(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉で精錬した溶鋼を取鍋に出鋼し、これをＲＨ真空脱ガス装置にて脱炭処理を行い、引き続いて脱酸処理を行った後、連続鋳造設備を用いて鋳造する自動車用極低炭素鋼の製造方法において、下記式(1)を満足するように、溶鋼の処理条件および／または鋳造条件を調整することを特徴とする自動車用極低炭素鋼の製造方法。
【数１】
0003630136.tif 000007
ただし、
ＮＦＭ：ＲＨ処理終了後の取鍋スラグ中の(ＦｅＯ)＋(ＭｎＯ)濃度(質量％)、
ＶＬ  ：メニスカスからの連続鋳造機の垂直部長さ(m)、
Ｗ   ：タンディッシュ容量(トン)、
ｈ   ：タンディッシュ浴深さ(m)、
ＴＰ  ：スループット(トン/min)、
ＶＰ  ：介在物浮上速度 (m/min)、
α   ：介在物除去速度定数(m−１)
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転炉とＲＨ真空脱ガス装置、および連続鋳造設備を用いて極低炭素鋼を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空脱ガス処理を併用する連続鋳造法では、転炉で精錬した溶鋼を取鍋に出鋼し、これをＲＨ真空脱ガス装置にて脱炭した後、脱酸などの成分調整をし、次いで、溶鋼を取鍋からタンディシュ（以下、「Ｔ／Ｄ」とも記す）に移し、タンディシュから連続鋳造機のモールドに連続的に注湯してスラブに鋳造される。
【０００３】
自動車用などに主に使用される極低炭素鋼では、品質要求レベルが年々向上してきている。このため、介在物の低減対策が上記のような製鋼工程における重要な課題となっている。
【０００４】
介在物の低減対策としては、転炉で精錬した溶鋼の取鍋などで行うスラグ改質処理、真空脱ガス装置における分離促進、タンディシュ内での浮上促進、連続鋳造機のモールド内での浮上促進など、種々の方法が検討されている。
【０００５】
例えば精錬後の介在物減少対策としては、特開平１０−２９８６２９号公報、特開平１１−１５８５３７号公報、特開２０００−１１９７３２号公報、特開平０６−２５６８３７号公報などに示されるように、取鍋スラグ中の低級酸化物濃度を種々の手段で低減させることで、溶鋼の再酸化量を減少させる方法が多数公開されている。
【０００６】
特開平０８−１４１７０８号公報、特開平０９−３８７５３  号公報では、精錬段階で残存した溶鋼中介在物をスラブ中すなわち製品段階に持ち込まないために、タンディッシュ内での溶鋼の滞留時間を延長させて、介在物のタンディッシュ内での浮上分離効率を向上させる手段が提案されている。
【０００７】
特開平１１−３３６８７  号公報には、連続鋳造設備において溶鋼のメニスカスから下方に垂直部を設け、電磁攪拌装置を介することで、スラブ内に持ち込まれる介在物量を低減させる方法が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の種々の方法は、スラブの介在物を減少させ、清浄度を向上させる効果はあるものの、製造コストの上昇を伴うだけでなく、タンディッシュの改造や連続鋳造設備の改造など多額の投資を要するものばかりである。
【０００９】
例えば取鍋スラグ中の低級酸化物濃度を低減させる方法としてスラグ改質を行う場合には、通常、金属Ａｌ  を含有する脱酸剤を使用するため、コストが上昇する。また、タンディッシュ内での滞留時間を延長する方法は、タンディッシュの形状変更やスループット（タンディッシュからモールドへの給湯速度）の減少などで実現可能であるが、タンディッシュの形状変更には多額の投資が必要であり、スループットを小さくすると生産能率の低下や鋳込み時間延長に伴う温度ロスによるコスト増加が発生する。連続鋳造機に垂直部を設けるには、設備改造のための巨大な設備投資が必要であり、既存の設備で操業している限り容易におこなえる方法ではない。
【００１０】
既に連続鋳造機に垂直部を有し、大型タンディッシュを使用しているような連続鋳造設備においては、介在物の除去能力が高いため、溶鋼段階での介在物量減少対策が軽度のものであっても、品質要求レベルを満たすことができる。しかしながら、上述したように、極低炭素鋼を連続鋳造したスラブに残存する介在物量には、使用する設備の仕様や能力、および種々の操業条件が影響する。また、これらの介在物浮上除去手段は、スラブの製造コストや生産性にも様々な影響を及ぼす。このため、安定して介在物の少ないスラブを最小の製造コストで得るのは容易ではなかった。
【００１１】
本発明の目的は、介在物に起因した欠陥のない、厳しい品質要求レベルを満たしうる健全な極低炭素鋼を、効率良く、かつ安定して製造する方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
極低炭素鋼スラブを連続鋳造する際に、スラブに残存する介在物量には、種々の操業条件が影響する。また、介在物の浮上除去手段についても種々のものが考えられているが、それぞれの方法の効果や製造コスト、あるいは生産性に及ぼす影響も様々である。しかも、これらは使用する設備の仕様や能力によっても異なる。
【００１３】
そこで本発明者は、鋼の精錬段階から鋳造に至るまでの間の種々の操業要因がスラブに残存する介在物に及ぼす影響を明確に把握できれば、それに基づいて最適な操業条件を常に選択することにより、所望の品質を備えた極低炭素鋼を、使用する設備の仕様や能力に応じて、安定して得ることができるとの着想を得た。
【００１４】
特に、種々の操業条件下における鋼の精錬から連続鋳造までの間の操業コスト、特に介在物の浮上除去に要するコストを把握できれば、これと上記介在物低減方法とを組み合わせることにより、所望の品質を有する製品を低コストで効率よく安定して製造することができることを知った。
【００１５】
本発明は、これらの考えを基にした種々研究の結果、得られた知見を基にして完成したものであり、その要旨は、転炉で精錬した溶鋼を取鍋に出鋼し、これをＲＨ真空脱ガス装置にて脱炭処理を行い、引き続いて脱酸処理を行った後、連続鋳造設備を用いて鋳造する自動車用極低炭素鋼の製造方法において、下記式(1)を満足するように、溶鋼の処理条件および／または鋳造条件を調整することを特徴とする自動車用極低炭素鋼の製造方法である。
【００１６】
【数２】
0003630136.tif 000002
【００１７】
ただし、
ＮＦＭ：ＲＨ処理終了後の取鍋スラグ中の(ＦｅＯ)＋(ＭｎＯ)濃度(質量％)、
ＶＬ  ：メニスカスからの連続鋳造機の垂直部長さ(m)、
Ｗ   ：タンディッシュ容量(トン)、
ｈ   ：タンディッシュ浴深さ(m)、
ＴＰ  ：スループット(トン/min)、
ＶＰ  ：介在物浮上速度 (m/min)、
α   ：介在物除去速度定数(m−１) 
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の基となるスラブの介在物濃度と種々の操業条件との関係を表す式（１）  の内容を説明する。
【００１９】
ａ．極低炭素鋼の製造においては、転炉で精錬した溶鋼を取鍋に出鋼し、これをＲＨ真空脱ガス装置にて脱炭し、脱酸などの成分調整をした後、溶鋼を取鍋からタンディシュに移し、連続的にモールド内に注湯してスラブに鋳造する。
【００２０】
上記製鋼工程において、真空脱ガス処理（以下、ＲＨ処理とも記す）後の取鍋内スラグ中の低級酸化物濃度は、溶鋼をタンディシュに移した際のタンディッシュ内溶鋼の全酸素濃度に大きく影響する。
【００２１】
図１は、本発明者の研究結果による、上記低級酸化物濃度と、溶鋼の全酸素濃度（図１では、「Ｔ−［Ｏ］」と記す）との関係を示すグラフである。図１からわかるように、両者の間には強い正の相関関係がある。
【００２２】
図１に示す取鍋内スラグ中の低級酸化物濃度とタンディシュ内溶鋼の全酸素濃度との関係は、下記式（２）  で示すことができる。
ＮＴＤ＝３ＮＦＭ    ＋１０                            （２）
ただし、ＮＴＤ：タンディッシュ内溶鋼の全酸素濃度（  単位はｐｐｍ）、
ＮＦＭ：ＲＨ処理終了後の取鍋内スラグ中の  （ＦｅＯ）  ＋  （ＭｎＯ）  濃度（単位は質量％）。
【００２３】
このように鋼に含有される介在物の量は鋼の全酸素濃度と良好な相関関係を有する。従って鋼の全酸素濃度は、鋼の清浄度を表す指標として用いることができるので、本発明では、溶鋼中およびスラブ中ともに全酸素濃度を介在物量を表す指標とした。
【００２４】
ｂ．溶鋼はタンディシュから連続的にモールドに注湯される。注湯の際に、タンディッシュ内からモールド内に持ち込まれる介在物の量は、タンディッシュの形状やスループットなどの操業条件で規定される。
【００２５】
すなわち、タンディッシュ内で介在物を浮上させることで、モールド内の介在物量を減少させることができるが、介在物の浮上除去効率はタンディッシュ内での溶鋼の滞留時間が長いほど向上する。また、タンディシュ浴の深さが浅いほど介在物は容易に浮上する。
【００２６】
図２は、本発明者の研究結果による、タンディッシュ内での介在物の浮上に対する操業条件の影響を示すグラフである。モールド内溶鋼の全酸素濃度をＮＭＤ（単位はｐｐｍ）、タンディッシュ内溶鋼の全酸素濃度をＮＴＤ（単位はｐｐｍ）とすると、タンディシュ内で介在物が浮上するにつれて、ＮＭＤ／ＮＴＤは減少する。この意味で、図２の縦軸の、ＮＭＤ／ＮＴＤはタンディシュ内溶鋼における介在物の浮上度合いを表すものである。
【００２７】
図２の横軸は、介在物の浮上の容易さを表す介在物浮上指数である。これは、介在物浮上速度をＶＰ    （単位はｍ／ｍｉｎ）、タンディッシュ、つまりタンディッシュ内溶鋼量をＷ（単位はトン）、スループットをＴＰ  （単位はトン／ｍｉｎ）、タンディッシュ、つまりタンディッシュ内溶鋼の深さをｈ（単位はｍ）としたとき、（ＶＰ  ・Ｗ／ＴＰ  ・ｈ）で表される。
【００２８】
介在物浮上指数においてＷ／ＴＰ  はタンディッシュ内での介在物の滞留時間である。図２に示すように、滞留時間が長く、タンディッシュ深さが浅いほどモールド内溶鋼の全酸素濃度の低下が大きく、介在物の浮上が促進されることがわかる。
【００２９】
図２から、モールド内溶鋼の全酸素濃度は、下記式（３）  で示すことができる。
【００３０】
【数３】
0003630136.tif 000003
【００３１】
ここで、ＶＰ  は介在物浮上速度  （単位はｍ／ｍｉｎ）を意味し、その値は０．４ｍ／ｍｉｎで一定と考えてよい。
ｃ．スラブ内に介在物を残存させないために、連続鋳造機のモールド内に介在物の浮上分離に有効な垂直部を設けるのが有効である。
【００３２】
図３は、本発明者の研究結果による、モールド内での介在物の浮上分離に対する上記垂直部の影響を示すグラフである。図３の縦軸は、モールド内溶鋼の全酸素濃度（ＮＭＤ）に対するスラブ中の全酸素濃度（ＮＳＬ、単位はｐｐｍ  ）の比（ＮＳＬ／ＮＭＤ）であり、ＮＳＬ／ＮＭＤが小さくなることは、モールド内での介在物の浮上除去が促進されていることを意味する。
【００３３】
図３に示すように、メニスカスからの連続鋳造機の垂直部の  （ほぼモールド＋連続鋳造機の垂直部に等しい）  長さが大きくなるにつれてモールド内での介在物の浮上分離が促進される。この関係は、図３から、下記式（４）  で表すことができる。
【００３４】
ＮＳＬ＝ＮＭＤ×α（  −０．０３１  ×ＶＬ  ＋０．９１）                （４）
ただし、ＶＬ  はメニスカスからの連続鋳造機の垂直部長さ（単位はｍ  ）、αは介在物除去速度定数  （単位は  ｍ−１）を意味し、その値は１．０ｍ−１で一定と考えてよい。
【００３５】
ｄ．上記式  （２）〜（４）  を連立させて解くことにより、下記式（５）  を得ることができ。
【００３６】
【数４】
0003630136.tif 000004
【００３７】
式（５）  によれば、操業条件からスラブの全酸素濃度を予測し、スラブの介在物量を推定することができる。なお、連続鋳造機の垂直部長さはすでに当業者には明らかなところ、要するに鋳込まれた溶鋼内を介在物が上昇する領域の垂直方向長さである。
【００３８】
ｅ．スラブ中の介在物が増すにつれて、得られる製品の不良率が高くなる。ここでの製品不良率は、上記スラブを熱延鋼板、冷延鋼板あるいは、これらを母材とする各種のめっき鋼板などの最終製品に加工した場合に、材料原因の庇があるために、切下げ不良が発生するが、その不良率を指数化したものである。製品不良率が高いと、歩留悪化によるコスト損失が大きくなる。
【００３９】
図４は、本発明者の調査結果による、スラブの全酸素濃度（ＮＳＬ）が製品不良率に及ぼす影響を示すグラフである。図４では製品不良率は指標化して、製品不良指数として示した。図４に示すように、スラブの全酸素濃度が増すにつれて製品不良指数が大きくなり、特に２７ｐｐｍ  を超えるとその増加が著しい。
【００４０】
本発明者はさらに、種々の操業条件について鋼の精錬から連続鋳造までの製造段階で介在物減少対策に要する種々の費用（製鋼ロスコスト）と、その結果生じる製品検査段階での切下げ発生による費用損失（切り下げコスト）を求め、スラブの全酸素濃度とトータルのコスト損失（製鋼ロスコスト＋切り下げコスト）との関係を調査した。
【００４１】
図５は、上記の研究結果から得られた、スラブの全酸素濃度がトータルのコスト損失に及ぼす影響を示すグラフである。図５において、縦軸のトータルロスコスト指数は、製鋼ロスコスト、切下ロスコストともに一般的な操業条件の場合を基準にしてトータルロスコストを指標化したものである。
【００４２】
図５に示すように、スラブの全酸素濃度が２７ｐｐｍ  の場合にロスコストが最小となる。トータルロスコスト指数は、スラブの全酸素濃度が２７ｐｐｍ  よりも小さくなるにつれて製鋼ロスコストが増すために大きくなり、２７ｐｐｍ  を超えて大きくなるにつれて切下コストが増すために大きくなる。
【００４３】
製品不良指数を低く抑制し、介在物が少なく健全な製品を安定して得るには、スラブの全酸素濃度が２７ｐｐｍ  以下になる条件で製造するのがよく、そのためには、式（１）  の左辺で計算される値が２７以下、好ましくは２５以下になるように、製鋼工程における操業条件、特に溶鋼の製造条件および／または鋳造条件を調整するのが好適である。
【００４４】
操業条件の調整方法は、現実的には、連続鋳造設備レイアウトおよびタンディッシュ形状は、決まっている場合がほとんどであるため、鋳造中のスループットとスラグ中低級酸化物濃度を、式（１）  を満たす範囲で連続鋳造設備毎に設定し、操業するのが望ましい。
【００４５】
【実施例】
転炉で精錬した溶鋼を取鍋に出鋼し、これをＲＨ真空脱ガス装置にて脱炭処理し、引き続いて脱酸処理して製造された溶鋼を、３種類の連続鋳造設備を使用して、極低炭素鋼スラブを製造し、コイルの形状の最終製品に加工し、出荷検査において生じた製品格落ち率を調査した。合わせて、それぞれの場合の鋼の精錬から連続鋳造までの間の操業コストを調査し、連続鋳造機の仕様毎に、従来の操業条件の場合の操業コストを基準とするコスト指数を計算した。
【００４６】
表１に連続鋳造機の設備仕様を示し、表２に操業条件と式（１）  で計算されるスラブ中の介在物濃度およびそれぞれのコスト指数を示す。
【００４７】
【表１】
0003630136.tif 000005
【００４８】
【表２】
0003630136.tif 000006
【００４９】
ケース１は、連続鋳造設備Ａにより、通常の条件で製造した場合である。この場合、式（１）  の左辺の計算値は目標の２７以下を達成しておらず、製品不良指数が高く、製品採取が安定しなかった。ケース１の場合の精錬から連続鋳造までの間の操業コストを連続鋳造機Ａの場合の操業コストの基準とした。
【００５０】
ケース２として、ケース１に比較してスループットを小さくして鋳込み速度（スラブ引抜き速度）を低下させた場合を、ケース３として、スラグ改質材を多量に使用してスラグ中の低級酸化物濃度を低下させた場合を評価した。いずれの場合とも式（１）  の左辺の計算値は目標の２７以下となり、製品不良指数が低く、製品採取が安定して良好であった。両ケースとも操業コストはケース１に比較して高くなったが、スラグ中の低級酸化物濃度を低下させたケース３の場合は、前述したようにスラグ改質材のコストが高いので、ケース２よりもコスト指数が高くなった。このことは、生産能率に問題のない場合はケース２のように、スループットを低下させ、タンディッシュ内の滞留時間を延長させたほうが効果的である。
【００５１】
ケース４はスラグ改質をさらに強力に行なってスラグ中低級酸化物濃度をケース３以上に低下させ、鋳込み速度をケース２同様に低下させた場合である。この場合は式（１）  の左辺の計算値はさらに小さくなるが、製品不良指数の改善効果は飽和に近いためにさほどは向上しなかった。他方、操業コストの上昇が大きく、コスト面での不利が大きくなった。このことは、必要以上に清浄度を向上させる必要はないことを意味する。
【００５２】
ケース５は、ケース１と同一条件で精錬し、真空脱ガス処理を施した溶鋼を連続鋳造設備Ｂで鋳造した場合の例である。連続鋳造設備Ｂはタンディッシュ容量が少なく、タンディッシュ内滞留時間が短いため、介在物の除去には不利な連続鋳造設備である。このため、式（１）  の左辺の計算値は、連続鋳造設備Ａの場合に比較して高く、製品不良指数が大きかった。ケース６またはケース７に示すように、スループットを小さくして鋳込み速度を低下させた場合、あるいは、スラグ改質材を多量に使用してスラグ中の低級酸化物濃度を低下させた場合には、目標とするスラブが得られ、最終製品の製品不良指数も小さく良好であった。操業コストはケース７よりもケース６の方が有利であることは、連続鋳造機Ａの場合と同様であった。
【００５３】
ケース８およびケース９に示した連続鋳造設備Ｃは、垂直部を有さない連続鋳造設備であるため、連続鋳造設備Ｂ以上に介在物減少対策が必要であった。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の規定する式（１）  を満足するように操業条件を調整することで、所望の品質要求レベルを満たす極低炭素鋼を安定して、かつ、効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＲＨ処理後のスラグ中の低級酸化物濃度と、溶鋼の全酸素濃度との関係を示すグラフである。
【図２】タンディッシュ内での介在物の浮上に対する操業条件の影響を示すグラフである。
【図３】モールド内での介在物の浮上分離に対するモールド垂直部の影響を示すグラフである。
【図４】スラブの全酸素濃度（ＮＳＬ）が製品不良率に及ぼす影響を示すグラフである。
【図５】スラブの全酸素濃度がトータルのコスト損失に及ぼす影響を示すグラフである。
【図１】
0003630136.tif 000008
【図２】
0003630136.tif 000009
【図３】
0003630136.tif 000010
【図４】
0003630136.tif 000011
【図５】
0003630136.tif 000012