(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散粒子としてAl−Mn酸化物相および不可避的に共存する酸化物相を有する酸化物分散鋼を溶製する方法であって、炭素濃度を調整した溶鋼を取鍋に出鋼するに際して、所定量のSiおよび造滓剤を取鍋に投入し、さらに所定量の酸素を吹き付け、Siを燃焼させてSiO2を生成させることにより、スラグ中の塩基度、スラグ中のAl2O3 濃度および溶鋼温度を同時に制御するとともに、溶鋼中全酸素濃度を重量割合にて0.0020％以上0.0100％以下に、溶鋼中Al濃度を重量割合にて0.0001％以上0.0030％以下に制御することを特徴とするAl−Mn系酸化物分散鋼の製造方法。
【請求項２】
分散粒子としてAl−Mn酸化物相および不可避的に共存する酸化物相を有する酸化物分散鋼を溶製する方法であって、炭素濃度を調整した溶鋼を取鍋に出鋼するに際して、所定量のSiおよび造滓剤を取鍋に投入し、さらに所定量の酸素を吹き付け、Siを燃焼させてSiO2を生成させることにより、スラグ中の塩基度、スラグ中のAl2O3 濃度および溶鋼温度を同時に制御するとともに、溶鋼中全酸素濃度を重量割合にて0.0020％以上0.0100％以下に、溶鋼中Al濃度を重量割合にて0.0001％以上0.0030％以下に制御し、さらに、Tiを重量割合にて0.05％以下に調整することを特徴とするAl−Mn系酸化物分散鋼の製造方法。
【請求項３】
分散粒子としてAl−Mn酸化物相および不可避的に共存する酸化物相を有する酸化物分散鋼を溶製する方法であって、炭素濃度を調整した溶鋼を取鍋に出鋼するに際して、所定量のSiおよび造滓剤を取鍋に投入し、さらに所定量の酸素を吹き付け、Siを燃焼させてSiO2を生成させることにより、スラグ中の塩基度、スラグ中のAl2O3 濃度および溶鋼温度を同時に制御するとともに、溶鋼中全酸素濃度を重量割合にて0.0020％以上0.0100％以下に、溶鋼中Al濃度を重量割合にて0.0001％以上0.0030％以下に制御し、溶鋼中Ｓ濃度を重量割合にて0.002 ％以下に調整することを特徴とするAl−Mn系酸化物分散鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い溶接熱影響部靱性が要求される厚板用鋼種である酸化物分散鋼の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、溶接工程の合理化のため厚鋼板等の鋼材の大入熱溶接化が指向されている。一般に大入熱溶接では、溶接時に母材側熱影響部 (以後、HAZ 部と呼ぶ) で結晶粒の粗大化が生じ、著しい靱性の低下が生じることが知られている。これに対して、鋼材中に適当な酸化物や窒化物などの微細粒子を分散させて、金属組織を微細化させることにより、HAZ 部での靱性 (以後、HAZ 部靱性と呼ぶ) が著しく改善されることも知られている。
【０００３】
このような微細な分散粒子としては、従来は殆どがTi系酸化物が利用されている。
特公平５−17300 号公報には、鋼中のSi量およびAl量を規定し、Tiを添加して凝固過程でTiO やTi2O3 といった微細なTi系酸化物を析出、分散させることにより、高いHAZ 部靱性を有する鋼の製造法が提案されている。
【０００４】
このようなTi酸化物を凝固過程で鋼材内に析出、分散させる方法としては、特開平３−267311号公報および特開平４−2713号公報に示されているように、第一脱酸元素にSi、Mnを用い、第二脱酸元素にTi、Zr、Caを用いて酸素濃度を重量割合にて50ppm 以下にすることによって、Ti、Zrを主成分とするTi系またはZr系酸化物粒子を析出させる方法がある。
【０００５】
また、特開平４−191314号公報には、凝固時にTi系酸化物を微細に析出させるために、未脱酸の溶鋼を真空処理して溶存酸素濃度を重量割合にて0.002 〜0.015 ％に調整した後、Tiを添加する方法が開示されている。
【０００６】
さらにこのようなTi系酸化物の析出粒子を微細化するために、特公平３−67467 号公報では鍛造時に冷却速度を制御する方法が、特開平４−6243号公報ではTi添加後、出鋼までの時間を規定する方法が、それぞれ提案されている。また特開平３−177535号公報では、さらにZrやＹなどを添加することが、凝固過程で析出する粒子を微細に分散させるために有効であることが述べられている。
【０００７】
ところでこれらの方法は、いずれもTi系酸化物を凝固過程で微細に析出、分散させる方法であり、酸化物の主要組成がTi系酸化物からなるものについて示されているのみであった。さらに、Ti系酸化物を主体とする粒子を析出、分散させることによって得られるHAZ 部靱性の改善は、実際として充分でなく、さらに安定してHAZ 部を高靱化させる分散粒子を含有する鋼材、およびそれを安定かつ容易に製造する方法が望まれていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、本件出願人は、このような安定してHAZ 部を高靱化できる厚板用鋼として、特願平６−77057 号によってAl−Mn系酸化物相を有する酸化物が鋼中に分散された酸化物分散鋼を提案した。
【０００９】
すなわち、直径0.2 以上20μｍ以下の分散粒子が鋼材断面の１mm2 あたり４個以上1000個未満分散しており、かつその分散粒子を構成する酸化物相として金属元素の原子割合で (Al＋Mn) が40％以上、Al：Mnの比率が１：１以上５：１未満という特徴を有するAl−Mn酸化物相を有する粒子を鋼中に分散させた酸化物分散鋼である。
【００１０】
さらに本件出願人は、このようなAl−Mn系酸化物分散鋼の製造法を、特開平８−13023 号公報、特開平８−13024 号公報、および特開平８−92629 号公報に開示した。
【００１１】
例えば、特開平８−13023 号公報では添加合金中Al成分量を調整することによって、特開平８−13024 号公報ではAlを含有しかつ溶鋼中酸素ポテンシャル制御可能な酸化物を添加することによって、特開平８−92629 号公報では、炭素含有量を調整後SiおよびMnで脱炭するとともにAlを含有しかつ溶鋼中酸素ポテンシャル制御可能な酸化物を添加することによって、それぞれAl−Mn系酸化物分散鋼を製造する方法である。
【００１２】
しかしながら、これまでの方法では、溶鋼中のAl濃度を重量割合にて0.0001％以上0.0030％以下に、溶鋼中全酸素濃度を重量割合にて0.0020％以上0.0100％以下に制御できる所期組成のスラグを生成させるために、不必要なスラグの生成を防止する必要があった。
【００１３】
さらにスラグを所期組成に調整した後、溶鋼の脱水素および全酸素濃度制御を目的として、ＲＨ脱ガス装置等による真空処理を行うが、そのために処理時間に応じた溶鋼の温度補償を行う必要があった。しかし、スラグ組成を調整したこの段階で、溶鋼温度を補償する手段として、酸素上吹きによる昇熱を行えば、多量のスラグが発生してスラグ組成が変化するとともに、溶鋼に過剰な酸素が供給されて清浄性も失われてしまう。これを避けるためには、ＬＦ加熱装置等の電気エネルギーを用いた外部加熱プロセスを取り入れる必要があるが、大幅なコスト上昇を招く。
【００１４】
すなわち、本発明の目的は、高いHAZ 部靱性が要求される厚板用鋼として優れた性能を有する、Al−Mn酸化物相を含有する酸化物から成る分散粒子が鋼中に分散された酸化物分散鋼を、酸化反応を利用した安価な溶鋼昇熱を実施しつつ製造できる方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、このAl−Mn系酸化物分散鋼を溶製する際に造滓されるスラグ組成が、酸素を用いて昇熱された後にも、溶鋼中のAl濃度および酸素ポテンシャルを制御できるスラグ組成となる方法について、鋭意研究を重ねたところ、以下のような知見を得た。
【００１６】
▲１▼スラグ組成制御を行う前に、溶鋼中に過剰なSiが溶解しても、後工程での酸化物分散は影響をうけないこと。
▲２▼スラグ組成制御を行う前に、溶鋼に過剰な酸素を吹き付けても、後工程での酸化物分散は影響をうけないこと。
▲３▼スラグ組成制御を行う前に、このSiと酸素の燃焼反応により溶鋼温度を上昇させても、後工程での酸化物分散は影響を受けないこと。
【００１７】
▲４▼この燃焼反応により生成したSiO2をスラグ中SiO2濃度制御に利用することにより、造滓剤添加量の抑制、温度降下の抑制、およびスラグ滓化の促進という利点が得られること。
▲５▼このようにして所期組成のスラグを形成することによって、その後溶鋼中Al濃度および全酸素濃度を調整して、所望の組成の分散酸化物が得られること。
【００１８】
例えば、次の(1) 〜(6) 式を満足するように取鍋内投入Si量、取鍋内投入造滓剤量、送酸量を予め決定し、取鍋内でこの予め決定した量のSiを添加しつつ、また予め決定した量の酸素を吹き込んでSiを燃焼させながら、さらに予め決定した量の造滓剤を添加し、スラグ中の塩基度、スラグ中のAl2O3 濃度および溶鋼温度を同時に制御することによって、溶鋼中全酸素濃度を重量割合にて0.0020％以上0.0100％以下に、溶鋼中Al濃度を重量割合にて0.0001％以上0.0030％以下に制御すればよい。
【００１９】
0003837790.tif 000002
但し、
Ｔs : 昇熱前溶鋼温度 (℃) 、Ｔe ：昇熱後目標溶鋼温度 (℃)
Ｗsteel : 溶鋼重量 (Ｔ) 、  Ｗsi：Si添加量 (kg/T)
[%Si]s : 昇熱前溶鋼中Si重量濃度 (％)
[%Si]e : 昇熱後溶鋼中Si目標重量濃度 (％)
ΔＴsi：Si 1kg/Tあたりの溶鋼温度上昇量 [℃/(kg/T)]
Ｗi  ：造滓剤ｉの投入重量 (kg/T)
Ｗ'i ：昇熱前スラグ中のｉ成分重量 (kg/T)
Ｗ"i ：昇熱中に生成するｉ成分重量 (kg/T)
ΔＴi ：造滓剤ｉ単位重量あたりの溶鋼温度降下量 [℃/(kg/T)]
ΔＴH ：系外放散熱による溶鋼温度降下量 (℃/min)
ｔ  ：昇熱時間 (min)
Ｗslag：昇熱前スラグ量 (kg/T)
(%i)  ：昇熱後スラグ中ｉ成分の目標重量濃度 (％)
Ｑ  ：送酸量 (m3/T) 、    β：着酸効率
C/S  ：昇熱後取鍋内スラグ目標塩基度 [＝(%CaO)/(%SiO2)]。
【００２０】
なお、上記式において、一般には、ΔＴSi≒35.5｛ (℃/(kg/T) ｝、ΔＴcao ≒ 1.2｛ (℃/(kg/T) ｝、ΔＴH ＝2.0(℃/min) 、β＝0.9 として計算することができる。
また、溶鋼昇熱実施後に溶鋼中のTi濃度あるいは、Ｓ濃度を所定の値に制御することにより、さらに高品質の酸化物分散鋼を溶製することができる。
【００２１】
つまり、本発明の要旨とするところは、分散粒子としてAl−Mn酸化物相および不可避的に共存する酸化物相を有する酸化物分散鋼を溶製する方法であって、炭素濃度を調整した溶鋼を取鍋に出鋼するに際して、所定量のSiおよび造滓剤を取鍋に投入し、さらに所定量の酸素を吹き付け、Siを燃焼させてSiO2を生成させることにより、スラグ中の塩基度、スラグ中のAl2O3 濃度および溶鋼温度を同時に制御するとともに、溶鋼中全酸素濃度を重量割合にて0.0020％以上0.0100％以下に、溶鋼中Al濃度を重量割合にて0.0001％以上0.0030％以下に制御することを特徴とするAl−Mn系酸化物分散鋼の製造方法である。
【００２２】
また、本発明は、別の面からは、上述のように溶鋼中全酸素濃度を重量割合にて0.0020％以上0.0100％以下に、溶鋼中Al濃度を重量割合にて0.0001％以上0.0030％以下に制御するとともに、Tiを重量割合にて0.05％以下に調整することを特徴とするAl−Mn系酸化物分散鋼の溶製方法である。
【００２３】
さらに別の面からは、本発明は、上述のようにして溶鋼中全酸素濃度を重量割合にて0.0020％以上0.0100％以下に、溶鋼中Al濃度を重量割合にて0.0001％以上0.0030％以下に制御するとともに、溶鋼中Ｓ濃度を重量割合にて0.002 ％以下に調整することを特徴とするAl−Mn系酸化物分散鋼の溶製方法である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の態様についてさらに具体的に説明する。
本発明に使用する溶鋼としては、目的とする最終鋼組成を実現できる所要組成をもって溶製された溶鋼であればいずれであってもよく、例えば適宜溶解炉にて単に溶製されたものでもよく、あるいは転炉、電気炉等で脱炭精錬されたものでもよい。
【００２５】
好ましくは、炭素含有量0.01％以上0.25％以下、酸素含有量0.04％以上0.07％以下に調整した溶鋼である。
溶製初期の脱酸については、特に制限はないが、脱酸で形成される一次脱酸生成物が凝集しやすく効果的な脱酸が可能なMnO-SiO2系のスラグが生成されるように、SiおよびMnにて脱酸を行うのが好ましい。
【００２６】
次に、初期脱酸終了後、溶鋼温度制御、スラグ組成制御を目的にした取鍋精錬を行う。
すなわち、溶製初期の脱酸に続いて、この脱酸の必要量よりも過剰にSiを添加する。このときの添加Si量は、ＲＨ処理前に必要な昇熱量から予測して決定を行う。さらにスラグ組成制御のために造滓剤を添加する。このときの造滓剤の種類および添加量は、後の酸素吹き付けによって生じるSiO2生成量をあらかじめ計算によって予測して決定する。このとき生成するSiO2を造滓に利用することにより、温度降下の抑制や滓化促進といった利点も享受できる。これらの処理は、ＲＨ等のプロセスでの脱ガス処理前に行えばよい。
【００２７】
さらに詳しく述べれば、昇熱後温度、スラグ塩基度、スラグAl2O3 濃度の目標値を設定し、例えば下記の(1) 〜(6) 式を連立させて、取鍋内投入Si量、取鍋内投入造滓剤量、送酸量を決定する。
【００２８】
0003837790.tif 000003
但し、
Ｔs : 昇熱前溶鋼温度 (℃) 、Ｔe ：昇熱後目標溶鋼温度 (℃)
Ｗsteel : 溶鋼重量 (Ｔ) 、  Ｗsi：Si添加量 (kg/T)
[%Si]s : 昇熱前溶鋼中Si重量濃度 (％)
[%Si]e : 昇熱後溶鋼中Si目標重量濃度 (％)
ΔＴsi：Si 1kg/Tあたりの溶鋼温度上昇量 [℃/(kg/T)]
Ｗi  ：造滓剤ｉの投入重量 (kg/T)
Ｗ'i ：昇熱前スラグ中のｉ成分重量 (kg/T)
Ｗ"i ：昇熱中に生成するｉ成分重量 (kg/T)
ΔＴi ：造滓剤ｉ単位重量あたりの溶鋼温度降下量 [℃/(kg/T)]
ΔＴH ：系外放散熱による溶鋼温度降下量 (℃/min)
ｔ  ：昇熱時間 (min)
Ｗslag：昇熱前スラグ量 (kg/T)
(%i)  ：昇熱後スラグ中ｉ成分の目標重量濃度 (％)
Ｑ  ：送酸量 (m3/T) 、    β：着酸効率
C/S  ：昇熱後取鍋内スラグ目標塩基度 [＝(%CaO)/(%SiO2)]。
【００２９】
これらの式により、必要な昇熱量、Si添加量、生成SiO2量、およびスラグ組成、特にスラグの塩基度およびAl2O3 濃度を推測することができるので、添加すべきSi量、送酸量および造滓剤 (生石灰、含Al2O3 造滓剤、含SiO2造滓剤) 添加量を決定することができる。
このとき取鍋内で溶鋼昇温を目的に添加するSiの形態については、特に制限はないが、合金鉄 (フェロシリコン) の状態で添加するのが好ましい。
【００３０】
また酸素の供給形態については、所定の酸素量を溶鋼に供給できれば、特に限定されない。例えばランスからの吹き付け、吹き込みによって所定量供給すればよい。送酸速度についても特に限定されないが、例えば溶鋼１ｔあたり0.04Nl/min以上であれば昇熱を効果的に行うことができ、0.5 Nl/min・t 以下であれば局所的な過熱なく昇熱ができる。
次に昇熱終了後に実現される溶鋼組成およびスラグ組成とその限定理由について述べる。
【００３１】
まず、昇熱終了後、必要に応じて、鋼中にSiおよびMnを添加し、鋼中のSiおよびMn濃度を調整してもよい。ここで、溶鋼中のSiおよびMn濃度については、Si濃度0.05％以上0.20％以下、Mn濃度0.8 ％以上2.0 ％以下が好ましい。この理由は、Si濃度が0.20％超になると低温靱性が劣化すること、Si濃度が0.05％未満になるとAl−Mn系酸化物の核となり得るMnO-SiO2系酸化物が生成しないこと、Si濃度0.05％以上0.20％以下で鋼中全酸素濃度が重量割合にて0.0020％以上0.0100％以下に制御するためには、Mn濃度は0.8 ％以上2.0 ％以下に決定してしまうことによる。
【００３２】
ここで、鋼中にAl−Mn系酸化物が分散するのに適したスラグ組成について述べる。
溶鋼昇熱後のスラグは、脱炭精錬時に生成し出鋼時に鍋内に持ち込まれたスラグと、溶鋼昇熱時に生成したSiO2と、さらに添加した造滓剤が融合した組成となっている。このスラグが溶鋼昇熱終了後には、最終的にAlを含有しかつ酸素ポテンシャルを制御可能な製鋼用スラグとなるように造滓剤を添加する。
【００３３】
このようにして得られるスラグの基本組成は、CaO-SiO2-Al2O3-MgOおよび不可避的不純物であるFeO およびMnO からなる。以下その組成について述べる。
スラグ中Al2O3 は、溶鋼へ微量分解し、Al−Mn系酸化物の不可欠な溶鋼中Al濃度を制御できる成分である。したがってスラグ中Al2O3 濃度は重量割合にて３％以上40％以下が好ましい。その理由は、３％未満では溶鋼中Al濃度は0.0001％未満となり、40％を越えると溶鋼中Al濃度は0.0030％を越えるからである。さらに、Al2O3 濃度が重量割合にて３％以上40％以下であれば、溶鋼中Al濃度は0.0002％以上0.0010％以下となり、Al−Mn系酸化物が鋼中により安定して生成できる。
【００３４】
スラグ中CaO 濃度およびSiO2濃度は、塩基度(%CaO)／(%SiO2) で0.8 以上4.0 以下が好ましい。塩基度はSi−Mn脱酸鋼において脱酸力を示す一つの指標となる。したがってその限定理由は、0.8 未満では脱酸力が弱く、溶鋼中酸素濃度は0.0100％超となるとともに、介在物はFeO-MnO-SiO2系となり、また4.0 を越えると脱酸力が強くなり酸素濃度は0.0020％未満となり、介在物組成はSiO2-Al2O3系となり酸化物分散鋼のHAZ 部靱性改善には不適である。望ましくは塩基度1.2 以上2.5 以下であれば、Si−Mn脱酸時の介在物がMnO-SiO2系となり、微細分散できる。
【００３５】
スラグ組成制御方法は、通常の造滓剤 (生石灰、ドロマイト、等) を添加する等、特に限定されない。
この造滓剤の添加は、一括して投入しても、分割して投入してもよいが、スラグを充分滓化させるためには昇熱前もしくは昇熱初期に一括して投入するのが好ましい。
【００３６】
また、スラグ組成制御時には、鋼塊中に最終的に分散させる酸化物の組成および個数を制御する必要があることから、スラグの酸素ポテンシャルを制御しなければならない。
【００３７】
本発明では、α(%FeO)＋β(%MnO)なる酸素ポテンシャルインデックス (以下OPI と略す) をスラグの酸素ポテンシャルの指標として用いた。ここで、(%FeO)はスラグ中のFeO の百重量分率で、(%MnO)はスラグ中のMnO の百重量分率で、いずれもスラグに不可避的に含有される成分である。またα、βはスラグの組成によって決まる定数である。本発明のスラグ組成ではα＝２、β＝１を与えればよく、本発明の範囲は以下の式のようになる。
【００３８】
0.8 ≦α(%FeO)＋β(%MnO)≦５
このようにOPI を規制する理由は、OPI が５を越えると溶鋼中全酸素濃度が0.0100％を越えるとともに、溶鋼中SiおよびMn量の制御が困難となり、また介在物組成もFeO-MnO-SiO2系となるからである。また0.8 未満では、溶鋼中全酸素濃度が0.0020％未満となる可能性が高く、一方溶鋼中Al濃度が0.0030％を越えることにより、介在物組成がAl2O3 系となるからである。
【００３９】
より望ましくは、α(%FeO)＋β(%MnO)は1.6 以上４以下である。この理由は、OPI が４以下で溶鋼中Al濃度が0.0002％以上となり、1.6 以上で溶鋼中Al濃度が0.0010％以下となるので、よりAl−Mn系酸化物が生成しやすいからである。
【００４０】
このようにして、取鍋内で脱ガス処理前に過剰なSiを添加しつつ酸素を吹き込んでSiを燃焼させることによって、溶鋼温度を制御するとともに、Alを含有しかつ酸素ポテンシャルを制御可能なスラグを造滓し、溶鋼中全酸素濃度を重量割合にて0.0020％以上0.0100％以下に、溶鋼中Al濃度を重量割合にて0.0001％以上0.0030％以下に制御することによってAl−Mn系酸化物を鋼中に分散することが可能になる。
【００４１】
次に、鋼中酸素濃度が制限される理由は、0.0020％未満では分散酸化物を充分に分散できず、0.0100％を越えると鋼の清浄度が不十分であるためである。
【００４２】
また、Al濃度が制限される理由は、0.0001％未満では、Al−Mn系酸化物を形成するのに充分な量が存在しているとはいえず、0.0030％を越えるとAl2O3 系酸化物の生成が急激に生じるからである。
【００４３】
ここで、溶鋼中Tiを限定する理由について述べる。
スラグ組成制御後、溶鋼中全酸素濃度を重量割合にて0.0020％以上0.0100％以下に、溶鋼中Al濃度を重量割合にて0.0001％以上0.0030％以下に制御することによって、Al−Mn酸化物を鋼中に分散させることができるが、この際にTiを重量割合にて0.05％以下になるように添加することにより、安定してAl−Mn酸化物を分散させることができる。その理由は、Tiを添加することにより耐火物あるいは雰囲気からの影響でAl−Mn酸化物が吸収、消滅したり、他の介在物組成に変化することを抑制できる効果があるからである。これによりAl−Mn酸化物が微小な介在物として分散しやすくなり、Al−Mn酸化物の微細分散がより効果的となる。Tiが分散酸化物の微細化に寄与するために、望ましくは0.005 ％以上添加し、また溶鋼昇熱後の酸素量に影響を与えないためには、0.04％以下、好ましくは0.020 ％以下である。また、Tiを0.050 ％を越えて添加するとTiによる脱酸が優勢となり、Al−Mn酸化物の生成、分散を阻害してしまう。
【００４４】
ところでTiを添加することにより、Al−Mn系介在物の一部は不可避的にTi酸化物およびTi−Mn系酸化物と複合することもあるが、本発明ではTiを添加する場合でも0.050 ％以下に制限されるため、鋼中にはAl−Mn系酸化物を含有する酸化物が主として分散しており、問題ない。
【００４５】
また、溶鋼中Ｓ含有量を限定する理由について述べる。
溶鋼中Ｓを0.002 ％以下にすると、Al−Mn系酸化物はより安定に存在できる。その理由は、Mnを多量に含有してもＳを0.002 ％以下にすると、MnS 系介在物をオキシサルファイド系介在物が生成しにくく、Al−Mn系酸化物はより安定に存在するためである。さらにこのMnS は鋼質的には応力腐食割れを起こしたりすることがよく知られており、低MnS によって付随的に鋼質改善も期待できる。
【００４６】
かくして、取鍋内で過剰なSiを添加しつつ酸素を吹き込んでSiを燃焼させることによって、溶鋼温度を制御するとともに、Alを含有しかつ酸素ポテンシャルの制御可能なスラグを造滓し、溶鋼中全酸素濃度を重量割合にて0.0020％以上0.0100％以下に、溶鋼中Al濃度を重量割合にて0.0001％以上0.0030％以下に制御することによってAl−Mn系酸化物を鋼中により効果的に分散することが可能になる。すなわち、本発明によれば電力を用いた溶鋼昇熱なしに、Al−Mn系酸化物分散鋼を溶製することができる。
【００４７】
【実施例】
(実施例１)
本発明の効果を確認するために、250t転炉を用いて本発明の実施例および比較例の酸化物分散鋼の製造方法を実施した。図１に、本例における転炉〜昇熱完了までのプロセス概要を示す。
【００４８】
まず転炉製鋼終了時点での溶鋼炭素濃度([%C])＝0.05〜0.08％、酸素濃度([%O])＝0.04〜0.07％の溶鋼を、出鋼後、取鍋内でSi、Mnにて一次脱酸した。このとき溶鋼中Si濃度 ([%Si])＝0.10〜0.15％、Mn濃度 ([%Mn])＝0.8 〜0.9 ％となるよう、投入Si量およびMn量を調節した。
【００４９】
一次脱酸終了後、溶鋼にさらにSiを投入しながら、浸漬ランスから溶鋼中に40〜50m3/minの速度で酸素を吹き込みつつSiの酸化昇熱を行い、酸化昇熱後のスラグ中(%CaO)／(%SiO2) と(%Al2O3)を所定の値に制御するため、酸化昇熱の途中にCaO 、Al2O3 からなる造滓剤を添加した。なお、このときのSiはFeSi (Si濃度75％) として投入した。
【００５０】
なお、実施例については、昇熱後の溶鋼温度1640℃を目標とし、昇熱後のスラグ組成は、塩基度、つまり(%CaO)／(%SiO2) ＝1.6 、(%Al2O3)＝18％を目標とし、そして昇熱後の溶鋼中Si濃度＝0.08％を目標として、昇熱前温度を測定後、前述の(1) 〜(6) 式からSi投入量、送酸量、および造滓剤投入量を予め計算した。
【００５１】
比較例については、上記実施例と同様に、昇熱後の溶鋼温度1640℃を目標とし、昇熱後のスラグ組成は、(%CaO)／(%SiO2) ＝1.6 、(%Al2O3)＝18％を目標としたが、昇熱後の溶鋼中Si濃度については、比較例１は0.25％、比較例２は0.03％を目標とした。
表１に昇熱後の溶鋼の温度、昇熱後のスラグ中の(%CaO)／(%SiO2) 比、(%Al2O3)含有量、昇熱後溶鋼中Si濃度を示す。
【００５２】
【表１】
0003837790.tif 000004
【００５３】
表１に示すとおり、昇熱後の溶鋼温度は目標の1640℃に対して1635〜1644℃の範囲に、昇熱後のスラグ中の(%CaO)／(%SiO2) 比は目標の1.6 に対して1.56〜1.63の範囲に、昇熱後スラグ(%Al2O3)は目標の18％に対して17.5〜18.5％の範囲に、それぞれ制御することができた。
【００５４】
実施例では溶鋼中Si濃度＝0.07〜0.08％とほぼ目標値となっており、昇熱後のOPI 値も2.0 〜3.0 の範囲内であり、Al−Mn系複合酸化物が鋼中に分散するのに適したスラグ組成となっていることがわかる。
【００５５】
一方、比較例１、２でも、溶鋼中Si濃度はほぼ目標値となっているが、昇熱後のOPI 値については、溶鋼中Si濃度が高い比較例１では実施例より低くなっており、溶鋼中Si濃度が低い比較例２では実施例より高くなっている。
表２に昇熱後の溶鋼中全酸素濃度とAl濃度を示す。
【００５６】
【表２】
0003837790.tif 000005
【００５７】
表２に示すとおり、実施例では、いずれの溶製も溶鋼中全酸素濃度を重合割合にて0.0020％以上0.0100％以下に、溶鋼中Al濃度を重量割合にて0.0001％以上0.0030％以下に制御できていることがわかる。また、比較例１では溶鋼中全酸素濃度＜0.0020％、溶鋼中Al濃度＞0.0030％となり、比較例２では溶鋼中全酸素濃度＞0.0100％、溶鋼中Al濃度＜0.0001％となっている。
【００５８】
図２に本例における送酸量と溶鋼昇熱量の関係を示す。図２から送酸量と溶鋼昇熱量の間には、ほぼ直線関係が成立することがわかる。
さらに、溶製No.1〜12の溶鋼をＲＨ脱ガス装置で成分調整・脱水素した後、連続鋳造法により鋼塊として、鋼塊中の分散酸化物の個数と組成を光学顕微鏡とエネルギー分散型Ｘ線マイクロアナライザーで調べた。
【００５９】
なお、この溶鋼中にはCu：0.2 〜0.5 ％、Ni：0.2 〜0.8 ％、Nb：0.02〜0.09％、およびＢ：0.0001〜0.0016％が含まれている。また、この溶鋼中のＳ濃度は0.0002〜0.0040％、Ti濃度は0.02％であった。
【００６０】
直径0.2 μｍ以上20μｍ以下でAl−Mn系酸化物が主体となる酸化物の個数を図３に示す。溶製No.1〜６の実施例では、Al−Mn酸化物が主体となる酸化物の分散が確認された。またこの酸化物の分散個数はLFを用いた場合と比較して、ほぼ同一レベルである。
溶製No.7〜９の比較例１では、分散する酸化物がAl2O3 系主体であり、Al−Mn系酸化物が主体となる酸化物は図３に示すとおり、あまり見られない。
【００６１】
さらに溶製No.10 〜12の比較例２では、分散する酸化物がMnO-SiO2-FeO系主体であり、Al−Mn系酸化物が主体となる酸化物は図３に示すとおり、あまり見られない。すなわち、LFのような電力による昇熱を実施しても、本発明による昇熱を実施しても、昇熱後のスラグ組成、溶鋼組成がAl−Mn系酸化物の分散に適した組成であれば、同一レベルの酸化物分散個数を得ることが可能であることがわかる。
表３にLFを使用した場合と溶製No.1〜６の昇熱処理時間と昇熱時の電力使用量の平均値を示す。
【００６２】
【表３】
0003837790.tif 000006
【００６３】
本発明により、LFを使用せず、Si昇熱プロセスを用いることにより、昇熱処理時間は約1/4 に、昇熱時の電力使用量は約1/100 に低減できることがわかる。
【００６４】
(実施例２)
本例では、Si昇熱後にTiを添加した例について示す。
まず転炉製鋼終了時点での溶鋼炭素濃度＝0.05〜0.08％、酸素濃度＝0.04〜0.07％の溶鋼を、取鍋に出鋼後、Si、Mnにて一次脱酸した。このとき溶鋼中Si濃度＝0.10〜0.15％、Mn濃度＝0.8 〜0.9 ％となるよう、投入Si量およびMn量を調節した。
【００６５】
一次脱酸終了後、取鍋内溶鋼にさらにSiを投入しながら、浸漬ランスから溶鋼中に40〜50m3/minの速度で酸素を吹き込みつつSiの酸化昇熱を行い、酸化昇熱後のスラグ中の(%CaO)/(%SiO2)と(%Al2O3)を所定の値に制御するため、酸化昇熱の途中にCaO 、Al2O3 からなる造滓剤を添加した。なお、このときのSiのFeSi (Si濃度75％) として投入した。
【００６６】
なお、昇熱後の溶鋼温度については1640℃を目標とし、昇熱後のスラグ組成については、(%CaO)/(%SiO2)＝1.6 、(%Al2O3)＝18％を目標とし、昇熱後の溶鋼中Si濃度＝0.08％を目標として、昇熱前温度を測定後、前述の(1) 〜(6) 式からSi投入量と送酸量および造滓剤投入量を予め計算した。
【００６７】
昇熱完了後の溶鋼はＲＨ脱ガス装置で成分調整・脱水素した。この脱ガス処理実施時にTiを添加し、溶鋼中のTi濃度を0.002 〜0.060 ％に調整した。なお、この溶鋼中には、その他、Cu：0.2 〜0.5 ％、Ni：0.2 〜0.8 ％、Nb：0.02〜0.09％、およびＢ：0.0001〜0.0016％が含まれている。また、この溶鋼中のＳ濃度は0.0002〜0.0040％であった。
表４にＲＨ脱ガス処理実施後の溶鋼中全酸素濃度とAl濃度およびTi濃度を示す。
【００６８】
【表４】
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【００６９】
ＲＨ脱ガス処理実施後に連続鋳造法により鋼塊とし、鋼塊中の分散酸化物の個数と組成を光学顕微鏡とエネルギー分散型Ｘ線マイクロアナライザーで調べた。直径0.2 μｍ以上20μｍ以下でAl−Mn系酸化物が主体となる酸化物の個数と溶鋼中Ti濃度の関係を図４に示す。図４に示すとおり、溶鋼中のTi濃度を0.05％以下と適正な値に制御することにより、一層効率よくAl−Mn系酸化物が主体となる酸化物を鋼中に分散できることがわかる。
【００７０】
(実施例３)
本例では、溶鋼中Ｓ濃度を変化させた例について示す。
溶銑予備処理段階で鋼中Ｓ濃度＜0.002 ％、転炉製鋼終了時点での溶鋼炭素濃度＝0.05〜0.08％、酸素濃度＝0.04〜0.07％の溶鋼を、取鍋に出鋼してからSi、Mnにて一次脱酸した。このとき溶鋼中Si濃度＝0.10〜0.15％、Mn濃度＝0.8 〜0.9 ％となるように、投入Si量およびMn量を調節した。
【００７１】
一次脱酸終了後、溶鋼にさらにSiを投入しながら、浸漬ランスから溶鋼中に40〜50m3/minの速度で酸素を吹き込みつつSiの酸化昇熱を行い、酸化昇熱後のスラグ中(%CaO)/(%SiO2)と(%Al2O3)を所定の値に制御するため、酸化昇熱の途中にCaO 、Al2O3 からなる造滓剤を添加した。なお、このときのSiのFeSi (Si濃度75％) として投入した。
【００７２】
なお、昇熱後の溶鋼温度については1640℃を目標とし、昇熱後のスラグ組成については、(%CaO)/(%SiO2)＝1.6 、(%Al2O3)＝18％を目標とし、昇熱後の溶鋼中Si濃度＝0.08％を目標として、昇熱前の溶鋼温度を測定後、前述の(1) 〜(6) 式からSi投入量と送酸量および造滓剤投入量を予め計算した。
【００７３】
昇熱完了後の溶鋼はＲＨ脱ガス装置で成分調整・脱水素した。この脱ガス処理実施時に一部の溶製例ではＳを添加し、溶鋼中のＳ濃度を0.0004〜0.0049％に調整した。なお、この溶鋼中には、その他、Cu：0.2 〜0.5 ％、Ni：0.2 〜0.8 ％、Nb：0.02〜0.09％、およびＢ：0.0001〜0.0016％が含まれている。また、この溶鋼中のTi濃度は0.02％に調節した。
表５にＲＨ脱ガス処理実施後の溶鋼中全酸素濃度とAl濃度およびＳ濃度を示す。
【００７４】
【表５】
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【００７５】
ＲＨ脱ガス処理実施後に連続鋳造法により鋼塊とし、鋼塊中の分散酸化物の個数と組成を光学顕微鏡とエネルギー分散型Ｘ線マイクロアナライザーで調べた。分散酸化物中のＳ濃度と溶鋼中Ｓ濃度の関係を図５に示す。図５に示すとおり、溶鋼中のＳ濃度が低下するにつれて分散酸化物中のＳ濃度は低下し、0.002 ％以下になると、介在物中のＳ濃度はほとんど分析できない範囲まで低下している。
【００７６】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、高い溶接熱影響部靱性が要求される厚板用鋼としてAl−Mn酸化物相を有する酸化物が鋼中に微細に分散された酸化物分散鋼を溶製する際に、LF等電力昇熱を用いずに、低コストかつ処理時間が短いSi昇熱プロセスを用いることにより、Al−Mn酸化物相を含む酸化物が鋼中に微細に分散した高溶接熱影響部靱性を有する酸化物分散鋼を安価にしかも安定して溶製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】転炉〜昇熱完了までのプロセス概要を示す工程説明図である。
【図２】送酸量と溶鋼昇熱量の関係を示すグラフである。
【図３】  Al−Mn系酸化物が主体となる酸化物の個数を示すグラフである。
【図４】  Al−Mn系酸化物の分散個数と溶鋼中Ti濃度の関係を示すグラフである。
【図５】分散酸化物中Ｓ濃度と溶鋼中Ｓ濃度との関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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