JP3036361B2

JP3036361B2 - Ａｌ−Ｍｎ系酸化物分散鋼の製造法

Info

Publication number: JP3036361B2
Application number: JP6141960A
Authority: JP
Inventors: 隆之西; 徹加藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-06-23
Filing date: 1994-06-23
Publication date: 2000-04-24
Anticipated expiration: 2015-04-24
Also published as: JPH0813023A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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溶製法に
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が、一般に大入
熱溶接では鋼材溶接時には母材側熱影響部 (以後、HAZ
部と呼ぶ) の結晶粒が粗大化し、靱性が著しく低下する
ことが知られており、厚鋼板にあっても上述のような大
入熱溶接法を実用化するにはHAZ 部の結晶粒粗大化の問
題の解決を図らなければならない。

【０００３】ところで、従来より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ることにより、組織
が微細化され、HAZ 部靱性が著しく改善されることが知
られている。

【０００４】このような微細な分散粒子を利用する方法
として、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を添加することにより凝固過程で微細
なTi系酸化物を析出、分散させる、HAZ 部が高い靱性を
有する鋼の製造法が提案されている。

【０００５】このようなTi系酸化物を凝固過程で鋼材内
に微細に析出、分散させる方法としては、その他、特開
平3-267311号公報および特開平4-2713号公報に示されて
いるような、第１脱酸元素にSi、Mnを用い、第２脱酸元
素としてTi、Zr、Caを添加して酸素濃度を、重量割合に
て、50ppm 以下にしてTi、Zrを主成分とするTi系および
／またはZr系酸化物粒子を析出させる方法がある。

【０００６】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 ％に調製した後、Tiを添加する方法が開示され
ている。

【０００７】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号公報には鋳造後の
冷却速度を制御する方法が、特開平4-6243号公報にはTi
添加後の出鋼までの時間を規定する方法が提案されてい
る。

【０００８】また特開平1-150453号公報および特開平3-
177535号公報などでは、さらにZrやＹなどを添加するこ
とにより、凝固過程で析出する粒子を微細に分散させる
ために効果的であることが述べられている。

【０００９】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、
酸化物組成がTi系酸化物を有するものについて示されて
いるのみであった。

【００１０】また、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 靱性の改善
は、本発明者らの知る限り、実効として十分ではなく、
さらに安定してHAZ 部を高靱化させる分散粒子を含有す
る材料およびそれを安定して容易に製造する方法が望ま
れていた。

【００１１】

【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 部を高靱性化させる厚板用
鋼として、特願平６−77057 号に、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。すなわち、直径0.2 〜20μm の分散粒子が鋼材断面
の１mm²あたり４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系酸化物相を有す
る酸化物を鋼中に分散させた酸化物分散鋼である。

【００１２】しかながら、かかる酸化物分散鋼は安定し
て製造できる方法がまだ確立していないため、工業的に
十分な特性が発揮できず、この製造方法について更なる
改良が求められている。

【００１３】したがって、本発明の目的は、溶接熱影響
部に高い靱性が要求される厚板用鋼として高い性能を有
する、Al−Mn系酸化物相を含有する酸化物が鋼中に分散
された酸化物分散鋼のより安定した製造方法を提供する
ことである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、予備脱酸
に際してSi＋Mnを添加して、さらに要すればスラグ組成
をMnO −SiO₂系にすることによって、介在物が10μm よ
り大きいものは浮上、除去されやすく効果的な予備脱酸
が可能となるばかりでなく、残留した介在物は５μm 以
下の小径介在物となり、溶存酸素とともに次の工程でAl
をAl含有合金の形態で添加すると微小なAl−Mn系介在物
形成のための核となることを知り、本発明を完成した。

【００１５】かくして、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
る酸化物相を含有する酸化物が分散された酸化物分散鋼
を溶製する際に、SiおよびMnを添加して、重量濃度に
て、Si：0.05〜0.6 ％およびMn：0.3 〜3.0 ％となるよ
うに予備脱酸して全酸素濃度を0.0020〜0.0100％に調整
した後、Al含有合金の添加を行うことにより、Al濃度
を、重量割合にて、0.0001〜0.0030％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。

【００１６】さらに実際的面からは、本発明は、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
物相を含有する酸化物が分散された酸化物分散鋼を溶製
する際に、転炉もしくは電気炉にて炭素を、重量濃度に
て、0.01〜0.25％に調製した後、出鋼中もしくは取鍋内
で、SiおよびMnを添加して、重量割合にて、Si：0.05〜
0.60％およびMn：0.3 〜3.0 ％となるように予備脱酸す
るとともにスラグ改質を行い、例えばRH真空脱ガス装
置、LF加熱装置、あるいはVOD 炉などの取鍋精錬設備に
て全酸素濃度を0.0020〜0.0100％に調整した後、Al含有
合金の添加を取鍋精錬中もしくは精錬後に行うことによ
り、Al濃度を、重量割合にて、0.0001〜0.0030％に制御
することを特徴とするAl−Mn系を特徴とする酸化物分散
鋼の製造方法である。

【００１７】本発明の好適態様によれば、前記Al含有合
金の添加と同時またはその後に、Tiを、重量割合にて0.
050 ％以下添加するようにしてもよい。

【００１８】さらに別の好適態様によれば、前述のよう
に全酸素濃度を0.0020〜0.0100％に調整する際に、イオ
ウ濃度を0.002 ％以下に調整するようにしてもよい。

【００１９】かくして、本発明によれば、Al−Mn系酸化
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
であって、より詳細には、直径が0.2 〜20μm の大きさ
で、金属元素のモル分率として (Al＋Mn) が40％以上で
あり、かつAl：Mnの比率が1.0 以上5.0 未満という特徴
を備えるAl−Mn系酸化物相を含む酸化物が分散した酸化
物分散鋼が安定して製造される。

【００２０】

【作用】次に、本発明の作用についてさらに具体的に説
明する。

【００２１】本発明において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
溶解炉で単に溶製されただけのものであっても、あるい
は転炉、電気炉で脱炭精錬されたものでもよい。

【００２２】好ましくは、炭素含有量0.05〜0.08％、酸
素量0.04〜0.07％に予め調整されたものである。特に転
炉、電気炉によって溶鋼を準備する場合にはＣ：0.01〜
0.25％に調整したものが好ましい。

【００２３】予備脱酸:まず、鋼中に分散粒子としてAl
−Mn系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ためには、上述のように準
備された溶鋼の溶製初期においては、溶鋼中で酸素と親
和力を有するSiおよびMnにて予備脱酸を行い、全酸素濃
度を所定範囲内に調製する。

【００２４】SiおよびMnは通常の脱酸のようにFe−Si、
Fe−Mn等の形態でSiおよびMnを投入すればよい。

【００２５】ここで、予備脱酸に際して、重量濃度に
て、Si：0.05〜0.60％およびMn：0.3〜3.0 ％となるよ
うに脱酸を行うが、その理由は、予備脱酸で形成される
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系にし、かつこの予備脱酸によって全酸素濃
度を0.0020〜0.0100％にして分散酸化物の核を溶鋼内で
形成するためである。

【００２６】すなわち、Si濃度が0.60％より大きくなる
とMn濃度が3.0 ％以下であっても介在物はSiO₂系が多く
なるとともに、全酸素濃度が20ppm 未満となってしまう
ためである。一方、Si濃度が0.05％未満ではMn濃度が0.
3 ％以上であっても介在物はFeO −SiO₂−MnO 系となり
全酸素濃度は100 ppm を超えてしまう。一方、Mn濃度0.
3 ％未満ではSi脱酸領域となり介在物はSiO₂系となり、
Mn濃度が3.0 ％を超えるとSi濃度が0.60％以下でも酸素
濃度が20ppm 未満となり、分散酸化物の核となるような
MnO −SiO₂系介在物を充分に残留させることができなく
なってしまう。

【００２７】ところで、一般に鋼中Si濃度を増加させる
と、Si脱酸が有力となり、後工程で行うAl添加前の全酸
素濃度低下が大きく、結果としてAl添加前に鋼中に微小
な MnO−SiO₂系介在物の残留量が低下してしまうので、
低Siであることが望ましい。さらに鋼中Si濃度の増加は
低温靱性の劣化を招くことが知られているので、鋼質的
にもSi：0.2 ％以下がさらに望ましい。

【００２８】これらの点を考慮にいれると、本発明の好
適態様では、Si濃度0.05〜0.2 ％、Mn濃度0.8 〜2.0 ％
に制御することである。この濃度域でより安定して介在
物をMnO −SiO₂系にし、かつ全酸素濃度を0.0020％以上
0.0100％以下とすることができる。

【００２９】ところで、介在物を MnO−SiO₂系にする理
由は、この介在物が10μm より大きいものは浮上、除去
されやすく効果的な予備脱酸が可能となるばかりでな
く、残留した介在物は５μm 以下の小径介在物となり、
溶存酸素とともに次の工程での微小なAl−Mn系介在物形
成のための核となるからである。

【００３０】なお、全酸素濃度を0.0020〜0.0100％に制
限するのは、0.0020％未満では分散酸化物を充分に形成
できず、0.0100％を越えると鋼の清浄度が充分でなく、
また後工程のAl制御が困難となるためである。

【００３１】Al脱酸:このようにして、SiおよびMnを制
御して予備脱酸を行い全酸素濃度を制御した後、本発明
にあっては微量Al濃度の制御を金属Alを使用せずに、Al
含有合金、例えばAl含有合金鉄中に含有されるAlを用い
て行う。

【００３２】ここで、Al含有合金鉄とは、Fe−Siのほか
厚板用の成分として利用されるFe−Nb、Fe−V 、Fe−M
o、Fe−B 、Fe−Si−Mn等である。

【００３３】本発明において、金属Alを使用しない理由
は、金属Alは添加時にAl₂O₃ 系介在物を生成し、一旦生
成したAl₂O₃ は容易にMn−Al系酸化物に変化しないこ
と、および微量濃度の調整となり金属Al添加量では困難
なことがあげられる。

【００３４】一方、Al添加物に合金鉄を用いる理由は、
本鋼種が厚板用であるので前述したSi、Nb、V 、Moを添
加する機会があるのみならず、これら合金鉄に含まれる
Al量は重量割合にして高々１〜５％程度でありAl₂O₃ 系
介在物を生成する可能性が低減されること、この結果、
添加されたAlは溶存成分となり緩やかに MnO−SiO₂系介
在物や溶存酸素と反応してAl−Mn系酸化物の分散形成が
可能になること、および鋼種の必要成分量にもよるが、
添加量が多くなり微量のAl成分調整が可能となることが
あげられる。

【００３５】換言すれば、上述のような条件が満たされ
る限り、合金鉄でなくても、例えばNi−Al、Cu−Al、Si
−AlのようなAl含有合金を用いることもできる。

【００３６】ここで、溶存Al量を規定する理由は以下の
ようである。

【００３７】本発明では、一時脱酸過程で MnO−SiO₂系
介在物を核として溶存酸素を消費しながら、Al−Mn系酸
化物を溶鋼内に分散形成しようとするのである。

【００３８】例えば、1527℃から1727℃の製鋼温度域で
Al−Mn系酸化物の酸素ポテンシャルはおおよそ図１の斜
線部分のようになる。また、図にはあわせて溶存酸素濃
度 [％O]＝0.002 ％以上0.01％以下での酸素ポテンシャ
ル領域および [％Al] ＝0.001 ％添加時のAl₂O₃ 酸化物
(活量ａ(Al₂O₃) ＝0.1)の時の酸素ポテンシャルも示し
ている。

【００３９】Al−Mn系酸化物の上限は、 [％Mn] ＝0.3
％、 [％Al] ＝0.0001％の時、また下限は [％Mn] ＝３
％、 [％Al] ＝0.003 ％の時で、この間で示されるAl−
Mn系酸化物生成領域は、おおよそ溶存酸素濃度0.002 ％
以上0.01％以下の酸素ポテンシャル領域と重なる。した
がって [％Mn] ＝0.3 、 [％Al] ＝0.0001％未満では、
酸素濃度が高くなりすぎて脱酸不足となり、 [％Mn] ＝
３％、 [％Al] ＝0.0030％を超えるとAl₂O₃ 系酸化物が
生成する可能性が急速に高まることがわかる。

【００４０】転炉または電気炉を用いる精錬プロセスに
ついて：次に、上記作用に基づいてAl−Mn酸化物が分散
した酸化物分散鋼を製造する転炉または電気炉を用いた
製造プロセスについて述べる。

【００４１】転炉もしくは電気炉にて炭素濃度を0.01〜
0.25％に調整する。この理由は、本発明で対象としてい
る鋼種が厚板材として利用されているために、炭素濃度
に上限があり、0.25％以下である必要があるからであ
る。一方、炭素を0.01％以上に制御することにより溶鋼
およびスラグが過酸化状態にならず、後工程であるSiお
よびMnによる予備脱酸工程およびスラグ改質工程が容易
に行えるからである。

【００４２】予備脱酸：次に、SiおよびMnが出鋼中もし
くは取鍋内にて添加調整される。このときの組成範囲の
理由については前述したが、ここで実際のプロセスで
は、転炉もしくは電気炉からの出鋼時に不可避的に持ち
来されるスラグにより予備脱酸の制御が困難になる。そ
こで、スラグ流出を極力抑制するとともに、望ましくは
スラグ改質によりスラグの低酸素ポテンシャル化を実現
する。

【００４３】スラグ改質:このときのスラグ改質方法お
よびスラグ改質剤については、特に制限されないが、例
えばAl− CaCO₃剤、Al灰、Si系改質剤等を使用すること
ができる。このスラグ改質によって、予備脱酸を容易に
するため、スラグ中 (T.Fe＋％MnO)濃度を重量割合にし
て２％以下にすることが望ましい。

【００４４】さらに、実際のプロセスでは溶鋼量が多く
予備脱酸による酸素濃度の調整に時間を要するので、RH
真空脱ガス装置による環流によって脱酸生成物の浮上を
促進したり、取鍋精錬炉(LF)加熱装置により加熱しなが
ら脱酸生成物の浮上時間を十分に与えたり、もしくはVO
D 炉によりガス攪拌で脱酸生成物の浮上を制御すること
が有効となる。

【００４５】これらいわゆる二次精錬設備は、スラグ改
質を含めて予備脱酸を促進し全酸素濃度を制御すること
に有効であるばかりでなく、脱ガスや熱付与の効果もあ
り、トータルとしてのプロセスの最適化に役立つ。

【００４６】Al添加：前述のようにしてAl含有合金の添
加を行う。これは上述のような取鍋精錬設備を用いる場
合には、全酸素系濃度を調整後に行う。

【００４７】すなわち、全酸素濃度を [％O]：0.002 〜
0.010 ％に調整した後、前述したような作用で合金鉄中
に含有されるAlによりAl濃度を重量割合にして [％Al]
：0.0001〜0.0030％に調整し、Al−Mn系酸化物を鋼中
に分散させる。

【００４８】Ti添加：ここで、Al濃度調整後に、必要に
応じTiを重量割合にして0.05％以下になるように添加す
ると、耐火物あるいは雰囲気からの影響によりAl−Mn系
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。これによりAl−Mn系酸化
物は、微小な介在物としてより分散しやすくなり、Al−
Mn系酸化物の微細分散により効果的となる。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、また脱酸に影響を及ぼさないためには、0.02
％以下であることが良い。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系酸化物
の生成、分散を阻害してしまう。

【００４９】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、本発明では鋼中にAl−
Mn系酸化物を含有する酸化物を分散させることが主たる
目的であり、それが分散して存在する限り、問題ない。

【００５０】このようなTiはスポンジTi (金属Ti) 、フ
ェロチタンの形態で添加するのが好ましい。

【００５１】脱硫：本発明によれば適切なスラグ改
質、予備脱酸およびAl添加を行う過程で本鋼種のような
弱脱酸鋼であってもスラグに生石灰などの脱硫剤をスラ
グ改質剤とともに投入することによりイオウを除去する
ことができる。そこでイオウを重量割合にして0.002 ％
以下にすると、Al−Mn系酸化物はより安定に存在するこ
とができる。その理由は、Mnを多量に含有してもイオウ
を20ppm 以下に抑制した鋼種ではMnS 系介在物が生成し
難いためである。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、した
がって本発明によりイオウを20ppm 以下に制限すること
で付随的に鋼質改善も期待できる。

【００５２】かくして本発明によれば、好ましくは、直
径が0.2 〜20μm の大きさで、金属元素のモル分率とし
て (Al＋Mn) が40％以上であり、かつAl：Mnの比率が1.
0 以上5.0 未満という特徴を備えるAl−Mn系酸化物相を
含む酸化物が分散した酸化物分散鋼が安定して製造され
る。

【００５３】本発明が対象とする鋼種は特に制限されな
いが、一例として例示すれば大約次のような組成を有す
るものである。

【００５４】Ｃ：0.05〜0.10％、Si：0.05〜0.20％、M
n：1.2 〜1.8 ％、Ｐ：≦0.03％、Ｓ：≦0.002 ％、C
u：0.1 〜0.5 ％、Ni：0.1 〜0.4 ％、Nb：0.01〜0.05
％、Ｖ：0.02〜0.06％、Ｂ：０〜0.0020％、Ti：０〜0.
05％、ただし、Cu、Nb、Ｖ、Ｂ、Tiについては少なくと
も１種含有されればよい。

【００５５】

【実施例】次に、本発明を実施例によってさらに具体的
にその作用を説明する。

【００５６】(実施例１)本発明の効果を確認するために
15kg高周波真空精錬炉を用いて本発明の実施例および比
較例を示す試験を行った。

【００５７】炭素濃度：0.05〜0.08％、初期酸素濃度：
0.04〜0.07％の溶鋼を1550℃から1650℃でMgO 緻密質坩
堝中で溶解した。この溶鋼を用いてSi、Mnを金属Siおよ
びMnの形態で添加して予備脱酸を行い、全酸素濃度を確
認した後、AlをFe−Nb (Al純分4.2 ％) 、Fe−Ｖ (Al純
分4.7 ％) 、Fe−Ｂ (Al純分5.7 ％) もしくは金属Ａｌ
の形態で添加して所定のＡｌ濃度にした後、その時の分
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。

【００５８】なお、この溶鋼には、その上記成分以外に
Cu：0.2 〜0.5 ％、Ni：0.2 〜0.8％、Nb：0.02〜0.8
％、Ｖ：0.03〜0.09％、およびＢ：0.0001〜0.0016％が
含まれている。また、イオウ濃度0.0002〜0.004 ％、お
よびTi濃度は0.005 ％〜0.05％であった。

【００５９】このときの実施例および比較例の条件およ
び介在物の形態観察結果の一覧を表１に示す。

【００６０】

【表１】

【００６１】表１には、本実施例の条件と介在物形態の
調査結果を示した。

【００６２】介在物の形態は、直径0.2 μｍ以上20μｍ
以下のAl−Mn酸化物主体の介在物で、溶鋼もしくは鋼塊
内での10個/mm²以上1000個/mm²未満あるものを◎、４個
／ｍｍ^２以上１０個/mm²未満あるものを○とした。△、
×はそれぞれ２個／mm²以上４個／mm²未満、２個／mm
²未満であって、◎、○を合格とした。

【００６３】表１に示した結果のうち、[%Si] および[%
Mn] 量に関する結果を図２にまとめる。図より、[%Si]
および[%Mn] 濃度は、それぞれ、0.05％以上0.60％以
下、および0.3 ％以上3.0 ％以下が目的とする直径0.2
μｍ以上20μｍ以下のAl−Mnの酸化物主体のAl−Mn系酸
化物 (以下、同じ) の鋼塊中への分散に必要であること
がわかる。また、Al−Mn系酸化物の鋼塊中への分散が10
個/mm²以上であるために、さらに望ましくは[%Si] およ
び[%Mn] 濃度が、それぞれ0.05％以上0.2 ％以下、およ
び0.8 ％以上2.0 ％以下であることがわかる。

【００６４】次に、表１に示した結果のうち、T.[%O]お
よび[%Al] 量に関する結果を図３にまとめる。図より、
T.[%O]および[%Al] 濃度は、それぞれ、0.0020％以上0.
010％以下、および0.0001％以上0.003 ％以下がAl−Mn
系酸化物の鋼塊中への分散に必要であることがわかる。
一部の結果は、本発明のT.[%O]および[%Al] の範囲内で
も不良な結果を示しているものがある。これはT.[%O]濃
度は前に述べたSi−Mnによる予備脱酸と大きく係わって
おり、不良な結果を示したものの多くは[%Si]および[%M
n] 量が本発明範囲外のもので、これらは括弧をつけて
示した。また、Al−Mn系酸化物の鋼塊中への分散が10個
/mm²であるためには、さらに望ましくは[%Al] 濃度が、
0.0001％以上0.0010％以下であることがわかる。

【００６５】一方、溶鋼中のAl濃度の制御にAl含有合金
鉄を用いると制御が容易になるばかりでなく、結果とし
て本発明の効果を充分に発揮していることがわかる。ま
たこれは、合金鉄に種類には特に依存しない。

【００６６】その他の比較例としてAl含有合金鉄の代わ
りに金属Alを添加した実験を行った。金属Alを使用した
場合、微量のAl濃度制御が難しくなるばかりでなく、Al
₂O₃系酸化物が分散し、結果としてAl−Mn系酸化物の分
散が困難となった。

【００６７】(実施例２)次に 250ｔ転炉およびRH真空脱
ガス装置あるいはLF (取鍋精錬炉) 加熱装置を用いて本
発明を実施した。

【００６８】予備処理により重量割合にしてＰ≦0.03％
にした溶銑を用いて転炉で脱炭を行った。転炉により炭
素濃度を0.01％以上0.25％以下にした後、転炉スラグ流
出を抑制するとともに、取鍋に出鋼した。

【００６９】次に出鋼時に流出したスラグへAl−CaCO₃
剤、Al灰あるいはSi系改質剤等を添加してスラグ改質を
行うとともに、予備脱酸を主たる目的としてSiおよびMn
をFe−SiおよびFe−Mnの形態で添加して所定の濃度に調
整した。その後、RH真空脱ガス装置により全酸素濃度を
調整する場合には、RH真空脱ガス装置により真空度１〜
５torr程度を維持しながら20分ないし40分の還流処理を
行った。この際、処理途中に試料採取を行い全酸素濃度
を調べるとともに、真空槽内においてFe−Si、Fe−Nb、
Fe−ＶおよびFe−Ｂ等の合金鉄によりAl濃度の調整を行
った。また、Tiを添加する場合には、真空槽内にて合金
鉄とともに添加を行った。

【００７０】一方、LF加熱装置により全酸素濃度を調整
する場合には、処理時間は40分ないし60分であり、処理
開始20分で加熱を一旦やめてガス攪拌を行った。また、
処理開始後20分ないし40分で全酸素濃度を調べるために
試料採取を行うとともに、処理開始後30分ないし50分に
上記合金鉄によりAl濃度の調整を行った。この場合、Ti
を添加するときには、取鍋内に合金鉄とともに添加を行
った。

【００７１】また、一部の溶製例についてはLF加熱装置
で30分間加熱処理を行った後、RH脱ガス処理を行った。
このときのRH脱ガス処理手順は、前述した方法と同様で
ある。

【００７２】精錬終了後、取鍋内で試料を採取し、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。

【００７３】また連続鋳造によりスラブ形状に鋳造後、
鋳片試料中に分散した酸化物についても個数と組成を同
様の手法で調査した。

【００７４】なお、このときの溶鋼組成は、上記成分以
外は、Cu：0.2 〜0.4 ％、Ni：0.2〜0.7 ％、Nb：0.02
〜0.5 ％、Ｖ：0.03〜0.09％、およびＢ：0.0001〜0.00
16％であった。

【００７５】実施例および比較例の条件および介在物の
形態観察結果をまとめて表２に示す。

【００７６】

【表２】

【００７７】表２には、本実施例の条件と介在物形態の
調査結果を示した。介在物の形態の分類は、表１と同様
である。分散酸化物については、溶製末期の溶鋼中およ
び連続鋳造後のスラブ中での状態を調査した。

【００７８】溶製末期試料と連続鋳造スラブ内では、分
散酸化物の組成形態および個数、直径分布に多少の差は
あるものの、本発明に影響を与える本質的な差は認めら
れなかった。

【００７９】また、処理プロセスについては、転炉−RH
真空脱ガス装置、転炉−LF加熱装置あるいは転炉−LF加
熱装置−RH真空脱ガス装置のいずれのプロセスを採用し
ても、本発明が実施可能であることがわかった。

【００８０】表２に示した結果のうち、[%Si] および[%
Mn] 量に関する結果を図４にまとめる。図より、[%Si]
および[%Mn] 濃度は、それぞれ0.05％以上0.6 ％以下、
および0.3 ％以上3.0 ％以下が目的とするAl−Mn系酸化
物の鋼塊中への分散に必要であることがわかる。また、
Al−Mn系酸化物の鋼塊中への分散が10個/mm²以上である
ために、さらに望ましくは[%Si] および[%Mn] 濃度が、
それぞれ0.05％以上0.2 ％以下、および0.8 ％以上2.0
％以下であることがわかる。

【００８１】次に、表２に示した結果のうち、T.[%O]お
よび[%Al] 量に関する結果を図５にまとめる。図より、
T.[%O]および[%Al] 濃度はそれぞれ、0.002 ％以上0.01
％以下、および0.0001％以上0.003 ％以下がAl−Mn系酸
化物の鋼塊中への分散に必要であることがわかる。

【００８２】一部の結果は、T.[%O]および[%Al] が本発
明の範囲内で不良な結果を示しているものがある。これ
はT.[%O]濃度は前に述べたSi−Mnによる予備脱酸と大き
く係わっており、不良な結果を示したものの多くは[%S
i] および[%Mn] 量が本発明範囲外のものであって、こ
れらは括弧をつけて示した。

【００８３】また、Al−Mn系酸化物の鋼塊中への分散が
10個/mm²以上であるためには、さらに望ましくは[%Al]
濃度が、0.0001％以上0.001 ％以下であることがわか
る。

【００８４】一方、その他の比較例として、Al含有合金
鉄の代わりに金属Alを添加した実験を行った。実施例１
でも述べたように金属Alを使用した場合、微量のAl濃度
制御が難しくなるばかりでなく、Al₂O₃ 系酸化物が分散
し、結果としてAl−Mn系酸化物の分散が困難となった。

【００８５】スラグ改質については、比較例の中で示し
ているように未実施のchでは、脱酸の制御が困難である
ことがわかった。

【００８６】Ti添加については、重量分率で0.05％を越
えて添加した場合、Tiによる脱酸の影響が強くなり、本
発明の効果が得られないことがわかった。

【００８７】(実施例３)次に30ｔ電気炉およびVOD 炉の
プロセスを用いて本発明を実施した。

【００８８】電気炉により炭素濃度を0.01％以上0.25％
以下に調整した後、電気炉スラグ流出を抑制するととも
に、出鋼時に流出したスラグへAl−CaCO₃系スラグ改質
剤を添加してスラグ改質を行った。この出鋼時に予備脱
酸を主たる目的としてSiおよびMnをFe−SiおよびFe−Mn
の形態で添加して所定の濃度に調整した。その後、VOD
炉により減圧下でArガス攪拌を行いながら全酸素濃度を
調整した。この場合には、真空度１〜50torr程度を維持
しながら10分ないし40分の処理を行った。

【００８９】この際、処理途中に試料採取を行い全酸素
濃度を調べるとともに、真空槽内においてFe−Si、Fe−
Nb、Fe−ＶおよびFe−Ｂ等の合金鉄を添加することによ
りAl濃度の調整を行った。また、Tiを添加する場合に
は、スポンジTiの形態で合金鉄とともに添加を行った。

【００９０】精錬終了後、取鍋内でボンブサンプルを採
取し、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。また連続
鋳造によりスラブ形状に鋳造後、鋳片試料中に分散した
酸化物についても個数と組成を同様の手法で調査した。

【００９１】なお、このときの溶鋼組成は、上記成分以
外は、Cu：0.2 〜0.4 ％、Ni：0.2〜0.7 ％、Nb：0.02
〜0.5 ％、Ｖ：0.03〜0.09％、およびＢ：0.0001〜0.00
16％であった。

【００９２】

【表３】

【００９３】表３には、本実施例の条件と介在物形態の
調査結果を示した。介在物の形態の分類は、表１および
２と同様である。分散酸化物については、溶製末期の溶
鋼中および連続鋳造後のスラブ中での状態を調査した。

【００９４】溶製末期試料と連続鋳造スラブ内では、分
散酸化物の組成形態および個数、直径分布に多少の差は
あるものの、本発明に影響を与える本質的な差は認めら
れなかった。また、処理プロセスについては、電気炉−
VOD 炉プロセスを採用しても、本発明が実施可能である
ことがわかった。

【００９５】表３に示した結果の内、[%Si] および[%M
n] 量に関する結果を図６にまとめる。

【００９６】図より、[%Si] および [%Mn]濃度は、それ
ぞれ、0.05％以上0.6 ％以下、および0.3 ％以上3.0 ％
以下が目的とするAl−Mn系酸化物の鋼塊中への分散に必
要であることがわかる。

【００９７】また、Al−Mn系酸化物の鋼塊中への分散が
10個/ mm²以上であるために、さらに望ましくは [%Si]
および [%Mn]濃度が、0.05％以上0.2 ％以下、および0.
8 ％以上2.0 ％以下であることがわかる。

【００９８】次に、表３に示した結果の内、T. [%O] お
よび [%Al]量に関する結果を図７にまとめる。

【００９９】図より、 T.[%O] および [%Al]濃度は、そ
れぞれ、0.002 ％以上0.01％以下、および0.0001％以上
0.03％以下が目的とするAl−Mn系酸化物の鋼塊中への分
散に必要であることがわかる。

【０１００】一部の結果は、上記範囲内で不良な結果を
示しているものがある。これはT.[%O]濃度は前に述べた
Si−Mnによる予備脱酸と大きく係わっており、不良な結
果を示したものの多くは[%Si] および[%Mn] 量が本発明
の範囲外のもので、これらは括弧をつけて示した。ま
た、Al−Mn系酸化物の鋼塊中への分散が10個/mm²以上で
あるためには、さらに望ましくは[%Al] 濃度が、0.0001
％以上0.001 ％以下であることがわかる。

【０１０１】一方、その他の比較例として、Al含有合金
鉄の代わりに金属Alを添加した実験を行った。実施例
１、２でも述べたように金属Alを使用した場合、微量の
Al濃度制御が難しくなるばかりでなく、Al₂O₃ 系酸化物
が分散し、結果としてAl−Mn系酸化物の分散が困難とな
った。

【０１０２】スラグ改質については、比較例の中で示し
ているように未実施の場合は、脱酸の制御が困難である
ことがわかった。

【０１０３】(実施例４)次に 250ｔ転炉、LF加熱装置お
よびRH真空脱ガス装置を用いて本発明を実施した。

【０１０４】予備処理により重量割合にしてＰ≦0.03％
にした溶銑を用いて脱炭を行った。転炉により炭素濃度
を0.01％以上0.25％以下にした後、転炉スラグ流出を抑
制するとともに、出鋼時に流出したスラグへAl−CaCO₃
剤を添加してスラグ改質を行った。

【０１０５】次に予備脱酸を主たる目的としてSiおよび
Mnを添加して本発明のより望ましい範囲である0.05％≦
[％Si] ≦0.20％および0.8 ％≦ [％Mn] ≦2.0 ％に調
整した。

【０１０６】次にLF加熱装置で20から30分間の加熱処理
を行った。その後、RH真空脱ガス装置により溶鋼を脱ガ
ス、還流を行い、全酸素濃度を調整した。この場合に
は、RH真空脱ガス装置により真空度１〜５torr程度を維
持しながら20分ないし40分の処理を行った。この処理途
中に、真空槽内においてFe−Si、Fe−Nb、Fe−Ｖおよび
Fe−Ｂ等の合金鉄によりAl濃度の調整を行った。さら
に、真空槽内にて合金鉄とともに、溶鋼中Ti濃度が所定
の濃度になるようにTiを添加した。

【０１０７】精錬終了後、連続鋳造法にてスラブ形状に
鋳造、スラブ中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。

【０１０８】なお、このときの溶製組成は、上記成分以
外は、Cu：0.2 〜0.4 ％、Ni：0.2〜0.7 ％、Nb：0.02
〜0.5 ％、Ｖ：0.03〜0.09％、およびＢ：0.0001〜0.00
16％であった。

【０１０９】この時のスラブ中に分散酸化物の個数に対
して添加したTi濃度の関係を図８に示す。図が示すよう
に、Tiを0.05％以下添加すると介在物個数の増加が観察
され本発明の効果が確認できた。特にTi濃度が0.005 ％
以上0.02％以下の領域では、分散した酸化物個数はほぼ
２倍となり、Ti添加量としてはより望ましいことがわか
る。一方、重量分率で0.05％を越えて添加した場合、Ti
による脱酸の影響が強くなり、Al−Mn系酸化物の分散個
数本発明の効果が得られないことがわかった。

【０１１０】(実施例５)次に 250ｔ転炉、LF加熱装置お
よびRH真空脱ガス装置を用いて本発明を実施した。予備
処理により重量割合にしてＰ≦0.03％にした溶銑を用い
て脱炭を行った。転炉により炭素濃度を0.01％以上0.25
％以下にした後、転炉スラグ流出を抑制するとともに、
出鋼時に流出したスラグへAl−CaCO₃剤を添加してスラ
グ改質を行った。

【０１１１】次に予備脱酸を主たる目的としてSiおよび
Mnを添加して本発明のより望ましい範囲である0.05％≦
[%Si]≦0.20％および0.8 ％≦ [%Mn]≦2.0 ％に調整し
た。次に脱硫を目的として生石灰およびホタル石をそれ
ぞれ900 kgおよび300 kg投入後、LF加熱装置で20から30
分間の加熱処理を行った。その後実施例４と同様、RH脱
ガス装置により溶鋼を脱ガス、還流を行い、全酸素濃度
を調整した。この場合には、RH真空脱ガス装置により真
空度１〜５Torr程度を維持しながら20分ないし40分の処
理を行った。この処理途中に、真空槽内においてFe−S
i、Fe−Nb、Fe−ＶおよびFe−Ｂ等の合金鉄によりAl濃
度の調整を行った。また、真空槽内にて合金鉄ととも
に、溶鋼中Ti濃度が重量分率にて0.005 ％以上0.02％以
下になるようにTiを添加した。

【０１１２】精錬終了後、連続鋳造法にてスラブ形状に
鋳造、スラブ中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。

【０１１３】なお、このときの溶製組成は、上記成分以
外は、Cu：0.2 〜0.4 ％、Ni：0.2〜0.7 ％、Nb：0.02
〜0.5 ％、Ｖ：0.03〜0.09％、およびＢ：0.0001〜0.00
16％であった。

【０１１４】図９にこのときの重量割合での分散酸化物
中平均イオウ濃度と溶鋼中イオウ濃度の関係を示す。分
散介在物中イオウはMnS もしくはMnを含有するオキシサ
ルファイドを形成しているため、図に示したように溶鋼
中イオウ濃度を減少させて分散酸化物中平均イオウ濃度
が少なくしたものほど、Al−Mn系酸化物の割合が多いと
考えられる。

【０１１５】

【発明の効果】以上説明してきたように、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おいて、該鋼種において
Al−Mn酸化物相を含む酸化物が鋼中に微細に分散した高
い溶接熱影響部靱性を有する酸化物分散鋼を安定して溶
製できることが分かる。

【図面の簡単な説明】

【図１】製鋼温度における溶鋼中にAl−Mn系酸化物が生
成される酸素ポテンシャル、溶鋼中酸素濃度で生じる酸
素ポテンシャル、およびAl₂O₃ 系酸化物が生成する酸素
ポテンシャルを比較したグラフである。

【図２】溶鋼中 [%Si]および [%Mn]濃度が、Al−Mn系酸
化物の分散に及ぼす影響を示したグラフである。

【図３】溶鋼中T. [%O] および [%Al]濃度がAl−Mn系酸
化物の分散に及ぼす影響を示したグラフである。

【図４】転炉−RH真空脱ガス装置、転炉−ＬF 加熱装置
および転炉−ＬF 加熱装置−RH真空脱ガス装置の各プ
ロセスにおいて、溶鋼中 [%Si]および [%Mn]濃度が、Al
−Mn系酸化物の分散に及ぼす影響を示したグラフであ
る。

【図５】転炉−RH真空脱ガス装置、転炉−ＬF 加熱装置
および転炉−ＬF 加熱装置−RH真空脱ガス装置の各プ
ロセスにおいて、溶鋼中T. [%O] および [%Al]濃度が、
Al−Mn系酸化物の分散に及ぼす影響を示したグラフであ
る。

【図６】電気炉−VOD 炉のプロセスにおいて、溶鋼中
[%Si]および [%Mn]濃度が、Al−Mn系酸化物の分散に及
ぼす影響を示したグラフである。

【図７】電気炉−VOD 炉のプロセスにおいて、溶鋼中T.
[%O] および [%Al]濃度が、Al−Mn系酸化物の分散に及
ぼす影響を示したグラフである。

【図８】添加 [%Ti]濃度がAl−Mn系酸化物分散個数に及
ぼす影響を示すグラフである。

【図９】溶鋼中イオウ濃度が分散酸化物中イオウ濃度に
及ぼす影響を示すグラフである。

Claims

(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含有する酸化物が分散され
た酸化物分散鋼を溶製する際に、SiおよびMnを添加し
て、重量濃度にて、Si：0.05〜0.60％およびMn：0.3 〜
3.0 ％となるように予備脱酸して全酸素濃度を0.0020〜
0.0100％に調整した後、Al含有合金の添加を行うことに
より、Al濃度を、重量割合にて、0.0001〜0.0030％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含有する酸化物が分散され
た酸化物分散鋼を溶製する際に、転炉もしくは電気炉に
て炭素を、重量濃度にて、0.01〜0.25％に調製した後、
出鋼中もしくは取鍋内で、SiおよびMnを添加して、重量
割合にて、Si：0.05〜0.6 ％およびMn：0.3 〜3.0 ％と
なるように予備脱酸するとともにスラグ改質を行い、取
鍋精錬設備にて全酸素濃度を0.0020〜0.0100％に調整し
た後、Al含有合金の添加を取鍋精錬中もしくは精錬後に
行うことにより、Al濃度を、重量割合にて、0.0001〜0.
0030％に制御することを特徴とするAl−Mn系を特徴とす
る酸化物分散鋼の製造方法。
【請求項３】前記Al含有合金の添加と同時またはその
後に、Tiを、重量割合にて、0.050 ％以下添加すること
をさらに特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】全酸素濃度を0.0020〜0.0100％に調整す
る際に、イオウ濃度を0.002 ％以下に調整することをさ
らに特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の方
法。