(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空脱ガス装置内に収容した溶鋼に対し、予め設定した所定吹込時間だけ不活性ガスとして窒素ガス若しくはアルゴンガスを吹き込んで脱ガス処理を行う際に、まず窒素吹込時間だけ窒素ガスを吹き込んで加窒を行った後、残りの吹込時間、アルゴンガスを吹き込んで脱窒を行う溶鋼中の窒素濃度調整方法において、
脱ガス処理を開始する際に溶鋼のサンプルを採取し、脱ガス処理中にサンプルを分析して脱ガス処理開始時の溶鋼の窒素濃度に求め、その求めた窒素濃度に基づき、予め求めた下式を用いて脱ガス処理終了時の窒素濃度が目標窒素濃度Ｎtargetとなる上記窒素吹込時間Ｔｎを算出し、その算出した窒素吹込時間Ｔｎとなったら、窒素ガスからアルゴンガスに吹き込む不活性ガスを切り替えることを特徴とする溶鋼中の窒素濃度調整方法。
Ｔｎ ＝（Ｎtarget −Ｋ×Ｎ0 ＋Ｖｒ×Ｔ）／（Ｖｎ−Ｖｒ）
ここで、
Ｋ：脱ガス処理前の窒素濃度の脱ガス処理後の窒素濃度への影響係数
Ｎ0：脱ガス処理前の窒素濃度
Ｖｎ：窒素吹き込みによる加窒速度
Ｖｒ：アルゴン吹き込みよる脱窒速度
Ｔ：脱ガス処理時間
である。
【請求項２】
真空脱ガス処理を行った溶鋼をタンディッシュに供給して連続鋳造を行って、溶接熱影響部靭性の優れた高張力鋼である大入熱用鋼のスラブを製造する大入熱用鋼の製造方法において、
上記タンディッシュに供給する溶鋼中の窒素濃度を４０〜６０ｐｐｍ、Ｔｉ濃度を０．０１０〜０．０１４質量％、且つＴｉ／Ｎ質量比を２．００〜３．１７となるように、上記請求項１に記載した窒素濃度調整方法で上記真空脱ガス処理を行うことを特徴とする大入熱用鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空脱ガス処理による溶鋼中の窒素濃度調整方法、及びそれを利用した、例えば造船向けの厚板に適した大入熱用鋼の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶鋼中の窒素濃度の調整方法としては、例えば特許文献１に記載した技術がある。この特許文献１には、窒素ガス及びアルゴンガスをそれぞれ単独で吹き込む第１の従来技術として、（１）真空脱ガス処理前に決められた窒素吹込時間だけ窒素を吹き込んで真空脱ガス処理を行った後に、吹き込む不活性ガスをアルゴンガスに切り替えて、溶鋼が所定温度となるまでアルゴンガスを吹き込む技術が開示されている。
また、第２の従来技術として、窒素ガスを吹き込みながら真空脱ガス処理を行い、その脱ガス処理中に溶鋼の窒素濃度を測定し、測定結果に基づき真空脱ガス装置内の圧力を調整して溶鋼中の窒素濃度を調整する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２０００-３４５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、第１の従来技術では、目標窒素濃度の的中率が悪いと共に、アルゴンガスの吹込時間が変動する結果、脱ガス処理に要する時間が変動して、後工程の操業に悪影響が出る。例えば、決まった時間に後工程の連続鋳造などの処理を行うことができない。
また、第２の技術では、真空脱ガスの処理中に処理中の溶鋼の窒素濃度を測定する必要があると共に、測定結果に基づき圧力を変更する制御が必要であり制御が複雑になるおそれがある。特に、真空脱ガス処理中の圧力を変動させることが外乱となるおそれがある結果、窒素濃度の的中の精度が落ちる可能性がある。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、簡易な調整で窒素濃度の的中精度を向上できると共に、要求される窒素濃度の範囲が小さな鋼種であっても目的とする窒素濃度の鋼を製造しやすくすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、真空脱ガス装置内に収容した溶鋼に対し、予め設定した所定吹込時間だけ不活性ガスとして窒素ガス若しくはアルゴンガスを吹き込んで脱ガス処理を行う際に、まず窒素吹込時間だけ窒素ガスを吹き込んで加窒を行った後、残りの吹込時間、アルゴンガスを吹き込んで脱窒を行う溶鋼中の窒素濃度調整方法において、
脱ガス処理を開始する際に溶鋼のサンプルを採取し、脱ガス処理中にサンプルを分析して脱ガス処理開始時の溶鋼の窒素濃度に求め、その求めた窒素濃度に基づき、予め求めた下式を用いて脱ガス処理終了時の窒素濃度が目標窒素濃度Ｎtargetとなる上記窒素吹込時間Ｔｎを算出し、その算出した窒素吹込時間Ｔｎとなったら、窒素ガスからアルゴンガスに吹き込む不活性ガスを切り替えることを特徴とするものである。
Ｔｎ ＝（Ｎtarget −Ｋ×Ｎ0 ＋Ｖｒ×Ｔ）／（Ｖｎ−Ｖｒ）
ここで、
Ｋ：脱ガス処理前の窒素濃度の脱ガス処理後の窒素濃度への影響係数
Ｎ0：脱ガス処理前の窒素濃度
Ｖｎ：窒素吹き込みによる加窒速度
Ｖｒ：アルゴン吹き込みよる脱窒速度
Ｔ：脱ガス処理時間
である。
次に、請求項２に記載した発明は、真空脱ガス処理を行った溶鋼をタンディッシュに供給して連続鋳造を行って、溶接熱影響部靭性の優れた高張力鋼である大入熱用鋼のスラブを製造する大入熱用鋼の製造方法において、
上記タンディッシュに供給する溶鋼中の窒素濃度を４０〜６０ｐｐｍ、Ｔｉ濃度を０．０１０〜０．０１４質量％、且つＴｉ／Ｎ質量比を２．００〜３．１７となるように、上記請求項１に記載した窒素濃度調整方法で上記真空脱ガス処理を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、簡易な調整で窒素濃度の的中精度を向上できると共に、要求される窒素濃度の範囲が小さな鋼種であっても目的とする窒素濃度の鋼を製造しやすくなる。
これによって、所望の窒素濃度の大入熱用鋼を歩留まり良く製造することが容易となる。このとき、窒素濃度を４０〜６０ｐｐｍ好ましくは４０〜５５ｐｐｍに調整することで、溶接熱影響部靭性が向上すると共に、連続鋳造時におけるスラブ粒界割れが起こりにくい大入熱用鋼を製造できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本実施形態は、大入熱用鋼のスラブを製造するものであって、その溶鋼を、図１に示すように、ＲＨ法の真空脱ガス装置で脱ガス処理を行う工程（Ａ）、ＣａＳｉの添加工程（Ｂ）、及び連続鋳造工程（Ｃ）が施される。なお、ＣａＳｉの添加工程（Ｂ）は省略する場合もある。
【０００７】
上記真空脱ガス装置は、公知のように、鍋１内の溶鋼２を真空槽３内に吸い上げ真空と接触させて真空精錬を行うもので、２本の浸漬管４，５のうちの一方の上昇用浸漬管４内を通過する溶鋼に不活性ガスを吹込ながらリフトポンプの原理で溶鋼を真空槽３に吸い上げ、また他方の下降用浸漬管５を通じて真空槽３内から鍋４内に溶鋼２を戻すことで、溶鋼２を循環させつつ脱ガスを行うものである。なお、真空槽３内の雰囲気ガスは排気される。本実施形態では、上記上昇用浸漬管４内に吹き込む不活性ガスとして、窒素ガス及びアルゴンガスが排他的に吹き込み可能となっている。
【０００８】
そして、真空脱ガス処理装置による脱ガス処理の脱ガス処理時間Ｔは、後工程である連続鋳造機による予定の鋳込み時刻が設定されるが、予め決められており、図２に示すように、その脱ガス処理中、前半が窒素ガスを吹き込みながら脱ガス処理が行われ、途中でガスの切り替えが行われ、後半はアルゴンガスを吹き込みながら脱ガス処理が行われる。ここで、窒素ガスを吹き込む窒素吹込時間をＴｎとし、アルゴンガスを吹き込むアルゴン吹込時間をＴｒとしたとき、脱処理時間Ｔ＝Ｔｎ＋Ｔｒの関係にあり、初期値として所定の窒素吹込時間Ｔｎ0が設定されている。なお、上記時間の単位を分とする。
【０００９】
予め決められた真空脱ガス処理の条件下における、窒素吹き込みによる加窒速度Ｖｎ、アルゴン吹き込みよる脱窒速度Ｖｒ、及び、脱ガス処理前の窒素濃度の脱ガス処理後の窒素濃度への影響係数Ｋを、実験などによって予め求めておく。上記窒息ガス及びアルゴンガスの流量は一定に設定されている。
なお、加窒速度Ｖｎ、脱窒速度Ｖｒは処理前窒素濃度により変化するため、鋼種及び処理前窒素濃度による影響を予め求めておくことにより、的中精度はより向上できる。
【００１０】
そして、目標窒素濃度をＮtargetとし、脱ガス処理前の窒素濃度をＮ0（ｐｐｍ）とすると、下記式を満足するように制御をすれば良いことが分かる。
Ｎtarget ＝Ｋ×Ｎ0 ＋Ｖｎ×Ｔｎ −Ｖｒ×Ｔｒ・・・（１）
ここで、Ｔ ＝Ｔｎ ＋Ｔｒであるから、次のように記載できるので、下記式となる。
Ｎtarget ＝Ｋ×Ｎ0 ＋Ｖｎ×Ｔｎ −Ｖｒ×（Ｔ−Ｔｎ）
この式を変形すると、
Ｔｎ ＝（Ｎtarget −Ｋ×Ｎ0 ＋Ｖｒ×Ｔ）／（Ｖｎ−Ｖｒ）・・・（２）
【００１１】
そして、本実施形態では、脱ガス直前に鍋内の溶鋼からサンプルを採取した後に、窒素ガスを吹き込みながら脱ガス処理を開始する。この脱ガス処理中に、採取したサンプルを分析して処理前の窒素濃度Ｎ0を算出する。上記サンプルの分析は例えば１０分程度の時間を要する。処理前の窒素濃度Ｎ0を算出したら、上記（２）式に基づき、窒素吹込時間Ｔｎを求め、脱ガス処理開始から時間Ｔｎだけ経過したら、吹き込むガスを窒素からアルゴンに変更し、Ｔｒの時間アルゴンを吹き込みながら脱ガス処理を行う。
これによって、目標とする窒素濃度Ｎtargetに脱ガス処理後の窒素濃度を的中させる。
上記脱ガス処理の工程が終了したら、前述の通り、ＣａＳｉの添加工程、及び連続鋳造工程を行いスラブを形成する。
【００１２】
【表１】
0004844087.tif 000002
【００１３】
ここで、表１に記載する成分の大入熱用鋼を製造するに当たり、上記（１）式の各係数について重回帰を使用して求めたところ、
窒素吹き込みによる加窒速度Ｖｎ＝０．６１６
アルゴン吹き込みよる脱窒速度Ｖｒ＝０．２０３
影響係数Ｋ＝０．０２５
となった。
つまり、（１）式が
Ｎtarget  ＝０．０２５×Ｎ0  ＋０．６１６×Ｔｎ  −０．２０３×Ｔｒ
・・・（３）
と表された。なお、上記係数は、脱ガス処理の条件、例えば真空度や溶鋼の温度や量によって変わるものである。予め実験などによって、決定しておく。
【００１４】
そして、上記（３）式を使用して脱ガス処理中に窒素吹込時間Ｔｎを算出し、目標とする窒素濃度Ｎtargetとなるように、窒素吹込時間Ｔｎとなったら、窒素ガスからアルゴンガスへ吹き込む不活性ガスを切り替えて脱ガス処理を行ったところ、高い的中精度で脱ガス処理後の窒素濃度を目標窒素濃度Ｎtargetにすることができた。
なお、実験は、目標窒素濃度Ｎtarget＝５０ｐｐｍとし、５０±１０ｐｐｍに収まったかどうかで判断した。
【００１５】
ここで、上記窒素濃度調整方法では、全体の処理時間Ｔを変更しないため、後工程の処理に影響が出ることがない。また、予め決定した時間Ｔで処理が終了すると共に、脱ガス処理の真空度などを変更しないため、処理後の溶鋼温度を予め決定した所望の温度で後工程に送ることが出来る。また、不活性ガスの切り替え時を調整するだけであるので、窒素濃度調整以外の脱ガス処理への外乱も小さくて済み、精度良く脱ガス処理を行うことができる。
【００１６】
上記のように真空脱ガス処理での窒素ガス濃度調整によって、窒素濃度を４０〜６０ｐｐｍ、好ましくは４０〜５５ｐｐｍに調整した溶鋼を、連続鋳造機のタンディッシュに供給して、連続鋳造を行い大入熱用鋼のスラブを製造する。
ここで、上記表１のように、Ｔｉを０．０１０〜０．０１４質量％にすることで、
（Ｔｉ／Ｎ）を２．００〜３．１７の範囲に調整される。これによって、すなわち、図３に示す目標範囲にＴｉ及びＮの成分量が調整されている。
【００１７】
上記のような窒素濃度の大入熱用の溶鋼で連続鋳造を行った場合には、鋳造の曲げ部において、Ｎｂ（Ｃ，Ｎ）やＡｌを媒体として発生するおそれのあるスラブ粒界割れを防止できた。
また、上記製造した大入熱用鋼のスラブからなる大入熱用鋼は、鋼中に、ＴｉＮが微細析出してγ結晶粒の粗大化が抑制された鋼材となり、溶接熱影響部（ＨＡＺ）の靭性が優れた高張力鋼であることが確認できた。
【００１８】
ここで、窒素が４０ｐｐｍ未満であると、ＴｉＮが微細析出しがたくなり、窒素が６０ｐｐｍを越えると連続鋳造時にスラブ粒界割れが起こり易いことを突き止めたため、窒素成分を４０〜６０ｐｐｍの範囲に規定している。
ここで、ＣａＳｉの添加工程を行う場合には、図４のように、ＣａＳｉの添加によって窒素濃度が上がることを考慮して、その分、真空脱ガス処理後の目標窒素濃度Ｎtargetを小さく、例えば４０ｐｐｍに設定する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る処理工程を示す図である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係る脱ガス処理時の窒素濃度調整を説明する図である。
【図３】本発明に基づく実施形態に係る成分範囲を説明する図である。
【図４】本発明に基づく実施形態に係る窒素濃度の挙動を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  鍋
２  溶鋼
３  真空槽
Ｔ    トータルな吹込時間
Ｔｎ  窒素吹込時間
Ｔｒ  アルゴン吹込時間
Ｎ0    処理前の窒素濃度
Ｎtarget  目標窒素濃度
Ｖｎ    加窒速度
Ｖｒ    脱窒速度
【図１】
0004844087.tif 000003
【図２】
0004844087.tif 000004
【図３】
0004844087.tif 000005
【図４】
0004844087.tif 000006