JPH01301815A - 低炭素鋼の溶製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、深絞り用連続焼鈍鋼板や電磁綱板等として
好適な極低炭素鋼を安定かつ安価に溶製する方法に関す
るものである。

〈従来技術とその課題〉 近年、深絞り品や電磁機材の需要増に伴い、その素材た
る極低炭素鋼板の生産が大きな伸びを示しているが、一
般に、このような極低炭素鋼板は第１図に示される如き
工程で製造されるのが普通である。

即ち、まず大気炉（転炉や電気炉等）によって溶鋼の［
Ｃ］濃度を２００〜５００ｐｐｍ程度にまで粗脱炭した
後、この溶鋼を真空脱炭炉（ＲＨ炉、ＤＨ炉、ＶＯＤ炉
等）にて更に脱炭して製品［Ｃ］　レベルにまで［Ｃ］
濃度を落とし、この後、凝固工程（連続鋳造成いは分塊
等）、圧延工程を経て所望鋼板とされていた。

ところで、上記極低炭素鋼板の製造工程のうち、目標と
する［Ｃ］？Ｊｍ度の安定達成には真空処理炉による極
低炭化工程が極めて重要となるが、従来、この真空処理
炉による極低炭化工程では第２図で示すような処理が行
われていた。

即ち、第２図で示される如く、真空処理炉による極低炭
化工程のスタートと同時に処理炉の減圧が開始されると
、 ［Ｃ］　＋　［０］　−Ｇｏ（ｇ）　　　　　　・・・
（１）なる反応で脱炭が進行する（ここで、真空処理は
ＣＯ分圧を下げて（１１式の反応を促進させるために行
われることは言うまでもない）。そして、この脱炭処理
により製品値以下にまで［ＣＮ３度が低Ｆした後、鋼の
成分規格に応じてＡｆ、　Ｐｅ−５ｉ等の脱酸剤が選択
され投入される（なお、脱酸後は溶鋼中［０］が殆んど
無（なるため、前記（１１式の脱炭反応は進行しない）
。次いで、脱酸後の溶鋼に合金元素が添加されてＭｎ、
　Ｔｉ＋　Ｎ、ｂ等の成分調整が行なわれ、更に介在物
浮上が促されて処理が終了する。

しかしながら、この場合、前述した如く脱酸処理後は脱
炭が不可能となるので成分調整の際には添加材料からの
［Ｃ］ピックアップを防止しなければならず、通常どう
しても必要な“Ｍｎ調整”のための添加剤としては、第
１表に示すような炭素含有量の小さい高価な「金属Ｍｎ
Ｊの使用が必須であった。つまり、金属Ｍｎは、鋼の［
Ｍｎ］？ｆｉ度上昇のため一般的に使用されるＬｃＦｅ
Ｍｎ　（低次フェロマンガン）やＨｃＦｅＭｎ　（高次
フェロマンガン）等のＭｎ合金より這かに高価であり、
真空処理炉による極低炭素鋼溶製コスト増大の大きな要
因となっていた。

第　　１　　表 更に、従来の知見では、真空脱炭炉での処理によって溶
鋼中［Ｃ］濃度：２０ｐｐｍを達成するためには、脱炭
終了時の溶鋼中溶存酸素濃度Ｃａｏ）を“α。＞５００
ｐｐｍ”に調整することが必要条件とされており〔例え
ば［鉄と鋼Ｊ　７０（１９８４）、　５２３９頁参照〕
、一般に実施される“０２＋Ａｒ上吹き脱炭テスト″に
おいても、脱炭処理後のα。を１１０００ｐｐ以上とし
て脱炭の促進を行うのが普通であった〔例えば［鉄と鋼
Ｊ　７２（１９８６）、　５１１０４頁参照〕。

ところが、脱炭処理終了時のａｏがこのような高い値で
あると当然のことながら脱酸剤の原単位も高くなり、や
はり極低炭素鋼溶製コスト増大の一因をなしていた。例
えば、使用する脱酸剤がＭの場合には ２　八Ｎ＋３　　　［０］　　　→Ａｌ　、Ｏ，・・・
（２〕なる式に従った反応により溶鋼の脱酸が行われる
が、この場合における「脱炭終了時のα０ｈＡ１原単位
との関係」は第３図に示される通りであり、ａｏの増大
と共に比較的急勾配でＡ１原単位が増加することが分か
る。

く課題を解決するための手段〉 本発明者等は、上述のような観点から、より安価なＭｎ
成分調整材の使用が可能で、しかも脱酸剤原単位少なく
、製品［Ｃ］　＜　５０ｐｐｍの鋼を安価に溶製し得る
方法を確立すべく研究を行った結果、以下に示されるよ
うな知見を得るに至った。即ち、八）一般に、真空処理
炉における脱炭速度は、式％式％（３） で表される。このため、第４図で示すように、処理スタ
ート直後の高次域での脱炭速度は他の時期に比べて極め
て大きい値を示す。

そして、上記脱炭速度の速い時期であれば、Ｍｎ成分調
整材としてＣ含有量の比較的高いＭｎ合金を添加したと
しても、脱酸剤を投入する前の脱炭期の間に前記Ｍｎ合
金からの０分をも含めた速やかな脱炭がなされてしまう
ので、格別な不都合を招くことなく所望の極低炭素鋼の
安定溶製が可能であること。

Ｂ）　Ｌかも、真空処理炉による脱炭処理時の真空度が
現在では特殊とは言えない０．００２ａｔｍ前後の値で
あるならば、脱炭終了時のα。が５００ｐｐｍ以下であ
ったとしても到達［Ｃ］濃度：５０ｐｐｍ以下が十分に
達成できること。

Ｃ）更に、上述のような真空処理時の高次域における高
速脱炭を利用して合金Ｍｎ中の炭素を除去する際には、
Ｍｎ酸化が式 ％式％（４］ に従って進行するため、［Ｍｎ］歩留は鋼中の溶存酸素
ａ、ｏが少ないほど良好となり、この意味からも脱炭終
了時のび。を適正化する（低く抑える）ことは極めて有
利であること。

Ｄ）その上、脱炭終了時のａ。を目標［Ｃ］濃度の程度
に応じて５００ｐｐｍ以下の範囲で調整すれば、脱酸剤
の原単位を極小に抑えつつ、しかも脱炭不良を生じるこ
ともなく、５０ｐｐｍ以下の目標ｃｃ］ｔ＝度を効果的
に達成することが可能となること。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、 ［製品［Ｃ］濃度が５０ｐｐｍ以下の鋼を真空処理炉に
て溶製するに際し、脱炭処理時間の２０％が経過するま
での間にＣ含有量二０．５〜９ｗｔ％のＭｎ合金を投入
してＭｎ成分調整を行うか、更には、この際の脱炭処理
終了時におけるａｏを、ａ）製品［Ｃ］濃度目標値がｒ
５０ｐｐｍ以下」であるとき＝１００≦ａＯ≦５００ｐ
ｐｍ。

ｂ）製品［Ｃ］ｆｉ度目標値がｒ３０ｐｐｍ以下」であ
るとき：１５０≦ａ０≦５００ｐｐｍ。

にそれぞれ調整することにより、極低炭素鋼をコスト安
く安定溶製し得るようにした点」に特徴を有するもので
ある。

なお、ここで言う「真空処理炉」とは、既述したＲＨ炉
、ＤＨ炉、ＶＯＤ炉等の真空脱炭炉を指すものであるこ
とは言うまでもない。

続いて、本発明において溶鋼の処理条件を前記の如くに
限定した理由を具体的に説明する。

く作用〉 まず、Ｍｎ成分調整のための添加材としてＣ含有量二０
．５〜９ｗｔ％のＭｎ合金を使用するのは、溶鋼の一般
的なＭｎ成分調整にはこの程度のＣを含存するＨｃＦｅ
Ｍｎ（［Ｃ］　＝６．０〜９．０ｗｔ％）やＬｃＦｅＭ
ｎ（［Ｃ］＝０．５〜２．５％４ｔ％）が適用されてい
て入手し易い上、先に示した第１表から明らかように、
このＨｃＦｅＭｎやＬｃＦｅＭｎは金属Ｍｎに比べ極め
て安価なためである。

なお、コスト面からすれば、特にＨｃＦｅＭｎＯ方がよ
り安価で望ましいが、真空脱炭の負荷を軽減したい場合
には、金属Ｍｎよりは安価であってＨｃＦｅＭｎよりも
炭素含有量の少ないＬｃＦｅＭｎ等のＭｎ合金を用いる
のが良い。

一方、Ｍｎ合金の投入時期を「脱炭処理時間の２０％が
経過するまでの間」と限定したのは、前記第４図に示し
たように、脱炭速度が大きくて迅速で十分な脱炭が行わ
れるのは脱炭処理の初期であり、脱炭処理時間の２０％
が経過した後では脱炭速度が急速に鈍るので、Ｃ含有量
が０．５〜９ｗｔ％と言う比較的高い値のＭｎ合金を添
加すると溶１４　［Ｃ］濃度を所定の脱炭時間内では所
望の濃度にまで低減できなくなるためである。

なお、第５図は真空処理スタート時の［Ｃ］濃度が３０
０ｐｐｍの溶鋼にＨｃＦｅＭｎ（［Ｃ］　＝７．２ｗｔ
％）を１　、５ｋｇ／　Ｔ投入した場合における、溶鋼
［Ｃ］濃度：１５ｐｐｍ到達に要した時間とＨｃＦｅＭ
ｎ投入タイミングとの関係を示したグラフであるが、こ
の第５図からも、ＨｃＦｅＭｎの投入時期が遅れるほど
脱炭に要する時間が延びることが分かる。そして、従来
通り、脱炭後に金属Ｍｎを添加して成分調整を行った場
合に要する調整時間が約２．５分であるため、事前にＭ
ｎ成分を調整する本発明法でも総処理時間が延びること
による不利を避けるべく、Ｍｎ合金添加により脱炭時間
が延びることがあったとしてもその延長時間が２．５分
内に留まる「脱炭処理時間の０〜２０％の間」にＭｎ合
金を投入することと定めた訳である。

（′ｂ）　　　　几　　　日のａ。　　を　　した　由
既述の通り、従来は、極低炭素鋼の溶製においては真空
処理での脱炭終了時にａ。＞５００ｐｐｍが維持されて
いることが必要とされていたが、本発明等の熱力学的考
察によると、第６図で示されるように、真空度が０．０
０２ａｔｍ前後の場合には［Ｃ］＝　１５ｐｐｍは（Ｌ
ｏ＝　４０ｐｐｍで平衡しており、従ッテ［Ｃ］　＝　
１５ｐｐｍを達成するには脱炭終了時のび。は４０ｐｐ
ｍで良いことが分かった。そこで、実際の真空脱炭処理
において脱炭処理終了時のα。を種々変化させて１８分
間の脱炭処理を実施し、到達［Ｃ］濃度と脱炭期にＭｎ
合金を添加したときのＭｎ歩留とを調査したところ、第
７図及び第８図に示すような結果が得られた。

この第７図より、到達［Ｃ］濃度を３０ｐｐｍ以下とす
るにはσ。≧１５０ｐｐｍなる条件が必要であり、また
到達［Ｃ］ＷＭ度が５０ｐｐｍ以下程度で良ければａ０
≧１１００ｐｐなる条件で十分なことが分かる。また、
ｃＬｏが増大するに従って脱酸剤原単位が増える上、前
記（４）式に従ってＭｎ損失が生じるが、ｃＬ。≦５０
０ｐｐｍであれば脱酸剤原単位が従来法に比べて有利と
なり、かつ前記第８図からも明らかなようにＭｎ歩留も
良好であることから、［Ｃ］？ｍ度目標値がｒ５０ｐｐ
ｍ５０ｐｐあるときにはｒｌ　ＯＯ≦ｄｏ≦５００ｐｐ
ｍＪと、そして［Ｃ］濃度目標値がｒ３０ｐｐｍ３０ｐ
ｐときには「１５０≦（ｌｏ≦５００ｐｐｍＪと脱炭処
理終了時のａ。を限定した。

なお、上述した通り、脱酸剤の削減やＭｎ歩留の観点か
ら、脱炭に支障のない範囲で低ａ。化することが望まし
い。

続いて、本発明を実施例により更に具体的に説明する。

〈実施例〉 実施例　１ 転炉によって第２表（ＲＨ到着［Ｃ］濃度の欄）に示す
値まで脱炭した溶鋼をＲＨ炉にて真空脱炭処理し、極低
炭素鋼（［Ｃ］　＝　１５ｐｐｍ）の溶製を試みた。

なお、ＲＨ炉の仕様は、浸漬管径：６６０．ｍ。

下部槽径：３２００ｍｎ、還流Ａｒ量：３００ＯＮｆ／
ｍｉｎであり、処理溶鋼量は２７５トンであった。

そして、この際、処理溶鋼へ第２表に示す条件でＭｎ合
金（ＨｃＦｅＭｎ、　［Ｃ］　＝　７．２％）を１．５
ｋｇ／Ｔ投入し、溶鋼の脱炭挙動を調査した。なお、脱
炭処理後のａｏは、何れも２２０〜３８０ｐｐ＃ｌであ
った。

上記脱炭挙動調査結果を第２表に併せて示す。

第２表に示される結果からも明らかなように、本発明で
規定する条件通りの処理では、Ｃ含有量が比較的高いＨ
ｃＦｅＭｎ添加を行ってＭｎ成分調整を実施しても脱炭
が良好に進行し、短い時間内に目標［Ｃ］？Ｍ度（１５
ｐｐｍ）を安定して達成できることが確認された。

これに対して、ＨｃＦｅＭｎ投入時期が遅（なるほど目
標ＣＣ］？ａ度（１５ｐｐｍ）到達に要する時間が長く
なり、ＨｃＦｅＭｎ投入時期が本発明で規定する期間を
外れると処理時間の点で従来法より不利となることが分
かる。これは、ＨｃＦｅＭｎ投入時期が遅くなるほどＨ
ｃＦｅＭｎからピックアップされる［Ｃ］の付加が脱炭
速度の遅い低炭酸で起きるため、所定時間内での［Ｃ］
？ｆｆｉ度低減ができないことによるものである。

実施例　２ この例では、実施例１におけると同様のＲＨ炉を用い、
ＲＨ到着［Ｃ］？Ｍ度が３００±２０ｐｐｍの溶鋼２７
５トンを真空脱炭処理して、脱炭処理後のａ。と到達［
Ｃ］　、Ｍｎ歩留及びへ！原単位との関係を調査した。

なお、脱炭処理時間は１８分一定とし、ＨｃＦｅＭｎ投
入時期は脱炭開始後０．５〜１．５分とした。

この結果を第３表に示す。

第３表からも明らかなように、脱炭処理後のａｏを１５
０〜５００ｐｐｍに調整した本発明例７〜１０では、［
Ｃ］　−１０〜１５ｐｐｍ、　Ｍｎ歩留≧８０％。

ＡＲ原単位＜１．３ｋｇ／Ｔの良好な結果が得られ、脱
炭処理後のσ。が１２０ｐｐｍと多少低かった本発明例
１１でも［Ｃ］　＝　３０ｐｐｍ　、　Ｍｎ歩留≧９２
％、　Ａｆｆｉ原単位＝１．１ｋｇ／Ｔと言う申し分の
ない結果を得られることが分かる。

これに対して、（Ｌｏ＞　５００ｐｐｍの比較例１２及
び１３では、［Ｃ］　＝　１５ｐｐｍが達成されてはい
るが、Ｍｎ歩留及びＡＲ原単位の悪化が見られ、溶製コ
ストの増大を招いたことが分かる。

また、α。＜１１００ｐｐの比較例１４では、Ｍｎ歩留
及びＭ原単位は良好であったが、到達［Ｃ］に問題が生
じることが窺える。

〈効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、製品［Ｃ］濃
度が５０ｐｐｍ以下の極低炭素鋼をより安価に、しかも
迅速に安定溶製することが可能となるなど、産業上有用
な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、極低炭素鋼板の製造工程を説明した概念図で
ある。 第２図は、従来の真空処理炉での極低炭素鋼溶製工程及
び各工程における真空度の推移を示す説明図である。 第３図は、脱炭終了時のａ。とへ２原単位（ｋｇ／Ｔ）
との関係を示すグラフである。 第４図は、溶鋼の真空脱炭処理時における［Ｃ］濃度の
推移を示すグラフである。 第５図は、ＨｃＦｅＭｎの投入時期と脱炭時間との関係
を示すグラフである。 第６図は、Ｐ、。（Ｃｏ分圧）による溶鋼［Ｃ］？ｉ度
とａ。との関係を示すグラフである。 第７図は、脱炭終了時のα。と真空脱炭処理スタート１
８分後の到達［Ｃ］？Ｍ度レベ小レベル係を示したグラ
フである。 第８図は、脱炭終了時のａ。と脱炭中のＭｎ歩留との関
係を示したグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）製品［Ｃ］濃度が５０ｐｐｍ以下の鋼を真空処理
   炉にて溶製するに際し、脱炭処理時間の２０％が経過す
   るまでの間にＣ含有量：０．５〜９ｗｔ％のＭｎ合金を
   投入してＭｎ成分調整を行うことを特徴とする、低炭素
   鋼の溶製方法。
2. （２）脱炭処理終了時の溶鋼中溶存酸素濃度（ａ＿ｏ）
   を、 ａ）製品［Ｃ］濃度目標値が「５０ｐｐｍ以下」である
   とき：１００≦ａ＿ｏ≦５００ｐｐｍ、ｂ）製品［Ｃ］
   濃度目標値が「３０ｐｐｍ以下」であるとき：１５０≦
   ａ＿ｏ≦５００ｐｐｍ、にそれぞれ調整することを特徴
   とする、請求項１記載の低炭素鋼の溶製方法。