JPH03291323A

JPH03291323A - 耐水素誘起割れ性の優れた清浄鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH03291323A
Application number: JP9368590A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ikenaga; 池永　寛; Takumi Nakanishi; 巧中西; Nobuhide Aoki; 青木　伸秀
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-04-09
Filing date: 1990-04-09
Publication date: 1991-12-20
Anticipated expiration: 2009-11-30
Also published as: JPH0696734B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、例えば硫化水素環境下で使用される耐水素誘
起割れ性の優れた清浄鋼の製造方法に関する。

（従来の技術）一般的に、例えば硫化水素環境下において使用される鋼
材（ラインパイプ材等）には、優れた耐水素誘起割れ性
（以下、１耐ＨＩＣ性］ともいう）が要求される。

ところで、鋼中に存在する硫黄は、その凝固過程で硫化
物としてＭｎＳを生威し、鋳造時にこのＭｎＳが鋳片に
偏析する。このようにして偏析したＭｎＳは、圧延時に
圧延方向に長く伸ばされるため、その後の鋼中への水素
の集積を促進することとなってしまう、その結果、得ら
れる鋼材の前記耐ＨＩＣ性が著しく低下するため、溶銑
段階における予備脱硫に加えて、転炉出鋼後の炉外脱硫
による徹底的な極低硫化が必要である。

この炉外脱硫には、様々な方法が考えられており、例え
ば ■脱硫剤を予め取鍋内に入れておき、他の容器から溶鋼
を注入した際にｆ４鋼の衝撃波による混合撹拌作用を利
用して溶鋼と脱硫剤との反応を促進させる取鍋置注ぎ法
、 ■例えば、取鍋等の容器に予め偏心回転を与えておき、
その際に生しる特異な波動を反応物質の混合撹拌に利用
する揺動取鍋法、さらには■例えば、Ｃａｂ、Ｃａ○＋
ＣａＦｚ、ＣａＳｉ等の脱硫剤の粉末を気体とともに溶
鋼中に吹き込んで脱硫する脱硫剤吹き込み法等がある。

これらの方法のうち、近年では脱硫反応効率および溶鋼
清浄性の観点から脱硫剤吹き込み法が広く用いられてい
る０例えば、前記耐ＨＩＣ性の低下を防止するために、
酸素や硫黄との親和力が大きく、溶鋼中の全酸素量およ
び全硫黄量の低減に有効であるＣａを吹き込んで、硫化
物の形態制御を実施して圧延時に影響を受けないように
して、耐水素誘起割れを防止することが可能な手段が種
々提案されている。

例えば、脱硫剤としてＣａまたはＣａ合金を用いた硫化
物の形態制御の方法としては、Ｃａ５ｔ粉末単独の吹き
込み法やＣａワイヤーによるＣａ添加法がＨ誌「鉄と鋼
Ｊ　（１９８５、Ｖｏ１７１．１２３頁、日本鉄綱協会
）に、またＲＨ真空脱ガス処理装置でのＮｉ　−Ｃａ、
Ｃｕ　−Ｃａ等のＣａ合金による添加法が雑誌「鉄と鋼
」（１９８４，５９８０、日本鉄綱協会）によりそれぞ
れ報告されている。

また、特公昭５９−２２７６５号公報には、予め脱酸処
理した溶鋼にＣａＯ含有フラックスを吹き込んで、脱酸
脱硫した後、さらにＣａ合金を吹き込んで、溶鋼中の硫
化物の形態を制御することにより、低酸素、低硫黄鋼を
製造する方法が提案されている。

（発明が解決しようとするＩＩ！りしかしながら、前述の方法には、以下に示すような欠点
が挙げられる。

すなわち、Ｃａ５ｔ粉末を単独で吹き込む場合には、脱
硫を充分行うに必要な量の吹き込みを行うと、Ｃａ形態
制御を行うに必要かつ充分な量より過剰な量のＣａが溶
鋼中に存在してしまい、必ずしも溶鋼の清浄度は向上し
ない。逆に、Ｃａ形態制御に最適な吹込量では、充分な
脱硫が得られないという問題がある。

また、ＣａワイヤーによるＣａ添加法では、Ｗｔ硫は期
待できないため、Ｃａ添加前に脱硫処理を行うことが必
要となること、また添加時の安全面での問題等が大きな
欠点として挙げられる。

また、Ｒ１１真空脱ガス処理装置におけるＮｉ　−Ｃａ
、Ｃｕ−Ｃａ、　Ｆｅ−Ｃａ合金等のＣａ合金による添
加法では、■Ｎｉ、　Ｃｕを含む特殊な合金鋼以外には
適用できない、 ■Ｆｅ−Ｃａ合金の場合、Ｃａ歩留が低いという問題が
ある。

さらに、特公昭５９−２２７６５号公報では、Ｃａ合金
には溶鋼の脱酸、脱硫および硫化物形態制御効果があり
、ＣａＯ含有フラックスには脱酸および脱硫効果がある
ことが示されているが、この特公昭５９−２２７６５号
公報により提案された方法は、ＣａＯ含有フラックス吹
込み後にＣａ合金を吹き込むため、結局ＣａＳｉ粉末を
単独で吹き込む場合と同様に、■Ｃａ形態制御を優先す
ると、脱硫効率が向上しない、 ■脱硫効率を優先すると、溶鋼清浄性が向上しない、という問題があり、所望の清浄鋼を得ることはできない
。

本発明は、これらの問題点を解消し、効果的な耐水素誘
起割れ性に優れた清浄鋼の製造方法を提供することを目
的としている。

（課題を解決するための手段）前記目的を達成するため、本発明者らは鋭意研突を重ね
た。その結果、以下に述べるような知見を得た。

すなわち、１次精錬により脱酸処理した後の溶鋼に、吹
き込み装置よりＣａ合金粉末、例えばＣａＳｉ粉末を吹
き込んだ後、さらにＣａＯ含有フラックスを吹き込むこ
とにより、ＣａＳｉによる溶鋼の強脱硫とその後のＣａ
Ｏ含有含有ワラスによる介在物の浮上促進とを図ること
ができる。

本発明者らは、このような知見に基づいて、さらに検討
を重ねた結果、本発明を完成するに至った。

ここに、本発明の要旨とするところは、取鍋内の予め脱
酸処理した？８鋼にＣａ合金粉末を添加することにより
脱酸、脱硫および硫化物形態の制御を行った後、引き続
いて該溶鋼にＣａＯ含有フラックスを添加し、脱硫およ
び介在物の浮上を促進することを特徴とする耐水素誘起
割れ性の優れた清浄鋼の製造方法である。

本発明において、「耐水素割れ性の優れた」とは、具体
的には、ＮＡＣＥ条件で、ＨＩＣ割れの面積率が０％で
あることをいう。

本発明によれば、前述の従来法で示した問題点はすべて
解決することができ、さらに溶鋼の極低硫化と介在物の
形態制御とを実現することができ、耐ＨＩＣ性の優れた
清浄鋼を確実に製造することが可能となる。

なお、本発明により最終的に得られる清浄鋼中の酸素含
有量は１５ｐｐ−以下、硫黄含有量は５　ｐｐｍ以下で
ある。

また、本発明における「硫化物」とはＭｎＳをいい、本
発明においてＣａ合金粉末の添加により、Ｃａが鋼中の
ＡＱｚ（ｈ　と反応してカルシウムアルミネートの球状
介在物を生成する。

（作用〉以下、本発明の構成および作用効果について詳述する。

なお、本明細書においては、特にことわりがない限り、
「％Ｊは「重量％」を意味するものとする。

本発明は、略述すれば、溶鋼中へのＣａ添加により耐Ｈ
ＩＣ鯛の極低硫化および介在物形層制御を図るに際し、
まず取鍋内の予め脱酸処理を施しである溶鋼中にＣａ合
金粉末を添加することにより脱酸、脱硫、硫化物の形態
制御、とりわけ強脱硫を行った後、引き続いて該溶鋼に
ＣａＯ含有フラックスを添加することにより脱硫および
介在物の浮上を促進することを特徴とする発明である。

本発明において、溶鋼は転炉出鋼時もしくはＲＨ脱ガス
処理装置において、Ｃａ添加前にＡＱ、　Ｓｔ、　Ｍｎ
等によ−り予め脱酸処理しておく、脱酸の程度は特に限
定を要するものではないが、溶鋼清浄性の観点から、　
［ＡＱ］　”　ｔｒａｃｅもしくはそれ以上に強脱酸し
ておくことが望ましい、また、取鍋上置スラグとして、
例えばＣａ０−ＣａＦｚ系もしくはＣａＯ−Ａｌ１　ｔ
　ＯｘＣａＦｘ系フラックスを添加する。

なお、本発明において用いる溶鋼の組成は特に限定を要
するものではないが、前述のように、例えば硫化水素環
境下で使用される部材用としては、Ｃ：　０．０３〜０
．０１５、Ｓｉ　：　０．２０〜０．４０％、Ｍｎ　：
　１．２０〜１．６０％、Ｐ　：　０．００５〜０．０
１５　％、Ｓ　：　０．０００３〜０．０００７％等の
組成を例示することができる。

次いで、この溶鋼にＣａ合金粉末、例えばＣａＳｉ粉末
を吹き込み、脱酸、脱硫および介在物の形態制御を行う
、また、Ｃａ合金粉末としてのＣ５ｄｉ粉末の＆ｌｌ戒
は、特に限定を要するものではないが、Ｓｉ：５０〜６
５％、Ｃａ：２５〜３５％程度である。

さらに、ＣａＳ＋粉末以外のＣａ合金粉末としては、Ｃ
ａＡＱ等を例示することができる。

前述のようにして、Ｃａ合金粉末を吹き込んだ際、吹き
込んだＣａ合金粉末の量を従来の、Ｃａ合金粉末の吹込
処理のみを行う場合、あるいは、特公昭５９−２２７６
５号公報により提案された方法のようにＣａＯ含有フラ
ックス吹込み後にＣａ合金を吹込む場合よりも増加して
吹き込むことにより脱硫効果の向上が実現するが、その
理由として以下の項目が挙げられる。

まず、第１点として、Ｃａ合金粉末の吹込量が増加する
ことによりＣａ合金粉末吹込時に発生するＣａ華気が増
加し、溶鋼の攪拌力が増加することである。脱硫反応は
スラグ−メタル反応であるため、攪拌力が強い程反応に
有利だからである。

第２点は、蒸発したＣａにより、スラグ中の低級酸化物
（ＦｅＯおよびＭｎ０）が強還元されることである０通
常、スラグの改質にはＡＱ添加による方法が一般的であ
るが、本発明においては蒸発したＣａによりスラグ中の
低級酸化物のより一層の低減が実現する。第１図に、Ｓ
分配比（＝（Ｓ）／［５］　、ただし、（）はスラグ中
のＳ濃度を、［］は溶鋼中のＳ１度をそれぞれ示す）と
スラグ中の低級酸化物（（Ｆｅｄ）　＋　（ＭｎＯ）　
）の重量比との関係を示すが、低級酸化物置が低下する
程Ｓ分配比が大きくなり、脱硫に有利となることを表わ
している。したがって、Ｃａ合金粉末の吹き込み量を増
加することによりスラグ中の低級酸化物量が減少し、脱
硫に有利に作用するのである。

なお、Ｃａ合金粉末のみの吹込みを行う方法、または特
公昭５９−２２７６５号公報により提案された方法は、
いわば脱硫工程の最後のＣａ合金を吹き込む方法である
ため、本発明の如くにＣａ合金粉末の吹込み量を増加す
ることができない、吹込み後の溶鋼の清浄度が、吹込ま
れたＣａまたは介在物により、著しく低下してしまうか
らである。

また、本発明においては、このＣａ合金粉末の添加によ
り、ＣａＯ−１１Ｊ！□Ｏ３系酸化物を生成する。この
ＣａＣＩＰＪｌ□Ｏ８系酸化物は球状であるため、鋼中
にあっても圧延時に変形しない、したがって、鋼中への
水素の集積を効果的に抑制することができ、得られる鋼
材の耐ＨＩＣ性を著しく改善することができる。すなわ
ち、本発明においては、酸化物形層を効率的に制御する
ことができる。

また、脱硫の面からはＣａ合金粉末の添加量は１．５に
／Ｔ以上が望ましく、かつ成品におけるＣａ量は、Ｍｎ
Ｓの生成抑制およびＣａＳクラスター系介在物の抑制の
観点から１５〜４０ｐｐ−の範囲が望ましいことから、
Ｃａ合金粉末の添加量は１．７　Ｋ／Ｔ以下が望ましい
。したがって、合金粉末の添加量は１．５〜１．７に／
Ｔの範囲の吹き込みを行うことが望ましい。

このようにして、Ｃａ合金粉末を吹き込んだ後、引き続
いてＣａＯ含有含有ブランクスて、例えばＣａｂ、　Ｃ
ａＯ＋ＣａＦｚを吹込む。これは、Ｃａ合金粉末の吹き
込みにより生じたＣａＯＡＱｚＣｈ系介在物の凝集、浮
上を促進するのが主目的であるが、これ以外にもＣａ合
金粉末の吹き込みによって上置スラグの強還元が完了し
た状態でＣａＯフラックスを吹込むことにより、さらに
脱硫を進行させて、鋼の清浄度を高めることに一層効果
があるため、ｍ硫の促進をも百的としている。

なお、本発明において、ＣａＯ含有含有ブランクスえば
、Ｃａ　Ｏ、Ｃａ　Ｏ＋Ｃａｒｔ）の吹き込み量として
は、１．０〜２．ＯＫ／Ｔが望ましい、吹き込み量が１
．０ＫＩＴ未満では介在物の浮上が不充分であり、また
２、ＯＫ／Ｔ超では必要以上であって、処理中の溶鋼の
温度低下が著しくなるからである。

さらに、ＣａＯ−ＣａＦ２フラックス中のＣａＦ　ｔが
５％未満ではフラックスの滓化の面で不十分であり、Ｃ
ａＦｚが３０％超ではランスやスノーケル等の耐火物の
ダメージが大きくなってしまうため、ＣａＯ−ＣａＦ、
系フラックスを吹き込む場合には、ＣａＦ、量は５％以
上３０％以下とすることが望ましい。

以上説明したように、本発明によりＣａ合金粉末の吹き
込み、およびＣａＯ含有含有ブランクスき込みを連続的
に行うことにより、徹底した脱硫にょる極低硫化、Ｃａ
による介在物形態の制御、さらには介在物の浮上促進に
よる溶鋼清浄化を実現する二とができる。

さらに、本発明を実施例を用いて説明するが、これはあ
くまでも本発明の例示であって、これにより本発明が限
定されるものではない。

実施例転炉出鋼時にＡＱ脱酸処理を実施した溶鋼に対し、スラ
グ更新後、ＲＫ脱ガス処理により、脱水素、昇熱および
合金Ｖ＆副調整行った。

その後、Ｃａ合金粉末の吹き込みを、以下に示すように
して行った。第２図は、このＣａ合金粉末の吹き込みに
使用した装置の概要を示す略式説明図である。中央部に
設けたランス１よりＡｒガスもしくはＣａ合金粉末の吹
き込みを実施し、その周囲をスノーケル２で囲い、Ａｒ
バージにてシールすることにより、空気の巻き込みによ
る［＋１］アンプや酸素吸収を防止している。なお、第
２図においては、３は取鍋、４はスラグ、さらに５は溶
鋼をそれぞれ示す。

すなわち、上置スラグを滓化させるために事前にＡｒガ
ス吹き込みを１〜３分実施した後、Ｃａ−Ｓｉ合金粉末
（Ｃａ　’ｉ　３０％）を１．５〜２．ＯＫ／丁の範囲
で変化させて吹き込んだ。

その後、ＣａＦ１分が１５％のＣａＯ−ＣａＦｚ系フラ
ックスヲｉ、ｏ〜２．ＯＫ／Ｔの範囲で添加した。

さらに、ＣａＯ−ＣａＦｚ系フラックスの吹き込み後、
Ａｒガス流量が５００１１１　／ｓｉｎ程度での吹き込
みを実施して、介在物浮上をさらに促進した。

このようにして行った本実施例において、溶鋼中の脱硫
率と吹き込みＣａ５ｉｉｌとの関係を第３図に、成品（
Ｃａ　］量と吹き込みＣａ５ｔ量との関係を第４図に、
それぞれグラフで示す。

第３図および第４図から明らかなように、ＣａＳｉ量ハ
、１．５〜１．７に／Ｔの範囲が好ましいことがわかる
。

また、フラックスを用いな９）従来のＣａＳｉ単独吹込
法による脱硫と本発明にかかる方法による脱硫とを比較
するため、成品（Ｓ）量の分布を比較して示したのが第
５図に示すグラフであるが、第５図により、本発明によ
り脱硫の大幅な向上が認められる。

また、成品介在物の成績を、従来のＣａＳｉ粉末の単独
の吹き込み法と本発明にかかる方法とについて比較して
第６図にグラフで示す。

第６図より、本発明により介在物低減が実現し、優秀な
成品成績を収めていることがわかる。なお、第６図にお
いて、介在物指数は、介在物集積部の介在物個数および
表層下ブリスター個数により求めた。

さらに、特公昭５９−２２７６５号公報により提案され
た方法と本発明にかかる方法とについて、上記の手順と
同様の手順で、成品介在物指数を調査し、その結果を第
７図にグラフで示す。

第７図より、本発明により、特公昭５９−２２７６５号
公報により提案された方法よりも、より一層の介在物の
低減を実現することができたことがわか（発明の効果）本発明は、以上説明したとおりに構成されているから、
介在物低減、極低硫化が図られ、耐水素誘起割れ性に優
れた清浄鋼を、特定の組成の合金鋼以外についても得る
ことが可能となった。

かかる効果を有する本発明の意義は極めて著しい

【図面の簡単な説明】

第１図は、硫黄分配比（（Ｓ）／［Ｓ］）とスラグ中低
級酸化物［（ＦｅＯ）　＋　（ＭｎＯ）　］　　との関
係を示すグラフ；第２図は、本発明の実施に使用する装
置の一例の概要の略式説明図；第３図は、本発明における、吹込Ｃａ５ｔ量と脱硫率と
の関係を示すグラフ；第４図は、本発明における、吹込ＣａＳｉ量と成品中Ｃ
ａ含有量との関係を示すグラフ；第５図は、本発明方法と従来法との成品［Ｓ）を比較し
て示すグラフ；および第６図および第７図は、本発明方法と従来法との、それ
ぞれによる介在物量の分布を比較して示すグラフである
。１：ランス２ニスノーケル３：取鍋４ニスラグ５・溶鋼基１図

Claims

【特許請求の範囲】

取鍋内の予め脱酸処理した溶鋼にＣａ合金粉末を添加す
ることにより脱酸、脱硫および硫化物形態の制御を行っ
た後、引き続いて該溶鋼にＣａＯ含有フラックスを添加
し、脱硫および介在物の浮上を促進することを特徴とす
る耐水素誘起割れ性の優れた清浄鋼の製造方法。