(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
含Cr溶鋼を一定の[C]濃度まで送酸脱炭し、未脱酸状態で取鍋に出鋼し、その後、さらに減圧下で送酸脱炭、真聖脱炭、及び還元処理を行う極低炭素及び極低窒素ステンレス鋼の溶製方法において、
まず、最初の送酸脱炭を、上記［C]濃度が0.15〜0.10重量%の領域になるまで行って取鍋に出鋼し，その後の減圧下での送酸脱炭を、底吹き不活性ガスの流量5Nリットル/min/t以上及び，減圧精錬前に取鍋内の浴面上に添加するCaO又はMgO系フラックスの添加量を調整することで生成するスラグの重量15kg/t以下の条件で行うことを特徴とする極低炭素及び極低窒素ステンレス鋼の溶製方法。
【請求項２】
減圧下での送酸脱炭から真空脱炭への切り換えを、上記溶鋼中[C]濃度が60ppm以下で行うか、あるいは真空脱炭を省略することを特徴とする請求項1記載の極低炭素及び極低窒素ステンレス鋼の溶製方法。
【請求項３】
減圧下の送酸脱炭期である上記溶鋼中[C]濃度が200ppm以上である期間内に、合金鉄を予め添加することを特徴とする請求項1又は2記載の極低炭素及び極低窒素ステンレス鋼の溶製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極低炭素・極低窒素ステンレス鋼の溶製方法に関し、詳しくは、含クロム溶鋼を、ＶＯＤ等の真空精錬装置内でクロムの酸化ロスを極力抑えて、効率良く、且つ迅速に、極低炭素及び窒素領域（現在では、一般に１００ｐｐｍ以下をいう）まで脱炭、脱窒する技術である。
【０００２】
【従来の技術】
現在、極低炭素ステンレス鋼を減圧下で脱炭して溶製するには、以下のようにしている。転炉等から出鋼した含Ｃｒ溶鋼を、まず、減圧下での上吹き送酸によって、［Ｃ］濃度が０．０１〜０．０２重量％程度に低下させ、その後、該溶鋼中［Ｃｒ］の酸化ロスを抑えるために、上吹き酸素を停止し，減圧のまま溶鋼を撹拌する。この撹拌によって、溶鋼中及びスラグ中の酸素と溶鋼中炭素とが反応し、ＣＯガスとして脱炭するので、溶鋼中［Ｃ］濃度が０．０１重量％以下の所謂極低炭素濃度領域になるのである。しかしながら、上記した上吹き酸素停止後の減圧下脱炭（以下、真空脱炭という）では、脱炭速度が送酸脱炭時に比べて著しく低下するので、かかる従来法ではトータルの製錬時間が長いという問題があった。
【０００３】
そこで、かかる減圧下での脱炭速度を向上させるため、特公昭５６−３３４４５号公報及び特公昭５９−５２２０３号公報は、「アルゴン・ガス等の不活性ガスと酸素ガスとの混合ガスを、溶鋼に上吹きするか、あるいは浸漬ランスを介して吹き込み、送酸の酸素ポテンシアルを低下させてクロムの酸化ロスを抑制しつつ、脱炭速度を向上させる」方法を開示した。しかしながら、これらの方法を採用すると、上吹き酸素停止後の脱炭速度は向上するが、使用されるアルゴン・ガスの原単位量が増大するので、精練コストが従来より大幅に増大するという問題が生じていた。
【０００４】
また、ＶＯＤでの脱窒素を強化するには、減圧下脱炭に伴うＣＯボイリングを活発にしなければならない。しかしながら、そのためには、減圧脱炭開始時の溶鋼中［Ｃ］濃度を高くする必要があり、このことも精練時間の延長に寄与していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情を鑑み、減圧下で脱炭するに際し、従来より溶鋼中に含まれるクロムの酸化ロス量を極力抑え、真空脱炭工程を短縮又は省略して効率良く、且つ安価に極低炭素及び窒素のステンレス鋼を溶製する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、減圧下での送酸脱炭を、クロムの酸化ロスを極力抑えて迅速に行う方法の発見に鋭意努力し、その成果として本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、含Cr溶鋼を一定の[C]濃度まで送酸脱炭し、未脱酸状態で取鍋に出鋼し、その後、さらに減圧下で送酸脱炭、真聖脱炭、及び還元処理を行う極低炭素及び極低窒素ステンレス鋼の溶製方法において、まず、最初の送酸脱炭を、上記［C]濃度が0.15〜0.10重量%の領域になるまで行って取鍋に出鋼し，その後の減圧下での送酸脱炭を、底吹き不活性ガスの流量5Nリットル/min/t以上及び，減圧精錬前に取鍋内の浴面上に添加するCaO又はMgO系フラックスの添加量を調整することで生成するスラグの重量15kg/t以下の条件で行うことを特徴とする極低炭素及び極低窒素ステンレス鋼の溶製方法である。
【０００７】
また、本発明は、減圧下での送酸脱炭から真空脱炭への切り換えを、上記溶鋼中[C]濃度が60ppm以下で行うか、あるいは真空脱炭を省略することを特徴とする極低炭素及び極低窒素ステンレス鋼の溶製方法である。
さらに、本発明は、減圧下の送酸脱炭期である上記溶鋼中[C]濃度が200ppm以上である期間内に、合金鉄を予め添加することを特徴とする極低炭素及び極低窒素ステンレス鋼の溶製方法でもある。
【０００８】
本発明では、極低炭素及び極低窒素ステンレス鋼を、上記のような方法で溶製するようにしたので、減圧下での送酸脱炭に際して溶鋼中クロムの酸化ロスが抑えられ、極低炭素の濃度領域まで高速で送酸脱炭できるようになる。その結果、その後の送酸無しによる真空脱炭を短縮、あるいは省略しても極低炭素および極低窒素領域にあるので、精錬時間が従来より短縮でき、あわせて使用還元剤の原単位が低減できるようになる。
【０００９】
本発明の内容を、発明に至る経緯も含めて、以下に説明する。発明者の研究によれば、転炉あるいはAOD等の精錬炉で送酸脱炭した溶鋼を未脱酸で出鋼すると、出鋼中に溶鋼表面からCOガスが発生したり、表面活性元素である酸素が溶鋼表面を覆うので、大気からの窒素の吸収が防止され、真空精錬を開始するまでの溶鋼中[N]濃度を100ｐｐｍ以下に抑えることができる。そこで、発明者は、VOD等の真空精錬装置で、長時間の脱窒処理を行わないでも、脱炭だけに専念すれば、極低炭素及び極低窒素ステンレス鋼に要求される[N]濃度にすることができると考えた。
【００１０】
一方、発明者は、脱炭反応速度と操業条件との関係を多くの実験データ用いて解析し、以下の新規な知見を見いだした。すなわち、図１及び図２に示すように。減圧下での送酸脱炭において、生成されるスラグ重量及び減圧精錬前に取鍋内の浴面上に添加するCaO又はMgO系フラックスの添加量を調整することで15Kg/ｔ以下に抑え、且つ底吹きするアルゴン・ガスの流量を5Nリットル/min/t以上にして送酸すると、脱炭速度が向上すること(高速化の可能性)を知った。さらに、図３に示すように、上記スラグ及びアルゴン・ガスの条件下で送酸脱炭を［C］＜60ppmまで継続しても、溶鋼中クロムの酸化ロス(△Cr=(取鍋出鋼時の溶鋼中[Cr]―減圧下での送酸脱炭後の溶鋼中[Cr]で定義する)は,殆ど増大しないことをも見いだした。これらの知見より、従来は、「溶鋼中［C]濃度が100〜150ppmの時点から送酸を停止し，目標とする極低炭素値までは送酸無しによる真空脱炭していた］が、かかる真空脱炭の時間を短縮したり、あるいは省略しても良いことがわかる。さらに、図４に示すように、前記条件下では、溶鋼の成分調整のために添加する合金鉄を、まだ減圧下の送酸脱炭期である溶鋼中[C]濃度が200ppm以上で添加すると、クロムの前記酸化ロスが一層低減できることをも見出したのである。
【００１１】
そこで、発明者は、これらの知見を上記した本発明として整理したのである。
【００１２】
【実施例】
16重量%Crの溶鋼を180トンを、転炉及び真空精錬装置(VOD)を用いて、本発明に係る図５に示す条件で脱炭し、目標炭素50ppm以下及び窒素100ppm以下の極低炭素及び極低窒素ステンレス鋼を溶製した。その際、スラグ重量を15kg以下に抑えるため、Al203生成の原因となり、且つスラグ量を増大させるAlの投入(昇熱)を行わずに、減圧下で送酸脱炭し、溶鋼中[C]濃度が40〜50ppmになった時点で上吹き送酸を停止した。そのため、莫空脱炭を省略して直ちに還元処理を行い、目標とする極低炭素及び極低窒素ステンレス鋼を得た。なお、本発明の効果を評価するため、同一鋼種で従来の溶製方法による比較溶製も行った。その際の脱炭状況を図６に示す。図６より、本発明の適用で、脱炭処理時間が従来法より40分も短縮できたことが明らかである。
【００１３】
また、減圧前の精練で、溶鋼を未脱酸で出鋼した結果、減圧処理開始時の溶鋼中［Ｎ］濃度は１００ｐｐｍ以下を維持でき、さらに、図７に示すように、減圧下では溶鋼が吸窒しないため、脱窒処理の必要性がないことがわかった。加えて、図８に示すように、クロムの酸化ロスが減少し、溶鋼還元用のＡｌ原単位量を大幅に削減することができた。
【００１４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、極低炭素及び極低窒素ステンレス鋼の溶製に際し、従来より脱炭速度が大幅に向上し、精錬時間を大幅に短縮できると共に、溶鋼中のCr酸化ロスが減少するので、脱炭後の溶鋼還元に使用するAl,あるいはSiの原単位が大幅に削減できた。つまり、極低炭素及び極低窒素ステンレス鋼の精錬コストの低減および生産量の向上が図れたのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】  減圧下での送酸脱炭期におけるスラグ重量と脱炭速度定数との関係を示す図である。
【図2】  減圧での送酸脱炭期における底吹きアルゴン・ガス流量と脱炭速度定数との関係を示す図である。
【図3】  減圧下での上吹き送酸停止時における溶鋼中[C]濃度と送酸中でのCr酸化ロス量との関係を示す図である。
【図4】  減圧下での送酸中のスラグ重量とクロム酸化ロス量との関係を示す図である。
【図5】  本発明に係る極低炭素及び極低窒素ステンレス鋼の溶製条件を示す図である。
【図6】  本発明に係る方法と比較例の減圧下での脱炭挙動を示す図である。
【図7】  本発明に係る方法と比較例の減圧下での脱窒の挙動を示す図である。
【図8】  本発明に係る方法と比較例の還元用Al原単位量を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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