(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空脱ガス法で脱炭処理を行いつつ極低炭素鋼を溶製するに当たり、脱炭処理前の取鍋スラグ中の総鉄量(Ｔ．Ｆｅ）を、６％（質量％の意味、以下同じ）を超えて１２％以下に制御し、脱炭処理終了時における溶鋼と取鍋スラグ中の酸素ポテンシャルが同等となるようにすることを特徴とする極低炭素鋼の溶製方法。
【請求項２】
脱炭処理終了時における溶鋼中溶存酸素活量［Ｏ］ｆ（ｐｐｍ）と前記取鍋スラグ中総鉄量（Ｔ．Ｆｅ）（％）が、下記（１）式を満足するようにして前記総鉄量（Ｔ．Ｆｅ）を制御する請求項１に記載の溶製方法。
43.1×（Ｔ．Ｆｅ）−37.5≧［Ｏ］ｆ≧43.1×（Ｔ．Ｆｅ）−57.5  …（１）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空脱ガスによって脱炭処理しつつ極低炭素鋼を溶製する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
極低炭素鋼を溶製するに当たっては、転炉で溶銑中に酸素を吹き込み、溶銑中の炭素濃度を０．０３％程度まで低減させた後、脱酸剤を添加せずに出鋼するのが一般的である。これは、その後循環脱ガス装置（ＲＨ装置）などの真空脱ガス装置で、溶鋼中に残存するＯとＣを反応させて脱炭させることによって、炭素濃度を０．０１０％以下に低減した溶鋼が得られるからである。
【０００３】
例えば、特許第２６９０３５０号には、真空脱ガスによる脱炭処理（以下、「真空脱炭処理」と呼ぶことがある）において脱炭速度を低下させることなく鋼中介在物を低減させる方法として、真空脱炭処理前の取鍋スラグ中の総鉄量（Ｔ．Ｆｅ）（以下、「（Ｔ．Ｆｅ）」と略記することがある）を０．５〜６．０％にする技術が提案されている。この技術では、真空脱炭処理工程において、脱炭速度を低下させずに、スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）と溶鋼中Ａｌとの反応を最小限にして溶鋼中の介在物個数を低減しようとするものである。
【０００４】
しかしながら、こうした技術に基づいて、真空脱炭処理前の取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）を６．０％以下にした場合には、脱炭後までに（Ｔ．Ｆｅ）は、増加することになる（後記図１参照）。これは、溶鋼中の酸素が脱炭に使用されずに、スラグ中に移行していることを意味し、真空脱炭に使用する酸素量が減少するからである。こうした場合には、真空脱炭素処理の時間延長に繋がり、生産性が低下するという問題が生じる。こうしたことから、高い清浄度を維持した状態で生産性良く極低炭素鋼を溶製する技術の確立が望まれているのが実情である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、こうした状況の下でなされたものであり、その目的は、真空脱炭処理を行うに際して、清浄度の高い極低炭素鋼を生産性良く溶製する方法を確立することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することのできた本発明の溶製方法とは、真空脱ガス法で脱炭処理を行いつつ極低炭素鋼を溶製するに当たり、脱炭処理前の取鍋スラグ中の総鉄量(Ｔ．Ｆｅ）を、６％（質量％の意味、以下同じ）を超えて１２％以下に制御し、脱炭処理終了時における溶鋼と取鍋スラグ中の酸素ポテンシャルが同等となるようにする点に要旨を有するものである。
【０００７】
上記本発明においては、脱炭処理終了時における溶鋼と取鍋スラグ中の酸素ポテンシャルが同等となるようにするには、脱炭処理終了時における溶鋼中溶存酸素活量［Ｏ］ｆ（ｐｐｍ）と前記取鍋スラグ中総鉄量（Ｔ．Ｆｅ）（％）が、下記（１）式を満足するようにして前記総鉄量（Ｔ．Ｆｅ）を制御すれば良い。
【０００８】
43.1×（Ｔ．Ｆｅ）−37.5≧［Ｏ］ｆ≧43.1×（Ｔ．Ｆｅ）−57.5  …（１）
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記目的を達成するために様々な角度から検討した。その結果、極低炭素鋼を転炉で溶製して取鍋に出鋼する際において、取鍋上にＡｌやＡｌ灰のようなスラグ改質剤を添加し、真空脱炭処理前の取鍋スラグ中（Ｔ.Ｆｅ）を６超〜１２％に調整しておくことが極めて重要であることを見出した。
【００１０】
本発明によれば、脱炭時間の延長や取鍋スラグ改質用のＡｌやＡｌ灰を過剰に添加することが避けられ、また製品におけるスリバー疵などの介在物に起因する欠陥を最小限に抑えることができたのである。以下、本発明が完成された経緯に沿って本発明の作用効果について説明する。
【００１１】
本発明者らは、極低炭素鋼の真空脱炭処理の最適化を図るために、真空脱炭中の鋼中の酸素活量と取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）の挙動につい次のような調査を行った。まず、取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）と平衡する鋼中溶存酸素の酸素ポテンシャルを同列に比較するために、取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）と平衡する溶鋼中酸素活量を計算する式を次の様に導いた。
【００１２】
そして、熱力学計算ソフトChemSageを用いて計算したスラグ中のＦｅＯの活量と、「製鋼反応の推奨平衡値」（昭和５９年１１月、日本学術振興会製鋼第１９委員会編）による下記（３）式の標準生成自由エネルギー（ΔＧO）を用い、最後にＦｅＯとＦｅ2Ｏ3の存在比率を考慮した上で下記（２）式を導いた。
0003734736.tif 000002
但し、［Ｏ］ｆ：溶鋼中溶存酸素活量（ｐｐｍ）
（Ｔ．Ｆｅ）：取鍋スラグ中の総鉄量（％）
【００１３】
循環脱ガス法（ＲＨ法）によって脱炭処理（以下、「ＲＨ処理」と呼ぶことがある）したときにおける溶鋼中溶存酸素活量［Ｏ］ｆと取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）の推移を、図１に模式的に示す。尚、図１の縦軸に示した鋼中溶存酸素活量と取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）は、互いの酸素ポテンシャルがほぼ等しくなるように最大値を設定してある。
【００１４】
転炉吹錬後に真空脱炭処理を行う際に、真空脱炭処理前の溶鋼中溶存酸素活量［Ｏ］ｆ（図１中ハッチングを付した部分）は２００〜３００ｐｐｍ程度であり、また（Ｔ．Ｆｅ）が６％を超えて１２％以下のスラグは、前記（２）式に基づけば、溶鋼中酸素活量［Ｏ］ｆは２１０〜４７０ｐｐｍ程度となって同等の酸素ポテンシャルを持つことになる。
【００１５】
前記図１において、真空脱炭処理前の取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）が６％以下のときには、取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）は真空脱炭処理後まで増加しており、脱炭後にＡｌ合金などで脱酸した後には減少していくことになる。また真空脱炭処理前の取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）が１２％を超えているときには、取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）は、処理前から脱炭処理後を通じて脱酸後まで継続して減少する。
【００１６】
図１に示した挙動は、いずれも溶鋼と取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）の酸素ポテンシャルの差に起因しており、その機構は次の様に考えることができた。第１に、真空脱炭処理前の取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）が６％以下の場合には、まず処理前から脱炭までの間、スラグの酸素ポテンシャルは溶鋼とほぼ等しいか、或いは低い状態である。また、スラグの酸素ポテンシャルは、溶鋼の影響を受けるものであるので、この間の取鍋スラグの（Ｔ．Ｆｅ）は、一定か或は増加する傾向を示す。そして、脱炭処理終了後には、取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）は、溶鋼とほぼ平衡する約６％に収束する。次いで、Ａｌ合金等で溶鋼を脱酸した後には、溶鋼中溶存酸素活量［Ｏ］ｆは１〜２ｐｐｍ程度にまで減少し、酸素ポテンシャルはスラグよりも溶鋼の方が低くなる。このために、脱酸後から取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）は減少し始め、真空脱炭処理後には４〜６％程度まで減少することになる。
【００１７】
次に、真空脱炭処理前の取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）が６％を超えて１２％以下の場合には、まず処理前から脱炭までの間、スラグの酸素ポテンシャルは溶鋼よりも高い状態にある。また、スラグの酸素ポテンシャルは、溶鋼の影響を受け、この間の取鍋スラグの（Ｔ．Ｆｅ）は減少する傾向を示す。そして、脱炭終了後には、取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）は６％に収束し、スラグは溶鋼とほぼ平衡状態に達する。次いで、Ａｌ合金等で溶鋼を脱酸した後には、溶鋼中溶存酸素活量［Ｏ］ｆは１〜２ｐｐｍ程度にまで減少し、酸素ポテンシャルはスラグよりも溶鋼の方が低くなる。このために、脱酸後から取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）は減少し始め、真空脱炭処理後には４〜６％程度まで減少する。
【００１８】
更に、真空脱炭処理前の取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）が１２％よりも多い場合には、まず真空脱炭処理前から脱炭までの間、スラグの酸素ポテンシャルは溶鋼よりも高い状態にある。また、スラグの酸素ポテンシャルは、溶鋼の影響を受け、この間の取鍋スラグの（Ｔ．Ｆｅ）は減少する傾向を示す。但し、この場合には、取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）の還元速度が十分でなく、脱炭終了後の取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）は約６％よりも高い状態になる。次いで、Ａｌ合金等で溶鋼を脱酸した後には、溶鋼中溶存酸素活量［Ｏ］ｆが１〜２ｐｐｍまで減少し、酸素ポテンシャルはスラグよりも溶鋼の方が低くなる。このため、脱炭後から取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）は減少するが、脱酸後の（Ｔ．Ｆｅ）は６％よりも高いため、真空脱炭処理後の取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）は、他の場合と異なり、６％以下には減少せず、高いレベルにとどまったままである。
【００１９】
図２は、極低炭素鋼の溶製時における真空脱炭処理前（ＲＨ処理前）と真空脱炭処理後（ＲＨ処理後）の取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）の推移を示したグラフである。この結果から明らかなように、真空脱炭処理前の取り鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）が１２％以下の場合には、処理前の（Ｔ．Ｆｅ）量に拘らず、脱炭後の（Ｔ．Ｆｅ）はほぼ６％に収束し、真空脱炭処理終了後には４〜５％にまで減少する。
【００２０】
スラグ改質の本来の目的は、溶鋼中のＡｌ等の脱酸元素におけるスラグによる再酸化を防止することにある。従って、取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）が問題となるのは、実際にはＡｌ等の脱酸元素を溶鋼に添加した後である。一方、上述の如く、真空脱炭後の（Ｔ．Ｆｅ）は、真空脱炭処理前の取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）が１２％以下であれば、最終的に６％に収束することになる。即ち、溶鋼中のＡｌ等の脱酸元素におけるスラグによる再酸化を防止するだけであれば、真空脱炭処理前の取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）が１２％以下となるようにスラグを改質すれば良い。
【００２１】
しかしながら、真空脱炭処理前の取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）が６％以下の場合には、溶鋼中の溶存酸素が取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）の生成に消費されるので、脱炭に使用可能な酸素量が減少し、脱酸時間の延長に繋がって生産性を低下させることになる。こうしたことから、取鍋スラグの改質は、真空脱酸速度に悪影響を及ぼさない範囲内にとどめておく必要がある。
【００２２】
図３は、真空脱炭処理前の取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）が脱炭時間に与える影響を示したグラフである。尚、図３において、脱炭時間は、（Ｔ．Ｆｅ）＝０〜１２％の場合の真空脱ガス開始直後から、溶鋼中の炭素濃度が０．００５〜０．００７％に到達し、Ａｌ等の脱酸元素を投入するまでの平均時間を基準にしたときの指数で示してある。この結果から明らかなように、前記（Ｔ．Ｆｅ）が６％以下であれば、脱炭時間が長くなって生産性が低下することが分かる。
【００２３】
一方、真空脱炭処理前の取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）が１２％よりも多くなった場合には、前記図１に示した通り、脱炭後の（Ｔ．Ｆｅ）は６％よりも多くなって、真空脱炭処理後においても（Ｔ．Ｆｅ）は４％よりも若干高い値を示す。またこの場合には、真空脱炭処理前の取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）が１２％以下の場合に比べて、脱酸後におけるスラグと溶鋼の酸素ポテンシャルの差が大きくなるので、（Ｔ．Ｆｅ）の減少速度が速くなる。即ち、スラグによる溶鋼中脱酸元素の再酸化の度合いが大きくなる。そしてこの状態では、再酸化による介在物が増加することになって、圧延段階でのスリバー疵等の介在物欠陥が増加し、この介在物が製品品質に悪影響を及ぼすことになる。
【００２４】
これらの結果から、清浄性に優れた極低炭素鋼を生産性良く製造するには、その溶製段階で真空脱ガス装置にて脱炭処理を行う際に、真空脱炭処理前の取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）を、６％を超えて１２％以下とすれば良いことが分かる。
【００２５】
上記の様に本発明では、真空脱炭処理前の取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）を、６％を超えて１２％以下に制御するものであるが、この（Ｔ．Ｆｅ）を、６％を超えて１２％以下に制御する手段としては、例えば転炉において酸素吹錬した溶鋼を使用する場合には、転炉出鋼直後に、ＡｌやＡｌ灰等のスラグ改質剤を取鍋スラグ上に添加する方法が挙げられる。このときのスラグ改質剤の添加量は、スラグ改質剤添加前の取鍋スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）濃度に応じて決定すればよい。このときスラグ改質剤添加前の取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）は、転炉出鋼前の溶鋼中溶存酸素活量から推定することができる。即ち、例えば転炉において酸素吹錬して溶鋼を使用する場合には、転炉内スラグが取鍋上に流出することが不可避であり、また出鋼前の転炉内スラグ中の（Ｔ．Ｆｅ）は出鋼前の溶鋼中溶存酸素活量に依存するからである。
【００２６】
本発明において上記構成を採用したのは、基本的に、真空脱炭処理後の溶鋼と取鍋スラグの酸素ポテンシャルを同等にすることを目標とするものである。また、溶鋼と取鍋スラグ中の酸素ポテンシャルが同等にあることは、溶鋼中の溶存酸素と取鍋中（Ｔ，Ｆｅ）が熱力学的に平衡状態にあることを意味する。尚、上記「同等」とは、取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）が溶鋼中の溶存酸素活量と完全に平衡状態にある場合の値から、２％程度前後以内にあることを許容するものである。
【００２７】
また、溶鋼中溶存酸素活量［Ｏ］ｆと取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）が完全に平衡状態にあるときには、前述の（２）式が成立する。従って、真空脱炭処理終了時における溶鋼中溶存酸素［Ｏ］ｆと取鍋スラグ中の酸素ポテンシャルが同等となるようにするには、上記許容範囲を考慮して、前記（１）式の関係を満足するように、真空脱炭処理終了時における溶鋼中溶存酸素活量［Ｏ］ｆと取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）が前記（１）式の関係を満足するように取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）を制御すれば良い。
【００２８】
尚、本発明では、真空脱ガスによって脱炭処理を行うものであるが、このときの真空脱ガスの形態については特に限定するものではなく、前記したＲＨ法の他、鍋型真空脱ガス法、新形状脱ガス設備（REDA;Revolutionary Degassing Activator）による方法［例えば、「CAMP-ISIJ」Vol.12(1999)-747］等も適用できるものである。
【００２９】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００３０】
【実施例】
実施例
２４０ｔ転炉で溶銑を吹錬した後、出鋼後に適量のＡｌまたはＡｌ灰を取鍋上に投入し（後記表１）、その後ＲＨ処理を行ない、鋼中のＣ含有量を０．００５０〜０．００７０％まで低減した。このときの、脱炭時間とＲＨ処理前の取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）の関係を前記図３に示した。この結果から明らかなように、ＲＨ処理前の取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）が６％以下であると、脱炭時間が非常に長くなっていることがわかる。
【００３１】
次に，ＲＨ処理後に、連続鋳造および熱延工程の工程を経た後の、表面スリバー性欠陥の発生状況について調査した。尚、表面スリバー性欠陥の発生状況については、目視で発生個数を観察し、コイル１ｋｍ当たりに１個の欠陥が検出されたときを１としたときの発生頻度で評価した。その結果を、投入したＡｌ灰量およびＲＨ処理前の（Ｔ．Ｆｅ）と共に下記表１に、ＲＨ処理前の（Ｔ．Ｆｅ）量と発生頻度の関係関係を図４に示す。これらの結果から明らかなように、ＲＨ処理前取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）が１２％以下のときには、スリバー疵の発生頻度はほぼ一定であるが、ＲＨ処理前の取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）が１２％を超えると、（Ｔ．Ｆｅ）の増加に伴ってスリバー疵発生頻度が増加していることが分かる。
【００３２】
【表１】
0003734736.tif 000003
【００３３】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、脱炭速度を低下させることなく、鋼中介在物を極力低減した高清浄極低炭素鋼を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】極低炭素鋼のＲＨ処理時における溶鋼中溶存酸素活量［Ｏ］ｆと取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）の推移を示すグラフである。
【図２】ＲＨ処理前取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）とＲＨ処理後取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）の関係を示すグラフである。
【図３】極低炭素鋼のＲＨ処理前の取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）とＲＨ処理時間の関係を示すグラフである。
【図４】ＲＨ処理前の取鍋スラグ中（Ｔ．Ｆｅ）と熱延板スリバー性欠陥発生頻度の関係を示すグラフである。
【図１】
0003734736.tif 000004
【図２】
0003734736.tif 000005
【図３】
0003734736.tif 000006
【図４】
0003734736.tif 000007