JP6443206B2 - ステンレス鋳片の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、高純度のステンレス鋳片の製造方法に関する。
一般にステンレスは、高耐食性が必要であり、耐食性の向上には、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｍｏ（モリブデン）などの合金元素の添加以外に、高純度とすることが有効とされている。このため、例えば、Ｃ（炭素）濃度を０．０１質量％以下、Ｓ（硫黄）濃度を０．００３質量％以下とした高純度のステンレス鋼が使用され、特に加工性が良好な高純度のフェライト系ステンレス鋼が用いられている。
この耐食性については、耐発銹性を含めて更なる向上が望まれている。
耐食性の向上には、鋼成分の影響が大きいが、さびの起点となる異物（介在物など）による初期の発銹性の改善も有効である。
初期の発銹については、異物と地金との界面でのさびの発生が課題であり、特に介在物がさびの起点となり易い。例えば、ＣａＳ（硫化カルシウム）は、さびの起点となるため、ＣａＳ介在物の生成抑制が必要である。
以下、従来のステンレス鋼の製造方法を示す。
耐食性の向上には、鋼成分の影響が大きいが、さびの起点となる異物（介在物など）による初期の発銹性の改善も有効である。
初期の発銹については、異物と地金との界面でのさびの発生が課題であり、特に介在物がさびの起点となり易い。例えば、ＣａＳ（硫化カルシウム）は、さびの起点となるため、ＣａＳ介在物の生成抑制が必要である。
以下、従来のステンレス鋼の製造方法を示す。
特許文献１には、環境保全の観点から、スラグ中のＦ（フッ素）を低減することを前提として、Ｆレス（ＣａＦ２を使用しない条件）で、低Ｓ濃度の極低硫鋼を製造する技術が開示されている。詳細には、スラグの主たる成分を、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２とし、これらの質量比率を規定することで、Ｆレスで好適に脱硫できることを記載している。
また、特許文献２には、さびの起点となる介在物、特にＣａＯ系酸化物の量とＣａＯ濃度を、ある値以下に制御する技術が開示されている。
そして、特許文献３には、連続鋳造時のノズル閉塞（ノズル詰まり）を防止する技術の代表例が開示されており、金属Ｃａ分を添加して介在物の組成を低融点化することを、主要な要件としている。
また、特許文献２には、さびの起点となる介在物、特にＣａＯ系酸化物の量とＣａＯ濃度を、ある値以下に制御する技術が開示されている。
そして、特許文献３には、連続鋳造時のノズル閉塞（ノズル詰まり）を防止する技術の代表例が開示されており、金属Ｃａ分を添加して介在物の組成を低融点化することを、主要な要件としている。
しかしながら、前記従来の技術には、未だ解決すべき以下のような問題があった。
特許文献１の技術は、本発明者らの知見では、極低硫鋼を製造できる場合はあるものの、極低硫鋼を安定に製造することができず、溶鋼の到達Ｓ濃度を安定して低位とすることができないため、耐食性を安定して向上できない。
特に、脱硫に影響を与えるＭｎＯ、ＦｅＯ、ＳｉＯ２の濃度が高い場合には、十分な脱硫効果を得られないことが、本発明者らの知見により判明した。
更に、ステンレス鋳片を連続鋳造する際にノズル閉塞が発生する場合があり、生産性と歩留の低下の課題がある。また、ノズル閉塞の発生により、連続鋳造用鋳型内の溶鋼流が不安定となり、溶鋼湯面に浮上している介在物が溶鋼中に巻き込まれ、介在物起因によるさびが発生することも、強く懸念される。
特許文献１の技術は、本発明者らの知見では、極低硫鋼を製造できる場合はあるものの、極低硫鋼を安定に製造することができず、溶鋼の到達Ｓ濃度を安定して低位とすることができないため、耐食性を安定して向上できない。
特に、脱硫に影響を与えるＭｎＯ、ＦｅＯ、ＳｉＯ２の濃度が高い場合には、十分な脱硫効果を得られないことが、本発明者らの知見により判明した。
更に、ステンレス鋳片を連続鋳造する際にノズル閉塞が発生する場合があり、生産性と歩留の低下の課題がある。また、ノズル閉塞の発生により、連続鋳造用鋳型内の溶鋼流が不安定となり、溶鋼湯面に浮上している介在物が溶鋼中に巻き込まれ、介在物起因によるさびが発生することも、強く懸念される。
特許文献２も上記した特許文献１と同様、脱硫に影響を与えるＭｎＯ、ＦｅＯ、ＳｉＯ２の濃度が高い場合には、十分な脱硫効果が得られず、耐食性に向上の余地があることが、本発明者らの知見により判明した。
また、介在物中のＣａＯ濃度を低く制御する場合には、連続鋳造時にノズル閉塞が多発することも判明した。
また、介在物中のＣａＯ濃度を低く制御する場合には、連続鋳造時にノズル閉塞が多発することも判明した。
特許文献３の技術は、金属Ｃａを添加することにより、介在物は低融点のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系酸化物となるため、ノズル閉塞を防止できる場合はあるが、上記した特許文献２に記載があるように、耐食性が悪化する（さびの発生起点となる）という課題がある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、耐食性の向上と連続鋳造時のノズル閉塞の抑制、更には防止とを、スラグの環境問題を防止しつつ、低コストで安定的に実現可能なステンレス鋳片の製造方法を提供することを目的とする。
前記目的に沿う本発明に係るステンレス鋳片の製造方法は、取鍋内スラグ中のＣｒ酸化物を還元する工程と、脱硫及び脱酸を行う工程とを有する取鍋精錬により溶製した溶鋼を連続鋳造して、Ｃ濃度が０．０１質量％以下、かつ、Ｓ濃度が０．００３質量％以下のステンレス鋳片を製造する方法であって、
前記取鍋精錬後の前記溶鋼中のＡｌ濃度を０．０４質量％以上とし、かつ、前記取鍋内スラグの組成を、
１．２≦（質量％ＣａＯ）／（質量％Ａｌ２Ｏ３）≦１．５、
３質量％≦（質量％ＭｇＯ）≦１０質量％、
（質量％ＳｉＯ２）≦４．０質量％、及び、
（質量％ＣａＯ）＋（質量％Ａｌ２Ｏ３）＋（質量％ＭｇＯ）≧９５質量％、
とする。
前記取鍋精錬後の前記溶鋼中のＡｌ濃度を０．０４質量％以上とし、かつ、前記取鍋内スラグの組成を、
１．２≦（質量％ＣａＯ）／（質量％Ａｌ２Ｏ３）≦１．５、
３質量％≦（質量％ＭｇＯ）≦１０質量％、
（質量％ＳｉＯ２）≦４．０質量％、及び、
（質量％ＣａＯ）＋（質量％Ａｌ２Ｏ３）＋（質量％ＭｇＯ）≧９５質量％、
とする。
本発明に係るステンレス鋳片の製造方法において、前記取鍋精錬後の前記溶鋼中のＡｌ濃度を０．０７質量％以下とすることが、本発明の効果がより顕著になることから好ましい。
本発明に係るステンレス鋳片の製造方法は、取鍋精錬後の溶鋼中のＡｌ濃度と取鍋内スラグの組成をそれぞれ所定の範囲に設定するので、耐食性の向上と連続鋳造時のノズル閉塞の抑制、更には防止とを、スラグの環境問題を防止しつつ、低コストで安定的に実現できる。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明者らは、耐食性の向上には、発銹の起点となるＣａＳ介在物の生成抑制が有効であるが、このＣａＳ介在物の生成抑制のために、溶鋼の低Ｓ濃度化と共にＣａＳ生成のＣａ源となるスラグ中のＣａＯ濃度の低下が有効であることを知見した。
例えば、Ｃａを含む介在物には、１）スラグ粒子を巻き込んだもの、２）スラグ中のＣａＯと溶鋼中のＡｌとが反応して溶鋼中に溶け出したＣａ分が、Ａｌ２Ｏ３と反応してＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系介在物となるもの、がある。
なお、最終的な介在物の組成は、Ａｌ濃度とスラグ組成（ＣａＯ濃度）で略決まる。
本発明者らは、耐食性の向上には、発銹の起点となるＣａＳ介在物の生成抑制が有効であるが、このＣａＳ介在物の生成抑制のために、溶鋼の低Ｓ濃度化と共にＣａＳ生成のＣａ源となるスラグ中のＣａＯ濃度の低下が有効であることを知見した。
例えば、Ｃａを含む介在物には、１）スラグ粒子を巻き込んだもの、２）スラグ中のＣａＯと溶鋼中のＡｌとが反応して溶鋼中に溶け出したＣａ分が、Ａｌ２Ｏ３と反応してＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系介在物となるもの、がある。
なお、最終的な介在物の組成は、Ａｌ濃度とスラグ組成（ＣａＯ濃度）で略決まる。
一方で、スラグ中のＣａＯ濃度の低下は、溶鋼中の低融点ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系介在物を減少させ、Ａｌ２Ｏ３単独の介在物を増加させるため、連続鋳造の際に、Ａｌ２Ｏ３介在物によるノズル閉塞（浸漬ノズル閉塞）が発生し易くなる。
また、スラグ中のＣａＯ濃度の低下は、脱硫能を持つ成分の濃度を低下させることになるため、Ｓ濃度の低減に悪影響を及ぼす原因にもなり得る。
以上のことから、本発明者らは、耐食性の向上と連続鋳造時のノズル閉塞の抑制（更には、防止）とが、両立し難い課題であることを知見し、本発明に想到した。
また、スラグ中のＣａＯ濃度の低下は、脱硫能を持つ成分の濃度を低下させることになるため、Ｓ濃度の低減に悪影響を及ぼす原因にもなり得る。
以上のことから、本発明者らは、耐食性の向上と連続鋳造時のノズル閉塞の抑制（更には、防止）とが、両立し難い課題であることを知見し、本発明に想到した。
即ち、本発明の一実施の形態に係るステンレス鋳片の製造方法は、取鍋内スラグ中のＣｒ酸化物を還元する工程と、脱硫及び脱酸を行う工程とを有する取鍋精錬（二次精錬）により溶製した溶鋼を連続鋳造して、Ｃ濃度が０．０１質量％以下、かつ、Ｓ濃度が０．００３質量％以下のステンレス鋳片を製造する方法であり、取鍋精錬後の溶鋼中のＡｌ（金属Ａｌ）濃度を０．０４質量％以上とし、かつ、取鍋内スラグ（スラグ）の組成を、１．２≦（質量％ＣａＯ）／（質量％Ａｌ２Ｏ３）≦１．５、３質量％≦（質量％ＭｇＯ）≦１０質量％、（質量％ＳｉＯ２）≦４．０質量％、及び、（質量％ＣａＯ）＋（質量％Ａｌ２Ｏ３）＋（質量％ＭｇＯ）≧９５質量％、とする方法である。
なお、上記した連続鋳造は、取鍋精錬により溶製した溶鋼をタンディッシュに供給した後、このタンディッシュ下部に設けられたノズル（浸漬ノズル）を介して鋳型（連続鋳造用鋳型）に供給することで行う。また、「（質量％ＣａＯ）／（質量％Ａｌ２Ｏ３）」は「Ｃ／Ａ」、「（質量％ＭｇＯ）」は「Ｍ」、「（質量％ＳｉＯ２）」は「Ｓ」、「（質量％ＣａＯ）＋（質量％Ａｌ２Ｏ３）＋（質量％ＭｇＯ）」は「Ｃ＋Ａ＋Ｍ」とも記載する。
以下、詳しく説明する。
なお、上記した連続鋳造は、取鍋精錬により溶製した溶鋼をタンディッシュに供給した後、このタンディッシュ下部に設けられたノズル（浸漬ノズル）を介して鋳型（連続鋳造用鋳型）に供給することで行う。また、「（質量％ＣａＯ）／（質量％Ａｌ２Ｏ３）」は「Ｃ／Ａ」、「（質量％ＭｇＯ）」は「Ｍ」、「（質量％ＳｉＯ２）」は「Ｓ」、「（質量％ＣａＯ）＋（質量％Ａｌ２Ｏ３）＋（質量％ＭｇＯ）」は「Ｃ＋Ａ＋Ｍ」とも記載する。
以下、詳しく説明する。
＜Ｓ濃度の低減について＞
脱硫におけるＳ濃度は、脱硫能とスラグ滓化性によって決定される。
そこで、耐食性向上のためにスラグ中のＣａＯを低減し（即ち、Ｃ／Ａ≦１．５）、これによって低減した脱硫能はその他の成分の制御により補完し（即ち、Ｓ≦４．０質量％、（Ｃ＋Ａ＋Ｍ）≧９５質量％）、更にはスラグ滓化性の向上によって（即ち、Ｍ≦１０質量％）、低Ｓ濃度を維持することとした。
脱硫におけるＳ濃度は、脱硫能とスラグ滓化性によって決定される。
そこで、耐食性向上のためにスラグ中のＣａＯを低減し（即ち、Ｃ／Ａ≦１．５）、これによって低減した脱硫能はその他の成分の制御により補完し（即ち、Ｓ≦４．０質量％、（Ｃ＋Ａ＋Ｍ）≧９５質量％）、更にはスラグ滓化性の向上によって（即ち、Ｍ≦１０質量％）、低Ｓ濃度を維持することとした。
＜ノズル閉塞の抑制について＞
併せてＣａＯ低減によるノズル閉塞の発生については、スラグのＣａＯ濃度の低減に限界値を設けて（即ち、１．２≦Ｃ／Ａ）、抑制した。
更に、溶鋼中の金属Ａｌ濃度を所定量確保すること（即ち、Ａｌ≧０．０４質量％）、並びに、スラグのＭｇＯ濃度を制御することで（即ち、３質量％≦Ｍ）、ノズル閉塞を抑制した。
詳細は、以下の通りである。
併せてＣａＯ低減によるノズル閉塞の発生については、スラグのＣａＯ濃度の低減に限界値を設けて（即ち、１．２≦Ｃ／Ａ）、抑制した。
更に、溶鋼中の金属Ａｌ濃度を所定量確保すること（即ち、Ａｌ≧０．０４質量％）、並びに、スラグのＭｇＯ濃度を制御することで（即ち、３質量％≦Ｍ）、ノズル閉塞を抑制した。
詳細は、以下の通りである。
スラグのＣａＯ濃度を低減すると、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系介在物が減少し、溶鋼中の介在物は、Ａｌ２Ｏ３単独の介在物と、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３介在物（スピネル介在物）が主たる介在物になり、ノズル閉塞が顕著となる。
これに対し、上記したように、溶鋼中の金属Ａｌ濃度とスラグのＭｇＯ濃度を所定量確保すると、金属ＡｌによるＭｇＯの還元によって溶鋼中に生成した金属Ｍｇにより、スピネル介在物の増加とＭｇＯ介在物の生成とを促進でき、これら介在物が主体となり、Ａｌ２Ｏ３単独の介在物が減少するため、ノズル閉塞を抑制できる。
これに対し、上記したように、溶鋼中の金属Ａｌ濃度とスラグのＭｇＯ濃度を所定量確保すると、金属ＡｌによるＭｇＯの還元によって溶鋼中に生成した金属Ｍｇにより、スピネル介在物の増加とＭｇＯ介在物の生成とを促進でき、これら介在物が主体となり、Ａｌ２Ｏ３単独の介在物が減少するため、ノズル閉塞を抑制できる。
なお、溶鋼中の金属Ａｌ濃度を高めると、耐食性は従来よりも改善できるものの、本発明の効果を低減することになるため、上限値を設けると更によい（即ち、Ａｌ≦０．０７質量％）。
以下、前記した各数値範囲の限定理由について説明する。
・ステンレス鋳片（溶鋼中）のＳ濃度
ステンレス鋳片のＳ濃度の低下により、ステンレス鋳片の耐食性を劣化させるＣａＳ介在物を減少できる。
そこで、ステンレス鋳片のＳ濃度を０．００３質量％以下（好ましくは、０．００２質量％以下、更に好ましくは、０．００１５質量％以下）とした。
なお、ステンレス鋳片のＳ濃度は、低ければ低いほど耐食性を向上できるため、下限値については特に規定していないが、例えば、０．０００５質量％程度である。
ステンレス鋳片のＳ濃度の低下により、ステンレス鋳片の耐食性を劣化させるＣａＳ介在物を減少できる。
そこで、ステンレス鋳片のＳ濃度を０．００３質量％以下（好ましくは、０．００２質量％以下、更に好ましくは、０．００１５質量％以下）とした。
なお、ステンレス鋳片のＳ濃度は、低ければ低いほど耐食性を向上できるため、下限値については特に規定していないが、例えば、０．０００５質量％程度である。
・溶鋼中のＡｌ濃度
溶鋼中のＡｌ（金属Ａｌ）は、後述するスラグ中のＭｇＯを還元するため、前記したように、ノズル閉塞の抑制が可能となる。
そこで、この効果を得るためには、溶鋼中のＡｌ濃度を０．０４質量％以上にする必要がある。
溶鋼中のＡｌ（金属Ａｌ）は、後述するスラグ中のＭｇＯを還元するため、前記したように、ノズル閉塞の抑制が可能となる。
そこで、この効果を得るためには、溶鋼中のＡｌ濃度を０．０４質量％以上にする必要がある。
このように、溶鋼中のＡｌは、ノズルの閉塞を抑制する好適な作用効果を奏する。
しかし、０．０７質量％を超えると、溶鋼中の金属Ａｌはスラグ中のＣａＯを還元し、溶鋼中に溶出する金属Ｃａが介在物中のＣａＯ濃度を高め、介在物の一部がＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ介在物となる。この介在物は、ノズル閉塞の原因にはならず、また、ＣａＳ介在物程度の顕著な発銹の起点にはならないものと考えられるものの、用途によっては発銹起点になり得る懸念がある。
即ち、溶鋼中のＡｌ濃度を０．０７質量％以下（好ましくは、０．０６質量％以下）とすることで、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ介在物の生成を抑制でき、本発明の効果が顕著になる。
しかし、０．０７質量％を超えると、溶鋼中の金属Ａｌはスラグ中のＣａＯを還元し、溶鋼中に溶出する金属Ｃａが介在物中のＣａＯ濃度を高め、介在物の一部がＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ介在物となる。この介在物は、ノズル閉塞の原因にはならず、また、ＣａＳ介在物程度の顕著な発銹の起点にはならないものと考えられるものの、用途によっては発銹起点になり得る懸念がある。
即ち、溶鋼中のＡｌ濃度を０．０７質量％以下（好ましくは、０．０６質量％以下）とすることで、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ介在物の生成を抑制でき、本発明の効果が顕著になる。
・スラグの（質量％ＣａＯ）／（質量％Ａｌ２Ｏ３）：１．２以上１．５以下
Ｃ／Ａは、相対的なＣａＯ濃度を示す指標であり、ＣａＳの生成を抑制するため、１．５以下（好ましくは、１．４以下）とした。
また、Ｃ／Ａを低減し過ぎると、相対的にスラグ中のＡｌ２Ｏ３濃度が増加し、溶鋼中のＡｌ２Ｏ３単独の介在物の個数が増加して、ノズル閉塞が発生するため、下限値を１．２とした。
Ｃ／Ａは、相対的なＣａＯ濃度を示す指標であり、ＣａＳの生成を抑制するため、１．５以下（好ましくは、１．４以下）とした。
また、Ｃ／Ａを低減し過ぎると、相対的にスラグ中のＡｌ２Ｏ３濃度が増加し、溶鋼中のＡｌ２Ｏ３単独の介在物の個数が増加して、ノズル閉塞が発生するため、下限値を１．２とした。
・スラグのＭｇＯ濃度：３質量％以上１０質量％以下
スラグ中のＭｇＯは、溶鋼中の金属Ａｌと反応することで、上記したように、ノズル閉塞の抑制が可能となる。このため、スラグ中のＭｇＯ濃度の下限値を３質量％（好ましくは、５質量％）とした。
しかし、スラグ中のＭｇＯ濃度が高過ぎると、スラグの滓化性が低下し、溶鋼のＳ濃度が増加する原因となるため、上限値を１０質量％とした。
スラグ中のＭｇＯは、溶鋼中の金属Ａｌと反応することで、上記したように、ノズル閉塞の抑制が可能となる。このため、スラグ中のＭｇＯ濃度の下限値を３質量％（好ましくは、５質量％）とした。
しかし、スラグ中のＭｇＯ濃度が高過ぎると、スラグの滓化性が低下し、溶鋼のＳ濃度が増加する原因となるため、上限値を１０質量％とした。
・スラグのＳｉＯ２濃度：４．０質量％以下
ＳｉＯ２は、脱硫能の維持向上には有効であると言われている。
本発明者らは、スラグ中のＡｌ２Ｏ３濃度とＳｉＯ２濃度に対する脱硫能の依存性を調査した。その結果、脱硫能は、Ａｌ２Ｏ３濃度の変動よりもＳｉＯ２濃度の変動に敏感であることが判明した。
従って、ＳｉＯ２濃度の上限値を４．０質量％としたが、特に、より安定して脱硫能を向上するには、３．５質量％以下、更には３．０質量％以下にすることが好ましい。
以上のことから、下限値については特に規定していないが、例えば、０．５質量％程度である。
ＳｉＯ２は、脱硫能の維持向上には有効であると言われている。
本発明者らは、スラグ中のＡｌ２Ｏ３濃度とＳｉＯ２濃度に対する脱硫能の依存性を調査した。その結果、脱硫能は、Ａｌ２Ｏ３濃度の変動よりもＳｉＯ２濃度の変動に敏感であることが判明した。
従って、ＳｉＯ２濃度の上限値を４．０質量％としたが、特に、より安定して脱硫能を向上するには、３．５質量％以下、更には３．０質量％以下にすることが好ましい。
以上のことから、下限値については特に規定していないが、例えば、０．５質量％程度である。
・スラグの「ＣａＯ濃度＋Ａｌ２Ｏ３濃度＋ＭｇＯ濃度」：９５質量％以上
スラグのＣａＯ濃度を低減することで、スラグの脱硫能は低下しうるが、「Ｃ＋Ａ＋Ｍ」を９５質量％以上とすることで、脱硫能の低下抑制や維持向上ができる。詳細には、ＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２等の脱硫能に悪影響を与える成分の質量割合を、相対的に低下させることで、脱硫能の低下抑制や維持向上ができる。
なお、上限値については、上記したＳｉＯ２濃度等によって決まる。
スラグのＣａＯ濃度を低減することで、スラグの脱硫能は低下しうるが、「Ｃ＋Ａ＋Ｍ」を９５質量％以上とすることで、脱硫能の低下抑制や維持向上ができる。詳細には、ＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＯ２等の脱硫能に悪影響を与える成分の質量割合を、相対的に低下させることで、脱硫能の低下抑制や維持向上ができる。
なお、上限値については、上記したＳｉＯ２濃度等によって決まる。
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
（１）ステンレス鋳片製造のための前提条件について
転炉での脱炭吹錬後に、二次精錬装置（脱ガス装置）を用いて極低炭素化のために更なる脱炭処理を行った溶鋼を、二次精錬装置（ＣＡＢ）を用いてスラグ還元（取鍋内スラグ中のＣｒ酸化物の還元）と脱酸を行い、引き続き脱硫処理を行った。この脱硫処理した溶鋼の合金成分を調整（以上、二次精錬）した後、溶製した溶鋼を、取鍋からタンディッシュへ供給し、連続鋳造機で鋳造（連続鋳造）して、ステンレス鋳片（鋳片）を製造した。
転炉での脱炭吹錬後に、二次精錬装置（脱ガス装置）を用いて極低炭素化のために更なる脱炭処理を行った溶鋼を、二次精錬装置（ＣＡＢ）を用いてスラグ還元（取鍋内スラグ中のＣｒ酸化物の還元）と脱酸を行い、引き続き脱硫処理を行った。この脱硫処理した溶鋼の合金成分を調整（以上、二次精錬）した後、溶製した溶鋼を、取鍋からタンディッシュへ供給し、連続鋳造機で鋳造（連続鋳造）して、ステンレス鋳片（鋳片）を製造した。
（２）ＣＡＢでの処理について
取鍋底部からＡｒガスを用いたバブリングを行いながら、ＣａＯとＡｌを添加した。なお、ここでは、スラグ還元のために十分な撹拌時間を確保した後、脱硫処理のためにＣａＯやＡｌなどの調整を行った。そして、脱硫処理の完了後に、合金成分を調整した。
この合金成分の調整後にサンプリングして、溶鋼成分やスラグ組成を分析した。
取鍋底部からＡｒガスを用いたバブリングを行いながら、ＣａＯとＡｌを添加した。なお、ここでは、スラグ還元のために十分な撹拌時間を確保した後、脱硫処理のためにＣａＯやＡｌなどの調整を行った。そして、脱硫処理の完了後に、合金成分を調整した。
この合金成分の調整後にサンプリングして、溶鋼成分やスラグ組成を分析した。
（３）タンディッシュから連続鋳造機までの操業条件について
舟型のタンディッシュに溶鋼を受けて、１ストランドの湾曲型の連続鋳造機で鋳造した。ここで、タンディッシュから連続鋳造機の鋳型に溶鋼を注入する浸漬ノズルは、アルミナグラファイトを主成分とし、溶鋼の流量制御を行うスライディングノズルにより、スループットを２トン／分として、１チャージあたりの鋳造時間を９０分とした（取鍋内の溶鋼量：１８０トン）。
舟型のタンディッシュに溶鋼を受けて、１ストランドの湾曲型の連続鋳造機で鋳造した。ここで、タンディッシュから連続鋳造機の鋳型に溶鋼を注入する浸漬ノズルは、アルミナグラファイトを主成分とし、溶鋼の流量制御を行うスライディングノズルにより、スループットを２トン／分として、１チャージあたりの鋳造時間を９０分とした（取鍋内の溶鋼量：１８０トン）。
（４）評価に関する指標について
・浸漬ノズルの閉塞に関する指標
○：スライディングノズルの開度は一定で、浸漬ノズルの閉塞が全くない場合。
△：１チャージの鋳造中にスライディングノズルの開度が徐々に大きくなり、浸漬ノズルに閉塞傾向がみられる場合（実用可能）。
×：１チャージの鋳造中に浸漬ノズルの閉塞が大きくなったため、浸漬ノズルの洗浄又は交換を実施した場合（実用不可）。
・浸漬ノズルの閉塞に関する指標
○：スライディングノズルの開度は一定で、浸漬ノズルの閉塞が全くない場合。
△：１チャージの鋳造中にスライディングノズルの開度が徐々に大きくなり、浸漬ノズルに閉塞傾向がみられる場合（実用可能）。
×：１チャージの鋳造中に浸漬ノズルの閉塞が大きくなったため、浸漬ノズルの洗浄又は交換を実施した場合（実用不可）。
・耐食性（発銹性）に関する指標
ＪＩＳ Ｚ ２３７１に準拠した中性塩水噴霧試験において、暴露を９６時間行った後の腐食面積率で、以下のように指標化した。
○：０．０５％以下の場合。
△：０．０５％超１％以下の場合（耐食性がやや劣化するが実用可能）。
×：１％超の場合（実用不可）。
ＪＩＳ Ｚ ２３７１に準拠した中性塩水噴霧試験において、暴露を９６時間行った後の腐食面積率で、以下のように指標化した。
○：０．０５％以下の場合。
△：０．０５％超１％以下の場合（耐食性がやや劣化するが実用可能）。
×：１％超の場合（実用不可）。
（５）連続鋳造した溶鋼について
溶鋼には、表１に示す成分を有する高純度のフェライト系ステンレス溶鋼を用いた。
この表１中の「Ｓ」と「Ａｌ」の各成分の濃度については、表２中に［％Ｓ］と［％Ａｌ］として記載した。
なお、表１と表２に記載の溶鋼成分とスラグ組成は、上記した合金成分調整後にサンプリングし分析して得られた結果である。
溶鋼には、表１に示す成分を有する高純度のフェライト系ステンレス溶鋼を用いた。
この表１中の「Ｓ」と「Ａｌ」の各成分の濃度については、表２中に［％Ｓ］と［％Ａｌ］として記載した。
なお、表１と表２に記載の溶鋼成分とスラグ組成は、上記した合金成分調整後にサンプリングし分析して得られた結果である。
表２に記載の実施例１〜６は、取鍋精錬後の溶鋼中のＡｌ濃度と、スラグ組成（即ち、「ＣａＯ濃度／Ａｌ２Ｏ３濃度」、「ＭｇＯ濃度」、「ＳｉＯ２濃度」、「ＣａＯ濃度＋Ａｌ２Ｏ３濃度＋ＭｇＯ濃度」）とを、前記した適正範囲内とした場合の結果である。
表２に記載のように、実施例１〜６は、溶鋼中のＡｌ濃度を適正範囲である下限値以上（０．０４質量％以上）を満足する条件としたためノズル閉塞の抑制が可能となり、また、溶鋼中のＳ濃度（即ち、ステンレス鋳片のＳ濃度、以下同様）を０．００３０質量％以下に低減できたため、ステンレス鋳片の耐食性を劣化させるＣａＳ介在物を減少できた。
従って、実施例１〜６の評価結果はいずれも、ノズル閉塞がなく（「○」）、耐食性が実用可能以上（実施例１〜４：「○」、実施例５、６：「△」）、であった。
表２に記載のように、実施例１〜６は、溶鋼中のＡｌ濃度を適正範囲である下限値以上（０．０４質量％以上）を満足する条件としたためノズル閉塞の抑制が可能となり、また、溶鋼中のＳ濃度（即ち、ステンレス鋳片のＳ濃度、以下同様）を０．００３０質量％以下に低減できたため、ステンレス鋳片の耐食性を劣化させるＣａＳ介在物を減少できた。
従って、実施例１〜６の評価結果はいずれも、ノズル閉塞がなく（「○」）、耐食性が実用可能以上（実施例１〜４：「○」、実施例５、６：「△」）、であった。
なお、実施例１〜４は、溶鋼中のＡｌ濃度を最適範囲である上限値以下（０．０７質量％以下）とし、実施例５は、溶鋼中のＡｌ濃度を最適範囲の上限値超（０．０８５質量％）とした場合の結果である。
この実施例１〜４のように、溶鋼中のＡｌ濃度を最適範囲の上限値以下とした場合、前記したように、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ介在物の生成を抑制できる。このため、実施例１〜４は、溶鋼中のＡｌ濃度が最適範囲の上限値超である実施例５よりも、耐食性を向上できた（「○」）。
この実施例１〜４のように、溶鋼中のＡｌ濃度を最適範囲の上限値以下とした場合、前記したように、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ介在物の生成を抑制できる。このため、実施例１〜４は、溶鋼中のＡｌ濃度が最適範囲の上限値超である実施例５よりも、耐食性を向上できた（「○」）。
また、実施例１〜４は、スラグのＳｉＯ２濃度を、前記したより好ましい範囲内（３．０質量％）とし、実施例６は、スラグのＳｉＯ２濃度を、より好ましい上限値超（４．０質量％）とした場合の結果である。
前記したように、脱硫能は、Ａｌ２Ｏ３濃度の変動よりもＳｉＯ２濃度の変動に敏感であり、ＳｉＯ２は、脱硫能の維持向上に有効である。このため、実施例１〜４、６から明らかなように、スラグのＳｉＯ２濃度が３．０〜４．０質量％程度の範囲で変動しただけで、溶鋼中のＳ濃度が０．００１１質量％（実施例２）〜０．００２９質量％（実施例６）まで、大きく変動した（実施例１〜４の耐食性が実施例６よりも向上した）。
前記したように、脱硫能は、Ａｌ２Ｏ３濃度の変動よりもＳｉＯ２濃度の変動に敏感であり、ＳｉＯ２は、脱硫能の維持向上に有効である。このため、実施例１〜４、６から明らかなように、スラグのＳｉＯ２濃度が３．０〜４．０質量％程度の範囲で変動しただけで、溶鋼中のＳ濃度が０．００１１質量％（実施例２）〜０．００２９質量％（実施例６）まで、大きく変動した（実施例１〜４の耐食性が実施例６よりも向上した）。
比較例１は、スラグの「ＣａＯ濃度＋Ａｌ２Ｏ３濃度＋ＭｇＯ濃度」を、適正範囲の下限値未満（９２質量％）とした場合の結果である。
このように、スラグの「ＣａＯ濃度＋Ａｌ２Ｏ３濃度＋ＭｇＯ濃度」を低減し過ぎると、ＦｅＯやＭｎＯのような脱硫能に悪影響を与える成分の質量割合が、相対的に増加する。このため、脱硫効率が悪化し、表２に示すように、溶鋼中のＳ濃度が適正範囲の上限値を超え（０．００３５質量％）、耐食性が悪化した（「×」）。
このように、スラグの「ＣａＯ濃度＋Ａｌ２Ｏ３濃度＋ＭｇＯ濃度」を低減し過ぎると、ＦｅＯやＭｎＯのような脱硫能に悪影響を与える成分の質量割合が、相対的に増加する。このため、脱硫効率が悪化し、表２に示すように、溶鋼中のＳ濃度が適正範囲の上限値を超え（０．００３５質量％）、耐食性が悪化した（「×」）。
比較例２は、スラグの「ＣａＯ濃度／Ａｌ２Ｏ３濃度」を、適正範囲の下限値未満（１．１）とした場合の結果である。
このように、スラグの「ＣａＯ濃度／Ａｌ２Ｏ３濃度」を低減し過ぎると、相対的にスラグ中のＡｌ２Ｏ３濃度が増加するため、溶鋼中のＡｌ２Ｏ３単独の介在物の個数が増加して、ノズル閉塞が発生した（「×」）。また、スラグの脱硫能もやや低下し、耐食性が悪化傾向にあった（「△」）。
このように、スラグの「ＣａＯ濃度／Ａｌ２Ｏ３濃度」を低減し過ぎると、相対的にスラグ中のＡｌ２Ｏ３濃度が増加するため、溶鋼中のＡｌ２Ｏ３単独の介在物の個数が増加して、ノズル閉塞が発生した（「×」）。また、スラグの脱硫能もやや低下し、耐食性が悪化傾向にあった（「△」）。
比較例３は、スラグの「ＭｇＯ濃度」を、適正範囲の上限値超（１５質量％）とした場合の結果である。
このように、スラグ中のＭｇＯ濃度が高過ぎると、スラグの滓化性が低下して脱硫能が低下し、溶鋼中のＳ濃度が増加して適正範囲の上限値を超え（０．００３２質量％）、その結果、耐食性が悪化した（「×」）。
このように、スラグ中のＭｇＯ濃度が高過ぎると、スラグの滓化性が低下して脱硫能が低下し、溶鋼中のＳ濃度が増加して適正範囲の上限値を超え（０．００３２質量％）、その結果、耐食性が悪化した（「×」）。
比較例４は、スラグの「ＳｉＯ２濃度」を、適正範囲の上限値超（６．０質量％）とした場合の結果である。なお、スラグの「ＳｉＯ２濃度」の上昇に伴い、スラグの「ＣａＯ濃度＋Ａｌ２Ｏ３濃度＋ＭｇＯ濃度」が相対的に、適正範囲の下限値未満（９０質量％）となった。
このように、スラグの「ＳｉＯ２濃度」が増加し過ぎることで、スラグの脱硫能が不十分となり、溶鋼中のＳ濃度が増加して適正範囲の上限値を超え（０．００６２質量％）、その結果、耐食性が悪化した（「×」）。また、ノズルも閉塞傾向にあった（「△」）。
このように、スラグの「ＳｉＯ２濃度」が増加し過ぎることで、スラグの脱硫能が不十分となり、溶鋼中のＳ濃度が増加して適正範囲の上限値を超え（０．００６２質量％）、その結果、耐食性が悪化した（「×」）。また、ノズルも閉塞傾向にあった（「△」）。
比較例５は、溶鋼中のＡｌ濃度を、適正範囲の下限値未満（０．０３０質量％）とした場合の結果である。
このように、溶鋼中のＡｌ濃度を低減し過ぎると、前記したように、スラグ中のＭｇＯを還元するためのＡｌ量が不足するため、表２に示すように、ノズル閉塞が発生した（「×」）。
このように、溶鋼中のＡｌ濃度を低減し過ぎると、前記したように、スラグ中のＭｇＯを還元するためのＡｌ量が不足するため、表２に示すように、ノズル閉塞が発生した（「×」）。
比較例６は、スラグの「ＣａＯ濃度／Ａｌ２Ｏ３濃度」を、適正範囲の上限値超（１．７）とした場合の結果である。
このように、スラグの「ＣａＯ濃度／Ａｌ２Ｏ３濃度」を増加し過ぎると、前記したように、ＣａＳの生成を抑制できず、その結果、耐食性が悪化した（「×」）。
このように、スラグの「ＣａＯ濃度／Ａｌ２Ｏ３濃度」を増加し過ぎると、前記したように、ＣａＳの生成を抑制できず、その結果、耐食性が悪化した（「×」）。
比較例７は、スラグの「ＭｇＯ濃度」を、適正範囲の下限値未満（１．０）とした場合の結果である。
このように、スラグの「ＭｇＯ濃度」を低減し過ぎると、前記したように、溶鋼中の金属Ａｌと反応するＭｇＯ量が不足し、Ａｌ２Ｏ３主体の介在物が生成して、表２に示すように、ノズル閉塞が発生した（「×」）。
このように、スラグの「ＭｇＯ濃度」を低減し過ぎると、前記したように、溶鋼中の金属Ａｌと反応するＭｇＯ量が不足し、Ａｌ２Ｏ３主体の介在物が生成して、表２に示すように、ノズル閉塞が発生した（「×」）。
以上のことから、本発明のステンレス鋳片の製造方法を用いることで、耐食性の向上と連続鋳造時のノズル閉塞の抑制、更には防止とを、スラグの環境問題を防止しつつ、低コストで安定的に実現できることを確認できた。
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明のステンレス鋳片の製造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
Claims (2)
- 取鍋内スラグ中のＣｒ酸化物を還元する工程と、脱硫及び脱酸を行う工程とを有する取鍋精錬により溶製した溶鋼を連続鋳造して、Ｃ濃度が０．０１質量％以下、かつ、Ｓ濃度が０．００３質量％以下のステンレス鋳片を製造する方法であって、
前記取鍋精錬後の前記溶鋼中のＡｌ濃度を０．０４質量％以上とし、かつ、前記取鍋内スラグの組成を、
１．２≦（質量％ＣａＯ）／（質量％Ａｌ２Ｏ３）≦１．５、
３質量％≦（質量％ＭｇＯ）≦１０質量％、
（質量％ＳｉＯ２）≦４．０質量％、及び、
（質量％ＣａＯ）＋（質量％Ａｌ２Ｏ３）＋（質量％ＭｇＯ）≧９５質量％、
とすることを特徴とするステンレス鋳片の製造方法。 - 請求項１記載のステンレス鋳片の製造方法において、前記取鍋精錬後の前記溶鋼中のＡｌ濃度を０．０７質量％以下とすることを特徴とするステンレス鋳片の製造方法。
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