガス装置を用いて脱硫した。脱硫後、条件を変えてＡｌ添加と酸素ガス供給を行ない、その後連続鋳造して熱延を行ない、熱延板の介在物調査を行なった。併せて穴拡げ試験で評価した。鋼の組成（ｍａｓｓ％）を表３に、使用した脱硫フラックス組成（ｍａｓｓ％）を表４に、試験条件を表５に示す。酸化物・フッ化物の融点：ＣａＯ：約２５７０℃、ＣａＦ_２：１４２３℃、Ｎａ_２Ｏ：１１３３℃である。

結果を表６に示すが、水準１〜５は本発明の場合の条件を満たすものであり、熱延板の介在物個数が減少し、特に伸びた介在物が著しく減少した。また、穴拡げ性も良好な結果を得た。

一方、水準６〜１１のいずれの比較例においても、熱延板の介在物個数、特に伸びた介在物の個数が多く、穴拡げ性も不良であった。すなわち、水準６では、追加添加分のＡｌ濃度が低いために、水準７および８では、吹き込み酸素ガス量が少ないために、また水準９および１０では、追加添加分のＡｌ濃度が多すぎるために、本発明条件を満足できず、評価結果が不良であった。また水準１１は、酸素ガス吹込みを除けば本発明の条件を満たす水準３と同じ条件であるが、Ａｌ添加と酸素ガス吹込みが同時なので効果がなかった。

特に、自動車足回り部品として用いられる高張力鋼で、複雑な形状の部品製造のために高度な成形性・加工性が要求される鋼である良加工性高張力鋼の加工性を更に高めるための高清浄鋼溶製技術として利用されるものである。

Claims

二次精錬設備で、主成分がＣａＯで、融点が１５００℃以下の酸化物またはフッ化物を一種以上含む脱硫フラックスで溶鋼を脱硫した後にＡｌを溶鋼中に、０．０２〜０．０４ｍａｓｓ％分添加し、その後に溶鋼中に酸素ガスを、溶鋼１ｔあたり０．１〜０．２Ｎｍ^３吹き込むまたは吹き付けることを特徴とする高清浄鋼の溶製方法。
酸素ガスの吹き込み終了後または吹き付け終了後２分以上還流することを特徴とする請求項１に記載の高清浄鋼の溶製方法。