JPH07233426A - 低シリコン・低酸素鋼の製造方法 - Google Patents
低シリコン・低酸素鋼の製造方法Info
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- JPH07233426A JPH07233426A JP2386094A JP2386094A JPH07233426A JP H07233426 A JPH07233426 A JP H07233426A JP 2386094 A JP2386094 A JP 2386094A JP 2386094 A JP2386094 A JP 2386094A JP H07233426 A JPH07233426 A JP H07233426A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｓｉ濃度が低く、かつ酸素濃度も低い鋼種を
ＥＳＲで製造する方法を提供する。 【構成】 本発明方法においては、Ｓｉ濃度が0.３０重
量％以下に調整されている鋼種を消耗電極とし、酸素遮
断雰囲気下で前記消耗電極をエレクトロスラグ再溶解す
ることにより、Ｓｉ濃度：0.３０重量％以下で、かつ、
Ｏ濃度：0.００２重量％以下に清浄化する。
ＥＳＲで製造する方法を提供する。 【構成】 本発明方法においては、Ｓｉ濃度が0.３０重
量％以下に調整されている鋼種を消耗電極とし、酸素遮
断雰囲気下で前記消耗電極をエレクトロスラグ再溶解す
ることにより、Ｓｉ濃度：0.３０重量％以下で、かつ、
Ｏ濃度：0.００２重量％以下に清浄化する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は低シリコン・低酸素鋼の
製造方法に関し、更に詳しくは、低シリコンであると同
時に、酸素濃度も極めて低い清浄鋼をエレクトロスラグ
再溶解法で製造する方法に関する。
製造方法に関し、更に詳しくは、低シリコンであると同
時に、酸素濃度も極めて低い清浄鋼をエレクトロスラグ
再溶解法で製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、航空機のエンジンシャフトやガ
スタービンのブレードなどに用いられる鋼種は、非金属
介在物などを含まない清浄鋼であることが必要とされて
いる。このような清浄鋼を得るためには、溶製の過程
で、非金属介在物生成の原因となる酸素や窒素などの成
分、とりわけ、酸素の濃度を極力低減しなければならな
くなる。
スタービンのブレードなどに用いられる鋼種は、非金属
介在物などを含まない清浄鋼であることが必要とされて
いる。このような清浄鋼を得るためには、溶製の過程
で、非金属介在物生成の原因となる酸素や窒素などの成
分、とりわけ、酸素の濃度を極力低減しなければならな
くなる。
【０００３】上記清浄鋼を製造するためには、まず、目
的とする組成の鋼種を例えばアーク炉精錬で溶製し、そ
の溶湯を鋳造してインゴットにする。ついで、このイン
ゴットに対し、例えば、真空アーク再溶解法，エレクト
ロスラグ再溶解法，電子ビー再溶解法，プラズマ再溶解
法などを適用して清浄化処理が施されている。こられの
再溶解法のうち、エレクトロスラグ再溶解法（Electros
lag Remelting Method，以下、ＥＳＲ法という）は、清
浄化の対象である所定鋼種のインゴットを消耗電極と
し、これを例えば銅から成る水冷鋳型の中にセットし、
上記消耗電極と水冷鋳型の間に所定組成のスラグを介在
させた状態で消耗電極と鋳型の間に通電し、そのときの
スラグの抵抗発熱で消耗電極を順次溶解させ、また同時
にスラグ自らも溶融させ、前記した消耗電極の融滴が前
記溶融スラグを通過する過程で脱酸を進行させ、生成し
た介在物を浮上分離させ、その精錬された融滴を水冷鋳
型の中で積層凝固させ、もって、前記した消耗電極より
も清浄な鋼塊を製造するという方法である。
的とする組成の鋼種を例えばアーク炉精錬で溶製し、そ
の溶湯を鋳造してインゴットにする。ついで、このイン
ゴットに対し、例えば、真空アーク再溶解法，エレクト
ロスラグ再溶解法，電子ビー再溶解法，プラズマ再溶解
法などを適用して清浄化処理が施されている。こられの
再溶解法のうち、エレクトロスラグ再溶解法（Electros
lag Remelting Method，以下、ＥＳＲ法という）は、清
浄化の対象である所定鋼種のインゴットを消耗電極と
し、これを例えば銅から成る水冷鋳型の中にセットし、
上記消耗電極と水冷鋳型の間に所定組成のスラグを介在
させた状態で消耗電極と鋳型の間に通電し、そのときの
スラグの抵抗発熱で消耗電極を順次溶解させ、また同時
にスラグ自らも溶融させ、前記した消耗電極の融滴が前
記溶融スラグを通過する過程で脱酸を進行させ、生成し
た介在物を浮上分離させ、その精錬された融滴を水冷鋳
型の中で積層凝固させ、もって、前記した消耗電極より
も清浄な鋼塊を製造するという方法である。
【０００４】このＥＳＲ法は、通常、大気中で行なわ
れ、またスラグとしては、通常、ＣａＦ2 ，Ａｌ
2 Ｏ3 ，ＣａＯ，ＭｇＯなどの各粉粒体を所定の割合で
混合したものが用いられている。
れ、またスラグとしては、通常、ＣａＦ2 ，Ａｌ
2 Ｏ3 ，ＣａＯ，ＭｇＯなどの各粉粒体を所定の割合で
混合したものが用いられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した大
気中で行うＥＳＲ法には次のような問題がある。すなわ
ち、まず、大気中の水分や窒素成分が再溶解の過程で融
滴に取り込まれ、その結果、ＥＳＲ後に得られた鋼塊の
水素濃度と窒素濃度が上昇し、かつその濃度ばらつきが
大きくなるということである。
気中で行うＥＳＲ法には次のような問題がある。すなわ
ち、まず、大気中の水分や窒素成分が再溶解の過程で融
滴に取り込まれ、その結果、ＥＳＲ後に得られた鋼塊の
水素濃度と窒素濃度が上昇し、かつその濃度ばらつきが
大きくなるということである。
【０００６】一方、ＥＳＲ法における脱酸は、消耗電極
の溶製時に脱酸剤として添加されたＳｉ成分による脱酸
であるということが知られている。すなわち、ＥＳＲ時
の融滴および溶融メタルと溶融スラグの接触界面におい
ては、次式：
の溶製時に脱酸剤として添加されたＳｉ成分による脱酸
であるということが知られている。すなわち、ＥＳＲ時
の融滴および溶融メタルと溶融スラグの接触界面におい
ては、次式：
【０００７】
【数１】
【０００８】で示される平衡反応が成立している。そし
て、融湯中のＳｉ成分が周辺の酸素成分と反応してＳｉ
Ｏ2 を生成し、このＳｉＯ2 が溶融スラグに溶融するこ
とにより、(1) 式の反応は左方向に崩れて脱酸が進行し
ていくものと考えられる。今、上記(1) 式の反応系にお
いて、反応系の平衡定数をＫ，反応系の温度をＴ，融滴
内のＳｉ濃度を〔％Ｓｉ〕，その活量係数をγsi，系内
のＯ濃度を〔％Ｏ〕，その活量係数をγo ，生成したＳ
ｉＯ2 の活量をａsio2とすると、次式： ｌｏｇＫ＝−３０１１０／Ｔ＋１1.４０ …(2)
て、融湯中のＳｉ成分が周辺の酸素成分と反応してＳｉ
Ｏ2 を生成し、このＳｉＯ2 が溶融スラグに溶融するこ
とにより、(1) 式の反応は左方向に崩れて脱酸が進行し
ていくものと考えられる。今、上記(1) 式の反応系にお
いて、反応系の平衡定数をＫ，反応系の温度をＴ，融滴
内のＳｉ濃度を〔％Ｓｉ〕，その活量係数をγsi，系内
のＯ濃度を〔％Ｏ〕，その活量係数をγo ，生成したＳ
ｉＯ2 の活量をａsio2とすると、次式： ｌｏｇＫ＝−３０１１０／Ｔ＋１1.４０ …(2)
【０００９】
【数２】
【００１０】が成立する。そして、(2) ，(3) 式から、
次式：
次式：
【００１１】
【数３】
【００１２】が導かれる。したがって、〔％Ｏ〕の低
減、すなわち清浄な融滴を得るためには、(4) 式から明
らかなように、反応系の温度Ｔを低温にする処置、融滴
中のＳｉ濃度を高める、すなわちＳｉ濃度が高い消耗電
極を用いること、また溶融スラグ中のＳｉＯ 2 の活量を
低下させる処置を施せばよいことになる。
減、すなわち清浄な融滴を得るためには、(4) 式から明
らかなように、反応系の温度Ｔを低温にする処置、融滴
中のＳｉ濃度を高める、すなわちＳｉ濃度が高い消耗電
極を用いること、また溶融スラグ中のＳｉＯ 2 の活量を
低下させる処置を施せばよいことになる。
【００１３】これらのファクタのうち、まず、反応系の
温度Ｔは、ＥＳＲ操業時における投入電力によって自動
的に決定されるファクタであって、最良の温度は、用い
るスラグの溶融温度であるということからすれば、実操
業に採用することはできない。また、消耗電極中のＳｉ
濃度は対象鋼種の成分組成によって決定されるファクタ
である。したがって、Ｓｉ濃度が高い鋼種の低酸素化に
対しては採用することが可能であるが、最近要求が高ま
っている低Ｓｉ濃度の鋼種の低酸素化を実現するための
ファクタとして採用することはできない。
温度Ｔは、ＥＳＲ操業時における投入電力によって自動
的に決定されるファクタであって、最良の温度は、用い
るスラグの溶融温度であるということからすれば、実操
業に採用することはできない。また、消耗電極中のＳｉ
濃度は対象鋼種の成分組成によって決定されるファクタ
である。したがって、Ｓｉ濃度が高い鋼種の低酸素化に
対しては採用することが可能であるが、最近要求が高ま
っている低Ｓｉ濃度の鋼種の低酸素化を実現するための
ファクタとして採用することはできない。
【００１４】このようなことから、Ｓｉ濃度が低い鋼種
の低酸素化を実現するためには、溶融スラグ中のＳｉＯ
2 活量を低下させることが有効であるということにな
る。しかしながら、大気下のＥＳＲ操業において、溶融
スラグ中のＳｉＯ2 活量を低下させると、確かに、ＥＳ
Ｒ後の鋼塊中の酸素濃度は低下するが、際立った酸素濃
度の低下効果が得られるというわけではない。
の低酸素化を実現するためには、溶融スラグ中のＳｉＯ
2 活量を低下させることが有効であるということにな
る。しかしながら、大気下のＥＳＲ操業において、溶融
スラグ中のＳｉＯ2 活量を低下させると、確かに、ＥＳ
Ｒ後の鋼塊中の酸素濃度は低下するが、際立った酸素濃
度の低下効果が得られるというわけではない。
【００１５】これは、ＥＳＲの過程で大気中から酸素成
分が反応系内に継続的に取り込まれるからであると考え
られる。すなわち、融滴中のＳｉ成分は融滴内の酸素成
分を脱酸するために機能するというよりは、むしろ、反
応系に取り込まれてくる大気中の酸素成分と反応してＳ
ｉＯ2 になるために消費されるからである。そして、生
成したＳｉＯ2 は溶融スラグに溶融するので、その溶融
スラグにおけるＳｉＯ 2 活量が増大していき、融滴のＳ
ｉ成分と酸素成分との理論平衡関係は高酸素側へ移行し
ていくからであると考えられる。
分が反応系内に継続的に取り込まれるからであると考え
られる。すなわち、融滴中のＳｉ成分は融滴内の酸素成
分を脱酸するために機能するというよりは、むしろ、反
応系に取り込まれてくる大気中の酸素成分と反応してＳ
ｉＯ2 になるために消費されるからである。そして、生
成したＳｉＯ2 は溶融スラグに溶融するので、その溶融
スラグにおけるＳｉＯ 2 活量が増大していき、融滴のＳ
ｉ成分と酸素成分との理論平衡関係は高酸素側へ移行し
ていくからであると考えられる。
【００１６】本発明は、大気下のＥＳＲ操業における上
記した問題を解決し、Ｓｉ濃度が低い鋼種であっても、
従来に増して低酸素化を実現して清浄化することができ
る、低シリコン・低酸素鋼の製造方法の提供を目的とす
る。
記した問題を解決し、Ｓｉ濃度が低い鋼種であっても、
従来に増して低酸素化を実現して清浄化することができ
る、低シリコン・低酸素鋼の製造方法の提供を目的とす
る。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、Ｓｉ濃度が0.３０重量％以
下に調整されている鋼種を消耗電極とし、酸素遮断雰囲
気下で前記消耗電極をエレクトロスラグ再溶解すること
により、Ｓｉ濃度：0.３０重量％以下で、かつ、Ｏ濃
度：0.００２重量％以下に清浄化することを特徴とする
低シリコン・低酸素鋼の製造方法が提供される。
ために、本発明においては、Ｓｉ濃度が0.３０重量％以
下に調整されている鋼種を消耗電極とし、酸素遮断雰囲
気下で前記消耗電極をエレクトロスラグ再溶解すること
により、Ｓｉ濃度：0.３０重量％以下で、かつ、Ｏ濃
度：0.００２重量％以下に清浄化することを特徴とする
低シリコン・低酸素鋼の製造方法が提供される。
【００１８】本発明方法は、Ｓｉ濃度が0.３０重量％以
下で、かつ、Ｏ濃度が0.００２重量％以下にまで清浄化
された鋼種をＥＳＲ法で製造するための方法である。そ
のために、まず、消耗電極としては、溶製の段階でＳｉ
濃度が0.３０重量％以下に調整された低シリコンの鋼種
が選定される。Ｓｉ濃度が0.３０重量％よりも高い鋼種
の場合は、後述するＥＳＲを行っても、Ｓｉ濃度が0.３
０重量％以下であり、かつＯ濃度が0.００２重量％以下
にまで清浄化した鋼塊にすることが困難になるからであ
る。
下で、かつ、Ｏ濃度が0.００２重量％以下にまで清浄化
された鋼種をＥＳＲ法で製造するための方法である。そ
のために、まず、消耗電極としては、溶製の段階でＳｉ
濃度が0.３０重量％以下に調整された低シリコンの鋼種
が選定される。Ｓｉ濃度が0.３０重量％よりも高い鋼種
の場合は、後述するＥＳＲを行っても、Ｓｉ濃度が0.３
０重量％以下であり、かつＯ濃度が0.００２重量％以下
にまで清浄化した鋼塊にすることが困難になるからであ
る。
【００１９】本発明方法においては、上記消耗電極にＥ
ＳＲを行う際に、装置全体を密封構造にして系内を大気
と遮断し、もって、反応系の雰囲気を酸素遮断雰囲気に
する。その雰囲気としては、例えば、0.１〜７００Torr
程度の真空雰囲気、または、Ａｒガスのような不活性ガ
スで置換した減圧雰囲気であることが好ましい。本発明
においては、ＥＳＲ装置の中に上記消耗電極をセット
し、装置内を例えば真空ポンプで脱気して装置内を所定
の真空度に維持し、この状態の下で、消耗電極と水冷鋳
型との間に通電する。このときの通電方式は直流通電で
あっても交流通電であってもよく、格別限定されるもの
ではない。
ＳＲを行う際に、装置全体を密封構造にして系内を大気
と遮断し、もって、反応系の雰囲気を酸素遮断雰囲気に
する。その雰囲気としては、例えば、0.１〜７００Torr
程度の真空雰囲気、または、Ａｒガスのような不活性ガ
スで置換した減圧雰囲気であることが好ましい。本発明
においては、ＥＳＲ装置の中に上記消耗電極をセット
し、装置内を例えば真空ポンプで脱気して装置内を所定
の真空度に維持し、この状態の下で、消耗電極と水冷鋳
型との間に通電する。このときの通電方式は直流通電で
あっても交流通電であってもよく、格別限定されるもの
ではない。
【００２０】この反応系においては、大気からの酸素成
分の流入はない。したがって、融滴内のＳｉ成分は融滴
内の酸素成分とのみ反応するので、(1) 式で示した脱酸
反応においては、当該融滴の脱酸が律速的に進むことに
なり、融滴は清浄化される。かくして、このような融滴
の積層凝固の結果得られた鋼塊は、低シリコンであり、
かつ低酸素の清浄鋼になる。
分の流入はない。したがって、融滴内のＳｉ成分は融滴
内の酸素成分とのみ反応するので、(1) 式で示した脱酸
反応においては、当該融滴の脱酸が律速的に進むことに
なり、融滴は清浄化される。かくして、このような融滴
の積層凝固の結果得られた鋼塊は、低シリコンであり、
かつ低酸素の清浄鋼になる。
【００２１】
実施例１ Ｓｉ濃度が0.２４〜0.２６重量％，酸素濃度が６０ppm
に調整されているＳＵＳ３１６Ｌの鋼種を用意した。こ
の鋼種を消耗電極としてＥＳＲ装置にセットし、スラグ
として、ＣａＦ2 ：８０重量％，ＣａＯ：２０重量％か
ら成る混合粉末を用い、装置内をＡｒ：１５０Torrの減
圧状態にして、温度１６００℃でＥＳＲを行った。
に調整されているＳＵＳ３１６Ｌの鋼種を用意した。こ
の鋼種を消耗電極としてＥＳＲ装置にセットし、スラグ
として、ＣａＦ2 ：８０重量％，ＣａＯ：２０重量％か
ら成る混合粉末を用い、装置内をＡｒ：１５０Torrの減
圧状態にして、温度１６００℃でＥＳＲを行った。
【００２２】得られた鋼塊につき、Ｓｉ濃度と酸素濃度
を測定した。その結果を図１に示した。また、比較のた
めに、ＥＳＲを大気中で行ったことを除いては実施例１
と同じ操業条件で鋼塊を製造し、それら鋼塊について
も、Ｓｉ濃度と酸素濃度を測定した。その結果を、同じ
く図１に示した。
を測定した。その結果を図１に示した。また、比較のた
めに、ＥＳＲを大気中で行ったことを除いては実施例１
と同じ操業条件で鋼塊を製造し、それら鋼塊について
も、Ｓｉ濃度と酸素濃度を測定した。その結果を、同じ
く図１に示した。
【００２３】図中、□印はＥＳＲ前の消耗電極を表し、
○印は実施例の鋼塊を表し、●印は比較例の鋼塊を表
す。図１から明らかなように、本発明方法によれば、消
耗電極の酸素濃度は６０ppm から１０ppm にまで低減す
る。これに反し、従来のＥＳＲ法では、酸素濃度を２０
ppm にまで低減することが限界であり、しかもそのとき
には、Ｓｉ濃度も大幅に低減せざるを得ないということ
がわかる。
○印は実施例の鋼塊を表し、●印は比較例の鋼塊を表
す。図１から明らかなように、本発明方法によれば、消
耗電極の酸素濃度は６０ppm から１０ppm にまで低減す
る。これに反し、従来のＥＳＲ法では、酸素濃度を２０
ppm にまで低減することが限界であり、しかもそのとき
には、Ｓｉ濃度も大幅に低減せざるを得ないということ
がわかる。
【００２４】これらのことは、本発明方法では消耗電極
のＳｉ成分は自らの酸素成分の脱酸に寄与しているが、
従来方法では、大気中から流入する酸素成分によって浪
費され、消耗電極の脱酸反応に充分有効に寄与していな
いことを推定させるものである。 実施例２ アーク精錬により、表１で示した組成の鋼種を溶製し
た。この鋼種を消耗電極とし、下記の条件で、ＥＳＲを
行った。
のＳｉ成分は自らの酸素成分の脱酸に寄与しているが、
従来方法では、大気中から流入する酸素成分によって浪
費され、消耗電極の脱酸反応に充分有効に寄与していな
いことを推定させるものである。 実施例２ アーク精錬により、表１で示した組成の鋼種を溶製し
た。この鋼種を消耗電極とし、下記の条件で、ＥＳＲを
行った。
【００２５】電流：１6.５ｋＡ，電極：２８Ｖ，スラグ
組成：ＣａＦ2 ８０重量％，ＣａＯ２０重量％，真空
度：１５０Torr，消耗電極の溶解速度：２２９kg／hr，
消耗電極の重量：２０３０kg。得られた鋼塊につき、ボ
トム部とトップ部における成分を分析した。その結果を
表１に示した。
組成：ＣａＦ2 ８０重量％，ＣａＯ２０重量％，真空
度：１５０Torr，消耗電極の溶解速度：２２９kg／hr，
消耗電極の重量：２０３０kg。得られた鋼塊につき、ボ
トム部とトップ部における成分を分析した。その結果を
表１に示した。
【００２６】
【表１】
【００２７】表１のデータから明らかなように、本発明
方法によれば、得られる鋼種のＳｉ濃度を一層低くする
ことができ、しかも同時に、酸素濃度を大幅に低減する
ことができ、高清浄化を実現することができる。
方法によれば、得られる鋼種のＳｉ濃度を一層低くする
ことができ、しかも同時に、酸素濃度を大幅に低減する
ことができ、高清浄化を実現することができる。
【００２８】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明方
法は、Ｓｉ濃度が低い鋼種に対してもＥＳＲで酸素濃度
を大幅に低減することができ、鋼の清浄化を実現するこ
とができ、清浄鋼の製造方法として有用である。これ
は、ＥＳＲを行うときに、系内を大気と遮断することに
より、消耗電極に含まれていた酸素成分を当該消耗電極
のＳｉ成分で脱酸させるようにしたことがもたらす効果
である。
法は、Ｓｉ濃度が低い鋼種に対してもＥＳＲで酸素濃度
を大幅に低減することができ、鋼の清浄化を実現するこ
とができ、清浄鋼の製造方法として有用である。これ
は、ＥＳＲを行うときに、系内を大気と遮断することに
より、消耗電極に含まれていた酸素成分を当該消耗電極
のＳｉ成分で脱酸させるようにしたことがもたらす効果
である。
【図１】ＥＳＲ後に得られた鋼塊におけるＳｉ濃度と酸
素濃度との関係を示すグラフである。
素濃度との関係を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｓｉ濃度が0.３０重量％以下に調整され
ている鋼種を消耗電極とし、酸素遮断雰囲気下で前記消
耗電極をエレクトロスラグ再溶解することにより、Ｓｉ
濃度：0.３０重量％以下で、かつ、Ｏ濃度：0.００２重
量％以下に清浄化することを特徴とする低シリコン・低
酸素鋼の製造方法。 - 【請求項２】 前記酸素遮断雰囲気が、0.１〜７００To
rrの真空雰囲気または不活性ガスで置換した減圧雰囲気
である請求項１の低シリコン・低酸素鋼の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2386094A JPH07233426A (ja) | 1994-02-22 | 1994-02-22 | 低シリコン・低酸素鋼の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2386094A JPH07233426A (ja) | 1994-02-22 | 1994-02-22 | 低シリコン・低酸素鋼の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07233426A true JPH07233426A (ja) | 1995-09-05 |
Family
ID=12122202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2386094A Pending JPH07233426A (ja) | 1994-02-22 | 1994-02-22 | 低シリコン・低酸素鋼の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07233426A (ja) |
-
1994
- 1994-02-22 JP JP2386094A patent/JPH07233426A/ja active Pending
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