JP4354026B2

JP4354026B2 - ステンレス鋼の製造方法

Info

Publication number: JP4354026B2
Application number: JP22704398A
Authority: JP
Inventors: 悟郎奥山; 秀次竹内
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-08-11
Filing date: 1998-08-11
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2018-08-11
Also published as: JP2000063927A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Alレスステンレス鋼の製造方法に関し、とくに連続鋳造時のタンディッシュフラックスの適正化により、製品の清浄度を向上させるAlレスステンレス鋼の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステンレス鋼は、転炉−ＶＯＤ、あるいは電気炉−ＡＯＤにより溶製され、取鍋−タンディシュを経て連続鋳造されて製造されるのが一般的である。例えば、転炉−ＶＯＤを用いる製造方法では、上底吹き転炉でＣ：0.15wt％以下程度まで粗脱炭された含クロム溶湯を溶製したのち、該溶湯を取鍋に移してさらにＶＯＤで、該溶湯に真空下で酸素ガスを吹込み所定の炭素含有量まで脱炭する脱炭精錬と、ついでフェロシリコン等で脱酸し、スラグ中のCr酸化物を還元する脱酸・還元精錬を施し、所定の組成の溶鋼としたのち、タンディッシュを介し連続鋳造され、ステンレス鋼鋳片とされる。
【０００３】
一般に、Alレスステンレス鋼では、溶鋼の脱酸処理をフェロシリコン（Fe−Si合金）等で行うため、脱酸生成物はSiO₂-MnO系介在物になる。しかしながら、実際にＶＯＤ精錬で使用するスラグ中にはAl₂O₃が含まれるため、下記（１）式のような反応により、溶鋼中のSiによりスラグ中のAl₂O₃が還元され、溶鋼中にAlが存在することになる。
【０００４】
2Al₂O₃＋3 Si＝4 Al＋3SiO₂ ………（１）
さらに、この溶鋼中に存在するAlと、スラグあるいは溶鋼中から供給されるＯ（酸素）とが反応し、再びAl₂O₃を生成する。このAl₂O₃は、鋳片中に混入し介在物となり製品欠陥となる場合がある。また、この溶鋼中のAlと脱酸生成物のSiO₂-MnO系介在物とが反応し、介在物中にAl₂O₃を生成する。介在物中のAl₂O₃が高くなると介在物は硬質化する。このため、鋳片中に混入した場合、圧延過程において介在物の延性が不足し、表面欠陥を引き起こす原因となる。
【０００５】
スラグ中のAl₂O₃の還元を抑制するため、まず、脱酸精錬時のスラグを（１）式における右方向への反応を抑えるスラグ組成とすることが考えられた。例えば、特開平9-263824号公報には、スラグのCaO/SiO₂を1.5 〜2.5 に調整する含クロム鋼の真空精錬方法が提案されている。この方法によれば、スラグのCaO/SiO₂を2.5 以下に調整することにより、溶鋼中のAl濃度を低く保つことができ、Al₂O₃介在物の発生を抑え、製品での表面欠陥の発生を抑制できるとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
また、Al₂O₃の発生源となる溶鋼中のAl量を少なくするため、脱酸精錬時のスラグをAl₂O₃量の少ないものとする方法も考えられる。
しかしながら、このような方策を施しても、Alレスステンレス鋼の製品においては、依然としてAl₂O₃系介在物による製品の表面欠陥が発生していた。
【０００７】
本発明は、このような状況に鑑み、清浄度が高く、Al₂O₃系介在物による表面欠陥の少ないAlレスステンレス鋼を製造できるステンレス鋼の製造方法を提案することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を達成するために、Alレスステンレス鋼において、更に清浄度が高く、Al₂O₃系介在物による製品表面欠陥の少ないステンレス鋼の製造方法について、鋭意研究した。その結果、本発明者らは、ＶＯＤ処理時のスラグ組成のみの調整では製品表面欠陥の低減は困難であるという結論に達した。そこで、本発明者らは、従来技術ではとくに考慮されていなかった連続鋳造時のタンディッシュスラグの組成に注目し、タンディッシュスラグの組成が溶鋼中Al₂O₃系介在物の生成に大きく影響して、ステンレス鋼鋳片の清浄度を低下させ、製品の表面欠陥を増加させていたことを突き止め、Alレスステンレス鋼製品の表面欠陥の低減には、取鍋スラグ組成と合わせて、タンディッシュスラグ組成の適正化が最も重要であるという知見を得た。
【０００９】
まず、本発明者らが行った基礎的実験結果を説明する。
Cr：18.3wt％含有の含クロム溶湯を上底吹機能付転炉で粗脱炭したのち、ＶＯＤで脱炭精錬を行ったのち、脱酸剤としてフェロシリコンを用いる脱酸精錬を行い、タンディッシュを介し連続鋳造し、Alレスステンレス鋼鋳片とした。なお、連続鋳造に際し、タンディシュで使用するフラックスの組成を変化し、CaO/SiO₂を変化した。なお、ＶＯＤ処理の脱酸精錬のスラグは、CaO/SiO₂＝1.5 、Al₂O₃=５wt％の組成のものを用いた。
【００１０】
ＶＯＤ処理後（脱酸精錬後）、およびタンディシュでボンブサンプルを採取し、ＶＯＤ処理後の溶鋼中の介在物量および介在物中のAl₂O₃比率（％）と、タンディシュ中に保持された溶鋼中の介在物量および介在物中のAl₂O₃比率（％）を測定した。タンディシュフラックスのCaO/SiO₂と、タンディッシュでの溶鋼中介在物中のAl₂O₃比率（Al₂O₃）_T/DとＶＯＤ処理後の溶鋼の介在物中のAl₂O₃比率（Al₂O₃）_VODとの差、ΔAl₂O₃＝（Al₂O₃）_T/D−（Al₂O₃）_VODとの関係を図１に示す。なお、図１には、タンディシュフラックスのCaO/SiO₂と、タンディッシュでの溶鋼中介在物量（mm²/g ）との関係も併記した。
【００１１】
本発明で用いた介在物量は、ボンブサンプルをエレクトロンビーム（ＥＢ）溶解し冷却したのち、表面に浮上した介在物の面積を測定した。介在物量は、サンプル単位重さ当たりの介在物面積で表示した。また、介在物中のAl₂O₃比率（％）は、ＥＢ溶解によりサンプルの表面に浮上した介在物中のAl₂O₃をエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）により分析し、介在物中の比率とした。（なお、ＥＢ溶解による介在物の測定方法の詳細は、材料とプロセス, Vol.8 (1995) No.3, P587 を参照）
図１から、タンディッシュフラックスのCaO/SiO₂が2.5 を超えると、タンディッシュにおける溶鋼中の介在物量が、VOD 処理後のそれよりも増加し、また、介在物中のAl₂O₃比率も、VOD 処理後よりもタンディッシュにおけるほうが多い。すなわち、CaO/SiO₂が2.5 を超えるタンディッシュフラックスを使用して、連続鋳造を行うと、タンディッシュにおいて溶鋼中のAl₂O₃が増加する。そのため鋳片（製品）の清浄度が低下する。したがって、脱酸精錬時のスラグ組成コントロールによりＶＯＤ処理後の介在物中のAl₂O₃比率を低下しても、タンディッシュフラックスのCaO/SiO₂が高くなると、製品品質に直接に関係するスラブでの介在物中のAl₂O₃が増加し、清浄度が悪化する。このようなことから、タンディッシュフラックスのCaO/SiO₂を2.5 以下にすることが重要であるという結論に達した。
【００１２】
本発明は、上記した知見に基づいて完成されたものである。
すなわち、本発明は、脱炭精錬されたのち、（CaO ）／（SiO ₂ ）が1.2 〜2.0 、Al ₂ O ₃ が10wt％以下を満足する組成のスラグの存在下でSi源を脱酸剤として脱酸精錬されたステンレス鋼溶鋼をタンディッシュを介して連続鋳造するに際し、該タンディッシュで使用するフラックスを、CaO ／SiO₂が1.0 超え2.5 以下、Al₂O₃が５wt％以下を満足する組成のフラックスとし、タンディッシュにおける溶鋼中の介在物量が、脱酸精錬処理後のそれよりも増加しないようにして、製品の清浄度を0.005 ％以下とすることを特徴とするステンレス鋼の製造方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明が対象とするステンレス鋼はCr：10〜30wt％含有するAlレスステンレス鋼である。
本発明においては、まずほぼ上記した範囲のCrを含有する含クロム溶湯に転炉等の製鋼炉による粗脱炭処理を施したのち、ＶＯＤ法による脱炭精錬、および脱酸精錬を行い所定の組成のステンレス鋼溶鋼とする。なお、転炉−ＶＯＤ法に代えて、電気炉−ＡＯＤ法を用いても何ら問題はない。
【００１４】
本発明の脱酸精錬においては脱酸剤として、Si源を用いる。脱酸用Si源としては、フェロシリコン、メタリックシリコン、シリマン（Si-Mn ）等が好ましい。
ついで、所定の組成とされたステンレス鋼溶鋼は、タンディッシュを介し連続鋳造される。本発明では、連続鋳造時のタンディッシュフラックスのCaO ／SiO₂を2.5 以下、フラックス中のAl₂O₃を５wt％以下に限定する。なお、CaO 、SiO₂、Al₂O₃は、フラックス中のCaO 、SiO₂、Al₂O₃量であり、wt％で表示するものとする。
【００１５】
タンディッシュフラックス中のCaO ／SiO₂が2.5 を超えると、上記したように、溶鋼中のAl₂O₃量が増加し、その結果、溶鋼中の介在物量が増加し、製品の清浄度が低下する。このようなことからタンディッシュフラックス中のCaO ／SiO₂を2.5 以下とした。また、タンディッシュフラックス中のAl₂O₃が５wt％を超えると、溶鋼中Al濃度が増加するため介在物中のAl₂O₃量が増加する。このため、タンディッシュフラックス中のAl₂O₃を５wt％以下に限定した。
【００１６】
本発明で用いるタンディッシュフラックスは、CaO ／SiO₂、Al₂O₃以外の組成は通常の範囲内でよくとくに限定する必要はない。タンディッシュには、MgO 系の耐火物が使用されることが多く、その溶出を防止する目的で、タンディッシュフラックス中に最大10wt％程度のMgO を添加しておくのがよい。また、フラックスの流動性を確保する目的でCaF₂をフッ素換算で最大10wt％添加するのも好ましい。なお、脱酸精錬時のスラグ（ＶＯＤスラグ）組成を調整し、脱酸精錬終了後の溶鋼中のAl₂O₃介在物を低減したうえで、上記した範囲の組成のタンディッシュフラックスを用いて連続鋳造すれば、製品の清浄度はより改善され、表面欠陥の発生を抑制できる。
【００１７】
製品の清浄度をより向上させるためには、（CaO ）／（SiO₂）が1.2 〜2.0 、（Al₂O₃）が10wt％以下を満足する組成のスラグの存在下で脱酸精錬を行うのが好ましい。ここに、（CaO ）、（SiO₂）、（Al₂O₃）はスラグ中のCaO 、SiO₂、Al₂O₃の含有量であり、wt％で表示するものとする。
図２に脱酸精錬時のスラグ（ＶＯＤスラグ）の（CaO ）／（SiO₂）とＶＯＤ処理後の介在物中のAl₂O₃比率との関係を示す。
【００１８】
スラグの（CaO ）／（SiO₂）が2.0 を超えると、ＶＯＤ処理後の介在物中のAl₂O₃比率が20％以上となり、製品の清浄度が低下し、製品の表面欠陥が発生しやすくなる。一方、1.2 未満では、溶鋼中の、Ｓ，Ｏ濃度が高くなる。また、スラグ中のAl₂O₃が10wt％を超えると、溶鋼中のSiにより還元され溶鋼中に存在するAlが増加する傾向となる。このAlがスラグ、溶鋼中からの酸素源と結合しAl₂O₃となり、溶鋼中のAl₂O₃が増加して製品の清浄度を低下させる。このようなことから、脱酸精錬時のスラグ組成は、（CaO ）／（SiO₂）が1.2 〜2.0 、（Al₂O₃）が10wt％以下とする。なお、その他の成分としては、特に制限はないが、取鍋耐火物の溶損の防止のため、１〜15wt％程度のMgO を添加してもよい。
【００１９】
製品品質におよぼす、脱酸精錬時のスラグ（ＶＯＤスラグ）の（CaO ）／（SiO₂）と、タンディッシュフラックスのCaO ／SiO₂との関係を図３に示す。製品品質は、鋳片を熱間圧延、冷間圧延を施し冷延板としたのち冷延板の清浄度により、評価した。製品品質が優は、清浄度が 0.005％以下、良は 0.006〜 0.010％、可は 0.011〜 0.015％、不良は 0.016％以上とした。清浄度の測定方法はJIS G 0555の規定に準拠して行うものとする。
【００２０】
本発明の範囲であれば、製品品質は良、または優となり、清浄度が高く、Al₂O₃系介在物による表面欠陥の少ないAlレスステンレス鋼板となる。
【００２１】
【実施例】
（参考例）
上底吹機能付き転炉で粗脱炭を行った含クロム溶鋼（160ton）を取鍋に出鋼し、その後該溶鋼に、真空中で酸素吹錬を行うＶＯＤ処理を施し、Ｃ：0.05wt％、Cr：18.7wt％の溶鋼とした。なお、酸素吹錬中にCaO を10.5kg/t添加した。しかる後、Fe-Si を6.5kg/t を添加し脱酸・還元処理を行った。ＶＯＤ処理のスラグ組成は(CaO)/(SiO₂)＝1.7 、(Al₂O₃) ＝12wt％であった。これにより、ＶＯＤ処理後の介在物中のAl₂O₃比率は15％となった。ＶＯＤ処理された溶鋼は、ついで、タンディッシュを介し連続鋳造され、ステンレス鋼鋳片とされた。連続鋳造のタンディッシュにおいては、CaO/SiO₂＝1.7 、Al₂O₃=4.4wt％のタンディッシュフラックスを用いた。タンディッシュフラックスの他の成分は、MgO ：5.5wt ％、Ｆ：5.0wt ％とした。この結果、介在物中のAl₂O₃比率は15％となった。製品の清浄度は0.007 ％（評価：良）であった。
（実施例１）
上底吹機能付き転炉で粗脱炭を行った含クロム溶鋼（160ton）を取鍋に出鋼し、その後該溶鋼に、真空中で酸素吹錬を行うＶＯＤ処理を施し、Ｃ：0.052 wt％、Cr：18.5wt％の溶鋼とした。なお、酸素吹錬中にCaO を11.6kg/t添加し、しかる後、Fe-Si を7.2kg/t を添加し脱酸・還元精錬を行った。ＶＯＤ処理後のスラグ組成は(CaO)/(SiO₂)＝1.5 、(Al₂O₃) ＝５wt％であった。これにより、ＶＯＤ処理後の介在物中のAl₂O₃比率は10％となった。ＶＯＤ処理された溶鋼は、ついで、タンディッシュを介し連続鋳造され、ステンレス鋼鋳片とされた。連続鋳造のタンディッシュにおいては、CaO/SiO₂＝1.2 、Al₂O₃=4.5wt％のタンディッシュフラックスを用いた。タンディッシュフラックスの他の成分は、MgO ：5.5wt ％、Ｆ：5.0wt ％とした。スラブ中の介在物のAl₂O₃比率は５％であった。製品の清浄度は0.004 ％であった。
（比較例１）
上底吹機能付き転炉で粗脱炭を行った含クロム溶鋼（160ton）を取鍋に出鋼し、その後該溶鋼に、真空中で酸素吹錬を行うＶＯＤ処理を施し、Ｃ：0.055 wt％、Cr：18.2wt％の溶鋼とした。なお、酸素吹錬中にCaO を10.5kg/t添加した。しかる後、Fe-Si を6.5kg/t を添加し脱酸・還元処理を行った。ＶＯＤ処理後のスラグ組成は(CaO)/(SiO₂)＝1.7 、(Al₂O₃) ＝12wt％であった。これにより、ＶＯＤ処理後の介在物中のAl₂O₃比率は15％となった。ＶＯＤ処理された溶鋼は、ついで、タンディッシュを介し連続鋳造され、ステンレス鋼鋳片とされた。連続鋳造のタンディッシュにおいては、CaO/SiO₂＝10、Al₂O₃=20.0 wt％のタンディッシュフラックスを用いた。タンディッシュフラックスの他の成分は、MgO ：5.8wt ％、Ｆ：5.1wt ％とした。この結果、スラブ中の介在物中のAl₂O₃比率は35％となり、製品の清浄度は0.013 ％であった。
（比較例２）
上底吹機能付き転炉で粗脱炭を行った含クロム溶鋼（160ton）を取鍋に出鋼し、その後該溶鋼に、真空中で酸素吹錬を行うＶＯＤ処理を施し、Ｃ：0.055 wt％、Cr：18.2wt％の溶鋼とした。なお、酸素吹錬中にCaO を12kg/t添加した。しかる後、Fe-Si を6.5kg/t を添加し脱酸・還元処理を行った。ＶＯＤ処理後のスラグ組成は(CaO)/(SiO₂)＝2.3 、(Al₂O₃) ＝17wt％であった。これにより、ＶＯＤ処理後の介在物中のAl₂O₃比率は35％となった。ＶＯＤ処理された溶鋼は、ついで、タンディッシュを介し連続鋳造され、ステンレス鋼鋳片とされた。連続鋳造のタンディッシュにおいては、CaO/SiO₂＝８、Al₂O₃=1.5wt％、MgO ：5.8wt ％、Ｆ：5.1wt ％のタンディッシュフラックスを用いた。この結果、スラブ中の介在物中のAl₂O₃比率は40％となった。製品の清浄度は0.017 ％であった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、清浄度が高く、Al₂O₃系介在物による表面欠陥の少ないAlレスステンレス鋼を製造でき、歩留り向上、生産性の向上など産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】タンディッシュフラックスのCaO ／SiO₂と、浮上介在物面積、ΔAl₂O₃の関係を示すグラフである。
【図２】ＶＯＤスラグの（CaO ）／（SiO₂）とＶＯＤ処理後の介在物中のAl₂O₃比率の関係を示すグラフである。
【図３】製品品質におよぼす、ＶＯＤスラグの（CaO ）／（SiO₂）とタンディッシュフラックスのCaO ／SiO₂の関係を示すグラフである。

Claims

脱炭精錬されたのち、（CaO ）／（SiO ₂ ）：1.2 〜2.0 、（Al ₂ O ₃ ）：10wt％以下を満足する組成のスラグの存在下でSi源を脱酸剤として脱酸精錬されたステンレス鋼溶鋼をタンディッシュを介して連続鋳造するに際し、該タンディッシュで使用するフラックスを、CaO ／SiO₂：1.0 超え2.5 以下、Al₂O₃：５wt％以下を満足する組成のフラックスとし、タンディッシュにおける溶鋼中の介在物量が、脱酸精錬処理後のそれよりも増加しないようにして、製品の清浄度を0.005 ％以下とすることを特徴とするステンレス鋼の製造方法。