JPH0657370A

JPH0657370A - 炉体鉄皮用厚鋼板

Info

Publication number: JPH0657370A
Application number: JP21434092A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Miyahara; 光雄宮原; Kazuo Toyama; 和男外山
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-08-11
Filing date: 1992-08-11
Publication date: 1994-03-01

Abstract

(57)【要約】【目的】高温で長時間使用時の破壊靱性の劣化が小さ
く、かつ、溶接性に優れた転炉等の鉄皮用厚鋼板の提
供。【構成】重量％で、Ｃ：0.07〜0.14％、Si：0.20〜0.30
％、Mn：0.90〜1.50％sol.Al：0.010 〜 0.030％を含
み、かつ、0.19％＜Ｃ(%) ＋(1/10)Mn(%) ＜0.25％を満
足し、さらに、下記式で表されるＰ_CM値が0.21％以下
で、残部がFeと不純物（Ｐが 0.010％以下、Ｓが 0.010
％以下、Ｎが0.0060％以下）である鋼板。【数２】【効果】転炉等の鉄皮として用いた場合に、脆性亀裂の
発生がない。鉄皮寿命を延長させ、炉の安定操業、生産
性の向上に寄与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、転炉等の炉体の鉄皮用
鋼板として好適な、溶接性ならびに高温で長時間使用し
た場合の靱性に優れた炉体鉄皮用厚鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】転炉炉体の寿命は製鋼生産性と密接な関
係を有しており、転炉寿命を延長することによって生産
性を向上させ、鋼の製造コストを下げることができる。

【０００３】転炉炉体は、鋼板の溶接接合により構成さ
れた鉄皮とその内側に構築された炉材（炉体れんが）と
で構成されており、炉材は定期的に取り替えられる。し
かし、鉄皮は、一時的補修は可能であるが、熱により変
形したり、脆化亀裂が発生したりすると転炉の操業を中
止して炉修を行わなければならず、転炉炉体の寿命を大
きく左右する。

【０００４】転炉炉体用厚鋼板としては、従来、JIS G
3103（ボイラ及び圧力容器用炭素鋼及びモリブデン鋼鋼
板) に規定される SB42 や、JIS G 3106（溶接構造用圧
延鋼材) に規定される SM50 などが主に使用されてい
た。しかし、近年、転炉操業に際して高温出鋼が行わ
れ、また、マグカーボン(MgO・C)れんがのような熱伝導
率の大きい材料がライニング材として使用されるように
なったこと等により、上記の従来鋼では充分に対処でき
ず、特に、鉄皮構造の中で最も高温になる炉体中央部で
変形や亀裂が発生し、生産性の低下、操業中止などの問
題が生じることがあった。

【０００５】このため、Cr、Mo、Nb、Ｖ、Ca、更にはZr
等の合金元素を添加し、焼きならし後のフェライト結晶
粒度を調整した溶鋼処理炉の鉄皮用圧延鋼板（特開平１
−283347号公報）が提案され、また、Ｃの含有量の上限
を0.10重量％に抑え、Cr、Mo、Nb、Ｂを添加した鋼板を
使用した炉体鉄皮構造が本出願人により開示されている
(特開平２− 61034号公報) 。これらの鋼板は炉体冷却
を行わないことを前提としたもので、高温強度、クリー
プ強度等に優れた特性を有するが、多種の合金元素を添
加するので製造コストが嵩み、また、破壊靱性が必ずし
も十分とは言えない。

【０００６】一方、近年の高生産性に対する要請に応え
るため、転炉の操業条件はますます苛酷化し、マグカー
ボンれんがの使用比率も増加するなど、転炉鉄皮に加え
られる熱負荷は一層増大しており、鉄皮温度は 600℃を
超える高温となっている。このような高温で使用される
転炉の熱変形を防止するためには、鉄皮の材質を高強度
化するだけでは不十分であり、転炉炉体を水冷あるいは
空冷によって強制冷却し、鉄皮温度の上昇を抑制するこ
とよって熱変形を防止しようとする試みがなされてい
る。

【０００７】転炉炉体を強制冷却しながら転炉操業を行
う場合、鉄皮の平均的な温度は 400℃程度あるいはそれ
以下に抑えられるため、炉全体としての鉄皮温度の上昇
は抑制され、熱変形は防止される。しかしながら、炉体
を強制冷却しても耐火物は必ずしも一様に損耗するわけ
ではなく、局部的に溶損して薄くなる場合があり、その
部分の鉄皮温度は局部的に高温となる。このため、その
部分の鉄皮材が脆化し、破壊靱性値が低下する。そし
て、このように脆化した箇所に熱応力や機械的荷重が負
荷されると、脆性亀裂が発生するという問題が生じる。
特に、この箇所に溶接部が含まれている場合、溶接時に
生じた欠陥（亀裂）を起点として大きな脆性亀裂が発生
することがある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、鉄皮に
脆性亀裂が生じた場合には、直ちに操業を中止しなけれ
ばならず、さらに、炉修のための工期が必要となり、費
用も嵩み、鋼の製造コストが増加する。従って、鉄皮の
脆性亀裂の防止は、転炉の安定操業を維持し、転炉炉体
の長寿命化によって製鋼生産性を向上させるために解決
しなければならない急務の課題である。

【０００９】本発明は、この課題を解決し、高温で長時
間使用しても、破壊靱性の劣化が小さく、かつ、溶接性
に優れた転炉鉄皮用厚鋼板を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、転炉炉体
を強制冷却するという前提のもとに、鉄皮の平均的な温
度は 400℃程度あるいはそれ以下に抑えられるという条
件を踏まえて検討を重ねた結果、Ｃ、SiおよびMnの各成
分の含有量を規定し、かつ、Ｃ(%) ＋(1/10)Mn(%) （％
は重量％を意味する) の値を規定することによって、長
時間使用時の破壊靱性に優れた鉄皮用鋼を低コストで製
造することが可能であることを見出した。

【００１１】本発明はこの知見に基づいてなされたもの
で、その要旨は、下記の転炉鉄皮用厚鋼板にある。以
下、合金元素の「％」は「重量％」を意味する。

【００１２】Ｃ：0.07〜0.14％、Si：0.20〜0.30％、M
n：0.90〜1.50％、sol.Al：0.010 〜0.030％を含み、か
つ、0.19％＜Ｃ(%) ＋(1/10)Mn(%) ＜0.25％を満足し、
さらに、Ｐ_CM値が0.21％以下で、残部がFeおよび不可避
不純物からなり、不純物中のＰが 0.010％以下、Ｓが
0.010％以下、Ｎが0.0060％以下である溶接性ならびに
破壊靱性に優れた炉体鉄皮用厚鋼板。

【００１３】Ｐ_CM値とは溶接割れ感受性指数で、下記
式で表される。

【００１４】

【数１】

【００１５】

【作用】以下に、本発明の転炉鉄皮用厚鋼板の化学組成
ならびにＰ_CM値を上記のように限定した理由を説明す
る。

【００１６】Ｃ：Ｃは最も安価な強度増大効果を有する
成分である。しかし、含有量が0.07％未満ではその効果
は十分ではなく、一方、0.14％を超えると溶接性（溶接
割れ感受性）に悪影響を及ぼすだけではなく、高温時効
時の破壊靱性を低下させる。従って、Ｃ含有量は0.07〜
0.14％とした。

【００１７】Si：Siは脱酸作用を有し、また、鋼の強度
を増加させるのに有効な成分である。しかし、その含有
量が0.20％未満では前記の効果は十分ではなく、一方、
0.30％を超えると溶接性や破壊靱性に悪影響を及ぼす。
従って、Si含有量は0.20〜0.30％とした。

【００１８】Mn：Mnは靱性を劣化させずに鋼の強度を高
める作用を有しているが、0.90％未満では必要な強度を
確保することができず、一方、1.50％を超えると強度上
昇効果が小さくなる。従って、Mn含有量は0.90〜1.50％
とした。

【００１９】sol.Al：Alは脱酸材として不可欠な元素で
あり、かつ、結晶粒の微細化を図る上で有効であるが、
sol.Alとして 0.010％未満ではその効果は十分ではな
い。一方、 0.030％を超えて含有させると Al₂O₃系介在
物が増加し、鋼の清浄度を劣化させるとともに、靱性を
も劣化させる。従って、sol.Alの含有量は 0.010〜0.03
0 ％とした。

【００２０】Ｃ(%) ＋(1/10)Mn(%) ＣおよびMnは前記のように本発明鋼の強度を調整するた
めの主要元素である。

【００２１】Ｃ(%) ＋(1/10)Mn(%) が0.19％以下の場合
は転炉鉄皮として必要な 40kgf/mm²以上の引張強度を確
保することが困難であり、一方、0.25％以上になると、
引張強度は 45kgf/mm²以上に上昇するが高温時効時の破
壊靱性が劣化する。従って、Ｃ(%) ＋(1/10)Mn(%) の値
は0.19％を超え、0.25％未満とした。

【００２２】Ｐ_CM値：前記の式で表されるＰ_CM値は溶
接割れ感受性指数であり、Ｐ_CM値が大きいと溶接性が悪
く、溶接時に割れ（亀裂）が発生しやすい。この割れ
（亀裂）は鉄皮の脆性亀裂の起点となるので、Ｐ_CM値は
0.21％以下に制限した。

【００２３】本発明鋼は、前述の成分のほか、残部はFe
と不可避不純物からなる鋼である。

【００２４】不純物として代表的なものはＰ、Ｓおよび
Ｎである。

【００２５】Ｐは靱性に悪影響を与え、特に 300〜500
℃での靱性を劣化させ、亀裂発生の原因となるので、で
きるだけ少ない方が好ましい。 0.010％は許容上限値で
ある。

【００２６】Ｓは靱性に悪影響を与える他に、低融点化
合物であるMnＳなどを生成し、溶接性を劣化させるの
で、やはり少ない方が好ましく、Ｐと同様に許容上限値
を 0.010％とした。

【００２７】Ｎも鋼の靱性を劣化させるので、Ｐ、Ｓと
同様に極力少ない方が好ましい。従って、0.0060％以下
に抑えることとした。

【００２８】上記のように、本発明の鋼板は、主として
Ｃ、SiおよびMnの含有量を規定するだけで、Mo、Ｖ、N
b、Cu、Ni、Cr、Ｂなどの合金元素を含有しない。これ
らの合金元素は、鋼に添加された場合その強度を向上さ
せる効果を有しているが、炭化物や窒化物として析出す
ること等により靱性に悪影響を与えるからで、本発明に
おいては、強度の調整はＣ、SiおよびMnを適正量添加す
ることにより行い、破壊靱性に優れた鉄皮用厚鋼板とす
るのである。

【００２９】本発明の鋼板を製造するには、例えば、請
求項１の成分からなる鋼を1250〜1000℃の温度範囲に加
熱し、再結晶温度範囲で熱間圧延を行い、所定の板厚に
仕上圧延して室温まで冷却し、その後、Ａc₃変態温度以
上に再加熱した後空冷すればよい。あるいは、請求項１
の成分からなる鋼を1250〜1000℃の温度範囲に加熱し、
再結晶温度範囲で熱間圧延を行い、 700〜950 ℃の温度
範囲で仕上圧延し、ただちに 600〜300 ℃の温度域まで
空冷以上の冷却速度で冷却してもよい。

【００３０】図１は転炉炉体の鉄皮構造の概略図で、１
は炉口部フランジ、２は絞り部、３は中央部、４は炉底
部、５はバンド部であり、鉄皮の内壁は図示しない耐火
れんがで構築されているが、本発明の鋼板は、この鉄皮
構造の中で最も高温になる中央部３の鉄皮の素材として
使用するのに適している。この部位は耐火れんがの損耗
が激しく、鉄皮の熱負荷が最大になる箇所であるが、外
部から空冷あるいは水冷方式により強制冷却すれば鉄皮
の平均的な温度は 400℃程度あるいはそれ以下に抑えら
れる。従って、本発明の鋼板はこの部位にも十分使用で
きる。

【００３１】

【実施例】表１に示す化学組成を有する鋼Ａ〜Ｎを加熱
温度は1100℃として粗圧延し、次いで、再結晶温度域で
圧下率40％の熱間圧延を行い、板厚 100mmの厚鋼板に仕
上げ圧延した後、室温まで冷却し、その後 900℃まで再
加熱した後空冷した。

【００３２】このようにして得られた厚鋼板、および、
比較のために、表１に示した化学組成を有する従来の鋼
板（SB42、SM50および PMS25鋼）について、転炉鉄皮と
して用いた場合の変形に対する抵抗性を比較するため、
常温での引張試験を実施した。また、長期にわたって高
温で使用した場合の脆化挙動を比較するため、 550℃×
1000時間の長時間時効を行った後、シャルピー衝撃試験
を実施した。なお、このような長時間時効をしていない
もの（これを「新材」という）についても同様の試験を
行った。さらに、溶接性を比較するため、新材の溶接ボ
ンド部のシャルピー衝撃試験を実施した。

【００３３】試験結果を表２に示す。シャルピー衝撃特
性は、０℃における吸収エネルギーｖＥ₀ (kgf・m)で評
価した。

【００３４】まず、従来鋼についてみると、Cr、Mo、Nb
およびＢを含む PMS25鋼はSB42、SM50と比較して高い強
度を有しているが、 550℃×1000時間の時効により著し
く脆化し、靱性（ｖＥ₀値）が非常に低い値となってい
る。また、SB42、SM50鋼でも、 PMS25鋼に比べれば小さ
いが、時効による靱性の劣化が生じている。溶接性（溶
接部のシャルピー衝撃特性）については、SM50鋼とPMS2
5 鋼ではＰ_CM値が大きいため溶接性が悪く、溶接部の靱
性が低い。

【００３５】比較鋼Ｇ、ＩおよびＫでは時効による脆化
は少ないが、引張強度が40kgf/mm²以下で従来鋼に比べ
て低く、鉄皮の変形に対して十分な抵抗性を持っている
とは言えない。一方、比較鋼Ｈ、Ｊ、Ｌ、ＭおよびＮで
は強度はSB42鋼と比べて同等かそれよりも高くなってい
るが、時効により脆化する。また、比較鋼ＨではＰ_ＣＭ
値が大きく、溶接部の靱性が悪い。

【００３６】これに対し、本発明鋼Ａ〜Ｆでは、強度が
従来鋼ＳＢ４２と同等以上であるとともに、時効に伴う
脆化が従来鋼に比べて大幅に小さく、 550℃×1000時間
時効後においてもｖＥ₀ で 20kgf・m 以上の優れた破壊
靱性を有している。また、溶接部の靱性は 10kgf・m 以
上の優れた値を示した。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】

【発明の効果】本発明の転炉鉄皮用厚鋼板は、従来、転
炉鉄皮材として用いられていたSB42鋼と同等以上の強度
を有し、かつ、高温で長時間使用した場合の靱性の劣化
が従来鋼に比べて著しく小さく、溶接性にも優れてい
る。本発明の鋼板を転炉の鉄皮として用いると、鉄皮の
脆性亀裂の発生を防止し、鉄皮寿命を延長させることが
でき、転炉の安定操業、生産性の向上に大きく寄与し得
る。なお、本発明の鋼板は転炉以外の鉄鋼精錬炉（ＡＯ
Ｄ、ＲＨなど）の鉄皮にも同様に適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】転炉炉体の鉄皮構造の概略図である。

【符号の説明】

１：炉口部フランジ、２：絞り部、３：中央部、４：炉
底部、５：バンド部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：0.07〜0.14％、Si：0.20〜
0.30％、Mn：0.90〜1.50％、sol.Al：0.010 〜 0.030％
を含み、かつ、0.19％＜Ｃ(%) ＋(1/10)Mn(%) ＜0.25％
を満足し、さらに、Ｐ_CM値が0.21％以下で、残部がFeお
よび不可避不純物からなり、不純物中のＰが 0.010％以
下、Ｓが 0.010％以下、Ｎが0.0060％以下である溶接性
ならびに破壊靱性に優れた炉体鉄皮用厚鋼板。