JPH02179814A - 超低炭素ステンレス鋼の酸素吹き方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［ｇ業上の利用分野］ 本発明はいわゆるＡＯＤ方式を採用した超低炭素ステン
レス鋼の酸素吹き方法に関する。この酸素吹き方法は、
炭素含有量が１５０ｐｐｍ以下の超低炭素ステンレス鋼
を得る際に使用できる。

［従来の技術］ 近年、ステンレス鋼の分野ではステンレス鋼の冷鍛性を
保証する等のため、超低炭素量のステンレス鋼が要望さ
れつつある。例えば、冷鍛性の保証のために炭素と窒素
との合計量は低ければ低い程よいとされ、あるステンレ
ス製品では炭素と窒素の合計量が２５０ｐｐｍ以下であ
ることが要望されつつある。そこで、従来より、真空雰
囲気中で酸素を溶鋼に吹込むＶＯＤ方式、更には大気中
でａＳとアルゴンガスとの混合ガスを溶鋼に吹込むＡＯ
Ｄ方式が行なわれている。ここでＡＯＤ方式では、電気
炉で低い炭素量にステンレス鋼を溶解した後、ステンレ
ス鋼をＡＯＤ炉の内に移し変え、△ＯＤ炉内に貯留した
ステンレス鋼の溶鋼に酸素とアルゴンガスとの混合ガス
を吹込み、これにより脱炭反応を生じさせてステンレス
鋼の炭素を低減させる。そしてガス吹込終了後、溶鋼に
適宜合金等を添加して合金組成を調整することにしてい
る。

炭素と窒素との合計量を低減するのにはｖＯＤ方式の方
が有利であり、ＡＯＤ方式では限界があるとされている
。

［発明が解決しようとする課題］ 更に、産業界では、冷鍛性の保証等のために炭素含有１
１５０ｐｐｍ以下と炭素量が極めて低いステンレス鋼を
得るためのＡＯＤ方式の開発が進められている。

本発明は上記したＡＯＤ方式の実情に鑑み開発されたも
のであり、その目的は、ＡＯＤ方式において炭素含有量
ｉｓｏｐｐｍ以下のステンレス鋼を製造するのに有利な
超低炭素ステンレス鋼の酸素吹き方法を提供することに
ある。

［ｖ１題を解決するための手段］ 本発明者は、ＡＯＤ方式を採用した超低炭素量のステン
レス鋼の酸素吹き方法について鋭意研究を重ねた結果、
炭素ｍが例えば１００〜２０００ｐｐｍと微量である場
合には、酸素とアルゴンガスとの混合ガスを、（酸素の
流量／アルゴンガスの流量）の流量比（１／７）〜（１
／９）でステンレス鋼の溶鋼に吹込んで脱炭反応を生じ
させれば、ガス吹込開始時の温度に対して溶＃ｊ４温度
を実質的に維持しつつ炭素含有１１１５０ｐｐｍ以下の
溶鋼を得ることができる現象を見出し、これに基づき本
発明を完成させたものである。

かかる現象が生じる主たる理由は、必ずしも定かではな
いが、例えば１００〜２０００ｐｐｍ付近の超低炭素量
のステンレス鋼の溶鋼においては、鉄、クロム等の金属
と炭素との割合を見ると、鉄、クロム等の金属の量に比
較して炭素が極微量であるため、混合ガス中の酸素の割
合が上記した（１／７）〜（１／９）のＶ：！囲よりも
増Ｕば、その酸素は主として鉄、クロム等の金属の酸化
源として消費され、かえってｉ５ｏｐｐｍ以下の超低炭
素にするのが困難になり、また、混合ガス中の酸素の割
合が上記した（１／７）〜（１／９）よりも減れば、酸
素は少ないので、鉄、クロム等の金属の酸化も少なくな
るものの、脱炭反応も生じにくくなり、超低炭素にする
のが同様に困難になるものと推察される。

即ち、本発明にかかる超低炭素ステンレス鋼の酸素吹き
方法は、低炭素含有量ステンレス鋼の溶鋼に、酸素とア
ルゴンガスとの混合ガスを、（酸素の流量／アルゴンガ
スの流量）の比が（１／７）〜（１／９）で吹込み、吹
込開始ａ３の温度に対して溶鋼温度を±１０℃の範囲に
維持しつつ脱炭反応を生じさせ、炭素含有！１１５０１
）ｐｍ以下の溶鋼を得ることを特徴とするものである。

酸素吹きする前の状態のステンレス鋼は、製造する鋼種
によっても異なるが、例えば、クロム含有型が１１〜１
３％の１１〜１３クロム系、あるいは、クロム含有面が
１８％の１８クロム系とすることができる。酸素吹きす
る前の状態のステンレス鋼の組成範囲は、−例として、
型出％で、炭素が２〜５％、シリコンが０．３０％以下
、マンガンが０．４％以下、リンが０．０４％以下、イ
オウが０．０３〜０．０１７％、銅が０．２％以下、ク
ロムが１１〜１８％、ニッケルが０．２％以下、アルミ
ニウムが０．２〜０．６％、残部鉄とすることができる
。ここで、クロム、ニッケルはステンレス鋼として必要
な元素であり、また、イオウは快削性の向上、シリコン
は磁気特性の確保、アルミニウムは磁気特性の確保等を
目的として添加されている。

酸素吹きでは、通常、ＡＯＤ炉の底部に装備されている
羽口から上記した混合ガスを吹き込んで行なう。この場
合、実験によると、混合ガスの上記した流量比は１／８
程度が望ましかった。混合ガスにおいて、酸素の流量を
Ｏ〜１５０ＯＮｍ３／Ｈ，アルゴンガスの流量を０〜１
５０ＯＮｍ３／Ｈとすることができる。なお、溶鋼中の
炭素量が多いときには、上記した値よりも酸素の割合を
増し、溶鋼中の炭素量がある程度減少したら、上記した
値を（１／７）〜（１／９）とすることができる。

上記したようにＡＯＤ炉で酸素吹ぎが終了したら、通常
、次のような操作を行なうことができる。

即ち、金属アルミニウム等の合金元素を適宜添加して溶
鋼組成を調整すると共に、ホタル石、軽焼ドロマイト、
石灰等の造滓剤をＡＯＤ炉内の溶鋼に適宜添加して所要
の組成をもつスラブを生成する。スラグの組成は製造す
る鋼種に応じて適宜調整できる。例えば、スラグ組成は
、アルミナ含有量が通常のスラグよりも多く、ＣａＯが
３５〜４５％、５ｉＯｚが１〜５％、△交ｔＯ３が４０
〜５０％、Ｍｇｏが５〜１５％とすることができる。

（（ＮＣａＯ＋ＮｔｖｌＱＯ＞／　（ＮＳ　ｉ　ＯＺ　
＋ＮＡｆＪ２ｏ３））で表示すレル塩基度は１．７〜２
゜３、特に１．９〜２．１とすることができる。上記し
た組成、塩基度のスラグとすれば、スラグとアルミニウ
ムとの反応を抑制でき、アルミニウムの歩留り確保に有
利であり、更にスラグとイオウとの反応も進行しにくく
イオウの歩留りを確保できる。

そして、スラグを残したままＡＯＤ炉を傾けて出鋼口か
ら取鍋に移し変える。このときへ〇〇炉から注入される
溶鋼の上面部をスラグで覆いつつ溶鋼を出鋼すれば、空
気中の窒素が溶鋼にピックアップされることを極力防止
することができる。

上記したように取鍋内に溶鋼を移し変えた状態では、上
記した組成をもつスラグが溶鋼に浮いている。そして、
溶鋼を攪拌しつつ、溶鋼の上方から金属アルミニウム、
イオウを添加し、溶鋼中のアルミニウム含有量、イオウ
含有量の調整を行なうことができる。このとき上記した
組成のスラグはイオウと反応しにくい組成であるため、
イオウの歩留を高く維持できる。

［実施例］ 以下、本発明にかかる方法を実施例にしたがって具体的
に説明する。

本実施例にかかるステンレス鋼の酸素吹き方法おいては
、まづ、所要の組成となるように配合した原料を電気炉
に装入し、電気炉で１５５０〜１６５０℃程度に溶解し
、所要の組成のステンレス鋼の溶鋼を１９６゜ そして内張レンガ層で区画された貯留室をもつ２０トン
用の△ＯＤ炉を用い、ステンレス鋼の溶鋼をＡＯＤ炉内
に移し変え、ＡＯＤ炉で貯留する。

酸素吹き前の状態の溶鋼はいわゆる１３クロム系ステン
レス鋼である。具体的にはその組成は、重量％で、炭素
４．１２５％、窒素１４８Ｄｐｍ。

シリコン０．４％、マンガン１．８８％、リン０゜０２
８％、硫黄０．０３５％、銅０５０６％、クロム１２．
２５％、ニッケル０．０６％、アルミニウムＯ１○０２
％、不可避の不純物、残部鉄である。

上記のように溶鋼をＡＯ［）炉内に貯留した状態で、Ａ
ＯＤ炉の炉体の底部に装備されている羽口に、Ｍ素とア
ルゴンガスとの混合ガスを供給し、これにより酸素とア
ルゴンガスとの混合ガスを溶鋼内に炉の底部側から吹込
み、ＣＯガスの発生に伴うボイリング現象により溶鋼を
撹拌しつつ溶鋼の脱炭反応を進行させる。このとき、適
宜な時期を児図らかって軽焼ドロマイトを６００ｋＱ、
焼石灰を３００ｋｑを溶鋼の上方から添加する。なお吹
込時間は９０分間程度である。

本実施例で用いた混合ガスは、吹込当初である酸化期で
は酸素の流■が１２０ＯＮｍ３　／Ｈ，アルゴンガスの
流量が３０ＯＮｍ３／）−１であった。

そしてＡＯＤ炉内の溶鋼中の炭素が１１００ｐｐ程度に
なったら、第１表に示づように酸素の流量が１５ＯＮｍ
３　／Ｈ，アルゴンガスの流出が１２０ＯＮｍ３　／）
−１となるようにした。この場合酸素の流量とアルゴン
ガスの流出との流量化が（１／第１表 ８）である。本実施例では、吹込開始時の溶ｕ／４温度
が１５５０℃であり、第２図の特性線Ａに示すように溶
ｍｕ度はガスの吹込みが進行しても、吹込中期の溶鋼の
温度、吹込終期の溶鋼の温度は、吹込開始温度に対して
溶鋼温度は実質的に変動せず、はぼ同一温度に雑（４さ
れた。なお、溶ＷＡ温度の測定はＲ型熱雷対を用いて行
なった。酸素の吹込みが終了したら、アルゴンガスのみ
を溶鋼中に吹きこむ。

上記のようなガス吹込みの結果、炭素含有量が極めて低
い超低炭素ステンレス鋼の溶鋼が得られた。

上記したようにＡＯＤ炉でガス吹込みが終了したら、造
滓剤として、ホタル石を１２０ｋ（］、軽焼ドロマイト
を４００ｋｇ、消石灰６００ｋｑをＡＯＤ炉内の溶鋼に
適宜添加し、更に、金属アルミニウムを４５０ｋｇ添加
し、これにより所要の組成をもつスラグを生成する。こ
のスラグは溶鋼の上面部に浮遊する。このスラグの組成
は、第２表に示すようにアルミナ含有量が通常のスラグ
よりも多く、シリカが少なく、ＣａＯが４０％、Ｓ０２
が３％、八λ２０３が４５％、Ｍｃ＞０が１０％である
。このスラグの塩基度は２．０である。

ここで、このスラグにおいて、アルミナ含有量が通常の
スラグよりも多い理由は、ステンレス鋼の溶鋼のアルミ
ニウムの歩留りを確保するためであり、シリカが少ない
理由は、八λによるＳｉの還元を防止するため、△ｉ還
元を行なっているためである。

第２表 そして、スラグを実質的に除去せず△ＯＤ炉を傾けて溶
鋼を出鋼口から取鋼に移し変え、出鋼を行なう。このと
き第３図に示すように溶鋼の上面部をスラグで覆いつつ
溶鋼が注入されるので、空気中の窒素が溶鋼にピックア
ップされることを極力防止することができる。

上記したように取鍋内に溶鋼を移し変えた状態では、上
記した組成をもつスラグが取鋼内の溶鋼に浮いている。

そして、取鋼内の溶鋼及びスラグをアルゴンガスで攪拌
しつつ、スラブが切れて溶鋼が露出した上方力日ら金属
アルミニウムを７０に９、イオウを５ｋｇ添加し、溶鋼
中のアルミニウム含有量、イオウ含有けの調整を行なう
。このとき−［記した組成のスラグはイオウと反応しに
くい組成であるため、イオウの歩留を高く維持できる。

ところで、上記した実施例において、吹込終期つまり脱
炭末期の溶鋼、合金元素の調整後の溶鋼、最終製品につ
いてそれぞれ炭素含有量を調べた。

炭素含有ａの結果を第１図の特性線Ａに示す。第１図の
特性線Ａに示すように、吹込終期である脱炭末期におけ
る溶鋼の炭素含有量は５ｐｐｍであり、また、合金元素
の調整後の溶鋼における炭素含有量は１４ｐｐｍであり
、また、最終製品における炭素含有量は３０ｐｌ）ｍと
極めて低く、超低炭素ステンレス鋼が１０られた。

また窒素含有量について合金元素のｖＡ整後の溶鋼、出
鋼模の溶鋼、Ｉ！！１終製品において調べた。窒素含有
量の結果を第４図の特性線Ａに示す。第４図の特性線Ａ
に示すように、合金元素の調整後の溶鋼における溶鋼の
窒素含有量は４４ｐｌ）ｍであり、出鋼侵の溶鋼におり
る窒素含有量は６１ｐｌ）ｍであり、最終製品における
炭素含有量は６９ｐｐｍときわめて低く、従って超低窒
素ステンレス鋼が得られた。

本実施例におけるアルミニウムの歩留りとイＡつの歩留
りを第３表に示した。第３表に示すようにアルミニウム
は８７％であり、イオウは６５％と良好であった。

［比較例］ 更に、第１表に示すように、比較例１として、第３表 混合ガスの酸素の流量が２２ＯＮｍ３／Ｈ，アルゴンガ
スの流Ｒが１２０ＯＮｍ３／）−１であり、酸素の流量
とアルゴンガスの流量との流■比が（１１５，５）であ
る場合について試験した。更に比較例２として、混合ガ
スの酸素の流りが８０　Ｎ　ｒＴ＋３／Ｈ１アルゴンガ
スの流量が１２０ＯＮｍ３／Ｈであり、酸素の流量とア
ルゴンガスの流量との流量化が（１／１２）である場合
について試験した。更に比較例３として、混合ガスの酸
素の流量がＯであり、アルゴンガスの流量が１２０ＯＮ
ｍ３／Ｈであり、酸素を吹込まないでアルゴンガスのみ
吹込んだ場合について試験した。

比較例１、比較例２、比較例３ともに、第１図の特性線
Ｂに示すように、吹込終期における溶鋼の炭素含有量は
１８ｐｐｍＦ２［であり、合金元素の調整後の溶鋼にお
ける炭素含有■は３６１）ｌ）ｍ程度であり、最終製品
における炭素含有量は５２ｐ　ｐ　ｍ程度であり、本実
施例の場合に比較して炭素含有］は多かった。また比較
例１では、第２図の特性線Ｂに示すように吹込時間が進
行するにつれて溶鋼温度が上界し、叩ら、吹込時間が６
分間になると溶鋼温度が１０℃程度上昇した。比較例２
では、第２図の特性線Ｃに示すように吹込みが進行する
につれて溶鋼温度が降下し、即ち、吹込時間が６分間に
なると溶鋼温度が１０℃程度降下した。比較例３では、
第２図の特性線りに示すように、酸素の吹込が進行する
につれて溶鋼？５ｉ度が更に降下し、即ち、吹込時間が
６分間になると溶１ｍ度が３０℃程度降下した。

このように比較例２、比較例３で溶鋼温度の降下が見ら
れるのは、酸素が少ないので、鉄、クロム等の酸化に消
費される酸素が少なくなるためであると推察される。ま
た比較例１で、溶鋼の温度上界が見られたのは、畝、ク
ロム等の金属の量に比較して炭素がｐｐｍオーダーと極
微量であるため、混合ガス中のｖＪ素の割合が比較例２
．３に比較して増したにも拘らず、その酸素は脱炭に有
効に使用されず、鉄、クロム等の酸化源として消費され
、その結果、酸化熱で溶鋼が昇温したものであると推察
される。

ところで、従来では第２表の従来の圀で示すようなＣａ
Ｏが５０％、５ｌｏｔが２０％、Ａ１２０３が８％、Ｍ
ｇＯが１０％の組成をもつスラグを用いていたのである
が、そのスラグを用いて精錬した後に、ＡＯＤ炉内の溶
鋼の上面からスラグを取り除いて溶鋼をＡＯＤ炉から取
鍋へ移し変えた場合の溶鋼の窒素含有量について、前述
したように、合金元素の調整後の溶鋼、出鋼後の溶鋼、
Ｍ終製品において調べた。その結果を第４図の特性線Ｂ
に示す。第４図の特性線Ｂに示すように、合金元素の調
整後の溶鋼における溶鋼の窒素含有量は４３ｐｐｍであ
り、出鋼後の溶鋼における窒素含有量は８７ｐｐｍであ
り、最終製品における窒素含有ａは９３ｐｌ）ｍであっ
た。第４図の特性線へと特性１１Ｂとの比較から明らか
なように、本実施例では窒素含有量が極めて低くできる
。その理由は、ＡＯＤ炉から取鋼内へステンレス鋼を移
し変える際に、スラグで溶鋼を覆いつつ行なったので、
窒素のピックアップを極力防止できたためであると考え
られる。

［評価１ 以上説明したように本実施例では、最終製品において炭
素が３０ｐｐｍであり窒素が６９ｐｌ）ｍであり、従っ
て炭素層と窒素量との合計は、ＡＯＤ方式を採用してい
るにもかかわらず、最終製品において１ｏｏｐｐｍを維
持することができ、■ＯＤ方式を採用した場合と同様に
超低炭素、低窒素のステンレス［ｉ品を得ることかでき
る。したがって、冷鍛性を向上させるために炭素、窒素
が共に極微量であることを要請される冷鍛用ステンレス
鋼、あるいは炭素、窒素が共に極微Ｗであると共にアル
ミニウムが０．１〜３％含有されている軟磁性ステンレ
ス＃Ｊ４等の開発に寄与できる。

［発明の効果］ 本発明によれば、炭素含有ｆｆｉ１５０ｐｐｍ以下のス
テンレス鋼を製造するのに有利なＡＯＤ方式の超低炭素
ステンレス鋼の酸素吹き方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例と比較例との炭素層を示すグラフであり
、第２図は実施例と比較例との温度変化を示すグラフで
あり、第３図はＡＯＤ炉から取鍋に溶鋼を移し変えてい
る状態の模式図であり、第４図は実施例と比較例との窒
素量を示プ゛グラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）低炭素含有量ステンレス鋼の溶鋼に、酸素とアル
   ゴンガスとの混合ガスを、（酸素の流量／アルゴンガス
   の流量）の比が（１／７）〜（１／９）で吹込み、吹込
   み開始時の温度に対して溶鋼温度を±１０℃の範囲に維
   持しつつ脱炭反応を生じさせ、炭素含有量１５０ｐｐｍ
   以下の溶鋼を得る超低炭素ステンレス鋼の酸素吹き方法
   。