技術 Ｔｉ含有極低炭素鋼スラブの製造方法

0001

本発明は、表面品質および内部品質に優れたＴｉ含有極低炭素鋼スラブの製造方法に関するものである。

0002

自動車用鋼板や家電製品等に用いられる鋼板には、優れた深絞り性が求められるため、極低炭素鋼にＴｉを添加したＴｉ含有極低炭素鋼スラブを素材とした冷延鋼板や、溶融亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板等の表面処理鋼板が多く用いられている。また、近年、上記鋼板に対する品質要求は、ますます厳しくなりつつあり、深絞り性に優れるだけでなく、表面品質や内部品質にも優れる、いわゆる無欠陥鋼板であることが求められるようになってきている。

0003

しかし、従来の上記Ｔｉを添加した極低炭素鋼の溶製では、溶鋼中の溶存酸素を、全てＡｌで脱酸していたため、溶鋼中には大量のＡｌ２Ｏ３が発生していた。さらに、溶鋼中に添加したＡｌは再酸化して、さらにＡｌ２Ｏ３が発生する。これらのＡｌ２Ｏ３は、その後、凝集・合体して粗大なクラスターとなり、そのほとんどは、ＲＨ脱ガス処理装置等で浮上分離し除去されるものの、浮上しきれずに溶鋼中に残留したＡｌ２Ｏ３クラスターは、その後の連続鋳造において、鋼片表層部に補足されてヘゲやスリーバー等の表面欠陥の原因となったり、あるいは、浸漬ノズル等の内壁に付着堆積してノズル閉塞を起こして円滑な鋳造作業を困難にしたり、さらには、それが剥落して鋼片中に取り込まれ、介在物等の内部欠陥を引き起こしたりするという弊害を引き起こす。

0004

そこで、Ａｌで脱酸した極低炭素鋼の連続鋳造においては、従来、上ノズルや浸漬ノズルからＡｒガスを吹き込み、Ａｌ２Ｏ３クラスターによるノズル詰まりを防止すると共に、鋳型内に注入された溶鋼に上昇流を発生させてＡｌ２Ｏ３クラスターの浮上を促進する対策が実施されている。

0005

しかし、Ａｒガスの吹込みは、新たな問題を引き起こす。というのは、Ａｒガスが鋳型溶鋼中を上昇する際、凝固シェルに補足され、それがブローホール等の欠陥の原因となったり、あるいは、Ａｒガスの上昇と溶鋼の上昇とのバランスが崩れた場合にはガス沸きが起り、湯面変動によってモールドパウダーが鋼片内に巻き込まれて、パウダー性の欠陥を誘発したりするおそれがあるからである。

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上記の問題に対する技術として、例えば、特許文献１には、炭素含有率を０．０１％以下まで脱炭した溶鋼に、アルミナ系介在物を生成させることがないように、Ｔｉを２分割して添加し、さらにＣａを添加してから還流式真空脱ガス装置により還流して介在物を浮上分離することにより、表面疵とノズル閉塞を防止する薄鋼板用素材の溶製方法が開示されている。

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また、特許文献２には、Ｔｉを０．０１０ｍａｓｓ％以上含有するＴｉ含有極低炭素鋼を対象とし、Ａｌで予備脱酸後、Ｔｉ脱酸し、その後、Ｃａを添加することことにより、介在物の組成ならびに形態を制御し、連続鋳造時における浸漬ノズルの閉塞を起こさずに表面性状が優れた冷延鋼板を得る技術が開示されている。
特開２００１−１０５１０１号公報
特開平１１−１００６１１号公報

0008

しかしながら、特許文献１の技術は、Ｔｉのみで脱酸を行うため、大量に発生するＴｉ酸化物による表面性状の低下やコストの上昇は免れない。また、特許文献１および２の技術では、ある程度の表面品質および内部品質の改善が得られるものの、品質要求が厳しい自動車用等の厳格材にはまだ不十分なレベルである。

0009

そこで、本発明の目的は、表面品質と内部品質が共に優れるＴｉ含有極低炭素鋼スラブの製造方法を提案することにある。

0010

発明者らは、従来のＴｉ含有極低炭素鋼が抱える上記問題点を解決するべく、検討を重ねた。その結果、Ｔｉ含有極低炭素鋼スラブの品質を改善するためには、溶鋼を真空脱ガス処理する際のＡｌ予備脱酸およびＴｉ脱酸における総還流量を十分に確保すること、および、連続鋳造時においては、Ａｒガスの吹込みを行わないことが有効であることを見出し、本発明を完成させた。

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すなわち、本発明は、溶鋼を脱炭し、Ａｌ予備脱酸し、Ｔｉ脱酸する真空脱ガス処理を施した後、Ｃａを添加し、その後、連続鋳造してＴｉ含有極低炭素鋼スラブを製造する方法において、上記Ａｌ予備脱酸およびＴｉ脱酸における総還流量を２０００ｔ以上確保すると共に、Ａｒガスの吹き込みを行うことなく連続鋳造することを特徴とするＴｉ含有極低炭素鋼スラブの製造方法である。

0012

本発明の上記スラブは、Ｃ：０．０１ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：０．２ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：１．０ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０５０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．０５０ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：０．０１０〜０．０６０ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｃａ：０．００１０〜０．００３０ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有することを特徴とする。

0013

本発明によれば、表面品質および内部品質に優れた鋼スラブを得ることができるので、深絞り性だけでなく表面品質や内部品質への要求が厳しい自動車向けの各種冷延鋼板や表面処理鋼板の素材として好適に用いることができる。

0014

本発明において、Ｔｉ含有極低炭素鋼を精錬する方法は、転炉等で溶製した溶鋼を、ＲＨ等の真空脱ガス処理装置を用いて、脱炭処理（リムド処理）して所望のＣ量まで低減した、次いで、Ａｌを添加して予備脱酸して溶鋼中の溶存酸素を２００ｍａｓｓｐｐｍ以下１００ｍａｓｓｐｐｍ以上まで低減し、その後、Ｔｉを添加して完全脱酸するキルド処理を施す方法である。

0015

ここで、本発明において、Ａｌによる予備脱酸を行う目的は、Ａｌで溶存酸素が１００〜２００ｍａｓｓｐｐｍとなるよう予備脱酸した場合には、溶鋼中のＡｌ濃度が０．００５ｍａｓｓ％以下となるため、生成する介在物がＡｌ２Ｏ３−ＭｎＯ−ＦｅＯ系となり、浮上分離しやすいからである。また、Ｔｉ単独での脱酸と比較して、原料コストを下げることもできる。これに対して、Ａｌで完全に脱酸した場合には、生成する大量のＡｌ２Ｏ３が巨大なクラスターとなり、真空脱ガス処理で完全に浮上分離し難くなる他、残存したＡｌ２Ｏ３クラスターが浸漬ノズルの内壁に付着堆積し、ノズル閉塞を起こしたり、それが剥離して介在物欠陥の原因となったり、あるいはさらに、鋳型内で凝固シェル内に補足されて表面欠陥の原因となるからである。したがって、本発明においては、Ａｌによる予備脱酸は必須の工程である。

0016

Ａｌの予備脱酸に続き、本発明では、Ｔｉを添加して脱酸し、所望の酸素量まで低減する。Ｔｉの添加により、予備脱酸で残存したＡｌ２Ｏ３系介在物および溶鋼中の酸素は、ＴｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＦｅＯ系介在物（組成は、ＴｉＯ２：８５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：１３ｍａｓｓ％、ＦｅＯ：２ｍａｓｓ％）となり、巨大なクラスターには成長しない。そのため、この介在物は、少量であれば、製品の表面品質および内部品質を害することがない。

0017

しかし、上記Ａｌ予備脱酸後のＴｉ脱酸により生成したＴｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＦｅＯ系介在物は、固相であるため、ノズル閉塞を起こす可能性が依然として高い。そこで、従来技術では、連続鋳造時に、浸漬ノズルからのＡｒガスの吹き込みを行っていたが、Ａｒガスの吹き込みは、Ａｒガスの補足による気泡性表面欠陥や、ガス沸き（湯面変動）によるパウダー性欠陥を引き起こす原因ともなる。

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そこで、発明者らは、Ａｌ予備脱酸およびＴｉ脱酸で生成した脱酸生成物を真空脱ガス処理段階でほぼ完全に除去し、連続鋳造工程まで持ち来たさないことが重要であるとの考えの下、Ａｌ予備脱酸およびＴｉ脱酸（いわゆるキルド処理）の処理時間を変えることにより、キルド処理における総還流量（還流速度（ｔ／分）×処理時間（分））を変えて、浸漬ノズルの閉塞や製品の表面品質および内部品質に及ぼす影響を実験により確認した。その結果、Ａｌ予備脱酸およびＴｉ脱酸（キルド処理）時における総還流量を２０００ｔ以上確保することが必要であることがわかった。なお、還流速度が小さい処理装置では、上記総還流量を確保するためには、キルド処理時間が長くなるため、溶鋼温度の低下も大きくなるので、出鋼温度を高めとすることが好ましい。

0019

上記、キルド処理における総還流量の規制により、溶鋼中に残存する介在物は大幅に低減される。しかし、ノズル閉塞を引き起こす可能性は依然として残る。そこで、本発明では、Ｔｉ脱酸後の溶鋼に対し、Ｃａを添加してＡｌ２Ｏ３の融点を下げ、ノズル内壁への介在物の付着堆積を防止する。このためには、Ｃａは、０．００１０〜０．００３０ｍａｓｓ％の範囲で添加する必要がある。０．００１０ｍａｓｓ％未満では、上記添加効果が得られず、一方、０．００３０ｍａｓｓ％超えでは、ノズルの溶損が大きくなるからである。この、Ｃａの添加は、真空脱ガス処理後、機側で、ワイヤ添加や撃ち込み等の方法で行うことができる。

0020

Ｃａ添加した溶鋼は、連続鋳造機で鋳造して鋼スラブとする。この際、本発明では、浸漬ノズルからのＡｒガス吹き込みは行う必要はない。むしろ、Ｔｉ含有極低炭素鋼で高品質のスラブを得るためには、Ａｒガスの吹き込みは、好ましくない。というのは、本発明の極低炭素鋼は、Ａｌ予備脱酸し、Ｔｉ脱酸しているので基本的に巨大な介在物が少ないことに加えて、Ｃａ処理しているので浸漬ノズルへの介在物の付着が少ないからであり、Ａｒガスの吹き込みによって、却って気泡性欠陥やパウダー性欠陥を誘発するおそれがあるからである。なお、上述したように、溶鋼中に添加したＣａは、Ａｌ２Ｏ３の融点を下げるため、連続鋳造で用いるタンディッシュは、Ａｌ２Ｏ３系介在物等で汚染されていない清浄なものを使用することが好ましい。

0021

次に、本発明の鋼スラブが有すべき好ましい成分組成について説明する。
Ｃ：０．０１ｍａｓｓ％以下
Ｃは、鋼の強度を高め、深絞り性に最も影響を与える元素であり、０．０１ｍａｓｓ％を超えると、製品での深絞り性が確保できなくなるため、０．０１ｍａｓｓ％にすることが好ましい。より好ましくは、０．００２０ｍａｓｓ％以下である。

0022

Ｓｉ：０．２ｍａｓｓ％以下
Ｓｉは、脱酸元素として、また、鋼の高強度化のために添加される元素であるが、０．２ｍａｓｓ％を超えると、めっき性が低下し、表面性状も劣化する傾向があるので、０．２ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。

0023

Ｍｎ：１．０ｍａｓｓ％以下
Ｍｎは、鋼の高強度化元素として、またＳによる熱間脆性を防止する元素として添加される。しかし、１．０ｍａｓｓ％を超えると、製品の材質が硬質化し、深絞り性を劣化させるので１．０ｍａｓｓ％以下が好ましい。

0024

Ｐ：０．０５０ｍａｓｓ％以下
Ｐは、不可避的に混入する不純物元素であるが、深絞り性を劣化することなく高強度化するのに有効な元素である。しかし、極低炭素鋼においては、０．０５０ｍａｓｓ％を超えると、耐二次加工脆性の劣化を招くので、０．０５０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。

0025

Ｓ：０．０５０ｍａｓｓ％以下
Ｓは、不可避的に混入する不純物元素であり、鋼の熱間脆性を引き起こしたり、耐食性を劣化させる元素である。特にＳの含有量が０．０５０ｍａｓｓ％を超えると、溶鋼中でＣａＳ等の硫化物を生成し、深絞り性を低下させたり、冷延鋼板の耐錆性を劣化させたりするのため、０．０５０ｍａｓｓ％以下が好ましい。

0026

Ａｌ：０．００５ｍａｓｓ％以下
Ａｌは、脱酸元素と添加される。しかし、本発明では、Ａｌは予備脱酸にのみ使用され、０．００５ｍａｓｓ％を超えて多量に添加すると、生成される酸化物系介在物が巨大クラスターを形成し、浮上分離し難くなるため好ましくない。そのため、本発明では、Ａｌの含有量は、０．００５ｍａｓｓ％以下に制限する。

0027

Ｔｉ：０．０１０〜０．０６０ｍａｓｓ％
Ｔｉは、Ａｌによる予備脱酸後の脱酸元素として、また、深絞り性を改善する元素として添加される。これらの効果を得るためには、０．０１０ｍａｓｓ％以上の添加が好ましい。一方、０．０６０ｍａｓｓ％を超えて添加すると、上記効果が飽和するだけでなく、Ｔｉ２Ｏ３系介在物の増大と原料コストの上昇という弊害を招くので、０．０６０ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。

0028

Ｃａ：０．００１０〜０．００３０ｍａｓｓ％
Ｃａは、Ａｌ２Ｏ３の融点を下げて、浸漬ノズル内壁への脱酸生成物の付着堆積を防止するために添加する元素であり、また、Ｓ系介在物の形態を制御し、加工性を向上する元素でもある。これらの効果を得るためには、０．００１０ｍａｓｓ％以上の添加が必要である。しかし、０．００３０ｍａｓｓ％を超えると、ノズルの溶損が大きくなるため、上限は０．００３０ｍａｓｓ％とする。

0029

本発明のＴｉ含有極低炭素鋼は、上記成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。ただし、本発明の効果を害しない限り、上記以外の成分を、不純物レベルを超えて添加することを何ら拒むものではない。例えば、Ｎｂは、０．０１０ｍａｓｓ％以下、Ｂは、０．０００５ｍａｓｓ％以下の範囲で添加してもよい。

0030

転炉出鋼した３００トンの溶鋼を、ＲＨ真空脱ガス装置にてリムド処理して脱炭し、Ａｌ予備脱酸して酸素濃度を１２１ｍａｓｓｐｐｍまで低減し、引き続き、Ｔｉ脱酸し（合計キルド処理時間：２８分、総還流量：３０８０ｔ）、Ｃ：０．０００８ｍａｓｓ％、Ｓｉ：ｔｒ、Ｍｎ：０．０９ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０１０ｍａｓｓ％、Ｓ：０．００６ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．０４４ｍａｓｓ％、Ａｌ：ｔｒ．、Ｏ：ｔｒ．の溶鋼とした。この溶鋼に、Ｃａをワイヤで０．００２３ｍａｓｓ％添加し、その後、２ストランドの連続鋳造機で鋳造し、厚さ：２１５ｍｍ×幅：１７５０ｍｍの鋼スラブとした。この際、ＡストランドではＡｒガスの吹き込みは行わず、Ｂストランドでのみ上ノズルおよび浸漬ノズルからのＡｒガスの吹き込みを通常の工程量およびその１／２量で行った他は、両ストランドとも同一条件とした。なお、鋳造後、上ノズル、浸漬ノズルを回収し、介在物の付着状況を観察したが、いずれのストランドでもノズル詰まりは観察されなかった。

0031

上記のようにして得た鋼スラブは、その後、熱間圧延し、冷間圧延して製品コイルとし、最終の精整ラインで、鋼板表面を目視観察し、表面欠陥の混入率を調査し、同じ成分系の通常工程材であるＡｌ脱酸材の表面欠陥混入率をベース（１．０）として、下記の式から表面欠陥混入率指数を求めた。
表面欠陥混入率指数＝本発明材の表面欠陥混入率／Ａｌ脱酸材の表面欠陥混入率
結果を、図１に示した。図１から、本発明に従い製造したＴｉ含有極低炭素鋼スラブは、連続鋳造時のＡｒガスの吹き込みをゼロとすることにより、表面品質が大きく改善されることがわかる。

0032

Ａｌ予備脱酸およびＴｉ脱酸における合計の還流時間を変えて、総還流量を１３００〜３２００ｔの範囲で変化させた以外は、実施例１と全く同じ条件で、Ｔｉ脱酸極低炭素鋼を溶製し、Ａｒガスの吹き込みを行うことなく連続鋳造してスラブを製造し、熱間圧延、冷間圧延し、製品コイルとした。この製品コイルのトップ、ミドル、エンド部分からそれぞれ７枚のサンプルを採取し、液圧バルジ試験を行い、割れまたはネッキングの発生した個数を調べた。そして、総還流量が２０００ｔの時の割れまたはネッキングの平均発生個数をベース（１．０）とし、下記の式からバルジ試験評価指数を求めた。
バルジ試験評価指数＝（割れまたはネッキングの平均発生個数）／（総還流量が２０００ｔの時の割れまたはネッキングの平均発生個数）
結果を図２に示したが、総還流量を２０００ｔ以上確保することにより、バルジ試験評価指数が大きく低下しており、介在物起因のプレス割れが起き難くなっていることがわかる。また、比較例として、通常工程材であるＡｌ脱酸材のバルジ試験評価指数も示したが、同じ総還流量では、本発明材の方がプレス割れが起きにくいことがわかる。

0033

連続鋳造時のタンディッシュノズルガス流量と表面欠陥混入率指数との関係を示すグラフである。
真空脱ガスにおける総還流量とバルジ試験評価指数との関係を示すグラフである。