JP3668087B2

JP3668087B2 - ステンレス鋼の高清浄化精錬方法

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Publication number: JP3668087B2
Application number: JP2000026008A
Authority: JP
Inventors: 秀和轟; 建次水野; 晃稔勝間田; 秀毅田中; 夏樹志賀
Original assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2020-02-03
Also published as: JP2001220619A

Description

【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10−110212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することにより、 Ca Ｏ： 40 〜 70wt ％、 SiO _２： 20wt ％以下、 Al _２ O _３： 5 〜 20wt ％、 Mg Ｏ： 5 〜 20wt ％、Ｆ： 1 〜 10wt ％に調整された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、 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：％Al≧ (％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％、MgＯ：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 〜20wt％、Ｆ：1 〜10wt％とする理由について説明する。
▲１▼ 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。
▲２▼ 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。
▲３▼ 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。
▲４▼ 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。

Claims

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することにより、 Ca Ｏ： 40 〜 70wt ％、 SiO _２： 20wt ％以下、 Al _２ O _３： 5 〜 20wt ％、 Mg Ｏ： 5 〜 20wt ％、Ｆ： 1 〜 10wt ％に調整された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。
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％Al≧ (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。