KR20230007492A

KR20230007492A - 고망간강의 용제 방법

Info

Publication number: KR20230007492A
Application number: KR1020227042823A
Authority: KR
Inventors: 후토시 오가사와라; 노부히코 오다; 료 가와바타; 요이치 이토; 다케히토 마츠다
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2020-08-19
Filing date: 2021-08-05
Publication date: 2023-01-12
Also published as: WO2022039036A1; JP7126103B2; CN115698342A; JPWO2022039036A1

Abstract

망간 휘발 손실의 억제와, 용탕 중의 질소 농도 저하를 양립시키는 고망간강의 용제 방법을 제안한다. 전로로 탈탄 취련을 실시한 후에 출강한 용강과, 별도로 용제한 고 Mn 용탕의 합탕을 실시함으로써, Mn 농도가 10 ∼ 40 질량％ 인 고Mn 강을 용제하는 방법으로서, 합탕을 실시한 후, 주조를 실시할 때까지의 동안에, 진공 처리를 실시함으로써 합탕 중의 [N] 을 저하시킴에 있어서, 진공 처리 전의 [Mn] (질량％) 과 용탕 온도 T (℃) 에 기초하여, 진공 처리 중의 진공도 P (Pa) 를 조정하는 방법이다. 바람직하게는, 진공 처리 중의 진공도 P (Pa) 를 하기 (1) 식으로 나타내는 범위로 하여 진공 처리를 실시한다. 0.005986 × T² - 19.07 × T + 15765.5 + (0.001613 × T² - 4.624 × T + 3319.7) × [Mn] ＜ P ＜ 400 × [Mn]···(1)

Description

고망간강의 용제 방법

본 발명은, 고망간강의 용제 방법에 관한 것으로, 특히, 질소 농도를 저하시킨 고망간강의 용제 방법에 관한 것이다.

일반적인 고로-전로법으로 강 제품을 용제하는 공장에 있어서, 망간 함유 강을 용제할 때에는, 전로 취련 중에 망간 광석을 첨가하는 방법이나 전로 출강시 또는 이차 정련 프로세스로 페로망간 등의 합금철을 첨가하는 방법이 취해진다. 전로 출강 후에는, 탄소 농도나 질소 농도의 추가적인 저감이나 비금속 개재물의 저감 등을 목적으로 하여, 예를 들어 RH 식 진공 탈가스 설비를 사용한 진공 처리가 실시되는 경우가 많다. 진공 처리에 있어서는, 탈탄이나 탈질을 촉진하기 위해, 진공조 내의 진공도를 높이는 것이 지향되지만, 망간은 철과 비교하여, 용강 온도에서 매우 증기압이 높기 때문에, 망간을 함유하는 강종에서는 진공 처리 중에 망간의 휘발 손실이 발생한다.

그 때문에, 예를 들어 특허문헌 1 이나 특허문헌 2 에 개시된 기술에서는 진공 처리 중에 탈가스조 내의 진공도를 2500 ∼ 14000 Pa 로 함으로써, 망간의 휘발 손실을 억제하면서, 탄소 농도를 충분히 낮추는 방법이 제안되어 있다. 또 특허문헌 3 에는 망간 농도 10 질량％ 이상의 고망간강의 진공 처리시에, 용탕 온도를 1500 ∼ 1650 ℃ 및 진공도를 6000 ∼ 16000 Pa 의 조건하에서 처리하는 방법이 제안되어 있다.

또, 특허문헌 4 에는, 공장의 생산 효율을 저하시키지 않기 위해서는, 전기로 등의 설비로 금속 망간을 용해시켜, 고망간 농도의 용탕을 미리 용제해 두고, 전로로부터 출강된 망간을 함유하지 않는 보통 용강과의 합탕 (合湯) 을 실시함으로써, 망간 함유량이 10 질량％ 를 초과하는 고망간 용탕을 얻는 기술이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2005-60782호 일본 공개특허공보 2005-60783호 일본 공개특허공보 2010-248536호 일본 공개특허공보 평10-140227호

그러나, 상기 종래의 기술에는, 아직 해결해야 할 이하와 같은 문제가 있었다.

일반적인 강 제품의 망간 함유 강종의 망간 농도는 1 ∼ 2 질량％ 이지만, 최근, 망간 함유량이 10 질량％ 를 초과하는 강종의 요구가 높아지고 있다. 이와 같은 강종에서는, 대량의 망간원을 첨가할 필요가 있다. 그런데, 통상 전로에서 탈탄 취련을 하는 경우에는, 망간의 산화 손실에 의해 강 중의 망간 수율이 저위가 되기 때문에, 전로에서의 탈탄 취련 후에 망간원을 첨가할 필요가 있다. 망간 규격이 Mn : 10 질량％ 이상인 고망간강에 있어서는, 첨가하는 망간원의 용해열 보상량도 고위가 된다. 그 때문에, 전로 출강 후의 이차 정련 프로세스에서의 열보상 부하가 증가하여, 생산 효율이 현저하게 저하된다.

특허문헌 3 에 기재된 방법에서는, 망간 농도에 상관없이 일률적으로 처리 중의 온도 조건과 진공도 조건이 규정되어 있지만, 망간의 휘발 손실은 망간 농도에 의해 크게 변화한다. 예를 들어 10 질량％ 정도의 망간 함유 용탕의 진공 처리에서는, 40 질량％ 정도의 망간 함유 용탕의 진공 처리와 비교하여, 진공도를 높게 해도 상대적으로 휘발 손실의 염려는 작다. 그 때문에, 망간 농도에 상관없이 일률적인 조건으로 진공 처리를 실시했을 경우, 10 질량％ 정도의 상대적으로 낮은 망간 농도의 용탕에 대해서는 진공도를 과잉으로 낮춤으로써 탈질 속도의 저하 등, 생산성이 저하되게 된다.

또, 특허문헌 4 에 기재된 기술에서는 하기의 문제가 발생한다. 망간은 질소와의 친화력이 크기 때문에, 용강 중의 망간 농도가 증가함에 따라, 용탕 중의 질소 용해도가 증가한다. 특허문헌 4 에 기재된 바와 같은 합탕 방식을 실시하는 경우에는, 대기의 혼입에 의해 용탕 중의 질소 농도가 증가하기 쉽다. 제품 규격의 질소 농도를 달성하기 위해서는, 용탕 중의 질소 농도를 저하시킬 필요가 있다. 취과 정련에 있어서의 탈질 방법으로는, 일반적으로는 진공 탈가스조를 사용하여 진공 조건하에서 환류를 실시함으로써, 용탕 중의 질소를 제거하는 것이 가능하다.

여기서, 전술한 바와 같이, 망간 농도가 증가함으로써 용탕에 대한 질소 용해도가 상승하여, 탈질 반응도 일어나기 어려워진다. 그 때문에, 탈질 반응을 촉진시키기 위해서는 진공 탈가스 처리에 있어서의 진공도를 높게 할 필요가 있다. 예를 들어 크롬을 함유하는 합금강이면 진공도를 높게 해도 문제는 없다. 그런데, 망간강의 경우에는 용강 온도에서의 망간의 증기압이 높기 때문에, 진공 탈가스 처리에 있어서의 진공도를 지나치게 높이면, 망간의 휘발 손실이 현저하게 증가한다. 그 때문에, 진공 배기 설비 배관 등에 지금 (地金) 부착이 현저해진다는 문제가 있다. 따라서, 망간 휘발 손실의 억제와, 용탕 중의 질소 농도 저하를 양립시킬 필요가 있었다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 망간 휘발 손실의 억제와, 용탕 중의 질소 농도 저하를 양립시키는 고망간강의 용제 방법을 제안하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 과제를 해결하여 상기의 목적을 실현하기 위해 개발한 본 발명은, 하기의 요지 구성에 나타내는 바와 같다. 즉, 본 발명은, 전로로 탈탄 취련을 실시한 후에 출강한 용강과, 별도로 용제한 고망간 용탕의 합탕을 실시함으로써, 망간 농도 10 질량％ 이상 40 질량％ 이하인 고망간강을 용제하는 방법으로서, 합탕을 실시한 후, 주조를 실시할 때까지의 동안에, 진공 처리를 실시함으로써 합탕 중의 질소 농도를 저하시킴에 있어서, 진공 처리 전의 용탕 중 망간 농도와 용탕 온도에 기초하여, 진공 처리 중의 진공도를 조정하는 것을 특징으로 하는 고망간강의 용제 방법을 제안한다.

또한, 본 발명에 관련된 상기 고망간강의 용제 방법에 대해서는, 상기 진공 처리 중의 진공도 P (Pa) 를 하기 (1) 식으로 나타내는 범위로 하여 진공 처리를 실시하는 것, 여기서, (1) 식 중, T 는 용탕 온도 (℃) 이고, [Mn] 은 용탕 중 망간 농도 (질량％) 이고, P 는 진공조 내의 진공도 (Pa) 인 것이 보다 바람직한 해결 수단이 될 수 있는 것으로 생각된다.

0.005986 × T² - 19.07 × T + 15765.5 + (0.001613 × T² - 4.624 × T + 3319.7) × [Mn] ＜ P ＜ 400 × [Mn]···(1)

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 망간 휘발 손실을 억제하면서, 용탕 중의 질소 농도를 저하시킬 수 있고, 높은 망간 수율과 저질소 함유를 양립시킨 고망간강을 용제하는 것이 가능해졌다. 특히 망간 농도에 따라 진공 처리 중의 진공도를 적정하게 컨트롤함으로써, 생산성의 저하도 억지 (抑止) 하는 것이 가능해진다.

고망간강의 경우, 망간 농도의 증가에 수반하여 용강 (용탕) 온도에서의 망간 증기압이 상승한다. 특히 진공 탈가스 처리에 있어서, 처리 용탕의 망간 증기압 이상으로 진공도를 높이면, 진공조 내에서 망간 증기가 격렬하게 비등하는 상태가 되어, 망간의 휘발 손실이 현저하게 증가한다는 문제가 있다. 그 때문에, 이와 같은 현상을 억지하기 위해서는, 진공도를 낮춤으로써 리스크를 저하시킬 수 있다. 그런데, 탈질 반응은, 진공조 중의 질소 분압이 낮을수록 촉진된다. 그 때문에, 진공도를 지나치게 낮춘 경우에는, 진공조 중의 질소 분압이 높아져, 용탕 중의 질소 농도를 저하시킬 수 없게 된다.

망간 휘발 손실의 억지와 질소 농도 저하를 양립시키기 위해, 발명자들이 예의 조사한 결과, 망간 휘발 손실이 발생하지 않고, 또한 질소 농도 저하에 유효한 진공도가 존재하는 것이 분명해졌다. 망간 증기압 및 용탕에 대한 질소 용해도는, 모두 망간 농도나 용탕 온도에 대한 의존성이 강한 것을 알 수 있었다.

먼저, 망간 농도와 용탕 온도를 여러 가지 변화시킨 조건으로, 망간 함유 용탕의 망간의 증기압을 측정한 결과, 망간 증기압은 용탕 온도의 증가에 수반하여, 대체로 이차 함수적으로 증가하고, 또, 망간 농도에 대체로 비례하여 증가하는 것을 알아내었다. 그 때문에, 망간 농도의 일차식으로서, 및 용탕 온도의 이차식으로서, 회귀 분석에 의해 망간의 증기압을 구하는 것이 가능해졌다.

또, 망간 함유 용탕으로부터의 질소 농도 저하가 일어나는 진공도를 조사한 결과, 대체로 용탕 중의 망간 농도에만 의존하여, 망간 농도에 비례한다는 것을 알아내었다.

이상의 실험 결과를 기초로 회귀 분석을 실시한 결과, 망간 휘발 손실 억지와 질소 농도 저하를 양립하는 진공 처리의 진공도 P (Pa) 는, 용탕 중의 망간 농도 [Mn] (질량％) 및 용탕 온도 T (℃) 의 함수로서 하기 (1) 식과 같이 나타나는 것을 분명히 하였다.

본 발명에 관련된 고망간강의 용제 방법은 이하와 같다.

(a) 전로로, 탈탄 취련을 실시하여, 보통강의 용강을 취과에 출강한다 (보통강 용제 공정). 취련 중의 산화를 고려하면 전로 내에 망간원을 첨가하지 않는 것이 바람직하다.

(b) 망간원을, 전기로 등의 설비로 용해시켜, 고망간 용탕을 미리 용제한다. 탈인 처리나 탈탄 처리를 실시하면 산화에 의해 망간 손실이 생기므로, 금속 망간을 용해시키는 것이 바람직하다 (고망간 용탕 용제 공정).

(c) 전로로부터 출강한 보통강의 용강과, 전기로 등으로 용해된 고망간 용탕의 합탕을 실시한다 (합탕 공정).

(d) 합탕 공정 후의 질소 농도는, 수백 질량ppm 이 되기 때문에, 질소 농도 저감을 위해서, 진공 탈가스 설비, 예를 들어, RH 식 진공 탈가스 설비를 사용하여, 진공 처리하여, 질소 농도를 저하시킨다 (진공 처리 공정). 이 때, 용탕의 망간 농도 및 용탕 온도에 따라, 바람직하게는 상기 (1) 식에 따라, 진공도를 적정하게 제어한다.

(e) 진공 처리 후에는, LF 등의 취과 정련 프로세스에 있어서 성분 조정 등을 실시하여, 연속 주조 설비 혹은 조괴 (造塊) 작업으로 주조를 실시한다 (주조 공정).

실시예

＜실시예 1＞

(처리 1)

본 발명 방법을 적용하기 위해, 전로로, 탈탄 취련을 실시하여, 취과에 출강하였다. 출강 성분으로서, C : 0.02 질량％, Mn : 0.01 질량％ 의 용강 200 t 을 얻었다 (보통강 용제 공정). 또, 전기로에 있어서, 금속 망간 75 t 와 스크랩 25 t 를 용해시켜, Mn 농도가 75 질량％ 인 고망간 용탕 100 t 을 얻었다 (고망간 용탕 용제 공정). 이들의 합탕을 실시한 (합탕 공정) 결과, Mn : 25 질량％, N : 479 질량ppm 이었다. 또, 용탕 온도 T 는 1600 ℃ 였다. 합탕 후의 취과를 RH 식 진공 탈가스 설비에 옮기고, 용탕을 진공도 P = 3333 Pa (25 torr) 의 조건으로 60 분간 환류한 (진공 처리 공정) 결과, 진공 처리 후의 Mn 농도는 24.9 질량％, N 농도는 95 질량ppm 이 되었다.

(처리 2)

비교예로서, 전로로, 탈탄 취련을 실시하여, 취과에 출강하였다. 출강 성분으로서, C : 0.02 질량％, Mn : 0.01 질량％ 의 용강 200 t 을 얻었다 (보통강 용제 공정). 또, 전기로에 있어서, 금속 망간 75 t 와 스크랩 25 t 을 용해시켜, Mn 농도가 75 질량％ 인 고망간 용탕 100 t 을 얻었다 (고망간 용탕 용제 공정). 이들의 합탕을 실시한 (합탕 공정) 결과, Mn : 25 질량％, N : 524 질량ppm 이었다. 또, 용탕 온도 T 는 1600 ℃ 였다. 합탕 후의 취과를 RH 식 진공 탈가스 설비에 옮기고, 진공도 P = 933 Pa (7 torr) 의 조건으로 60 분간 환류한 (진공 처리 공정) 결과, 진공 처리 후의 Mn 농도는 23.0 질량％ 로 낮아지고, N 농도는 87 질량ppm 이 되었다.

(처리 3)

비교예로서, 전로로, 탈탄 취련을 실시하여, 취과에 출강하였다. 출강 성분으로서, C : 0.02 질량％, Mn : 0.01 질량％ 의 용강 200 t 을 얻었다 (보통강 용제 공정). 또, 전기로에 있어서, 금속 망간 75 t 와 스크랩 25 t 을 용해시켜, Mn 농도가 75 질량％ 인 고망간 용탕 100 t 을 얻었다 (고망간 용탕 용제 공정). 이들의 합탕을 실시한 (합탕 공정) 결과, Mn : 25 질량％, N : 460 질량ppm 이었다. 또, 용탕 온도 T 는 1600 ℃ 였다. 합탕 후의 취과를 RH 식 진공 탈가스 설비에 옮기고, 진공도 P = 20.0 × 10³ Pa (150 torr) 의 조건으로 60 분간 환류한 (진공 처리 공정) 결과, 진공 처리 후의 Mn 농도는 25.0 질량％, N 농도는 435 질량ppm 이 되었다.

본 발명 방법을 적용한 처리 1 은, 진공 처리 중의 진공도 P 를 (1) 식의 범위 내로 적절히 유지했으므로, 진공 처리 후의 용탕 중의 Mn 농도를 유지한 채로, N 농도를 100 질량ppm 이하까지 저감시킬 수 있었다. 비교예의 처리 2 는, 진공 처리 중의 진공도 P 가 지나치게 높아, 진공 처리 후의 용탕 중 Mn 농도가 저하되어 있어, 망간 손실이 보였다. 한편, 진공 처리 중의 진공도 P 가 지나치게 낮은 처리 3 에서는, 용탕 중의 N 이 거의 저감되어 있지 않다.

＜실시예 2＞

상기 실시예 1 과 동일한 설비를 사용하여, 여러 가지 망간 농도나 용탕 온도 T, 진공도 P 로 고망간강을 용제하였다. 처리 조건과 진공 처리 전후의 Mn 농도 [Mn] (질량％) 및 N 농도 [N] (질량ppm) 를 표 1 에 나타낸다. 아울러, 표 1 에는, 상기 (1) 식의 좌변, 우변의 값과 진공 처리 중의 진공도 P (Pa) 를 비교를 위해서 나타낸다.

진공 처리 중의 진공도 P 가 상기 (1) 식을 만족하도록, 적절히 관리한 처리 No.1 ∼ 9 (평가란 「○」 표시) 는, 용강 중의 Mn 농도 ([Mn]) 를 유지한 채로, N 농도 ([N]) 의 저감이 도모되어 있다. 한편, 진공도 P 가 지나치게 낮은, 요컨대, (1) 식의 오른쪽의 부등호를 만족하지 않는 처리 No.10 ∼ 18 (평가란 「저」) 은, 용강 중 N 농도가 저하되어 있지 않고, 악화되어 있는 예도 있다. 또, 진공도 P 가 지나치게 높은, 요컨대, (1) 식의 왼쪽의 부등호를 만족하지 않는 처리 No.19 ∼ 27 (평가란 「고」) 은, 진공 처리 후에 용강 중 Mn 농도가 저하되어 있어, 망간 손실이 발생하고 있다.

본 발명에 의하면, 적절한 진공도로 합탕 후의 고망간 용탕을 진공 처리함으로써, 망간을 휘발 손실하는 일 없이, 질소 농도를 저감시킬 수 있으므로, 효율적으로 고망간강을 제조하는 것이 가능해진다.

Claims

전로로 탈탄 취련을 실시한 후에 출강한 용강과, 별도로 용제한 고망간 용탕의 합탕을 실시함으로써, 망간 농도 10 질량％ 이상 40 질량％ 이하인 고망간강을 용제하는 방법으로서,
합탕을 실시한 후, 주조를 실시할 때까지의 동안에, 진공 처리를 실시함으로써 합탕 중의 질소 농도를 저하시킴에 있어서,
진공 처리 전의 용탕 중 망간 농도와 용탕 온도에 기초하여, 진공 처리 중의 진공도를 조정하는 것을 특징으로 하는 고망간강의 용제 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 진공 처리 중의 진공도 P (Pa) 를 하기 (1) 식으로 나타내는 범위로 하여 진공 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 고망간강의 용제 방법.
0.005986 × T² - 19.07 × T + 15765.5 + (0.001613 × T² - 4.624 × T + 3319.7) × [Mn] ＜ P ＜ 400 × [Mn]···(1)
여기서, T : 용탕 온도 (℃),
[Mn] : 용탕 중 망간 농도 (질량％),
P : 진공조 내의 진공도 (Pa)
를 나타낸다.