(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｓ≧０．１０％である高Ｓ系ステンレス鋼の溶製の際のＲＨ脱ガス処理において、ＲＨ脱ガス処理の処理開始の初期の間に溶鋼中にＳ成分を投入することによりＲＨ脱ガス処理時間における投入後の［Ｓ］濃度の高い時間の割合を多くすることを特徴とする高Ｓ系ステンレス鋼のＲＨ脱ガス処理における脱窒の抑制方法。
【請求項２】
ＲＨ脱ガス処理の処理開始後１５分以内に溶鋼中にＳ成分を投入することを特徴とする請求項１に記載の高Ｓ系ステンレス鋼のＲＨ脱ガス処理における脱窒の抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＪＩＳ規定のＳＵＳ３０３やＳＵＳ４１６などのＳ≧０．１０％である高Ｓ系ステンレス鋼の操業法、特に、電気炉、ＲＨ脱ガス処理、取鍋精錬（ＬＦ精錬）、連続鋳造という工程におけるＲＨ脱ガス処理における脱窒抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般鋼の操業はＣｒ含有量を低位に抑え、スクラップをカーボンと共に電気炉内に装入し、酸素吹精により酸化精錬を行う。これに対し、ステンレス鋼はＣｒを含むスクラップおよびフェロクロムなどのＣｒ合金を電気炉に投入し、Ｓｉをキープし、Ｃｒロスを防止しながら出鋼前に炉内を脱酸することでＣｒ還元を行う操業方法であり、出鋼後にＲＨ脱ガス処理装置により脱炭を行った後、ＬＦ精錬にて成分および温度の調整を行い、連続鋳造設備に渡している。
【０００３】
ところで、ステンレス鋼において、ＪＩＳ規定のＳＵＳ３０３やＳＵＳ４１６などの鋼種は、ＳＵＳ３０４系のステンレス鋼と比して溶鋼中の［Ｓ］分の高いので、溶鋼中への加窒の歩留りが悪い。これは溶鋼中の［Ｓ］が強い表面活性を示し、弱い表面活性元素である［Ｎ］の反応速度が［Ｓ］の濃度に大きく影響されるためである。すなわち、溶鋼中の［Ｓ］の濃度が上がると［Ｎ］の反応速度は著しく低下する。このため、ＲＨ脱ガス処理の後に行われる取鍋精錬炉においては、加窒が困難である。したがって、取鍋精錬の前工程であるＲＨ脱ガス処理において脱窒が進行し過ぎると、このあとの取鍋精錬炉における加窒に時間を要することとなり、これは生産性の阻害および成分はずれの要因となる。そこでＲＨ脱ガス処理において脱窒を抑制するが必要となる。
【０００４】
従来のステンレス鋼の溶製方法におけるＲＨ脱ガス処理では、電気炉から出鋼した溶鋼を脱炭するためにＲＨ脱ガス処理において酸素吹精をしながら処理を行う。このとき溶鋼温度が高いほど脱炭に有効であるので、溶鋼中に［Ｓ］を投入するためのＦｅＳＯの投入は脱炭の目途のつくＲＨ処理の後半に行っていた。例えば、ＲＨ脱ガス処理を開始し、３分後にＯ2吹精を開始し、３８分後にＦｅＳＯを投入した。この処理開始からＦｅＳＯ投入までの時期は溶鋼中の［Ｓ］の低い時期であった。このＲＨ脱ガス処理開始から４０分後にＯ2吹精を終了し、４５分後には全てのＲＨ脱ガス処理を終了した。このＦｅＳＯの投入後からＲＨ脱ガス処理の終了までの時期は溶鋼中の［Ｓ］の高い時期であった。この場合の溶鋼中の［Ｎ］の含有量を記載すると、電気炉からの出鋼時の［Ｎ］は５７５ｐｐｍであった。ＲＨ脱ガス処理５分後の［Ｎ］は４１５ｐｐｍであった。ＲＨ脱ガス処理３８分の溶鋼中に［Ｓ］を投入するためにＦｅＳＯの６００ｋｇを添加した時の［Ｎ］は２５８ｐｐｍであった。さらにＲＨ脱ガス処理終了時である４５分後の［Ｎ］は２２８ｐｐｍと脱窒されていた。
【０００５】
ところで、上記の従来法におけるＲＨ脱ガス処理の開始後の３８分後である後半にＦｅＳＯを投入する工程が設計された背景を説明すると、このＲＨ脱ガス処理では、脱炭を優先していた。この脱炭は溶鋼の温度が高いほど進行する。もし、ＲＨ脱ガス処理工程の前半にＦｅＳＯを上記のように６００ｋｇを超えて投入すると、溶鋼の温度低下が大きくなり、脱炭に遅れが生じることとなる。そこで、ＲＨ脱ガス処理工程の後半には、既に脱炭は進行して終了しているので、この時点でＦｅＳＯを６００ｋｇまでを投入すると、溶鋼の温度が低下しても脱炭上の問題が生じることがない。さらに従来は、Ｎの目標値が２００ｐｐｍ台と低く、この程度でも加窒が間に合っていたことである。
【０００６】
従来のステンレスのＲＨ脱ガス処理では、粗脱炭を行った溶鋼を有する鍋をＲＨ脱ガス処理装置に移送して真空脱炭し、脱酸および脱ガスを行って精錬している（例えば、非特許文献１参照。）。しかしながら、この文献には、ステンレス鋼の主原料のスクラップおよびニッケルをはじめとする合金鉄の価格の高騰に対処して、生産コスト削減の方法として、合金使用量の低減による合理化を目的として、特に高Ｓ系のＳＵＳ３０３系やＳＵＳ４１６系のステンレス鋼についての脱窒の抑制方法に関するものではなかった。
【０００７】
【非特許文献１】「鉄鋼便覧」鉄鋼協会編、第４版、第２巻、２編、２００２年７月発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ステンレス鋼では、ＲＨ脱ガスにて酸素を吹き込みながら還流させることにより、脱炭を行っている。しかし、この工程では脱炭と同時に脱窒反応も進行する。そこでＲＨ処理の後工程となる取鍋精錬（以下、「ＬＦ」という。）にて加窒を行うにあたり、ＳＵＳ３０３系やＳＵＳ４１６系の高Ｓ系ステンレス鋼はＳＵＳ３０４系のステンレス鋼に比して加窒歩留りが低いため、取鍋精錬の前工程であるＲＨ脱ガス工程において脱窒が進行し過ぎ、後工程のＬＦにおいて処理に時間を要する問題があった。
【０００９】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、ＪＩＳ規定のＳＵＳ３０３オーステナイト系やＳＵＳ４１６マルテンサイト系などの高Ｓ（Ｓ≧０．１０質量％）系ステンレス鋼の溶製において、ＲＨ脱ガス処理における脱窒速度を抑制して、加窒時間の負荷を軽減する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するための手段は、請求項１の発明では、ＪＩＳ規定のＳＵＳ３０３オーステナイト系やＳＵＳ４１６マルテンサイト系などの高Ｓ（Ｓ≧０．１０質量％）系ステンレス鋼の溶製の際のＲＨ脱ガス処理において、従来は脱炭促進のため、ＲＨ脱ガス処理の後半に添加していたＳ成分を、ＲＨ脱ガス処理の処理開始後の初期の間に溶鋼中にＳ成分を投入することにより、ＲＨ脱ガス処理時間における投入後の［Ｓ］濃度の高い時間の割合を多くすることを特徴とする高Ｓ系ステンレス鋼のＲＨ脱ガス処理における脱窒の抑制方法である。
【００１１】
請求項２の発明では、ＪＩＳ規定のＳＵＳ３０３オーステナイト系やＳＵＳ４１６マルテンサイト系などの高Ｓ（Ｓ≧０．１０質量％）系ステンレス鋼の溶製の際のＲＨ脱ガス処理において、ＲＨ脱ガス処理の処理開始後１５分以内に溶鋼中にＳ成分を投入することを特徴とする請求項１の手段の高Ｓ系ステンレス鋼のＲＨ脱ガス処理における脱窒の抑制方法である。
【００１２】
上記の手段の原理を説明すると、図１の溶鋼中の窒素吸収の見かけの物質移動係数ｋ’L〔ｃｍ／ｓ〕に及ぼすＳの影響（Ｎ2の圧力Ｐ＝１．０１３２５×１０5Ｐａ）に見られるように、界面活性元素である溶鋼中の［Ｓ］の濃度が高くなれば、溶鋼中の加窒も脱窒も遅くなる傾向がある。これは弱い表面活性元素である［Ｎ］の反応速度が、［Ｓ］の濃度に大きく影響されるためである。さらに、図２は［Ｓ］レベルによるＲＨ脱ガス処理時間と脱Ｎの挙動の関係を見たグラフであるが、この図２に見られるように、脱窒速度はＲＨ脱ガス処理の開始直後が最も速く、時間の経過とともに遅くなる傾向が一般的であり、特に［Ｓ］が高いほど脱窒速度は時間が経過しても遅くならない。
【００１３】
そこで、本発明の手段の一例としては、ＲＨ脱ガス処理における溶鋼中へのＳの添加時期をＲＨ脱ガス処理の初期に実施することで、ＲＨ脱ガス処理の後半の［Ｓ］濃度の高い（［Ｓ］≧０．１０％）時間の割合を多くすることにより、溶鋼からの脱窒を抑制する方法である。すなわち、ＲＨ脱ガス処理を開始し、開始３分後にＯ2吹精を開始し、開始５分後にＦｅＳＯを投入して［Ｓ］を高くする。このＦｅＳＯの投入はＲＨの初期において行うが、概ねＲＨ脱ガス処理開始後１５分以内の時期に行うことが望ましい。ＲＨ脱ガス処理開始後から４０分後にＯ2吹精を終了する。ＲＨ脱ガス処理開始後から４５分後に全脱ガス処理を終了する。このＲＨ脱ガス処理開始から５分後のＦｅＳＯの投入後から全処理の処理収入までの時期は溶鋼中の［Ｓ］成分の高い時期である。本発明の手段では、この溶鋼中の［Ｓ］成分の高い時期の割合を大幅に多くすることによって、脱窒を抑制する方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、上記の手段とすることによって、ＪＩＳ規定のＳＵＳ３０３オーステナイト系やＳＵＳ４１６マルテンサイト系などの高Ｓ（Ｓ≧０．１５質量％）系ステンレス鋼の溶製におけるＲＨ脱ガス処理による生産性を高め、かつ、脱窒を抑制してＮ成分の外れを低減してステンレス鋼のＮ量を改善をはかり、さらに炭化物の析出防止のための［Ｃ］値の低下に伴うＮｉバランスを改善するなど、本発明は従来にない優れた効果を奏する方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態を説明する前に、従来の方法において今一度ここで従来の方法を説明する。上記の背景技術で既に記載したように、ＲＨ脱ガス処理の後半に溶鋼中にＦｅＳＯを添加して溶鋼中の［Ｓ］を高める。しかしながら、ＲＨ脱ガス処理では、脱炭は温度が高いほど進行する。そこで、脱炭を優先する場合、ＲＨ脱ガス処理の前半に６００ｋｇを超える大量のＦｅＳＯを投入すると、ＦｅＳＯの投入により大きな温度低下を起こし、このために脱炭の進行が遅れることとなる。一方、ＲＨ脱ガス処理の後半にＦｅＳＯを投入すれば、この時期には既に脱炭は進行して終了済みであるので、ＦｅＳＯの投入により温度低下が生じたとしても、脱炭には関係がない。しかも、上記の図１を引用して説明したように、界面活性元素である［Ｓ］の濃度が高いと加窒も脱窒も遅くなる。しかしながら、従来はＮの目標値が低かったので、ＬＦ初期のＮが２００ｐｐｍ台の低さでも加窒は間に合っていた。
【００１６】
ここで、本発明の実施の形態について以下に図面を参照して以下に説明する。先ず、Ｓが１０質量％以上を含有しているＪＩＳ規格のＳＵＳ３０３系のオーステナイトステンレス鋼やＳＵＳ４１６系のマルテンサイトステンレス鋼などの溶製する際、溶鋼中の［Ｓ］を高めるために、ＲＨ脱ガス処理時の溶鋼中へＦｅＳＯを投入する時期を脱窒の視点のみから見るとき、図２に見られるように、ＦｅＳＯの投入時期は早ければ早いほど良い。しかしながら、ＲＨ脱ガス設備において１回還流するまでに要する時間は処理開始から４分はかかり、この間は［Ｓ］は低い時期である。そこで、本発明では、［Ｓ］を高めるために溶鋼中へＦｅＳＯを投入する開始時期は加窒歩留りを考慮して［Ｎ］の高い時期であるＲＨ脱ガス処理開始後の１５分以内とする。
【実施例１】
【００１７】
本発明の方法の実施の形態をＪＩＳ規定のＳＵＳ３０３を例として以下に説明する。先ず、１５０トン電気炉に原料のスクラップとフェロクロムなどのＣｒ合金を投入して、表１に示す成分からなるＪＩＳ規定のＳＵＳ３０３を溶製した。次いで、得られた溶鋼を取鍋でＲＨ脱ガス処理装置で還流処理した。この場合の溶鋼中の窒素の含有量を以下に示した。先ず、電気炉からの出鋼時の［Ｎ］は５８９ｐｐｍであった。ＲＨ脱ガス処理開始５分後に［Ｓ］添加のために溶鋼中にＦｅＳＯの３００ｋｇを添加した。この時点の［Ｎ］は４２５ｐｐｍであった。さらにＲＨ脱ガス処理開始の３８分後に［Ｓ］添加のために溶鋼中にＦｅＳＯの３００ｋｇを添加した。この時点の［Ｎ］は３４５ｐｐｍであった。ＲＨ脱ガス処理開始から４５分後にＲＨ脱ガス処理を終了した。この終了時の［Ｎ］は３２０ｐｐｍであった。なお、これら溶鋼中の各［Ｓ］や［Ｎ］などのサンプリングおよび測定方法は、溶鋼中より杓によりブロックとピン資料を採取して酸素窒素分析装置によった。
【００１８】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】溶鋼中の窒素吸収の見かけの物質移動係数ｋ’L〔ｃｍ／ｓ〕に及ぼすＳの影響（Ｎ2の圧力Ｐ＝１．０１３２５×１０5Ｐａ）を示すグラフである。
【図２】溶鋼中の［Ｓ］レベルによるＲＨ脱ガス処理の脱Ｎ挙動への影響を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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