(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉にて溶銑に対して大気圧下での脱炭精錬を行って溶鋼を得て、次いで、転炉から出鋼後の溶鋼を真空脱ガス設備にて真空脱炭精錬及びＡｌ脱酸処理して、炭素含有量が０．００５質量％以下、Ｍｎ含有量が０．４質量％以上、２．０質量％以下の高Ｍｎ極低炭素鋼を溶製するに際し、前記転炉ではＭｎ源としてＭｎ鉱石を投入して脱炭精錬し、前記真空脱炭精錬後のＡｌ脱酸処理では、下記の（１）式で算出されるＡｌ系脱酸剤投入量のＡｌ系脱酸剤を添加することを特徴とする、高Ｍｎ極低炭素鋼の溶製方法。
ＷAL＝（Ａ+α×[Ｏ]＋β＋γ×ΔＭｎ）／Ｂ …（１）
但し、（１）式において各記号は以下を表すものである。
ＷAL：溶鋼トンあたりのＡｌ系脱酸剤の投入量（ｋｇ／ｔ）
Ａ：溶鋼トンあたりのＡｌ含有量目標値（ｋｇ／ｔ）
［Ｏ］：Ａｌ脱酸前の溶鋼中酸素濃度（ｐｐｍ）
ΔＭｎ：出鋼直後の溶鋼中Ｍｎ濃度と真空脱炭精錬終了時の溶鋼中Ｍｎ濃度との差（質量％）
Ｂ：Ａｌ系脱酸剤のＡｌ純分（−）
α：定数（０．００１≦α≦０．００２）
β：定数（０．３≦β≦０．５）
γ：定数（１．０≦γ≦１．５）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素含有量が０．００５質量％以下、Ｍｎ含有量が０．４質量％以上、２．０質量％以下の高Ｍｎ極低炭素鋼の溶製方法に関し、詳しくは、真空脱炭精錬後に行うＡｌ脱酸処理方法を改善した、高Ｍｎ極低炭素鋼の溶製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車外装用鋼板、缶用鋼板、家庭電化製品用鋼板など、多くの用途に使用されている薄鋼板は、その加工性向上の容易さから、炭素含有量が０．０１〜０．１質量％の低炭素鋼から、真空脱炭精錬でなければ到達できない、炭素含有量が０．００５質量％以下の極低炭素鋼に転換されつつあり、薄鋼板に占める極低炭素鋼の比率は拡大の一途である。尚、真空脱炭精錬とは、雰囲気圧力が大気圧よりも低い状態で行われる脱炭精錬である。
【０００３】
この極低炭素鋼は、転炉などを用いて経済的に許容し得る限界まで大気圧下で脱炭精錬して溶銑から溶鋼を得て、その後、得られた溶鋼を、真空脱ガス設備を用いて減圧下で鋼中酸素または添加酸素源との反応によって目的の濃度まで真空脱炭精錬し、この真空脱炭精錬後に引き続き、金属Ａｌなどの脱酸剤を添加して脱酸処理するとともに成分調整・介在物低減処理を施して溶製されている（例えば特許文献１を参照）。
【０００４】
この溶製工程において、転炉では、一般的に炭素濃度が０．０３〜０．０６質量％程度まで脱炭するが、この程度まで脱炭すると炭素以外にも鉄が酸化され、転炉終点時のスラグ中のＦｅＯ濃度が高くなる。また、溶銑中のＭｎも酸化され、前記スラグ中のＭｎＯ濃度が高くなる。このスラグの一部は、出鋼時に溶鋼に混入して溶鋼とともに取鍋に流出する。この状態において真空脱ガス設備で真空脱炭精錬した後にＡｌによる脱酸処理を行うと、脱酸処理後にもスラグ中のＦｅＯ及びＭｎＯが溶鋼中のＡｌと反応して、溶鋼中のＡｌ濃度が減少し、最終的にはＡｌ含有量が成分規格範囲を外れたり、複数回のＡｌの成分調整が必要となって生産性が低下したりするという問題が発生する。特に、Ｍｎ含有量が高くなると、真空脱炭精錬中にもＭｎＯが生成し、スラグ中のＭｎＯが多くなり、前記問題が顕在化する。尚、生成したＡｌ2Ｏ3によって鋼の清浄性が低下するという問題も発生するが、本発明ではこの問題は対象としない。
【０００５】
ところで、このような、ＭｎＯによる悪影響を抑制した極低炭素鋼の溶製方法が幾つか提案されている。例えば特許文献２には、転炉から取鍋への出鋼中にＦｅ−Ｍｎなどの合金鉄を添加せずに取鍋に出鋼し、真空脱ガス設備において、酸素ガスを吹き込んで真空脱炭精錬を行い、溶鋼中炭素濃度が０．００５質量％以下に到達した時点でＡｌを添加して脱酸し、その後、電解金属Ｍｎ（ＪＩＳ：「ＭＭｎＥ」）を添加してＭｎ濃度の調整を行うことを特徴とする、極低炭素鋼の溶製方法が提案されている。また、特許文献３には、転炉出鋼後の溶鋼を真空脱ガス設備で真空脱炭精錬して、Ｍｎを０．３〜３質量％含有する極低炭素鋼を溶製するに際し、前記真空脱炭精錬前の溶鋼中Ｍｎ濃度を０．３質量％以下に抑えて真空脱炭精錬し次いで脱酸処理を行い、該脱酸処理の後に、真空脱ガス槽内に電解金属Ｍｎを添加して溶鋼中Ｍｎ濃度を所望値に調整することを特徴とする、含Ｍｎ極低炭素鋼の製造方法が提案されている。
【０００６】
特許文献２及び特許文献３のように、真空脱炭精錬時の溶鋼中Ｍｎ濃度を低位に維持すれば、スラグ中のＭｎＯは少なく、Ａｌによる脱酸処理は容易になる。しかしながら、特許文献２及び特許文献３で真空脱炭精錬後にＭｎ調整のために使用する電解金属Ｍｎは極めて高価であり、製造コストの上昇を招き、好ましい操業形態とは言い難い。
【０００７】
安価なＭｎ源としては、Ｍｎ鉱石が知られており、Ｍｎを含有する極低炭素鋼を溶製する場合も、省資源及び省エネルギーの観点から、Ｍｎ源としてＭｎ鉱石を使用することが望まれている。尚、Ｍｎ鉱石は、溶銑を転炉にて脱炭精錬する際に転炉に装入され、溶銑中の炭素によって還元され、還元されたＭｎが溶鋼中に移行することで、Ｍｎ源として機能する。溶鋼中に移行したＭｎの一部は、転炉での脱炭精錬中に酸化されてスラグに移行するが、この歩留りを考慮しても電解金属Ｍｎよりも遥かに安価である。
【特許文献１】特開２００２−６９５２７号公報
【特許文献２】特開平８−２９１３１９号公報
【特許文献３】特開２００３−２５３３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高価な電解金属Ｍｎの使用量を削減するべく、Ｍｎ鉱石をＭｎ源の一部として使用して、転炉における大気圧下での脱炭精錬と、真空脱ガス設備における減圧下での真空脱炭精錬とを組み合わせて、炭素含有量が０．００５質量％以下、Ｍｎ含有量が０．４質量％以上、２．０質量％以下である高Ｍｎ極低炭素鋼を溶製するにあたり、１回のＡｌ脱酸処理のみで溶鋼中のＡｌ含有量が規格内に調整でき、複数回のＡｌの成分調整を必要とせず、真空脱ガス設備の生産性を低下させることなく、溶鋼中のＡｌ成分を調整することのできる、高Ｍｎ極低炭素鋼の溶製方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明に係る高Ｍｎ極低炭素鋼の溶製方法は、転炉にて溶銑に対して大気圧下での脱炭精錬を行って溶鋼を得て、次いで、転炉から出鋼後の溶鋼を真空脱ガス設備にて真空脱炭精錬及びＡｌ脱酸処理して、炭素含有量が０．００５質量％以下、Ｍｎ含有量が０．４質量％以上、２．０質量％以下の高Ｍｎ極低炭素鋼を溶製するに際し、前記転炉ではＭｎ源としてＭｎ鉱石を投入して脱炭精錬し、前記真空脱炭精錬後のＡｌ脱酸処理では、下記の（１）式で算出されるＡｌ系脱酸剤投入量のＡｌ系脱酸剤を添加することを特徴とするものである。
ＷAL＝（Ａ+α×[Ｏ]＋β＋γ×ΔＭｎ）／Ｂ …（１）
但し、（１）式において、ＷAL：溶鋼トンあたりのＡｌ系脱酸剤投入量（ｋｇ／ｔ）、Ａ：溶鋼トンあたりのＡｌ含有量目標値（ｋｇ／ｔ）、［Ｏ］：Ａｌ脱酸前の溶鋼中酸素濃度（ｐｐｍ）、ΔＭｎ：出鋼直後の溶鋼中Ｍｎ濃度と真空脱炭精錬終了時の溶鋼中Ｍｎ濃度との差（質量％）、Ｂ：Ａｌ系脱酸剤のＡｌ純分（−）、α：定数（０．００１≦α≦０．００２）、β：定数（０．３≦β≦０．５）、γ：定数（１．０≦γ≦１．５）である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、転炉から取鍋への出鋼後から、真空脱ガス設備での真空脱炭精錬までの期間における溶鋼中のＭｎの酸化分に応じて、真空脱炭精錬後のＡｌ脱酸処理時でのＡｌ系脱酸剤の投入量を設定するので、Ａｌ系脱酸剤は過不足なく投入され、１回のＡｌ脱酸処理のみで溶鋼中のＡｌ含有量が規格内に調整でき、複数回のＡｌの成分調整を必要とせず、真空脱ガス設備の生産性を低下させることなく、溶鋼中のＡｌ成分を調整することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。先ず、本発明に至った経緯について説明する。
【００１２】
本発明者等は、炭素含有量が０．００５質量％以下、Ｍｎ含有量が０．４質量％以上、２．０質量％以下の高Ｍｎ極低炭素鋼の溶製工程で溶鋼中のＭｎ調整用に使用する電解金属Ｍｎ（ＭＭｎＥ）の使用量を削減することを目的として種々検討した結果、最も効果的なことは、転炉脱炭精錬において安価なＭｎ源であるＭｎ鉱石を可能な限り多く配合し、このＭｎ鉱石を転炉脱炭精錬時に溶鋼中の炭素で還元して、溶鋼中のＭｎ濃度を転炉脱炭精錬の段階で高く確保しておくことであることが分かった。
【００１３】
これは以下の理由による。即ち、Ｍｎ鉱石は還元されて生成したＭｎは溶鋼中に移行し、この溶鋼中Ｍｎは、転炉脱炭精錬及び真空脱ガス設備での真空脱炭精錬において酸化してスラグに移行するが、溶鋼中のＭｎが全て酸化ロスするわけではなく、酸化ロスする分は一部分にとどまる。Ｍｎ鉱石によってもたらされた溶鋼中Ｍｎの一部分が酸化ロスしても、Ｍｎ鉱石はＭｎ源として極めて安価であり、酸化ロスしたとしても多量に添加しておくことにより残留分もそれに応じて増加するので、それなりに電解金属Ｍｎの使用量が削減される。電解金属Ｍｎの使用量の削減によるコストメリットが多大であることから、全体として製造コストが削減されるからである。
【００１４】
但し、上記溶製工程においては、取鍋に収容された未脱酸状態の溶鋼を転炉から真空脱ガス設備に搬送し、そして、真空脱ガス設備では酸化精錬である真空脱炭精錬を実施するので、この期間、溶鋼中のＭｎが酸化されてスラグ中のＭｎＯが増加する。そのために、真空脱ガス設備での真空脱炭精錬の後に実施するＡｌ脱酸処理では、スラグ中のＭｎＯと溶鋼中のＡｌとの反応に起因して、溶鋼中のＡｌ含有量がばらつき、溶鋼のＡｌ成分調整のためにＡｌ脱酸処理後に再度のＡｌ添加が必要になる場合が多発した。つまり、再度のＡｌ調整のために、真空脱ガス設備における処理時間が長くなり、生産性が低下するという問題が発生した。
【００１５】
そこで、溶鋼中のＭｎ濃度を変化させ、Ａｌ脱酸時に添加したＡｌ分のうちで、溶鋼中のＡｌとはならずに酸化されてロスとなるＡｌロス分に及ぼす溶鋼中のＭｎ濃度の影響を調査した。尚、Ａｌロス分となるものは、溶鋼中の酸素を脱酸するために費やされるＡｌ分、スラグ中のＦｅＯやＭｎＯなどを還元するために費やされるＡｌ分、雰囲気中の酸素ガスによって酸化されるＡｌ分などである。
【００１６】
調査結果を図１に示す。尚、図１に示すＭｎ濃度とは、出鋼直後の取鍋内溶鋼のＭｎ濃度であり、Ａｌロス分は溶鋼１トンあたりの質量（単位：ｋｇ）で表示している。図１に示すように、Ａｌ脱酸前の溶鋼中酸素濃度に比例してＡｌロス分が上昇することが分かるが、●印のＭｎ濃度範囲（０．０５〜０．１２質量％）と、○印のＭｎ濃度範囲（０．２６〜０．３５質量％）とでは、Ａｌロス分のレベルが異なることが分かった。つまり、溶鋼中のＭｎ濃度が高くなるほど、Ａｌロス分が増加することが確認できた。
【００１７】
この結果に基づき、更に詳細にＡｌロス分を調査した結果、出鋼直後の取鍋内溶鋼のＭｎ濃度と、真空脱炭精錬終了時の溶鋼中Ｍｎ濃度との差分に比例して、Ａｌロス分が増大することが分かった。即ち、取鍋内で生成するＭｎＯに比例して、Ａｌロス分が増加することが確認できた。
【００１８】
本発明は、この調査結果に基づきなされたもので、本発明に係る高Ｍｎ極低炭素鋼の溶製方法は、転炉にて溶銑に対して大気圧下での脱炭精錬を行って溶鋼を得て、次いで、転炉から出鋼後の溶鋼を真空脱ガス設備にて真空脱炭精錬及びＡｌ脱酸処理して、炭素含有量が０．００５質量％以下、Ｍｎ含有量が０．４質量％以上、２．０質量％以下の高Ｍｎ極低炭素鋼を溶製するに際し、前記転炉ではＭｎ源としてＭｎ鉱石を投入して脱炭精錬し、前記真空脱炭精錬後のＡｌ脱酸処理では、下記の（１）式で算出されるＡｌ系脱酸剤投入量のＡｌ系脱酸剤を添加することを特徴とする。
【００１９】
ＷAL＝（Ａ+α×[Ｏ]＋β＋γ×ΔＭｎ）／Ｂ …（１）
但し、（１）式において、ＷAL：溶鋼トンあたりのＡｌ系脱酸剤投入量（ｋｇ／ｔ）、Ａ：溶鋼トンあたりのＡｌ含有量目標値（ｋｇ／ｔ）、［Ｏ］：Ａｌ脱酸前の溶鋼中酸素濃度（ｐｐｍ）、ΔＭｎ：出鋼直後の溶鋼中Ｍｎ濃度と真空脱炭精錬終了時の溶鋼中Ｍｎ濃度との差（質量％）、Ｂ：Ａｌ系脱酸剤のＡｌ純分（−）、α：定数（０．００１≦α≦０．００２）、β：定数（０．３≦β≦０．５）、γ：定数（１．０≦γ≦１．５）である。ここで、定数βは、主にスラグ中のＦｅＯを還元するために費やされるＡｌ分であり、図１においては、Ａｌ脱酸前の溶鋼中酸素濃度がゼロの場合のＡｌロス分に相当し、また、定数α及び定数γは、図１などの調査結果に基づくものである。Ａｌ純分（Ｂ）は、例えばＡｌ含有量が６０質量％の場合には、Ｂ＝０．６とする。
【００２０】
次ぎに、上記構成の本発明に係る高Ｍｎ極低炭素鋼の溶製方法を説明する。
【００２１】
高炉から出銑された溶銑を溶銑鍋やトーピードカーなどの溶銑保持・搬送用容器で受銑する。この溶銑を転炉で脱炭精錬する前に、溶銑に対して脱珪処理または脱燐処理を実施する。本発明では、転炉での脱炭精錬時に炉内にＭｎ鉱石を装入し、この転炉脱炭精錬において溶銑中の炭素でＭｎ鉱石を還元する。このＭｎ鉱石を転炉脱炭精錬にて効率良く還元するためには、転炉内のスラグ量を少なくする必要があり、脱珪処理または脱燐処理を施すことによって溶銑中の珪素（Ｓｉ）が減少するので、転炉脱炭精錬におけるＳｉＯ2の生成量が少なくなり、転炉内のスラグ量が減少するからである。尚、脱珪処理とは、脱燐反応を促進させるために脱燐反応を阻害する珪素を予め除去するための精錬である。
【００２２】
溶銑段階での脱硫処理は、溶製する鋼種の硫黄規格値に応じて実施すればよい。つまり、硫黄規格値が０．０１０質量％以下の低硫鋼の場合には、ＣａＯ系脱硫剤などを用いて予備脱硫処理を実施する。
【００２３】
脱珪処理または脱燐処理が施され、必要に応じて脱硫処理が施された溶銑を転炉に装入して、酸素ガスを上吹きまたは底吹きして溶銑の脱炭精錬を実施する。この脱炭精錬では、生成するスラグの塩基度（質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ2）が２〜５の範囲内になるように生石灰やドロマイトなどを媒溶剤として転炉内に装入するとともに、Ｍｎ鉱石を連続的または断続的に転炉内に装入して、脱炭精錬を実施する。
【００２４】
転炉脱炭精錬の終点時期は、脱炭精錬によって生成した溶鋼の炭素濃度が０．０４〜０．０６質量％となった時点とすることが好ましい。溶鋼の炭素濃度を下げすぎると、溶鋼及び炉内スラグの酸素ポテンシャルが高くなり、溶鋼に還元されたＭｎが酸化してスラグに移行してしまうが、溶鋼の炭素濃度が０．０４質量％以上であれば、スラグへのＭｎの移行を防止することができる。一方、溶鋼の炭素濃度が高すぎると、次工程の真空脱ガス設備における真空脱炭精錬の処理時間が長くなり、生産性が低下する。溶鋼の炭素濃度が０．０６質量％以下であれば、真空脱炭精錬の処理時間を、連続鋳造工程を阻害しない所定時間内に処理することがでる。
【００２５】
この溶鋼を転炉から取鍋に出鋼し、次いで、溶鋼を収容した取鍋をＲＨ真空脱ガス装置などの真空脱ガス設備に搬送する。出鋼直後、取鍋内の溶鋼から分析用試料を採取して、溶鋼中のＭｎ濃度を把握する。
【００２６】
真空脱ガス設備では、真空脱炭精錬を実施するので、出鋼時、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉなどの強脱酸元素による脱酸処理は実施せず、未脱酸のまま搬送する。また、出鋼時、炉内スラグの一部が溶鋼に巻き込まれて転炉から取鍋内に流出し、取鍋内の溶鋼上に滞留する。取鍋内に滞留するスラグは、次工程の真空脱ガス設備における脱酸処理後に溶鋼中のＡｌなどの脱酸剤と反応して溶鋼の清浄性を損なうこともあるので、スラグ中に金属Ａｌなどのスラグ改質剤を取鍋上方から添加してスラグを脱酸してもよい。
【００２７】
真空脱ガス設備においては、先ず、減圧下での真空脱炭精錬を実施する。この真空脱炭精錬は、溶鋼中の溶在酸素を利用する方法や、真空脱ガス設備の真空槽内の溶鋼に酸素ガスや酸化鉄を供給する方法などの従来行われている方法を用いて実施する。この真空脱炭精錬の末期、溶鋼中の炭素濃度が目標値以下まで脱炭された時点で、溶鋼から分析用試料を採取して、真空脱炭精錬終了時の溶鋼中のＭｎ濃度及び酸素濃度を把握する。
【００２８】
そして、前記（１）式を用いてＡｌ系脱酸剤投入量（ＷAL）を求め、求めたＡｌ系脱酸剤投入量（ＷAL）と同量の、金属ＡｌやＦｅ−Ａｌ合金などのＡｌ系脱酸剤を添加して、溶鋼を脱酸処理する。溶鋼を脱酸処理することによって真空脱炭精錬は自ずと終了するが、酸素ガスなどの酸素源を供給していた場合には、Ａｌ脱酸処理の前に、酸素源の供給を中止する。Ａｌ脱酸処理後、更に真空脱ガス設備で真空脱ガス精錬を施し、必要に応じて、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖなどの成分調整を実施する。Ｍｎの成分調整には主として電解金属Ｍｎを使用する。成分調整が終了したなら、溶鋼を収容した取鍋を連続鋳造工程に搬送し、連続鋳造によって溶鋼から鋳片を製造する。
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、転炉から取鍋への出鋼後から、真空脱ガス設備での真空脱炭精錬までの期間における溶鋼中のＭｎの酸化分に応じて、真空脱炭精錬後のＡｌ脱酸処理時でのＡｌ系脱酸剤の投入量を設定するので、Ａｌ系脱酸剤は過不足なく投入され、１回のＡｌ脱酸処理のみで溶鋼中のＡｌ含有量が規格内に調整でき、複数回のＡｌの成分調整を必要とせず、真空脱ガス設備の生産性を低下させることなく、溶鋼中のＡｌ成分を調整することが可能となる。また、Ｍｎ源としてＭｎ鉱石を使用するので、高価な電解金属Ｍｎを削減することができる。
【実施例１】
【００３０】
Ｍｎ濃度規格が０．５５〜０．６５質量％、Ａｌ濃度規格が０．０２〜０．０４質量％である高Ｍｎ極低炭素鋼を、本発明方法を適用して溶製した例を説明する。
【００３１】
高炉から出銑された溶銑を脱燐処理し、この溶銑を転炉に装入して上吹きランスから酸素ガスを供給して脱炭精錬を実施した。この脱炭精錬では、転炉内に溶鋼トンあたり１２ｋｇのＭｎ鉱石を添加するとともに、転炉内のスラグの塩基度を３．０に調整した。溶鋼中炭素濃度が０．０４５質量％となった時点で転炉脱炭精錬を終了した。
【００３２】
得られた溶鋼を転炉から取鍋へ出鋼し、その後、ＲＨ真空脱ガス装置に搬送し、ＲＨ真空脱ガス装置にて炭素濃度が０．００１質量％となるまで真空脱炭精錬を実施した。この真空脱炭精錬後に、前述した（１）式で算出される値と同量の金属Ａｌを添加して脱酸処理し、脱酸処理後、電解金属Ｍｎを使用してＭｎ濃度が０．６質量％になるようにＭｎ調整を行って、高Ｍｎ極低炭素鋼を溶製した。尚、（１）式を用いて算出するに際して、Ａｌ純分（Ｂ）は１．０、溶鋼のＡｌ含有量目標値（Ａ）は０．３ｋｇ／ｔ（溶鋼のＡｌ目標値＝０．０３質量％）、αは０．００１５、βは０．４、γは１．３として算出した。
【００３３】
脱ガス精錬処理後、溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置から連続鋳造設備に搬送して鋳造し、スラブ鋳片を製造した。このスラブ鋳片から分析試料を採取してＡｌ濃度を分析し、チャージ間でのＡｌ成分値のバラツキを調査した。その結果、Ａｌ成分値の標準偏差のσ値は０．００４２質量％であり、従来のσ値が０．００５７質量％であったことから、鋳片のＡｌ成分値のバラツキは大幅に低減することが確認できた。また、本発明を適用することによってＲＨ真空脱ガス装置での処理時間は２８．０分となり、従来の処理時間２９．５分に比較して約１．５分間短縮された。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】溶鋼中のＭｎ濃度を変化させてＡｌロス分を調査した結果である。
【図１】
0005326310.tif 000002