JPH1112640A - 酸化物分散鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】Ａｌ−Ｍｎ系酸化物を含む酸化物の分散密度を
高精度で制御する酸化物分散鋼の製造方法の提供。 【解決手段】（１）取鍋内で、Ｓｉ濃度およびＭｎ濃度
を調整するとともに、造滓剤とＳｉを添加しつつ所定量
の酸素を吹き付け加熱し、下記の範囲のＣａＯ-Ｓｉ
Ｏ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ 系のスラグを形成し、かつ下記
の範囲の溶鋼に制御した後、Ｓｉ濃度を０．０５〜
０．２重量％に再調整し、ガスバブリングおよび真空脱
ガス処理を施す酸化物分散鋼の製造法。 ：ＣａＯ/ＳｉＯ₂＝０．８〜４、Ａｌ₂Ｏ₃：３〜４０
重量％、ＭｇＯ：５〜２０重量％ ：溶鋼中のＡ
ｌ：０．０００１〜０．００３重量％、溶鋼中の全酸
素：０．００２〜０．０１重量％ （２）上記（１）の製造方法において真空脱ガス処理中
にＴｉもしくはＺｒまたはこれらを複合して添加する酸
化物分散鋼の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接熱影響部において
高靭性を確保しうる、Ａｌ−Ｍｎ系酸化物を含む酸化物
を高精度で所定の密度で分散させることができる酸化物
分散鋼の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】氷海域に設置される海洋構造物、寒冷地
向ラインパイプ、船舶、ＬＮＧタンク等の大型構造物に
供される鋼材に対する高強度化の要求は、強度レベルを
高めながら現在も継続してなされている。しかし、同時
に氷海域等での使用環境が厳しいことを反映して、溶接
部、とくに溶接熱影響部（以下、「ＨＡＺ」と呼ぶ）に
おける靱性改善要求も高度なものになっている。これ
は、より大きな溶接入熱を用いて高能率溶接した場合に
も、高いＨＡＺ靭性が得られる鋼材への要求が高いこと
をも意味している。この要求に応える方法として、鋼材
中に各種の酸化物粒子を分散させてＨＡＺ靱性を改善す
る方法が知られている。

【０００３】このような改善方法の１つとして、鋼中の
ＳｉおよびＡｌの含有率を限定したうえで、Ｔｉを添加
して凝固過程でＴｉＯやＴｉ₂Ｏ₃といったＴｉ系酸化物
を鋼中に分散させることにより、高いＨＡＺ靱性を確保
する鋼の製造法が提案されている（特公平５−１７３０
０号公報）。このようなＴｉ系酸化物を凝固過程で鋼材
中に微細に分散させる方法としては、第１段階での脱酸
にＳｉ、Ｍｎを用い、第２段階での脱酸にＴｉまたはＺ
ｒ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系またはＺｒ系酸化物を個別にま
たは複合的に析出させる方法が提案されている（特開平
３−２６７３１１号公報、特開平４−２７１３号公
報）。

【０００４】これらの方法は、いずれもＴｉ系酸化物を
凝固過程で微細に分散させる方法であり、主要な酸化物
がＴｉ系酸化物またはＺｒ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。しかしながら、Ｔｉ系酸
化物が主体の酸化物が分散した鋼材では、ＨＡＺの領域
のうち１２００〜１３５０゜Ｃに加熱されたオーステナ
イト粒径がやや大きい程度の亜粗粒域部分では靭性改善
代は小さく、効果は限定されていた。

【０００５】これに対して、Ａｌ−Ｍｎ系酸化物を含む
酸化物を鋼中に分散させることにより、上記の亜粗粒域
を含めたＨＡＺ全体の靱性を改善する方法が開示されて
いる（特開平７−２７８７３６号公報）。このＡｌ−Ｍ
ｎ系酸化物を均一に分散した鋼を製造する方法として、
溶製中にスラグ組成を制御することにより所望の組成の
酸化物を分散させる鋼の製造方法が開示されている（特
開平８−９２６２９号公報）。さらに、取鍋においてＳ
ｉ添加と酸素吹き付けを行うことにより、溶鋼の昇熱と
スラグ制御を同時に行うＡｌ−Ｍｎ系酸化物分散鋼の製
造方法の提案もなされている（特願平８−２６０９６５
号公報）。

【０００６】しかしながら、これらの方法は鋼中に分散
するＡｌ−Ｍｎ系酸化物の分散密度を高い精度で制御す
ることができるものではなかった。とくに、脱水素や大
型介在物の除去のために真空脱ガス処理が長時間に及ぶ
等の変動が生じた場合には、Ａｌ−Ｍｎ系酸化物の分散
密度がばらつくことが多かった。このため、Ａｌ−Ｍｎ
系酸化物が十分な密度で分散した酸化物分散鋼を精度良
く製造する方法の確立が望まれていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Ａｌ
−Ｍｎ系酸化物を含む酸化物の分散密度を高精度で把握
し、かつ制御することができる酸化物分散鋼の製造方法
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、Ａｌ−Ｍ
ｎ系酸化物分散鋼を溶製するに際して、取鍋での溶鋼中
へのＳｉ添加、スラグ組成の制御、ガスバブリングおよ
び真空脱ガス処理を行いＡｌ−Ｍｎ系酸化物の分散密度
を調査した結果、下記の事項を確認することができた。

【０００９】（ａ）取鍋内でのＳｉとＭｎによる脱酸
後、造滓剤およびＳｉを添加しながら酸素吹き付けを行
い、スラグの塩基度、スラグ中のＡｌ₂Ｏ₃等の組成を調
整することにより溶鋼中のＡｌ濃度および全Ｏ濃度を制
御することができる。

【００１０】（ｂ）取鍋において上記の調整をした溶鋼
中にガスバブリングを行うと単位時間、単位溶鋼量あた
りのガス流量に応じて決まった割合で“Ａｌ−Ｍｎ系酸
化物を含む酸化物”（以後、“含(Ａｌ−Ｍｎ系)酸化
物”という）の分散密度が減少する。このとき、ガスバ
ブリングを行う前の酸化物分散密度の初期値は“溶鋼中
のＳｉ濃度”（以後、“［％Ｓｉ］”と記す）によって
決まる。また、ガスバブリングの経過に伴う酸化物密度
の減少度合いは、上記ガス流量以外に、［％Ｓｉ］にも
強く依存する。上記（ａ）の調整を行っておけば、酸化
物密度は、(イ)［％Ｓｉ］および(ロ)ガスバブリングの
ガス流量を制御することにより定量的に予測することが
できる。

【００１１】（ｃ）含(Ａｌ−Ｍｎ系)酸化物密度は、溶
鋼を真空脱ガス処理する間にも酸化物の浮上等により減
少する。このときの含(Ａｌ−Ｍｎ系)酸化物密度の減少
の程度も、その時点の［％Ｓｉ］に依存する。

【００１２】（ｄ）ＴｉまたはＺｒを添加すると含(Ａ
ｌ−Ｍｎ系)酸化物密度の減少の程度はＴｉまたはＺｒ
を添加した時点から大きく変化する。しかし、この場合
もＴｉまたはＺｒ添加後の酸化物の減少程度を定量的に
把握できることに変わりはない。

【００１３】本発明は上記の事項をもとに、実験室規模
での実験および生産現場での試験生産を経て完成された
もので、その要旨は下記の含(Ａｌ−Ｍｎ系)酸化物含有
鋼の製造方法にある。

【００１４】（１）取鍋内で、Ｓｉ濃度およびＭｎ濃度
を調整するとともに、造滓剤およびＳｉを添加しつつ酸
素を吹き付けることにより加熱して下記の範囲のＣａ
Ｏ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ 系の組成のスラグを形
成し、かつ溶鋼の組成を下記の範囲に制御した後、溶
鋼中のＳｉ濃度を０．０５〜０．２重量％に再調整し、
予め定められた条件でガスバブリング処理および真空脱
ガス処理を施すＡｌ−Ｍｎ系酸化物を含む酸化物分散鋼
の製造法（〔発明１〕とする）。

【００１５】：ＣａＯ（重量％）／ＳｉＯ₂（重量
％）＝０．８〜４ Ａｌ₂Ｏ₃：３〜４０重量％ ＭｇＯ：５〜２０重量％ ただし、上記酸化物の重量％はスラグ中での濃度であ
る。

【００１６】 ：溶鋼中のＡｌ：０．０００１〜０．００３重量％ 溶鋼中の全酸素：０．００２〜０．０１重量％ （２）上記〔発明１〕の製造方法において真空脱ガス処
理中にＴｉもしくはＺｒまたはこれらを複合して添加す
る酸化物分散鋼の製造方法（〔発明２〕とする）。

【００１７】上記〔発明１〕および〔発明２〕におい
て、酸化物含有鋼は含(Ａｌ−Ｍｎ系)酸化物を含む酸化
物を含有する鋼をさす。上記したように“含(Ａｌ−Ｍ
ｎ系)酸化物”は、“Ａｌ−Ｍｎ系酸化物を含む酸化
物”である。この酸化物においては、複数の酸化物のう
ちいくつかの個々の酸化物がＡｌ−Ｍｎ系酸化物である
場合および１個の酸化物が複合的に各種の酸化物で形成
され、そのうちの１種類がＡｌ−Ｍｎ系酸化物である場
合の両方をさす。“Ａｌ−Ｍｎ系酸化物”は構成元素が
Ａｌ、ＭｎおよびＯからなる酸化物をさす。また、“含
(Ａｌ−Ｍｎ系)酸化物”は２相以上含まれる酸化物のう
ち少なくとも１つがＡｌ−Ｍｎ系酸化物であり、酸化物
中の金属元素の原子割合で（Ａｌ＋Ｍｎ）が４０％以
上、原子割合で（Ａｌ／Ｍｎ）が１以上５未満の範囲に
あるものをさす。

【００１８】「酸化物の分散密度」は、本説明において
は、溶鋼での分散密度をさす。溶鋼での酸化物の分散密
度は鋼材になったときの酸化物の分散密度に反映され
る。後記するように溶鋼での酸化物分散密度の測定はボ
ンブサンプルを検鏡して行う。したがって、ここでいう
酸化物密度は、溶鋼を金型ボンブにて採取した急冷試料
または鋳造された試料を研磨し、その研磨面を走査型電
子顕微鏡を用いて、倍率１０００〜２０００倍で、５０
視野から１００視野観察したときの酸化物の単位面積あ
たりの平均個数を示したものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】つぎに本発明を上記のように限定
した理由について説明する。以後の説明で合金元素およ
び酸化物についての「％」は、いずれも「重量％」を表
す。

【００２０】１．脱酸処理 鋼中に含(Ａｌ−Ｍｎ系)酸化物を分散させるためには、
製錬炉出鋼時にＳｉおよびＭｎによる脱酸を行って一次
脱酸生成物をＭｎＯ-ＳｉＯ₂系の組成を有するものに制
御する。脱酸後の溶鋼中のＳｉおよびＭｎは、それぞれ
［％Ｓｉ］：０．０５〜０．２％、かつ［％Ｍｎ］：
０．８〜２％の範囲とすることが望ましい。［％Ｓｉ］
が０．０５％未満および０．２％を超える場合には、造
滓剤の添加等の処理を行った場合、溶鋼中の全酸素量お
よびＡｌ濃度を後記する所定の範囲にすることができな
い場合がある。［％Ｍｎ］が０．８％未満のときには、
含(Ａｌ−Ｍｎ系) 酸化物のうちのＡｌ−Ｍｎ系酸化物
がＨＡＺ靭性を改善できるほど生成しない場合がある。
一方、［％Ｍｎ］が２％を超えると後記する造滓剤等の
添加によって所望の組成のスラグを形成しにくい傾向が
ある。

【００２１】２．スラグ組成制御等によるＡｌ−Ｍｎ系
酸化物含有鋼の製造 つぎに取鍋精錬におけるスラグの組成調整および溶鋼の
加熱を両立させるために予め決定した量のＳｉおよび造
滓剤を取鍋内の溶鋼に添加しつつ、予め決定した量の酸
素を溶鋼に吹き込んでＳｉを酸化させる。投入するＳｉ
は、フェロシリコン等の通常使用される合金鉄でよい。
また上吹きする酸素、造滓剤として添加するＣａＯ源、
Ａｌ₂Ｏ₃源、ＳｉＯ₂源 およびＭｇＯ源はそれぞれ生石
灰、ドロマイト等の一般的なものでよく、特に限定され
ない。また、酸素上吹き方法は、取鍋精錬に一般的に用
いらる方法でよく、例えば耐火物製ランスより送酸速度
２０〜１００Ｎｍ³/min程度で吹き付ければよい。

【００２２】この処理によって酸素上吹き後に、ＣａＯ
-ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ系からなるスラグを形成す
る。このときスラグ中の重量濃度で、（％ＣａＯ）／
（％ＳｉＯ₂ ）が０．８〜４、Ａｌ₂Ｏ₃濃度が３〜４０
％、ＭｇＯ濃度が５〜２０％になる必要がある。以後、
スラグ中のＣａＯ等の酸化物の濃度の重量％を（％Ｃａ
Ｏ）と表示する。 （％ＣａＯ）／（％ＳｉＯ₂）が０．
８未満の場合、全酸素濃度が０．０１％を超え、一方、
４を超えると全酸素濃度が０．００２％未満となる。ま
た、Ａｌ₂Ｏ₃濃度が３％未満の場合は、溶鋼中Ａｌ濃度
が０．０００１％未満となり、４０％を超えると溶鋼中
Ａｌ濃度が０．００３％を超えてしまう。また、ＭｇＯ
濃度が５％未満では、上記組成のスラグでは滓化性が低
下し制御性が悪化する。

【００２３】造滓剤添加前の［％Ｓｉ］および［％Ｍ
ｎ］ならびにスラグ組成が上記範囲内にあるとき、溶鋼
中のＡｌ濃度は０．０００１〜０．００３％の範囲に、
また、溶鋼中の全酸素濃度は０．００２〜０．０１％と
なる。

【００２４】溶鋼中のＡｌ濃度が０．０００１％未満の
ときは、ＨＡＺ靭性を改善するのに十分なＡｌ−Ｍｎ系
酸化物の密度を得ることができない。一方、０．００３
％を超えると生成した酸化物が凝集してやはりＨＡＺ靭
性改善に十分なＡｌ−Ｍｎ系酸化物分散密度を得ること
ができない。また、溶鋼中の全酸素濃度が０．００２％
未満の場合には、鋼中の分散酸化物量が不十分であり、
一方、０．０１％を超えると分散酸化物が大型化して鋼
の清浄度が著しく悪化する。

【００２５】このとき投入するＳｉ量および酸素吹き付
け量は、昇熱前温度および後工程での溶鋼の温度確保を
考慮した昇熱後温度から決定される。また、造滓剤添加
量は、Ｓｉ添加および酸素上吹き量によって生じるＳｉ
Ｏ₂ を目標濃度に制御するように決定される。それぞれ
の関係はつぎに説明する(1)〜(6)式で記述され、それぞ
れの添加量を決定することができる。

【００２６】まず、Ｓｉの酸化によって生じる溶鋼の温
度上昇（以後、「Ｓｉ昇熱」という）は、(1)式によっ
て決定される。

【００２７】 Ｔe−Ｔs＝{ＷSi+Ｗsteel・([%Ｓｉ]s-[%Ｓｉ]e)・10} ×ΔＴSi−Σ(Ｗi・ΔＴi)−ΔＴH・ｔ・・・・(1) ここで、(1)式中の記号はつぎのとおりである。Ｔs：昇
熱前の溶鋼温度（℃）、Ｔe：昇熱後の目標溶鋼温度
（℃）、Ｗsteel：溶鋼重量（ steel-t）、ＷSi：Ｓｉ
添加量（ｋｇ／ steel-t）、[％Ｓｉ]ｓ：昇熱前の溶鋼
中Ｓｉ濃度（％）、[%Ｓｉ]e：昇熱後の溶鋼中Ｓｉ目標
重量濃度（％）、ΔＴSi：Ｓｉ１ｋｇ／ steel-tあたり
の溶鋼温度上昇（℃／(ｋｇ/ steel-t)）、Ｗi：造滓剤
ｉの投入重量（ｋｇ/ steel-t）、ｉはＣａＯ等の造滓
剤、ΔＴi：造滓剤ｉ単位重量あたりの溶鋼温度降下
（℃/（kg/T)）、ΔＴH：系外放散熱による溶鋼温度降
下率（℃/min）、ｔ：昇熱時間(min) つぎに、スラグ中のＣａＯの質量バランスは下記(2)式
によって決められる。

【００２８】 [Ｗslag＋{ＷSi+Ｗsteel・([%Ｓｉ]ｓ−[%Ｓｉ]e) ×10}・2.14＋ΣＷi］・(%ＣａＯ)/100 ＝ＷCaO＋Ｗ'CaO＋Ｗ''CaO・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2) ここで、Ｗ'i：昇熱前スラグ中のｉ成分重量（ｋｇ／st
eel-t）、Ｗ''i：昇熱中に生成するｉ成分重量（ｋｇ/
steel-t）、Ｗslag：昇熱前スラグ量（ｋｇ/ steel-
t）、（％ ｉ）：昇熱後スラグ中ｉ成分の目標重量濃
度（％） 同様に、スラグ中のＳｉＯ₂の質量バランスの基本式と
して下記(3)式がある。

【００２９】 [Ｗslag＋{ＷSi+Ｗsteel・([%Ｓｉ]ｓ−[%Ｓｉ]e) ×10}・2.14＋ΣＷi］・(%ＳｉＯ₂)/100 ＝ＷSiO₂＋Ｗ'SiO₂＋Ｗ''SiO₂・・・・・・・・・・・・・・・・・(3) スラグの塩基度は下記(4)式によって決定される。

【００３０】 Ｃ/Ｓ＝(ＷCaO＋Ｗ'CaO＋Ｗ''CaO) ／(ＷSiO₂＋Ｗ'SiO₂＋Ｗ''SiO₂)・・・・・・・・(4) ここで、Ｃ/Ｓは昇熱後取鍋内スラグ目標塩基度（＝(%
ＣａＯ)／(%ＳｉＯ₂)）である。

【００３１】スラグ中のＡｌ₂Ｏ₃の質量バランスは下記
(5)式によって記述される。

【００３２】 [Ｗslag＋{ＷSi+Ｗsteel・([%Ｓｉ]ｓ−[%Ｓｉ］ｅ） ×１０｝・２．１４＋ΣＷi]・(%Ａｌ₂Ｏ₃)/100 ＝ＷAl₂O₃＋Ｗ'Al₂O₃＋Ｗ''Al₂O₃・・・・・・・・・・・・・・(5) つぎの(6)式は上記の反応に必要な酸素量を決定する基
本式である。 Ｑ＝{ＷSi+Ｗsteel・([%Ｓｉ]ｓ−[%Ｓｉ]e) ×10}／28・22.4／β・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(6) ここで、Ｑは送酸量（ｍ³／ steel-t）、βは着酸効率
である。

【００３３】前記したように、ＳｉおよびＭｎによる脱
酸後に、Ｓｉを添加して酸素を上吹きしながら溶鋼を昇
熱するとともに造滓剤を添加すれば、含(Ａｌ−Ｍｎ系)
酸化物が分散した鋼を溶製することができる。しかし、
上記の方法によりできる鋼材は含(Ａｌ−Ｍｎ系)酸化物
分散密度のばらつき等は問題としない酸化物含有鋼であ
る。

【００３４】３．含(Ａｌ−Ｍｎ系)酸化物密度の制御 つぎに含(Ａｌ−Ｍｎ系)酸化物分散密度を制御する方法
について説明する。上記したように、含(Ａｌ−Ｍｎ系)
酸化物の分散密度とは、Ａｌ−Ｍｎ系酸化物相を含む酸
化物系介在物の分散密度をさすが、以後の説明では、と
くにことわらないかぎり“酸化物”は含(Ａｌ−Ｍｎ系)
酸化物をさすこととする。

【００３５】３．１．取鍋内での制御 上述した脱酸方法、Ｓｉ昇熱、スラグ組成制御方法を採
用したとき、Ｓｉ昇熱直後の直径０．４〜２０μｍの酸
化物の分散密度は、Ｓｉ昇熱後の溶鋼中のＳｉ濃度、す
なわち［％Ｓｉ］で決まることがわかった。すなわちＳ
ｉ昇熱のための酸素上吹きによって生じる溶鋼中の含
(Ａｌ−Ｍｎ系)酸化物の分散密度は、［％Ｓｉ］値と関
係づけることができる。これは、酸化物の生成機構は、
脱酸における一次脱酸生成物の生成機構と類似している
ためである。

【００３６】Ｓｉ昇熱直後の初期酸化物密度Ｎoと溶鋼
中［％Ｓｉ］値とは、下記(7)式によって定量的に関連
づけられる。

【００３７】 Ｎo＝α／［％Ｓｉ］・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(7) ここで、［％Ｓｉ］が０．０５％〜０．２％、［％Ｍ
ｎ］が０．８％〜２％、スラグ中(％ＣａＯ)／(％Ｓｉ
Ｏ₂)が０．８〜４の範囲では、経験的に決まる初期値係
数αとして、２００を採用することができる。

【００３８】生成した酸化物は、取鍋でのガスバブリン
グ等の溶鋼攪拌によって一次脱酸生成物と同様に凝集し
浮上して個数が減少する。そこで、初期酸化物密度Ｎo
（１／ｍｍ²）と時間ｔ秒後の酸化物密度Ｎ（１／ｍ
ｍ²）とは下記(8)式によって関係づけられる。

【００３９】 Ｎ／Ｎo＝ｅｘｐ（ｋ・ｔ）・・・・・・・・・・・・・・・・・(8) ここで、酸化物減少率ｋ（１／ｓ）は、当然、バブリン
グの攪拌程度によって変動する。バブリングは取鍋内の
溶鋼へポーラスプラグやノズルを介して導入されるＡｒ
等の攪拌ガスによって行うことができる。攪拌の程度を
攪拌エネルギー密度ε（Ｗ／ｍ³ ）で表し、かつ１回の
溶製時（２２０〜３００ｔ程度）の溶鋼に対するガス流
量をＱ（Ｎｍ³／ｓ）で表せば、次の(9)および(10)式の
関係が成り立つ。

【００４０】 ｋ ∞ ε・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(9) ε ∞ Ｑ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(10) したがってｋとＱの間の関係は(11)式によって表すこと
ができる。

【００４１】 ｋ ＝ γ・Ｑ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(11) ここで、減少率係数γは酸化物密度の初期値および酸化
物の凝集と浮上に係わるので[％Ｓｉ]には依存するが、
１回に処理する溶鋼量が２２０〜３００トン、１回のバ
ブリングにおけるガス流量が０．０１〜０．１（Ｎｍ³/
ｓ）の範囲にあるとき、[％Ｓｉ]値が一定範囲内にあれ
ばほぼ一定である。

【００４２】表１は、上記の１回の溶鋼処理量および攪
拌ガス流量の条件下での[％Ｓｉ]値に応じた減少率係数
γの値を示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】すなわち(7)式、(8)式および(11)式、初期
値係数α、減少率係数γおよび減少率ｋ、溶鋼中[％Ｓ
ｉ]値を用いれば、それにしたがってガス流量および処
理時間を調整することにより、酸化物分散密度を制御す
ることが可能となる。

【００４５】図１は、Ｓｉ昇熱後の取鍋中溶鋼２２０〜
３００ｔに対してＡｒガス流量Ｑ＝０．１Ｎｍ³／ｓで
攪拌したときの、処理時間と酸化物分散密度比Ｎ／Ｎo
の関係を示す図である。ここで、Ｎは酸化物分散密度、
Ｎo は酸化物分散密度の初期値である。図１において、
［％Ｓｉ］値が０．０５、０．１０、０．１５および
０．２０％の４水準に対して酸化物分散密度比の推移を
示す曲線が示されている。これは表１の減少率係数γの
値に基づいて上記の式により計算した値である。

【００４６】図２は同じ条件での処理時間ｔと酸化物分
散密度（ｍｍ^-2）の関係を示す図である。これらの図１
または図２より、Ｓｉ昇熱後の［％Ｓｉ］値に応じて処
理時間ｔを決めれば、目標とする酸化物分散密度となる
溶鋼が得られることがわかる。

【００４７】３．２．真空脱ガス処理における制御 次に真空脱ガス処理時間と酸化物分散密度との関係につ
いて述べる。真空脱ガス処理は、ＲＨプロセスやＶＯＤ
プロセスなどに代表される一般的な溶鋼処理方法であれ
ばよい。真空脱ガス処理は、本発明方法が適用される対
象鋼の１つである厚鋼板用溶鋼の場合には主に脱水素の
ために行われるが、上記の真空脱ガス処理方法はいずれ
も、溶鋼の激しい攪拌を伴うので、脱ガスとともに酸化
物を減少させる方法としても知られている。本発明方法
では、溶鋼中の酸化物はむしろ所定量残留させることが
必要となるので、真空脱ガス処理時間と酸化物分散密度
との関係を定量的に把握することは、本発明方法にとっ
て基本的に重要な事項である。

【００４８】本発明では、真空脱ガス処理前の事前の処
理により溶鋼組成、とくに［％Ｓｉ］、スラグ組成等が
前述のごとく決められ、かつ取鍋でのバブリングによ
り、所定の酸化物分散密度に制御されている。このよう
な事前の処理がなされた溶鋼に対しての真空度１０ｔｏ
ｒｒ以下の処理では、酸化物分散密度比と真空脱ガス処
理時間との間には(8)式と同じ形式である(12)式の関係
が成立する。

【００４９】 Ｎ／Ｎo ＝ｅｘｐ（ｍ・ｔ）・・・・・・・・・・・・・・・・(12) ここで真空脱ガス処理中の減少率ｍは、真空度１０ｔｏ
ｒｒ以下では溶鋼中の[％Ｓｉ]値に応じて決めることが
できる。

【００５０】表２は真空脱ガス処理中の酸化物の減少率
を各[％Ｓｉ]値に応じて示す。

【００５１】

【表２】

【００５２】上記より溶鋼中[％Ｓｉ]と所望の酸化物分
散密度を決めれば、表２、(12)式等にしたがって真空脱
ガス処理時間を設定することができる。

【００５３】図３は[％Ｓｉ]が０．０５％の場合の真空
脱ガス処理時間と酸化物分散密度比Ｎ/Ｎoの関係を示す
図である。ここで減少率ｍは、ガスバブリングのための
Ａｒガス流量に依存するので、Ｑ（Ｎｍ³/ｓ）＝０．０
１、０．０２、０．０５および０．１０％の４水準につ
いてＮ／Ｎoを図示した。これらのＮ／Ｎo曲線から、目
標酸化物分散密度に見合うＡｒガス流量Ｑと処理時間ｔ
を決めることができる。

【００５４】図４は、真空脱ガス処理の処理時間と酸化
物分散密度比Ｎ/Ｎoの関係を示す図である。真空脱ガス
処理中においても取鍋中と同様に酸化物の初期分散密度
および酸化物の浮上は[％Ｓｉ]の影響を強く受けるの
で、[％Ｓｉ]＝０．０５、０．１０、０．１５および
０．２０％の４水準についてＮ/Ｎo曲線を図示した。こ
れらのＮ/Ｎo曲線に基づいて、目標酸化物密度に見合う
真空脱ガス処理時間ｔを決めることができる。

【００５５】３．３．ＴｉまたはＺｒ添加の影響（〔発
明２〕の場合） 次に真空脱ガス処理におけるＴｉもしくはＺｒ添加、ま
たはＴｉとＺｒの複合添加の効果について述べる。Ｓｉ
とＭｎによる脱酸およびＳｉ昇熱のための酸素上吹きに
よって生成した酸化物の分散密度を制御するために、Ｔ
ｉ添加もしくはＺｒ添加またはＴｉとＺｒの複合添加を
する。この真空脱ガス処理時に所定量のＴｉまたはＺｒ
を添加して、溶鋼中［％Ｔｉ］値で０．００５〜０．０
２％、溶鋼中［％Ｚｒ］値で０．００２〜０．０１％に
なるように調整を行うことが望ましい。［％Ｔｉ］また
は［％Ｚｒ］が上記の範囲未満では効果が十分現れず酸
化物密度にばらつきが生じやすく、一方、上記の範囲を
超えるとＴｉ、Ｚｒともに機械的性質、とくに靭性の劣
化が著しくなる。ＴｉまたはＺｒは、Ａｌ−Ｍｎ系酸化
物中に少量のＴｉ系酸化物またはＺｒ系酸化物として含
まれ、Ａｌ−Ｍｎ系酸化物相を安定化させる効果を発揮
する。以後の説明においてＴｉ系酸化物またはＺｒ系酸
化物が含まれたＡｌ−Ｍｎ系酸化物も“含(Ａｌ−Ｍｎ
系)酸化物”といい、他の酸化物も含めた酸化物をいう
ときと同様に取り扱うこととする。

【００５６】ＴｉまたはＺｒ添加の酸化物減少速度に及
ぼす影響について調査したところ、ＴｉまたはＺｒは、
酸化物の減少速度を顕著に低下させることが分かった。
その低下の割合は、上記濃度の範囲でＴｉの場合は減少
率ｍを０．５ｍに、また、Ｚｒの場合は０．２ｍにする
程である。

【００５７】図５は、真空脱ガス処理開始１２０秒後、
３００秒後および６００秒後に［％Ｔｉ］が０．０１％
になるようＴｉ添加したときの酸化物分散密度比Ｎ/Ｎo
の変化を、無添加の時と比較して示す図である。図示し
たように、Ｔｉ添加により酸化物減少速度が変化し、そ
れが定量的に把握されているので、所望の酸化物分散密
度になるようＴｉ添加時期および真空脱ガス処理時間を
決めることができる。図６は、真空脱ガス処理開始１２
０秒後、３００秒後および６００秒後に［％Ｚｒ］が
０．００５％になるようＺｒ添加したときの酸化物分散
密度比Ｎ/Ｎ_oの変化を、無添加の時と比較して示す図で
ある。図示したように、Ｚｒ添加により酸化物分散密度
の減少速度が変化するので、所望の酸化物分散密度にな
るようＺｒ添加時期および真空脱ガス処理時間を決める
ことができる。

【００５８】４．厚鋼板への適用 つぎに本発明方法を溶接性厚鋼板の製造方法に適用する
例について具体的に説明する。溶鋼の製造においては、
たとえば、転炉や電気炉といった製錬炉で、炭素濃度を
０．０１〜０．２５％に調整することが望ましい。これ
は、炭素濃度が０．０１％未満では、溶鋼が過酸化状態
であることから後工程のＳｉ、Ｍｎによる予備脱酸およ
びスラグ組成制御が困難になるからである。一方、炭素
濃度が０．２５％を超えると溶接割れを発生しやすくな
る。また酸素濃度は全酸素濃度で０．０４〜０．０７％
であることが望ましい。その理由は全酸素濃度が０．０
４％未満ではＳｉとＭｎによる予備脱酸によってＭｎＯ
-ＳｉＯ₂系酸化物が十分に生成しにくいからであり、一
方、０．０７％を超えると溶鋼、スラグがともに過酸化
状態になるからである。

【００５９】製錬炉から取鍋に出鋼中に、または取鍋に
出鋼した後に、取鍋内にＳｉ、Ｍｎを添加して脱酸を行
う。このＳｉとＭｎによる脱酸と同時にまたはその後引
き続いて、スラグの組成を制御するための造滓剤および
Ｓｉを添加して、酸素を吹き付けてＳｉ昇熱を行いなが
らスラグ組成を制御する。この後、底吹きまたはランス
によりバブリングを上記した方法で実施すれば、酸化物
分散密度を制御できる。このとき使用するガスは特に制
限されないが、通常製鋼で用いられるＡｒガスが好適で
ある。

【００６０】次に真空脱ガス処理については、スラグ攪
拌の少ないＲＨ真空脱ガス法が真空処理法として好適で
あり、目標の酸化物分散密度に制御しやい。またＴｉや
Ｚｒを添加する際にも、上記の真空処理法を利用するこ
とができる。

【００６１】本発明方法の対象鋼の１つである厚鋼板の
場合、酸化物に関連しない他の合金元素として、Ｃｕ：
０．２〜０．５％、Ｎｉ：０．２〜０．８％、Ｎｂ：
０．０２〜０．８％、Ｖ：０．０３〜０．０９％、Ｓ：
０．０００４〜０．００４０％、Ｐ：０．００６〜０．
０１８％およびＢ：０．０００１〜０．００１６％の１
種または２種以上を含む鋼が例示される。

【００６２】

【実施例】つぎに２５０ｔ転炉、取鍋精錬設備、および
ＲＨ真空脱ガス処理装置を用いて本発明方法の効果を確
認した試験結果について説明する。

【００６３】まず、転炉にて炭素濃度０．０５〜０．１
０％、初期酸素濃度０．０４〜０．０７％の溶鋼２５０
ｔを溶製した。次に、温度１６５０〜１７００℃の溶鋼
を取鍋に出鋼し、その際にＳｉとＭｎによる脱酸のため
にフェロシリコン（Ｆｅ−Ｓｉ）およびフェロマンガン
（Ｆｅ−Ｍｎ）を添加した。さらに同時に造滓剤とし
て、所定量の生石灰、炭酸カルシウム、Ａｌ₂Ｏ₃含有造
滓剤、けい砂、ホタル石等を添加した。さらに所定量の
Ｓｉ添加しながら、酸素上吹きを実施して昇温とスラグ
組成の調整を行った。その後、［％Ｓｉ］をほぼ０．１
％に調整し、Ａｒガスによる取鍋内溶鋼攪拌を行った。
その後さらにＲＨ真空脱ガス処理装置によって、溶鋼処
理を行った。また一部の試験では、ＲＨ真空脱ガス中に
所定のタイミングでＴｉ添加またはＺｒ添加を行った。
ＴｉまたはＺｒの添加量は、それぞれ［％Ｔｉ］＝０．
００５〜０．０２％、または［％Ｚｒ］＝０．００２〜
０．０１％になるよう添加量を調整した。比較のため
に、取鍋内でのＡｒバブリング時間およびＲＨ真空脱ガ
ス処理時間を特に限定しない試験を行った。各試験にお
いては各試験毎に繰り返し数ｎの試験を繰り返した。上
記の比較試験においては、Ａｒバブリング時間、ＲＨ真
空脱ガス処理時間、Ｔｉ等の添加時期はとくに限定しな
いために、同一試験番号内の繰り返しの相互間で同じ条
件ではない。これは酸化物分散密度を制御することがで
きなかった従来の方法をそのまま反映するものである。
各試験番号についてＲＨ脱ガス処理の終了直後に鋼製ボ
ンブサンプルを溶鋼から採取し、試料の断面を鏡面研磨
した後、分散した酸化物個数を測定するために、走査型
電子顕微鏡で倍率２０００倍の１００視野中で直径０．
２〜２０μｍの酸化物の個数を測定した。

【００６４】表３は取鍋攪拌、真空脱ガス処理、Ｔｉ、
Ｚｒ添加等の条件およびその条件下での試験結果、すな
わち酸化物分散密度を示す。

【００６５】

【表３】

【００６６】本発明の実施例である試験番号１は、取鍋
攪拌のためのＡｒガス流量Ｑ＝０．１０Ｎｍ³/ｓ、取鍋
攪拌時間を６００秒、さらにＲＨ脱ガス処理時間を９０
０秒実施したときのＲＨ脱ガス処理後のｎ数が８の結果
である。比較例である試験番号２は、とくに取鍋攪拌時
間、攪拌ガス量およびＲＨ脱ガス処理時間を限定しなか
ったときのｎ数が１１の結果である。試験番号１では、
酸化物分散密度が計算で得られた目標に近く、ばらつき
が少ない結果が得られた。一方、試験番号２では、［％
Ｓｉ］は調整したものの酸化物分散密度はばらつきが大
きく、かつ過剰の攪拌処理および脱ガス処理により酸化
物分散密度そのものが小さい結果となった。これは上記
したように繰り返し数ｎの相互間でＡｒバブリング時間
およびＲＨ真空処理時間が相違したためであって、従来
の方法を反映した結果となった。

【００６７】本発明の実施例である試験番号３は、取鍋
攪拌のためのＡｒガス流量Ｑ＝０．１０Ｎｍ³/ｓ、取鍋
攪拌時間を６００秒、さらにＲＨ脱ガス処理時間を全６
００秒実施し、ＲＨ脱ガス処理開始して３００秒後にＴ
ｉを［％Ｔｉ］＝０．０１％になるように添加したとき
のｎ数が５の結果である。比較例である試験番号４は、
とくに取鍋攪拌時間、攪拌ガス量、ＲＨ脱ガス処理時間
およびＴｉ添加タイミングはとくに決めなかったときの
ｎ数が６の結果である。試験番号３では、酸化物分散密
度が計算で得られた目標値に近く、ばらつきが少ない結
果が得られた。一方、比較例である試験番号４では、酸
化物分散密度はばらつきが大きく、かつ過剰の攪拌処理
および脱ガス処理により小さい結果となった。この結果
も各処理時間、添加時期を把握せずに繰り返し相互間で
これら条件が相違したためである。

【００６８】試験番号５は、本発明方法にしたがって、
取鍋攪拌のためのＡｒガス流量Ｑ＝０．１０Ｎｍ³/ｓ、
取鍋攪拌時間を６００秒、さらにＲＨ脱ガス処理時間を
全６００秒実施し、ＲＨ脱ガス処理開始３００秒後にＺ
ｒを［％Ｚｒ］＝０．００５％になるよう添加したとき
のｎ数が３の結果である。試験番号６は、とくに取鍋攪
拌時間、攪拌ガス量、ＲＨ脱ガス処理時間およびＺｒ添
加タイミングは限定しなかったときのｎ数が４の結果で
ある。本発明例である試験番号５では、酸化物分散密度
が計算で得られた目標に近い結果が得られた。一方、比
較例である試験番号６では、酸化物分散密度はばらつき
が大きく、かつ過剰の攪拌処理および脱ガス処理により
小さな結果となった。

【００６９】

【発明の効果】本発明方法により、これまで酸化物分散
密度を高精度で制御することができなかったＡｌ−Ｍｎ
系酸化物含有鋼を再現性良く安定に製造することが可能
となった。この結果、高能率溶接を行っても高いＨＡＺ
靱性を確保できる鋼材を安価大量に供給できることとな
り、鉄鋼メーカーのみならず鋼材利用関連業界に有益な
効果を及ぼす。

【図面の簡単な説明】

【図１】取鍋内での酸化物分散密度比Ｎ/Ｎoに及ぼす溶
鋼中［％Ｓｉ］およびＡｒガス攪拌処理時間の影響を示
す図である。

【図２】取鍋内での酸化物分散密度Ｎに及ぼす［％Ｓ
ｉ］およびＡｒガス攪拌処理時間の影響を示す図であ
る。

【図３】取鍋内での酸化物分散密度比Ｎ/Ｎoに及ぼすＡ
ｒガス流量およびＡｒガス攪拌処理時間の影響を示す図
である。

【図４】ＲＨ真空脱ガス処理装置内での酸化物分散密度
比Ｎ/Ｎoに及ぼす［％Ｓｉ］およびＲＨ真空脱ガス処理
時間の影響を示す図である。

【図５】ＲＨ真空脱ガス処理装置内での酸化物分散密度
比Ｎ/Ｎoに及ぼすＴｉ添加の影響を示す図である。

【図６】ＲＨ真空脱ガス処理装置内での酸化物分散密度
比Ｎ/Ｎoに及ぼすＺｒ添加の影響を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】取鍋内で、Ｓｉ濃度およびＭｎ濃度を調整
   するとともに、造滓剤およびＳｉを添加しつつ酸素を吹
   き付けることにより加熱して下記の範囲のＣａＯ−Ｓ
   ｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ 系の組成のスラグを形成し、
   かつ溶鋼の組成を下記の範囲に制御した後、溶鋼中の
   Ｓｉ濃度を０．０５〜０．２重量％に再調整し、予め定
   められた条件でガスバブリング処理および真空脱ガス処
   理を施すことを特徴とするＡｌ−Ｍｎ系酸化物を含む酸
   化物分散鋼の製造法。 ：ＣａＯ（重量％）／ＳｉＯ₂（重量％）＝０．８〜
   ４ Ａｌ₂Ｏ₃：３〜４０重量％ ＭｇＯ：５〜２０重量％ ただし、上記酸化物の重量％はスラグ中での濃度であ
   る。 ：溶鋼中のＡｌ：０．０００１〜０．００３重量％ 溶鋼中の全酸素：０．００２〜０．０１重量％
2. 【請求項２】上記請求項１の製造方法において真空脱ガ
   ス処理中にＴｉもしくはＺｒまたはこれらを複合して添
   加することを特徴とする酸化物分散鋼の製造方法。