JPH11117015A - 製鋼用Ｆｅ−Ｌａ−Ａｌ合金および溶鋼へのＬａ添加方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶鋼へのＬａ添加を歩留り良く、かつ作業性
良く実施できる手段を提供する。 【解決手段】 Ｌａ：30〜70質量％，Ａｌ：5〜20質量
％を含有し、必要に応じて残部Ｆｅおよび不可避的不純
物からなる製鋼用Ｆｅ−Ｌａ−Ａｌ合金をＬａ添加材と
して用いる。適当なサイズに小割りした上記Ｆｅ−Ｌａ
−Ａｌ合金塊を湯面上に落下投入することによって溶鋼
にＬａを添加する。適用鋼種として、特にＣｒ：15〜26
質量％，Ａｌ：2〜6質量％を含有するフェライト系ステ
ンレス鋼が挙げられる。この場合、添加材投入時の溶鋼
温度は1570〜1620℃とするのが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鋼を溶製する際
に合金添加材あるいは精錬用添加材として用いるＦｅ−
Ｌａ−Ａｌ合金、および、その合金を用いた溶鋼への歩
留りの良いＬａ添加方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｌａは高Ａｌ含有フェライト系ステンレ
ス鋼の耐高温酸化性を向上させる元素として知られ、ま
た鉄鋼精錬においては優れた脱酸・脱硫能を発揮するこ
とから、溶鋼に添加して使用される機会が増えつつあ
る。通常、溶鋼に希土類元素を添加する場合、Ｃｅ，Ｌ
ａ，Ｎｄ等を主成分とするミッシュメタルとして添加す
ることが多いが、希土類元素のうち特にＬａを選択的に
添加する場合には、従来Ｍ−Ｌａ（＝メタルＬａ；純Ｌ
ａ）を添加していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、Ｍ−Ｌａは極
めて活性であり、しかも融点が918℃と溶鋼温度よりか
なり低いこともあって、そのまま溶湯上から添加すると
スラグや大気中の酸素と反応して急速に酸化される。こ
のため、溶鋼への歩留りは低くなり、かつ安定しない。
したがって、多量のＭ−Ｌａの使用が避けらないうえ
に、Ｌａの「成分外れ」も生じ易い。また、Ｍ−Ｌａは
保存も難しい。すなわち、大気中で表面が酸化するとと
もに湿分とも反応し、水素を吸蔵するという問題があ
る。さらに、多量のＭ−Ｌａ添加は、精錬容器や取鍋の
ＭｇＯ耐火物から溶出したスラグ中のＭｇＯの還元反応
（次式）を促し、鋼中のＭｇ濃度を高める。 ３(ＭｇＯ)＋２Ｌａ → (Ｌａ₂Ｏ₃)＋３Ｍｇ その結果、凝固時に過飽和になったＭｇは気泡を生成
し、特にスラブ表層付近に生成した管状気泡は熱延時に
ヘゲ疵となって製品品質を劣化させる。このためスラブ
の重研削を余儀なくされ、これが製品歩留りを著しく低
下させる要因となっている。

【０００４】一方、希土類元素等の易酸化性元素を歩留
り良く溶鋼中に添加する方法として、例えば特開平8−3
32551号公報に示されるように、易酸化性元素を鉄シー
スで被覆したワイヤを竪型タンディシュ内に送給して添
加する「ワイヤフィード法」や、易酸化性元素を含む粉
粒状の合金鉄を不活性ガスキャリアで吹き込む「インジ
ェクション法」がある。しかし、これらの方法は特別な
設備を必要とし、また添加材の形態をワイヤ状あるいは
粉粒状にしなくてはならないという欠点がある。

【０００５】そこで本発明は、溶鋼にＬａを添加するに
際し、特殊な設備を必要とせず、Ｌａの歩留りが高くか
つ安定し、添加材の準備や保存も容易となるＬａ添加技
術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】上記目的は、Ｌａ添加材
として、30〜70質量％のＬａと、5〜20質量％のＡｌを
含有するＦｅ−Ｌａ−Ａｌ合金を用いることによって達
成される。特に、種々の鋼種に幅広く適用できる「汎用
性」の高いＬａ添加材として、上記含有量範囲のＬａ，
Ａｌの残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる組成の
Ｆｅ−Ｌａ−Ａｌ合金を提供する。

【０００７】また本発明では、溶鋼にＬａを添加するに
際し、上記Ｆｅ−Ｌａ−Ａｌ合金の「合金塊」を湯面上
に落下投入することを特徴とする歩留りの良いＬａ添加
方法を提供する。ここで、合金塊は、鋼の成分調整を行
うための秤量ができ、かつ落下投入するのに適したもの
であればよく、特にサイズ・形状・数を規定するもので
はない。その具体例としてはインゴットをミルやハンマ
ー等で砕いたもの、あるいはインゴット自体などが挙げ
られる。

【０００８】さらに、上記Ｌａ添加方法が効果的に適用
できる態様として、溶鋼を特に、15〜26質量％のＣｒ
と、2〜6質量％のＡｌを含有するフェライト系ステンレ
ス鋼の溶鋼に規定した発明を提供する。この場合におい
て、Ｆｅ−Ｌａ−Ａｌ合金塊を投入する時の溶鋼温度は
特に1570〜1620℃の範囲とすることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】前述のようにＬａは極めて活性度
が高く、また融点も溶鋼温度よりかなり低い。ところ
が、ＬａはＦｅと合金化することによって融点が上昇
し、しかもＬａとＦｅは約1600℃付近の製鋼温度におい
て均一融体を形成することが知られている。すると、Ｆ
ｅ−Ｌａ合金を添加材として使用すれば、Ｍ−Ｌａより
も活性度を下げた状態でＬａを溶鋼中に添加できるもの
と考えられ、効率の良いＬａ添加の実現が期待される。

【００１０】しかしながら、本発明者らがＦｅ−Ｌａ合
金の使用を試みたところ、そのインゴットは容易に小割
りすることができず、実作業においては極めて扱いにく
いものであることが判った。つまり、Ｆｅ−Ｌａ合金は
比較的靭性に富んでおり、ミルやハンマー等で破砕して
用いることができないのである。通常、製鋼工場で副原
料を添加する場合、合金バンカー等から所定量を取り出
して、コンベア等で精錬容器近くまで搬送し、ホッパ等
の送給装置にて溶湯に投入する。その際、投入原料は小
割りされていないと円滑に供給することができないばか
りでなく、秤量も精度良くできない。また大きいままで
は溶鋼中への溶解性も悪くなる。一方、Ｆｅ−Ｌａ合金
インゴットを小球状に鋳造して用いる方法も考えられる
が、Ｆｅ−Ｌａ合金は真空タンク内で溶製されるため、
小球状に鋳造することは設備的に困難である。このよう
に、Ｆｅ−Ｌａ合金はＬａ添加材として必ずしも適して
いないことが明らかになった。

【００１１】本発明者らは、Ｆｅ−Ｌａ合金ではなく、
Ｆｅ−Ｌａ−Ａｌ合金を採用することによって、このよ
うな問題を解消するに至った。種々の試験の結果、特定
組成のＦｅ−Ｌａ−Ａｌ合金は小割りが容易であるこ
と、そして、Ｌａの活性度が低減され、溶鋼へ落下投入
して用いるＬａ添加材として適していることが判明した
のである。以下に、本発明を特定するための事項につい
て説明する。

【００１２】Ｆｅ−Ｌａ−Ａｌ合金中のＡｌ含有量を5
質量％以上とすることにより、合金は適度に脆化し、ミ
ルやハンマー等を用いて破砕することが可能になる。さ
らにＡｌ含有量を10質量％以上とすれば一層容易に破砕
できるようになり、投入量を微調整するうえで便利とな
る。一方、Ａｌ含有量が20質量％を超えると合金の比重
が小さくなりすぎて溶鋼中に沈みにくくなり、落下投入
にて高いＬａ歩留りを得ることが難しくなる。また、Ａ
ｌ添加を要しない鋼にも適用できる「汎用性」を持たせ
るためにも合金のＡｌ含有量は20質量％以下とするのが
よい。さらに、合金のＡｌ含有量を15質量％以下にとど
めるとＡｌ濃度を低減すべき鋼にも適用できるようにな
り、汎用性は一層高まる。以上のように、本発明のＦｅ
−Ｌａ−Ａｌ合金ではＡｌ含有量を5〜20質量％に規定
するが、破砕性を重視する場合はＡｌ含有量の下限を10
質量％に、また、鋼中のＡｌ濃度増加防止を重視する場
合はＡｌ含有量の上限を15質量％にそれぞれ制限するこ
とが望ましい。

【００１３】Ｆｅ−Ｌａ−Ａｌ合金中のＬａ含有量を70
質量％以下にするとＬａの活性度が低下する効果が顕著
に現れ、鋼中へのＬａ歩留りが急激に向上する。同時
に、スラグ中のＭｇＯと反応するＬａ量が少なくなるた
め鋼中のＭｇ濃度の増加が抑制され、その結果、スラブ
中の管状気泡の生成が防止されるようになる。合金のＬ
ａ含有量が減少するほどＬａの活性度は低下すると考え
られ、Ｌａ含有量を70質量％からさらに低減していくと
鋼中へのＬａ歩留りは緩やかに向上する。しかし、合金
のＬａ含有量の減少に伴って、必要となる合金の量は増
加する。合金投入量の増加は溶鋼温度の低下を招き、好
ましくない。本発明者らの調査の結果、合金のＬａ含有
量を30質量％以上にしておけば比較的小ロットの生産に
おいても問題なく使用できることが確認された。したが
って、本発明のＦｅ−Ｌａ−Ａｌ合金におけるＬａ含有
量は30〜70質量％に規定する。なお、溶鋼中へのＬａ歩
留りのチャージ間変動をより安定化させるには、Ｌａ含
有量を30〜50質量％の範囲とすることが望ましい。

【００１４】本発明のＦｅ−Ｌａ−Ａｌ合金は、必要に
応じてＦｅ，Ｌａ，Ａｌ以外の他の元素を適宜含有して
もよい。ただし、Ｆｅは少なくとも5質量％以上含有す
ることが望ましい。また、実質的にＦｅ，Ｌａ，Ａｌだ
けからなる合金、すなわち上記所定量のＬａ，Ａｌと残
部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるＦｅ−Ｌａ−Ａｌ
３元合金は、多くの鋼種に適用できる汎用性の高いもの
である。

【００１５】このようなＦｅ−Ｌａ−Ａｌ合金は、例え
ば真空誘導溶解炉を用いてＡｒ雰囲気下で成分元素を含
む原料を溶解する方法等により得ることができる。得ら
れたインゴットは適度な靭性と脆性を兼ね備えているた
め、鋳型から取り出す際や運搬時の取り扱いも比較的容
易であり、かつ、破砕機やハンマー等を用いて小割りす
ることができる。小割りするサイズは、秤量ができ、湯
面上（通常はスラグの湯面上）から落下投入して溶鋼中
へ沈めることができ、かつ短時間で溶解するサイズとす
ればよい。すなわち、例えば粉粒状のようにあまり小さ
いものを落下投入するとスラグ中にトラップされて溶鋼
中に十分入らず、逆にあまり大きな塊(かたまり)では精
度良い秤量ができないばかりか、溶解に時間がかかりす
ぎることになる。適切な小割りサイズは一概には言えな
いが、例えば１チャージが数十トン規模の大量生産現場
では30〜50mm程度に小割りした合金塊が好適に使用でき
る。もっとも、インゴット自体が小さければそのまま投
入してもよい。

【００１６】本発明のＦｅ−Ｌａ−Ａｌ合金は種々の鋼
種に適用できるが、なかでも特に高Ａｌ含有フェライト
系ステンレス鋼の製造に適用すれば非常に効果的であ
る。すなわち、Ｃｒ：約15〜26質量％，Ａｌ：約2〜6質
量％を含有するフェライト系ステンレス鋼は耐高温酸化
性に優れる材料として周知であり、これに微量のＬａを
含有させることによって酸化スケールの耐剥離性等が著
しく向上することが知られている。しかし、そのＬａ含
有量の適正範囲は例えば0.05〜0.2質量％、あるいは0.0
2〜0.15質量％というように狭いにもかかわらず、Ｌａ
の歩留りは低くかつ安定しないため、ロット間の品質の
バラツキや「成分外れ」が出やすいという製造上の問題
を抱えている。したがって、このような鋼種に本発明を
適用する意義は大きい。

【００１７】Ｃｒ：15〜26質量％，Ａｌ：2〜6質量％を
含有するフェライト系ステンレス鋼の溶鋼に上記したＦ
ｅ−Ｌａ−Ａｌ合金塊を落下投入する際、溶鋼温度が15
70〜1620℃の範囲で投入することが望ましい。1570℃未
満ではＬａ歩留りに若干の向上がみられるものの、出鍋
温度が低くなりすぎるため何らかの方法により溶鋼温度
を上昇させる必要が生じる。逆に、1620℃を超えるとＬ
ａ歩留りが下がるとともに、出鍋温度まで溶鋼温度を下
げるために静置させる等の処置が必要となり、作業時間
のロスにもなる。

【００１８】

【実施例】

〔実施例１〕Ｌａ添加材として、表１に示す７種類のＦ
ｅ−Ｌａ−Ａｌ合金、および２種類のＦｅ−Ｌａ合金を
真空誘導溶解炉を用いて溶製した。原料としては電解
鉄，Ｍ−Ｌａ，電解Ａｌを用い、これらをＡｒ雰囲気下
のマグネシアルツボ中で溶解し、鉄鋳型に鋳造して約12
kgの鋳塊を得た。分析の結果、これらの合金中へのＬａ
歩留りはほぼ100％であった。

【００１９】まず各鋳塊およびＭ−Ｌａについてハンマ
ーによる小割りを試み、破砕が可能であるか否かを評価
した。その結果、表１中に示すとおり、Ａｌを含有しな
いＦｅ−Ｌａ合金およびＡｌ含有量が5質量％未満のＦ
ｅ−Ｌａ−Ａｌ合金は破砕することができなかったが、
Ａｌを5質量％以上含有するＦｅ−Ｌａ−Ａｌ合金は全
て破砕可能であった。また、Ｍ−Ｌａも破砕可能であっ
た。

【００２０】次に、破砕が可能であったＦｅ−Ｌａ−Ａ
ｌ合金およびＭ−ＬａをＬａ添加材として用いて、18Ｃ
ｒ−3Ａｌ鋼にＬａを添加する実験を行った(表１の実験
No.1〜7)。各チャージとも、マグネシアルツボ中で12kg
の18Ｃｒ−3Ａｌ鋼を溶解し、ＣａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ
₃系スラグを溶鋼上に添加した後、溶鋼温度を1600℃に
保持し、溶鋼中のＬａ含有量がおおよそ0.03〜0.1質量
％程度になることを目標に、適当量のＬａ添加材をスラ
グの湯面上から落下投入した。その際、添加材投入前お
よび投入後（添加材溶解後）の溶鋼温度を測定した。そ
して、Ｌａ添加後の溶鋼を鉄鋳型に鋳造し、鋳塊を切断
・研削して気泡の有無を調査するとともに、鋳塊中のＬ
ａ濃度を分析して添加材から鋼中へのＬａ歩留りを求め
た。

【００２１】その結果、表１中に示すように、Ｌａ含有
量：80質量％の添加材を用いた場合(実験No.5)のＬａ歩
留りは、Ｍ−Ｌａを用いた場合(実験No.7)と比べてほと
んど改善されなかったのに対し、Ｌａ含有量：70質量％
の添加材を用いると(実験No.2)とＬａ歩留りは急激に向
上した点が注目される。また、添加材のＡｌ含有量が30
％と高かった場合(実験No.6)は、比重が小さすぎて溶鋼
中に十分沈まず、Ｌａ歩留りはむしろ低下した。

【００２２】また、Ｌａ歩留りが高かったもの(実験No.
1,2,3,4)は、いずれも鋳塊中に気泡の生成が見られなか
った。これは、スラグ中のＭｇＯとの反応に消費される
Ｌａが少なく、溶鋼中のＭｇ濃度の増加が低く抑えられ
たために、凝固時にＭｇがガスとして放出されるに至ら
なかったものと考えられる。

【００２３】

【表１】

【００２４】〔実施例２〕１チャージ；80トン規模の製
鋼ラインにおいて、本発明のＦｅ−Ｌａ−Ａｌ合金を使
用し、高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼（20％Ｃｒ
−5％Ａｌ鋼）にＬａを添加した。まず予め、添加材と
して用いるＦｅ−50％Ｌａ−10％Ａｌ合金300kgを実施
例１と同様の方法で溶製し、破砕機を用いておおよそこ
ぶし大程度に小割りした。溶鋼へのＬａ歩留りを50％と
予測し、鋼のＬａ含有量の目標値；0.08質量％に対して
必要となる投入量を算出して、小割りした合金塊を秤量
した。一方、ステンレス鋼の溶鋼(80トン)は、電気炉→
転炉→真空脱ガスの工程を経てＬａ以外の成分調整を既
に終えたものを用いた。

【００２５】溶鋼温度が1585℃の時、秤量した上記Ｆｅ
−Ｌａ−Ａｌ合金塊を副原料投入ホッパから送給して、
溶鋼の上に浮いているスラグの湯面上から落下投入し
た。投入による溶鋼温度の低下は約3℃と小さく、全く
問題にならない程度であった。その後、連続鋳造してス
ラブを得た。スラブからカットサンプルを採取し、冷却
後に表面を研削して管状気泡の生成を調べた。その結
果、管状気泡は見られなかった。また、スラブの成分分
析を行った結果、Ｌａ含有量は0.085質量％であった。
すなわち、ほぼ目標どおりのＬａ含有量となり、実績歩
留りも53％とほぼ予測値に近く、良好な結果であった。

【００２６】

【発明の効果】 本発明のＦｅ−Ｌａ−Ａｌ合金を用いれば、活性度を
低減した状態で溶鋼にＬａを添加できるので、溶鋼中へ
のＬａ歩留りは高くかつ安定する。このため、Ｌａ使用
量が少なくて済み、節約になると同時に、鋼中Ｍｇ濃度
の増加が抑えられ、その結果、従来Ｌａ添加鋼で問題と
なっていた気泡の生成が防止され、高品質のＬａ添加鋼
が容易に得られる。また「成分外れ」の出現頻度は著し
く減少し、ロット間の品質のバラツキも抑制される。 また当該合金は小割りが容易であるため作業性は高く
維持され、しかも「落下投入」という簡単な手段で添加
できるため特殊な設備は不要である。したがって本発明
の現場への適用可能性は極めて高い。 さらに当該合金はＭ−Ｌａに比べ酸化や水素吸蔵の程
度が軽いため、保管が容易となる。 特に本発明は、非常に優れた耐高温酸化特性を有して
いるにもかかわらず安定した製造が難しかった「Ｌａ入
り高Ａｌ含有フェライト系ステンレス鋼」の製造を容易
にし、その普及に大きく寄与するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 30/00 Ｃ２２Ｃ 30/00 38/00 ３０２ 38/00 ３０２Ｚ 38/06 38/06 // Ｃ２２Ｃ 38/18 38/18

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｌａ：30〜70質量％，Ａｌ：5〜20質量
   ％を含有する製鋼用Ｆｅ−Ｌａ−Ａｌ合金。
2. 【請求項２】 Ｌａ：30〜70質量％，Ａｌ：5〜20質量
   ％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる製
   鋼用Ｆｅ−Ｌａ−Ａｌ合金。
3. 【請求項３】 溶鋼にＬａを添加するに際し、Ｌａ：30
   〜70質量％，Ａｌ：5〜20質量％を含有するＦｅ−Ｌａ
   −Ａｌ合金塊を湯面上に落下投入することを特徴とする
   歩留りの良いＬａ添加方法。
4. 【請求項４】 溶鋼にＬａを添加するに際し、Ｌａ：30
   〜70質量％，Ａｌ：5〜20質量％を含有し、残部Ｆｅお
   よび不可避的不純物からなるＦｅ−Ｌａ−Ａｌ合金塊を
   湯面上に落下投入することを特徴とする歩留りの良いＬ
   ａ添加方法。
5. 【請求項５】 溶鋼は、Ｃｒ：15〜26質量％，Ａｌ：2
   〜6質量％を含有するフェライト系ステンレス鋼の溶鋼
   である、請求項３または４に記載の歩留りの良いＬａ添
   加方法。
6. 【請求項６】 溶鋼温度が1570〜1620℃の範囲でＦｅ−
   Ｌａ−Ａｌ合金塊を湯面上に落下投入する、請求項５に
   記載のＬａ添加方法。