JPS5928608B2 - 超極低炭素、窒素高クロム鋼の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、真空取鍋脱ガス方式による超極低炭素、窒素
高クロム鋼の製造方法に関するもので、とくに本出願人
の先願にかかる特開昭５３−９４２１２号の技術に改良
を加え、製造時間を格段に短縮することができる能率の
良い新規な製造方法について提案するものである。

高クロム鋼の製造方法において、炭素および窒素を低下
させることは普通鋼の製造方法における炭素および窒素
を低下させることよりも困難であることは周知の如くで
ある。

それが困難な理由は、溶鋼中の炭素（以下圓をもって表
わす）、溶鋼中の窒素（以下Ｎをもって表わす）のそれ
ぞれの活量が溶鋼中のクロム（以下〔Ｃｒ〕をもって表
わす）によって抑えられ、また酸素吹錬の過程でＣｒ２
Ｏ３が生成され易く、Ｃｒ２Ｏ３が生成されると脱炭速
度が低下し、さらにそれに伴って脱窒速度も低下するた
めである。

従来い３０ｐｐｍ以下の高クロム鋼を工業的に得るには
次の２つの方法が用いられている。

■ 電子ビームにより高真空下で溶解し、回、ｌＮｌを
蒸発させて除去する方法。

■ 予め炭素と窒素の含有量の低い高純度の材料を真空
誘導炉をもって溶解する方法。

□ しかしながら、前記■の方法は主として装置の稼
働費が高価となり、また■の方法は原材料が高価である
ため、前記両方法によって得られる製品は非常に高価と
なる。

更に、前記方法において得られる窒素量は４０〜１１０
０ｐｐ程度にしかならない。

また、極低炭素鋼を大量生産方式で得る方法としては、
減圧下で溶鋼電車り２〜１２ Ｎ ７１ｉ’／ ｈの酸
素ガスを溶鋼表面にソフトブローし、一方取鍋底部のポ
ーラスプラグから不活性ガスを溶鋼電画り２〜５Ｎｌ／
ｍｉｎ吹込み精錬する方法がが知られているが、この方
法によって高クロム溶鋼を処理すると、ＣｒはＦｅより
酸化されやすいため、比較的高い■含有量の段階で（Ｃ
ｒ：ｌの酸化が生じ、脱炭反応の進行が阻害されるので
、この方法によっては実際にＣ：３０ｐｐＩＩＩ以下の
超極低炭素Ｃｒ鋼を得ることができない。

一方、本願人は先に特願昭５０−１４９４６５号によっ
て、減圧下で高クロム溶鋼に酸素を上吹し、同時に取鍋
底部から大量のアルゴンガスを吹込むことにより超低炭
素高クロム鋼を大量生産方式で得る方法を特許出願した
が、この方法によっては超低炭素でかつ超低窒素の高ク
ロム鋼を必ずしも得ることは充分にはできない。

また、減圧下で取鍋中の高クロム溶鋼に酸素上吹き精錬
を行なう方法において、初期Ｃを適当に設定して１ｌｑ
０．０１％以下、ｌＮｌ０．０１％以下の高クロム鋼を
得る方法が特公昭５１−４３４４８号及び特公昭５１−
４４６８８号により開示されているが、この方法によっ
ては１Ｎ１４０ｐｐＩ１１以下の超極低窒素鋼を得るこ
とはできない。

そこで、本出願人は先に、従来方法によっては得ること
のできなかった〔３０ｐｐＩ１１以下およびＮ４Ｑｐｐ
ｍ以下の超極低炭素、窒素高クロム鋼の製造方法につい
て特開昭５３−９４２１２号として提供した。

その構成の要旨とするところは、取鍋中のＣ０，８〜２
．５％、Ｃｒ１Ｏ〜３５％を含有する高クロム溶鋼に減
圧下で取鍋底部より溶鋼電画り１５Ｎｔ／ｍｉｎを越え
４ＯＮｌ／ｍｉｎ以下の不活性ガスを吹き込むと共に、
溶鋼表面に酸素ガス吹付け、必要によりシリコンアロイ
、ＳｉＯ２含有物のうちから選ばれろ何れか１種または
２種を取鍋中に装入して、溶鋼電画り１〜１００ｋｇの
Ｓ ｉ ０２２０％以上、Ｃｒ２０３２５％以下を含有
するスラグを生成せしめ、溶鋼中のＣ０，０２０％以下
になったとき酸素吹付けを停止し、次いで１０ Ｔｏｒ
ｒ以下の高真空下で溶鋼電画り６〜４ＯＮｌ／ｍｉｎの
不活性ガスを吹込むことを特徴とするＣ０．００３０％
以下、Ｎ１．００４０％以下の超極低炭素、窒素高クロ
ム鋼の製造方法である。

ところが、この本出願人にかかる先願の方法は。

確かに従来に比べると優れてはいるが、製造のための時
間が５時間にもなり、長時間にわたるのが大きな欠点と
なっていた。

すなわち、この技術の場合、例えば脱炭だけについて見
ても、 ■ Ｃ：Ｏ，Ｓ〜２．５笈→Ｃ≦０．０２％に要する時
間は約１００分〜２２０分であり、 ■ ＣＳ２．０２％に達してから極低炭素とするまでの
時間は６０〜１５０分であり、 精錬全時間は最低でも、３，５時間長いときは７時間に
達し、平均５時間である。

このため取鍋耐大物の損耗が激しく、使用回数も５回程
度にとどまりコストを高くする主な要因となっている。

本発明の目的は精錬時間の短い能率的な超極低炭素極低
窒素高Ｃｒ鋼の製造方法を提供することにある。

その構成の要旨とするところは、高Ｃｒ溶鋼を真空取鍋
脱ガス方式によって処理する高Ｃｒ鋼の製造方法におい
て、取鍋中のＣ：０．８〜２．５％、Ｃｒ：１０〜３５
％を含有する高Ｃｒ溶鋼に、減圧下で取鍋底部より溶鋼
電画り１５Ｎｔ／ｍｉｎを越える不活性ガスを吹き込む
とともに、溶鋼表面に酸素ガスを吹きつけて脱炭し、溶
鋼中のＣ含有量を０．０７％に低下させ、その後不活性
ガスを、次式： を満足するように供給し、Ｓ ｉ ０２２０％以上、Ｃ
ｒ２０３２５％以下を含有する溶鋼トン当り１ｋｇ以上
のスラグを生成せしめ、溶鋼中のＣが目標炭素含有量以
下になったとき前記酸素供給を停止することを特徴とす
る超極低炭素・極低窒素高Ｃｒ鋼の製造に関するもので
ある。

次に本発明の詳細な説明する。

転炉、電気炉あるいは平炉等の製鋼炉より出鋼される高
クロム溶鋼は、底部に不活性ガス吹込み装置を具備する
取鍋に移され減圧槽に入れられる。

本発明において、このときの溶鋼の功の値は、０．８〜
２．５％の範囲内にある必要がある。

その成分組成の限定理由を実験データに基づき説明する
。

第１図は酸素吹精前の初期〔と酸素吹精後のＮの関係を
示す図である。

初期〔０，８％以上の溶鋼を酸素吹精すると、酸素吹精
後の最終窒素濃度Ｎは４Ｑｐｐｍ以下にすることができ
るが、〔０，８％より少ない溶鋼を酸素吹精しても、凶
を４０卿以下にすることができないことが判る。

同図中○、Ｑ・印はそれぞれ酸素吹精前の初期窒素濃度
が２５０ｐｐＩ１１以上、２００〜２５０ｐＩ）ｍ、２
００ｐＩ）ＩＩＩ以下の溶鋼を示すが、たとえ初期窒素
濃度が２５０ｆｌｐＩｎ以上の溶鋼にあっても初期炭素
濃度が０．８％以上であれば、超極低窒素の高クロム鋼
となすことができる。

一方初期口が２．５％より高くなると、脱炭処理時間が
長くなり、取鍋精錬の能率上、また耐火物の寿命上から
も好ましくないので２．５％以下にする必要がある。

すなわち、脱窒は活溌な脱炭反応に付随して進行するの
で、超極低炭素および窒素濃度となすためには、減圧上
精錬中の脱炭量を大きくする必要がある。

この点、前記特願昭５０−１４９４６５号記載の発明に
あっては、初期口が必ずしも十分には高くなかったので
、超極低窒素高クロム鋼を安定して製造することに問題
があったのである。

本発明によれば、溶鋼を収容した取鍋を減圧槽に入れ、
不活性ガスの吹込みを開始すると共に減圧槽内を減圧し
、続いて酸素を溶鋼表面に吹付ける。

この工程生試料採取、測温などを必要とするが、吹精を
中断しないことが望ましい。

前記不活性ガスを吹込む際の流量の制御は、とくにＣ０
，１％以下の範囲で、脱炭速度を犬ならしめ、かつ［Ｃ
ｒ’ｌの酸化損失を抑えて、低炭素域まで酸素吹精を継
続できるようにするために極めて重要なことであること
を本発明者等は種々の実験により新たに知見した。

すなわち、Ｃｒの酸化が主としてＣ含有量０．１％以下
に達してから生じるものであることが解った。

そしてこの時期における溶鋼電画りの不活性ガス流量Ｇ
（Ｎ１７ｍ１ｎ）を酸素ガスの流量ＱＯ２（Ｎ４／ｍ１
ｎ）にくらべて十分大きくすれば、Ｃｒの酸化が小さく
、Ｃ含有量を極めて低い値まで脱炭を進めることができ
ることを見出した。

発明者らの研究によれば、酸素吹精を止めたときのＣ含
有量を４０購以下とするために必要なＧの値は第２図に
示すところから導かれるように、次式；％式％（１） ここで、Ｇ；溶鋼電画りの不活性ガス流量（Ｎｌ／＝ｎ
） ＱＯ２；溶鋼電画りの酸素ガス流量（Ｎ１７ｍ１ｎ） 〔％Ｃｒ 、］ ＃溶鋼のＣｒ含有量（％）；の範囲で
ある。

しかし、先願（特願昭５３−９４２１２号）に示した通
り、Ｇはｌ ５ Ｎｔ／ｍｉｎより多くないと、いが十
分低値とならない場合があるので、Ｇは１５ Ｎ ／１
．／ｍｉ ｎを越える値としなければならない。

上記条件を満すとき、生成スラグ中の（Ｃｒ２０３）含
有量が少なくとも脱炭の進行中は２５％以下に保たれ脱
炭を促進するスラグ組成を維持することができる。

不活性ガスの流量は、従来はポーラス煉瓦の通気量で決
められる上限があり、実用上の上限値は溶鋼電画り４Ｏ
Ｎｔ／ｍｉｎであると考えられた。

しかし、発明者らは、ポーラスプラグの直径を犬とし、
数多く用いることにより、これを任意に大きくできるこ
とを確かめることができた。

また、ポーラスプラグの代りに鋼管を利用したノズルを
使えば経済的な不活性ガスの多量供給が可能である。

また本発明方法は、従来方法より多量の不活性ガスを吹
込むため、送酸速度を従来方法より大きい値として、Ｃ
ｒ酸化損失を抑えて脱炭することが可能であり、その結
果脱炭速度が大きくなる。

このため、（１）式の条件を満す不活性ガス流量Ｇが十
分大きければ、酸素流量Ｑ０２を著しく大きくできるの
で、脱炭に要する時間が短かくできるようになる。

本発明によれば、Ｃ含有量が０．１％以下での溶鋼温度
Ｔは、次式； ％式％（２） を満すことが望ましい。

第３図に示す通り、十分な不活性ガス流量であっても、
これより低温の場合には、十分な低炭素まで脱炭できな
い場合がある。

（（２）式を満す温度とするために、（１）式を満足す
る範囲で酸素供給速度を犬とすることができる。

この際、酸素流量が大きくても、スラグ中（Ｃｒ２０３
）の生成量が十分小さいのが本発明の特徴の一つである
。

）本発明によれば、酸素吹精により生成するスラグの成
分組成中ＳｉＯ２を２０％以上、Ｃｒ２０３２５％以下
となし、かつ生成する前記スラグの量を溶鋼基当り１
ｋｇ以上とする必要がある。

前記スラグの成分組成を限定する理由は、ＳｉＯ□が２
０％より少なくなると脱炭速度が低下するので、スラグ
中のＳ ｉ０２は２０％以上にする必要がある。

またスラグ中のＣｒ２Ｏ３が２５％より多くなると急速
に脱炭速度が低下するのでスラグ中のＣｒ ２０３は２
５％以下にする必要がある。

本発明において、前記Ｓ ｔ ０２２０％以上、Ｃｒ２
０３２５％以下を含有するスラグが溶鋼基当り１ ｋｇ
より少ないと脱炭速度が著しく低下する。

一方、本発明の方法によれば、生成するスラグ量が溶鋼
基当り１８０ｋｇに達しても脱炭速度に対して影響しな
いので、実質上スラグ量の上限は無い。

本発明によれば、前述の処理により溶鋼中のＣが目標炭
素含有量（０，００４０％）以下になったとき酸素吹付
けを停止し、精錬を終ることができるし、また、引続き
１０ Ｔｏｒｒ以下の高真空下で溶鋼基当り６〜４０
Ｎ ｔ／ｍｉ ｎの不活性ガスを吹込み激しく攪拌する
ことによって、溶鋼中の０を確実に製品規格値以下にす
ることもでき、さらに時間を延長することにより必要に
より０．００１０％以下にすることもできる。

ここで、目標Ｃ含有量とは、必ずしも製品規格値ではな
く、本発明の方法を実施するときの終了点で目標とする
Ｃ含有量である。

ゆえに、酸素を停止した後さらに脱炭を進める場合の前
記目標Ｃ含有量は製品規格Ｃ含有量より高くても良い。

上記溶鋼の激しい攪拌によって超極低炭素域にまで確実
に脱炭できるのは、このような超低炭素域における脱炭
反応は溶鋼と、減圧上気相との界面の極く近傍域に限ら
れて生起するが、前記の激しい攪拌によってその界面積
が大きくなるためと考えられる。

以上述べた通り本発明法によれば、脱炭が速く酸素供給
を続けている間に極めてＣ含有量を低くできるので、こ
の第１での時間が節約（３０分）できる上先願（特開昭
５３−９４２１２号）のように酸素供給を停止した後の
長時間の真空脱炭処理が必要でない（６０〜１２０分の
時間の短縮）。

このため、精錬時間が従来技術では３．５〜７時間であ
ったものが、２〜４時間と著しく短縮できる。

したがって、能率が良く、製造費用とりわけ耐火物使用
回数も５０％増すという節約の効果が著しい。

以下、本発明方法の実施例について比較例とともに示す
。

実施例 １ 電気炉にて約５０ｔの２６％Ｃｒ鋼を溶鋼し、脱硫処理
を行なって出鋼した。

取鍋にて除滓した後Ｃ：０．８５％、Ｓｉ：０．３３％
、Ｎ：２５０ｐＨＩＩＩ。

温度１６５０℃で真空タンクに入れ、その真空下で酸素
吹込みを行った。

このときの条件は、不活性ガス流量Ｇ＝３２ Ｎ ｌ／
ｍｉ ｎ−ｔ （全１６０ＯＮｔ／ｍ ｉ ｎ ）、酸
素流量Ｑｏ２＝３０ＯＮｔ／ｍ１ｎ−ｔ（全９０ＯＮｍ
３／ｈ）であった。

わが約０．１％に達したとき、不活性ガス流量Ｇを５４
Ｎｔ／ｍ１ｎ−ｔ（全２７００ Ｎ ／、／ｍｉ ｎ
）、酸素流量ＱＯ２を１５０ Ｎ ｔ／ｍ１ｎ−ｔ （
全４５ＯＮｍ３／ｈ）に変えた。

このときの溶鋼温度は、１６９０℃であった。

この条件を３５分間維持して酸素供給を止めたとき、■
は２２ｐｐ１０． ＩＮ］は３８ｐｐｍであり、温度は
１７１５℃であった。

精錬時間は通算２時間１５分となった。

実施例 ２ 電気炉にて３０％Ｃｒ鋼（３１，２％）約４９ｔを溶解
し、取鍋に出鋼した。

真空タンク装入時の溶鋼は、Ｃ： １．０２％、Ｓｉ：
０．８２％、Ｎ：６８０ｐｐ［Ｉｌであった。

真空下酸素吹精は不活性ガス流量Ｇ ＝ ３１ Ｎ ｔ
／ｍｉ ｎ−ｔ （全１５５ＯＮ４／ｍ１ｎ）、酸素流
量Ｑｏ２＝３２ＯＮｔ／ｍ１ｎ−１（全９５ＯＮｍ３／
ｈ）で行なった。

回が約０．１％に達したときの溶鋼温度は１７３０℃で
あった。

この後、不活性ガス流量Ｇを４０．８Ｎｔ／ｍ１ｎ−ｔ
（全２０００ Ｎ ｔ／ｍｉ ｎ ）、酸素流量ＱＯ２
を１０２Ｎ／、７ｍ１ｎ−ｔ （全３００ Ｎｒ１１／
ｈ）として酸素吹精を続け、約４０分保持して酸素供
給を止めた。

このときのいは２ ｓｐｐｍ、 ■は３５１）Ｉ）１１
であり、精錬時間は通算２時間３０分であった。

比較例 １ （長時間の例） ５２．６１の２６％Ｃｒ鋼を実施例１とほぼ類似する条
件で真空精錬した。

真空精錬開始時の溶鋼成分はＣ：０．８３％、Ｓｉ：０
．４２％、Ｎ：５２０ｐｐｍおよび溶鋼温度は１６９０
°Ｃである。

酸素吹精は不活性ガス流量Ｑ＝ １７．２ Ｎ４／ｍ１
ｎ−ｔ（全９００ Ｎ ｔ／ｍｉ ｎ）、酸素流量Ｑ
Ｏ２＝ ２２２ Ｎ ｌ ７ｍ１ｎ−ｔ（全７０ＯＮｍ
３／ｈ）の条件で行った。

その条件のまま吹精を続け、酸素供給を止めたとき、功
は１６０ｐｐｌｎ、Ｎは２４ｐｐｍ、溶鋼温度は１７２
２℃であった。

０２／Ｖ百−５３，５であり本願の範囲を外れていた。

このため引続き１３０分間の真空脱炭処理を行ない□□
□を２５ｐｐＩ［ｌとすることができた。

精錬時間は通算４時間３８分である。比較例 ２ （
Ｃｒ２０３過犬で脱炭不良の例）５３．６ｔの３０％Ｃ
ｒ鋼を実施例１と類似する条件で真空精錬した。

真空精錬開始時の溶鋼成分は、 Ｃ二 ０．９９％、Ｓ
ｉ：０．８８ ％、Ｎ：５８０卿である。

酸素吹精は不活性ガス流量Ｇ＝２２Ｎｔ／ｍ１ｎ−ｔ（
全１２００ Ｎｔ／ｍ１ｎ）、酸素流量Ｑｏ２＝４０４
Ｎｔ／ｍ１ｎ−１（全１３００ Ｎｕ／ｈ ）の条件で
行い、■がおよそ０．１％に達した点で、酸素流量ＱＯ
２を１２４Ｎ ／、／ｍｉｎに減少した。

そのまま約３０分間酸素供給を続けた点で試料を採取分
析したところ■２２０ｐｐＩ］］であった。

引続き約２５分間酸素供給して停止した。

このとき溶鋼中の圓は７６ｐｐｍｔｌＮ］は４２ｐｒ＝
、溶鋼温度は１７４０°Ｃであった。

Ｑ０２／Ｊ６は２６．４であり、本願の範囲を外れたた
めであった。

以上の説明ならびに実施例から明らかなように、本発明
によれば、第４図に示すように超極低炭素、窒素の高ク
ロム鋼を、極めて短時間に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

図面の第１図は、脱炭溶鋼の０濃度と酸素吹錬後の窒素
濃度との関係を示す図、第２図は種々の〔％Ｃｒ）に対
する（６）含有量が４０ｐｐｍ以下にするために必要な
不活性ガスの流量の特性図、第３図は種々の〔％Ｃｒ）
に対するｎ含有量が１％以下での溶鋼温度の特性図、第
４図は本発明の効果を先願のものと比較する精錬時間の
特性図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高クロム溶鋼を真空取鍋脱ガス方式によって処理す
   る高クロム鋼の製造方法において、Ｃ０，８〜２．５％
   、Ｃｒ１Ｏ〜３５％を含有する高クロム溶鋼に減圧下で
   取鍋底部より溶鋼電車り１５Ｎｔ／ｍｉｎを越える不活
   性ガスを吹込むと共に溶鋼表面に酸素ガスを吹付けて脱
   炭し、溶鋼中のＣ含有量を０．０７％に低下させ、その
   後不活性ガスを次式；ここで、Ｇ：不活性ガス流量 ＱＯ２”酸素ガス流量 〔％Ｃｒ〕二溶鋼中のＣｒ含有量 を満すように供給し、Ｓ ｉ０２２０％以上、Ｃｒ２０
   ３が２５％以下を含有する溶鋼トン当り１ｋｇ以上のス
   ラグを生成せしめ、溶鋼中のＣが目標炭素含有量以下に
   なったとき酸素吹付けを停止することを特徴とする超極
   低炭素、窒素高クロム鋼の製造方法。