JPS5833293B2 - コウクロムコウノセイゾウホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は真空誘導溶解炉（以下ＶＩＰと記す）による（
Ｃｒ）２５〜４０％（重量％、以下同じ）炭素（Ｃ）０
．００５０％以下の高クロム鋼の製造方法に関する。

一般に高クロム鋼においてはＣｒ量を増加するとともに
耐食性、耐酸化性は向上するが、その反面、加工性及び
靭性が劣化する。

この加工性と靭性の劣化は鋼に含有されているＣの量と
密接な関係がありＣｒ量を増加しても、Ｃを所定の量以
下に低減すれば、劣化をかなり抑制できることが知られ
ている。

しかしながら、ＣｒはＦｅに比較してＣとの親和力が強
くＣの活量を低下させるため、Ｃｒ量を増加するにつれ
て、Ｃを低減するのは困難となる。

一方、一定の加工性及び靭性を得るのに必要なＣ量はＣ
ｒ量の増加とともに低下する傾向があり、工業的な規模
での極低炭素の加工性と靭性の優れた高クロムフェライ
ト鋼の製造は至難とされている。

例えば２５％以上のＣｒを含む高クロム７エライト鋼に
おいて室温において十分な靭性と溶接性を含む十分な加
工性を得るためにはＣは５０ｐｐｌ＋以下とする必要が
ある。

このような極低炭素の高クロム鋼を比較的安定して得る
方法としてはＶＩＰによる溶製法が挙げられる。

この場合、平衡篩によればＣを低減するための方法とし
て次の二つが考えられる。

第一に雰囲気のＣ０分圧を下げる方法が挙げられ、より
具体的には真空度を上げるかあるいはＡｒガス等の不活
性ガスで溶湯表面を覆いＣＯガスを希釈するといった方
法が一般に採用される。

第二に溶鋼中の酸素濃度を増す方法が挙げられ、そのた
めには酸素、ＣＯ２等の酸化性ガスの吹込みあるいはＦ
ｅ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３等の酸化物を添加するといった方
法が採用される。

このような方法を採用することにより、溶解量１００ｋ
ｇ以下の実験室頬模のＶＩＰにて精錬する場合、２５％
以上の高クロム鋼において安定してＣを５０ｐｐｍＱ下
とすることは容易であるが、上記方法を採用しても、溶
解量１０００ｋｇ以上の工業的規模のＶＩＰにて精錬す
る場合、現実には電解クロム、電解鉄等の高純度の原料
を使用しなければ、安定してＣを５０ｐｐ！Ｉｌ以下と
するのは極めて難かしい。

周知のように溶湯（溶鋼）中のＣは次の反応式で溶湯表
面よりＣＯガスとなり、系外に排出される。

Ｃ＋０−＋ＣＯ しかしながら、このＣＯガスの一部は溶湯表面から蒸発
し、飛散しつつある蒸気圧の比較的高くまた活性である
原子状のマンガン（Ｍｎ）およびＣｒと次式に従い反応
し、Ｃに還元され、真空容器内壁、ルツボ壁およびルツ
ボ蓋に付着する蒸着物中に含まれる。

Ｍｎ ＋ Ｃｏ −） ＭｎＯ＋ Ｃ（１）２Ｃｒ＋３
ＣＯ−＋Ｃｒ２Ｏ３＋３Ｃ（２）モしてＣを含有した蒸
着物のうち特に真空容器内壁に付着したダスト状の蒸着
物は成長するとともに、常時、真空容器内壁より剥離し
、その一部は溶湯上に落下し、溶湯中に溶込むため、十
分長時間真空下で溶湯を保持しても、平衡論的に計算さ
れるＣ濃度に到達せず、平衡Ｃ濃度よりもかなり高い値
で脱炭速度は著しく低下し、飽和する傾向が見られる。

さらに、ルツボ内壁に付着した蒸着物の一部は出鋼時に
溶湯に洗われ、溶湯に溶込み、また、真空容器内壁に付
着したダストは出鋼時の急激な輻射熱の増大により、相
当量が剥離落下し、溶湯内に溶込むため、出鋼前の溶湯
で十分Ｃが低下している場合でも、出鋼後のインゴット
で安定してＣを５０ｐｐＩ１１以下とするのは極めて難
しい。

実験室規模の小型炉では概してルツボの大きさに対する
真空容器の大きさの比率が大きいのに対して、工業的規
模の大型炉ではその比率が比較的小さく、上述した現象
のうち特に真空容器に付着した蒸着物の剥離落下による
Ｃ汚染の程度は大きく、その影響を無視しえない。

特にこのような現象によるＣ汚染は蒸着物の清掃除去を
省略し、連続的に運転を行なった場合に顕著になり、こ
のため、炉の稼動率を上げることが極めて困難となる。

本発明はＣｒ ： ２５〜４０％を含有する高クロム鋼
を製造するにおいて、Ｃを０．００５０％以下にするこ
とを目的とし、そのために特定の条件下で精錬するもの
である。

以下これらについて詳細に説明する。

先ず、ＶＩＰにて真空下又は不活性ガス雰囲気下で原料
を溶解してＣｒ、２５〜４０％の７エロクロム溶鋼を得
る。

原料にはＣｒ ；２５〜４０％の７工ロクロム合金を用
いてもよく、また通常のさらにクロムの高い低炭素フェ
ロクロム合金と工業用純鉄あるいは鉄スクラツプ等の鋼
材とを用いて成分調整し、Ｃｒを前記範囲に入るように
してもよい。

この際の溶湯の溶解時のＣ量、即ち溶落ちＣ量（ｃＩＩ
Ｌで表わす）及びＭｎ量は一定値以下に抑える必要があ
る。

Ｃは真空精錬時にＣＯガスとして溶鋼から排出されるが
、このＣＯガスは前記したように同時に溶鋼表面から蒸
発しつつある蒸気圧が高くかつ酸素との親和力の強いＭ
ｎ、Ｃｒと反応し、還元され、主にこれらの揮発性元素
よりなる蒸着物中に遊離のＣの状態で含有される。

これが成長とともに剥離したり、或いは溶は込んだりす
るためインゴットではＣは上昇する傾向にある。

このような現象に起因する真空精錬時の到達Ｃ濃度の上
昇及び出鋼時のＣの上昇を防止し、インゴットでＣを安
定して０．００５０％以下とするためには溶湯の溶解時
のＣ量、即ち溶落ちＣ量（ＣＩＩＬ）は目標値の２０倍
以下、即ち０．１％以下、Ｍｎは０．２％以下と限定す
る必要がある。

ＭｎはＣｒに較べて著しく蒸発し易く、しかも酸素との
親和力より強いため、蒸着物中に含有されるＣのうちＭ
ｎによるＣＯガスの還元反応によって生ずるＣの占める
割合が比較的大きく、高クロム鋼においてもＭｎを０．
２％以下、Ｃを０．１％以下に限定すれば安定してイン
ゴット中のＣを０．００５０％以下に低減することが可
能である。

精錬温度については１６００℃以下では脱炭速度が著し
く遅くなり、目標のＣ；０．００５０以下まで下げるの
に相当の時間を要するため、経済的でない。

一方、高温程、脱炭速度は速くなるが、１７００℃以上
では耐火物の寿命が著しく低下する。

また、Ｍｎ、Ｃｒ等の蒸発の活性化エネルギーは脱炭反
応の活性化エネルギーよりも大きいため、温度依存性が
大きく、高温では、脱炭反応が速まる以上に、Ｃｒ、Ｍ
ｎの蒸発が盛んになり、蒸着物の発生量および蒸着物中
に含まれるＣの総量も増加し、出鋼時のＣ汚染を十分に
抑制することが不可能となる。

かかる点を考慮し、真空精錬時の溶湯温度を１６００℃
〜１７００℃に限定した。

次に精錬時の真空度について説明する。

真空精錬において真空度Ｉ Ｔｏｒｒ以上では気相中で
のＣＯガスの拡散が抑えられ、これか律速とな・るため
、脱炭速度が遅くなる。

一方、１ｏ−３Ｔｏｒｒ以下では脱炭速度の増加は飽和
し、Ｍｎ 。

Ｃｒ等の蒸発はさらに促進される傾向があるため、Ｍｎ
、Ｃｒの蒸発を極力防止し、十分な脱炭速度が得られる
真空度として、１０”Ｔｏｒｒ以上が適当である。

次に脱炭のために必要な精錬時間について述べると、Ｃ
；０．１％以下、Ｃｒ；２５〜４０％を含む高クロム鋼
の真空誘導溶解における脱炭速度は十分な近似で次式で
与えられる。

ここで、ｄ Ｃ／ｄ を脱炭速度 （％／５ｅ
ｃ）Ｋｃ脱炭の物質移動係数（ｃｒＩＬ／５ｅＣ）Ｌ平
均溶湯法さ （ｎ） ＣＣ濃度 （％） Ｃｓ実質的に脱炭速度が零となる Ｃ飽和値 （％） であり、既に述べた本発明の溶湯組成、真空度及び温度
の精錬条件の範囲内では ０．００１５％＜ Ｃｓ≦０．００４０％ （５）
０．０１ｃＩｒＬ／Ｓｅｃ≦Ｋｃ≦０．０５０ｃｒｒＬ
／Ｓｅｃ （６）である。

（３）式を積分することにより溶落ちＣ％をＣｍとする
と、Ｃを目標Ｃｏ％に下げるのに要する時間ｔ（分）は
次式で与えられる。

２．３０３ Ｌ Ｃｍ ｔ ＝ −Ｘ−１ｏ ｇ−（７） ６０ Ｋｃ Ｃ。

（但しＣｏ＞Ｃｓ、０．０１≦Ｋｃ≦０．０５ ）Ｃｏ
は本発明では０．００５０％以下としておりまた０、０
０１５％より低くはならないので０．００１５％＜ Ｃ
ｏ≦０．００５０％ （８）の範囲内で、かつ目的
とするＣ濃度に応じて選択する。

Ｋｃは本発明の範囲内において、温度が低い側であり、
かつ真空度が悪い場合に０．０１ ｃＩｒＬ／ｓｅｃに
近くなり、反対の場合は０．０５ ｃｍ／ｓｅｃに近い
値がとられる。

温度及び真空度の組合わせによって０、０１〜０．０５
ｃＩｒｔ／ｓｅｃの範囲内で適宜選択する。

（７）式で与えられる時間以下では、溶鋼のＣ濃度が十
分低下しないため、当然目標とするＣ濃度の鋼塊を得る
ことは不可能となる。

またそれ以上むやみに精錬時間を引き伸ばしても、脱炭
速度が低下（特にＣｏｆ−Ｃｓとした場合）する一方で
、Ｃｒ、Ｍｎ特にＣｒの単位時間当りの蒸発量はほとん
ど変化せず一定であるため、炉内の付着ダストの層は厚
くなり、剥離落下し易くなるため、出鋼時のＣ汚染も一
層起き易くなり、本発明の目的からして適当でない。

次に特許請求の範囲２について説明する。

既に述べたようにＣを含んだ主にＭｎ、Ｃｒ等の揮発性
の元素で構成される蒸着物の一部はルツボの内壁にも付
着する。

またルツボの内壁には装入原料の溶落ち過程あるいは真
空精錬初期のＣＯ，ガスあるいはＨ２ガス等の脱ガス反
応に起因する沸湯現象により未精錬の比較的Ｃ濃度の高
い溶滴も飛散し付着する。

これらの付着金属のうち、出鋼口側の一部は出鋼の際溶
鋼に洗われ溶鋼内に溶は込むため、Ｃ濃度は増加する傾
向にある。

その影響は本発明のような極低炭素鋼を製造する場合は
取除くことが好ましい。

このような原因による出鋼時のＣ汚染を極力防止するた
めには、真空精錬の途中において、溶鋼が流れ出さない
範囲で可能な限すルツボの出鋼口側を前傾し、その状態
で付着金属が十分に溶けるまで保持し、その後、炉を直
立の状態に復帰し、引き続き精錬を行えば良い。

炉を前傾する回数は溶落ちのＣ濃度が０．０３％以下溶
落ちのＭｎ濃度が０．１％以下と低い場合には、真空の
精錬の中手に１回行なえば十分である。

Ｃ濃度及び／又はＭｎ濃度が比較的高く、上記条件を満
足しない場合は炉の前傾操作を適宜２回以上行なうのが
望ましく、そのうち、最終の前傾操作は溶鋼のＣ濃度が
０．０２〜０．０１％の範囲内にはいる時間を見計らっ
て行なうのが適当である。

本発明の高クロム鋼はＣｒが２５〜４０％の範囲内であ
ればフェライト系に限らず、Ｎｉを含むオーステナイト
系あるいはオーステナイト相とフェライト相の両相を有
する２相の鋼種でもよい。

これらの最終的な高クロム鋼製品とするには本発明によ
って目的とするＣ量に下げた後、通常の方法によって、
例えばＡＩ系やＣａ系の脱酸剤を溶鋼に加え脱酸し、そ
の後出鋼する。

また高クロム鋼の特性改善のため適当量のＭ。

あるいは少量のＮｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ 、Ｚｒ、Ｃｕ、
ＡＩ等の合金元素を加えることも勿論可能であり、これ
らも本発明に含まれる。

実施例 １ ４０ＫＷの真空溶解炉を用いて、低炭素フェロクロム、
電解鉄、電解マンガンを原料として、溶解量２０ｋｇ、
ＣｒとＭｎの組成がそれぞれ３０％及び０．０４％とな
るように配合して、ｌ気圧のＡｒガス中にて溶解を行な
った。

引き続きこの溶鋼に高炭素フェロクロム（約８％Ｃ）を
適当量添加することによって配合のＣ濃度を０．０３％
から０．２％まで変化させた。

その後、真空度；５Ｘ１０−３〜１Ｏ−２Ｔｏｒｒ１溶
鋼温度；１６３０〜１６７０℃の条件下で１時間真空精
錬を行ない約１００ＴｏｒｒのＡｒガス雰囲気下で出鋼
した。

鋼塊とルツボが十分に冷却後、炉内を大気に開放し、真
空容器に付着したダストを採集し、このダストと鋼塊に
ついてＣｒ、Ｍｎ、Ｃの分析を行なった。

なお、１気圧のＡｒガス中での溶解では本実験の範囲内
では脱炭及びＭｎの蒸発反応はほとんど無視することが
でき、従って溶落ちのＣ濃度とＭｎ濃度はそれぞれ配合
のＣ濃度とＭｎ濃度にほぼ等しいことをあらかじめ確認
した。

表１にそれぞれの配合Ｃ％における、鋼塊組成、ダスト
組成、ダスト量、ダスト中Ｃ量（絶対量）、及びダスト
中Ｃ量の溶解量に対する百分率を示す。

なお、ダスト量は真空精錬時のＭｎの蒸発量を配合Ｍｎ
％と真空精錬後の鋼塊のＭｎ％との差から求め、この値
をダスト中のＭｎ％で割って求めた。

表１から配合Ｃ％、従って溶落ちＣ％が増すに従って、
ダスト中のＣ濃度及びダスト中に含まれるＣの絶対量も
増し、Ｃが０．００５０％以下の極低炭素鋼を得ようと
する場合、真空精錬後半及び出鋼時のダストの落下によ
るＣ汚染を無視しえなくなることが知られる。

実施例 ２ 配合組成をＣｒ ；３０％、Ｃ；０．０６％と固定し、
Ｍｎの組成を０．０４〜０．５％の間にて変化させ、そ
の他については実施例１に準じて溶解を行なった。

表２にそれぞれの配合Ｍｎ％における、鋼塊組成、ダス
ト組成、ダスト量、ダスト中Ｃ量（絶対量）、及びダス
ト中Ｃｉの溶解量に対する百分率を示した。

表２から、表１の配合Ｃ％を増したとき見られる傾向と
同様に、配合Ｍｎ％、従って溶落ちＭｎ％を増すに従っ
て、ダスト中のＣ濃度及びダスト中に含まれるＣの絶対
量が増すことが知られ、やはり、真空精錬後半及び出鋼
時のダストの落下によるＣ汚染を無視しえなくなること
が知られる。

実施例 ３ ９００Ｊ溶解量２０００ ｋｇの真空溶解炉にて、低炭
素フェロクロム、低炭素フェロニッケル、低炭素フェロ
モリブデン及び工業用純鉄を主原料として、３０Ｃｒ−
２Ｍｏ、２５Ｃｒ−２ＯＮｉ＋及び２６Ｃｒ−６Ｎｉ−
２Ｍｏの３種類（夫々の数字は重量％を示す。

）の鋼について、表３に示した本発明の範囲内の条件Ａ
及び範囲外の条件Ｂで、それぞれの鋼種及び条件につい
て、連続で３回ずつ溶解を行なった。

いずれの場合も真空精錬時の真空度を８Ｘ１０−’〜４
Ｘ １０ ” Ｔｏｒｒ及び溶鋼温度を１６２０〜１
６７０℃の範囲内に保った。

精錬途中、適宜サンプリングを行ない、Ｃについて、迅
速分析を行ない、Ｃが十分０．００５０％以下に低減し
たのを確認した上で、０．２％のアルミショットを添加
して脱酸し、出鋼した。

なお脱炭精錬に要した時間から計算した脱炭速度の物質
移動系数Ｋｃはそれぞれの合金について、 ３０ Ｃｒ −２Ｍｏ Ｋｃ ＝０．０２３〜０
．０２９（１％／’３ｅｃ２５Ｃｒ−２ＯＮｉ
Ｋｃ＝０．０２７〜０．０３４伺Ａｅｃ２６Ｃｒ−６Ｎ
ｉ−２ＭｏＫｃ＝０．０２０−０．０２８ｑ−氏であり
、いずれの合金においても０．０１≦Ｋｃ≦０．０５の
範囲である。

なお本実験のいづれの場合においても真空精錬途中の炉
の前傾操作は行なわなかった。

図１に、それぞれ条件Ａ及び条件Ｂの場合における鋼塊
のＣ分析値を示した。

図１から本発明の範囲内にある条件Ａの場合、各同量の
炉内付着ダストの清掃除去を省略し、連続して溶解を行
なっても鋼塊で安定してＣを０．００５０％以下に低減
することが可能であるが、一方本発明の範囲外の条件Ｂ
の場合特に連続して溶解を行なった場合、２回目あるい
は３回目で、出鋼前の溶鋼のＣは０．００５０％以下で
あるにもかかわらず、出鋼時のＣ汚染によって鋼塊で安
定してＣを０．００５０％以下とするのは、困難である
ことが知られる。

実施例 ４ 真空精錬途中における炉の前傾操作が鋼塊のＣ濃度に及
ぼす影響を調べることを目的として、３０Ｃｒ−２Ｍｏ
鋼の表３の条件Ａの場合について、実際に炉の前傾操作
を採用した溶解実験を連続して３回行なった。

前傾回数はいづれの場合も各２回であり、真空精錬に約
３時間装したため、真空精錬開始して１時間後と２時間
後に実施した。

その他の条件については実施例３に準じて行なった。

図２に炉の前傾操作を採用した場合のＣ濃度を実施例３
の採用しなかった場合のＣ濃度と比較Ｌ７て示した。

この図から前者の場合後者に比べてＣが約０．０００５
％〜約０．００１０％低く、真空精錬途中の炉の前傾操
作が出鋼時のＣ汚染を防止し、鋼塊のＣ濃度を下げる上
で効果が大きいことが知られる。

【図面の簡単な説明】

図１は溶解回数と０％の関係を示す図、図２は前傾操作
を採用した場合と採用しない場合における溶解回数と０
％の関係を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ クロム２５〜４０％の高クロム鋼を製造する方法に
   おいて、真空誘導溶解炉にて真空下あるいはアルゴンガ
   ス等の不活性ガス雰囲下で、炭素０．１％以下、マンガ
   ン０．２％以下、クロム２５〜４０％の溶湯を得、次い
   で引き続き温度１６００〜１７００℃、真空度１０−”
   〜Ｉ Ｔｏｒｒの条件下で、前記溶湯中の炭素量Ｃｍ
   （％）、目標とする高クロム鋼の炭素量ｃｏ（％）及び
   溶湯平均深さＬ（α）に関係する次式の時間ｔ（分）保
   持し、２．３０３ Ｌ Ｃｍ ｔ＝ ６０ ＸＫｃｌｏｇＣ。 （但し、０．０１≦Ｋｃ≦０．０５．０゜００１５＜Ｃ
   ｏ≦０．００５０ ）脱炭精錬することにより、炭素量
   を０．００５０％以下とすることを特徴とする方法。 ２、特許請求の範囲の第１項の方法において、ｔ（分）
   間保持している間に少なくとも１回溶解炉のルツボの出
   鋼口側を前傾することにより、脱炭精錬中に飛散あるい
   は蒸発によりルツボ内面に付着した比較的炭素濃度の高
   い出鋼口側の金属を溶かし、引き続き精錬を行う工程を
   加えたことを特徴とする方法。