JP3023786B1 - 耐食性に優れたステンレス鋼の製造方法 - Google Patents

耐食性に優れたステンレス鋼の製造方法

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能直 小林
章 福澤
秀樹 宇野
康行 片田
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  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
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Abstract

【要約】 【課題】 より耐食性に優れたステンレス鋼を効率的に
製造する。 【解決手段】 完全浮揚溶解装置を用いて、溶融フッ化
カルシウムをフラックスとして、浮揚溶解したステンレ
ス鋼の酸化物系介在物をフラックス中に移行させ低減化
させることにより、極低酸素のステンレス鋼を製造す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、耐食性に
優れたステンレス鋼の製造方法に関するものである。さ
らに詳しくは、この出願の発明は、海水などの腐食性環
境に利用される材料に特に有用である耐食性に優れたス
テンレス鋼の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】従来より、海洋建築物、船
舶、航空機および各種機械などを構成する耐食性材料と
して、オーステナイト系ステンレス鋼が一般的に用いら
れている。そして、さらなる耐食性の向上のために、こ
れまでにも、高純度化ステンレス鋼の製造方法が提案さ
れてもいる。たとえば、高純度化鋼の製造方法として
は、金属カルシウム添加法や、コールドウォール溶解炉
を用いた製造方法、あるいは繰り返し法などが知られて
いる。
【0003】金属カルシウム添加法の一例としては、特
開平1−272713号公報で開示されているように、
高純度生石灰粉粒を耐火物に用いた誘導炉内の溶鋼に、
不活性ガス雰囲気下で金属カルシウムを添加して鋼の高
純度化を図る方法がある。しかしながら、この金属カル
シウム添加法においては、一般の耐火材料からなる精錬
炉を用いているために、耐火材料の不純物が混入しやす
く、その結果として、不純物混入に対する根本的な解決
策とはなっていない。
【0004】また、コールドウォール溶解炉を用いた製
造方法は、たとえば、特開平8−20963号公報に開
示されている方法であるが、この方法では、一般的な精
錬炉を用いるものではなく、耐火材料を使用していない
コールドウォール溶解炉を用いるため、不純物が混入す
ることが少ないという利点があるものの、このコールド
ウォール溶解炉を用いた製造方法においては、精錬作用
を持たないため、溶解原料以上の純度の材料を創製する
ことは困難であった。
【0005】繰り返し法は、特開平4−354835号
公報等に開示されているものである。この方法では、電
気銅を銅製水冷るつぼ中で浮揚溶解した後凝固させ、上
部の不純物の多い部分のみを除去したのち、再び浮揚溶
解する操作を繰り返す方法である。しかしながら、この
方法においては、繰り返し作業が多く、時間が非常にか
かり、効率的な製造方法とは言い難かった。
【0006】以上の通り、耐食性の向上を目的とした、
従来の高純度化ステンレス鋼の製造方法には多くの欠点
が存在した。この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑
みてなされたものであり、さらなる耐食性に優れたステ
ンレス鋼を効率的に製造することを可能とする、耐食性
に優れたステンレス鋼の新しい製造方法を提供すること
を課題としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】この出願は、上記の課題
を解決するための発明として、第1には、溶融フッ化カ
ルシウムをフラックスとして、ステンレス鋼を完全浮揚
溶解し、酸化物系介在物をフラックス中に移行させて極
低酸素のステンレス鋼を製造することを特徴とする耐食
性に優れたステンレス鋼の製造方法を提供する。
【0008】さらにこの出願の発明としては、第2に
は、溶解雰囲気を窒素とする前記の製造方法、第3に
は、コールドクルーシブル型浮揚溶解装置により完全浮
揚溶解する前記の方法をも提供する。この出願の発明
は、前記のとおり、ステンレス鋼を完全浮揚溶解し、か
つ、溶融フッ化カルシウムをフラックスとして用い、浮
揚溶解したステンレス鋼中の酸化物系介在物をフラック
ス中に移行させて除去し、ステンレス鋼の極低酸素化を
実現することを本質的な特徴としている。さらに、この
発明の方法では、溶解雰囲気からの窒素の添加が容易な
ことから、高窒素化をも可能とし、これらの極低酸素化
と高窒素化との相乗効果により、耐食性を飛躍的に向上
させることができる。
【0009】このような顕著な作用効果は、従来技術に
よる知見からは全く予期できないことであった。それと
言うのも、従来のコールドクルーシブル型浮揚溶解装置
を用いた溶解法では、水冷るつぼからの汚染がないこと
から、溶解原料の純度を落とすことなく溶解でき、ま
た、均一な成分の材料が得られると言った特徴があるも
のの、精錬作用を持たないため、溶解原料以上の純度の
材料を創製することはできないと考えられたからであ
る。まして、フラックスの介在によるステンレス鋼の極
低酸素化が、この溶解法では考えられなかったからであ
る。このことは、コールドクルーシブル型浮揚溶解など
の完全浮揚溶解という特有な手段と、溶解フッ化カルシ
ウムのフラックスという手段との採用が全く考慮されな
かったことにも見てとれる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、この出願の発明の実施の形
態について説明する。まずこの発明の製造方法において
は、ステンレス鋼の完全浮揚溶解を行うことになる。こ
の溶解は、たとえばコールドクルーシブル型浮揚溶解装
置により実現することができる。そして、この完全浮揚
溶解に際して、溶融フッ化カルシウムをフラックスとし
て用いることができる。
【0011】添付した図面の図1は、この発明の方法を
模式的に示したものである。この図1に例示したよう
に、たとえばスリット(3)で分割されている複数の金
属セグメント(2)で構成され、上面が開放され、かつ
下面が閉塞され、水冷機構(8)を有する水冷金属るつ
ぼ(1)と、高周波電源(10)より高周波電流が流れ
る誘導コイル(7)を備えたものとして、浮揚溶解装置
は構成される。
【0012】るつぼ(1)には、円柱状のものや、板
状、粒状等の形状の溶解材が投入される。この場合の溶
解材はステンレス鋼である。また、粒状や粉状のフラッ
クス材(6)が投入される。このフラックス材(6)
は、溶融フッ化カルシウムを形成するものである。コイ
ル(7)に高周波電流を流すと、溶解材には渦電流が流
れ温度が上昇する。溶解材の温度の上昇に伴い、溶解材
からの伝熱によりフラックス材(6)自体の温度も上昇
し、フラックス材(6)の融点以上温度になると流動
し、溶融フラックス(5)となる。一方、溶解材は水冷
るつぼ(1)からの浮揚力により、るつぼ(1)と非接
触の状態で浮揚溶融金属(4)となる。溶融フラックス
(5)になってもうず電流がほとんど流れないため、溶
融フラックス(5)には浮揚力が働かず、浮揚溶融金属
(4)と水冷るつぼ(1)の間に図1に示すような形状
で存在する。このため溶融フラックス(5)は水冷るつ
ぼ(1)と接触し、るつぼ(1)からの抜熱により、る
つぼ(1)との接触部に極薄い固化膜を形成する。これ
が保護膜となって水冷るつぼ(1)の溶融フラックス
(5)による浸食は起こらない。
【0013】また、浮揚溶融金属(4)は電源の変動等
により揺れる場合があり、るつぼ壁に接触する可能性が
あるが、溶融フラックス(5)の存在でるつぼ(1)に
接触することがなく、安定した浮揚溶解が達成できる。
浮揚溶融金属(4)は高周波誘導により非常に強く攪拌
されている。また溶融フラックス(5)に溶湯の攪拌に
伴って強く攪拌されている。このため、溶融金属(4)
と溶融フラックス(5)界面の更新も活発に行われるた
め、酸化物介在物の溶融フラックス(5)への移行は十
分速く行われる。さらに、フラックスと溶融金属の接触
面積が大きくとれる効果も加わり、酸化物介在物の分離
除去効果は大きく、高純度の金属材料の製造が可能にな
る。
【0014】さらに、一般の精錬炉と異なり、耐火材料
を使用しないため耐火物とフラックスとの反応を考慮す
る必要がないので、フラックス中での酸化物介在物の活
量を十分に低下させる成分・組成のフラックスを使用で
き、酸化物介在物除去率の到達度も高くなり、超高純度
金属材料の製造が可能になる。このようなステンレス鋼
に対し、溶融フラックス(5)としての溶融フッ化カル
シウムは、許容される範囲のカルシウムを含有していて
もよいが、フラックス材(6)へのカルシウムの添加は
必ずしも必要ではない。
【0015】なお、この発明において除去することにな
る酸化物系介在物は、Al2 3 ,SiO2 ,MnO等
であって、これら介在物の存在は、ステンレス鋼の耐食
性低下の原因となるものである。この発明の方法におい
ては、これらの酸化物系介在物を除去することでステン
レス鋼を極低酸素濃度のものとし、これによって耐食性
を大きく向上させている。
【0016】溶解時の雰囲気は、N2 (窒素)、Ar
(アルゴン)等の不活性ガス雰囲気とするが、N2 雰囲
気とする場合には極低炭素・高窒素のステンレス鋼が得
られ、耐食性はさらに向上することになる。対象とする
ステンレス鋼については各種の組成のものであってよ
い。オーステナイト系ステンレス鋼等の各種であってよ
い。
【0017】以下実施例を示し、さらにこの発明につい
て詳しく説明する。
【0018】
【実施例】内径84mm、深さ154mm、内容積50
0cm3 のコールドクルーシブル浮揚溶解装置を用い、
市販のステンレス鋼SUS316L(16.32%C
r、13.50%Ni、2.03%Mo、0.55%S
i、0.61%Mn、0.023%P)の丸棒(重量2
kg)とフッ化カルシウム(重量100g)をるつぼに
入れ、アルゴン雰囲気下で完全浮揚溶解を行った。
【0019】ステンレス鋼、フッ化カルシウムが共に溶
け落ちた後、溶融ステンレス鋼の温度が1550℃にな
った時点より、30分間その温度に保持し、溶融ステン
レス鋼中の酸化物系介在物を溶融フッ化カルシウムのフ
ラックス中に移行させた。溶融ステンレス鋼は、高周波
電源を切りコールドクルーシブル内で凝固した。凝固後
のステンレス鋼は、熱間鍛造、熱間圧延、冷間圧延を行
った後、1150℃で固溶化熱処理を実施した。
【0020】ステンレス鋼の耐食性は、すき間腐食電位
測定による耐すき間腐食性で評価した。このため、板厚
2mm×50mm×50mmの試験片を切り出し、表面
を湿式600番エメリー紙で研磨して腐食試験に供し
た。なお、試験片中央部には、すき間形成治具を取り付
けるために直径10mmの穴をあけた。すき間の形成は
ポリサルホン酸樹脂をすき間形成材として用い、チタン
製のボルト、ナットおよびワッシャーにより締め付ける
ことにより行った。
【0021】試験溶液には人工海水を用いて、浸漬電位
から0.001V/minの速度で設定電位まで掃引し
た後、設定電位に48時間保持し、すき間腐食の認めら
れない最も貴な電位をすき間腐食電位とした。すなわ
ち、すき間腐食電位がより貴な値の鋼ほど、耐すき間腐
食性に優れていることを示す。表1は従来法とこの発明
法による酸素濃度、窒素濃度の改良による耐食性向上の
効果を示したものである。従来法の市販材と比較して、
フラックス処理したこの発明法では、酸化物系介在物の
除去に伴ってすき間腐食電位が貴化し、耐食性が向上し
ていることがわかる。さらに、この発明法の窒素雰囲気
下で浮揚溶解したもの、すなわち極低酸素・高窒素のス
テンレス鋼では、これらの相乗効果によりすき間腐食電
位が一層貴化し、耐食性が大きく向上していることがわ
かる。
【0022】
【表1】
【0023】
【発明の効果】以上詳しく説明したように、この発明に
より、耐食性に優れたステンレス鋼を効率的に製造する
ことを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】コールドクルーシブル型浮揚溶解装置によるこ
の発明の方法について例示した斜視図である。
【符号の説明】
1 水冷金属るつぼ(コールドクルーシブル) 2 周方向に分割された金属セグメント 3 スリット 4 浮揚している溶融ステンレス鋼 5 溶融フラックス 6 フラックス材 7 誘導コイル 8 水冷機構 9 高周波電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福澤 章 茨城県つくば市千現1丁目2番1号 科 学技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 宇野 秀樹 茨城県つくば市千現1丁目2番1号 科 学技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 片田 康行 茨城県つくば市千現1丁目2番1号 科 学技術庁金属材料技術研究所内 審査官 山本 一正 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21C 7/06 C21C 7/00 C21C 7/076 F27B 14/06 H05B 6/32

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融フッ化カルシウムをフラックスとし
    て、ステンレス鋼を完全浮揚溶解し、酸化物系介在物を
    フラックス中に移行させて極低酸素のステンレス鋼を製
    造することを特徴とする耐食性に優れたステンレス鋼の
    製造方法。
  2. 【請求項2】 溶解雰囲気を窒素とする請求項1の耐食
    性に優れたステンレス鋼の製造方法。
  3. 【請求項3】 コールドクルーシブル型浮揚溶解装置に
    より完全浮揚溶解する請求項1または2の耐食性に優れ
    たステンレス鋼の製造方法。
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WO2007063748A1 (ja) * 2005-11-30 2007-06-07 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho ハライド系るつぼを用いる誘導溶解装置、同るつぼの製作法および誘導溶解法並びに超高純度Fe基、Ni基、Co基合金材料の溶製法

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