JP3769777B2

JP3769777B2 - 極低窒素Ｃｒ含有鋼の溶製方法

Info

Publication number: JP3769777B2
Application number: JP17604095A
Authority: JP
Inventors: 久平岡; 秀次竹内
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1995-07-12
Filing date: 1995-07-12
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2015-07-12
Also published as: JPH0925509A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、極低窒素Cr含有鋼の溶製方法に関し、特に真空脱炭処理を行って極低炭素鋼を製造する際に用いて有利な方法を提案しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼に代表されるCr含有鋼では、窒素濃度を100ppm以下に下げると機械的特性が向上することが知られている。また、フェライト系ステンレス鋼では炭素濃度を30ppm 以下とすると耐銹性が飛躍的に向上し、靱性も良くなることが知られている。
このように、Cr含有鋼においては、極低炭素化・極低窒素化することによって品質を大幅に改善することができる。したがって、かかるCr含有鋼の極低炭素化・極低窒素化について研究開発が進められている。
【０００３】
しかし、Cr含有鋼は普通鋼に比べて平衡窒素濃度が高いため、単なる真空脱ガス処理では極低窒素濃度まで脱窒することは困難である。それゆえ極低窒素Cr鋼を溶製するための通常の手法は、減圧槽内に収容した溶鋼の初期Ｃ濃度を一定濃度以上に高くしておき、かかる減圧槽内に酸素を吹込む真空脱炭処理の、その初期において多量に発生するCOガス気泡を脱窒の反応サイトとして利用する脱窒処理法、すなわち鋼中窒素を該COガス気泡内に窒素ガスとして溶解させることによって該気泡の浮上除去とともに窒素を系外に放出する処理法が行われている。
【０００４】
このような処理法では、脱炭と共に脱窒をも行われるけれども、Cr含有鋼は、極低窒素濃度が要求される鋼種では、ほとんどの場合に極低炭素濃度も要求されるのであり、したがって処理後にＣ、Ｎのどちらか一方の濃度を極小にしたとしても、他方の濃度がそれほどに低減されていない場合には所望の特性が得られない。結局のところ、炭素濃度と窒素濃度との総和（Ｃ＋Ｎ）をパラメ−タとしてＣ、Ｎの両方を低減することが必要である。
【０００５】
ところが、上述したように、従来の方法で該Cr含有溶鋼を極低窒素濃度まで脱窒するためにはむしろ、処理前溶鋼のＣ濃度を一定濃度以上に高くする必要がある。このことは、極低窒素を得ようとする溶鋼を極低炭素濃度まで脱炭するために長時間の処理が必要となることを意味し、処理時間が長期化によって、耐火物の溶損や処理用役が増大し、大幅なコストアップとなるという弊害を招いていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記の問題点を有利に解決するもので、極低窒素Cr含有鋼を溶製するにあたり、初期Ｃ濃度を高くすることなしに極低窒素濃度域までの脱窒を可能にし、したがって、目標とする極低炭素域まで脱炭する処理時間を短縮でき、耐火物の溶損低減及び用役低減による処理コストの削減を可能とする方法を提案することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、粗脱炭後の減圧槽内クロム含有溶鋼にAlを添加し酸化させてこの酸化発熱により溶鋼を昇温させる間に、水素ガスをこの溶鋼中に吹き込み、しかる後に真空脱炭処理により極低炭素域まで脱炭することを特徴とする極低窒素Cr含有鋼の溶製方法（第１発明）である。
【０００８】
この発明の方法においては、溶鋼トン当たり2.0Nm³/hr 以上の流量で水素ガスを溶鋼中に吹き込むことが有利であり、また、減圧槽が、VOD 法, DH法又はRH法で用いる減圧槽であることが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を減圧槽としてVOD 法の減圧槽を用いた場合を例にして具体的に説明する。
減圧下におけるCr含有鋼の脱炭において、初期Ｃ濃度を高くすると脱窒が進行することは従来から知られている。
その一例として、鉄鋼便覧（日本鉄鋼協会編、丸善株式会社発行、1978 第２巻、第708 頁）から引用した到達Ｎ濃度に及ぼす初期Ｃ濃度の影響を図１に示す。図１から、初期Ｃ濃度が高いほど脱炭処理後の到達Ｎ濃度が低くなっていることがわかる。
【００１０】
このことは、脱炭反応で発生するCO気泡が、脱窒反応サイトである気液界面積を増大させることによって、脱窒反応速度が促進されるため、換言すれば該COガス気泡内にＮ₂ガスとして鋼中窒素を溶解させることで、該気泡の浮上除去とともに窒素を系外に放出するためと考えられている。
【００１１】
また、この発明の発明者らが行ったCr含有溶鋼の真空脱炭処理中における溶鋼中窒素濃度の推移を示す図２に示す。図２から、脱窒が進行するのはCOガス気泡の発生が多い脱炭初期であり、Ｃ濃度が0.1 ％以下ではほとんど脱窒が進行しないことが判明した。
【００１２】
以上のような実験結果を基に、発明者らはさらに鋭意研究を重ねた結果、脱窒の反応サイトとして、COガス気泡の代わりに水素ガス気泡を利用することを発案したのである。
すなわち、溶鋼中へ水素ガスを吹き込むと、吹き込まれた水素ガスはその性質上、溶鋼中に容易に溶解し、鋼浴表面近傍で再度水素ガスからなる無数の微細気泡となることから、脱窒サイトである気液界面積が飛躍的に増大することになる。この鋼浴表面近傍で生成する無数の微細気泡中では、窒素ガス分圧が零であるため、気泡内に窒素ガスが生成するようにして脱窒反応が進行する。云うなれば、CO気泡が存在しない場合でも、水素ガスを吹き込むことによって、微細かつ内部のCO分圧が零である水素ガス気泡が浴表面近傍に存在することになるため、脱窒反応の経路としては、従来とは異なった経路が形成されることになり、脱窒反応が促進されるのである。
【００１３】
なお、水素ガスを減圧槽の底部から吹き込む場合は、溶鋼静圧下で一旦溶鋼中に溶解するが、この溶解水素は浴表面近傍で溶鋼静圧が低下することから、再度水素ガス気泡となり、浴表面近傍で無数の微細気泡が生成することになる。また、水素ガスの吹き込みは、かかる底吹きの例に限らず、その他浸漬ランスの例や側壁羽口からの横吹きの例であってもよい。
【００１４】
さらに、減圧槽は、VOD 法に用いる減圧槽に限らずRH法やDH法に用いる減圧槽でも良く、また他の真空脱炭処理方法でも同様の効果が得られた。
【００１５】
ところで、上述のような水素ガスで脱窒反応を促進させる場合において、特に好適な条件があることが、発明者らの広範な実験・検討によって初めて明らかとなった。
すなわち、Cr含有鋼を溶製するに際して、Crの酸化損失を低減するためには高温処理が適しているけれども、通常、転炉等による粗脱炭後からVOD 等の真空脱炭処理の開始までの時間に溶鋼温度が低下するのは避け難い。そのため、VOD 処理開始直後にAlを添加し、例えば送酸することによってこのAlを酸化・発熱させ、その酸化発熱を利用して溶鋼の昇温が行われることが多い。
【００１６】
このようなAlの酸化発熱による溶鋼の昇温期にはAlが優先的に燃焼するため、脱炭反応は進行することがない。
そこで、このAlが優先的に燃焼している時期に水素ガスを鋼浴中に吹き込むならば、脱窒反応だけが進行することになる。ということは、初期Ｃ濃度が低くしておいても低Ｎ濃度まで到達することができる。逆に云えば、初期Ｃ濃度を脱窒反応促進のために上昇させておく必要がなくなるということであり、これにより、真空脱炭・脱窒処理時間の短縮を図ることができるのである。
【００１７】
以上のような溶鋼昇温時において溶鋼中に吹き込む水素ガスの流量は、溶鋼トン当たりの水素ガス溶解量、溶解した水素が浴表面で再度水素気泡となってガス化する速度、溶鋼流動量及び水素ガス吹き込み位置での溶鋼静圧等によって異なるが、種々の実験や検討から溶鋼トン当たり2.0Nm³/hr 以上の流量とすることが好適であることが判明した。それ未満の水素ガス流量では、脱窒にさほど寄与しないために脱窒速度の向上は望めず、処理時間が長くなることから、工業的に有効な脱窒効果が期待できない。一方で水素ガス流量は多いほど脱窒速度が増大するけれども、吹き込む水素ガス流量が過大な場合はスプラッシュの飛散が多く、かつ、真空度も低下するため、その容器・設備に応じて吹き込みガス流量の上限は適宜規制される。
【００１８】
なお、上記のような水素ガス吹き込みを脱炭中に行う場合について発明者らが広範に検討した結果、この脱炭中の水素ガス吹き込みは、高炭素濃度域ではスプラッシュ発生量が増大し、それを防ぐためにはCOガス発生速度を抑制することになり脱窒に不利となり、一方、低炭素濃度域では溶鋼中の溶存酸素濃度が上昇するため脱窒に不利となり、いずれにしても得策とはいえないことが判明した。
【００１９】
以上のことから、水素ガス吹き込みの終期は、脱炭反応の開始時であって、投入したAlが全て酸化してしまった後でも脱炭反応によるCOガスボイリングの程度が小さい間は水素ガスを吹き込むことによって脱窒促進が期待できる。特に窒素濃度を低減した鋼を得ようとする場合には、Alの酸化後、送酸を中断することで脱炭反応開始までの時間を積極的に設けることが有利である。
【００２０】
なお、脱炭処理中に脱窒不良が判明した場合で脱炭が進行している場合（溶鋼中Ｏが低い）には、脱炭のための送酸を停止し、水素ガスを吹き込むことによって脱窒することが可能である。
また、水素ガス吹き込みの際の雰囲気は、平衡N₂濃度を低下させる及びH₂気泡の膨張が大きくなるという観点から減圧の方が好ましいが常圧でも良い。
【００２１】
【実施例】
転炉で粗脱炭した17％Cr鋼約70t を取鍋に受けた。かかる取鍋内溶鋼の成分組成は表１に示すとおりである。
【００２２】
【表１】

【００２３】
これらの溶鋼についてVOD 処理を行った。処理前の窒素濃度は170 〜200ppmであり、処理開始前温度は1600±20℃の範囲で、Alを溶鋼トン当たり4.0 〜4.5 kg添加し、真空度10〜20Torrで、上吹きランスから酸素ガスを25〜30Nm³/hr t-steelの流速で15〜20min 間流し、約50℃昇温した。その後、通常の脱炭処理を行った。
【００２４】
かかる処理に当たって、この発明を適用した実施例１〜３については、初期Ｃ濃度が0.51, 0.42, 0.24％であり、Al酸化発熱を利用する昇温期に水素ガスを2.0, 3.5, 3.5Nm³/hr t-steel の流量で底吹きノズルから吹き込んだ。一方、比較材では水素ガスの吹き込みを行わなかった。比較材の初期Ｃ濃度は 0.55, 0.26 ％であった。
実施例及び比較材の処理条件及び0.1 ±0.02％Ｃまで脱炭した時点での窒素濃度を表２に示す。なお、脱窒後、引き続き極低炭素域まで脱炭し、炭素濃度0.003 ％を得、またその際の窒素濃度の変化は微小であった。
【００２５】
【表２】

【００２６】
実施例及び比較材の到達窒素濃度の比較から、初期Ｃ濃度が等しい場合には水素ガス吹き込みによって到達窒素濃度が約25％低減されていることが判る。また、初期Ｃ濃度が0.26％の比較材では到達窒素濃度が95ppm であり、脱窒不良であるのに対し、この発明の実施例では68ppm まで脱窒が進んでおり、約25分の脱炭時間の短縮が図られていることが明白である。
【００２７】
【発明の効果】
この発明によれば、従来よりも到達窒素濃度が低減され、かつ短時間で極低窒素、極低炭素のCr含有鋼を溶製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＶＯＤにおいて到達Ｎ濃度に及ぼす初期Ｃ濃度の影響を示すグラフである。
【図２】 Cr含有溶鋼の真空脱炭処理中における溶鋼中窒素濃度の推移を示すグラフである。

Claims

粗脱炭後の減圧槽内クロム含有溶鋼にAlを添加し酸化させてこの酸化発熱により溶鋼を昇温させる間に、水素ガスをこの溶鋼中に吹き込み、しかる後に真空脱炭処理により極低炭素域まで脱炭することを特徴とする極低窒素Cr含有鋼の溶製方法。
溶鋼トン当たり2.0Nm³/hr 以上の流量で水素ガスを溶鋼中に吹き込む請求項１記載の方法。
減圧槽が、VOD 法, DH法又はRH法で用いる減圧槽である請求項１又は２記載の方法。