JP2001026811A - ステンレス鋼の精錬に用いるSi合金鉄およびステンレス鋼の精錬方法 - Google Patents

ステンレス鋼の精錬に用いるSi合金鉄およびステンレス鋼の精錬方法

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秀毅 田中
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Si脱酸を経て得られるステンレス鋼におけ
る、有害な硬質非金属介在物Al2 3 −MgOの生成
を抑制することによって、その後の圧延時や成形時に表
面疵や加工割れの発生を防止する。 【解決手段】 Fe:10〜60wt%、残部が40〜9
0wt%のSiとCa、AlおよびMgとを含む不可避的
不純物元素からなり、前記不純物中のCa、Alおよび
Mgが〔wt%Ca〕≦2.0、〔wt%Al〕≦3.0お
よび〔wt%Mg〕≦0.1の範囲内でかつ、下記式を満
たしているSi合金鉄を、ステンレス鋼の精錬におけ
る、脱炭後のスラグのCr2 3 還元剤および溶鋼の脱
酸剤として用いる。 記 0.15×(〔wt%Al〕+3×〔wt%Mg〕)−0.
02≦〔wt%Ca〕

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ステンレス鋼の精
錬に使用するSi合金鉄およびステンレス鋼の精錬方法
に関し、特に添加剤中の微量Ca、AlおよびMg濃度
とCr2 3 還元後のスラグ成分とを制御することによ
り、溶鋼中の有害な硬質非金属介在物の生成を抑制しよ
うとするものである。
【0002】
【従来の技術】ステンレス鋼の介在物の無害化を図る技
術は数多く知られている。例えば、特開平4−9921
5号公報には、Fe−Si中の微量成分に関して、フェ
ロシリコン中の2wt%Alによって生成する非金属介在
物のAl2 3 を、Al濃度の低いフェロシリコンを使
用することによって抑制している。しかし、この技術
は、Alを対象としたものであり、Caによる介在物組
成制御は示されていない。さらに、制御対象の介在物は
Al2 3 であり、Al2 3 と同様に有害な非金属介
在物であるAl2 3 ・MgOについては全く触れられ
ていない。
【0003】次に、特開平7−188861号公報で
は、Al含有量の少ないフェロシリコンを用いて、取鍋
中にCa成分を窒素ガスとともに吹き込み、Al2 3-
MnO系介在物を低融点の介在物に改質している。しか
し、この技術も改質すべき介在物の対象はAl2 3-M
nOであり、酸素レベルが低くかつ高清浄の鋼に見られ
る、Al2 3 ・MgOについては全く言及されていな
い。
【0004】一方、有害な非金属介在物であるAl2
3 ・MgOの生成を防止する技術として、特開平6−3
06438号公報には、2次精錬後のスラグ組成をMg
O濃度≦7wt%、Al2 3 濃度≦6wt%、スラグ塩基
度CaO/SiO2 :1.3〜1.9に制御することに
より、Al2 3 ・MgOの生成を抑制している。ま
た、特開平6−306439号公報では、スラグの還元
剤に〔wt%Mg〕≦1.0のAlを用い、出鋼後の取鍋
またはタンデイッシュ内の溶鋼にCaまたはCa合金を
添加することにより、硬質の非金属介在物であるAl2
3 ・MgOおよびMgOを低融点のCaO−Al2
3 に制御している。
【0005】これらの技術は、介在物組成に最も影響す
る脱酸剤に関して、Al脱酸のみについて述べられ、通
常ステンレス鋼で行われているSi脱酸については全く
記述されていない。しかし、Si脱酸においても、有害
な非金属介在物であるAl23 ・MgOは生成してお
り、疵の原因になっているのが現状である。さらに、造
塊に近い時期(取鍋やタンデイッシュでの工程)に脱酸
能力のある元素を多量に投入することは、介在物数の増
加につながり、清浄性の悪化または取鍋精錬時間の増加
を招く。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、Si脱酸を
経て得られるステンレス鋼における、有害な硬質非金属
介在物Al2 3 −MgOの生成を抑制することによっ
て、その後の圧延時や成形時に表面疵や加工割れの発生
を防止しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、ステンレス鋼
の精錬時にスラグの還元剤ならびに溶鋼の脱酸剤として
使用する、Si合金鉄の組成およびCr2 3 還元後の
スラグ組成を制御することにより、有害な硬質非金属介
在物Al2 3 −MgOの生成を抑制し、圧延時や成形
時に表面疵や加工割れの発生を防止したところに特徴が
ある。
【0008】すなわち、本発明の要旨構成は、次のとお
りである。 (1)Fe:10〜60wt%、残部が40〜90wt%の
SiとCa、AlおよびMgとを含む不可避的不純物元
素からなり、前記不純物中のCa、AlおよびMgが
〔wt%Ca〕≦2.0、〔wt%Al〕≦3.0および
〔wt%Mg〕≦0.1の範囲内でかつ、下記式を満たし
ていることを特徴とするステンレス鋼の精錬に用いるS
i合金鉄。 記 0.15×(〔wt%Al〕+3×〔wt%Mg〕)−0.
02≦〔wt%Ca〕
【0009】(2)ステンレス鋼のAOD精錬におい
て、脱炭後のスラグのCr2 3 還元剤および溶鋼の脱
酸剤として前記(1)に記載のSi合金鉄を使用し、C
2 3 還元後のスラグ成分を、フラックスとして石灰
石、そして螢石の添加によりCaO/SiO2 :1.3
〜2.7の範囲に調整することを特徴とするステンレス
鋼の精錬方法。
【0010】(3)ステンレス鋼のAOD精錬におい
て、脱炭後のスラグのCr2 3 還元剤および溶鋼の脱
酸剤として前記(1)に記載のSi合金鉄を使用し、C
2 3 還元後のスラグを除滓し、その後、残滓にフラ
ックスとして石灰石、そして螢石の添加によりCaO/
SiO2 :1.3〜2.7の範囲に調整することを特徴
とするステンレス鋼の精錬方法。
【0011】(4)ステンレス鋼のVODまたはRH精
錬において、真空脱炭後のスラグのCr2 3 還元剤お
よび溶鋼の脱酸剤として前記(1)に記載のSi合金鉄
を使用し、Cr2 3 還元後のスラグ成分を、フラック
スとして石灰石、そして螢石の添加によりCaO/Si
2 :1.3〜2.7の範囲に調整することを特徴とす
るステンレス鋼の精錬方法。
【0012】(5)前記(1)ないし(4)のいずれか
において、Cr2 3 還元後あるいは除滓後に、フラッ
クスとして石灰石、そして螢石の添加により、スラグ組
成を下記式の範囲に調整することを特徴とするステンレ
ス鋼の精錬方法。 記 {(wt%Al2 3 )+(wt%MgO)}+(wt%Ca
O)/(wt%SiO2)×10.0−38.0≦0
【0013】なお、本発明のSi合金鉄は、溶鋼の脱酸
剤および/またはスラグの還元剤として用いるものであ
る。
【0014】
【発明の実施の形態】発明者らは、圧延時や成形時に表
面疵や加工割れの発生したステンレス鋼板の疵部を詳細
に調査することにより、表面疵や加工割れの原因がAl
2 3 −MgOを含む非金属介在物であることを見出し
た。このAl2 3 −MgOを含む介在物は、高融点で
あり、凝集することで粗大化しやすく、硬質の非金属介
在物であるため、疵や割れの基点となる。以上の調査結
果を基に、有害な硬質非金属介在物の生成を防止し、融
点が約1300〜1400℃の低融点の軟質非金属介在
物である、CaO−SiO2 −Al2 3 −MgO系介
在物が優先して生成する精錬方法について検討した。そ
の検討結果を、以下に詳述する。
【0015】まず、ステンレス鋼の鋼塊の製造手順をま
とめると、表1〜3に示す通りである。すなわち、表1
に示すAOD精錬は、ステンレス鋼の精錬法として、最
も一般的である。すなわち、電気炉で溶解し各成分元素
を添加した後、AODにて脱炭、Cr2 3 還元、脱
酸、そして成分調整を行い、次いで取鍋精錬装置で温度
調整および成分微調整を行い、連続鋳造機または普通造
塊で溶鋼を鋳込むことによって、鋼塊が得られる。
【0016】
【表1】
【0017】表2に示す、別のAOD精錬は、溶鋼中の
硫黄濃度が高く、脱硫が必要な場合に適用される。すな
わち、電気炉で溶解し各成分元素を添加した後、AOD
にて脱炭、Cr2 3 還元、除滓、フラックス添加、脱
酸、そして成分調整を行い、次いで取鍋精錬装置で温度
調整および成分微調整を行い、連続鋳造機または普通造
塊で溶鋼を鋳込むことによって、鋼塊が得られる。
【0018】
【表2】
【0019】表3に示すVOD精錬は、特に低炭素、低
窒素鋼の製造に適用されるものである。すなわち、電気
炉で溶解し、各成分元素を添加した後、AODにて粗脱
炭を行い、VODまたはRHで真空脱炭、Cr2 3
元、脱酸、そして成分調整を行い、取鍋精錬装置で温度
調整および成分微調整を行い、そして連続鋳造機または
普通造塊で溶鋼を鋳込むことによって、鋼塊が得られ
る。
【0020】
【表3】
【0021】さて、介在物組成に影響を及ぼす因子の
内、最も重要なのは脱酸剤の組成、特にSi合金鉄中の
Al、CaおよびMg、またCr2 3 還元後のスラグ
組成、特に(wt%CaO)/(wt%SiO2 )、(wt%
Al2 3 )および(wt%MgO)であり、それらの因
子と非金属介在物組成との関係を調査した。
【0022】図1に、Si合金鉄中のCa、Alおよび
Mgと介在物組成との関係を示す。Al2 3 −MgO
はSi合金鉄中にAlおよびMgが存在することにより
生成し、Caが存在することにより、Al2 3 −Mg
Oの生成は抑制されていることがわかる。しかし、Ca
が2.0wt%以上では介在物中の(wt%CaO)が高く
なり、溶接時に黒点状の欠陥が発生する原因になるた
め、Caは2.0wt%以下とする必要がある。また、
〔wt%Al〕>3.0、〔wt%Mg〕>0.1でもSi
合金中のCaによるAl2 3 −MgOの抑制は可能で
あるが、過脱酸による介在物数の増加、Si合金の製造
コスト増加を招くため、成分として必要でない限り、
〔wt%Al〕≦3.0、〔wt%Mg〕≦0.1にするの
が望ましい。また、図中の黒塗りの点はCa合金を取鍋
精錬(LF)で添加し、Si合金中の〔wt%Ca〕に換
算した値を用いている。つまり、Si合金のCa不足分
をCa合金によって補うことができるのである。
【0023】以上の結果から、Si合金鉄中のCa、A
lおよびMgの含有量は、図1に示す点線の範囲に規制
すること、すなわち、〔wt%Ca〕≦2.0、〔wt%A
l〕≦3.0および〔wt%Mg〕≦0.1に制限した上
で、次式(1)を満足する範囲に規制することによっ
て、Al2 3 −MgOの生成の抑制が実現することが
わかる。なお、Si合金のCaの不足分はCa合金を添
加することにより補うことができる。 0.15×(〔wt%Al〕+3×〔wt%Mg〕)−0.02≦〔wt%Ca〕 ---(1)
【0024】次に重要な因子は、スラグの塩基度であ
る。スラグは、主として、CaO−SiO2 ・CaF2
の混合溶融物であり、場合によってはMgOおよびAl
2 3を含むこともある。このスラグは、フラックスと
して石灰石および蛍石を添加し、Si合金鉄による脱酸
生成物SiO2 とともに溶融体を形成することにより、
生成する。なお、MgOは必要に応じて耐火物保護の目
的で添加され、Al2 3 はSi合金鉄中の微量成分で
あるAlが酸化して生じる。
【0025】図2に、上記した成分範囲に調整したSi
合金鉄を使用した際の、Cr2 3還元後スラグの塩基
度(wt%CaO)/(wt%SiO2 )と介在物組成との
関係を示す。ここで、(wt%CaO)とは、(CaOの
重量パーセント)+56/78×(CaF2 の重量パ−
セント)を表している。同図から、(wt%CaO)/
(wt%SiO2 )が1.3〜2.7の範囲内であれば、
Al2 3 −MgOの生成が抑制されることがわかる。
【0026】また、図3に、Al2 3 およびMgOを
含むスラグの組成と介在物組成との関係を示す。同図か
ら、点線で囲まれた範囲外ではAl2 3 −MgO介在
物が生成することが明らかである。従って、次式(2)
の範囲内にCr2 3 還元後のスラグを調整し、精錬を
行う必要がある。 {(wt%Al2 3 )+(wt%MgO)}+(wt%CaO)/(wt%SiO2 ) ×10.0−38.0≦0----(2) ただし、1.3≦(wt%CaO)/(wt%SiO2 )≦
2.7
【0027】なお、Si合金鉄に不可避的に含まれる、
Al、MgおよびCaの介在物組成に与える影響は、そ
れぞれ次のように考えられる。はじめに、Si合金鉄中
のAlは、溶鋼中のOや非金属介在物中の低級酸化物
(SiO2 、MnO、Cr2 3 )と反応して、Al2
3 −MgOを構成する、Al2 3 になるとともに、
スラグ中のMgOを還元し、還元されたMgが介在物と
反応してAl2 3 −MgOを構成するMgOを生成す
る。同様に、Si合金鉄中のMgも溶鋼中のOや非金属
介在物中の低級酸化物と反応して、Al23 −MgO
を構成するMgOになる。従って、Si合金中のAlお
よびMgが高い方が、Al2 3 −MgOを生成しやす
くなる。
【0028】Caは同様に溶鋼中のOや非金属介在物中
の低級酸化物と反応して、CaO−SiO2 −A12
3 −MgO系非金属介在物の一部を構成する、CaOを
生成する。Caは、A1やMgより酸化物を作り易いた
め、溶鋼中に微量で存在していても非金属介在物中にC
aOが存在することになり、結果として、Al2 3
MgOの生成を抑制することになる。
【0029】また、スラグ組成の影響は次のように考え
られる。すなわち、スラグ塩基度が上昇することによ
り、溶鋼中の酸素ポテンシャルが低下するとともに、ス
ラグ中のMgOの活量が上昇し、スラグ中のMgOが分
解し、溶鋼中に溶存Mgを生成する。そして、溶存Mg
が介在物と反応することで、介在物中の(wt%MgO)
が上昇して、Al2 3 −MgOが生成される。逆に
(wt%CaO)/(wt%SiO2 )が1.3未満になる
と、MgOのスラグへの溶解度が上昇するため、MgO
の添加量が少なくても、耐火物からの溶損により、スラ
グ中の(wt%MgO)が上昇して、MgOの活量が上が
り、同様の機構により、Al2 3 −MgO介在物を生
成しやすくなる。同様に、スラグ中のAl2 3 および
MgOの含有量が2.7をこえる場合も、これらの酸化
物の活量が高くなり、Al2 3 −MgO介在物を生成
しやすくなる。
【0030】
【実施例】60ton のステンレス鋼を電気炉で溶解し、
AODまたはVODにて、種々のSi合金鉄をスラグの
Cr2 3 の還元剤および溶鋼の脱酸剤として用い、ま
たCr2 3 還元後のスラグを調整することを基本とし
て、表1〜3に示した、それぞれの工程で精錬を行っ
た。その後、連続鋳造機で鋳造した後、熱間圧延、次い
で冷間圧延を経て、1mm厚のステンレス鋼板を製造し
た。かくして得られた1mm厚のステンレス鋼板の表面
欠陥数と、加工割れの原因になる内部欠陥の数とを調査
した。その結果を、表4〜6に示す。なお、表面欠陥は
目視、内部欠陥は超音波探傷機により測定した。
【0031】すなわち、表1に示した工程に従って、表
4に示すSi合金鉄をスラグのCr 2 3 の還元剤およ
び溶鋼の脱酸剤に用いて、Cr2 3 還元後のスラグの
調整は、Cr2 3 還元後にスラグの組成分析を行い、
目的のスラグ組成になるように、CaO、CaF2 など
のフラックスを投入して行った。表4において、No.4
−1〜4−6までは比較例、No. 4−7〜4−12は発
明例を示す。No. 4−1、4−5、4−9、4−12は
Si合金中のCa不足をCa合金の添加で補った例であ
り、Si合金鉄中のCa濃度に換算して表記してある。
【0032】また、表2に示した工程に従って、表5に
示すSi合金鉄をスラグのCr2 3 の還元剤および溶
鋼の脱酸剤に用いて、Cr2 3 還元後のスラグの調整
は、Cr2 3 還元後にスラグの組成分析を行い、除滓
をした後の残滓に、目的のスラグ組成になるようにCa
O、CaF2 などのフラックスを投入して行った。表5
において、No. 5−1〜5−6までは比較例、No. 5−
7〜5−12は発明例を示す。No. 5−1、5−5、5
−9、5−12はSi合金鉄中のCa不足をCa合金の
添加で補った例であり、Si合金鉄中のCa濃度に換算
して表記してある。
【0033】さらに、表3に示した工程に従って、表6
に示すSi合金鉄をスラグのCr23 の還元剤および
溶鋼の脱酸剤に用いて、Cr2 3 還元後のスラグの調
整は、Cr2 3 還元後にスラグの組成分析を行い、目
的のスラグ組成になるように、CaO、CaF2 などの
フラックスを投入して行った。表6において、No. 6−
1〜6−6までは比較例、No. 6−7〜6−12は発明
例を示す。No. 6−1、6−5、6−9、6−12はS
i合金中のCa不足をCa合金の添加で補った例であ
り、Si合金鉄中のCa濃度に換算して表記してある。
【0034】
【表4】
【0035】
【表5】
【0036】
【表6】
【0037】表4〜6から明らかなように、発明例で
は、有害なAl2 3 −MgO複合介在物の生成が防止
された結果、表面欠陥および内部欠陥の発生を回避する
ことができた。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、微量に含有される、A
l、MgおよびCaの濃度を有利に制御したSi合金鉄
を提供でき、さらに、このSi合金鉄をステンレス鋼の
精錬に使用すること、そしてCr2 3 還元期後のスラ
グ組成を制御することにより、溶鋼中における有害な硬
質非金属介在物の生成を抑制できるから、圧延時や成形
時に表面疵や加工割れの発生のない、ステンレス鋼を提
供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Si合金中の〔wt%Ca〕、〔wt%Al〕およ
び〔wt%Mg〕と介在物組成との関係を示すグラフであ
る。
【図2】スラグ塩基度(wt%CaO)/(wt%Si
2 )と介在物組成との関係を示すグラフである。
【図3】スラグ組成と介在物組成との関係を示すグラフ
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22C 33/04 C22C 33/04 C 38/00 302 38/00 302Z 38/06 38/06 (72)発明者 野田 真人 東京都中央区京橋1丁目5番8号 日本冶 金工業株式会社内 (72)発明者 田中 秀毅 神奈川県川崎市川崎区小島町4番2号 日 本冶金工業株式会社川崎製造所内 (72)発明者 笹山 眞一 神奈川県川崎市川崎区小島町4番2号 日 本冶金工業株式会社川崎製造所内 Fターム(参考) 4K013 AA02 BA08 BA14 CA02 CA04 CA09 CB00 CB09 CE01 CE07 DA09 DA10 EA03 EA09 EA12 EA25 EA28

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Fe:10〜60wt%、残部が40〜9
    0wt%のSiとCa、AlおよびMgとを含む不可避的
    不純物元素からなり、前記不純物中のCa、Alおよび
    Mgが〔wt%Ca〕≦2.0、〔wt%Al〕≦3.0お
    よび〔wt%Mg〕≦0.1の範囲内でかつ、下記式を満
    たしていることを特徴とするステンレス鋼の精錬に用い
    るSi合金鉄。 記 0.15×(〔wt%Al〕+3×〔wt%Mg〕)−0.
    02≦〔wt%Ca〕
  2. 【請求項2】 溶鋼の脱酸剤および/またはスラグの還
    元剤として用いることを特徴とする請求項1に記載のS
    i合金鉄。
  3. 【請求項3】 ステンレス鋼のAOD精錬において、脱
    炭後のスラグのCr 2 3 還元剤および溶鋼の脱酸剤と
    して請求項1に記載のSi合金鉄を使用し、Cr2 3
    還元後のスラグ成分を、フラックスとして石灰石、そし
    て螢石の添加によりCaO/SiO2 :1.3〜2.7
    の範囲に調整することを特徴とするステンレス鋼の精錬
    方法。
  4. 【請求項4】 ステンレス鋼のAOD精錬において、脱
    炭後のスラグのCr 2 3 還元剤および溶鋼の脱酸剤と
    して請求項1に記載のSi合金鉄を使用し、Cr2 3
    還元後のスラグを除滓し、その後、残滓にフラックスと
    して石灰石、そして螢石の添加によりCaO/Si
    2 :1.3〜2.7の範囲に調整することを特徴とす
    るステンレス鋼の精錬方法。
  5. 【請求項5】 ステンレス鋼のVODまたはRH精錬に
    おいて、真空脱炭後のスラグのCr2 3 還元剤および
    溶鋼の脱酸剤として請求項1に記載のSi合金鉄を使用
    し、Cr2 3 還元後のスラグ成分を、フラックスとし
    て石灰石、そして螢石の添加によりCaO/SiO2
    1.3〜2.7の範囲に調整することを特徴とするステ
    ンレス鋼の精錬方法。
  6. 【請求項6】 請求項3ないし5のいずれかにおいて、
    Cr2 3 還元後あるいは除滓後に、フラックスとして
    石灰石、そして螢石の添加により、スラグ組成を下記式
    の範囲に調整することを特徴とするステンレス鋼の精錬
    方法。 記 {(wt%Al2 3 )+(wt%MgO)}+(wt%Ca
    O)/(wt%SiO2)×10.0−38.0≦0
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