(57)【要約】【課題】本発明は、精錬中に形成される非金属介在物を延伸性の良好なものとし、延伸性ばかりでなく、疲労強度にも優れたステンレス鋼になる溶鋼を溶製可能な低Ｃｒステンレス溶鋼の精錬方法を提供することを目的としている。【解決手段】精錬容器に低Ｃｒステンレス溶鋼を保持し、まず該溶鋼のＣ濃度が０．０３〜０．６０質量％になるよう仕上げ脱炭精錬してから目標Ｃｒ濃度になるように成分調整した後、Ｓｉで脱酸する低Ｃｒステンレス鋼の精錬方法を改良した。具体的には、前記Ｓｉ脱酸後の溶鋼に、引き続きＣａとＲＥＭとを複合添加し、該溶鋼中のＣａ及びＲＥＭの合計濃度を０．０００２〜０．００１２質量％の範囲に調整する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
精錬容器に低Ｃｒステンレス溶鋼を保持し、まず該溶鋼のＣ濃度が０．０３〜０．６０質量％になるよう仕上げ脱炭精錬してから目標Ｃｒ濃度になるように成分調整した後、Ｓｉで脱酸する低Ｃｒステンレス鋼の精錬方法において、
前記Ｓｉ脱酸後の溶鋼に、引き続きＣａとＲＥＭとを複合添加し、該溶鋼中のＣａ及びＲＥＭの合計濃度を０．０００２〜０．００１２質量％の範囲に調整することを特徴とする低Ｃｒステンレス鋼の精錬方法。
【請求項２】
前記脱炭精錬を真空下又は不活性ガスの雰囲気下で行うことを特徴とする請求項１記載の低Ｃｒステンレス鋼の精錬方法。
【請求項３】
前記精錬容器をアルミナ質耐火物で内張りすることを特徴とする請求項１記載の低Ｃｒステンレス鋼の精錬方法。
【請求項４】
前記溶鋼を、バネ材の素材に好適な組成としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の低Ｃｒステンレス鋼の精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低Ｃｒステンレス鋼の精錬方法に係わり、詳しくは、精錬中に生成する非金属介在物を延伸性の良好な無害化されたものとし、延伸性ばかりでなく、疲労強度にも優れた低Ｃｒステンレス鋼を得ることが可能な精錬技術の提供を目的としている。
【背景技術】
【０００２】
バネの材料に利用されるクロム含有量の低いステンレス鋼（フェライト系ともいう）は、延伸性ばかりでなく、製作したバネの安全性や長い使用寿命を得るため、疲労強度にも優れていることが必要である。ステンレス鋼は、一般に、転炉又は電気炉で溶銑及び鉄スクラップを酸素吹錬で一次精錬してから、図３（ａ）に示すＶＯＤ真空脱ガス装置、あるいは図３（ｂ）に示すＡＯＤ炉のような精錬容器を用い、仕上げ脱炭、Ｓｉによる脱酸、合金鉄等による成分調整という所謂「二次精錬」を行い、溶鋼中に存在する非金属介在物や酸素をスラグへ浮上分離で移行、除去し、清浄化することで溶製される。
【０００３】
このようなステンレス鋼の清浄度を向上させる方法の一つとして、前記二次精錬においてＳｉで脱酸した溶鋼を連続鋳造して鋼鋳片とするに際し、鋳型の上方に配置した中間容器（以下、タンディッシュと称し、溶鋼の均一化や含有する非金属介在物を浮上させるのに用いられる）内に投入するフラックスの組成を、ＣａＯ／ＳｉＯ２が２．５以下、Ａｌ２Ｏ３が５ｗｔ％以下になるように調整したものにすることで、アルミナの溶鋼からの浮上分離及びそこで形成されるスラグへのトラップを促進させる技術が開示されている（特許文献１参照）。また、その技術では、前記Ｓｉでの脱酸を、（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２）：１．２〜２．０，Ａｌ２Ｏ３：１０ｗｔ％以下を満足する組成のスラグの存在下で行うのが望ましいとしている。
【０００４】
しかしながら、この従来技術は、溶製した溶鋼中の硬質化したＡｌ２Ｏ３介在物の量を減少させるので、該溶鋼を鋳込んで得た鋼材の表面欠陥の発生防止には有効であったが、硬質化したＡｌ２Ｏ３介在物を完全になくすることはできず、該鋼材で製造したバネの疲労強度の改善には、微量のＡｌ２Ｏ３が存在しているという理由でまだ不十分であった。
【０００５】
また、この技術では、溶鋼に添加したＳｉは、脱酸中に形成されたスラグや使用した精錬容器の内張り耐火物中のＡｌ２Ｏ３を還元し、Ａｌを溶鋼に移行させる。このＡｌは、その後スラグ中の酸素等で再酸化され、Ａｌ２Ｏ３を主体とした硬質な介在物を形成し、その状態のまま、溶鋼と共に鋳造されて鋼鋳片の内部に残る。さらに、精錬容器に安価なＡｌ２Ｏ３系耐火物を内張りすると、そこからのＡｌ溶出もあり、バネの素材に適するステンレス鋼を溶製するには、高価な非Ａｌ２Ｏ３系耐火物を特別に内張りしなければならないという別の問題もあった。
【０００６】
一方、バネ材として利用されるオーステナイト系ステンレス鋼の精錬方法に関して、精錬中に生成する非金属介在物を延伸性の良好な無害化された非金属介在物とする技術が提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、この技術は、ＳＵＳ  ３０１のようなＣｒ、Ｎｉを多量に含有するオーステナイト系ステンレス鋼を対象としたものであり、フェライト系の低Ｃｒステンレス鋼についての開示はなく、低Ｃｒステンレス鋼に対する効果は不明であった。
【特許文献１】特開２０００−６３９２７号公報
【特許文献２】特開平１１−１９９９１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑み、精錬中に形成される非金属介在物を延伸性の良好なものとし、延伸性ばかりでなく、疲労強度にも優れたステンレス鋼になる溶鋼を溶製可能な低Ｃｒステンレス溶鋼の精錬方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従来より、オーステナイト系ステンレス鋼の精錬方法に関しては、非金属介在物を延伸性の良好な無害化されたものとするために、Ｓｉ脱酸後の溶鋼にＣａとＲＥＭとを複合添加し、それらの合計濃度を０．０００１〜０．００１５質量％の範囲に調整するのが有効であることは知られている。そこで、発明者は、オーステナイト系ステンレス鋼に関するこの知見を、フェライト系である低Ｃｒステンレス鋼に適用した場合の効果について実験で確認した。その結果、低Ｃｒステンレス鋼の精錬においても類似の効果が得られること、効果を発現させるためのＣａ及びＲＥＭの合計濃度の最適範囲が相違することが明らかになった。
【０００９】
本発明は、この知見に基づきなされたもので、精錬容器に低Ｃｒステンレス溶鋼を保持し、まず該溶鋼のＣ濃度が０．０３〜０．６質量％になるよう仕上げ脱炭精錬してから目標Ｃｒ濃度になるように成分調整した後、Ｓｉで脱酸する低Ｃｒステンレス鋼の精錬方法において、前記Ｓｉ脱酸後の溶鋼に、引き続きＣａとＲＥＭとを複合添加し、該溶鋼中のＣａ及びＲＥＭの合計濃度を０．０００２〜０．００１２質量％の範囲に調整することを特徴とする低Ｃｒステンレス鋼の精錬方法である。
【００１０】
この場合、前記脱炭精錬を真空下又は不活性ガスの雰囲気下で行うのが好ましく、また前記精錬容器をアルミナ質耐火物で内張りしても良い。さらに、前記溶鋼を、バネ材の素材に好適な組成とするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、Ａｌ２Ｏ３系介在物（Ｃ系介在物）をＣａ＋ＲＥＭ添加により、延伸性の高い介在物（Ａ系介在物）に変化させ、得られる低Ｃｒステンレス鋼のバネ特性（特に疲労強度）を向上させることが可能になった。また、スラグ組成の調整なしで上記効果が得られること、大量のＣａ添加が不要なため発錆の心配が無いこと、安価なアルミナ系耐火物の使用が可能となるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。
【００１３】
まず、本発明の対象とした低Ｃｒステンレス鋼とは、Ｃｒ含有量が１１〜１６質量％程度、Ｎｉ含有量が０．６質量％以下のＣｒ系ステンレス鋼である。発明者は、転炉精錬を終了した低Ｃｒステンレス溶鋼を、二次精錬装置としてＡＯＤ及びＶＯＤを用いて試験操業を多数行った。具体的には、従来通りに、溶鋼中に真空下で酸素ガスを吹き込んだり（ＶＯＤの場合）、あるいは不活性ガスを吹き込み攪拌して（ＡＯＤの場合）、炭素をＣＯガスとして仕上げ脱炭し、その後の溶鋼にＣｒ等を添加して成分を目標値に調整してから、Ｓｉを投入して脱酸を行うのである。
【００１４】
その際、バネの素材にする低Ｃｒステンレス溶鋼は、該二次精錬中に生成するスラグのＣａＯやＡｌ２Ｏ３の濃度を低下させるようにしても、溶鋼中のＳｉ濃度が高いため、スラグ中のＡｌ濃度と平衡する溶鋼中のＡｌ濃度が高くなり、該溶鋼中に形成される非金属介在物のＡｌ２Ｏ３の濃度が高まり、硬質な非金属介在物になってしまう。
【００１５】
そこで、発明者は、前記Ｓｉ脱酸中に、スラグ及び精錬容器の内張り耐火物が還元されて溶鋼に移行してきたＡｌの存在下で、該溶鋼にＣａの他にもＬａ、Ｃｅを含むＲＥＭを添加し、凝固後に圧延して得られた低Ｃｒステンレス鋼の試料に含まれる非金属介在物を調査した。なお、この調査では、形状等の他、介在物の量を、試料をエレクトロン・ビーム溶解して冷却した後に、表面に浮上した介在物の面積を測定して求めた（試料の単位重量当たりの面積として）。また、該介在物中のＡｌ２Ｏ３の比率は、上記浮上した介在物中のＡｌ２Ｏ３の量をエネルギー分散型Ｘ線分析装置（通称、ＥＤＸ）で分析して求めた。
【００１６】
この調査の結果より、介在物の形状は短径（ｄ１）と長径（ｄ２）との比（ｄ２／ｄｌ）が大きい、つまり細長い形状であることがわかった。また、非金属介在物の組成は、主にＳｉＯ２−ＭｎＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−Ｌａ２Ｏ３−Ｃｅ２Ｏ３の複合酸化物であり、前記Ｃａ及びＲＥＭの添加した量でＣａＯ−Ｌａ２Ｏ３−Ｃｅ２Ｏ３の濃度が異なっていた。また、ＣａＯ−Ｌａ２Ｏ３−Ｃｅ２Ｏ３の濃度が大きいほど、前記した短径（ｄ１）と長径（ｄ２）との比（ｄ２／ｄｌ）が大きく、延伸性の大きい非金属介在物になることもわかった。特に、ＣａＯ−Ｌａ２Ｏ３−Ｃｅ２Ｏ３の濃度が１０質量％以上になると、図１に示すように、非金属介在物の延伸性が大幅に向上し、一般に延伸性良好とする判断基準の（ｄ２／ｄｌ）＞５が達成されることも確認された。これは、ＳｉＯ２−ＭｎＯ−Ａｌ２Ｏ３系の非金属介在物中にＣａＯ−Ｌａ２Ｏ３−Ｃｅ２Ｏ３が加わったため、非金属介在物の融点が低下し、延伸し易くなったと考えられる。
【００１７】
さらに、図２に溶鋼中の（Ｃａ＋ＲＥＭ）の濃度と、得られた低Ｃｒステンレス鋼に出現した非金属介在物中のＣａＯ−Ｌａ２Ｏ３−Ｃｅ２Ｏ３濃度との関係を示す。それによれば、溶鋼中のＣａ＋ＲＥＭの濃度が増加すると、非金属介在物中のＣａＯ−Ｌａ２Ｏ３−Ｃｅ２Ｏ３濃度も増加することが明らかである。そこで、発明者は、上記知見を整理し、本発明を完成させたのである。つまり、非金属介在物の延伸性を高めるには、前記ＣａＯ−Ｌａ２Ｏ３−Ｃｅ２Ｏ３濃度を１０質量％以上にする必要があり、そのためには精錬時に溶鋼中の（Ｃａ＋ＲＥＭ）濃度を０．０００２質量％以上とすることにしたのである。
【００１８】
しかしながら、この（Ｃａ＋ＲＥＭ）濃度が０．００１２質量％を超えると、鋼材が発錆し易くなるので、上限を０．００１２質量％に制限することにした。
【００１９】
なお、本発明では、前記二次精錬の前工程である転炉でのステンレス溶鋼の精錬方法については、特に限定するものではない。本発明の効果は、一次精錬の方法に影響されないからである。
【実施例】
【００２０】
バネの素材に利用する低Ｃｒステンレス鋼（ＳＵＳ  ４１０）を製造するため、予め転炉で、主成分がＣ：０．１６〜０．１８、Ｓｉ：０．００１〜０．０１、Ｍｎ：０．３６〜０．３８、Ｃｒ：１２．６〜１２．８（いずれも質量％）程度の低Ｃｒステンレス溶鋼（以下、単に溶鋼ともいう）を溶製し、容量１６０トンの取鍋１に出鋼した。取鍋１には、耐火物２として通常使用される安価なアルミナーマグネシア煉瓦を内張りした。この取鍋１を図３（ａ）に示したＶＯＤ真空脱ガス装置３にセットし、酸素上吹きランス４を介して溶鋼５に酸素ガス６を吹き付け、Ｃ：０．１３質量％までの仕上げ脱炭を行った。その際、溶鋼５の温度は、１５６０℃とし、減圧室７の雰囲気圧力は、１０〜１００トールの範囲で変更した。
【００２１】
この仕上げ脱炭が終了した後、溶鋼５に金属Ｓｉを投入し、この溶鋼自体及び形成されたスラグの還元を行い、引き続き、図示していない添加手段を用いて該溶鋼中に（Ｃａ＋ＲＥＭ）を添加し、それら成分の溶鋼中濃度を調整した。この調整は、本発明の要件を満足する場合（実施例）及び満足しない場合（比較例）の両方で実施した。この操業中に形成されるスラグの組成は、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．５、Ａｌ２Ｏ３系濃度が８重量％になるように調整した。
【００２２】
得られた溶鋼の最終成分は、Ｃ：０．１３〜０．１４質量％、Ｓｉ：０．３６〜０．３９質量％、Ｍｎ：０．５５〜０．６２質量％、Ｃｒ：１２．８〜１２．９質量％、Ｎ：０．０４〜０．０５質量％で、（Ｃａ＋ＲＥＭ）の含有量は０（トレース）〜０．００１０質量％であり、バネの素材用鋼に適したものである。
【００２３】
引き続き、この溶鋼は、図示していない連続鋳造機で鋼鋳片にされ、その後、該鋼鋳片に熱間圧延―冷間圧延を施して低Ｃｒステンレス鋼板にされた。そして、該鋼板の所定の位置から試料を採取し、包含する非金属介在物の調査を行った。この調査では、ＳＥＭ（二次電子顕微鏡）で形状の観察、及び長径、短径の測定が、前記ＥＤＸで組成の同定が行われた。
【００２４】
その調査結果を、一括して表１に示す。表１より、本発明によれば、非金属介在物がＳｉＯ２−ＭｎＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−Ｌａ２Ｏ３−Ｃｅ２Ｏ３系であり、その形態が針状であることが明らかである。つまり、軟質化して延伸性の大きいものになっていた。また、前記二次精錬の終了後に、取鍋に内張りした耐火物の溶損状況を肉眼観察したが、特に大きな損傷がなく、十分に使用に耐えることも確認された。
【００２５】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の基礎とした、非金属介在物中のＣａＯ−Ｌａ２Ｏ３−Ｃｅ２Ｏ３濃度と該介在物の（長径ｄ２／短径ｄｌ）比との関係を示す図である。
【図２】本発明の基礎とした、溶鋼中の（Ｃａ＋ＲＥＭ）の濃度と低Ｃｒステンレス鋼に出現した非金属介在物中のＣａＯ−Ｌａ２Ｏ３−Ｃｅ２Ｏ３濃度との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施に用いる精錬容器を示す図であり、（ａ）はＶＯＤ真空脱ガス装置、（ｂ）はＡＯＤ炉である。
【符号の説明】
【００２７】
１    取鍋
２    耐火物
３    ＶＯＤ真空脱ガス装置
４    酸素上吹きランス
５    溶鋼
６    酸素ガス
７    減圧室
８    ＡＯＤ炉
９    スラグ
１０  不活性ガス
【図１】
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【図２】
2007270182.tif 000005
【図３】
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