(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
精錬後の溶鋼中へＭｇを添加し、その後Ａｌを添加する方法であって、Ａｌを添加する量は溶鋼中のＭｇ、Ａｌ濃度がアルミナ単体で存在する範囲にならないように制御することを特徴とする鋼中の介在物の組成制御方法。
【請求項２】
精錬後の溶鋼中にＳｉ、Ｍｎ、Ｔｉの１種または２種以上の元素を添加した後にＭｇを添加することを特徴とする請求項１に記載の鋼中の介在物の組成制御方法。
【請求項３】
精錬後の溶鋼中にマンガン酸化物、シリコン酸化物、チタン酸化物の１種または２種以上の粒子を混入させた後にＭｇを添加することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鋼中の介在物の組成制御方法。
【請求項４】
溶鋼中へＭｇを添加後に鋼中Ｍｇ濃度を分析し、その分析結果に基づいてＡｌの添加量を定めることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の鋼中の介在物の組成制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材の材質や品質を向上させることを目的とし、鋼中の介在物の組成を制御し、微細に分散させる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鋼材に要求される品質はますます厳しく、かつ多様化してきており、より清浄で機能性に富む鋼を製造する技術の開発が強く望まれている。鋼材中の酸化物系介在物に関しても、鋼材中での悪影響度を軽減するために一層の低減が要求されている。特にアルミナ系介在物は自動車用や電気製品用の薄鋼板では表面疵の原因となったり、ＤＩ缶用の薄鋼板では製缶時の割れの原因となったり、タイヤコード等線材の断線の原因、軸受け鋼等の棒鋼では転動疲労特性の悪化原因となることが知られており、その量や大きさの低減が強く求められてきた。
【０００３】
アルミナ系介在物の量を低減する方法として、Ａｌ脱酸を行うことなしにＭｇで脱酸してアルミナ系介在物を残留させないことが特開平５−３０２１１２号公報に開示されており、タンディッシュ溶鋼中に溶存酸素量に応じてＭｇを添加し、目標酸素量に脱酸して溶鋼の清浄性を高めることが特開平７−２０４８０３号公報に開示されている。また、Ａｌによって脱酸した溶鋼中にＦｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃの１種以上とＭｇとの合金を添加して、鋼中の介在物を微細化することが特開平７−４８６１７号公報および特開平７−６２４１７号公報に開示されている。
【０００４】
一方、鋼中の微細な介在物は鋼材の材質を向上させることがあり、たとえば鋼中に微細な介在物を分散させることによるピン止め効果を利用したオーステナイト粒粗大化防止やオーステナイト粒内フェライト変態を利用した有効結晶粒微細化によって大入熱溶接部の熱影響部（ＨＡＺ）靭性を向上させる。特開平９−３５９８号公報にはＡｌ、Ｔｉで脱酸しさらにＭｇを添加することでＡｌ−Ｔｉ−Ｍｇを主体とする酸化物を鋼中に分散させることによってＨＡＺ靭性に優れた鋼材の製造方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
Ａｌを添加して脱酸した後にＭｇを添加すると、Ａｌ脱酸時に生成するＡｌ２Ｏ３は大きく、さらに凝集して粗大な介在物となり、その後Ｍｇを添加しても介在物の微細化が不十分で、鋼製品の材質や品質を向上させる効果が充分に得られないことがある。また、材質を確保するためにＡｌの添加が必須な場合には、Ａｌ脱酸を行うことなしにＭｇで脱酸する方法の適用は困難である。
【０００６】
また、特開平９−３５９８号公報に開示されているように、鋼材の材質を向上させるためには介在物を特定の組成に制御し分散させることが必要であるが、特開平９−３５９８号公報のようにＡｌ、Ｔｉを添加した後にＭｇを添加すると、鋼中にＡｌ−Ｔｉ−Ｍｇを主体とする酸化物でなくＴｉ−ＭｇやＭｇのみを主体とする酸化物が生成する場合があり、介在物分散効果が十分には得られないことがある。また、Ａｌ−Ｍｇを主体とする酸化物を鋼中に微細に分散させることでもＨＡＺ靭性に優れた鋼材が得られるので、介在物をこのような組成に安定して制御することが求められている。
【０００７】
本発明は、このような課題を有利に解決するためになされたものであり、溶鋼へのＭｇ添加において、鋼中介在物の組成を制御して必要な組成を得るとともに介在物を微細化することができる鋼中介在物の微細化方法を提供し、もって鋼製品の靭性、加工性等の材質、品質の向上を図ることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴とするところは、精錬後の溶鋼中へＭｇを添加し、その後Ａｌを添加する方法であって、Ａｌを添加する量は溶鋼中のＭｇ、Ａｌ濃度がアルミナ単体で存在する範囲にならないように制御することを特徴とする鋼中の介在物の組成制御方法であり、更にＭｇ添加前の精錬後の溶鋼中にＳｉ、Ｍｎ、Ｔｉの１種または２種以上あるいは／およびマンガン酸化物、シリコン酸化物、チタン酸化物の１または２種以上の粒子を混入させることを特徴とする鋼中の介在物の組成制御方法である。また、溶鋼中へＭｇを添加後に鋼中Ｍｇ濃度を分析し、その分析結果に基づいてＡｌの添加量を定めることを特徴とする上記の介在物の組成制御方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
転炉等によって精錬し、Ａｌを添加せずにＣ等を調整した溶鋼中にＭｇを添加すると、溶鋼中の溶存酸素とＭｇが反応してＭｇＯが生成する。Ｍｇはきわめて脱酸力が強く、反応が急速に進むために生成するＭｇＯは微細となり、またＭｇＯはＡｌ２Ｏ３に較べて凝集しにくいのでＭｇＯは溶鋼中に微細に分散して存在する。このＭｇ添加時に生成するＭｇＯをより一層微細化するには、添加するＭｇとしてＮｉ、Ｃｕ、Ｓｉ等と合金にしたものを使用することが望ましい。さらに真空処理やカーボン脱酸によってＭｇ添加時の溶存酸素を下げておけば、脱酸に消費されるＭｇが低減するので、高価なＭｇの添加量を削減することができる。
【００１０】
Ｍｇを添加した後にＡｌを添加すると、Ｍｇ添加によって生成した微細なＭｇＯはＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３あるいはＡｌ２Ｏ３に変化したり、あるいはＭｇＯのままとどまる。Ｍｇに比べてＡｌは脱酸力が弱いためにＭｇＯからＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３あるいはＡｌ２Ｏ３に変化する反応は徐々に起こるために、組成が安定する。
【００１１】
Ａｌ投入後の介在物の組成は、たとえばＦｅ−Ｍｇ−Ａｌ系の平衡状態において図１に示すように鋼中のＭｇとＡｌ濃度によって決まる。したがって、介在物組成を制御するには鋼中のＭｇとＡｌ濃度を目的の介在物組成となる濃度に制御する事が必要である。
【００１２】
Ｍｇは蒸気圧が高いために添加時に蒸気となって逃げるために歩留まりが安定せず、鋼中のＭｇ濃度を狭い濃度範囲内に制御することが難しい。一方、Ａｌの歩留まりは安定しているために、Ａｌ濃度を制御することは容易であり、Ｍｇ添加後にＡｌを所定の濃度に添加することで介在物の組成を制御することが可能となる。Ａｌが添加されていない状態では鋼中のＡｌ濃度は通常１０ｐｐｍ以下であり、この状態でＭｇを添加すると介在物は図１のＡの領域となりＭｇＯとなる。Ｍｇ添加後に溶鋼のサンプルを採取してＭｇ濃度を分析した後、Ｍｇ濃度に応じて所定のＡｌを添加することで鋼中のＭｇ濃度とＡｌ濃度とを図１中の目的とする領域に位置させ、確実に介在物の組成を制御する。
【００１３】
一方、従来のようにＡｌを添加後にＭｇを添加する場合には、Ａｌを所定の濃度に制御したとしても、Ｍｇの歩留まりが安定しないためにＭｇ濃度がばらつき、介在物の組成が安定しない。実験室規模で介在物がＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３となるように狙って、ＭｇとＡｌの添加順序を変えて添加する実験を行い、介在物の組成を調査した。その結果、Ｍｇ、Ａｌの順に添加した場合には介在物の組成がＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３に安定しているの対して、Ａｌ、Ｍｇの順に添加した場合には、介在物の組成がＭｇＯやＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３にばらついていた。
【００１４】
Ａｌを添加する量は溶鋼中のＭｇ、Ａｌ濃度がアルミナが単体で存在する範囲（図１中の領域Ｃ）にならないように制御する必要がある。この平衡状態における限界Ａｌ濃度はＭｇの溶鋼成分によって変化するので、Ｍｇ溶鋼成分値に応じて調整する必要がある。また、ＭｇはＡｌよりも脱酸力が強く、先に添加したＭｇによって溶鋼は脱酸されて溶鋼中の溶存酸素が低減しているので添加したＡｌと酸素との反応は起こり難く、Ａｌ２Ｏ３単体の介在物の生成はきわめて少なくなり、凝集合体してアルミナクラスターとなる頻度も小さくなり、溶鋼中に粗大な介在物が存在しないことになる。
【００１５】
なお、図１はＦｅ−Ａｌ−Ｍｇの３成分系における平衡状態図であるから、通常は鋼中に他の合金成分が含まれるため、及び反応は通常は非平衡であるため、実際の溶鋼においてはＡ領域、Ｂ領域、Ｃ領域の存在範囲は図１とは異なる。そのため、Ａｌ及びＭｇの最適成分範囲は実際の溶鋼において確認して定める。
【００１６】
溶鋼中にＭｇを添加するに先立ってＳｉ、Ｍｎ、Ｔｉのいずれか１種または２種以上を添加すると、Ｍｇ添加時の溶鋼中の溶存酸素を低減するので脱酸に消費されるＭｇを低減できるとともに、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉの添加よってＳｉＯ２，ＭｎＯ，チタン酸化物系の介在物が生成し、これらの介在物とＭｇが反応して微細な介在物の生成を促進する。
【００１７】
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉを添加する代わりに、あるいはこれら元素の添加と併せ、溶鋼中にＭｎＯ、ＳｉＯ２、チタン酸化物の粒子を混入させても、これらの粒子がＭｇと反応することで微細な介在物が生成する。添加する粒子の大きさは小さい方が望ましいが、目標とする大きさよりも大きくてもかまわない。チタン酸化物としてはＴｉＯ、ＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３等があるが、いずれでもかまわない。
【００１８】
本発明の鋼中の介在物を微細分散化する方法は、たとえばＣ０．０４％〜０．２％、Ｍｎ０．６〜２．０％、Ｓｉ０．０２〜０．１５％、Ｐ０．０２％以下、Ｓ０．００２〜０．００６％、Ｔｉ０．００５〜０．０２５％、その他Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｖ，Ｂ等を必要に応じて添加した成分系の品種に適用することができる。
【００１９】
取鍋内溶鋼、連続鋳造設備のタンディッシュ内または鋳型内溶鋼へ、鋼中Ｍｇ濃度が０．０００１〜０．００３％となるようにＭｇ合金を添加し、その後、鋼中Ａｌ濃度が０．００１〜０．０２５％以下となるようにＡｌを添加してＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３系介在物を微細分散させた後、通常の連続鋳造−熱間圧延を経て厚板系製品とする。かくして、たとえば厚鋼板の超大入熱溶接用鋼のＨＡＺ（溶接熱影響部）靭性の向上、厚鋼板の加工性を高めることができる等の鋼材質を向上させることが可能となる。鋼中のＭｇ濃度とＡｌ濃度の範囲が図１のＢ領域と異なるのは、前述したように実際の溶鋼における反応は図１に示される平衡状態とは異なるためである。
【００２０】
また、転炉で溶製された母溶鋼にＳｉ，Ｍｎを添加して予備脱酸を行った溶鋼に、ＴｉＯ２の粉体をＡｒガスをキャリアとして吹き込んだ後、Ｍｇを添加し、さらにＡｌを添加して介在物を微細分散させた後、通常工程の連続鋳造−熱間圧延−冷間圧延を経て薄鋼板とする。かくして製造した、たとえば、缶用薄鋼板の製缶時の割れの発生を低減できる等の品質の向上が可能となる。
【００２１】
さらに、転炉で溶製された母溶鋼にＳｉ，Ｍｎ，Ｃｒを添加した溶鋼に、Ｍｇを添加した後Ａｌを添加して介在物を微細化した後、通常工程の連続鋳造−圧延により、ばね鋼や軸受け鋼用の鋼材を製造する。かくしてたとえば、ばね鋼の曲げ疲労寿命や軸受け鋼の転動疲労寿命の向上等の鋼材質を高めることができる。
【００２２】
【実施例】
次に本発明方法の実施例を比較例とともに表に示す。
転炉で溶製し、Ｃその他の必要成分を調整した後、取鍋溶鋼中にＭｇ、Ａｌを添加した後、連続鋳造設備によって厚鋼板および薄鋼板では厚み２５０ｍｍ、幅１３００ｍｍの鋳片に、ばね鋼では１５０ｍｍ角の鋳片に、軸受け鋼では幅４００ｍｍ、厚み３００ｍｍの鋳片に連続鋳造した。一部の実施例では、Ｍｇ添加前にＭｎ、Ｓｉ、Ｔｉの１種または２種以上あるいは／およびＭｎＯ、ＳｉＯ２、チタン酸化物（ＴｉＯｘ）の１種または２種以上の１００メッシュアンダーの粉体を添加した。溶鋼成分はトータル元素の分析値（たとえばＭｇはトータルＭｇ）を示し、溶存元素量を示すものではない。
【００２３】
連続鋳造した鋳片内の介在物を次の方法で調査した。最大介在物径は、鋳片からサンプルを採取し、断面（２５ｃｍ２）を顕微鏡で観察して、検出された最も大きな介在物の径を測定した。０．２〜５．０ミクロン径の介在物の個数は、鋳片からサンプルを採取し、断面を顕微鏡（５００倍）で観察して、画像解析装置で介在物個数を測定した。０．０１〜０．１ミクロン径の介在物の個数は、鋳片から採取したサンプルより抽出レプリカ法により透過型電子顕微鏡で観察して介在物個数を測定した。
【００２４】
介在物の組成は観察された介在物をエネルギー分散型Ｘ線分析装置で分析した。
【００２５】
鋳造した鋳片は、常法により厚鋼板では板厚５０ｍｍ、薄鋼板では０．２６ｍｍ、ばね鋼では直径６ｍｍ、軸受け鋼では直径６５ｍｍの鋼材とした。
【００２６】
鋼材材質の評価は、厚鋼板では入熱９２０ｋＪ／ｃｍのエレクトロスラグ溶接を行い、０℃で溶接熱影響部（ＨＡＺ）のシャルピー衝撃試験を施した。薄鋼板では錫メッキ後２ピース缶に製缶し、割れの発生率を調査した。ばね鋼では中村式回転曲げ疲労試験を行って、疲労寿命を測定して比較例と比較した。軸受け鋼では転動疲労試験を行って、疲労寿命を測定して比較例と比較した。
【００２７】
【表１】
0003631627.tif 000002
【００２８】
【表２】
0003631627.tif 000003
【００２９】
【表３】
0003631627.tif 000004
【００３０】
【表４】
0003631627.tif 000005
【００３１】
第１表に本発明の実施例および比較例の製造条件、製造結果を示す。
実施例Ｎｏ．１〜１６が本発明例である。また、比較例Ｎｏ．１〜４は比較例であり、いずれもＭｇ添加前にＡｌの添加を行っている。本発明の実施例においては、いずれも狙い通りの介在物組成が得られ、介在物は微細であり、又、材料試験結果も良好であったが、比較例においては介在物組成が狙いから外れ、介在物は粗大であり、材料試験結果も不良であった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明方法によれば、微細な介在物を分散させた鋼を製造することが可能となり、これを用いた鋼でＨＡＺ靭性や加工性等の優れた鋼材を製造することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】平衡状態における鋼中Ｍｇ濃度及びＡｌ濃度と生成する介在物組成との関係を示す図である。
【図１】
0003631627.tif 000006