JP3221812B2 - 低酸素鋼溶製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、脱酸剤としてＡｌ合金
をほとんど用いず、Ｓ，Ｃａ含有量が限定された、低炭
素鋼であり、主たる用途は厚板またはパイプである鋼の
溶製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、海洋構造物、船舶、ラインパイプ
等の高級鋼に要求される材質特性は益々厳しくなってい
る。特に、耐水素誘起割れ特性、耐硫化物応力腐食割れ
特性ならびに溶接部における低温靭性の抜本的改善が望
まれる。耐水素誘起割れ特性、耐硫化物応力腐食割れ特
性を満足するためには、溶鋼中のＳを低減し、Ｃａを添
加することによって有害介在物であるＭｎＳの生成を抑
制することが必要である。

【０００３】また、低温靭性の向上を図るためには、高
炭素マルテンサイトの生成を抑制することが必須であ
り、そのためには、溶鋼中のＡｌ濃度の低減が有効であ
る。低Ａｌ鋼を脱硫処理を行なう場合、脱硫処理前に溶
鋼にＡｌを添加して溶鋼中の溶解酸素濃度を低減し、脱
硫剤を添加して脱硫処理を行なった後、酸素を溶鋼中に
吹込み溶鋼中のＡｌを酸化除去する方法が特開平４−１
８３８１２号公報に開示されている。この方法では酸素
吹込み時に生成する多量のＡｌ₂ Ｏ₃ 系の非金属介在物
が生成し溶鋼の酸素濃度が高くなり、溶鋼清浄性が悪化
する問題がある。

【０００４】一般に、脱酸元素であるＡｌの含有量が低
くなると、鋼中の酸素濃度が上昇する傾向となる。鋼中
の酸素濃度は転炉からの流出スラグに大きく影響され
る。転炉スラグは酸化成分のＦｅＯ濃度が１５〜３０ma
ss％含有し、通常、転炉吹錬後の出鋼時に取鍋内へ不可
避的に混入するため、取鍋スラグにＦｅＯが含有され
る。

【０００５】脱酸元素のＡｌ濃度が低い溶鋼では、流出
した転炉スラグのＦｅＯの還元が不充分で、取鍋スラグ
のＦｅＯ濃度が数mass％含有される。このＦｅＯ濃度の
高いスラグが存在する溶鋼にＣａを添加すると、取鍋ス
ラグのＦｅＯがＣａにより還元されて溶鋼中の酸素濃度
が上昇する。すなわち、Ｃａが溶鋼中に酸素と反応して
酸化物を生成するとともに、スラグ中のＦｅＯと下記の
（１）式の反応が起こる。 Ｃａ＋ＦｅＯ（スラグ）→ＣａＯ（介在物）＋Ｆｅ （１）

【０００６】スラグ中のＦｅＯ濃度が高いと、この反応
の進行が大きく、（１）式の右辺のＣａＯを含有した介
在物が生成する。この介在物はＣａＯを含有したＣａＯ
−ＳｉＯ₂ 、ＣａＯ−Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＳｉＯ₂ 系介在物で
ある。これらの介在物は微細で溶鋼中での浮上速度が小
さく溶鋼から除去されにくく、溶鋼中の酸素濃度が高く
なる。これらの酸化物系介在物が多く存在すると、これ
らが割れの発生起点となる確率が高く、靭性が悪化す
る。特に、酸素濃度が０．００３０mass％を超えると材
質の劣化が著しくなる。したがって、これらの鋼材で
は、酸素含有量を低下する必要があり、具体的には酸素
を０．００３０mass％以下にする必要がある。

【０００７】また、ＦｅＯ濃度が高い場合には、脱硫反
応が阻害されるため、ＦｅＯ濃度の低減が有効である。
なお、本発明では、Ｃ含有量が高くなると靭性が低下す
るためにＣは０．２０mass％以下の鋼材を対象とした。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、低Ａ
ｌ、低Ｓ、Ｃａ添加鋼（Ａｌ≦０．００５mass％、Ｓ≦
０．００１mass％、０．０００５mass％≦Ｃａ≦０．０
０３０mass％を含み、残部は実質的にＦｅからなる鋼）
を溶製するにあたり、スラグからの再酸化を抑制し、鋼
材の酸素含有量を０．００３０mass％以下にすることが
できる溶製方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以下に、低Ａｌ、低Ｓお
よびＣａ添加鋼（Ａｌ≦０．００５mass％、Ｓ≦０．０
０１mass％、０．０００５mass％≦Ｃａ≦０．００３０
mass％を含み、残部は実質的にＦｅからなる鋼）の溶製
にあたり、スラグからの再酸化を抑制し、鋼材の酸素含
有量を０．００３０mass％以下にする方法を説明する。

【００１０】転炉吹錬後、出鋼時に転炉スラグの流出を
極力抑制するが、不可避的にスラグが流出し、このスラ
グによる再酸化が生じる。したがって、スラグの組成を
制御、すなわちＦｅＯ濃度を低減することによって溶鋼
への再酸化を低減することが有効である。

【００１１】この取鍋スラグの成分は下記の溶鋼のＳｉ
量に大きく支配される。 Ｓｉ＋ＦｅＯ→ＳｉＯ₂ ＋Ｆｅ すなわち、溶鋼Ｓｉの低下に伴い、酸素源であるスラグ
中のＦｅＯの還元が不十分でスラグの（％ＦｅＯ）が上
昇する（図１参照）。したがって、スラグ中の酸化度で
ある（％ＦｅＯ）を低減するためにはＳｉ濃度を上昇す
る必要がある。しかしながら、Ｓｉ濃度が１．０mass％
より高くなると鋼材の靭性を悪化させる。したがって、
Ｓｉ濃度の上下限値は規定され、図１の結果と合せ０．
１５mass％≦Ｓｉ≦１．０mass％と限定される。

【００１２】Ｃａを溶鋼中に添加する方法は、Ａｒ等の
不活性ガスでＣａを含有した粉体を溶鋼中へ吹き込む方
法が一般的であり、Ｃａは溶鋼中の酸素と反応して酸化
物を生成するとともにスラグ中のＦｅＯと下記の反応が
起こる。 Ｃａ＋ＦｅＯ（スラグ）→ＣａＯ（介在物）＋Ｆｅ このスラグ中のＦｅＯ濃度が低減すると、この反応の進
行が小さく、溶鋼中の酸素濃度が減少する。したがっ
て、前記のとおりスラグのＦｅＯ量を低減させることに
よって、Ｃａ添加時の鋼中酸素濃度の上昇を抑制でき
る。

【００１３】Ｃａを添加する前のＦｅＯ濃度と鋼材の酸
素濃度の関係を図２に示す。ＦｅＯ濃度の低減とともに
酸素濃度が低下することが分かる。ＦｅＯ濃度を１mass
％以下とすると酸素濃度は３０ppm 以下に低減する。

【００１４】Ｓｉ濃度を０．１５mass％以上とし、Ｆｅ
Ｏ濃度を１mass％以下に低減した溶鋼をＣａＯを吹込み
脱硫処理を行なうと、還元反応である脱硫反応の進行が
有利になり、図３に示す通りＳ≦０．００１mass％の鋼
の製造が可能となる。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明の実施例を示す。３００ton
転炉にて主に脱炭素、脱リン精錬を行ない、出鋼時にＳ
ｉ、Ｍｎを添加し、表１に示す如く、溶鋼中のＳｉ濃度
を０．２１mass％に制御し、取鍋溶鋼上のスラグのＦｅ
Ｏ濃度を０．９mass％に低減した。この溶鋼の二次精錬
工程においてＣａＯとＣａＦ₂ を主成分とする脱硫剤を
添加し、その後Ｃａ−Ｓｉ合金を添加した。この溶鋼を
連続鋳造機にて鋳造し、Ｓｉ：０．２１mass％、Ｓ：
０．００１mass％、Ａｌ：０．００３mass％、Ｃａ：２
２ppm 、Ｏ：２５ppm の鋳片を溶製できた。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【発明の効果】以上、本発明の溶製法により、低Ａｌ、
低ＳのＣａ添加鋼を製造するにあたり、溶鋼でスラグか
らの再酸化を抑制し、０．００３０mass％以下の酸素の
鋼材を製造できた。これによって高級鋼に要求される耐
水素誘起割れ特性、耐硫化物応力腐食割れ特性ならびに
溶接部における低温靭性の抜本的改善が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】転炉出鋼後の溶鋼Ｓｉと取鍋スラグ中の（％Ｆ
ｅＯ）の関係を示す図である。

【図２】取鍋スラグ中の（％ＦｅＯ）と鋳片の酸素濃度
の関係を示す図である。

【図３】取鍋スラグ中の（％ＦｅＯ）と鋳片の硫黄濃度
の関係を示す図である。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−48615（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−287626（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−128620（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−131315（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−212243（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−100311（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21C 7/06 C21C 7/04 C21C 7/064 C22C 38/00 C22C 38/06

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃ ≦０．２０mass％、 Ａｌ≦０．００５mass％、 Ｓ≦０．００１mass％、 ０．０００５mass％≦Ｃａ≦０．００３０mass％を含
   み、残部は実質的にＦｅからなる鋼材を製造する方法に
   おいて、溶鋼中のＳｉ濃度を０．１５mass％≦Ｓｉ≦
   １．０mass％に制御し、取鍋溶鋼上のスラグのＦｅＯを
   １mass％以下に還元し、その後Ｃａを添加し、鋼材の酸
   素を０．００３０mass％以下とすることを特徴とする低
   酸素鋼溶製方法。