ステンレス鋼の溶製方法
【課題】 作業性に優れるとともに有価金属の損失を抑えることができ、また簡単に加工性を向上できるステンレス鋼の溶製方法を提供する。
【解決手段】 電気炉で原料を溶解してステンレス溶銑を生成し（ａ１）、ステンレス溶銑を転炉へ出鋼後造滓材を投入して粗精錬および成分調整する（ａ２〜ａ５）。転炉で生成されるスラグとステンレス溶鋼とを取鍋へ出鋼し、ＶＯＤでスラグが存する状態のまま減圧下でステンレス溶鋼に酸素ガスを吹き込んで脱炭精錬する（ａ６，ａ７）。脱炭後、スラグ層の上からＦｅＳｉを投入してスラグ中のＣｒを還元回収するとともにステンレス溶鋼を脱酸する（ａ８）。脱酸後、大気圧下でＡｌワイヤをステンレス溶鋼中へ装入し、ステンレス鋼中の非金属介在物をＣ系介在物のみにする（ａ９，ａ１０）。
【解決手段】 電気炉で原料を溶解してステンレス溶銑を生成し（ａ１）、ステンレス溶銑を転炉へ出鋼後造滓材を投入して粗精錬および成分調整する（ａ２〜ａ５）。転炉で生成されるスラグとステンレス溶鋼とを取鍋へ出鋼し、ＶＯＤでスラグが存する状態のまま減圧下でステンレス溶鋼に酸素ガスを吹き込んで脱炭精錬する（ａ６，ａ７）。脱炭後、スラグ層の上からＦｅＳｉを投入してスラグ中のＣｒを還元回収するとともにステンレス溶鋼を脱酸する（ａ８）。脱酸後、大気圧下でＡｌワイヤをステンレス溶鋼中へ装入し、ステンレス鋼中の非金属介在物をＣ系介在物のみにする（ａ９，ａ１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼の溶製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼は、耐食性および表面性状に優れることから台所用製品や電気製品などの外板材として多用されており、特にこれらの用途に用いられる場合には種々の形状に加工されるので、加工性にも優れることが求められる。
【０００３】
ステンレス鋼の生産工程は、多種多用であり、必ずしも一通りの工程に限定することはできないが、一般的には、溶製、鋳造、熱間圧延、冷間圧延、熱処理などの工程を含む。
【０００４】
溶製工程では、溶鋼中に金属の硫化物や酸化物などの非金属介在物が生成されることがある。この非金属介在物は、溶製以降の後工程を経るに従ってその形状を変化させることがあっても、ほとんど消失することなく最終成品までもたらされる。
【０００５】
非金属介在物は、その形状で区別すると、Ａ系介在物と、Ｂ系介在物と、Ｃ系介在物とがある。ここで、Ａ、ＢおよびＣ系介在物とは、それぞれ日本工業規格Ｇ０５５５−１９５６に規定されるものである。すなわち、Ａ系介在物は、加工方向に細長く連続した状態で延伸した介在物であり、Ｂ系介在物は、加工方向に集団化して不連続的に粒状の介在物が並んだものであり、Ｃ系介在物は、鋼中に独立して不規則に分散する粒状酸化物等の介在物である。なお、日本工業規格を以後ＪＩＳと略記する。
【０００６】
加工方向に細長く連続した状態で延伸したＡ系介在物は、粒状で不規則に分散するＣ系介在物に比べてステンレス鋼の加工性を悪くするとされている（たとえば、特許文献１参照）。そこで、たとえば上記特許文献１では、フェライト系ステンレス鋼において、ＳおよびＯをそれぞれ０．００５重量％以下および５０ｐｐｍ以下に規制し、最終精錬段階の溶鋼成分調整時に、ＴｉまたはＴｉ含有物を添加することによってＡ系介在物をＣ系介在物に置換し、加工性を改善することを開示する。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示される方法では、高価なＴｉ原料を使用しなければならず、またＳおよびＯを低く制限するためにフラックス原単位が増加するとともに精錬時間が長くなって生産効率が低下するという問題がある。
【０００８】
また、特許文献１では、Ｔｉが実質添加されていない場合に、Ａｌを添加することによって、非金属介在物をＣ系介在物にできることが示される。しかし、溶鋼に対してＡｌを有効に作用させるためには、最終精錬段階よりも前の工程で生成されるスラグを除滓しなければならないので、スラグ中に酸化物の形で存在する有価金属が無駄になるとともに、除滓のための時間を要し作業性が悪くなるという問題がある。
【０００９】
ステンレス鋼の加工性を改善するために介在物を制御する他の先行技術として、ステンレス鋼の精錬炉において、還元精錬した後のスラグ組成を規制し、その後適量のＡｌを添加することによって、高融点かつ硬質の介在物を生成させ、熱間圧延後の溶体化処理での再結晶を促進してステンレス鋼の加工性を改善するというものがある（特許文献２参照）。この特許文献２に開示される技術は、高融点かつ硬質のＡｌ２Ｏ３またはＡｌ２Ｏ３を含むスピネルを生成させることによって鋳造後の加工における介在物の変形および微細化を抑制し、加工後の溶体化処理時に介在物が再結晶の障壁にならないようにして結晶粒の粗大化を促進するものである。
【００１０】
しかしながら、特許文献２に開示される技術では、還元精錬後のスラグを、塩基度が１．５≦（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２）≦２．０になるようにし、かつスラグ中のＡｌ２Ｏ３およびＭｇＯの含有量をそれぞれ５≦（Ａｌ２Ｏ３）≦１５と、８≦（ＭｇＯ）≦１５とになるように規制しなければならない。したがって、この範囲に収めるための調整用フラックス原単位が増加するという問題があり、またスラグ組成を上記規制範囲に収める調整が煩雑であり作業性を低下させるという問題がある。
【特許文献１】特許第３１０１４１１号公報
【特許文献２】特開２０００−１２９４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、作業性に優れるとともに有価金属の損失を抑えることができ、また簡単に加工性を向上することができるステンレス鋼の溶製方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のステンレス鋼の溶製方法は、前記目的を達成するため、原料を溶解して生成するステンレス溶銑を粗精錬および成分調整してステンレス溶鋼とし、該ステンレス溶鋼を鋳造へ供する前にさらに精錬する最終精錬工程を含み、最終精錬工程では、最終精錬工程よりも前の工程で生成されるスラグを除滓することなく該スラグが存する状態でステンレス溶鋼に酸化性ガスを吹き込んで脱炭精錬し、脱炭後スラグ層の上から金属ＳｉまたはＳｉ合金を投入して脱酸し、脱酸後スラグ層を通して線状または棒状の金属ＡｌまたはＡｌ合金をステンレス溶鋼中へ装入することを特徴とする。
【００１３】
また上記発明のステンレス鋼の溶製方法において、最終精錬に際し、ステンレス溶鋼とともに精錬に供するスラグの量をステンレス溶鋼１トン当たり１０ｋｇ以上にすることが好ましく、脱酸後にステンレス溶鋼中へ装入する金属ＡｌまたはＡｌ合金の量をステンレス溶鋼１トン当たりＡｌ純分で０．２ｋｇ以上、３．０ｋｇ以下にすることが好ましい。また、金属ＡｌまたはＡｌ合金を装入する工程におけるステンレス溶鋼のＣｒ含有量を、１０重量％以上にすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のステンレス鋼の溶製方法によれば、最終精錬工程よりも前の工程で生成されるスラグを除滓することなくステンレス溶鋼とともに最終脱炭精錬するので、除滓の手間がなく作業性に優れる。また脱炭後にスラグ層の上から金属ＳｉまたはＳｉ合金を投入するので、スラグ中の有価金属酸化物をＳｉで還元して回収することができ、またステンレス溶鋼まで達するＳｉによってステンレス溶鋼を脱酸することができる。好ましくはステンレス溶鋼とともに最終精錬に供するスラグの量をステンレス溶鋼１トン当たり１０ｋｇ以上にする。このことによって、有価金属である特にＣｒを無駄なく回収することができる。またＳｉで脱酸することによってＳｉを余剰に還元することがないのでステンレス溶鋼のＳｉ含有量の調整が容易になる。
【００１５】
さらに、脱酸後にスラグ層を通して線状または棒状の金属ＡｌまたはＡｌ合金をステンレス溶鋼中へ装入するので、Ａｌをスラグとほとんど反応させることなくステンレス溶鋼中へ容易に装入することができる。このような簡単な操作でステンレス溶鋼にＡｌを有効に作用させてステンレス鋼中の非金属介在物をＣ系介在物のみにすることができるので、ステンレス鋼の加工性を向上することができる。この金属ＡｌまたはＡｌ合金を装入する工程におけるＣｒ含有量を１０重量％以上にすることによって、耐食性と加工性とを満たすステンレス鋼を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明のステンレス鋼の溶製方法を実施するための概略的な製造工程の例を示す。
【００１７】
最初の工程ａ１では、たとえば電気炉でスクラップその他の原料を溶解してステンレス溶銑を生成する。ステンレス溶銑をたとえば転炉で粗精錬および成分調整するために、工程ａ２で電気炉から転炉へ出鋼する。工程ａ３では、転炉の内壁および炉底を構成する耐火物を保護するために、造滓材であるＣａＯを投入する。
【００１８】
工程ａ４では、転炉でステンレス溶銑の粗精錬を行う。転炉における粗精錬は、主として酸素吹錬してＣ濃度を数重量％から１重量％未満まで低下させる粗脱炭である。この粗脱炭によってステンレス溶銑のＣ濃度を低下させてステンレス溶鋼とする。この粗精錬の工程において先に投入したＣａＯが溶融してスラグとなり、ステンレス溶銑中のＣｒおよびＳｉが酸化されてスラグ中へ移行する。
【００１９】
ここで、粗精錬の工程において転炉で生成されるスラグ量について説明する。酸素吹錬前にステンレス溶銑中に含有されるＳｉ量の設定値を０．２０重量％とし、このＳｉが酸素吹錬によって全量酸化されてスラグ中へ移行すると想定する。
【００２０】
酸素吹錬によってＳｉが酸化して生成されるＳｉＯ２のステンレス溶銑１トン当たりの量は、式（１）で求められる。なお、下記式（１）で項（６０／２８）は、ＳｉからＳｉＯ２への質量増を分子量から算出するものである。
１０００×０．２÷１００×（６０／２８）＝４．２９［ｋｇ］・・・（１）
【００２１】
耐火物の保護を目的としてスラグの塩基度：（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２）が１．５以上となるようにスラグ設計すると、造滓材として用いるＣａＯの最少量は、式（２）で求められる。
５×４．２９＝６．４４［ｋｇ］・・・（２）
【００２２】
したがって、ステンレス溶銑１トン当たり生成されるスラグの量は、上記式（１）と式（２）とから得られる（ＳｉＯ２）量と（ＣａＯ）量とを足して１０．７ｋｇ／トンとなる。なお、酸素吹錬を通じてステンレス溶銑中のＣｒも一部が酸化されてスラグ中へ移行するので、生成されるスラグの量は実際には１０．７ｋｇ／トンを超える。
【００２３】
工程ａ５では、ステンレス鋼の主成分であるＣｒおよびその他の成分の調整を行う。転炉で粗精錬および成分調整したステンレス溶鋼を、鋳造へ供する前に最終精錬工程でさらに精錬する。最終精錬工程の精錬手段としては、特に限定されるものではないが、たとえば真空脱炭法またはアルゴン−酸素脱炭法などを用いることができる。ここでは、真空脱炭法で最終精錬する場合について例示し、真空脱炭法をＶＯＤ、またＶＯＤに用いる装置をＶＯＤ装置と略称する。
【００２４】
工程ａ６では、転炉で粗精錬および成分調整したステンレス溶鋼を、転炉で生成されたスラグとともに取鍋へ出鋼する。本発明では、最終精錬工程よりも前の工程で生成されるスラグを除滓することなくステンレス溶鋼とともに最終精錬工程に供することを一つの特徴とする。
【００２５】
上記のように、スラグ中には酸化された有価金属特にＣｒが含まれているので、除滓するとスラグ中のＣｒが無駄に失われる。しかし、本発明のように最終精錬以降の工程にまでスラグを持ち込むことによって、後述するようにＣｒを還元してステンレス溶鋼中に回収し有効利用することができる。また、除滓しないので、除滓に要する時間を無駄に費やすことがなくなり作業性を向上することができる。
【００２６】
転炉から取鍋に移すスラグの量は、Ｃｒの損失をできる限り抑えるために転炉で生成されたスラグの全量であることが好ましい。ここで、スラグの全量とは、炉壁等に付着して残留する若干量を除いて、実質的に取鍋へ移すことができる全量の意味である。
【００２７】
具体的には、上記のように転炉ではステンレス溶鋼１トン当たり少なくとも１０．７ｋｇのスラグが生成されるので、そのうち１０ｋｇ／トン以上のスラグを取鍋に移すことができれば、実質的にほぼ全量を移すことができたと考えてよい。したがって、具体的なスラグ量としては１０ｋｇ／トン以上をステンレス溶鋼とともに最終精錬工程へ供することが好ましい。このことによって、スラグ中で酸化物として存在するＣｒの損失を抑えることができる。
【００２８】
ステンレス溶鋼とスラグとを出鋼した取鍋をＶＯＤ装置へ搬入し、工程ａ７ではＶＯＤ装置にて最終精錬を行う。ＶＯＤでの最終精錬工程では、上記取鍋を収容したＶＯＤ装置内を減圧雰囲気とし、転炉で生成されたスラグが存する状態でステンレス溶鋼に酸化性ガスたとえば酸素ガスを吹き込んで脱炭精錬する。このことによって、ステンレス溶鋼中のＣ濃度を、ステンレス鋼成品としての目標Ｃ濃度まで低下させる。
【００２９】
この脱炭精錬の後、工程ａ８でＶＯＤ装置内を減圧雰囲気にしたままスラグ層の上から金属ＳｉまたはＳｉ合金を投入して脱酸する。このＳｉで脱酸することは、本発明の特徴の一つである。投入したＳｉは、スラグ層の中でＣｒ酸化物を還元する。還元されたＣｒはステンレス溶鋼中に回収されてステンレス鋼の主成分として有効利用される。一方、脱酸材であるＳｉはスラグ中のＳｉＯ２を還元しないので、この脱酸のときに添加するＳｉ量としては、スラグ中のＣｒ酸化物を還元するための量、ステンレス溶鋼を脱酸するための量およびステンレス鋼成分としてステンレス溶鋼中に含有されるべき量を考慮するだけでよい。すなわち、スラグ中から還元されるＳｉ量を考慮する必要がないので、ステンレス鋼中のＳｉ含有量の調整を容易にすることができる。なお、このＶＯＤでの工程では、必要に応じて合金元素を添加して成分の微調整を行うこともある。
【００３０】
脱酸後、工程ａ９でＶＯＤ装置を大気開放し、工程ａ１０では大気圧下でスラグ層を通して線状または棒状の金属ＡｌまたはＡｌ合金をステンレス溶鋼中へ装入する。このステンレス溶鋼中への線状または棒状の金属ＡｌまたはＡｌ合金の装入が、本発明の最も特徴とするところである。ここでは、線状のＡｌ合金からなるワイヤを装入する場合について例示する。
【００３１】
図２は、ワイヤ供給装置１を用いてステンレス溶鋼７中へＡｌワイヤ２を装入する状態を示す。ワイヤ供給装置１は、Ａｌワイヤ２をコイル状に巻いたワイヤリール３と、ワイヤフィーダ４と、ガイドパイプ５とを含んで構成される。
【００３２】
ワイヤフィーダ４は、ワイヤリール３から巻き戻されるＡｌワイヤ２を取鍋６内のステンレス溶鋼７へ装入するべく送給する装置である。ガイドパイプ５は、Ａｌワイヤ２をステンレス溶鋼７へ装入するときにワイヤフィーダ４と取鍋６との間に位置するように設けられる管であり、その内部にＡｌワイヤ２を挿通させることによって、ワイヤフィーダ４で送給されるＡｌワイヤ２をスラグ層８の上方位置まで案内する。ワイヤフィーダ４でＡｌワイヤ２を送給し、ガイドパイプ５でスラグ層８の上方まで案内し、さらなる送給によってＡｌワイヤ２をスラグ層８を通してステンレス溶鋼７中へ装入する。
【００３３】
たとえば塊状のＡｌをステンレス溶鋼７の上に形成されるスラグ層８の上から投入すると塊状のＡｌはスラグと反応してしまい、ステンレス溶鋼７に対してＡｌを有効に作用させることができない。しかし、本発明のようにＡｌワイヤ２を装入することによって、スラグ層８の中をスラグとほとんど反応させることなく通過させ、ステンレス溶鋼７へ容易に到達させることが可能になる。このことによって、Ａｌワイヤ２に含まれるＡｌは、ステンレス溶鋼７と反応し、鋼中の非金属介在物をＡ系介在物からＣ系介在物へと置換する。このように簡単な操作でステンレス鋼中の非金属介在物をＣ系介在物のみにすることができるので、ステンレス鋼の加工性を向上することができる。
【００３４】
ステンレス溶鋼７中にＡｌを装入することによってＣ系介在物のみとなる理由は次のように考えられる。装入したＡｌがステンレス溶鋼中の酸素と反応してＡｌ２Ｏ３を含むスピネル構造の非金属介在物を形成し、そのスピネル構造の非金属介在物を形成する際にＡ系介在物を形成し易い金属成分を取り込むので、Ａ系介在物が形成されなくなりＣ系介在物のみの構成になると推察される。
【００３５】
本発明において、ステンレス溶鋼７中へ装入されるＡｌワイヤ２の好ましい量は、ステンレス溶鋼１トン当たりＡｌ純分で０．２ｋｇ以上、３．０ｋｇ以下である。このステンレス溶鋼１トン当たりのＡｌ純分のことをＡｌ原単位と呼ぶ。ステンレス鋼中の非金属介在物をＣ系介在物のみにしてステンレス鋼の加工性を充分に改善するには、Ａｌ原単位を０．２ｋｇ／トン以上にすることが好ましい。
【００３６】
一方、Ａｌ原単位の上限については、加工性改善の観点からは特に限定されるものではない。しかしながら、多量にＡｌを装入するとその一部がスラグと反応するようになり、Ａｌがスラグ中のＳｉＯ２を還元し、還元されたＳｉがステンレス溶鋼７中へ回収されてステンレス溶鋼７のＳｉ濃度を上昇させるので、ステンレス鋼のＳｉ含有量の調整が難しくなる。
【００３７】
図３は、Ａｌ原単位とステンレス溶鋼のＳｉ濃度上昇との関係を示す。図３からステンレス溶鋼に装入されるＡｌ原単位の増加に伴ってステンレス溶鋼のＳｉ濃度上昇の程度が大きくなることが判る。ステンレス鋼のＳｉ含有量を的中し易くするために、還元回収によるＳｉ濃度上昇の許容値を０．２重量％以下に設定すると、図３においてＳｉ濃度を０．２重量％上昇させるのに要するＡｌ原単位が３．０ｋｇ／トンに対応する。したがって、３．０ｋｇ／トンをＡｌ原単位の好ましい上限値とする。
【００３８】
このＡｌ原単位は以下のようにして求めることができる。Ａｌワイヤ２の密度、Ａｌワイヤ２中に含まれるＡｌ濃度、Ａｌワイヤ２の直径、送給速度および送給時間からＡｌ純分の総装入量を算出することができる。このＡｌ純分の総装入量をステンレス溶鋼７の量で除算することによってＡｌ原単位を求めることができる。
【００３９】
Ａｌワイヤ２として用いられる素材は、特に限定されるものではないが、ステンレス溶鋼７中へ混入される不純物を低く抑えるためにはある程度高いＡｌ純度のものが好ましい。たとえば、ＪＩＳ Ｈ４０４０−２００６に規定されるＡｌおよびＡｌ合金の棒や線などが好適に用いられる。
【００４０】
Ａｌワイヤ２が装入されてステンレス溶鋼７中の非金属介在物の形状制御が行われることによって、本発明のステンレス鋼の溶製方法が終了し、その後ステンレス溶鋼７を鋳造工程へ送る。
【００４１】
本発明の溶製方法が好適に用いられるステンレス鋼のＣｒ含有量すなわち金属ＡｌまたはＡｌ合金が装入される工程ａ１０におけるステンレス溶鋼のＣｒ含有量を、１０重量％以上にすることが好ましい。
【００４２】
ステンレス鋼の基本的な性質である耐食性を満たすためには、Ｃｒを１０重量％以上含有させることが有効である。本発明の溶製方法を適用して加工性を向上するとともにＣｒを１０重量％以上含有することによって耐食性も備えるステンレス鋼にすることができる。Ｃｒ含有量の上限は、特に限定されるものではないが製造性や実用性の観点からは３０重量％程度に設定される。
【００４３】
本発明の溶製方法は、たとえばマルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、ＣｒとともにＮｉを含むオーステナイト系ステンレス鋼、オーステナイト相とフェライト相との２相からなる複相ステンレス鋼などのＣｒを１０重量％以上含有するステンレス鋼全般に適用することができる。中でも、マルテンサイト系ステンレス鋼やフェライト系ステンレス鋼などのいわゆるＣｒ系のステンレス鋼においてその効果を顕著に発揮することができる。
【００４４】
（実施例）
以下本発明の実施例について説明する。本実施例では、ステンレス鋼成品のＣｒ濃度が１４重量％になるように溶製した場合について例示する。電気炉でスクラップその他原料を溶解してステンレス溶銑を生成した。後工程で装入するＡｌ原単位を種々に変化させるために計７チャージのステンレス溶銑を生成した。１チャージのステンレス溶銑の量は約７５トンである。７チャージのステンレス溶銑の化学組成範囲を併せて表１に示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
次に、各チャージのステンレス溶銑を転炉にて粗精錬するとともに成分調整した。なお転炉では、粗精錬および成分調整する前に、塩基度：（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２）の目標値を１．８として、造滓材であるＣａＯを添加した。転炉での粗精錬は、主として酸素吹錬による粗脱炭であり、ステンレス溶銑のＣ濃度を０．０５〜０．３０重量％まで低下させてステンレス溶鋼とした。ＣａＯは、この粗精錬を通じて溶融し、ステンレス溶銑中のＳｉが酸化されて生成されるＳｉＯ２およびＣｒが酸化されて生成されるＣｒ酸化物とともにスラグを生成した。また転炉では、Ｃｒ濃度が１２〜１７重量％となるように成分調整した。
【００４７】
粗精錬と成分調整とを行った後、脱酸をすることなくステンレス溶鋼と生成されたスラグとをともに転炉から取鍋へと出鋼した。このときステンレス溶鋼とともに取鍋へ出鋼したスラグの量は、電気炉で溶解して生成したステンレス溶銑の量と、取鍋へ出鋼したステンレス溶鋼およびスラグの総量とから計算したところ各チャージにおいてステンレス溶鋼１トン当たり１０ｋｇ以上であった。
【００４８】
ステンレス溶鋼とスラグとが入った取鍋をＶＯＤ装置へ収容し、ＶＯＤ装置内を減圧雰囲気にした後、スラグが存する状態でステンレス溶鋼に酸素ガスを吹き込んで脱炭精錬した。この脱炭精錬は、ステンレス鋼成品の目標Ｃ濃度である０．０３重量％以下になるまで行った。
【００４９】
脱炭精錬後、減圧雰囲気の状態でスラグ層の上からＦｅＳｉ合金を投入した。ＦｅＳｉ合金中のＳｉによって、転炉における粗精錬とＶＯＤでの脱炭精錬とを通じて生成されたスラグ中のＣｒ酸化物を還元して有価金属であるＣｒをステンレス溶鋼中に回収し、また転炉における粗精錬とＶＯＤでの脱炭精錬とを通じて酸素濃度が高くなっていたステンレス溶鋼の脱酸を行った。
【００５０】
このＳｉ脱酸によってスラグ中の有価金属が還元回収されるので、スラグ組成が変化し塩基度：（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２）が１．４程度に低下する。
【００５１】
なお、脱炭精錬およびＳｉ脱酸後に各チャージからスラグを採取して組成分析したところ、（ＭｇＯ）は８重量％未満であり、また（Ａｌ２Ｏ３）は５重量％未満であった。
【００５２】
Ｓｉ脱酸後にＶＯＤ装置を大気開放し、大気圧下で先の図１に示すワイヤ供給装置１を用いて、スラグ層を通してＡｌワイヤをステンレス溶鋼へ装入した。７チャージのうち、１チャージについては全くＡｌワイヤを装入せず、残りの６チャージについてはＡｌ原単位を０．１〜５．０ｋｇ／トンの範囲に変化させてＡｌワイヤを装入した。
【００５３】
本実施例で使用したＡｌワイヤは、ＪＩＳ Ｈ４０４０−２００６に規定される合金番号１０７０の直径：８．９８ｍｍの線であり、そのＡｌ純度は９９．８０重量％であった。Ａｌワイヤをステンレス溶鋼に装入する際の送給速度は、１５０〜２５０ｍ／ｍｉｎの間でチャージごとに適宜選定した。
【００５４】
前述したようにＡｌ原単位の調整は、Ａｌワイヤの密度、Ａｌワイヤの直径、ＡｌワイヤのＡｌ純度、送給速度および送給時間とからＡｌ純分の総装入量を求め、これをステンレス溶鋼の量で除算して得られる値が、０．１〜５．０ｋｇ／トンの範囲で予め選定した所定の値になるようにして行った。
【００５５】
Ａｌワイヤを装入した後、ステンレス溶鋼を鋳造してスラブに成形した。スラブを熱間圧延し、さらに冷間圧延して厚さ：２．０ｍｍまで加工した。圧延されたステンレス鋼板を、さらに焼鈍および酸洗して最終成品に仕上げた。各チャージから製造されたステンレス鋼板の化学組成をＡｌ原単位とともに表２に示す。各チャージの表２に示す成分を除く残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。なお、各チャージには便宜上Ｓ１〜Ｓ７の供試番号を付した。以後、各チャージを供試番号で呼ぶ。
【００５６】
【表２】
【００５７】
Ｓ１〜Ｓ７のそれぞれについて製造したステンレス鋼板から非金属介在物の清浄度測定用の試験片を切り出し、試験片の断面を研磨して測定に供した。清浄度の測定は、ＪＩＳ Ｇ０５５５−１９５６に基づき、Ａ系Ｂ系Ｃ系のそれぞれに分類して非金属介在物の清浄度を測定した。各チャージについて清浄度を測定した結果をＡｌ原単位とともに表３に示す。
【００５８】
Ｓ１〜Ｓ７のいずれにおいてもＢ系介在物は検出されなかった。Ｓ１およびＳ２においてはＡ系およびＣ系両方の介在物が検出され、Ｓ３〜Ｓ７においてはＣ系の介在物のみが検出された。Ａｌ原単位を０．２ｋｇ／トン以上にすることによって、非金属介在物はＣ系介在物のみになることが判る。
【００５９】
次にＳ１〜Ｓ７のそれぞれについて製造したステンレス鋼板から曲げ試験用の試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ２２４８−１９９６に準じて密着曲げ試験を行った。その結果、非金属介在物がＣ系介在物のみであるＳ３〜Ｓ７では、亀裂や割れが全く発生しなかった。一方、非金属介在物がＡ系およびＣ系介在物を含むＳ１およびＳ２では、微細な亀裂が発生した。このことから、ステンレス鋼中の非金属介在物をＣ系介在物のみにすることによって、ステンレス鋼の加工性を向上できることが判る。
【００６０】
【表３】
【００６１】
ステンレス溶鋼中に装入するＡｌ原単位を０．２ｋｇ／トン以上にすることによって非金属介在物がＣ系介在物のみになるので、加工性の観点からはＡｌ原単位が多くても特に問題がない。しかし、Ａｌ原単位が３．０ｋｇ／トンを超えると、前述のようにスラグからＳｉが過剰に還元されてステンレス溶鋼中に回収され、Ｓｉ含有量の的中が難しくなるので、Ａｌ原単位を３．０ｋｇ／トン以下にすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明のステンレス鋼の溶製方法を実施するための概略的な製造工程の例を示す。
【図２】ワイヤ供給装置１を用いてステンレス溶鋼７中へＡｌワイヤ２を装入する状態を示す。
【図３】Ａｌ原単位とステンレス溶鋼のＳｉ濃度上昇との関係を示す。
【符号の説明】
【００６３】
１ ワイヤ供給装置
２ Ａｌワイヤ
３ ワイヤリール
４ ワイヤフィーダ
５ ガイドパイプ
６ 取鍋
７ ステンレス溶鋼
８ スラグ層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼の溶製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼は、耐食性および表面性状に優れることから台所用製品や電気製品などの外板材として多用されており、特にこれらの用途に用いられる場合には種々の形状に加工されるので、加工性にも優れることが求められる。
【０００３】
ステンレス鋼の生産工程は、多種多用であり、必ずしも一通りの工程に限定することはできないが、一般的には、溶製、鋳造、熱間圧延、冷間圧延、熱処理などの工程を含む。
【０００４】
溶製工程では、溶鋼中に金属の硫化物や酸化物などの非金属介在物が生成されることがある。この非金属介在物は、溶製以降の後工程を経るに従ってその形状を変化させることがあっても、ほとんど消失することなく最終成品までもたらされる。
【０００５】
非金属介在物は、その形状で区別すると、Ａ系介在物と、Ｂ系介在物と、Ｃ系介在物とがある。ここで、Ａ、ＢおよびＣ系介在物とは、それぞれ日本工業規格Ｇ０５５５−１９５６に規定されるものである。すなわち、Ａ系介在物は、加工方向に細長く連続した状態で延伸した介在物であり、Ｂ系介在物は、加工方向に集団化して不連続的に粒状の介在物が並んだものであり、Ｃ系介在物は、鋼中に独立して不規則に分散する粒状酸化物等の介在物である。なお、日本工業規格を以後ＪＩＳと略記する。
【０００６】
加工方向に細長く連続した状態で延伸したＡ系介在物は、粒状で不規則に分散するＣ系介在物に比べてステンレス鋼の加工性を悪くするとされている（たとえば、特許文献１参照）。そこで、たとえば上記特許文献１では、フェライト系ステンレス鋼において、ＳおよびＯをそれぞれ０．００５重量％以下および５０ｐｐｍ以下に規制し、最終精錬段階の溶鋼成分調整時に、ＴｉまたはＴｉ含有物を添加することによってＡ系介在物をＣ系介在物に置換し、加工性を改善することを開示する。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示される方法では、高価なＴｉ原料を使用しなければならず、またＳおよびＯを低く制限するためにフラックス原単位が増加するとともに精錬時間が長くなって生産効率が低下するという問題がある。
【０００８】
また、特許文献１では、Ｔｉが実質添加されていない場合に、Ａｌを添加することによって、非金属介在物をＣ系介在物にできることが示される。しかし、溶鋼に対してＡｌを有効に作用させるためには、最終精錬段階よりも前の工程で生成されるスラグを除滓しなければならないので、スラグ中に酸化物の形で存在する有価金属が無駄になるとともに、除滓のための時間を要し作業性が悪くなるという問題がある。
【０００９】
ステンレス鋼の加工性を改善するために介在物を制御する他の先行技術として、ステンレス鋼の精錬炉において、還元精錬した後のスラグ組成を規制し、その後適量のＡｌを添加することによって、高融点かつ硬質の介在物を生成させ、熱間圧延後の溶体化処理での再結晶を促進してステンレス鋼の加工性を改善するというものがある（特許文献２参照）。この特許文献２に開示される技術は、高融点かつ硬質のＡｌ２Ｏ３またはＡｌ２Ｏ３を含むスピネルを生成させることによって鋳造後の加工における介在物の変形および微細化を抑制し、加工後の溶体化処理時に介在物が再結晶の障壁にならないようにして結晶粒の粗大化を促進するものである。
【００１０】
しかしながら、特許文献２に開示される技術では、還元精錬後のスラグを、塩基度が１．５≦（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２）≦２．０になるようにし、かつスラグ中のＡｌ２Ｏ３およびＭｇＯの含有量をそれぞれ５≦（Ａｌ２Ｏ３）≦１５と、８≦（ＭｇＯ）≦１５とになるように規制しなければならない。したがって、この範囲に収めるための調整用フラックス原単位が増加するという問題があり、またスラグ組成を上記規制範囲に収める調整が煩雑であり作業性を低下させるという問題がある。
【特許文献１】特許第３１０１４１１号公報
【特許文献２】特開２０００−１２９４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、作業性に優れるとともに有価金属の損失を抑えることができ、また簡単に加工性を向上することができるステンレス鋼の溶製方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のステンレス鋼の溶製方法は、前記目的を達成するため、原料を溶解して生成するステンレス溶銑を粗精錬および成分調整してステンレス溶鋼とし、該ステンレス溶鋼を鋳造へ供する前にさらに精錬する最終精錬工程を含み、最終精錬工程では、最終精錬工程よりも前の工程で生成されるスラグを除滓することなく該スラグが存する状態でステンレス溶鋼に酸化性ガスを吹き込んで脱炭精錬し、脱炭後スラグ層の上から金属ＳｉまたはＳｉ合金を投入して脱酸し、脱酸後スラグ層を通して線状または棒状の金属ＡｌまたはＡｌ合金をステンレス溶鋼中へ装入することを特徴とする。
【００１３】
また上記発明のステンレス鋼の溶製方法において、最終精錬に際し、ステンレス溶鋼とともに精錬に供するスラグの量をステンレス溶鋼１トン当たり１０ｋｇ以上にすることが好ましく、脱酸後にステンレス溶鋼中へ装入する金属ＡｌまたはＡｌ合金の量をステンレス溶鋼１トン当たりＡｌ純分で０．２ｋｇ以上、３．０ｋｇ以下にすることが好ましい。また、金属ＡｌまたはＡｌ合金を装入する工程におけるステンレス溶鋼のＣｒ含有量を、１０重量％以上にすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のステンレス鋼の溶製方法によれば、最終精錬工程よりも前の工程で生成されるスラグを除滓することなくステンレス溶鋼とともに最終脱炭精錬するので、除滓の手間がなく作業性に優れる。また脱炭後にスラグ層の上から金属ＳｉまたはＳｉ合金を投入するので、スラグ中の有価金属酸化物をＳｉで還元して回収することができ、またステンレス溶鋼まで達するＳｉによってステンレス溶鋼を脱酸することができる。好ましくはステンレス溶鋼とともに最終精錬に供するスラグの量をステンレス溶鋼１トン当たり１０ｋｇ以上にする。このことによって、有価金属である特にＣｒを無駄なく回収することができる。またＳｉで脱酸することによってＳｉを余剰に還元することがないのでステンレス溶鋼のＳｉ含有量の調整が容易になる。
【００１５】
さらに、脱酸後にスラグ層を通して線状または棒状の金属ＡｌまたはＡｌ合金をステンレス溶鋼中へ装入するので、Ａｌをスラグとほとんど反応させることなくステンレス溶鋼中へ容易に装入することができる。このような簡単な操作でステンレス溶鋼にＡｌを有効に作用させてステンレス鋼中の非金属介在物をＣ系介在物のみにすることができるので、ステンレス鋼の加工性を向上することができる。この金属ＡｌまたはＡｌ合金を装入する工程におけるＣｒ含有量を１０重量％以上にすることによって、耐食性と加工性とを満たすステンレス鋼を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明のステンレス鋼の溶製方法を実施するための概略的な製造工程の例を示す。
【００１７】
最初の工程ａ１では、たとえば電気炉でスクラップその他の原料を溶解してステンレス溶銑を生成する。ステンレス溶銑をたとえば転炉で粗精錬および成分調整するために、工程ａ２で電気炉から転炉へ出鋼する。工程ａ３では、転炉の内壁および炉底を構成する耐火物を保護するために、造滓材であるＣａＯを投入する。
【００１８】
工程ａ４では、転炉でステンレス溶銑の粗精錬を行う。転炉における粗精錬は、主として酸素吹錬してＣ濃度を数重量％から１重量％未満まで低下させる粗脱炭である。この粗脱炭によってステンレス溶銑のＣ濃度を低下させてステンレス溶鋼とする。この粗精錬の工程において先に投入したＣａＯが溶融してスラグとなり、ステンレス溶銑中のＣｒおよびＳｉが酸化されてスラグ中へ移行する。
【００１９】
ここで、粗精錬の工程において転炉で生成されるスラグ量について説明する。酸素吹錬前にステンレス溶銑中に含有されるＳｉ量の設定値を０．２０重量％とし、このＳｉが酸素吹錬によって全量酸化されてスラグ中へ移行すると想定する。
【００２０】
酸素吹錬によってＳｉが酸化して生成されるＳｉＯ２のステンレス溶銑１トン当たりの量は、式（１）で求められる。なお、下記式（１）で項（６０／２８）は、ＳｉからＳｉＯ２への質量増を分子量から算出するものである。
１０００×０．２÷１００×（６０／２８）＝４．２９［ｋｇ］・・・（１）
【００２１】
耐火物の保護を目的としてスラグの塩基度：（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２）が１．５以上となるようにスラグ設計すると、造滓材として用いるＣａＯの最少量は、式（２）で求められる。
５×４．２９＝６．４４［ｋｇ］・・・（２）
【００２２】
したがって、ステンレス溶銑１トン当たり生成されるスラグの量は、上記式（１）と式（２）とから得られる（ＳｉＯ２）量と（ＣａＯ）量とを足して１０．７ｋｇ／トンとなる。なお、酸素吹錬を通じてステンレス溶銑中のＣｒも一部が酸化されてスラグ中へ移行するので、生成されるスラグの量は実際には１０．７ｋｇ／トンを超える。
【００２３】
工程ａ５では、ステンレス鋼の主成分であるＣｒおよびその他の成分の調整を行う。転炉で粗精錬および成分調整したステンレス溶鋼を、鋳造へ供する前に最終精錬工程でさらに精錬する。最終精錬工程の精錬手段としては、特に限定されるものではないが、たとえば真空脱炭法またはアルゴン−酸素脱炭法などを用いることができる。ここでは、真空脱炭法で最終精錬する場合について例示し、真空脱炭法をＶＯＤ、またＶＯＤに用いる装置をＶＯＤ装置と略称する。
【００２４】
工程ａ６では、転炉で粗精錬および成分調整したステンレス溶鋼を、転炉で生成されたスラグとともに取鍋へ出鋼する。本発明では、最終精錬工程よりも前の工程で生成されるスラグを除滓することなくステンレス溶鋼とともに最終精錬工程に供することを一つの特徴とする。
【００２５】
上記のように、スラグ中には酸化された有価金属特にＣｒが含まれているので、除滓するとスラグ中のＣｒが無駄に失われる。しかし、本発明のように最終精錬以降の工程にまでスラグを持ち込むことによって、後述するようにＣｒを還元してステンレス溶鋼中に回収し有効利用することができる。また、除滓しないので、除滓に要する時間を無駄に費やすことがなくなり作業性を向上することができる。
【００２６】
転炉から取鍋に移すスラグの量は、Ｃｒの損失をできる限り抑えるために転炉で生成されたスラグの全量であることが好ましい。ここで、スラグの全量とは、炉壁等に付着して残留する若干量を除いて、実質的に取鍋へ移すことができる全量の意味である。
【００２７】
具体的には、上記のように転炉ではステンレス溶鋼１トン当たり少なくとも１０．７ｋｇのスラグが生成されるので、そのうち１０ｋｇ／トン以上のスラグを取鍋に移すことができれば、実質的にほぼ全量を移すことができたと考えてよい。したがって、具体的なスラグ量としては１０ｋｇ／トン以上をステンレス溶鋼とともに最終精錬工程へ供することが好ましい。このことによって、スラグ中で酸化物として存在するＣｒの損失を抑えることができる。
【００２８】
ステンレス溶鋼とスラグとを出鋼した取鍋をＶＯＤ装置へ搬入し、工程ａ７ではＶＯＤ装置にて最終精錬を行う。ＶＯＤでの最終精錬工程では、上記取鍋を収容したＶＯＤ装置内を減圧雰囲気とし、転炉で生成されたスラグが存する状態でステンレス溶鋼に酸化性ガスたとえば酸素ガスを吹き込んで脱炭精錬する。このことによって、ステンレス溶鋼中のＣ濃度を、ステンレス鋼成品としての目標Ｃ濃度まで低下させる。
【００２９】
この脱炭精錬の後、工程ａ８でＶＯＤ装置内を減圧雰囲気にしたままスラグ層の上から金属ＳｉまたはＳｉ合金を投入して脱酸する。このＳｉで脱酸することは、本発明の特徴の一つである。投入したＳｉは、スラグ層の中でＣｒ酸化物を還元する。還元されたＣｒはステンレス溶鋼中に回収されてステンレス鋼の主成分として有効利用される。一方、脱酸材であるＳｉはスラグ中のＳｉＯ２を還元しないので、この脱酸のときに添加するＳｉ量としては、スラグ中のＣｒ酸化物を還元するための量、ステンレス溶鋼を脱酸するための量およびステンレス鋼成分としてステンレス溶鋼中に含有されるべき量を考慮するだけでよい。すなわち、スラグ中から還元されるＳｉ量を考慮する必要がないので、ステンレス鋼中のＳｉ含有量の調整を容易にすることができる。なお、このＶＯＤでの工程では、必要に応じて合金元素を添加して成分の微調整を行うこともある。
【００３０】
脱酸後、工程ａ９でＶＯＤ装置を大気開放し、工程ａ１０では大気圧下でスラグ層を通して線状または棒状の金属ＡｌまたはＡｌ合金をステンレス溶鋼中へ装入する。このステンレス溶鋼中への線状または棒状の金属ＡｌまたはＡｌ合金の装入が、本発明の最も特徴とするところである。ここでは、線状のＡｌ合金からなるワイヤを装入する場合について例示する。
【００３１】
図２は、ワイヤ供給装置１を用いてステンレス溶鋼７中へＡｌワイヤ２を装入する状態を示す。ワイヤ供給装置１は、Ａｌワイヤ２をコイル状に巻いたワイヤリール３と、ワイヤフィーダ４と、ガイドパイプ５とを含んで構成される。
【００３２】
ワイヤフィーダ４は、ワイヤリール３から巻き戻されるＡｌワイヤ２を取鍋６内のステンレス溶鋼７へ装入するべく送給する装置である。ガイドパイプ５は、Ａｌワイヤ２をステンレス溶鋼７へ装入するときにワイヤフィーダ４と取鍋６との間に位置するように設けられる管であり、その内部にＡｌワイヤ２を挿通させることによって、ワイヤフィーダ４で送給されるＡｌワイヤ２をスラグ層８の上方位置まで案内する。ワイヤフィーダ４でＡｌワイヤ２を送給し、ガイドパイプ５でスラグ層８の上方まで案内し、さらなる送給によってＡｌワイヤ２をスラグ層８を通してステンレス溶鋼７中へ装入する。
【００３３】
たとえば塊状のＡｌをステンレス溶鋼７の上に形成されるスラグ層８の上から投入すると塊状のＡｌはスラグと反応してしまい、ステンレス溶鋼７に対してＡｌを有効に作用させることができない。しかし、本発明のようにＡｌワイヤ２を装入することによって、スラグ層８の中をスラグとほとんど反応させることなく通過させ、ステンレス溶鋼７へ容易に到達させることが可能になる。このことによって、Ａｌワイヤ２に含まれるＡｌは、ステンレス溶鋼７と反応し、鋼中の非金属介在物をＡ系介在物からＣ系介在物へと置換する。このように簡単な操作でステンレス鋼中の非金属介在物をＣ系介在物のみにすることができるので、ステンレス鋼の加工性を向上することができる。
【００３４】
ステンレス溶鋼７中にＡｌを装入することによってＣ系介在物のみとなる理由は次のように考えられる。装入したＡｌがステンレス溶鋼中の酸素と反応してＡｌ２Ｏ３を含むスピネル構造の非金属介在物を形成し、そのスピネル構造の非金属介在物を形成する際にＡ系介在物を形成し易い金属成分を取り込むので、Ａ系介在物が形成されなくなりＣ系介在物のみの構成になると推察される。
【００３５】
本発明において、ステンレス溶鋼７中へ装入されるＡｌワイヤ２の好ましい量は、ステンレス溶鋼１トン当たりＡｌ純分で０．２ｋｇ以上、３．０ｋｇ以下である。このステンレス溶鋼１トン当たりのＡｌ純分のことをＡｌ原単位と呼ぶ。ステンレス鋼中の非金属介在物をＣ系介在物のみにしてステンレス鋼の加工性を充分に改善するには、Ａｌ原単位を０．２ｋｇ／トン以上にすることが好ましい。
【００３６】
一方、Ａｌ原単位の上限については、加工性改善の観点からは特に限定されるものではない。しかしながら、多量にＡｌを装入するとその一部がスラグと反応するようになり、Ａｌがスラグ中のＳｉＯ２を還元し、還元されたＳｉがステンレス溶鋼７中へ回収されてステンレス溶鋼７のＳｉ濃度を上昇させるので、ステンレス鋼のＳｉ含有量の調整が難しくなる。
【００３７】
図３は、Ａｌ原単位とステンレス溶鋼のＳｉ濃度上昇との関係を示す。図３からステンレス溶鋼に装入されるＡｌ原単位の増加に伴ってステンレス溶鋼のＳｉ濃度上昇の程度が大きくなることが判る。ステンレス鋼のＳｉ含有量を的中し易くするために、還元回収によるＳｉ濃度上昇の許容値を０．２重量％以下に設定すると、図３においてＳｉ濃度を０．２重量％上昇させるのに要するＡｌ原単位が３．０ｋｇ／トンに対応する。したがって、３．０ｋｇ／トンをＡｌ原単位の好ましい上限値とする。
【００３８】
このＡｌ原単位は以下のようにして求めることができる。Ａｌワイヤ２の密度、Ａｌワイヤ２中に含まれるＡｌ濃度、Ａｌワイヤ２の直径、送給速度および送給時間からＡｌ純分の総装入量を算出することができる。このＡｌ純分の総装入量をステンレス溶鋼７の量で除算することによってＡｌ原単位を求めることができる。
【００３９】
Ａｌワイヤ２として用いられる素材は、特に限定されるものではないが、ステンレス溶鋼７中へ混入される不純物を低く抑えるためにはある程度高いＡｌ純度のものが好ましい。たとえば、ＪＩＳ Ｈ４０４０−２００６に規定されるＡｌおよびＡｌ合金の棒や線などが好適に用いられる。
【００４０】
Ａｌワイヤ２が装入されてステンレス溶鋼７中の非金属介在物の形状制御が行われることによって、本発明のステンレス鋼の溶製方法が終了し、その後ステンレス溶鋼７を鋳造工程へ送る。
【００４１】
本発明の溶製方法が好適に用いられるステンレス鋼のＣｒ含有量すなわち金属ＡｌまたはＡｌ合金が装入される工程ａ１０におけるステンレス溶鋼のＣｒ含有量を、１０重量％以上にすることが好ましい。
【００４２】
ステンレス鋼の基本的な性質である耐食性を満たすためには、Ｃｒを１０重量％以上含有させることが有効である。本発明の溶製方法を適用して加工性を向上するとともにＣｒを１０重量％以上含有することによって耐食性も備えるステンレス鋼にすることができる。Ｃｒ含有量の上限は、特に限定されるものではないが製造性や実用性の観点からは３０重量％程度に設定される。
【００４３】
本発明の溶製方法は、たとえばマルテンサイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼、ＣｒとともにＮｉを含むオーステナイト系ステンレス鋼、オーステナイト相とフェライト相との２相からなる複相ステンレス鋼などのＣｒを１０重量％以上含有するステンレス鋼全般に適用することができる。中でも、マルテンサイト系ステンレス鋼やフェライト系ステンレス鋼などのいわゆるＣｒ系のステンレス鋼においてその効果を顕著に発揮することができる。
【００４４】
（実施例）
以下本発明の実施例について説明する。本実施例では、ステンレス鋼成品のＣｒ濃度が１４重量％になるように溶製した場合について例示する。電気炉でスクラップその他原料を溶解してステンレス溶銑を生成した。後工程で装入するＡｌ原単位を種々に変化させるために計７チャージのステンレス溶銑を生成した。１チャージのステンレス溶銑の量は約７５トンである。７チャージのステンレス溶銑の化学組成範囲を併せて表１に示す。
【００４５】
【表１】
【００４６】
次に、各チャージのステンレス溶銑を転炉にて粗精錬するとともに成分調整した。なお転炉では、粗精錬および成分調整する前に、塩基度：（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２）の目標値を１．８として、造滓材であるＣａＯを添加した。転炉での粗精錬は、主として酸素吹錬による粗脱炭であり、ステンレス溶銑のＣ濃度を０．０５〜０．３０重量％まで低下させてステンレス溶鋼とした。ＣａＯは、この粗精錬を通じて溶融し、ステンレス溶銑中のＳｉが酸化されて生成されるＳｉＯ２およびＣｒが酸化されて生成されるＣｒ酸化物とともにスラグを生成した。また転炉では、Ｃｒ濃度が１２〜１７重量％となるように成分調整した。
【００４７】
粗精錬と成分調整とを行った後、脱酸をすることなくステンレス溶鋼と生成されたスラグとをともに転炉から取鍋へと出鋼した。このときステンレス溶鋼とともに取鍋へ出鋼したスラグの量は、電気炉で溶解して生成したステンレス溶銑の量と、取鍋へ出鋼したステンレス溶鋼およびスラグの総量とから計算したところ各チャージにおいてステンレス溶鋼１トン当たり１０ｋｇ以上であった。
【００４８】
ステンレス溶鋼とスラグとが入った取鍋をＶＯＤ装置へ収容し、ＶＯＤ装置内を減圧雰囲気にした後、スラグが存する状態でステンレス溶鋼に酸素ガスを吹き込んで脱炭精錬した。この脱炭精錬は、ステンレス鋼成品の目標Ｃ濃度である０．０３重量％以下になるまで行った。
【００４９】
脱炭精錬後、減圧雰囲気の状態でスラグ層の上からＦｅＳｉ合金を投入した。ＦｅＳｉ合金中のＳｉによって、転炉における粗精錬とＶＯＤでの脱炭精錬とを通じて生成されたスラグ中のＣｒ酸化物を還元して有価金属であるＣｒをステンレス溶鋼中に回収し、また転炉における粗精錬とＶＯＤでの脱炭精錬とを通じて酸素濃度が高くなっていたステンレス溶鋼の脱酸を行った。
【００５０】
このＳｉ脱酸によってスラグ中の有価金属が還元回収されるので、スラグ組成が変化し塩基度：（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２）が１．４程度に低下する。
【００５１】
なお、脱炭精錬およびＳｉ脱酸後に各チャージからスラグを採取して組成分析したところ、（ＭｇＯ）は８重量％未満であり、また（Ａｌ２Ｏ３）は５重量％未満であった。
【００５２】
Ｓｉ脱酸後にＶＯＤ装置を大気開放し、大気圧下で先の図１に示すワイヤ供給装置１を用いて、スラグ層を通してＡｌワイヤをステンレス溶鋼へ装入した。７チャージのうち、１チャージについては全くＡｌワイヤを装入せず、残りの６チャージについてはＡｌ原単位を０．１〜５．０ｋｇ／トンの範囲に変化させてＡｌワイヤを装入した。
【００５３】
本実施例で使用したＡｌワイヤは、ＪＩＳ Ｈ４０４０−２００６に規定される合金番号１０７０の直径：８．９８ｍｍの線であり、そのＡｌ純度は９９．８０重量％であった。Ａｌワイヤをステンレス溶鋼に装入する際の送給速度は、１５０〜２５０ｍ／ｍｉｎの間でチャージごとに適宜選定した。
【００５４】
前述したようにＡｌ原単位の調整は、Ａｌワイヤの密度、Ａｌワイヤの直径、ＡｌワイヤのＡｌ純度、送給速度および送給時間とからＡｌ純分の総装入量を求め、これをステンレス溶鋼の量で除算して得られる値が、０．１〜５．０ｋｇ／トンの範囲で予め選定した所定の値になるようにして行った。
【００５５】
Ａｌワイヤを装入した後、ステンレス溶鋼を鋳造してスラブに成形した。スラブを熱間圧延し、さらに冷間圧延して厚さ：２．０ｍｍまで加工した。圧延されたステンレス鋼板を、さらに焼鈍および酸洗して最終成品に仕上げた。各チャージから製造されたステンレス鋼板の化学組成をＡｌ原単位とともに表２に示す。各チャージの表２に示す成分を除く残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。なお、各チャージには便宜上Ｓ１〜Ｓ７の供試番号を付した。以後、各チャージを供試番号で呼ぶ。
【００５６】
【表２】
【００５７】
Ｓ１〜Ｓ７のそれぞれについて製造したステンレス鋼板から非金属介在物の清浄度測定用の試験片を切り出し、試験片の断面を研磨して測定に供した。清浄度の測定は、ＪＩＳ Ｇ０５５５−１９５６に基づき、Ａ系Ｂ系Ｃ系のそれぞれに分類して非金属介在物の清浄度を測定した。各チャージについて清浄度を測定した結果をＡｌ原単位とともに表３に示す。
【００５８】
Ｓ１〜Ｓ７のいずれにおいてもＢ系介在物は検出されなかった。Ｓ１およびＳ２においてはＡ系およびＣ系両方の介在物が検出され、Ｓ３〜Ｓ７においてはＣ系の介在物のみが検出された。Ａｌ原単位を０．２ｋｇ／トン以上にすることによって、非金属介在物はＣ系介在物のみになることが判る。
【００５９】
次にＳ１〜Ｓ７のそれぞれについて製造したステンレス鋼板から曲げ試験用の試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ２２４８−１９９６に準じて密着曲げ試験を行った。その結果、非金属介在物がＣ系介在物のみであるＳ３〜Ｓ７では、亀裂や割れが全く発生しなかった。一方、非金属介在物がＡ系およびＣ系介在物を含むＳ１およびＳ２では、微細な亀裂が発生した。このことから、ステンレス鋼中の非金属介在物をＣ系介在物のみにすることによって、ステンレス鋼の加工性を向上できることが判る。
【００６０】
【表３】
【００６１】
ステンレス溶鋼中に装入するＡｌ原単位を０．２ｋｇ／トン以上にすることによって非金属介在物がＣ系介在物のみになるので、加工性の観点からはＡｌ原単位が多くても特に問題がない。しかし、Ａｌ原単位が３．０ｋｇ／トンを超えると、前述のようにスラグからＳｉが過剰に還元されてステンレス溶鋼中に回収され、Ｓｉ含有量の的中が難しくなるので、Ａｌ原単位を３．０ｋｇ／トン以下にすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明のステンレス鋼の溶製方法を実施するための概略的な製造工程の例を示す。
【図２】ワイヤ供給装置１を用いてステンレス溶鋼７中へＡｌワイヤ２を装入する状態を示す。
【図３】Ａｌ原単位とステンレス溶鋼のＳｉ濃度上昇との関係を示す。
【符号の説明】
【００６３】
１ ワイヤ供給装置
２ Ａｌワイヤ
３ ワイヤリール
４ ワイヤフィーダ
５ ガイドパイプ
６ 取鍋
７ ステンレス溶鋼
８ スラグ層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を溶解して生成するステンレス溶銑を粗精錬および成分調整してステンレス溶鋼とし、該ステンレス溶鋼を鋳造へ供する前にさらに精錬する最終精錬工程を含むステンレス鋼の溶製方法であって、
最終精錬工程では、最終精錬工程よりも前の工程で生成されるスラグを除滓することなく該スラグが存する状態でステンレス溶鋼に酸化性ガスを吹き込んで脱炭精錬し、
脱炭後スラグ層の上から金属シリコンまたはシリコン合金を投入して脱酸し、
脱酸後スラグ層を通して線状または棒状の金属アルミニウムまたはアルミニウム合金をステンレス溶鋼中へ装入することを特徴とするステンレス鋼の溶製方法。
【請求項２】
最終精錬に際し、ステンレス溶鋼とともに精錬に供するスラグの量を、ステンレス溶鋼１トン当たり１０ｋｇ以上にすることを特徴とする請求項１記載のステンレス鋼の溶製方法。
【請求項３】
ステンレス溶鋼中へ装入する金属アルミニウムまたはアルミニウム合金の量を、ステンレス溶鋼１トン当たりアルミニウム純分で０．２ｋｇ以上、３．０ｋｇ以下にすることを特徴とする請求項１または２記載のステンレス鋼の溶製方法。
【請求項４】
金属アルミニウムまたはアルミニウム合金を装入する工程におけるステンレス溶鋼のクロム含有量を、１０重量％以上にすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のステンレス鋼の溶製方法。
【請求項１】
原料を溶解して生成するステンレス溶銑を粗精錬および成分調整してステンレス溶鋼とし、該ステンレス溶鋼を鋳造へ供する前にさらに精錬する最終精錬工程を含むステンレス鋼の溶製方法であって、
最終精錬工程では、最終精錬工程よりも前の工程で生成されるスラグを除滓することなく該スラグが存する状態でステンレス溶鋼に酸化性ガスを吹き込んで脱炭精錬し、
脱炭後スラグ層の上から金属シリコンまたはシリコン合金を投入して脱酸し、
脱酸後スラグ層を通して線状または棒状の金属アルミニウムまたはアルミニウム合金をステンレス溶鋼中へ装入することを特徴とするステンレス鋼の溶製方法。
【請求項２】
最終精錬に際し、ステンレス溶鋼とともに精錬に供するスラグの量を、ステンレス溶鋼１トン当たり１０ｋｇ以上にすることを特徴とする請求項１記載のステンレス鋼の溶製方法。
【請求項３】
ステンレス溶鋼中へ装入する金属アルミニウムまたはアルミニウム合金の量を、ステンレス溶鋼１トン当たりアルミニウム純分で０．２ｋｇ以上、３．０ｋｇ以下にすることを特徴とする請求項１または２記載のステンレス鋼の溶製方法。
【請求項４】
金属アルミニウムまたはアルミニウム合金を装入する工程におけるステンレス溶鋼のクロム含有量を、１０重量％以上にすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のステンレス鋼の溶製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−１５６７３０（Ｐ２００８−１５６７３０Ａ）
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４９１０５（Ｐ２００６−３４９１０５）
【出願日】平成１８年１２月２６日（２００６．１２．２６）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２６日（２００６．１２．２６）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
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