JP2000212631A - 高窒素鋼の製造方法 - Google Patents
高窒素鋼の製造方法Info
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- JP2000212631A JP2000212631A JP11014369A JP1436999A JP2000212631A JP 2000212631 A JP2000212631 A JP 2000212631A JP 11014369 A JP11014369 A JP 11014369A JP 1436999 A JP1436999 A JP 1436999A JP 2000212631 A JP2000212631 A JP 2000212631A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 多量の窒素を含有する高窒素鋼を、ブロー欠
陥を生じるおそれなく製造することができる方法を提供
すること。 【解決手段】 雰囲気を制御することができ、かつ加圧
操業が可能な精錬装置を使用して、雰囲気中の窒素含有
量を大気中のそれより高くするか、操業圧力を大気圧よ
り高くするか、またはその両方により雰囲気の窒素分圧
を高くして溶鋼の精錬を行ない、鋼の凝固時に鋼中に溶
存し得る濃度以下の窒素を溶鋼に添加し、雰囲気の窒素
分圧を高く保ったまま鋳造を行なって鋼塊を得る。窒化
合金の投入による窒素の添加を併用してもよい。
陥を生じるおそれなく製造することができる方法を提供
すること。 【解決手段】 雰囲気を制御することができ、かつ加圧
操業が可能な精錬装置を使用して、雰囲気中の窒素含有
量を大気中のそれより高くするか、操業圧力を大気圧よ
り高くするか、またはその両方により雰囲気の窒素分圧
を高くして溶鋼の精錬を行ない、鋼の凝固時に鋼中に溶
存し得る濃度以下の窒素を溶鋼に添加し、雰囲気の窒素
分圧を高く保ったまま鋳造を行なって鋼塊を得る。窒化
合金の投入による窒素の添加を併用してもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高窒素鋼の製造方
法に関し、窒化合金を使用することなく、または窒化合
金の助けを借りて、高い窒素含有量でブロー欠陥のない
鋼材の製造を可能にする。
法に関し、窒化合金を使用することなく、または窒化合
金の助けを借りて、高い窒素含有量でブロー欠陥のない
鋼材の製造を可能にする。
【０００２】
【従来の技術】たとえばオーステナイト系やマルテンサ
イト系のステンレス鋼の窒素含有量を高めて、鋼の耐食
性を向上させることが試みられている。ブロー欠陥を生
じることなく鋼の窒素含有量を増加することができれ
ば、この分野の技術の進歩が期待できる。
イト系のステンレス鋼の窒素含有量を高めて、鋼の耐食
性を向上させることが試みられている。ブロー欠陥を生
じることなく鋼の窒素含有量を増加することができれ
ば、この分野の技術の進歩が期待できる。
【０００３】一般に、窒素を含有する雰囲気と合金鋼の
溶湯との間にみられる平衡窒素濃度は、合金の化学組成
との関係で、「学振の式」と呼ばれる下記の式 log[Ｎ]eq＝−518／Ｔ−1.063＋0.046［Ｃｒ］−0.0002
8［Ｃｒ］2＋0.02［Ｍｎ］−0.007［Ｎｉ］−0.048［Ｓ
ｉ］＋0.12［Ｏ］−0.13［Ｃ］＋0.011［Ｍｏ］−0.059
［Ｐ］−0.007［Ｓ］ ここで、log[Ｎ]eq：１気圧における平衡窒素濃度（重
量％） ［ ］： 溶鋼中の各元素の溶解量（重量％） Ｔ： 溶鋼の温度（Ｋ） によって求めることができるとされている。
溶湯との間にみられる平衡窒素濃度は、合金の化学組成
との関係で、「学振の式」と呼ばれる下記の式 log[Ｎ]eq＝−518／Ｔ−1.063＋0.046［Ｃｒ］−0.0002
8［Ｃｒ］2＋0.02［Ｍｎ］−0.007［Ｎｉ］−0.048［Ｓ
ｉ］＋0.12［Ｏ］−0.13［Ｃ］＋0.011［Ｍｏ］−0.059
［Ｐ］−0.007［Ｓ］ ここで、log[Ｎ]eq：１気圧における平衡窒素濃度（重
量％） ［ ］： 溶鋼中の各元素の溶解量（重量％） Ｔ： 溶鋼の温度（Ｋ） によって求めることができるとされている。
【０００４】通常の大気圧溶解では、上式により決定さ
れる平衡濃度を超える濃度の窒素を含有させることはで
きない。平衡濃度まで窒素が溶解したとしても、凝固時
に溶解度が減少し、飽和溶解量との差に当たる量の窒素
が放出されて、ブロー欠陥を生じる。実際の操業におい
ては、雰囲気からの窒素の溶解は遅く、平衡に達するま
でに長時間を要するから、溶鋼に、フェロクロム窒素の
ような窒化合金を投入して窒素を添加している。上述の
ブロー欠陥発生の問題は、その場合も同様に生じる。
れる平衡濃度を超える濃度の窒素を含有させることはで
きない。平衡濃度まで窒素が溶解したとしても、凝固時
に溶解度が減少し、飽和溶解量との差に当たる量の窒素
が放出されて、ブロー欠陥を生じる。実際の操業におい
ては、雰囲気からの窒素の溶解は遅く、平衡に達するま
でに長時間を要するから、溶鋼に、フェロクロム窒素の
ような窒化合金を投入して窒素を添加している。上述の
ブロー欠陥発生の問題は、その場合も同様に生じる。
【０００５】一方、大気圧下の窒素溶解量と圧力Ｐの下
における窒素溶解量との間の関係については、古くから
「Sievertsの法則」と呼ばれる下記の式が知られてい
て、 ［Ｎ］Patm＝ＫＰ1/2＝［Ｎ］1atm × Ｐ1/2 ここで、［Ｎ］Patm：雰囲気窒素分圧Ｐ気圧での窒素溶
解度（重量％） Ｐ： 雰囲気の窒素分圧（気圧） Ｋ： 係数 たとえば雰囲気の窒素分圧を４倍にすれば、２倍量の窒
素が溶解する。
における窒素溶解量との間の関係については、古くから
「Sievertsの法則」と呼ばれる下記の式が知られてい
て、 ［Ｎ］Patm＝ＫＰ1/2＝［Ｎ］1atm × Ｐ1/2 ここで、［Ｎ］Patm：雰囲気窒素分圧Ｐ気圧での窒素溶
解度（重量％） Ｐ： 雰囲気の窒素分圧（気圧） Ｋ： 係数 たとえば雰囲気の窒素分圧を４倍にすれば、２倍量の窒
素が溶解する。
【０００６】発明者らは、雰囲気の窒素分圧を増大させ
ることにより、液相すなわち溶鋼中に溶解する平衡窒素
濃度が増加するだけでなく、凝固時に固相すなわち鋼塊
中に残存する窒素量もまた増大することを見出した。
ることにより、液相すなわち溶鋼中に溶解する平衡窒素
濃度が増加するだけでなく、凝固時に固相すなわち鋼塊
中に残存する窒素量もまた増大することを見出した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、発明
者らの得た上記の新しい知見を活用し、多量の窒素を含
有する高窒素鋼を、ブロー欠陥を生じるおそれなく製造
することなできる方法を提供することにある。
者らの得た上記の新しい知見を活用し、多量の窒素を含
有する高窒素鋼を、ブロー欠陥を生じるおそれなく製造
することなできる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】本発明の高窒素鋼の製造
方法は、雰囲気を制御することができ、かつ加圧操業が
可能な精錬装置を使用して、雰囲気中の窒素含有量を大
気中のそれより高くするか、操業圧力を大気圧より高く
するか、またはその両方により雰囲気の窒素分圧を高く
して溶鋼の精錬を行なって、鋼の凝固時に鋼中に溶存し
得る濃度を超えない濃度の窒素を溶鋼に添加し、雰囲気
の窒素分圧を高く保ったまま鋳造を行なって鋼塊を得る
ことを特徴とする。
方法は、雰囲気を制御することができ、かつ加圧操業が
可能な精錬装置を使用して、雰囲気中の窒素含有量を大
気中のそれより高くするか、操業圧力を大気圧より高く
するか、またはその両方により雰囲気の窒素分圧を高く
して溶鋼の精錬を行なって、鋼の凝固時に鋼中に溶存し
得る濃度を超えない濃度の窒素を溶鋼に添加し、雰囲気
の窒素分圧を高く保ったまま鋳造を行なって鋼塊を得る
ことを特徴とする。
【０００９】鋼中の窒素の溶解量は、液相においては、
前記の学振の式が示すように、温度の上昇に伴って増大
し、低下に伴って減少する。一方、固相においては、温
度が低い方が窒素の溶解度は高いから溶鋼の精錬を終え
て鋳造を行なうという、もっぱら温度が低下する方向の
変化の過程においては、窒素の溶解度は、液相から固相
へ移り変わる温度において最小値をとる。つまり、窒素
の溶解度は、温度に関してＶ字状の曲線をたどる。
前記の学振の式が示すように、温度の上昇に伴って増大
し、低下に伴って減少する。一方、固相においては、温
度が低い方が窒素の溶解度は高いから溶鋼の精錬を終え
て鋳造を行なうという、もっぱら温度が低下する方向の
変化の過程においては、窒素の溶解度は、液相から固相
へ移り変わる温度において最小値をとる。つまり、窒素
の溶解度は、温度に関してＶ字状の曲線をたどる。
【００１０】本発明に従い、窒素の溶解度のレベルを、
精錬から鋳造にわたり一貫して高めた条件を実現するこ
とにより、上記の窒素溶解度の最小値であるＶ字の底が
高い点に引き上げられる。溶鋼中の窒素濃度は、凝固が
始まる温度における溶解度を超えない濃度であるから、
溶鋼の冷却過程で、Ｖ字状曲線にぶつかることなく、固
相に移行することができる。このようにして、ブローの
発生を避けたまま、鋼塊を得ることができる。
精錬から鋳造にわたり一貫して高めた条件を実現するこ
とにより、上記の窒素溶解度の最小値であるＶ字の底が
高い点に引き上げられる。溶鋼中の窒素濃度は、凝固が
始まる温度における溶解度を超えない濃度であるから、
溶鋼の冷却過程で、Ｖ字状曲線にぶつかることなく、固
相に移行することができる。このようにして、ブローの
発生を避けたまま、鋼塊を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の高窒素鋼の製造方法は、
溶鋼への雰囲気からの窒素の添加とともに、従来の高窒
素鋼の製造で行なわれていた、窒化合金の投入による窒
素の添加をも併用するすることができる。窒化合金は比
重が高いから溶鋼中に沈み、そこで溶解して窒素を与え
るので、溶鋼の窒素含有量を所望のレベルに速やかに到
達させることができる。
溶鋼への雰囲気からの窒素の添加とともに、従来の高窒
素鋼の製造で行なわれていた、窒化合金の投入による窒
素の添加をも併用するすることができる。窒化合金は比
重が高いから溶鋼中に沈み、そこで溶解して窒素を与え
るので、溶鋼の窒素含有量を所望のレベルに速やかに到
達させることができる。
【００１２】本発明は、広い範囲の低合金鋼および高合
金鋼に適用することができるが、とくに効果的なのは、
前述したオーステナイト系またはマルテンサイト系のス
テンレス鋼であって、窒素含有量を高めて耐食性を向上
させた鋼の製造への適用である。
金鋼に適用することができるが、とくに効果的なのは、
前述したオーステナイト系またはマルテンサイト系のス
テンレス鋼であって、窒素含有量を高めて耐食性を向上
させた鋼の製造への適用である。
【００１３】本発明の実施には、雰囲気を制御すること
ができ、かつ加圧下に溶解と鋳造を連続して行なえる設
備であれば任意のものが使用できるが、発明者らが開発
し、別途提案した装置が有用である。その装置は、溶湯
を注ぎ出すために傾動させることのできる耐圧性の誘導
溶解炉と、そこで得た溶湯を受け入れて鋼塊に鋳造す
る、やはり耐圧性のインゴットケースとを一体に、気密
に連結した構造をもつ装置であって、誘導溶解炉が直立
しインゴットケースは横になったた状態で、まず大気圧
下に溶解を行なって溶湯を用意し、ついで加圧下に窒素
の添加を行ない所望の窒素濃度とした後、誘導溶解炉を
９０〜１００度傾動し、内部の溶湯を、直立したインゴ
ットケースに移すように構成した装置である。炉の上部
には、加圧操業のためのチャンバーを着脱可能に設置し
てある。
ができ、かつ加圧下に溶解と鋳造を連続して行なえる設
備であれば任意のものが使用できるが、発明者らが開発
し、別途提案した装置が有用である。その装置は、溶湯
を注ぎ出すために傾動させることのできる耐圧性の誘導
溶解炉と、そこで得た溶湯を受け入れて鋼塊に鋳造す
る、やはり耐圧性のインゴットケースとを一体に、気密
に連結した構造をもつ装置であって、誘導溶解炉が直立
しインゴットケースは横になったた状態で、まず大気圧
下に溶解を行なって溶湯を用意し、ついで加圧下に窒素
の添加を行ない所望の窒素濃度とした後、誘導溶解炉を
９０〜１００度傾動し、内部の溶湯を、直立したインゴ
ットケースに移すように構成した装置である。炉の上部
には、加圧操業のためのチャンバーを着脱可能に設置し
てある。
【００１４】
【実施例】実施例は、上述した誘導溶解炉とインゴット
ケースとが一体に連結された装置を用いて行なった。炉
は、ステンレス製の密閉容器内にルツボとそれを取り巻
くコイルが配置されていて、最大溶解量は５０Kgであ
り、５気圧までの加圧が可能なものである。
ケースとが一体に連結された装置を用いて行なった。炉
は、ステンレス製の密閉容器内にルツボとそれを取り巻
くコイルが配置されていて、最大溶解量は５０Kgであ
り、５気圧までの加圧が可能なものである。
【００１５】［実施例１］大気圧下の溶解により、ＳＵ
Ｓ３０４ステンレス鋼を溶製した。チャンバーをセット
して窒素ガス雰囲気にし、４気圧に加圧して、６０分間
保持した。１５分ごとにサンプリングをし、溶鋼中の窒
素濃度を測定して、図１に示すグラフを得た。６０分の
後には、溶鋼中の窒素濃度は、窒素分圧４気圧における
平衡窒素濃度０．４４％（計算値）に近い０．４３％に
達していた。
Ｓ３０４ステンレス鋼を溶製した。チャンバーをセット
して窒素ガス雰囲気にし、４気圧に加圧して、６０分間
保持した。１５分ごとにサンプリングをし、溶鋼中の窒
素濃度を測定して、図１に示すグラフを得た。６０分の
後には、溶鋼中の窒素濃度は、窒素分圧４気圧における
平衡窒素濃度０．４４％（計算値）に近い０．４３％に
達していた。
【００１６】この溶鋼を鋳造し、インゴットを切断して
内部を調べたところ、ブロー欠陥は見出されなかった。
内部を調べたところ、ブロー欠陥は見出されなかった。
【００１７】［実施例２］ＳＵＳ３０４およびＳＵＳ３
１６ステンレス鋼を溶製した。ただし、ＣｒおよびＭｎ
の含有量は、後の窒化合金から入る量を考慮して、１〜
２％低めにした。チャンバーをセットして窒素ガス雰囲
気にし、４気圧に加圧した状態でＦ−ＣｒＮ（Ｃｒ７０
％，Ｎ７％）およびＭ−ＭｎＮ（Ｍｎ９０％，Ｎ６％）
を投入し、４気圧に長時間保って平衡濃度に近づけたと
きに添加される窒素量に近いレベルまで、窒素量を高め
た。ついで、窒素圧力を維持したまま鋳造を行なった。
１６ステンレス鋼を溶製した。ただし、ＣｒおよびＭｎ
の含有量は、後の窒化合金から入る量を考慮して、１〜
２％低めにした。チャンバーをセットして窒素ガス雰囲
気にし、４気圧に加圧した状態でＦ−ＣｒＮ（Ｃｒ７０
％，Ｎ７％）およびＭ−ＭｎＮ（Ｍｎ９０％，Ｎ６％）
を投入し、４気圧に長時間保って平衡濃度に近づけたと
きに添加される窒素量に近いレベルまで、窒素量を高め
た。ついで、窒素圧力を維持したまま鋳造を行なった。
【００１８】得られたインゴットの窒素含有量は、下記
のとおりであり、ブロー欠陥のない健全なものであっ
た。
のとおりであり、ブロー欠陥のない健全なものであっ
た。
【００１９】 大気圧下で可能な窒素添加量 目標窒素量 実績窒素量 ＳＵＳ３０４ ０．２２％ ０．４４％ ０．３８％ ＳＵＳ３１６ ０．２１％ ０．４２％ ０．４１％
【００２０】
【発明の効果】本発明により高窒素鋼を製造すれば、従
来は製造困難とされていた高い窒素含有量の鋼のインゴ
ットを、ブロー欠陥の生じるおそれなく、容易に製造す
ることができる。これにより、とくにオーステナイト系
やマルテンサイト系のステンレス鋼の耐食性が、著しく
向上する。
来は製造困難とされていた高い窒素含有量の鋼のインゴ
ットを、ブロー欠陥の生じるおそれなく、容易に製造す
ることができる。これにより、とくにオーステナイト系
やマルテンサイト系のステンレス鋼の耐食性が、著しく
向上する。
【図１】 本発明の実施例のデータであって、ＳＵＳ３
０４ステンレス鋼に雰囲気から窒素を添加した場合の、
時間の経過に伴う溶鋼中の窒素濃度の増大を示すグラ
フ。
０４ステンレス鋼に雰囲気から窒素を添加した場合の、
時間の経過に伴う溶鋼中の窒素濃度の増大を示すグラ
フ。
Claims (4)
- 【請求項１】 雰囲気を制御することができ、かつ加圧
操業が可能な精錬装置を使用して、雰囲気中の窒素含有
量を大気中のそれより高くするか、操業圧力を大気圧よ
り高くするか、またはその両方により雰囲気の窒素分圧
を高くして溶鋼の精錬を行なって、鋼の凝固時に鋼中に
溶存し得る濃度を超えない濃度の窒素を溶鋼に添加し、
雰囲気の窒素分圧を高く保ったまま鋳造を行なって鋼塊
を得ることを特徴とする高窒素鋼の製造方法。 - 【請求項２】 溶鋼への雰囲気からの窒素の添加ととも
に、窒化合金の投入による窒素の添加をも併用する請求
項１の高窒素鋼の製造方法。 - 【請求項３】 高窒素鋼がオーステナイト系またはマル
テンサイト系のステンレス鋼である請求項１の高窒素鋼
の製造方法。 - 【請求項４】 溶湯を注ぎ出すために傾動させることの
できる誘導溶解炉とインゴットケースとを気密に連結し
た装置を使用して実施する請求項１ないし３のいずれか
の高窒素鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11014369A JP2000212631A (ja) | 1999-01-22 | 1999-01-22 | 高窒素鋼の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11014369A JP2000212631A (ja) | 1999-01-22 | 1999-01-22 | 高窒素鋼の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000212631A true JP2000212631A (ja) | 2000-08-02 |
Family
ID=11859145
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11014369A Withdrawn JP2000212631A (ja) | 1999-01-22 | 1999-01-22 | 高窒素鋼の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000212631A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003055709A (ja) * | 2001-08-10 | 2003-02-26 | Daido Steel Co Ltd | 高窒素鋼の製造方法 |
| JP2007326150A (ja) * | 2006-05-09 | 2007-12-20 | Japan Steel Works Ltd:The | 高窒素鋼の製造方法 |
| CN113388709A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-09-14 | 东北大学 | 一种精准控制高氮不锈钢中氮含量的方法 |
| CN115401216A (zh) * | 2022-09-21 | 2022-11-29 | 华北理工大学 | 一种合金过配粉体选区激光熔化制备高氮不锈钢的方法 |
| CN116179927A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-05-30 | 钢铁研究总院有限公司 | 一种高氮不锈钢的熔炼方法 |
| CN116751934A (zh) * | 2023-06-25 | 2023-09-15 | 河北大河材料科技有限公司 | 一种冶炼含氮钢精准控氮的真空冶炼方法 |
| WO2024087545A1 (zh) * | 2022-10-24 | 2024-05-02 | 华北理工大学 | 一种多炉加压浇铸生产碳氮协同超高氮钢装置及方法 |
-
1999
- 1999-01-22 JP JP11014369A patent/JP2000212631A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003055709A (ja) * | 2001-08-10 | 2003-02-26 | Daido Steel Co Ltd | 高窒素鋼の製造方法 |
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| CN115401216B (zh) * | 2022-09-21 | 2024-03-05 | 华北理工大学 | 一种合金过配粉体选区激光熔化制备高氮不锈钢的方法 |
| WO2024087545A1 (zh) * | 2022-10-24 | 2024-05-02 | 华北理工大学 | 一种多炉加压浇铸生产碳氮协同超高氮钢装置及方法 |
| CN116179927A (zh) * | 2022-12-29 | 2023-05-30 | 钢铁研究总院有限公司 | 一种高氮不锈钢的熔炼方法 |
| CN116751934A (zh) * | 2023-06-25 | 2023-09-15 | 河北大河材料科技有限公司 | 一种冶炼含氮钢精准控氮的真空冶炼方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051128 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20070307 |