(57)【要約】【課題】経済的に窒素濃度を低減することが可能な低窒素クロム含有鋼の製造方法を提供する。【解決手段】予め定める成品クロム濃度範囲でクロムを含有するクロム含有鋼を製造する際、転炉で行う脱炭工程で、転炉装入前のクロム濃度を、成品クロム濃度よりも１．０〜５．０ｍａｓｓ％低い濃度範囲としておく。脱炭の過程で窒素濃度が低減される。脱炭中または脱炭後に、クロムの不足分を添加する成分調整を行う際に、クロム合金を多量に投入すると、大気から窒素をピックアップして窒素濃度が増加してしまうので、脱炭用濃度範囲は成品用濃度範囲より５．０ｍａｓｓ％低い範囲に留める。【選択図】      図１
2004300463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定める成品用濃度範囲でクロムを含有するクロム含有鋼を製造する際に、
脱炭処理前の溶鋼または溶銑中のクロム濃度を、該成品用濃度範囲よりも低く、脱炭処理で窒素含有量の減少も可能となる濃度範囲に調整しておき、
脱炭中または脱炭後に、クロムの濃度が該成品用濃度範囲内となるように、成分調整用のクロム合金を投入して成分調整を行い、
該濃度範囲は、該成分調整用のクロム合金を投入する際の窒素のピックアップによる窒素含有量の増加分が該脱炭処理での窒素含有量の減少分よりも小さい範囲に、予め設定しておくことを特徴とする低窒素クロム含有鋼の製造方法。
【請求項２】
前記クロム含有鋼は、クロムを前記成品用濃度範囲として１０ｍａｓｓ％以上含有するクロム含有鋼であり、
前記脱炭処理前の溶鋼中のクロム濃度範囲を、該成品用濃度範囲から１ｍａｓｓ％以上で５ｍａｓｓ％以下の範囲で小さくなるように設定することを特徴とする請求項１記載の低窒素クロム含有鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フェライト系ステンレス鋼などのクロム（Ｃｒ）含有鋼を、窒素（Ｎ）濃度を低くして製造するための低窒素クロム含有鋼の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ステンレス鋼の製造に際しては、窒素濃度を低減する技術が開発されている。たとえば１８ｍａｓｓ％程度のクロムを含有して１８クロム系と称されるＳＵＳ４３０で代表されるフェライト系ステンレス鋼は、耐応力腐食割れ性に優れている特徴を有しているけれども、窒素濃度が高くなると硬化して加工性が悪くなったり、溶接を行うようなときは、溶接部の耐食性が低下する。このため、窒素濃度の低減が要求されている。
【０００３】
ステンレス鋼の低窒素化技術としては、底吹き羽口を有する転炉で、溶銑中の炭素濃度が４ｍａｓｓ％以上になるまで加炭を行い、脱炭時に生じる一酸化炭素（ＣＯ）ガスを増やすことで、脱窒素を促進する方法が知られている。さらに、加炭後に生石灰（ＣａＯ）や蛍石（ＣａＦ２）を主剤とする高塩基度のフラックスを生成し、アルゴン（Ａｒ）ガスによる強攪拌を行う脱窒方法も併用することができる。また、転炉での吹錬後に脱酸処理を行わずにそのまま取鍋に出鋼して、その際、取鍋内に炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）物質を供給することで、出鋼時にその分解反応によって生じる炭酸ガスによるシール作用で大気雰囲気からの吸窒を防止する方法も併用することができる。これらの方法では、窒素濃度が０．００５０〜０．００８５ｍａｓｓ％となる低窒素ステンレス鋼が得られる旨が記載されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
含クロム溶銑を底吹き羽口と上吹きランスとを備える容器内で、上吹きランスから脱炭用の酸素（Ｏ２）を上吹きするとともに、底吹き羽口から溶銑を強攪拌することによって脱炭吹錬を行う際に、脱炭用の酸素の希釈や底吹き攪拌用のガスに、鋼中の炭素（Ｃ）濃度が０．８ｍａｓｓ％に低下するまでは窒素ガスを使用し、その後はアルゴンを使用する方法も知られている。この方法では、脱炭吹錬後の窒素濃度は０．０１５〜０．０５ｍａｓｓ％程度である。さらに、アルゴンガスを底吹きしながら脱酸剤であるフェロシリコン（Ｆｅ−Ｓｉ）等を投入するアルゴンリンスを行えば、０．００５〜０．０１５ｍａｓｓ％程度まで低下することも知られている（たとえば、特許文献２および特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特公平３−４６５２７号公報
【特許文献２】
特許第２６７４０４１号公報
【特許文献３】
特許第２７５１９２４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１で開示されているような、加炭による脱窒素の方法では、脱炭炉への負荷が大きくなり、酸素吹精時間の延長によるデメリットが生じる。さらに脱窒素のためだけにフラックスを添加することは、製造コストを増加させるデメリットとなってしまう。取鍋内に炭酸マグネシウムを投入する方法も、作業性や経済性の面からデメリットが生じる。
【０００７】
特許文献２や特許文献３で得られると記載されている脱炭吹錬後の窒素濃度は、０．０１５０ｍａｓｓ％であるので、アルゴンリンスを追加しないと、特許文献１と同程度の低窒素化を達成することはできない。アルゴンリンスの追加は、作業性や経済性の面からデメリットを生じさせると考えられる。
【０００８】
本発明の目的は、経済的に窒素濃度を低減することが可能な低窒素クロム含有鋼の製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、予め定める成品用濃度範囲でクロムを含有するクロム含有鋼を製造する際に、
脱炭処理前の溶鋼または溶銑中のクロム濃度を、該成品用濃度範囲よりも低く、脱炭処理で窒素含有量の減少も可能となる濃度範囲に調整しておき、
脱炭中または脱炭後に、クロムの濃度が該成品用濃度範囲内となるように、成分調整用のクロム合金を投入して成分調整を行い、
該濃度範囲は、該成分調整用のクロム合金を投入する際の窒素のピックアップによる窒素含有量の増加分が該脱炭処理での窒素含有量の減少分よりも小さい範囲に、予め設定しておくことを特徴とする低窒素クロム含有鋼の製造方法である。
【００１０】
本発明に従えば、予め定める成品用濃度範囲でクロムを含有するクロム含有鋼を製造する際に、脱炭処理を行う溶鋼または溶銑中のクロム濃度が低ければ、窒素濃度も低くなることに着目し、脱炭処理を行う前の溶鋼または溶銑中のクロム濃度を、成品用濃度範囲よりも低い濃度範囲に留めておく。クロム濃度は、低い方が窒素濃度を低くすることができるけれども、脱炭処理後にクロム濃度を成品用濃度範囲に成分調整するために、脱炭処理後の溶鋼にクロム合金を投入する際に、大気からの窒素のピックアップで溶鋼中に導入される窒素濃度も増加してしまう。脱炭処理前の溶鋼または溶銑中のクロム濃度範囲を、成分調整用のクロム合金を投入する際の窒素のピックアップによる窒素含有量の増加分が該脱炭処理での窒素含有量の減少分よりも小さい範囲に予め設定するので、有効に窒素濃度の低減を図ることができる。成分調整用のクロム合金の投入は、投入量の増加はあっても、従来から行われている工程であり、余分な作業とはならない。成分調整で投入するクロム量の増加は、脱炭処理前の溶鋼または溶銑の段階で投入するクロム量の減少となるので、成分調整時のクロム合金の投入量を増加しても、製造コストの上昇を抑えることができる。
【００１１】
また本発明で、前記クロム含有鋼は、クロムを前記成品用濃度範囲として１０ｍａｓｓ％以上含有するクロム含有鋼であり、
前記脱炭処理前の溶鋼中のクロム濃度範囲を、該成品用濃度範囲から１ｍａｓｓ％以上で５ｍａｓｓ％以下の範囲で小さくなるように設定することを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、１０ｍａｓｓ％以上のクロムを成品用濃度範囲として含有するクロム含有鋼を、脱炭処理前には成品用濃度範囲よりも１〜５ｍａｓｓ％小さい濃度範囲としておいて、脱炭処理を行い、窒素濃度の低減を図ることができる。成品用濃度範囲に対して不足するクロム濃度は、成分調整によって増加させることができる。成分調整では、最大で５ｍａｓｓ％程度のクロムを添加すればよいので、成分調整用のクロム合金の投入時に大気からのピックアップで溶鋼中に導入される窒素の量を少なくすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態として、転炉による脱炭処理を行う際に、窒素濃度の低減を図る操業を行って得られる結果を、転炉装入前のクロム濃度と成品窒素濃度との関係で示す。操業の対象となるクロム含有鋼製品は、成品クロム濃度が１８ｍａｓｓ％であるステンレス鋼である。矩形のプロットは、転炉装入前の窒素濃度を示し、菱形のプロットはクロム濃度を調整した成品の窒素濃度を示す。転炉装入前には、クロム濃度の減少と窒素濃度の減少とが対応しているけれども、成品での窒素濃度は、クロム濃度が１３ｍａｓｓ％以下となると増加するようになることが判る。この理由は、クロム濃度が小さくなると、成分調整で追加するクロム量が多くなり、多量のフェロクロム（Ｆｅ−Ｃｒ）などのクロム合金を溶鋼中に投入する際に、大気中の窒素をピックアップして、溶鋼中の窒素濃度が増加してしまうからであると推定される。
【００１４】
図１から、成品クロム濃度が１８％必要な場合に、転炉装入前のクロム濃度を、１３．０〜１７．０ｍａｓｓ％としておけば、菱形のプロットで示す成品中の窒素濃度が０．０１２ｍａｓｓ％以下になることも判る。さらに、転炉装入前のクロム濃度を、１４．０〜１６．０ｍａｓｓ％としておけば、成品中の窒素濃度が０．０１ｍａｓｓ％以下になることも判る。
【００１５】
このステンレス鋼製造用の溶銑は、電気炉で溶製している。電気炉の１チャージは、約７５ｔであり、溶銑の主成分は、次の表１に示す。
【００１６】
【表１】
2004300463.tif 000003
【００１７】
図１にプロットした結果のうちの主要なデータを、転炉装入前のクロム濃度が１３．０〜１７．０ｍａｓｓ％の範囲を濃度範囲として、この濃度範囲内に入る発明例と、この濃度範囲内に入らない比較例とに分類して、次の表２に示す。
【００１８】
【表２】
2004300463.tif 000004
【００１９】
図２は、本実施形態で成品の窒素濃度を測定するまでの概略的な工程を示す。ステップｓ１では、電気炉で主成分が前述の表１のようになる溶銑を溶製する。次にステップｓ２で、加炭や加炭後のフラックス添加を行わずに、転炉での脱炭および脱窒処理を行う。ただし、脱窒処理は、脱炭処理に伴って行われる。図１に示す転炉装入前の窒素濃度やクロム濃度は、この段階の脱炭処理前の溶銑に対する分析値である。
【００２０】
脱炭処理は、炭素濃度が０．０５〜０．３０ｍａｓｓ％となるまでの粗脱炭処理として行う。次にステップｓ３として、クロム濃度が１７．５〜１８．５ｍａｓｓ％の範囲となるように、成分の粗調整を行う。この成分調整は、脱炭中に並行して、または脱炭後に行う。次に、ステップｓ４では、未脱酸で溶鋼のみを取鍋に出鋼する。その後ステップｓ５で、ＶＯＤ（Ｖａｃｕｕｍ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｄｅｃａｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）などの取鍋真空脱炭法で炭素濃度が０．０２０ｍａｓｓ％以下になるまで脱炭を行う。次にステップｓ６で、成分温度調整を行い、クロム濃度を１８ｍａｓｓ％を中心とする成品濃度範囲に調整し、温度も連続鋳造に適切な範囲に調整して、ステップｓ７で連続鋳造を行う。図１に示す成品窒素の分析値は、ステップｓ８で連続鋳造装置のモールド内から溶鋼をサンプリングし、ステップｓ９で成品窒素濃度を分析して得られる。
【００２１】
図３は、本発明の実施の他の形態として、成品のクロム濃度が１４ｍａｓｓ％である場合について、転炉による脱炭処理を行う際に、窒素濃度の低減を図る操業を行って得られる結果を、転炉装入前のクロム濃度と成品窒素濃度との関係で示す。脱炭用濃度範囲として、転炉装入前のクロム濃度を９．０〜１３．０ｍａｓｓ％の範囲としておけば、成品窒素濃度が０．００８ｍａｓｓ％以下になることが判る。この脱炭用濃度範囲は、成品クロム濃度を１４．０ｍａｓｓ％とすると、１．０〜５．０ｍａｓｓ％低くなる範囲となる。
【００２２】
本実施形態で、成品窒素濃度の分析値を得る手順は、図２と同様である。すなわち、このステンレス鋼製造用の溶銑も、電気炉で溶製し、電気炉の１チャージは、約７５ｔである。ただし、図２のステップｓ３でのクロム成分の粗調整では、１３．５〜１４．５ｍａｓｓ％の範囲に調整している。溶銑の主成分は、次の表３に示す。
【００２３】
【表３】
2004300463.tif 000005
【００２４】
以上で説明しているように、転炉装入前の溶銑のクロム濃度を、成品のクロム濃度よりも１．０〜５．０ｍａｓｓ％小さくなるように調整しておくことによって窒素濃度の低減が従来とほぼ同様な工程で可能となる。なお、脱炭は転炉で行うばかりではなく、ＡＯＤ（Ａｒｇｏｎ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）のように、酸素およびアルゴンを底吹きする精練法など、他の方法で行う場合にも、本発明を適用することができる。
【００２５】
また、本発明は、クロムの成品濃度が１８ｍａｓｓ％や１４ｍａｓｓ％のフェライト系ステンレス鋼に限らず、１０ｍａｓｓ％程度以上の成品濃度でクロムを含むクロム含有鋼に適用することができる。クロム含有鋼を製造する際に、脱炭処理前の溶鋼または溶銑中のクロム濃度を、成品用濃度範囲よりも低く、脱炭処理で窒素含有量の減少も可能となる濃度範囲に調整しておき、脱炭中または脱炭後に、クロムの濃度が該成品用濃度範囲内となるように、成分調整用のクロム合金を投入して成分調整を行い、脱炭用濃度範囲は、成分調整用のクロム合金を投入する際の窒素のピックアップによる窒素含有量の増加分が該脱炭処理での窒素含有量の減少分よりも小さい範囲に、予め設定しておけばよい。
【００２６】
本発明は、脱炭処理を行う溶鋼または溶銑中のクロム濃度が低ければ、窒素濃度も低くなることに着目し、脱炭処理を行う前の溶鋼または溶銑中のクロム濃度を、成品用濃度範囲よりも低い濃度範囲に留めておく。ただしクロム濃度が低くなりすぎると、クロム濃度を成品用濃度範囲に高める成分調整の際に、多量のクロム合金を投入することが必要となり、大気からの窒素のピックアップで溶鋼中に導入される窒素濃度も増加してしまうことも見出し、濃度範囲を、成分調整用のクロム合金を投入する際の窒素のピックアップによる窒素含有量の増加分が該脱炭処理での窒素含有量の減少分よりも小さい範囲に予め設定するので、有効に窒素濃度の低減を図ることができる。成分調整用のクロム合金の投入は、投入量の増加はあっても、従来から行われている工程であり、余分な作業とはならない。成分調整で投入するクロム量の増加は、脱炭処理前の溶鋼または溶銑の段階で投入するクロム量の減少となるので、成分調整時のクロム合金の投入量を増加しても、製造コストの上昇を抑えることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、脱炭処理を行う溶鋼または溶銑中のクロム濃度が低ければ、窒素濃度も低くなることに着目し、脱炭処理を行う前の溶鋼または溶銑中のクロム濃度を、成品用濃度範囲よりも低い濃度範囲にして窒素濃度を低減することができる。濃度範囲は、クロム濃度を成品用濃度範囲に成分調整するために、脱炭処理後の溶鋼にクロム合金を投入する際に、大気からの窒素のピックアップで溶鋼中に導入される窒素濃度が増加しないようにも、設定されるので、有効に窒素濃度の低減を図ることができる。成分調整用のクロム合金の投入は、従来から行われている工程であり、余分な作業とはならない。成分調整で投入するクロム量が増加しても、脱炭処理前の溶鋼または溶銑の段階で投入するクロム量は減少するので、製造コストの上昇を抑え、経済的に窒素濃度の低減を図ることができる。
【００２８】
また本発明によれば、１０ｍａｓｓ％以上のクロムを成品用濃度範囲として含有するクロム含有鋼を製造する際に、成品用濃度範囲よりも１〜５ｍａｓｓ％小さい濃度範囲のクロム濃度で脱炭処理を行い、窒素濃度の低減を図ることができる。脱炭後の成分調整では、最大で５ｍａｓｓ％程度のクロムを添加すればよいので、クロム合金などの投入に伴って大気からのピックアップで溶鋼中に導入される窒素の量を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態として、転炉による脱炭処理を行う際に、成品クロム濃度１８ｍａｓｓ％を目的として窒素濃度の低減を図る操業を行って得られる結果を、転炉装入前のクロム濃度と成品窒素濃度との関係で示すグラフである。
【図２】図１の結果を得る実施形態で、成品の窒素濃度を測定するまでの概略的な工程図である。
【図３】本発明の実施の他の形態として、成品のクロム濃度が１４ｍａｓｓ％である場合について、転炉による脱炭処理を行う際に、窒素濃度の低減を図る操業を行って得られる結果を、転炉装入前のクロム濃度と成品窒素濃度との関係で示すグラフである。
【図１】
2004300463.tif 000006
【図２】
2004300463.tif 000007
【図３】
2004300463.tif 000008