(57)【要約】【課題】溶鋼中に殆ど介在物を生成させることなく、凝固時に酸化物を微細に析出させることにより、確実に表面疵を防止できる極低炭素鋼板、極低炭素鋳片とその製造方法を提示すること。【解決手段】溶鋼の炭素濃度を０．００５質量％以下まで脱炭した後、該溶鋼に少なくともＴａ、Ｗを添加し、さらに溶鋼中の溶存酸素濃度を０．０２質量％以上、０．０６質量％以下に調整した溶鋼を鋳造することを特徴とする極低炭素鋼鋳片の製造方法。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼の炭素濃度を０．００５質量％以下まで脱炭した後、該溶鋼に少なくともＴａ、Ｗを添加し、さらに溶鋼中の溶存酸素濃度を０．０２質量％以上、０．０６質量％以下に調整した溶鋼を鋳造することを特徴とする極低炭素鋼鋳片の製造方法。
【請求項２】
溶鋼の炭素濃度を０．００５質量％以下まで脱炭した後、該溶鋼に少なくともＴａ、Ｗを０．００５質量％以上、０．１質量％以下添加し、さらに溶鋼中の溶存酸素濃度を０．０２質量％以上、０．０６質量％以下に調整した溶鋼を鋳造することを特徴とする極低炭素鋼鋳片の製造方法。
【請求項３】
真空脱ガス処理により炭素濃度を０．００５質量％以下まで脱炭した後、該溶鋼に少なくともＴａ、Ｗを添加し、さらに溶鋼中の溶存酸素濃度を０．０２質量％以上、０．０６質量％以下に調整した溶鋼を鋳造することを特徴とする極低炭素鋼鋳片の製造方法。
【請求項４】
真空脱ガス処理により炭素濃度を０．００５質量％以下まで脱炭した後、該溶鋼に少なくともＴａ、Ｗを０．００５質量％以上、０．１質量％以下添加し、さらに溶鋼中の溶存酸素濃度を０．０２質量％以上、０．０６質量％以下に調整した溶鋼を鋳造することを特徴とする極低炭素鋼鋳片の製造方法。
【請求項５】
さらに、Ｎｂを０．００５質量％以上０．１質量％以下添加することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の極低炭素鋼鋳片の製造方法。
【請求項６】
溶鋼を鋳造するに際し、電磁攪拌、或いは電磁場の印加を行いながら鋳造することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の極低炭素鋼鋳片の製造方法。
【請求項７】
溶鋼を鋳造するに際し、電磁攪拌を行って、メニスカス位置における溶鋼を３０ｃｍ／ｓ以上、１００ｃｍ／ｓ以下の平均流速で旋回させながら鋳造することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の極低炭素鋼鋳片の製造方法。
【請求項８】
溶鋼を鋳造するに際し、電磁場の印加を行い、メニスカス位置における溶鋼を０．１Ｈｚ以上、１００Ｈｚ以下で水平方向に振動させながら鋳造することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の極低炭素鋼鋳片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工性、成形性に優れ、且つ表面欠陥も発生し難い極低炭素鋳片の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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は脱酸によりアルミナ系介在物を生成し、これが凝集合体して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いため、アルミナ系介在物の低減対策は大きな課題となっている。
【０００３】
これに対して、従来は、介在物吸着用フラックスを溶鋼表面に添加してアルミナ系介在物を除去する特許文献１の方法、或いは注入流を利用してＣａＯフラックスを溶鋼中に添加し、これによりアルミナ系介在物を吸着除去する特許文献２の方法が提案、実施されてきた。一方、アルミナ系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。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１０４２１９号公報
【特許文献２】
特開昭６３−１４９０５７号公報
【特許文献３】
特開平５−３０２１１２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１や特許文献２に開示されている様な、アルミナ系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アルミナ系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に開示されている様な、アルミナ系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。
【０００６】
これらの問題を鑑み、本発明は溶鋼中で殆ど介在物を生成させることなく、凝固時に酸化物を微細に析出させることにより、確実に表面疵を防止できる薄鋼板用素材の極低炭素溶鋼を溶製する方法を提示することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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）溶鋼の炭素濃度を０．００５質量％以下まで脱炭した後、該溶鋼に少なくともＴａ、Ｗを添加し、さらに溶鋼中の溶存酸素濃度を０．０２質量％以上、０．０６質量％以下に調整した溶鋼を鋳造することを特徴とする極低炭素鋼鋳片の製造方法。
（２）溶鋼の炭素濃度を０．００５質量％以下まで脱炭した後、該溶鋼に少なくともＴａ、Ｗを０．００５質量％以上、０．１質量％以下添加し、さらに溶鋼中の溶存酸素濃度を０．０２質量％以上、０．０６質量％以下に調整した溶鋼を鋳造することを特徴とする極低炭素鋼鋳片の製造方法。
（３）真空脱ガス処理により炭素濃度を０．００５質量％以下まで脱炭した後、該溶鋼に少なくともＴａ、Ｗを添加し、さらに溶鋼中の溶存酸素濃度を０．０２質量％以上、０．０６質量％以下に調整した溶鋼を鋳造することを特徴とする極低炭素鋼鋳片の製造方法。
（４）真空脱ガス処理により炭素濃度を０．００５質量％以下まで脱炭した後、該溶鋼に少なくともＴａ、Ｗを０．００５質量％以上、０．１質量％以下添加し、さらに溶鋼中の溶存酸素濃度を０．０２質量％以上、０．０６質量％以下に調整した溶鋼を鋳造することを特徴とする極低炭素鋼鋳片の製造方法。
（５）さらに、Ｎｂを０．００５質量％以上０．１質量％以下添加することを特徴とする（１）から（４）のいずれかに記載の極低炭素鋼鋳片の製造方法。
（６）溶鋼を鋳造するに際し、電磁攪拌、或いは電磁場の印加を行いながら鋳造することを特徴とする（１）から（５）のいずれかに記載の極低炭素鋼鋳片の製造方法。
（７）溶鋼を鋳造するに際し、電磁攪拌を行って、メニスカス位置における溶鋼を３０ｃｍ／ｓ以上、１００ｃｍ／ｓ以下の平均流速で旋回させながら鋳造することを特徴とする（１）から（５）のいずれかに記載の極低炭素鋼鋳片の製造方法。
（８）溶鋼を鋳造するに際し、電磁場の印加を行い、メニスカス位置における溶鋼を０．１Ｈｚ以上、１００Ｈｚ以下で水平方向に振動させながら鋳造することを特徴とする（１）から（５）のいずれかに記載の極低炭素鋼鋳片の製造方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明の製造法では、転炉や電気炉等の製鋼炉で精錬して、或いはさらに真空脱ガス処理等を行って、炭素濃度を０．００５質量％以下とした溶鋼に少なくともＴａ、Ｗを添加し、且つ溶存酸素濃度を０．０２〜０．０６質量％になるように調整する。
【０００９】
この溶製法の基本思想は、鋳造時に酸素と反応してＣＯガスを発生させない程度まで炭素濃度を低減し、且つ脱炭処理により増加した溶存酸素を極力少量のＡｌ添加により脱酸するか、またはＡｌを添加せず、溶存酸素を多量に残すことにより、溶鋼中に殆ど介在物を生成させず、且つ脱酸力の極めて弱いＴａ、Ｗを添加してＣやＮを固定することで、薄板用鋼板としての材質をも確保することにある。
【００１０】
転炉や真空処理容器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（（１）式の反応）ため、多量のアルミナ系介在物を生成する。
２Ａｌ＋３Ｏ＝Ａｌ２Ｏ３            （１）
このアルミナ系介在物は脱酸直後からお互いに凝集合体し、粗大なアルミナ系介在物となり、鋼板製造時に表面欠陥発生の原因となる。しかし、脱炭処理後の溶鋼中にＡｌを全く添加しないか、或いは添加する場合でも少量を添加し、殆ど脱酸しなければ、多量の溶存酸素が溶鋼中に含まれているが、介在物は殆ど生成せず、非常に清浄性の高い溶鋼が得られる。通常、このような溶存酸素の高い溶鋼を鋳造すると、凝固時にＣＯガスが発生し、激しい突沸現象が生じると共に、鋳片内に多量の気泡が捕捉されるため、鋳造性が悪化するだけでなく、鋳片品質も大きく低下する。
【００１１】
そこで、本発明では、極力少量のＡｌ添加により脱酸するか、またはＡｌを全く添加せずに溶存酸素を残す代わりに、Ｃ濃度を極力低下させることにより、凝固時のＣＯガス発生を抑制することに着目した。その結果、実験的検討からＣ濃度を０．００５質量％以下にすれば、凝固時のＣＯガス発生速度は極めて低下することが判明した。
【００１２】
また、特に薄板用鋼板等においては加工性を高めるために、Ｃ濃度を極力低下させるとともに、鋼中に固溶したＣとＮを他元素の添加により固定することが重要である。通常ＡｌやＴｉ等が鋼中のＣとＮを固定する元素として使用されるが、これらの元素をＣやＮを固定するに十分な量を添加すると溶鋼を強く脱酸することにより、大きな介在物を生成してしまう。そこで、本発明ではＮやＣを十分に固定できる程度の量を添加しても、殆ど溶鋼を脱酸しないような、脱酸力が極めて弱い元素としてＴａやＷを添加することにより、ＣやＮを充分に固定しつつ、ほとんど脱酸しないことが可能であることを見出した。
【００１３】
上記の様にＣ濃度を０．００５質量％以下まで脱炭するには、通常は大気圧下で転炉等で吹酸するため、溶鋼中の溶存酸素濃度は増加する。また、転炉での処理だけではＣ濃度を０．００５質量％以下まで脱炭できない場合は、さらに引き続いて減圧下で脱炭させる。この減圧下での脱炭処理は、通常真空脱ガス処理で行う。この様に処理した溶鋼中の溶存酸素濃度は、高くなっている。
【００１４】
溶鋼中の溶存酸素濃度が高過ぎると、凝固時のＣＯガス発生を抑制することはできないため、この場合溶存酸素濃度もある程度低くする必要がある。これら過剰な溶存酸素分を、ＡｌやＴｉ等で脱酸することは可能であるが、実験的な検討から溶存酸素濃度で０．０２質量％よりも低下させるほどＡｌやＴｉを添加すると、アルミナやチタニア等の介在物が多くなり過ぎ、浮上除去されずに溶鋼中に残留してしまう。また、ＴａやＷを添加した際に、溶存酸素濃度が本発明の範囲であれば、ＡｌやＴｉ等を全く添加しなくても良い。反対に、溶存酸素濃度が０．０６質量％を超えると、Ｃ濃度を０．００５質量％以下に下げても鋳片内にＣＯ気泡が捕捉されてしまうため、圧延後に気泡系の欠陥が発生する。よって、溶鋼中の溶存酸素濃度は０．０２質量％以上、０．０６質量％以下にする必要がある。なお、溶鋼中の炭素濃度については脱炭処理中に溶鋼サンプルを採取して、カウントバック法によりＣ濃度を測定でき、また溶鋼中の酸素濃度については酸素センサー（固定電解質を用いた川惣電気製等）により溶存酸素濃度を測定することができる。
【００１５】
次に、溶鋼に添加されたＴａとＷの好ましい溶鋼中の濃度について説明する。溶鋼中の少なくともＴａ、Ｗ濃度が０．００５質量％未満ではＣ、Ｎを十分固定しにくくなり、０．１質量％超では加工性が低下し易くなることから、少なくともＴａ、Ｗの溶鋼中濃度は０．００５質量％以上、０．１質量％以下になる様にすることが好ましい。なお、本発明において、少なくともＴａ、Ｗというのは、Ｔａ単独、Ｗ単独、ＴａとＷの両方のいずれかという意味である。
また、この範囲のＴａ、Ｗの添加量であれば、ＴａやＷと平衡する酸素濃度は０．０２質量％以上であり、ＴａやＷを添加しても溶存酸素を０．０２質量％以上確保できる。
【００１６】
ＮｂはＴａやＷと同様に脱酸力がほとんどなく、さらにＣ、Ｎを固定する機能を有するため、ＴａやＷの機能を補い加工性を向上する上で０．００５質量％以上添加すると効果的であるが、Ｎｂ添加量も多くなり過ぎると、例えばＮｂ濃度が０．１％を越えると焼鈍温度が高くなるといった問題を生じる。このため、Ｎｂ濃度は０．００５質量％から０．１質量％の範囲とすることが好ましい。
【００１７】
また上記の様に、溶鋼のＣ濃度を０．００５質量％以下まで脱炭する方法としては、通常は真空脱ガス装置を用いることで達成できる。
さらに、最近では、連続鋳造機内に鋳型内電磁攪拌装置、あるいは電磁コイルが装備されるようになっており、これらを用いることで、ＣＯ気泡を鋳片に捕捉させることなく、鋳造できることを知見した。
【００１８】
本発明者らは凝固時に電磁攪拌を行う際の、鋳型内メニスカスにおける溶鋼流速を３０〜１００ｃｍ／ｓ程度確保すれば、溶存酸素濃度を０．０６質量％程度にしてもＣＯ気泡を鋳片に捕捉させることなく、鋳造できるため好ましいことを知見している。なお、電磁攪拌による溶鋼の旋回流速が３０ｃｍ／ｓ未満では十分なＣＯ気泡の洗浄効果が得られにくく、旋回流速が１００ｃｍ／ｓ超ではＣＯ気泡は洗浄されるが、溶鋼表面にあるモールドパウダーを巻き込み、表面欠陥が発生し易くなる。
【００１９】
また、鋳片へのＣＯ気泡の捕捉防止に対しては、鋳型内に装備された電磁コイルにより鋳型内の溶鋼を０．１Ｈｚから１００Ｈｚの周波数で振動させることも有効であるため、好ましいことを見いだしている。この場合、周波数１００Ｈｚ超では振動方向の変化に溶鋼流が追従しにくくなるため、０．１Ｈｚ未満では反対に振動方向の変化速度が遅いため、何れも振動による凝固界面の気泡洗浄効果は十分に得られにくい。
【００２０】
以上の結果から、本発明により溶鋼中で殆ど介在物を生成させることなく、凝固時に微細な介在物を析出させ分散させることができるため、鋼板製造時に介在物は表面疵発生の原因とならず、薄板用鋼板の品質は大きく向上できる。
薄板用鋼板は、自動車用外板等の加工が厳しい用途に用いられるため、加工性を付加する必要がある。薄板用鋼板の加工性を高めるためには、Ｃ濃度を極力低下させ、その上で鋼中に固溶したＣとＮを他元素の添加により固定することが重要である。Ｃ濃度に関しては、加工性の観点から０．０１質量％以下、好ましくは０．００５質量％以下にするのが良い。凝固時のＣＯ気泡発生防止の条件もＣ濃度０．００５質量％以下であるので、本発明では加工性と気泡発生防止の条件を同時に満足できる。なお、Ｃ濃度の下限値は特に規定するものではない。
【００２１】
また、鋼板中の成分の作用について言及する。
鋼板中のＳｉ濃度は、０．００５質量％以上、０．０３質量％以下であることが好ましい。Ｓｉ濃度は０．００５質量％未満では板の強度が不足するため、またＳｉ濃度が０．０３質量％超では板の加工性が低下するためである。また、Ｓｉ濃度が０．０３質量％以下であれば平衡酸素濃度も０．０２質量％超となり、溶存酸素濃度を０．０２質量％以上確保することは可能である。
【００２２】
また、鋼板中のＭｎ濃度は０．０８質量％以上、０．３質量％以下であることが好ましい。鋼板中のＭｎ濃度が０．０８質量％未満になると熱間圧延時にへげ疵が発生し易くなり、またＭｎ濃度は０．３質量％を超えると板の加工性が低下する。また、ＭｎはＳｉに比べても非常に脱酸力が弱いため、Ｍｎ濃度を０．３質量％にしても平衡酸素濃度は０．１質量％超であり、溶鋼中に０．０２質量％から０．０６質量％の溶存酸素を確保できる。
【００２３】
本発明では、凝集合体し易いアルミナ系介在物を生成させないように、溶鋼中にＡｌを添加しないことが好ましいが、耐火物等から不可避的に侵入するアルミナ系介在物については問題とならない。これは、少量のアルミナ系介在物であれば、溶鋼中の溶存酸素が高いため、溶鋼とアルミナ系介在物の界面エネルギーは低下しており、凝集合体が殆ど生じないためである。また、鋼中のＴｉはＣとＮをＴｉＮやＴｉＣとして固定するため、加工性を向上させる上で有効であるが、Ｔｉの添加量も多くなると、例えばＴｉ濃度が０．００３質量％超になると平衡酸素濃度が０．０２質量％未満になるため、十分な溶存酸素濃度を確保できない。よって、加工性をさらに高める必要からＴｉを添加する場合には、０．００３質量％以下の範囲で添加しても良い。
【００２４】
【実施例】
以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明について説明する。
［実施例１］
転炉での精錬と環流式真空脱ガス装置での処理により、Ｃ濃度を０．００１８質量％とした溶鋼３００ｔを溶製した。この溶鋼に合金を添加し、Ｓｉ濃度を０．０１質量％、Ｍｎ濃度を０．１５質量％、ＴａとＷの合計濃度を０．０１５質量％、溶存酸素濃度を０．０４５質量％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。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、表面欠陥は発生しなかった。
【００２５】
［実施例２］
転炉での精錬と環流式真空脱ガス装置での処理によりＣ濃度を０．００１５質量％とした溶鋼３００ｔを溶製した。この溶鋼に合金を添加し、Ｓｉ濃度を０．０１質量％、Ｍｎ濃度を０．１５質量％、ＴａとＷの合計濃度を０．０１質量％、Ｎｂ濃度を０．０２５質量％、Ｔｉ濃度を０．００１質量％、溶存酸素濃度を０．０４質量％とした。この溶鋼を鋳型内電磁攪拌装置を有する連続鋳造機を用いて、メニスカスにおける溶鋼を平均流速４５ｃｍ／ｓで電磁攪拌しながら、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、表面欠陥は発生しなかった。
【００２６】
［比較例１］
転炉での精錬と環流式真空脱ガス装置での処理により炭素濃度を０．００１５質量％とした取鍋内溶鋼をＡｌで脱酸し、その上で合金を添加し、Ａｌ濃度を０．０４質量％、Ｓｉ濃度を０．０１２質量％、Ｍｎ濃度を０．２質量％、溶存酸素濃度を０．０００２質量％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５個／コイルの表面欠陥が発生した。
【００２７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によると、溶鋼中に殆ど介在物を生成させることなく、凝固時に酸化物を微細に析出させることができるため、確実に表面疵を防止できる加工性、成形性に優れた薄鋼板用の極低炭素溶鋼を製造することが可能となる。