(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓ：0.01〜0.2mass％およびCa：0.001〜0.01mass％を含有する溶鋼にAlを添加する予備脱酸を経てTi添加による脱酸を行うに当り、該予備脱酸では、要求される快削性能を得るために許容されるAl量（mass％）の上限値に対する平衡酸素濃度値と、製品における合金設計に従うTi含有量であるTi目標値に対する平衡酸素濃度値とのいずれか大きい値を超える溶鋼中溶存酸素濃度に調整することを特徴とする溶鋼の脱酸方法。
【請求項２】
請求項１において、Alを添加した後、下記（１）式で表される時間ｔ（秒）にわたるガス撹拌処理を行い、その後Tiを添加することを特徴とする溶鋼の脱酸方法。
記
ｔ≧150×ε-0.5×１ｎ[（Ｏｏ−Ｏｅ）／Ｏ] ---（１）
ここで、Ｏｏ：Al添加前溶存酸素濃度
Ｏｅ：Al添加後溶存酸素濃度
Ｏ：Ti添加前目標介在物中酸素濃度
ε＝370.8GT／Ｗ×[１−298／Ｔ＋１ｎ（１＋0.677Ｈ／Ｐ）]
但し、Ｇ：撹拌ガス流量（Ｎm3／ｓ）
Ｔ：溶鋼温度（K）
Ｗ：溶鋼量（kg）
Ｈ：撹拌ガス吹き込み深さ（m）
Ｐ：雰囲気圧力（atm）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼の脱酸方法、特にTiによる脱酸を基本とした溶鋼の脱酸方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転炉あるいは電気炉で精錬された溶鋼は、脱酸元素により脱酸されてから鋳造に供されるのが一般的である。この脱酸元素として、Alは最も使用頻度が高いが、Alは脱酸によりAl2Ｏ3を生成し、それが介在物として溶鋼中に懸濁することになる。このAl2Ｏ3介在物は、その後の連続鋳造において連続鋳造用ノズルに付着し易いため、ノズルを閉塞する要因となり、著しく鋳造作業を阻害する。
【０００３】
また、Al2Ｏ3同士が凝集し、Al2Ｏ3クラスターとなり、鋼板での表面欠陥等の原因となる。さらに、CaおよびＳを添加してCaによるＳの形態を制御して被削性を向上した、いわゆる高Ｓ快削鋼では、溶鋼中のAl濃度が高くなると、CaによるＳの形態制御が阻害され、必要な快削性が得られない。
【０００４】
ここに、溶鋼中のAl濃度を低くし、Al2Ｏ3介在物の生成を抑制する手段として、Tiによって脱酸する方法が知られている。この方法は、生成するTi酸化物が微細なため、表面欠陥の要因になり難いという利点がある。しかし、溶鋼中の溶存酸素を全てTiで脱酸すると高コストになる問題があり、この点、特許文献１では、Ti添加前にAlを添加して溶存酸素の一部を脱酸してから、３分以上撹拌後にTiを添加する方法が提案されている。
【０００５】
また、特許文献２には、Tiを添加する前にAl、SiおよびMgを添加するか、あるいは真空脱炭により予備脱酸を行い、溶存酸素を0.003〜0.015％に調整する方法が開示されている。同様に、具体的方法は記述されていないものの、特許文献３にはTi添加前の溶存酸素を60〜150ppmに、特許文献４には20〜200ppmにする方法が、それぞれ開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１６９１０７号公報
【特許文献２】特開平９−１０４９４４号公報
【特許文献３】特開平３−２６７３１１号公報
【特許文献４】特開平４−９４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の方法では、Alでの脱酸量の規定が無いため、Ti添加量にばらつきが出るので、コスト低減効果が十分ではない。また、Al2Ｏ3の除去には時間とともに撹拌力も必要であるが、それについての規定は無く、Al2Ｏ3除去が不十分になる場合がある。
【０００７】
また、上記特許文献２ないし４では、予備脱酸によるTi添加前の溶存酸素濃度を規定しているが、特に、酸素濃度の下限値がTi濃度と平衡する酸素濃度より低くなってしまうとTi酸化物が生成しない、すなわちTi脱酸にならない場合がある。
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑み、Alの予備脱酸後にTiにより脱酸を行うに際し、Alによる予備脱酸を最適化することによって、Al2Ｏ3介在物量の極めて少ない溶鋼を製造することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
さて、溶鋼にTiを添加してTi酸化物を生成させるためには、溶鋼中の溶存酸素がTiと平衡する酸素濃度以上である必要がある。すなわち、Alで予備脱酸をしてもTiと平衡する酸素濃度以上の酸素を溶鋼中に残す必要がある。しかし、良好な快削性を得るためのCaによる硫化物の形態制御を可能とするには、Al濃度に上限を設ける必要があり、このAl上限値と平衡する酸素濃度が、製品における設計Ti濃度であるTi目標値と平衡する酸素濃度超えの場合、Alでの予備脱酸後の溶存酸素濃度の下限値はAl上限値と平衡する酸素濃度超えとする必要がある。すなわち、Ti目標値と平衡する酸素量およびAl上限値と平衡する酸素量のいずれか大きい方超えの酸素量までの予備脱酸を行うことによって、常に微細なTi酸化物の生成が可能となる。
【００１０】
本発明は上記の知見に由来するものであり、その要旨は以下の通りである。
（Ａ）  Ｓ：0.01〜0.2mass％およびCa：0.001〜0.01mass％を含有する溶鋼にAlを添加する予備脱酸を経てTi添加による脱酸を行うに当り、該予備脱酸では、要求される快削性能を得るために許容されるAl量（mass％）の上限値に対する平衡酸素濃度値と、製品における合金設計に従うTi含有量であるTi目標値に対する平衡酸素濃度値とのいずれか大きい値を超える溶鋼中溶存酸素濃度に調整することを特徴とする溶鋼の脱酸方法。
【００１１】
ここで、Al上限値とは、要求される快削性能を得るために許容されるAl量の上限を意味する。また、Ti目標値とは、製品における合金設計に従うTi含有量を意味する。
【００１３】
（Ｂ）上記（Ａ）において、Alを添加した後、下記（１）式で表される時間ｔ（秒）にわたるガス撹拌処理を行い、その後Tiを添加することを特徴とする溶鋼の脱酸方法。
記
ｔ≧150×ε-0.5×１ｎ[（Ｏｏ−Ｏｅ）／Ｏ] ---（１）
ここで、Ｏｏ：Al添加前溶存酸素濃度
Ｏｅ：Al添加後溶存酸素濃度
Ｏ：Ti添加前目標介在物中酸素濃度
ε＝370.8GT／Ｗ×[１−298／Ｔ＋１ｎ（１＋0.677Ｈ／Ｐ）]
但し、Ｇ：撹拌ガス流量（Ｎm3／ｓ）
Ｔ：溶鋼温度（K）
Ｗ：溶鋼量（kg）
Ｈ：撹拌ガス吹き込み深さ（m）
Ｐ：雰囲気圧力（atm）
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、転炉あるいは電気炉で精錬された溶鋼に対して、溶鋼中溶存酸素をAlによって低減してからTiを添加して溶鋼を脱酸するため、Tiのみの脱酸に比較してTi添加量を少なくできる結果、コストの上昇は抑制される。また、Ti目標値およびAl上限値を基に適切な予備脱酸を実現するため、Ti脱酸に伴って微細なTi酸化物が生成する結果、製品の表面欠陥が抑制される。
【００１５】
さらに、Al添加後にAl2Ｏ3を除去する時間を適正に確保することによって、溶鋼中に懸濁するAl2Ｏ3量を最小限に抑えて、Ti脱酸による介在物の微細化をより促進できるため、連続鋳造用ノズルの閉塞、製品での表面疵を防止することが可能となり、工業上極めて有益である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の方法は、転炉あるいは電気炉等の精錬炉から取鍋へ出鋼された溶鋼を、ＲＨ真空脱ガス装置等の取鍋精錬炉において、Alによって予備脱酸を行い、その後Tiにより脱酸を行うことが基本になる。
【００１７】
ここに、上記Ti脱酸に際し、微細な介在物であるTi酸化物を生成させるためには、Ti添加時の溶存酸素をTi目標値と平衡する酸素濃度以上にする必要があり、そのために予備脱酸用のAl添加量を調整する必要がある。なお、Ti目標値と平衡する酸素濃度については、実際の溶鋼で予め実測した値を用いることが好ましいが、文献：「E.T.Turkdogen  ：  Physical Chemistry of High Temperature Technology，（1980），第５頁［Academic Press，New York］」に記載の式で計算される値を用いても構わない。
【００１８】
一方で、特にCaでの硫化物の形態制御による製品の快削性確保のためには、上述のとおりAl濃度に許容限界があり、そのAl上限値と平衡する溶存酸素濃度が、上記Ti目標値と平衡する値より大きい場合には、予備脱酸におけるAl添加量を、Al上限値を超えない範囲とすることも必要になる。このAl上限値と平衡する酸素濃度については、実際の溶鋼で予め実測した値を用いることが好ましいが、文献：「製鋼反応の推奨平衡値  日本学術振興会  製鋼第19委員会編（1984），第38２頁」に記載の式で計算される値を用いても構わない。
【００１９】
従って、以上の二点を考慮して、予備脱酸時のAl添加量は、添加後の溶存酸素濃度がTi目標値と平衡する酸素濃度およびAl上限値と平衡する酸素濃度のいずれか大きい値を超えるようにすることが肝要になる。
【００２０】
例えば、［Ti］目標値＝0.02mass％（平衡［０］＝18.1ppm）で［Al］上限値＝0.005mass％（平衡［０］＝4.5ppm）では、溶存酸素濃度が18.1ppm以上となるAl量を添加し、また、［Ti］目標値＝0.05mass％（平衡［０］＝9.8ppm）で［Al］上限値＝0.002mass％（平衡［０］＝17.7ppm）では、溶存酸素濃度が17.7ppm以上となるAl量を添加することになる。
【００２１】
Al添加後の溶存酸素の上限値は特に設ける必要はないが、上述の下限値に近いことが望ましい。なぜなら、溶存酸素が低ければ、その後のTi添加必要量が最小限でよく、生成Ti酸化物量も少なくなるので、より効果が大きくなるためである。ただし、溶鋼量、Al添加量の精度およびAl歩留りのばらつき等を予め把握しておき、溶存酵素濃度が上述の下限値を下回らないようにすることが大切である。
【００２２】
さらに、Al添加からTi添加までの間にガス攪拌処理を行うことが、Ti脱酸による介在物の微細化とAl2Ｏ3介在物量の低減とを促進するのに有効である。すなわち、ガス攪拌処理とは、RH真空脱ガス装置等の取鍋精錬炉において、溶鋼中へガスを吹き込み、溶鋼を撹拌することである。
【００２３】
このガス攪拌処理の時間ｔについては、取鍋精錬炉でのガス撹拌、RH真空脱ガス装置やＶＯＤでの真空処理における、Al添加からの介在物酸素濃度の挙動から、下記の（１）式に従って求めることが好ましい。
記
ｔ≧150×ε−0.5×１ｎ{（Ｏｏ−Ｏｅ）／Ｏ}      ---（１）
ここで、Ｏｏ：Al添加前溶存酸素濃度
Ｏｅ：Al添加後溶存酸素濃度
Ｏ：Ti添加前目標介在物中酸素濃度
ε＝370.8GT／Ｗ×{１−298／Ｔ＋１ｎ（１＋0.677Ｈ／Ｐ）}
但し、Ｇ：撹拌ガス流量（Ｎm3／ｓ）
Ｔ：溶鋼温度（K）
Ｗ：溶鋼量（kg）
Ｈ：撹拌ガス吹き込み深さ（m）
Ｐ：雰囲気圧力（atm）
なお、Ti添加前目標介在物中酸素濃度とは、懸濁Al2Ｏ3量の目標値と同義であり、具体的には鋼の清浄性に応じて決定することができる。また、εは溶鋼に与える撹拌力であり、上記に従って操業条件から算出する。
【００２４】
上記の（１）式に従って算出された時間ｔのガス撹拌処理を行ってからTiを添加し、必要時間処理を行った後、取鍋あるいは鋳造設備でCa源を添加し、鋳片を製造する。Ca源については粉体やワイヤー等と形態は特に問う必要はなく、他の成分への影響が問題なければ、鉄−Ca合金やCa−Ｓ合金等、種類も特に問わない。
【００２５】
以上のような処理により、Ti添加量が少なくできるため、コストを低く抑えることができ、また、Al添加後にAl2Ｏ3を除去するためのガス攪拌時間を確保することにとって、溶鋼中に懸濁するAl2Ｏ3量を最小限に抑え、かつTi脱酸により介在物の微細化も促進することが可能となる。
【実施例】
【００２６】
転炉において、約200トンの溶鋼を酸素吹錬した後、該溶鋼を取鍋に出鋼した。出鋼の際に、一部鋼種はＳ，SiおよびMn合金等を添加し、成分調整を行った。出鋼終了後、取鍋をＲＨ真空脱ガス設備へ搬送し、減圧精錬を行った。減圧精錬は、一対の浸漬管を溶鋼中に浸漬し、その一方からArガスを0.033Ｎm3／ｓで吹込み、溶鋼を環流させた。なお、本鋼種はTi目標値：0.03mass％並びにAl上限値：0.005mass％のため、Al添加後の溶存酸素濃度がTiと平衡する13.8ppm以上となるAl添加予備脱酸を実施した。
【００２７】
すなわち、必要な成分調整を行った後、溶鋼中溶存酸素濃度を測定し、測定値に応じた量のAlを一括で添加した。その後、再び溶存酸素を測定し、一部の操業においてはTi添加前の介在物中酸素濃度の目標値を20ppmとして上記した（１）式から計算される時間のガス攪拌処理を実施後、Tiを0.03mass％になるように添加し、成分微調整後、脱酸処理を終了した。
【００２８】
その後、取鍋へワイヤー状Fe−Ca合金を添加し、連続鋳造機にてスラブ鋳片に鋳造し、圧延を施して厚板製品とし、該製品における酸化物系介在物による表面欠陥の発生率を調査した。また、各条件で、連続で３チャージ精錬後、連々鋳を行った後、連続鋳造用ノズルを回収し、内部の付着物を調査した。
【００２９】
また、比較例として、Al予備脱酸を実施しなかった場合、溶存酸素がTiと平衡する値以下までAlを添加した場合、Al添加後、本発明以下の時間でTiを添加した場合についても、製品での酸化物系介在物による表面欠陥の発生率及び、連続鋳造用ノズル内部の付着物量を調査した。
表１に各操業における処理条件及び各調査結果を示す。なお、表面欠陥の発生率の調査結果は、溶存酸素がTiと平衡する値以下までAlを添加した場合の平均を1.0として、それとの比にて表示し、同様に、ノズル内部の付着物量の調査結果は、全調査対象のうち最も付着量の少なかった場合の付着物厚みを1.0とし、それに対する厚みの比にて表示した。
【００３０】
【表１】
0004811018.tif 000002
【００３１】
表１に示す結果から、本発明例で製造した厚板は比較例より表面欠陥も低減しており、予備脱酸時に生成したAl2Ｏ3の影響が小さく、Ti脱酸により介在物が微細化できており、しかもTi酸化物の量も少ないことがわかる。また、比較例１に比較して、Ti使用量も低減しており、コスト面でも有利なことが確認された。さらに、ガス攪拌を実施した場合は、特に連々鋳時の鋳造ノズル内付着物量が少なく、かつ表面欠陥のより抑制されている。