(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉によって溶鋼中炭素含有量を製品の最終目標値よりも0.15〜0.8％（質量比、以下同じ）低く脱炭精錬した後、出鋼するに当たり、
転炉吹錬終了後、出鋼までの間には、強制脱酸剤を使用することなく出鋼するとともに、
出鋼期間の前半においては、強制脱酸剤を使用することなく、取鍋中に加炭剤を添加して加炭剤と取鍋中に出鋼される溶鋼との反応によって生ずるCOガスによって溶鋼流及び取鍋内溶鋼を大気から遮断して窒素のピックアップを阻止し、出鋼期間の後半においては、Si及びMnによる脱酸を行うことを特徴とする高炭素低窒素鋼の製造方法。
【請求項２】
溶鋼を吹錬するに当たり、原料溶銑にはTiを質量比で0.02〜0.05%含有するものを用いることを特徴とする請求項１記載の高炭素低窒素鋼の製造方法。
【請求項３】
溶鋼を吹錬するに当たり、転炉内への大気吸引防止手段を講ずることを特徴とする請求項１又は２記載の高炭素低窒素鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は低窒素鋼の溶製方法に係り、特に、タイヤコード等の硬鋼線材に使用される炭素含有量が0.7〜0.9%と高く、窒素含有量が30ppm以下と低い高炭素低窒素鋼の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、タイヤコード等に用いられる鋼鋼線材では、鋼中窒素が高いときには、撚り線加工時に断線を生ずるおそれがあるため、鋼中窒素を30ppm程度に低下させなければならない。この低窒素鋼は、一般に転炉における鋼の溶製段階および出鋼期間中での大気からの窒素ピックアップを極力抑制するとともに、例えばRH脱ガス処理によって脱窒素を図って製造されている。しかしながら、高炭素鋼では、真空脱ガス時に生ずる〔C〕＋〔O〕＝CO反応が不活発であるため、いわゆるリムド処理を利用して脱窒素を図ることが困難であり、そのため、取鍋に出鋼された溶鋼の窒素含有量を厳しく制限しなければならない。
【０００３】
そのような製鋼ないしは取鍋への出鋼段階において溶鋼中の窒素含有量を低減させる技術として、例えば特開昭51-10118号公報には、溶銑中のTi含有量を0.12%以上とし溶銑配合率を90%以上にして転炉塩基度を3.5以下とする低窒素鋼の製造方法が開示されており、溶銑中の窒素をTiによりTiNの形で固定して低窒素化を図っている。また、特開昭48-92213号公報には、吹錬期に転炉の出鋼口を閉鎖しておき、大気の転炉内への侵入防止を図って窒素のピックアップを抑制する手段が開示されている。また、特開平2-301508号公報には、転炉に付随する排ガスフード部の上部にガス吹き込み装置を設け、転炉吹錬終了直前には、この装置から不活性ガス等を転炉内に吹き込むことによって大気の侵入を防止する手段が開示されている。これらの大気侵入防止措置により、大気中の窒素による窒素ピックアップ（侵窒）が防止される。
【０００４】
さらに、特公昭49-42203号公報には、転炉からの出鋼の際に溶鋼流に炭素あるいは水素の酸化物を形成する物質を接触せしめ発生するガスによって溶鋼流を大気から遮断する方法が開示されている。ここでは、溶鋼と接触すると溶鋼の周囲の酸素と結合して燃焼分解する物質を用いることにより、出鋼流の雰囲気調整を行い、それによって窒素を低下させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開昭51-10118号公報、特開昭48-92113号公報および特開平2-301508号公報に開示されている従来の技術では、鋼の溶製段階での低窒素化は可能であるものの、その後の出鋼段階で大きく窒素が上昇するいわゆる窒素ピックアップが問題になる。一方、前記特開昭48-42203号公報に開示される雰囲気調整では、目的とする低窒素化は果たせない。すなわち、空気中の酸素と結合して分解する物質を出鋼流に接触せしめても、空気中には窒素が容積比で78%存在し、これにより溶鋼が吸窒するからである。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、特に、タイヤコード等の鋼鋼線材に使用されるC含有量が0.7〜0.9%であって、窒素含有量が30ppm以下、好ましくは20ppm以下の高炭素低窒素鋼を転炉を用いて安定的に製造する手段を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、高炭素低窒素鋼の溶製のためには、転炉で一旦目標炭素含有量より低い炭素量まで過剰脱炭して低炭素、高酸素の溶鋼を溶製し、これを出鋼する際にC源（加炭剤）を溶鋼流に添加する操作を行えば、加炭の際に生ずる〔C〕＋〔O〕＝CO反応により発生するCOガスが受鋼鍋から放出され、このCOガスによって溶鋼流の大気からの保護が行われ、かつ、C量の目標値への的中も達成されることを見出し、本発明を完成した。また、COガスは、受鋼鍋内の溶鋼から発生するため大気の随伴がなく、そのため大気中の窒素ガスからの吸窒が阻止される。
【０００８】
本発明は、具体的には、高炭素低窒素鋼の製造方法を、転炉によって溶鋼中炭素含有量を製品の最終目標値よりも0.15〜0.8％（質量比、以下同じ）低く脱炭精錬した後、出鋼するに当たり、
強制脱酸剤を使用することなく出鋼するとともに、
出鋼期間の前半においては強制脱酸剤を使用することなく、取鍋中に加炭剤を添加して加炭剤と取鍋中に出鋼される溶鋼との反応によって生ずるCOガスによって溶鋼流及び取鍋内溶鋼を大気から遮断して窒素のピックアップを阻止し、出鋼期間の後半においてはSi及びMnによる脱酸を行うこととするものである。
【００１０】
さらに、溶鋼を吹錬するに当たり、原料溶銑にはTiを質量比で0.02〜0.05%含有するものを用いること、また、転炉内への大気吸引防止手段を講ずることをを好適とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を具体的に説明する。本発明では、転炉で一旦目標炭素量より低い炭素量まで過剰脱炭して低炭素、高酸素の溶鋼を溶製し、これを出鋼する際に炭素源（加炭剤）を溶鋼流に添加する操作を行う。そのため、転炉における脱炭限度は、製品の目標炭素含有量から加炭剤の添加による加炭量、すなわち、加炭剤の添加量に歩留まりを乗じたもの、を差し引いたものとする。具体的には、製品目標炭素量よりほぼ0.15〜0.8%低い炭素含有量まで脱炭精錬を行う。
【００１２】
また、転炉で溶製される溶鋼は、加炭の際にいわゆるCO反応により溶鋼流のCOガスによる保護が行われるものであるから、出鋼の際に十分な酸素を含有していなければならない。この出鋼の際に溶鋼中に含有される酸素量は、上記CO反応を十分行わせるに足る量となっていればよいが、本発明では、この鋼中の酸素量を、過剰脱炭するという転炉精錬時の操作によって生じさせる。このため、本発明では、上記過剰脱炭を少なくとも0.15%、好ましくは0.2%以上とする。本発明は、このように過剰脱炭により生じた十分な酸素を含有する溶鋼に対し、出鋼時に炭素を投入しCO反応を行わせるものであるから、転炉吹錬による脱炭終了後出鋼までの間には、いかなる強制脱酸剤も使用すべきではない。
【００１３】
このように、製品の目標炭素含有量より相当に低い炭素含有量まで過剰脱炭され、かつ、酸素含有量が高い溶鋼は、出鋼の際に加炭剤が添加されることによって、いわゆるCO反応によって発生するCOガスによって出鋼されるときの溶鋼流および取鍋内の溶鋼が大気から遮断され、窒素のピックアップが阻止される。
【００１４】
かかる目的を達するための加炭剤の添加量は、転炉における吹き止め炭素量および溶鋼の酸素ポテンシャル（これは良く知られているようにスラグのFeO量から定めることができる）に基づき定めることができる。一般的には、経験に基づいて、前記CO反応による加炭剤の消費、歩留まりを考慮して加炭剤の添加量を定めればよい。なお、硬鋼線、特にタイヤコード用の硬硬線は、製品の目標炭素含有量が0.7〜0.9%程度であるため、加炭量の上限を、転炉精錬コストを考慮して、0.8%以下とするのが好ましい。
【００１５】
このように出鋼時にCO反応を積極的に行わせることに高炭素鋼の低窒素化を図ることができるが、かかる低窒素化には限度があり、通常これだけでは十分低い窒素量、例えば、30ppmとすることができない。したがって、溶鋼が転炉から出鋼される段階、いいかえれば溶鋼の吹き止めの段階で十分低い窒素量にしておかなければならない。
【００１６】
かかる溶鋼の低窒素化の手段は、公知の手段を用いれば良く、例えば、先に先行技術として示した特開昭51-10118号公報、特開昭48-92213号公報あるいは特開平2-301508号公報にに記載の技術を単独あるいは組み合わせて利用することができる。また、これらの手段に加えて吹錬中の炉内圧力を大気圧に比べて水柱20mm程度プラス圧にしたり、いわゆるサブランスを含めてランス孔の開口部を蒸気等窒素ガスを含まない気体でシールすることができる。
【００１７】
また、Tiは吹錬過程において鋼中窒素をTiNとして固定し、スラグ中に移行せしめる作用があるので、転炉吹錬用の原料溶銑としてTiを質量比で0.02〜0.05%含有するものを用いるのも有利である。この窒素固定作用は、0.02%未満では不十分であり、一方、0.05%を超えると、溶鋼中Ti含有量の上昇、精錬コストの増加等の不利を招くので好ましくない。したがって、溶銑中のTi含有量は0.02〜0.05%とするのが良い。なお、一般に溶銑脱珪（Si）、脱リン（P）等の予備処理を行うと、溶銑中Tiが0.02%未満となり、上記窒素の固定作用が行われ難くなるので、予備処理後、例えばFe-Ti合金等を適宜添加して転炉での吹錬開始までに溶銑中Ti含有量を調整する手段を講ずるのが良い。この手段は、予備処理の完了したトピードカー内に、あるいは溶銑装入鍋内に、又は転炉へ溶銑装入後の転炉内に添加することによって行いうる。
【００１８】
このように転炉吹き止め時のC含有量を製品目標炭素含有量に比べて低くする過剰脱炭を行うとともに、窒素含有量を低く押さえ、出鋼時に加炭してCO反応を起こさせ、溶鋼流の大気接触を遮断することによって高炭素低窒素鋼の安定製造が可能になるが、さらに以下に述べるように出鋼時の条件、特に、脱酸剤の使用条件について配慮を加えるのがよい。
【００１９】
まず、加炭材の溶鋼流への添加は、出鋼期間の前半に行うのがよい。また、本発明は、過剰脱炭された未脱酸溶鋼の出鋼時に加炭材を添加し、その際起こるCO反応を利用するものであるから、加炭材が主として添加される出鋼期間前半には、いかなる脱酸剤も添加してはならない。
【００２０】
したがって、脱酸剤の添加は、出鋼期間の後半であって加炭材の添加が終了した後とすべきである。また、使用する脱酸剤も、Si又はMnのような比較的脱酸能の低いものを少量使用するに留め、CO反応による溶鋼保護が継続して行われるようにすべきである。Al脱酸を行うときも、加炭処理が完全に終了した後とすべきである。
【００２１】
【実施例】
（実施例１）
タイヤコード用素材（目標鋼種、C：0.75%、Si：0.2%、Mn：0.5%）を溶製するに当たり、容量180tの転炉を用いこれにＣ：4.2%、Si：tr、Mn：0.2%、Ti：trを含有する溶銑を装入して酸素上底吹き方式により吹錬を行った。吹錬に当たっては、転炉出鋼口を閉塞し、転炉炉口のスカートを下げて転炉炉口との間隙を最小化するとともに炉内圧力を大気圧に比べ水柱で2〜6mmプラス圧として大気の侵入の防止を図った。
【００２２】
吹き止め成分は、C：0.55%、Si：tr、Mn：0.1%、N：15ppmであった。この溶鋼を出鋼する際に出鋼開始直後から4min間に亘って加炭剤を取鍋中に投入した。投入の際、取鍋中ではCO反応による「わき」が観察された。加炭処理完了後、Mn及びSiによって脱酸を行った。得られた溶鋼の取鍋分析値は、C：0.75%、Si：0.2%、Mn：0.5%、N：20ppmであり、目標Cを有し、十分低窒素であった。
【００２３】
（実施例２）
タイヤコード用素材（目標鋼種、C：0.73%、Si：0.25%、Mn：0.5%）を溶製するに当たり、容量180tの転炉を用い、これにC：4.2%、Si：tr、Mn：0.2%、Ti：0.03%を含有する溶銑を装入して酸素上底吹き方式により吹錬を行った。Tiの添加はFe-Tiを溶銑装入鍋内に添加することによって行った。吹錬に当たっては、実施例１と同様の操作を行って大気の侵入の防止を図った。
【００２４】
吹き止め成分は、C：0.45%、Si：tr、Mn：0.15%、N：10ppmであった。この溶鋼を出鋼する際に出鋼開始直後から4min間に亘って加炭剤を取鍋中に投入した。投入の際、取鍋中ではCO反応による「わき」が観察された。加炭処理完了後、Mn及びSiによって脱酸を行った。得られた溶鋼の取鍋分析値は、C：0.75%、Si：0.24%、Mn：0.5%、N：20ppmであり、目標Cを有し、十分低窒素であった。
【００２５】
（実施例３）
タイヤコード用素材（目標鋼種、C：0.75%、Si：0.2%、Mn：0.5%）を溶製するに当たり、容量180tの転炉を用い、これにC：4.2%、Si：tr、Mn：0.2%、Ti：trを含有する溶銑を装入して酸素上底吹き方式により吹錬を行った。吹錬に当たっては、実施例１と同様の操作を行って大気の侵入の防止を図った。
【００２６】
吹き止め成分は、C：0.06%、Si：tr、Mn：0.1%、N：13ppmであった。この溶鋼を出鋼する際に出鋼開始直後から6min間に亘って加炭剤を取鍋中に投入した。投入の際、取鍋中ではCO反応による「わき」が観察された。加炭処理完了後、Mn及びSiによって脱酸を行った。得られた溶鋼の取鍋分析値は、C：0.75%、Si：0.2%、Mn：0.5%、Ti：tr、N：15ppmであり、目標Cを有し、十分低窒素であった。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、上記のようにして高炭素低窒素鋼を溶製することにしたので、溶鋼自体から発生するCOガスによる保護がなされ、従来の方法に比べて窒素含有量の低い高炭素低窒素鋼を安定して製造することができる。