JP3977288B2

JP3977288B2 - ガス加窒による高窒素ステンレス鋼の溶製方法

Info

Publication number: JP3977288B2
Application number: JP2003168523A
Authority: JP
Inventors: 剛谷口
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: JP2005002431A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高窒素ステンレス鋼とするための溶鋼中への加窒を効率的に行なう方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼の耐食性や強度の向上のため、あるいは高価なＮｉの低減のためにステンレス鋼中に積極的にＮを含有させる方法が採用されている。例えば、ステンレス鋼のガス加窒を行なう方法として、溶鋼の減圧精錬処理であるＶＯＤ法の減圧下でガス加窒とＳｉ脱酸を同時に行なうことで高窒素濃度で、かつ低酸素濃度の溶鋼を安定して製造するステンレス鋼の加窒方法が出願されている（特許文献１参照）。しかし、この方法では、鋼中のＮ濃度は数１００ｐｐｍ程度で実施されており、数１０００ｐｐｍの鋼中Ｎ濃度を持つ高窒素ステンレス鋼についての適用例のものではない。さらに、ガス加窒時の成分およびその温度条件については全く開示されていない。
【０００３】
ところで、鋼中Ｎ濃度が１０００ｐｐｍを超えるような高窒素ステンレス鋼とするための加窒時に、窒素ガスによる加窒と併せてＮＣｒやＮＭｎといった窒化物合金を添加して加窒する方法が多く採用されている。
【０００４】
これらの高窒素ステンレス鋼の溶製における窒化物合金を用いる加窒方法は窒化物合金が高価でありコストが高く、単なる窒素ガス加窒は加窒に時間が掛かり過ぎる問題がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２７９６２４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、高窒素ステンレス鋼とするための窒化物合金を用いる加窒方法や単なる窒素ガス加窒方法における上記の問題を解消したガス加窒による高窒素ステンレス鋼を製造する方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、ステンレス鋼成分として、質量％で、２０〜２２％の高Ｃｒ、６〜１０％の高Ｍｎ、０．２５％以下の低Ｃを含有するステンレス鋼の溶鋼を１４８０〜１５５０℃に制御し、溶鋼中に窒素ガスを吹込み加窒して高窒素ステンレス鋼の溶鋼とすることを特徴とするガス加窒による高窒素ステンレス鋼の溶製方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の原理について、溶鋼の窒素溶解度にもとづいて説明する。
【０００９】
１）溶鋼の成分との関係について
図１に示す溶鉄の窒素溶解度に及ぼす第三元素の影響のグラフに見られるように、ＣｒやＭｎは、高Ｃｒ、高Ｍｎであればあるほど溶鉄の窒素溶解度は増大するが、一方、Ｃは高Ｃであればあるほど溶鉄の窒素溶解度は減少する。従って、ステンレス鋼としての要求成分範囲内でＣｒおよびＭｎの含有量を高目狙いとし、Ｃをできるだけ低くすることにより、溶鋼中への窒素溶解度の高い成分条件すなわち効率の高い窒素ガス加窒条件を得ることができる。そこで、本発明は対象とする高窒素ステンレス鋼の成分値をもとに、質量％で、Ｃｒを２０〜２２％、Ｍｎを６〜１０％、Ｃを０．２５％以下に条件設定する。
【００１０】
２）溶鋼の温度との関係について
ステンレス鋼のように窒素溶解度を増大させる成分のＣｒやＭｎなどを多量に含む溶鋼の場合には、図２に示す多元系溶鉄の窒素溶解度のグラフに見られるように、溶鉄が低温であればあるほど窒素溶解度が急激に増大する。図２において、縦軸右側の値のΣ_X｛ｅ（Ｎ，Ｘ）［％Ｘ］｝は、上記の条件設定した成分では−１．０以下（すなわち図２の一番上の曲線よりさらに上側の高窒素溶解度側）となり、従って、窒素溶解度の温度依存性が非常に大きくなる。
【００１１】
一方、図２より純鉄の場合は高温であるほど窒素溶解度が増加し、ステンレス鋼では窒素溶解度の温度依存性が逆転している。さらに、純鉄ではステンレス鋼の場合に比べ温度依存性は小さい。そこで、本発明は、その対象とする高窒素ステンレス鋼の成分値と鋳込温度条件をもとに、溶鋼の温度を１４８０〜１５５０℃に条件設定するものである。
【００１２】
そこで、本発明の実施の形態について、実施例を通じて説明する。以下％は質量％である。
【００１３】
本発明は、常法により電気炉にステンレス鋼成分の溶鋼に溶解出鋼後、必要により脱ガス・脱Ｐｂ処理を行い、次いでこの溶鋼を取鍋精錬によりＣｒが２０〜２２％の高Ｃｒ成分、Ｍｎが６〜１０％の高Ｍｎ成分、Ｃが０．２５％以下の低Ｃ成分に精錬し、かつ、溶鋼温度を１４８０〜１５５０℃の低温条件内に制御して溶鋼中に窒素ガスを吹き込んで加窒した後、インゴットに鋳造する。
【００１４】
【実施例】
本発明例として、上記の実施の形態に示したとおり電気炉にてステンレス鋼に溶製した後、取鍋炉精練において、溶鋼成分のＣｒを２１．１％、Ｍｎを６．４％、Ｃを０．２３％に精錬し、かつ溶鋼温度１４８０〜１５５０℃において窒素ガスを加窒してステンレス鋼に調製してインゴットに鋳造した。
【００１５】
比較例１として、上記の実施の形態に示したとおり電気炉にてステンレス鋼に溶製した後、取鍋精練において、溶鋼成分のＣｒを１９．４％、Ｍｎを４．７％、Ｃを０．３７％に精錬し、かつ溶鋼温度１５７０〜１６５０℃において窒素ガスを加窒してステンレス鋼に調製してインゴットに鋳造した。
【００１６】
比較例２として、上記の実施の形態に示したとおり電気炉にてステンレス鋼に溶製した後、取鍋精練において、窒素ガスにより加窒に併せて窒化物合金のＮＣｒ、ＮＭｎを従来法により添加して加窒してステンレス鋼に調製してインゴットに鋳造した。
【００１７】
１）本発明例と比較例１の窒素ガス吹き込みによる加窒方法
上記の本発明例と比較例１の窒素ガス吹き込みによる加窒方法において、溶鋼成分のＣｒ含有量、Ｍｎ含有量およびＣ含有量の差異、並びに溶鋼温度の差異による、窒素ガスの加窒の歩留りの差と、窒素ガスによる加窒速度の差を、それぞれ表１により示す。なお、本発明例１と比較例１における窒素ガスの吹込流量は同じで実施した。
【００１８】
【表１】

【００１９】
本発明例の溶鋼成分および溶鋼温度の範囲に制御して窒素ガス吹き込みによる加窒を行なったところ、比較例１の溶鋼成分および溶鋼温度の範囲に制御して窒素ガス吹き込みによる加窒を行なった方法に比べて、窒素ガス加窒の歩留りは５４％も高く、加窒速度は３２％も高く、本発明例は、極めて高効率で、短時間に加窒することができた。
【００２０】
２）本発明例と比較例２の窒化物合金による添加を併せる加窒方法
上記の本発明例と比較例２における、窒化物合金の使用量の差異を表２により示す。
【００２１】
【表２】

【００２２】
本発明例の窒素ガスの加窒に見合うために必要とする比較例２の８０ｔの溶鋼を溶製する場合の窒素ガスに併せて使用する窒化物合金の使用量はＮＣｒ合金の１５００ｋｇとＮＭｎ合金の６０００ｋｇである。
【００２３】
従って、本発明の窒素ガスによる加窒の方法は、引用例２の高価な窒化物合金を使用する必要がなく、通常使用している比較的安価な合金鉄をステンレス鋼成分として使用することが可能となる。そこで、これらのステンレス鋼溶製に必要な合金の費用は、本発明では、安価なフェロクロムやフェロマンガンなどの合金鉄とすることができるので約３５％低減することができた。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、高窒素ステンレス鋼の溶製において、溶鋼の成分をＣｒを２０〜２２％の高Ｃｒ成分、Ｍｎを６〜１０％の高Ｍｎ成分、Ｃを０．２５％以下の低Ｃ成分にそれぞれ規定し、かつ窒素ガス吹き込み時の溶鋼の温度範囲を１４８０〜１５５０℃の低温に制御することにより、窒素ガスを吹き込む加窒方法とすることで低コストでかつ比較的短時間で高窒素含有のステンレス鋼の溶製が可能となり、本発明は、優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶鉄の１６００℃における窒素溶解度に及ぼす合金元素の影響を示すグラフである。
【図２】多元系溶鉄の窒素溶解度を示すグラフである。

Claims

ステンレス鋼成分として、質量％で、２０〜２２％の高Ｃｒ、６〜１０％の高Ｍｎ、０．２５％以下の低Ｃを含有するステンレス鋼の溶鋼を１４８０〜１５５０℃に制御し、溶鋼中に窒素ガスを吹込み加窒して高窒素ステンレス鋼の溶鋼とすることを特徴とするガス加窒による高窒素ステンレス鋼の溶製方法。