JPH08104915A

JPH08104915A - ステンレス鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH08104915A
Application number: JP6243945A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Maya; 敬一真屋
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-10-07
Filing date: 1994-10-07
Publication date: 1996-04-23
Anticipated expiration: 2018-06-16
Also published as: JP3416858B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高品質の鏡面性を得ることができるステンレス
鋼の製造方法を提供する。【構成】脱炭及び還元工程から鋳込工程に至るまで、Al
含有物質を無添加として鋼中のsol.Alを50ppm 以下に制
御し、かつ還元工程においてSiの添加後から還元工程終
了に至るまでのスラグ組成を重量％で、下記条件に制御
する鏡面仕上用ステンレス鋼の製造方法。 1.0≦(%CaO)/(%SiO₂)≦1.5 (%Al₂O₃) ≦10% 、 (%MgO) ≦10% 【効果】地疵の少ない高品質の鏡面性を有する製品を得
るのに好適なステンレス鋼素材を安定して得ることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面地疵発生率を低減
し、高品質の鏡面仕上鋼板を得るのに好適なステンレス
鋼素材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高級ステンレス鋼板、特に装飾や反射鏡
などに使用される鏡面仕上げステンレス鋼（例えばJIS
SUS304相当鋼）板は、通常、ＡＯＤ炉、ＶＯＤ炉、転炉
に代表される製鋼炉で溶製し、連続鋳造で鋳片とし、鋳
片表面の手入れを行った後、熱間圧延、酸洗、冷間圧
延、さらに光輝焼鈍を経て最後にバフ研磨を行う工程で
製造される。

【０００３】この種の鏡面仕上げステンレス鋼板におい
ては、最終工程でバフ研磨を行った後に極く軽微な地疵
が表面に現れ、これが欠陥として検出され易いため、製
品に要求される品質グレードは極めて高い。

【０００４】この地疵の原因のひとつとして、製鋼段階
で生成する介在物の影響が挙げられる。例えば、鏡面仕
上げした製品の表面に数十μｍ以上の大型介在物が現れ
た場合、あるいは鋳片段階でそれ以下の大きさの介在物
であっても、圧延工程で伸展され 0.5〜数mmの線状に延
びた介在物群として製品表面に現れた場合、目視観察に
よって線状の大型地疵として検出される。

【０００５】鏡面仕上げ用ステンレス鋼の製造段階にお
いて、大型介在物を生成させず、かつ圧延加工を加えて
も線状に伸びない介在物に制御することができる精錬お
よび鋳込み方法が望まれている。

【０００６】特開昭58 130215号公報には、主として薄
板バネ材用スレンレス鋼の精錬において、耐疲労性を改
善するために非金属介在物の生成を抑制するとともに、
その形態を制御する脱酸方法が示されている。しかしこ
の発明では、鏡面性に影響を及ぼす表面地疵との関係に
おいて、脱酸剤としてのAlの使用可否およびAl含有量の
限界値は明らかではない。

【０００７】特開平３ 267312号公報および特開平４
99215 号公報には、精錬ないしは仕上工程のみを対象と
して溶鋼中のsol.Alを低値に維持する鏡面仕上用などの
ステンレス鋼の製造方法が示されている。しかし、溶鋼
が炉内にある時点のみを対象としてsol.Al値を制御する
方法で得られた鋼では、さらに高水準の鏡面性を達成す
ることは困難である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の課題を
解決するためになされたものであり、本発明の目的は、
鏡面仕上げステンレス鋼の製品段階において、大型地疵
または線状地疵の発生率が少ない高品質の鏡面性を得る
ことができる素材鋼の製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の鏡
面仕上用ステンレス鋼の製造方法にある。

【００１０】鏡面仕上用ステンレス鋼の製造工程におい
て、脱炭および還元工程から鋳込み工程に至るまで、Al
含有物質を無添加として鋼中のsol.Alを50ppm 以下に制
御し、かつ、還元工程においてSiの添加後から還元工程
終了に至るまでのスラグ組成を重量％で、下記条件に制
御することを特徴とする鏡面仕上用ステンレス鋼の製造
方法。

【００１１】1.0 ≦(%CaO)/(%SiO₂)≦1.5 (%Al₂O₃)≦10% (%MgO)≦10% 上記の「Al含有物質」には金属Alも含む。「鏡面仕上用
ステンレス鋼」には、フェライト系およびオーステナイ
ト系の双方、２相系ステンレス鋼ならびに高Niなどのオ
ーステナイト合金を含むが、上記方法はオーステナイト
系に適用するのが望ましい。

【００１２】本発明は、鏡面仕上ステンレス鋼における
大型地疵、または線状地疵の発生率を低減し、高品質の
製品を製造するために適した条件として、介在物組成を
決定する溶鋼の脱酸条件、特に還元精錬期の脱酸条件お
よびスラグ組成条件を制御することによって、品質上無
害な介在物に変化させることに特徴を有する。

【００１３】具体的には、次の〜のとおりである。

【００１４】大型地疵の原因となる大型 Al₂O₃クラス
ターの生成を抑制すべく、精錬工程から鋳込み工程に至
るまでの鋼中のsol.Al値の上限を定めた。

【００１５】脱炭と還元の各工程における炉内はもと
より、取鍋内、タンディッシュ内および鋳型内において
も、Al含有物質は添加しない。Si合金などの不可避的に
Alを含む物質を添加せざるを得ない場合は、そのAl含有
量を或る値以下に管理する。

【００１６】線状地疵の原因となる延性介在物の生成
（介在物の低融点化）を抑制すべく、還元精錬期のスラ
グ塩基度を低めにし、かつスラグ成分のうち、Al₂O₃お
よびMgO の濃度の上限を定めた。

【００１７】

【作用】ステンレス鋼の中でも高級な用途に適用される
鏡面仕上用ステンレス鋼は、その製品表面に非金属系介
在物が地疵として現出しやすいため、その溶製と鋳込み
には高い清浄化技術の導入が要求されている。

【００１８】特に、製鋼段階で大型介在物（数十μｍ以
上のレベル）が生成した場合、製品段階で地疵となる
が、製鋼段階でそれ以下の大きさの介在物でも、熱延工
程で伸延され、冷延工程にて分断されないような延性介
在物が生成した場合、長さ 0.5〜数mmの目視で認められ
る線状地疵となって現出し、鏡面性が劣る製品となる。

【００１９】鏡面仕上ステンレス鋼板において、上記の
ような線状地疵が発生しないようにするための製造条件
は、次の二つである。

【００２０】脱炭工程から還元工程、さらに鋳込み工
程に至るまで、金属AlまたはAl合金などのAl含有物質、
Alを含有する連続鋳造用フラックスやパウダーを添加せ
ずに、鋼中のsol.Alを50ppm 以下に制御する必要があ
る。脱炭および還元工程で用いることができる装置は、
それぞれＡＯＤ炉、ＶＯＤ炉などである。

【００２１】還元工程においてSiの添加後から還元工
程終了に至るまでのスラグ条件を、 1.0 ≦(%CaO)/(%SiO₂)≦1.5 とし、かつ、 (%Al₂O₃)≦10% (%MgO)≦10% に制御する必要がある。

【００２２】まず、条件のAlについて説明する。

【００２３】脱炭から還元に至る炉内溶製工程におい
て、例えば金属Alを添加した場合、たとえ還元終点にお
けるsol.Alが50ppm 以下であっても、鋼中においては大
きさが数十μｍを超える大型 Al₂O₃クラスターが存在す
る。この理由は、Alを添加すれば、その添加時点におい
て、鋼中のAlが溶鋼全体に均一分散されるまでは、Alを
添加した場所の近傍ではsol.Al濃度が極めて高い状態に
あり、この高濃度sol.Alが大型 Al₂O₃クラスターを生成
させ、従って、Alの添加段階で大型 Al₂O₃クラスターが
生成し、それが溶鋼中で保持された場合については製品
段階で問題となる大型線状地疵の原因となるからであ
る。

【００２４】脱酸剤として還元工程で添加されるSi源で
あるFe Si（フェロシリコン）または金属Siなどに含ま
れるAlも極力低いことが望ましい。これらのSi源中の不
純物Alによっても、上記の大型 Al₂O₃クラスターが生成
するからである。金属Si中のAlは通常0.5 Wt％以下で問
題ないが、Fe SiはAl含有量が１〜0.5 Wt％の低Al品を
選択して用いる。

【００２５】さらに、取鍋内でAl含有物質を添加する
と、このAlも大型 Al₂O₃クラスターを生成させる要因と
なるので、取鍋内へのAl含有物質の添加は行わない。

【００２６】鋳込み時についても、用いる連続鋳造用パ
ウダー中に発熱用Alが含まれている場合があり、この種
の発熱性パウダーの使用は避ける必要がある。パウダー
中のAlによっても同様に大型 Al₂O₃クラスターが生成す
るためである。

【００２７】また、Alを添加しなくても、溶製工程にお
いて或る一時期でもスラグや耐火物中のAl₂O₃が解離し
て50ppm を超えるsol.Alとして溶出するような反応があ
る場合（例えば、ＡＯＤ炉、ＶＯＤ炉などで未脱酸の溶
鋼にSi、Mnなど他の脱酸元素を添加した直後、局所的に
強脱酸雰囲気となった場合）についても、その段階で大
型 Al₂O₃クラスターが生成し、製品段階で望ましくない
大型地疵となる。

【００２８】このような理由で、脱炭から鋳込みに至る
工程ではAl含有物質の添加は避ける必要があることはも
ちろん、添加しない場合であっても、全製造工程を通し
て鋼中のsol.Alは、必ず50ppm 以下に維持しなければな
らないのである。

【００２９】図１に、鏡面仕上材用SUS304の製造工程
（電気炉〜ＡＯＤ炉〜取鍋〜鋳型、溶鋼量80トン）にお
けるsol.Alの最大値とAl₂O₃介在物起因によるコイルで
の地疵発生率との関係を示す。コイル厚さは1.5 mm、ス
ラグ組成は後述する本発明の範囲内の場合である。な
お、地疵発生率は下記式(1) で定義した。

【００３０】地疵発生率(%) ＝〔χ／（コイル長さ(m) ／２）〕× 100・・・(1) ここで、χはコイルを２ｍ毎のコイル分子に区切った場
合に、介在物起因の地疵が１個以上存在するコイル分子
の数である。例えば、200 ｍのコイル（２ｍ単位のコイ
ル分子は100 個）に、地疵が１個以上存在するコイル分
子が10分子あれば、地疵発生率は10％となる。

【００３１】このように、製造工程におけるsol.Alの最
大値を50ppm に抑制することにより、大型のAl₂O₃クラ
スター状介在物が生成する確率を低減し、Al₂O₃介在物
起因の地疵発生率を低く抑えることが可能である。

【００３２】なお、実生産プロセスにおいては、種々の
精錬状況の変動（例えば、溶鋼温度のチャージ毎の変
動、溶鋼中の成分偏析など）により、局所的にsol.Al濃
度の変動、偏析が大きいことが多い。そのため、より精
度高く、かつ安全サイドでsol.Al濃度を管理するとすれ
ば、鋼中のsol.Alは常に15ppm 以下にしておくのが望ま
しい。

【００３３】次に、条件のスラグ組成について説明す
る。

【００３４】溶製時におけるSi脱酸前の溶鋼中の介在物
はCr₂O₃・ MnO であるが、Si添加後にはスラグや耐火物
などからCa、Mg、Alなどが、Si源から微量のAlがそれぞ
れ溶出して、下記(2) に示すように時間経過とともに介
在物形態変化が起こる。

【００３５】 Cr₂O₃ ・ MnO→ Cr-Mn-(Si)-(Ca)-(Mg)-(Al)-O 〔 Cr₂O₃ ・ MnO系非延性介在物〕 → Si-Ca-Mg-Al-(Cr)-(Mn)-O ・・・・・・・・・・・・・(2) 〔延性介在物〕なお、上記(2) 中の介在物組成の表記において、( )内
の元素は、介在物中のその元素の組成比が相対的に低い
ことを表す。例えば、Cr-Mn-(Si)-(Ca)-(Mg)-(Al)-O で
表される介在物は、主にCr₂O₃とMnO を含有し、その他
に若干量のSiO₂、 CaO 、 MgO 、 Al₂O₃（例えば、重量％
で各々20％以下）を含有する介在物である。

【００３６】Cr-Mn-(Si)-(Ca)-(Mg)-(Al)-O 系介在物
（Cr₂O₃・ MnO 系非延性介在物）が、素材鋼スラブ表面
に現出しても、これは融点の高い非延性介在物であるた
めに、鋳込み工程の後の圧延工程でも伸延されない。そ
のため、点状の地疵として観察されるものの、目立たな
いので問題とならない。

【００３７】一方、介在物形態変化がさらに進んでSi-C
a-Mg-Al-(Cr)-(Mn)-O 系介在物となって素材鋼スラブ表
面に現出すれば、これは融点の比較的低い延性介在物で
あるために、圧延工程で伸延される。そのため、線状地
疵として観察されるので品質上問題となる。

【００３８】例えば、図２(a) に示すように、Cr₂O₃・
MnO 系非延性介在物が製品表面に観察される場合、その
介在物は伸延されていないために、地疵としては多くの
場合、圧延方向に対して長さの短い問題のない地疵とな
る。一方、Si-Ca-Mg-Al-(Cr)-(Mn)-O 系延性介在物が製
品表面に観察される場合、図２(b) に例示するように伸
延されて目視でも目立つ大型線状地疵となる。

【００３９】Si添加後の介在物の形態をCr₂O₃・ MnO 系
非延性介在物に止めるように制御する、言い替えれば、
この非延性介在物をSi-Ca-Mg-Al-(Cr)-(Mn)-O 系の延性
介在物にまで、その形態を変化させないようにするに
は、還元工程においてSiの添加後から還元工程終了に至
るまでのスラグ条件を、1.0 ≦(%CaO)/(%SiO₂)≦1.5 と
し、かつ、(%Al₂O₃)≦10% 、(%MgO)≦10% に制御する必
要がある。

【００４０】前記(2) に示される介在物形態の変化は、
溶鋼の脱酸力が強いほど速やかに進行する。また、〔S
i〕レベルが一定の場合には、(%CaO)/(%SiO₂)で表した
スラグ塩基度が大きいほど、Siの脱酸力が強く働き、変
化反応がより進行することになる。

【００４１】そこで、この介在物形態を制御するための
方法として、まずスラグ塩基度の制御に注目した。スラ
グ塩基度の制御により、スラグ中のSiO₂の活量が制御で
きるので、溶鋼のSi脱酸力を変化させることが可能とな
る。よって、前記(2) で示される介在物形態変化の反応
速度を制御することができる。

【００４２】図３に、スラグ塩基度を変化させたときの
介在物形態変化の例として、80トンＡＯＤ炉における還
元工程時の、スラグ塩基度と製品地疵部に存在する介在
物中のCr₂O₃・ MnO 系非延性介在物の比率との関係を示
す。図４に、スラグ塩基度と製品での線状地疵発生率と
の関係を示す。

【００４３】図３および図４に示すように、スラグ塩基
度が1.5 以下の場合、地疵部に存在する介在物のほとん
どがCr₂O₃・ MnO 系非延性介在物であり、その地疵形状
はほとんど線状ではなく点状であるため、問題となるこ
とは少ない。一方、スラグ塩基度が1.5 を超える場合に
は、Cr₂O₃・ MnO 系非延性介在物中にCa、Mg、Si、Ａｌ
などの酸化物成分が増加し、そのため融点の低い延性介
在物となり、それが線状地疵となる。

【００４４】スラグ塩基度が1.0 に満たない場合、耐火
物（マグクロ、マグドロ系）の溶損が激しくなる傾向に
なるため、操業上望ましくない。

【００４５】以上の結果から、スラグ塩基度の適正範囲
は、1.0 ≦(%CaO)/(%SiO₂)≦ 1.5とした。

【００４６】さらに、スラグ成分の中で、スラグ塩基度
以外に重要な制御項目は、Si-Ca-Mg-Al-(Cr)-(Mn)-O 系
延性介在物への形態変化を促進するスラグ中のAl₂O₃お
よびMgO の濃度である。これらのスラグ中濃度が高くな
りすぎると、溶出するAlおよびMgの量が増大しやすくな
る傾向になり、それら濃度の上限を限定する必要があ
る。

【００４７】図５に、スラグ塩基度1.5 の場合におい
て、線状地疵発生率に及ぼすスラグ中のAl₂O₃およびMg
O の影響を示す。ともにスラグ中の濃度が10％を超える
と、線状地疵発生率が増加し始める。よって、スラグ塩
基度に加え、スラグ組成の条件をAl₂O₃≦10％、MgO ≦
10％とした。スラグ中のAl₂O₃およびMgO の濃度は低い
ほど望ましい。

【００４８】本発明の製造方法は、フェライト系および
オーステナイト系の双方、２相系ステンレス鋼ならびに
高Niなどのオーステナイト合金に適用することができる
が、オーステナイト系に適用するのが望ましい。

【００４９】

【実施例】

（本発明例）SUS304ステンレス鋼を溶製するにあたり、
80トンＡＯＤ炉で〔Ｃ〕を 1.5〜２％から0.04％または
0.05％まで脱炭を行った後、表１に示す溶鋼（脱炭後）
を得た。その後低AlのSiを添加すると同時に、同表に示
す種々の組成条件でスラグ（溶鋼トンあたりのスラグ量
は数10kg）を接触させることにより還元精錬を行い、同
表に示す溶鋼（還元後）を得た。

【００５０】

【表１】

【００５１】上記の還元溶鋼を用いて垂直型連続鋳造機
で幅1200mm、厚さ206mm のスラブを0.7〜0.8m/minの鋳
込み速度で鋳造した。この製造の間、溶鋼中には低Alの
Si以外のAl含有物質は全く添加しなかった。

【００５２】このスラブを表面手入れした後1200℃に加
熱し、連続熱間圧延機で厚さ 3.6mmに圧延した（圧下比
約60）。この熱延板を酸洗し、連続冷間圧延機で厚さ
1.5mmに圧延し（圧下比約 2.4）、光輝焼鈍を行った後
テンパーミルで二次冷延し、厚さ1.5mm の薄鋼板を製造
した。

【００５３】このようにして得られた鋼板をバフ研磨し
た後、前記式(1) を用いて地疵発生率を調査した。この
結果を表１に併せて示す。地疵発生率は、いずれの場合
も２％以下であり、極めて良好な結果となった。

【００５４】（比較例）表２に示すように、スラグ条件
またはAl添加条件を本発明で定める範囲外とし、これら
を除いて本発明例と同様の条件で薄鋼板を製造し、地疵
発生率を調査した。これらの条件と結果を表２に示す。

【００５５】

【表２】

【００５６】実施No.4〜No.7では、いずれも地疵発生率
が２％以上に高くなった。実施No.8では、地疵発生率は
２％以下と低かったが、スラグ塩基度が低すぎるためＡ
ＯＤ炉の耐火物であるマグクロ煉瓦の溶損が多く、操業
上問題であった。

【００５７】

【発明の効果】本発明方法によれば、地疵の少ない高品
質の鏡面性を有する製品を得るのに好適なステンレス鋼
素材を安定して製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】精錬工程における溶鋼中sol.Alの最大値とAl₂O
₃介在物起因による地疵発生率との関係を示す図であ
る。

【図２】地疵部で観察される介在物の例を示す図であ
る。(a) は非延性であって微細なもの、(b) は延性であ
って望ましくない大型のものである。

【図３】スラグ塩基度と地疵部にCr₂O₃・ MnO 系非延性
介在物が存在する比率との関係を示す図である。

【図４】スラグ塩基度と線状地疵発生率との関係を示す
図である。

【図５】スラグ中(MgO) 、(Al₂O₃) 濃度と線状地疵発生
率との関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鏡面仕上用ステンレス鋼の製造工程におい
て、脱炭および還元工程から鋳込み工程に至るまで、Al
含有物質を無添加として鋼中のsol.Alを50ppm 以下に制
御し、かつ、還元工程においてSiの添加後から還元工程
終了に至るまでのスラグ組成を重量％で、下記条件に制
御することを特徴とする鏡面仕上用ステンレス鋼の製造
方法。 1.0≦(%CaO)/(%SiO₂)≦1.5 (%Al₂O₃) ≦10% (%MgO) ≦10%