JP2004148376A

JP2004148376A - 鋼の連続鋳造用パウダー

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Publication number: JP2004148376A
Application number: JP2002317324A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Kajitani; 敏之梶谷; Shigenori Tanaka; 重典田中
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2022-10-31
Also published as: JP4276419B2

Abstract

【課題】極低炭素鋼の連続鋳造において、パウダー巻き込みを防止しつつ、一部巻き込まれたパウダーがプレス割れの原因とならないような鋼の連続鋳造用パウダーを提供する。
【解決手段】ＣａＯ／ＳｉＯ_２が１．１〜１．２の範囲であり、１３００℃における粘度が３〜１０ｐｏｉｓｅであることを特徴とする鋼の連続鋳造用パウダー。ＺｒＯ_２：１〜７質量％とＢ_２Ｏ_３：１〜７質量％の一方又は両方を含有する。また、ＣａＯ／ＳｉＯ_２が１．０〜１．２の範囲であり、ＺｒＯ_２：１〜７質量％を含有し、１３００℃における粘度が３〜１０ｐｏｉｓｅであることを特徴とする鋼の連続鋳造用パウダー。さらにＢ_２Ｏ_３：１〜７質量％を含有する。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼の連続鋳造において鋳型内に添加する鋼の連続鋳造用パウダーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の連続鋳造においては、鋳型内に注入された溶鋼表面上に連続鋳造用パウダーを添加する。連続鋳造用パウダーはモールドパウダー、あるいは単にパウダーとも呼ばれ、高温の溶鋼に加熱されて溶融し、鋳型と凝固シェルの間に流入する。パウダーは主として、鋳型内溶鋼表面の保温および酸化防止、溶鋼中から浮上した非金属介在物の吸収、鋳型と凝固シェル間に流入するスラグフィルムによる潤滑作用、このフィルムによる鋳片よりの抜熱の制御を行うことを目的とする。これによって、優れた表面性状の鋳片を得るとともに、溶融したパウダーが溶鋼中に巻き込まれにくく、正常で良好な鋳片を製造する。
【０００３】
ところで、連続鋳造操業時には、操業条件の如何又はその変化による局所的な湯面変動に起因し、あるいは鋳型内に注入された溶鋼の注入流がメニスカス近傍で溶融したパウダーと溶鋼との界面を乱し、パウダーを溶鋼中に巻き込み、凝固シェルヘ付着したりする場合がある。特に高速連続鋳造においては注入流の流速が大きくなるので、パウダーを巻き込みやすくなる。巻き込まれたパウダーが鋳片に付着したままの状態で圧延を行うと、伸展されて冷延鋼板の表面欠陥の原因となるため、連続鋳造用パウダーには、鋳造中にパウダー巻き込みを起こさない性質を有することが要請される。
【０００４】
高粘性のパウダーを用いることにより、鋳型内溶鋼流動によるパウダーの巻き込みを防止することができ、パウダー巻き込みに起因する欠陥発生が低減されることが知られている。特に炭素濃度が０．０１質量％以下であるＩＦ鋼（ＩｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌＦｒｅｅ鋼）は、パウダー巻き込みに起因する鋳片及び冷延鋼板の表面欠陥が発生しやすい。極低炭素鋼は鋳造時の溶鋼表面付近に生成する凝固シェル先端の爪が長くなりやすく、この爪が原因でパウダー巻き込みが発生しやすいと考えられる。
【０００５】
特許文献１においては、極低炭素鋼用のモールドパウダーとして、１３００℃におけるパウダーの粘度を３ｐｏｉｓｅ以上とすることで、高速鋳造においてもモールドパウダーの巻き込みを低減できる点が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２６３７６７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
極低炭素鋼用のモールドパウダーに粘度３ｐｏｉｓｅ以上の高粘性パウダーを使用することにより、溶鋼中へのモールドパウダーの巻き込みの頻度を減らすことは可能になった。ただし、鋳片へのパウダー巻き込みが皆無になるわけではない。モールドパウダーの粘度を上げた結果として、一部残存する巻き込みパウダーが、この鋳片を用いて製造した鋼板をプレス成形するに際し、プレス割れの原因となり易くなるという現象が発生することとなった。
【０００８】
本発明は、極低炭素鋼の連続鋳造において、パウダー巻き込みを防止しつつ、一部巻き込まれたパウダーがプレス割れの原因とならないような鋼の連続鋳造用パウダーを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）ＣａＯ／ＳｉＯ_２が１．１〜１．２の範囲であり、１３００℃における粘度が３〜１０ｐｏｉｓｅであることを特徴とする鋼の連続鋳造用パウダー。
（２）ＺｒＯ_２：１〜７質量％とＢ_２Ｏ_３：１〜７質量％の一方又は両方を含有することを特徴とする上記（１）に記載の鋼の連続鋳造用パウダー。
（３）ＣａＯ／ＳｉＯ_２が１．０〜１．２の範囲であり、ＺｒＯ_２：１〜７質量％を含有し、１３００℃における粘度が３〜１０ｐｏｉｓｅであることを特徴とする鋼の連続鋳造用パウダー。
（４）さらにＢ_２Ｏ_３：１〜７質量％を含有することを特徴とする上記（３）に記載の鋼の連続鋳造用パウダー。
【００１０】
【発明の実施の形態】
極低炭Ａｌキルド鋼の連続鋳造において、溶融金属中に巻き込まれたパウダーは、その成分中のＳｉＯ_２が溶鋼中のＡｌによって還元され、かわりにＡｌ_２Ｏ_３が生成し、パウダーはＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３の２元系介在物となる。ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３２元系介在物中のＣａＯ：Ａｌ_２Ｏ_３比と介在物の融点との関係についてみると、ＣａＯ：Ａｌ_２Ｏ_３比が１．１近傍で介在物の融点が最も低くなる。
【００１１】
従来、モールドパウダーの粘度を上げ、１３００℃における粘度を３ｐｏｉｓｅ以上にするためには、パウダー成分における塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）を０．８程度の低塩基度とすることによって実現していた。低塩基度でＳｉＯ_２含有量が多いパウダーが溶鋼中に巻き込まれると、Ａｌによって還元されＡｌ_２Ｏ_３となるべきＳｉＯ_２が多いので、Ａｌ_２Ｏ_３含有量が多く、ＣａＯ：Ａｌ_２Ｏ_３比が１．１よりも低いＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系介在物となる。このような組成の介在物は融点が高く、その後の圧延段階において介在物が破砕されにくい性質を有する。従来、高粘性パウダーを用いることによってパウダー巻き込みが減少するものの皆無とはならず、パウダー巻き込み起因介在物がプレス割れの原因となっていたのは、以上のように残存したパウダーの融点が高いのが原因であった。
【００１２】
一方、パウダーの１３００℃粘度を３ｐｏｉｓｅ以上に確保しつつパウダーの塩基度を上げることができれば、パウダー中のＳｉＯ_２含有量が減少し、Ａｌで還元された後の介在物中のＣａＯ：Ａｌ_２Ｏ_３比が増加し、最も融点の低いＣａＯ：Ａｌ_２Ｏ_３＝１．１近傍の値を実現することが可能になる。
【００１３】
脱酸生成物としてのアルミナの浮上によってもパウダー中のＡｌ_２Ｏ_３は増加するが、増加代は無視できるほど小さく、同様に溶鋼中でのアルミナ系介在物とパウダー系介在物の合体によるパウダー系介在物中のＡｌ_２Ｏ_３増加も非常に小さい。
【００１４】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、１３００℃における粘度が３〜１０ｐｏｉｓｅとしつつ、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）を１．１〜１．２の範囲とすることにより、極低炭素鋼の連続鋳造においてパウダーの巻き込みを減少し、たとえ溶鋼中に巻き込まれても融点の低い介在物を生成し、プレス割れの少ない良好な品質の鋳片を製造することを可能にした。
【００１５】
パウダーの塩基度を１．１〜１．２としたのは、この範囲であればＡｌで還元された後の介在物中のＣａＯ：Ａｌ_２Ｏ_３比を最適な１．１３付近に保持することが可能であり、介在物の融点を低く保つことができるからである。塩基度を１．１以上とすることで介在物の融点を十分に低くすることができ、また塩基度を１．２以下とすることで介在物の融点を十分に低くすることができるとともに粘度の低下しすぎを抑制することができる。
【００１６】
パウダーの１３００℃での粘度を３ｐｏｉｓｅ以上としたのは、これによって連続鋳造時のパウダー巻き込みを低減することが可能だからである。また粘度を１０ｐｏｉｓｅ以下としたのは、この範囲であれば鋳型と凝固シェルの間隙へのパウダー流入が適正に行われ、鋳片の鋳型との潤滑が正常に保たれるからである。粘度を１０ｐｏｉｓｅ未満とするとより好ましい。
【００１７】
パウダーの粘度を上記のような高粘度に保持しつつ、塩基度を１．１〜１．２の範囲とするための手段として、本発明においては、ＺｒＯ_２：１〜７質量％とＢ_２Ｏ_３：１〜７質量％の一方又は両方を含有することとすると好ましい。ＺｒＯ_２やＢ_２Ｏ_３にはパウダーの粘度を上昇させる働きがあり、塩基度１．１以上の高塩基度でありながら高粘性を実現することが可能になる。
【００１８】
ＺｒＯ_２含有量を１％以上としたのは、これによってＺｒＯ_２によるパウダーの粘度上昇効果を得ることができるからであり、７％以下としたのは、さらに添加量を増やすとＺｒＯ_２の大きな結晶が析出しパウダーの特性が不均一になるからである。ＺｒＯ_２含有量は３〜７％とするとより好ましい。
【００１９】
Ｂ_２Ｏ_３含有量を１％以上としたのは、これによってＢ_２Ｏ_３によるパウダーの粘度上昇効果を得ることができるからであり、７％以下としたのは、さらに添加するとパウダーの融点が低下し鋳型内伝熱が不良になるからである。Ｂ_２Ｏ_３含有量は３〜７％とするとより好ましい。
【００２０】
本発明のモールドパウダーは、ＣａＯ、ＳｉＯ_２を主成分とし、好ましくは上記の通りＺｒＯ_２とＢ_２Ｏ_３の一方または両方を含む。さらに、凝固温度や粘度等を調整するために、例えばＡｌ_２Ｏ_３、Ｎａ_２Ｏ、Ｆ、ＭｇＯ、Ｌｉ_２Ｏ等を添加することができる。これらの成分の添加量は、この発明で規定している要件を具備する範囲内で目的に応じ所望量を任意に選べばよい。なお、これらの添加物は、従来のモールドパウダーに含まれているものである。
【００２１】
Ａｌ_２Ｏ_３含有量は２〜１０％の範囲が好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３が高すぎるとパウダーの粘度を上げることができるが、溶鋼と反応した後のＣａＯ：Ａｌ_２Ｏ_３比が低くなり介在物の融点が高くなる。Ａｌ_２Ｏ_３が低すぎるとパウダーの凝固温度が高くなり鋳型潤滑不良を招く。
【００２２】
介在物中にＺｒＯ_２が含有されていると、介在物の破砕性が向上する効果が生まれる。介在物中において、ＺｒＯ_２は樹枝状晶として微細に析出するため、非常に容易に破砕されるのである。従って、ＺｒＯ_２を含有するモールドパウダーについては、介在物の破砕性を良好にするためのパウダーのＣａＯ／ＳｉＯ_２比率範囲を１．１〜１．２から１．０〜１．２の範囲に拡大する効果を有する。
【００２３】
本発明の鋼の連続鋳造用パウダーは、上記知見に基づき、ＣａＯ／ＳｉＯ_２が１．０〜１．２の範囲であり、ＺｒＯ_２：１〜７質量％を含有し、１３００℃における粘度が３〜１０ｐｏｉｓｅであることとすることにより、良好な結果を得ることができた。
【００２４】
ＺｒＯ_２含有量を１％以上としたのは、これによりＺｒＯ_２の介在物破砕性改善効果を発揮することができ、塩基度の下限を１．１から１．０に拡大することが可能になるからである。７％以下としたのは、それ以上添加すると微細ではなく巨大なＺｒＯ_２結晶が晶出するからである。ＺｒＯ_２は、塩基度を確保しつつ粘度を上昇させる効果をも有する。ＺｒＯ_２含有量は３〜７％とするとより好ましい。塩基度の上限、粘度の範囲については、前記本発明の限定理由と同様の理由による。
【００２５】
上記本発明はさらに、Ｂ_２Ｏ_３：１〜７質量％を含有することとすると好ましい。Ｂ_２Ｏ_３は塩基度を確保しつつ粘度を上昇させる効果を有するからである。Ｂ_２Ｏ_３含有量は３〜７％とするとより好ましい。
【００２６】
本発明のモールドパウダーは、極低炭Ａｌキルド鋼の連続鋳造に用いると好適である。極低炭Ａｌキルド鋼とは、炭素濃度が０．０１質量％以下であり、さらに、Ｓｉ：０．０３％以下、Ａｌ：０．０１〜０．０６％である。
【００２７】
本発明においてはさらに、本発明のモールドパウダーを使用しつつ鋳型内の電磁攪拌を用いると好ましい。電磁攪拌によって、鋳型内への溶鋼の供給に伴う必然的に生じる溶鋼流動とは独立に鋳型内溶鋼に流動を付与することで、熱の供給不足の部位に熱を供給し均一化することによって、パウダーの流入を促進して、高粘度パウダーを用いてより高速での鋳造が可能となる。また、電磁攪拌によってメニスカス近傍の溶鋼流れの淀み部をなくすことができ、淀み部起因のパウダー流入不良をも解消することができる。本発明では十分に粘性の高いパウダーを使用することが可能なので、電磁攪拌によって溶鋼流動が増大してもパウダー巻き込みが増えるおそれはない。
【００２８】
電磁攪拌を行うとともに本発明の高粘度のパウダーを用いることで、パウダーの巻き込みなしに攪拌推力を増加させて溶鋼流速を上げることが可能となり、鋳型内に侵入してきた介在物の凝固シェルへの捕捉防止が可能となり、パウダー系以外の欠陥、例えばタンディッシュから持ち込まれたスラグやアルミナ等の介在物も低減する。
【００２９】
【実施例】
転炉にて溶製した溶鋼３００ｔｏｎを、ＲＨにて所定の成分濃度に調整した極低炭素鋼の溶鋼を、タンディッシュ、浸漬ノズルを介して垂直曲げ型の連続鋳造機で、厚み２５０ｍｍ、幅１６００ｍｍの鋳片に鋳造した。溶鋼成分範囲を表１に示す。鋳造速度を１．５ｍ／ｍｉｎとした。鋳片は１２００℃で加熱した後に通常の方法で熱間圧延を行い、さらに冷間で圧延した。
【００３０】
【表１】

【００３１】
鋳造に使用した連続鋳造用パウダーの成分、性質及び鋳造結果を表２に示す。
【００３２】
パウダーの粘性は１３００℃での粘性を用いた。粘度測定にあたっては、回転円筒法を用いた。測定対象パウダーを７００℃にて６０分間脱炭処理した試料を黒鉛坩堝に挿入し１４００℃にて１０〜１５分間予備溶解した後鉄坩堝に移し、縦型管状炉（エレマ炉）に入れ、Ｅ型粘度計のローターをスラグ中に浸漬し、１３００℃で３０分間安定させた後、ローターを回転させ粘性抵抗によるトルクを測定し、粘度を求めた。なおＥ型粘度計は事前に標準粘度液にて較正しておく。
【００３３】
介在物個数については、鋳片の介在物集積帯にあたる部位（表面から４０〜５０ｍｍ）から鋳片（１ｋｇ）を切り出して、スライム溶解法によって鉄を溶解し、介在物を抽出した。介在物の個数測定にあたってはアルミナクラスターは無視し、球形のパウダー系介在物のみをカウントした。
【００３４】
介在物組成については、スライム法によって抽出した介在物を樹脂に埋め込み、ＳＥＭ−ＥＤＸ法によって介在物組成の定量分析を行った。
【００３５】
プレス割れ成績については、製品となった０．８ｍｍ厚の鋼板を、１００ｍｍφの球状のダイを用いて３２ｍｍ張り出させたときの割れ発生枚数比率を評点化し、プレス割れ評点とした。プレス割れ評点は、プレス割れ発生枚数比率０．２％未満を◎◎、プレス割れ発生枚数比率０．２％以上１％未満を◎、プレス割れ発生枚数率１％以上３％未満を○、プレス割れ発生枚数率３％以上５％未満を△、プレス割れ発生枚数率５％以上を×とした。
【００３６】
【表２】

【００３７】
本発明例Ｎｏ．１〜３は、パウダー中にＺｒＯ_２あるいはＢ_２Ｏ_３を含有させ、パウダーの塩基度を１．１以上としつつパウダーの粘度を３ｐｏｉｓｅ以上としているものである。鋳片へのパウダー巻き込みは非常に少なく、なおかつ鋳片に巻き込まれた介在物中のＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３比が０．９８と高いので、製造した鋼板のプレス割れ成績は非常に良好であった。特に本発明例Ｎｏ．３は、ＺｒＯ_２とＢ_２Ｏ_３を両方含有した結果として、粘度を４．６まで上昇させることができ、パウダー巻き込みによる介在物の個数が極めて少なく、結果としてプレス割れ評点も最も良好な結果であった。
【００３８】
本発明例Ｎｏ．４は、ＺｒＯ_２やＢ_２Ｏ_３を用いずにパウダーの塩基度を１．１以上としつつパウダーの粘度を３ｐｏｉｓｅ以上としているものである。Ａｌ_２Ｏ_３を高めにすることで粘度を３ｐｏｉｓｅとした。巻き込みはある程度抑制されたが、ＺｒＯ_２やＢ_２Ｏ_３を含むものに比べて個数はやや多めである。プレス割れ評点も比較的良好であった。
【００３９】
本発明例Ｎｏ．５は、ＺｒＯ_２を含有させ、パウダーの塩基度を１．１未満であるが１．０以上とし、パウダーの粘度を３ｐｏｉｓｅ以上としているものである。パウダーの塩基度がやや低いので介在物組成におけるＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３比はやや低いが、ＺｒＯ_２を含有させた結果として介在物の破砕性が改善されており、プレス割れ評点は良好な結果を得ることができた。
【００４０】
比較例Ｎｏ．６は、パウダーの塩基度が１．０以上１．１未満であり、パウダーの粘度を３ｐｏｉｓｅ以上とし、ＺｒＯ_２を含有していない。その結果、介在物組成におけるＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３比はやや低く、プレス割れ評点がやや劣る結果となっている。
【００４１】
比較例Ｎｏ．７、８は、粘度を４ｐｏｉｓｅとしてパウダー巻き込みの低減を図っているが、パウダー塩基度が１未満であり、パウダー巻き込み起因の介在物組成におけるＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３比が低く、プレス割れ評点が△という結果であった。
【００４２】
比較例Ｎｏ．９、１０は、パウダー塩基度は１．１以上であるが、パウダー粘度が２ｐｏｉｓｅ以下の非常に低い粘度であり、鋳造中におけるパウダー巻き込みに起因して介在物個数が極めて多く、その結果としてプレス割れ評点も×であって非常に悪い結果となった。
【００４３】
本実施例においては垂直曲げ型連続鋳造設備を使用したが、湾曲型及び垂直型連続鋳造設備においても同様の効果が得られる。
【００４４】
また、本実施例では自動車用の薄鋼板用の鋳片製造にあたっての例で述べたが、本技術の本質とするところは、パウダーの巻き込みによって生じる欠陥を防止することであり、缶用鋼板、鋼管など他の鋼種の鋳片を製造する場合にも有効である。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の鋼の連続鋳造用パウダーは、１３００℃での粘度を３ｐｏｉｓｅ以上に確保しつつ塩基度を１．１〜１．２の範囲とすることにより、鋳造中のパウダー巻き込みの低減と、パウダー巻き込みに起因する介在物の破砕性の向上を両立させ、プレス割れの少ない良好な品質の鋼製品を製造可能にする。
【００４６】
本発明の鋼の連続鋳造用パウダーはまた、ＺｒＯ_２を含有して１３００℃での粘度を３ｐｏｉｓｅ以上に確保しつつ塩基度を１．０〜１．２の範囲とすることにより、同様の効果を得ることができる。

Claims

ＣａＯ／ＳｉＯ_２が１．１〜１．２の範囲であり、１３００℃における粘度が３〜１０ｐｏｉｓｅであることを特徴とする鋼の連続鋳造用パウダー。
ＺｒＯ_２：１〜７質量％とＢ_２Ｏ_３：１〜７質量％の一方又は両方を含有することを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造用パウダー。
ＣａＯ／ＳｉＯ_２が１．０〜１．２の範囲であり、ＺｒＯ_２：１〜７質量％を含有し、１３００℃における粘度が３〜１０ｐｏｉｓｅであることを特徴とする鋼の連続鋳造用パウダー。
さらにＢ_２Ｏ_３：１〜７質量％を含有することを特徴とする請求項３に記載の鋼の連続鋳造用パウダー。