JP3820686B2

JP3820686B2 - 低窒素ステンレス鋼の溶製方法

Info

Publication number: JP3820686B2
Application number: JP18368797A
Authority: JP
Inventors: 孝幸柏; 嘉久北野; 正規錦織; 知道寺畠
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2017-07-09
Also published as: JPH1129819A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低窒素ステンレス鋼の溶製方法に関し、詳しくは、大気圧下で予備脱炭精錬、減圧下で仕上げ脱炭精錬を行い、高生産性を確保しつつ、安価に低窒素ステンレス鋼を溶製する技術である。
【０００２】
【従来の技術】
フェライト系ステンレス鋼のような高クロム鋼は、炭素、窒素等の不純物元素含有量を低減することで、その耐食性、靭性、加工性並びに溶接性を改良している。しかしながら、クロム（以下、Ｃｒ）は、溶鉄中への窒素の溶解度を増加させる性質を持つため、高Ｃｒ鋼からの脱窒は、極めて難しいことである。
【０００３】
従来より、一般に低窒素ステンレス鋼を溶製するには、まず、大気圧下での予備脱炭精錬で比較的低い窒素濃度までにし、その後、さらに仕上げ脱炭精錬を行って、最終目標の窒素含有量まで脱窒する方法がとられている。具体的には、高炭素含Ｃｒ溶湯を転炉又は所謂ＡＯＤ（アルゴン酸素脱炭）炉を用いて、酸素で予備脱炭精錬し、得られた粗溶鋼を、ＲＨ（還流式）やＶＯＤ（真空酸素脱炭）等の真空脱ガス装置内の減圧下のもと酸素吹錬脱炭するのである。ところが、近年、ステンレス鋼の溶製コストを低減するため、Ｃｒの酸化ロスを抑えて脱炭を優先させる工夫が種々試みられ、「酸素と不活性ガスの混合ガスを用いて脱炭精錬する方法」、「炉底に設けた羽口から不活性ガスや酸素を吹き込んで溶湯の撹拌を強化し脱炭する方法」、及び「これらを併用する方法」が開発され、実用されるようになった。
【０００４】
しかしながら、これら転炉やＡＯＤ炉での改良脱炭精錬法では、不活性ガスが多量に使用され、しかも、低窒素ステンレス鋼の溶製に際しては、吸窒を防止するため、該不活性ガスとして、高価なＡｒガスを多量に使用するようになった。そのため、精錬コストが大幅に増加するという問題が生じた。
そこで、種々の対策が図られ、例えば、特公昭５６−１７４０５号公報に開示されたように、大気中で不活性ガスを使用せずに脱炭精錬した後、スラグの還元処理を行わずに、溶鋼を真空脱ガス装置へ移し、そこで脱ガス処理をすることで、低窒素濃度を実現する方法も考えられる。ところが、この方法は、大気下での脱炭中に生成する酸化Ｃｒを還元せずに出鋼するので、Ｃｒの回収を真空脱ガス装置内で行う必要があった。そのため、真空脱ガス装置での処理時間が長くなり、生産性の面から見て不利という欠点がある。また、スラグ中への酸化Ｃｒの移行量が、不活性ガスをほとんど使わず酸化精錬するため、多量となり、吹錬中に生じるスラグの系外への飛散等によるＣｒ歩留の低下、あるいはスラグ還元によるＣｒ回収コストの増加等，別の欠点もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、溶鋼からのクロム酸化ロスを抑制しつつ、短時間で脱炭及び脱窒を行うと共に、高生産性の維持が可能な低窒素ステンレス鋼の溶製方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため、不活性ガスとして高価なアルゴン・ガスを使用せずに、大気圧下での予備脱炭と真空脱炭処理を組み合わせた従来技術を改良することに鋭意努力した。そして、特に、後半の真空脱炭処理中での脱窒速度の向上に着眼し、本発明を完成させた。
【０００７】
すなわち、本発明は、ステンレス鋼の粗溶湯に、大気圧下で酸素ガスと不活性ガスとを吹き付け、あるいは吹込み予備脱炭し、引き続き減圧下で仕上げ脱炭して低窒素ステンレス鋼を溶製するに際して、前記ステンレス鋼の粗溶湯として［Ｓ］≧０．０１９ｗｔ％以上のものを使用し、前記予備脱炭で不活性ガスとして窒素ガスを使用し、前記予備脱炭後、仕上げ脱炭前に、スラグの還元処理を行い、溶鋼中硫黄濃度［Ｓ］の低下を促進させることによって、仕上げ脱炭前の溶湯中の硫黄及び炭素濃度を、それぞれ［Ｓ］≦０．０１０ｗｔ％及び［Ｃ］を、０．１０〜０．２０ｗｔ％とすることを特徴とする低窒素ステンレス鋼の溶製方法である。
【０００９】
本発明によれば、予備脱炭終了時における溶鋼中硫黄及び炭素濃度を、仕上げ脱炭で高い脱窒速度を確保する範囲に抑えるようにしたので、仕上げ脱炭での脱窒が十分に行われるようになる。また、予備脱炭後、仕上げ脱炭前にスラグの還元処理を行うようにしたので、Ｃｒの酸化ロスが抑制された状態で、脱窒が行える。その結果、Ｃｒ歩留が高い状態で、低窒素ステンレス鋼が安価に製造できるようになった。以下に、本発明の実施の形態を、発明に至る経緯も含めて詳述する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明で対象とするステンレス鋼は、Ｃｒを５ｗｔ％以上、好ましくは１１ｗｔ％以上を含有し、特に不純物元素としての窒素が低く、Ｎ≦２００ｐｐｍの低窒素ステンレス鋼である。また、本発明で用いる精錬容器としては、大気圧下での予備脱炭に転炉あるいはＡＯＤ炉が好適に使用されるが、フードを載せて簡易に脱炭できるようにした取鍋や、ランスや羽口を備え、酸素吹き込み機能を付与した電気炉を用いても良い。仕上げ脱炭で使用する装置は、真空脱ガス装置であり、主として、ＶＯＤ装置であるが、ＲＨ、ＤＨ法等の公知の真空脱ガス装置を用いても良い。その際、溶鋼中の炭素を酸化除去するために、ランスや羽口等の吹き込み手段を備え、酸素ガスや酸化物を供給することが望ましい。
【００１１】
まず、発明者は、仕上げ脱炭、つまり真空脱炭処理中の脱窒速度について、前記装置を用い、種々の実験を行った。その結果、前記脱窒速度と処理前溶鋼中の成分との間に、図１に示すような関係を得た。すなわち、真空脱炭処理中の脱窒速度は、該真空脱炭処理前の溶鋼中の硫黄濃度［Ｓ］に大きく影響され、Ｓ≦０．０１０％の領域で大幅に向上することを見出した。これは、溶鋼中の硫黄が表面活性元素であるため、それが高濃度であると、該硫黄元素は、溶鋼内で脱炭中に生じるＣＯガス気泡の周りに集まり、窒素元素が気泡中に侵入することを阻害する現象が起こることに起因すると思われる。
【００１２】
そこで、発明者は、脱窒を促進するためには、脱炭反応である程度のＣＯ気泡発生量を確保すると共に、溶鋼中の硫黄濃度を低減し、窒素元素を十分にＣＯ気泡に取り入れる必要があると考え、この考えを確認する実験を行った。その結果を図２に示す。図２により、真空脱炭処理前の溶鋼中の硫黄濃度［Ｓ］が低いほど、脱窒が有効に行われることがわかった。そして、溶鋼中の硫黄濃度［Ｓ］が０．０１０ｗｔ％以下と低くなった場合でも、溶鋼中の炭素濃度［Ｃ］が０．１０ｗｔ％未満であると、２００ｐｐｍ以下の低窒素が安定して達成されないことも明らかになった。これは、脱窒には、ＣＯ気泡をある程度確保する必要があるという前記の考えを立証するものである。
【００１３】
本発明は、上記実験結果を具現化したものであり、真空脱炭処理前の溶鋼中の硫黄濃度［Ｓ］及び炭索濃度［Ｃ］を、Ｓ≦０．０１０ｗｔ％、Ｃを、０．１０〜０．２０ｗｔ％とするものである。該真空脱炭処理前の溶鋼中の炭素濃度［Ｃ］は、前記した実験結果から０．１０ｗｔ％以上であれば良い。但し、真空脱炭時の溶鋼中の炭素濃度［Ｃ］が余り高すぎると、低窒素にすることは確実となるが、真空脱炭処理自体に時間がかかり過ぎて経済的でない。そのため、本発明では、真空脱炭前の溶鋼中の炭素濃度［Ｃ］は、０．１０ｗｔ％〜０．２０ｗｔ％とする。さらに、本発明では、予備脱炭終了後の出鋼時に溶鋼中の硫黄濃度［Ｓ］を０．０１０ｗｔ％とする方法として、炉内にＦｅ−Ｓｉ等の還元剤を投入し、スラグの還元を行うようにした。これによって、溶鋼中硫黄濃度の低下を促進させるばかりでなく、スラグ中に酸化ロスしたＣｒを溶鋼中に還元回収し、Ｃｒ歩留りの点からも有利となる。その際、所謂スラグ／メタル反応を良好ならしめるため、不活性ガスによる攪拌を行うのが一般的であるが、本発明では、この際にも不活性ガスとして窒素ガスを使用することにした。Ａｒガスを使用しないでも、その後の真空脱炭で十分に脱窒が可能だからである。
【００１４】
本発明では、大気圧下の予備脱炭で使用する不活性ガスをＡｒガスではなく全て窒素ガスとすることで、予備脱炭終了後の溶鋼中窒素は、１０００ｐｐｍを超す非常に高い値を示す。しかしながら、その後に行う真空脱ガス処理前の溶鋼中の硫黄濃度［Ｓ］を０．０１０ｗｔ％以下とし、且つ炭素濃度を０．１０ｗｔ％以上に確保することで、減圧下脱炭中におけるＣＯボイリングに伴う脱窒能力を最大限に引き出し、目的達成が可能となる。従って、従来技術で行っていたような大気圧下での脱炭後の溶鋼中窒素濃度［Ｎ］の低減、出鋼時の吸窒抑制の必要がない。また、スラグ還元により高Ｃｒ歩留が確保され、生産性が高い水準に維持できるので、従来より低窒素ステンレス鋼を安価に製造できるようになる。なお、脱炭時には、通常鋼中炭素が低下するに従ってＣｒが酸化され易くなるので、脱炭反応の進行につれ酸素ガス／窒素ガスの比率を減らして行くのが良い。これは、ステンレス鋼のＡＯＤ炉や転炉を用いた精錬で、通常行われている酸素ガス／Ａｒガスの比率を順次減じていく方法と同様である。
【００１５】
【実施例】
１６ｗｔ％のＣｒを含有し、炭素が０．０６〜０．０７ｗｔ％、窒素が０．０２００ｗｔ％以下のステンレス鋼を溶製するに当り、上底吹転炉を用いた大気圧下での予備脱炭の希釈ガスを全て窒素ガスとした。得られた粗溶鋼を取鍋に出鋼し、ＶＯＤ式の真空脱ガス装置を用いて、減圧下で酸素吹精を行った。実施条件及び実施成績を、従来法によるものと一緒に表１に示す。
【００１６】
【表１】

【００１７】
表１から明らかなように、転炉での予備脱炭で希釈ガスを窒素ガスとしたことにより、転炉から出鋼した溶鋼中の窒素は、１７００ｐｐｍと従来より高い値を示している。しかしながら、その後に行う仕上げ脱炭に使用する溶鋼中の硫黄濃度［Ｓ］を０．０１０ｗｔ％以下、炭素濃度［Ｃ］を０．１０ｗｔ％以上とすることで、最終の溶鋼中窒素を２００ｐｐｍ以下とすることができた。また、溶製時間は、従来と同程度であり、高い生産性を維持して安価に低窒素ステンレス鋼が製造できるようになった。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、低窒素ステンレス鋼が、高価なＡｒガスを使用せずに、Ｃｒ歩留高く、高生産性を維持して安価に溶製できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】真空脱炭前の溶鋼中硫黄濃度［Ｓ］と、真空脱炭時における脱窒速度との関係を示す図である。
【図２】真空脱炭前の溶鋼中硫黄濃度［Ｓ］と、真空脱炭後に到達した溶鋼中の窒素濃度［Ｎ］との関係を示す図である。

Claims

ステンレス鋼の粗溶湯に、大気圧下で酸素ガスと不活性ガスとを吹き付け、あるいは吹込み予備脱炭し、引き続き減圧下で仕上げ脱炭して低窒素ステンレス鋼を溶製するに際して、
前記ステンレス鋼の粗溶湯として［Ｓ］≧０．０１９ｗｔ％以上のものを使用し、前記予備脱炭で不活性ガスとして窒素ガスを使用し、前記予備脱炭後、仕上げ脱炭前に、スラグの還元処理を行い、溶鋼中硫黄濃度［Ｓ］の低下を促進させることによって、仕上げ脱炭前の溶湯中の硫黄及び炭素濃度を、それぞれ［Ｓ］≦０．０１０ｗｔ％及び［Ｃ］を、０．１０〜０．２０ｗｔ％とすることを特徴とする低窒素ステンレス鋼の溶製方法。