JP2001220619A - ステンレス鋼の高清浄化精錬方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 MgＯ系介在物やCaＯ−Al_２O_３系介在物を生
成させることで、表面疵や内質欠陥のない高清浄ステン
レス鋼を得るための高清浄化精錬方法を提供すること。 【解決手段】ステンレス鋼の粗溶鋼を、内張り耐火物が
マグネシア系耐火物であるＡＯＤ炉等にて精錬する際、
脱炭精錬段階の後、前記炉内に石灰および螢石を添加し
てCaＯ−SiO_２−Al_２O_３−MgＯ系スラグを生成させ、次
いで炉内溶鋼中にAlまたはSiのいずれか一方または両方
を添加してクロムの還元、脱硫、脱酸の各反応を行わ
せ、その後、吹錬仕上げ期において、溶鋼中のAl含有量
を0.005 wt％以上に調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶鋼の酸素量を低
減すると同時に介在物の無害化をも実現することによ
り、高清浄なステンレス鋼を有利に製造するための、高
清浄化精錬方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ステンレス鋼の精錬に際して
は、介在物の凝集と粗大化が起こりやすいという傾向が
あり、とくにMgＯ・Al_２O_３系のスピネル介在物が生成
しやすい。このスピネル介在物が生成すると、スリバー
等の表面疵やフクレ等の内質欠陥が発生することで知ら
れている。

【０００３】ステンレス鋼板は一般に、電気炉で粗溶解
し、ＡＯＤ炉やＶＯＤ炉で、脱炭、クロム還元、脱硫、
脱酸の処理を行って製造されている。ここで、クロム還
元、脱硫、脱酸に使用する副原料には通常、FeSi、Alと
いった脱酸剤が使用されるが、最終製品がより高い清浄
度を要求されるものの場合に限って、その到達平衡酸素
濃度がより低いAlが用いられている。そのAlを溶鋼中に
添加すると、スラグ組成にもよるが、高融点で凝集しや
すい性質を持つアルミナやスピネルを主成分とする介在
物が生成しやすくなる。これらは、連続鋳造工程におい
て、イマージョンノズルの内壁に凝着しやすく、そのた
めにノズル閉塞を招いたり、場合によっては、その付着
物が脱落してスラブ内にトラップされ、これがスラブの
表面疵や内質欠陥となって顕れることが知られている。

【０００４】こうした現象を防止するために従来、溶鋼
中にCaを添加することにより、熱間圧延に際して伸延さ
れやすい性質のあるCaＯ−Al_２O_３系介在物を生成させ
る技術が提案されている。これらの技術は、例えば、特
開昭59−6315号公報、特開平6−122052号公報、特開平
6−306439号公報、特開平 7−242924号公報、特開平9−
310113号公報、特開平 9−316609号公報、特開平10−11
0212号公報等として開示されている。ただし、これらの
技術の場合、Caの蒸気圧が高く揮発性が大きいために、
溶鋼中になかなか留まらず、その役割を十分に発揮しな
い結果になるという問題があった。さらにその解決のた
めには、正確な温度制御が必要になるなど、操業に困難
を伴うことが多いという新たな問題点もあった。また、
Caの添加に当たって、Ca−Siを内在する鉄被覆ワイヤ等
を用いることが多いが、このような方法では副原料費の
コストが高く、Caワイヤを供給するための特別な設備も
必要になるなどの課題もあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、表面
疵や内質欠陥のない高清浄ステンレス鋼を得るための高
清浄化精錬方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に鋭意研究した結果、ＡＯＤ炉やＶＯＤ炉に代表され
る、ステンレス鋼の二次精錬炉において、脱炭、クロム
還元、脱硫、脱酸を行う場合に、まず脱炭後にフラック
スとして石灰および螢石を添加して、CaＯ−SiO _２−Al
_２O_３−MgＯ系のスラグ組成とし、クロム還元、脱硫、
脱酸をAlまたはSiのいずれか一方または両方を添加して
行い、その後の吹錬仕上げ期において、溶鋼中のAlを0.
005 wt％以上に調整すれば、高清浄化を実現することが
できることを知見した。即ち、このような方法を採用す
ることにより、スラグ中のCaＯあるいはMgＯが還元され
るので、CaあるいはMgが溶鋼中に持ち込まれることにな
り、介在物の形態をスピネル以外の、いわゆるMgＯ単体
あるいはCaＯ−Al_２O_３系のものにすることができるよ
うになる。

【０００７】この場合において、好ましいスラグ組成
は、CaＯ：40〜70wt％、SiO_２：20wt％以下、 Al
_２O_３：5 〜20wt％、MgＯ：5 〜20wt％、Ｆ：1 〜10wt
％であり、そして、吹錬仕上げ期においては、鋼中Alの
含有量をスラグ中のSiO_２との関係において、次式：wt
％Al≧ (wt％SiO_２) ／ 500＋0.01に調整するようにす
れば、介在物の形態を、低融点で熱間圧延でより延びや
すいCaＯ−Al_２O_３系に制御することができるようにな
る。

【０００８】即ち、本発明は、ステンレス鋼の粗溶鋼
を、内張り耐火物がマグネシア系耐火物であるＡＯＤ炉
および／またはＶＯＤ炉にて精錬する際、脱炭精錬段階
の後、前記炉内に石灰および螢石を添加してCaＯ−SiO
_２−Al_２O_３−MgＯ系スラグを生成させ、次いで炉内溶
鋼中にAlまたはSiのいずれか一方または両方を添加して
クロムの還元、脱硫、脱酸の各反応を行わせ、その後、
吹錬仕上げ期において、溶鋼中のAl含有量を0.005 wt％
以上に調整することにより、鋼中にMgＯ系介在物もしく
はCaＯ−Al_２O_３系介在物を生成させることを特徴とす
るステンレス鋼の高清浄化精錬方法である。

【０００９】また、本発明は、上記の精錬方法におい
て、脱炭精錬段階の後に生成させる上記炉内スラグの組
成を、CaＯ：40〜70wt％、SiO_２：20wt％以下、 Al_２O
_３：5〜20wt％、MgＯ：5 〜20wt％、Ｆ：1 〜10wt％に
調整し、AlおよびSiのいずれか一方または両方でクロム
の還元、脱硫、脱酸を行い、その後の吹錬において溶鋼
中のAlを、スラグ中SiO_２との関係において、次式：％A
l≧ (％SiO_２) ／ 500＋0.01を満足するように調整する
ことにより、鋼中の介在物形態をCaＯ−Al_２O_３系のも
のに変化させることができるようになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】ステンレス鋼の製品疵や製品中の
介在物について調査した結果によると、製品疵として現
れるような大型介在物というのは、MgＯ・Al_２O_３系ス
ピネル介在物が主体あることがわかった。そこで、発明
者らは、実験室において、SUS304ステンレス溶鋼の脱酸
実験を行い、MgＯ・Al_２O_３系スピネル介在物が生成し
ない種々の脱酸剤、スラグ組成について研究したとこ
ろ、次のような知見を得た。

【００１１】即ち、発明者らが知見したところによれ
ば、高清浄度を要求されるAl脱酸鋼については、鋼中の
Alが0.005 wt％未満の場合、下記式に示すように、その
Alがスラグ中のMgＯを還元して溶鋼中にMgを生成し、こ
のMgが、一次脱酸生物であるAl _２O_３と反応して、MgＯ
・Al_２O_３スピネル系介在物を生成することがわかっ
た。 ２Al＋３(MgO) ＝ (Al_２O_３) ＋３Mg ・・・(1) ３Mg＋４(Al_２O_３) 介在物＝３(MgO・Al_２O_３)介在物＋２Al ・・・(2)

【００１２】ところが、このようにして生成したMgＯ・
Al_２O_３スピネル系介在物は、その融点が2105℃であっ
て、鋼の融点：約1500℃付近において、互いに焼結して
結合し、大型化しやすい傾向があり、それがスラブ中に
トラップされて製品欠陥を引き起こすと考えられる。

【００１３】これに対し、溶鋼中のAl濃度を上げた場
合、即ち、Alの含有量が溶鋼中に0.005 wt％以上含まれ
ているときには、次式に示すような反応によって、介在
物はMgＯとなることがわかった。 ２Al＋３(MgO) ＝ (Al_２O_３) ＋３Mg ・・・(1) ３Mg＋(Al_２O_３) 介在物＝３(MgO) 介在物＋２Al ・・・(3)

【００１４】ところが、このMgＯ介在物というのは、上
掲のMgＯ・Al_２O_３系スピネル介在物とは異なり、溶鋼
温度 (約1500℃) に比較すると融点が著しく高いため
(ＭＰ＝2822℃) 、溶鋼温度付近 (1500℃) で焼結して
大型化するようなことはなく、製品欠陥を引き起こすお
それもないことがわかった。

【００１５】次に、発明者らは、脱炭精錬後の炉内スラ
グ組成についても検討した。その結果、CaＯ：40〜70wt
％、SiO_２：20wt％以下、 Al_２O_３：5 〜20wt％、Mg
Ｏ：5〜20wt％、Ｆ：1 〜10wt％の組成に調整すると、
下記式に示すように、スラグ中のCaＯをAlが還元する反
応、およびCaと介在物との間の反応が活発になり、介在
物はより好ましいCaＯ−Al_２O_３系になることを知見し
た。 ２Al＋３(CaO) ＝ (Al_２O_３) ＋３Ca ・・・(4) ３Ca＋4(Al_２O_３)介在物＝３(CaO−Al_２O_３)介在物＋２Al・・・(5) ここで、CaＯ−Al_２O_３は化合物ではなく、複合融体を
示す。また、この反応において、Ca分をCaSi等で補填し
てもよい。この方法は、Caの効果をより安定にするので
好ましい。

【００１６】なお、Alおよび／またはSi添加後の吹錬に
おいては、溶鋼中のAl含有量とスラグ組成とくにSiO_２
濃度との関係を、次式：wt％Al≧ (wt％SiO_２) ／500
＋0.01を満足するように制御すると、上記(4),(5) 式の
反応がより一層円滑にすすみ、本発明の作用効果が顕著
なものとなる。

【００１７】いずれにしても、このようにして得られる
CaＯ−Al_２O_３系介在物というのは、融点が低いため、
溶鋼温度付近でも十分に溶融するため、互いに凝集して
合体しても容易に浮上分離してしまい、欠陥の原因とな
るような大型介在物になるようなことはない。

【００１８】そこで、上述のように、本発明方法に従っ
てスラグ組成の調整ならびに吹錬仕上げ期における鋼中
Al％の制御によって得られた試験鋼塊 (６０トン) を圧
延し、0.5 から1.0 ｍｍ厚の薄板にして、それの清浄度
を調べた。その結果、本発明方法の実施によって得られ
た板に含まれる介在物は、熱間圧延工程においてよく伸
びることがわかった。従って、このようにして製造され
たスラブは、非常に高い清浄度を有するものになること
がわかる。

【００１９】図１は、上記実験に際して得られた結果を
示すものであり、吹錬仕上げ期における溶鋼中のAl濃度
と介在物の種類とその割合との関係を示す。この図に明
らかなように、鋼中のAl濃度が0.005 wt％以上になる
と、鋼中介在物としては、MgＯ・Al_２O_３スピネル介在
物がなくなり、MgＯ介在物およびCaＯ−Al_２O_３介在物
になる。このことから、吹錬仕上げ期における鋼中Al濃
度の制御は、介在物形態制御の上で重要であることがわ
かる。なお、溶鋼中へのAl添加量は、鋼の溶接性を悪化
させるという理由から、その上限は0.3 wt％程度を目指
すべきである。

【００２０】次に、脱炭精錬後の炉内スラグ組成を制御
する理由、とくにその組成を、CaＯ：40〜70wt％、SiO
_２：20wt％以下、 Al_２O_３：5 〜20wt％、MgＯ：5 〜20
wt％、Ｆ：1 〜10wt％とする理由について説明する。 CaＯ：40wt％以上でないと脱硫、脱酸能が少なく、
一方、70wt％以上だとスラグの流動性を損ない、脱硫能
の低下や、除滓に手間取るためである。好ましくは50〜
60wt％がよい。 SiO_２：Al脱酸においては、SiO_２は不安定であるた
め、容易に還元されて酸素供給源となり、Alの歩留りを
悪化させ、その効果を低減する。そのため、極力少ない
ことが好ましく、20wt％を上限とする。この濃度を超え
ると、前記影響が顕著となり、スピネル介在物が生成し
てしまう。好ましい上限は10wt％である。なお、SiO_２
量の制御は、クロム還元時のSi (FeSi等) 添加量でコン
トロールすることが好ましい。 Al_２O_３：Al脱酸であるため、必然的に５wt％程度
は混入してくる。ただし、このAl_２O_３量が20wt％を超
えると、スラグの流動性を悪化させる。好ましい範囲は
７〜15wt％である。 MgＯ：マグネシアクロマイト、マグドロ、ドロマイ
ト等のMgＯ系耐火物を使用するため、スラグに全く添加
しなくても、5 wt％程度は溶損により混入してくる。ま
た、このスラグ系の場合、約20wt％が溶解限度である。
したがって、これ以上の添加は意味をなさない。

【００２１】

【実施例】SUS304系ステンレス鋼を60ｔ電気炉により溶
解し、得られた粗溶鋼を、マグネシアクロマイト (以
下、マグクロと略称する) 、ドロマイトあるいはマグネ
シアドロマイト (以下、マグドロと略称する) のいずれ
かのれんがで内張りしたＡＯＤ炉あるいはＶＯＤ炉また
はＡＯＤ炉→ＶＯＤ炉にて精錬し、最終的にAl脱酸して
得られた溶鋼を、連続鋳造機で鋳込み、４〜５フィート
幅、200 ｍｍ厚みのスラブを得た。 この一連の操業で
は、スラグ組成、特にSiO_２の影響を明確にする目的
で、クロム還元期のSi投入量をコントロールすることに
より、スラグ中SiO_２濃度を 0.5％、5 ％、10％、18
％、25％のグループに制御した。また、同時に、Al濃度
を0.002 〜0.16％の範囲で種々変化させることにより、
溶鋼中Al濃度の影響も調査した。その後、得られたスラ
ブを熱間圧延機にて、5.5 ｍｍ厚に圧延し、得られた熱
延鋼帯を、引き続いて冷間圧延機にて、0.5 〜1.0 ｍｍ
厚とすることで、薄板 (冷延板) を製造した。

【００２２】製品の評価は、介在物組成、清浄度、製品
中の欠陥個数の３項目について実施した。介在物組成
は、板の断面に含まれる介在物を、ＥＰＭＡを用いて分
析することで特定し、基本的に介在物１０点以上を定量
分析した。いずれの場合も、介在物組成は、チャージご
とに、かなり明確に分かれ、分析した介在物中８０％以
上を占めるものを、ＭＡ (MgＯ・Al_２O_３)、Ｍ (MgＯ)
、ＣＡ (CaＯ−Al_２O_３)と区別して記した。溶鋼中Al
濃度、スラグ中SiO_２濃度に対して層別してプロットし
たものを図２に示した。表中の清浄度は、圧延方向平行
断面を、ＪＩＳ法に基づき測定した。また、表中の欠陥
個数は、製品の外観検査にて測定した表面疵と超音波探
傷試験により検出された内質欠陥の双方を含めている。

【００２３】表１は、この実施例の溶製条件ならびに製
品品質を示すものであり、本発明に適合する方法で処理
した製品については、いずれも、介在物としてスピネル
の生成が無く、MgＯあるいはCaＯ−Al_２O_３系の介在物
に制御されており、欠陥の発生も無かった。さらに、清
浄度もすべて、0.05以下と、比較例と比べて良好であっ
た。特に、CaＯ−Al_２O_３系介在物に制御したチャージ
の製品は、全て0.021以下であり、優れた清浄度であっ
た。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、脱
炭精錬後にスラグ組成を調整した上で、Al脱酸すること
により溶鋼の酸素量を低減すると同時に、吹錬仕上げ期
におけるAl濃度を緻密に制御するようにしたことで、介
在物の無害化を図ることができ、ひいては製品欠陥を生
ずることなく高清浄ステンレス鋼を製造することができ
る。従って、本発明方法は、時計材やインクジェット用
ステンレス鋼素材などの分野に用いられるステンレス鋼
素材の製造に当たって有利に適合する技術である。

【図面の簡単な説明】

【図１】Al濃度と介在物組成との関係を示すグラフであ
る。

【図２】実施例でのスラグ中SiO_２濃度、Al濃度との関
係を示すグラフである。

フロントページの続き (72)発明者 勝間田 晃稔 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技術研究所内 (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 志賀 夏樹 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技術研究所内 Ｆターム(参考） 4K013 AA02 AA07 BA02 BA08 CA09 CA11 CB09 CE04 CF01 CF19 DA10 DA12 EA19 EA28

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステンレス鋼の粗溶鋼を、内張り耐火物
   がマグネシア系耐火物であるＡＯＤ炉および／またはＶ
   ＯＤ炉にて精錬する際、脱炭精錬段階の後、前記炉内に
   石灰および螢石を添加してCaＯ−SiO_２−Al_２O_３−MgＯ
   系スラグを生成させ、次いで炉内溶鋼中にAlまたはSiの
   いずれか一方または両方を添加してクロムの還元、脱
   硫、脱酸の各反応を行わせ、その後、吹錬仕上げ期にお
   いて、溶鋼中のAl含有量を0.005 wt％以上に調整するこ
   とにより、鋼中にMgＯ系介在物もしくはCaＯ−Al_２O_３
   系介在物を生成させることを特徴とするステンレス鋼の
   高清浄化精錬方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の精錬方法において、脱
   炭精錬段階の後に生成させる上記炉内スラグの組成を、
   CaＯ：40〜70wt％、SiO_２：20wt％以下、 Al _２O_３：5
   〜20wt％、MgＯ：5 〜20wt％、Ｆ：1 〜10wt％に調整す
   ることを特徴とするステンレス鋼板の高清浄化精錬方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の方法において、Alおよ
   び／またはSi添加後の吹錬において、溶鋼中のAl含有量
   を、スラグ中SiO_２濃度との関係において、次式：wt％A
   l≧ (wt％SiO_２) ／ 500＋0.01 を満足するように調整
   することにより、鋼中にCaＯ−Al_２O_３系介在物を生成
   させることを特徴とするステンレス鋼の高清浄化精錬方
   法。