JP2002105578A - 機械構造用鋼におけるTi含有量の低減方法 - Google Patents

機械構造用鋼におけるTi含有量の低減方法

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JP2002105578A
JP2002105578A JP2000294305A JP2000294305A JP2002105578A JP 2002105578 A JP2002105578 A JP 2002105578A JP 2000294305 A JP2000294305 A JP 2000294305A JP 2000294305 A JP2000294305 A JP 2000294305A JP 2002105578 A JP2002105578 A JP 2002105578A
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Seii Kimura
世意 木村
Toyoshi Takimoto
豊志 滝本
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ti系介在物となって転動疲労寿命に悪影響
を及ぼす鋼中のTi含有量を可及的に低減し得る、機械
構造用鋼におけるTi含有量の低減方法を提供する。 【解決手段】 Al:0.01〜0.1%(質量%、以
下同じ)を含有する機械構造用鋼の製鋼に際して、Al
成分の添加を鋳造前工程における取鍋内でのみスラグを
溶鋼表面より除去した後に行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、機械構造用鋼にお
けるTi含有量の低減方法に関し、特には転動疲労寿命
を劣化せしめるTi系介在物を低減し、機械構造用鋼の
転動疲労寿命を向上せしめる技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】軸受け用鋼や歯車用鋼などの機械構造用
鋼が破壊する起点は鋼中の非金属介在物であることは公
知の事実であり、また、この非金属介在物の存在によっ
て転動疲労寿命が損なわれることもよく知られたことで
ある。そこで、これまで転動疲労寿命を向上させるべく
非金属介在物を低減せしめた軸受け用鋼が種々開発され
てきた。
【0003】非金属介在物の中でも、特にTiNは鋼中
に鋭いエッジを持つ形で析出し且つ硬質であるため破壊
の起点になりやすく、また音響映像機器、コンピュータ
等の精密機械用のミニチュアベアリング等に供せられる
場合には、雑音、振動の原因となり、画質、音質を損ね
たり、データ読み取りエラーを引き起こすことが知られ
ている。
【0004】上記TiNを主とするTi系介在物による
問題を解決する従来技術として鋼中に含有されるTi含
有量(以下Ti量とも言う)を一定量以下に制限するこ
とが提案されている。例えば、特開平6−145883
号公報では9ppm以下に、特開平8−3682号公報
では0.0040%以下に、また特開2000−450
48号公報では7ppm以下にそれぞれTi量を制限し
ている。
【0005】このように鋼中のTi量を低く制限するこ
とでTi系介在物による上述の問題を解消することが期
待されるものの、鋼中Ti量を低位に抑制せしめる製造
方法、特に溶鋼段階での製造方法に関して開示されたも
のは殆ど見当たらなかったが、上記特開平6−1458
83号公報には、低Ti量を達成するための、電気炉で
の溶製方法が記述されている。それによると、電気炉で
製鋼原料溶解中に酸素富化し過酸化状態にして、原料中
のTiをTiO2に変えてスラグに移行させ、出鋼時に
そのスラグをできるだけ多くカットすることにより、低
Ti量を達成するとされている。そして、出鋼時にスラ
グをできるだけ多くカットする理由として、残存するス
ラグ中のTiO2は、後の取鍋精錬工程において還元さ
れ、再び溶鋼に戻るためとされている。
【0006】しかし、上記公報によれば、次工程の取鍋
精錬に移る前にAl脱酸を行なうこと、即ち電気炉から
取鍋に移注する過程でAlを投入しAl脱酸を行なうこ
とが示されている。ここでAl脱酸ができるのは、電気
炉精錬で生成したスラグを殆ど除去できた場合であり、
スラグの除去ができなければ、Al添加時にスラグ中の
TiO2がAlによって還元され、一旦除去したTiが
再度溶鋼に戻ってきてしまう。実操業では、電気炉、転
炉等の製鋼炉内に一部の溶鋼を残して出鋼を終了する形
態を採用する場合以外は、スラグカットを完全にし製鋼
炉から取鍋へのスラグ流出を無くすことは非常に困難で
あり、また、スラグカットを完全にすることは、著しく
製鋼炉における出鋼歩留りを低下させることになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の事情
に鑑みなされたものであって、その目的は、Ti系介在
物となって転動疲労寿命に悪影響を及ぼす鋼中のTi含
有量を可及的に低減し得る、機械構造用鋼におけるTi
含有量の低減方法を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の目
的を達成するため、鋼中のTi含有量が上昇する過程、
原因を追究した。その結果、製鋼炉からの出鋼時に、脱
酸を行うと同時に、結晶粒の微細化を行うべくAlを添
加してAl成分の調整を行なってしまうと、Alを全く
添加しなかった時よりも、その後に連続鋳造して得られ
た鋼中のTi含有量が高くなってしまうことを見出し
た。このようにAlを添加した方が鋼中のTi含有量が
高くなる理由は、次のように考察される。
【0009】すなわち、製鋼炉において溶鋼に酸素を富
化すれば、溶銑あるいはスクラップ等の製鋼原料中の不
純物であるTiは、 Ti+(x/2)O2=TiOX の反応によりTiOXとなってスラグに移行し、溶鋼よ
り除去できる。実操業において溶銑あるいはスクラップ
は、不純物としてTiを0.001〜0.01%ほど含
有するため、製鋼炉での精錬スラグ量が、溶鋼1t当り
40kg程度であれば、そのスラグ中には約0.1〜
0.3%程度のTiOXが不可避的に含まれることにな
る。製鋼炉から取鍋へ出鋼する際には多少なりとも溶鋼
とともに前記TiOXを不可避的に含むスラグも流出す
る。ここでAl成分調整のためにAlを添加すると、ス
ラグに移行したTiOXはAlによって、 TiOX+(2x/3)Al=(x/3)Al23+T
i の反応に従い、Tiに還元されて溶鋼中に戻ってきてし
まう。このようなメカニズムにより溶鋼中のTi量が増
加するものと考えられる。例えば、前記製鋼炉での精錬
スラグ量の内、流出するスラグ量が溶鋼1t当り4kg
とした場合、溶鋼中のTi量は0.0001〜0.00
1%程度増加することになる。
【0010】本発明は、上述の如き知見に基づいてなさ
れたもので、製鋼炉から取鍋へ出鋼する際に溶鋼ととも
に流出した取鍋内のスラグを溶鋼表面上から機械的に除
去してから、Al成分の調整を行うとしたもので、その
構成は次の如くである。
【0011】すなわち、請求項1に係る発明は、Al:
0.01〜0.1%を含有してなる機械構造用鋼の製鋼
に際して、Al成分の添加を鋳造前工程における取鍋内
でのみスラグを溶鋼表面より除去した後に行なう機械構
造用鋼におけるTi含有量の低減方法である。
【0012】上記請求項1の発明はTiを殆ど含有しな
い(10ppm以下)機械構造用鋼を対象としたもので
あるが、実操業において溶鋼表面上のスラグを完全に除
去するのには限度があり、完全除去は実質不可能であ
る。そこで、本発明者等は、溶鋼表面上に不可避的に残
ってしまったスラグ量とAl添加後に増加した溶鋼中T
i量の関係を調査した結果、以下式にしたがって、溶
鋼中Ti量が増加することを見出した。
【数2】 但し、M:溶鋼上に残ってもよいスラグ量(kg/溶鋼
t) W:製鋼炉内での精錬スラグ量(kg/溶鋼t) Δ[Ti]:Al添加後に増加した溶鋼中Ti量(%) [Ti]INPUT:製鋼原料中のTi量(%) [Al]:鋼材の目標Al含有量(%)
【0013】ここで、Δ[Ti]が、鋼材が要求する上
限Ti含有量を超えなければ良いので、取鍋内の溶鋼表
面上のスラグ量Mが以下の式を満足するようにスラグ
除去を行えばよく、この知見により請求項2の発明を完
成させたものである。
【数3】 但し、M:溶鋼上に残ってもよいスラグ量(kg/溶鋼
t) W:製鋼炉内での精錬スラグ量(kg/溶鋼t) [Ti]MAX:鋼材の上限Ti含有量(%) [Ti]INPUT:製鋼原料中のTi量(%) [Al]:鋼材の目標Al含有量(%)
【0014】すなわち、請求項2に係る発明は、上記請
求項1の発明において、取鍋内の溶鋼表面からのスラグ
除去を、上記式を満たす量のスラグを残して除去する
機械構造用鋼におけるTi含有量の低減方法である。
【0015】
【実施例】まず、溶銑を240トン転炉で酸素吹精した
後、取鍋に溶鋼を出鋼する。この段階ではAl成分の添
加、調整は行なわない。取鍋内には溶鋼とその表面にT
iO2を含むスラグが存在した状態となるが、スラグ掻
き出し装置にてスラグを機械的に所定量掻き出し、溶鋼
表面上のTiO2を含むスラグを極力除去する。このス
ラグ除去が完了した後の取鍋精錬処理工程でAlを添加
し、溶鋼中のAl成分の調整を行う。なお、この溶鋼中
のAl成分調整は取鍋精錬処理工程に限定されるもので
はなく、取鍋内のスラグ除去の後であれば脱ガス精錬処
理工程等で行うことも可能である。前記成分調整後、連
続鋳造機にて鋳片を得た。
【0016】上記の方法により、製品鋼材中のTi含有
上限が10ppm(表1)と20ppm(表2)の2種
類の鋼であってそれぞれ表1、表2に示す製品鋼材中の
目標Al含有量に見合う量のAlを添加して鋳片を得
た。その際、製鋼原料中のTi量、製鋼炉内で生成する
精錬スラグ量、スラグ除去後の溶鋼表面上のスラグ量、
及び得られた鋳片のTi含有量、Al含有量を測定し
た。その測定結果を表1及び表2に併せて示す。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】上記表1及び表2において、本発明例の1
〜9と27〜29は、溶鋼表面上のスラグ量を上記式
の計算値よりも少なくなるように除去したものである。
これに対して、比較例の10〜18と30〜32は、溶
鋼表面上のスラグ量を上記式の計算値よりも多く残る
ように除去したものである。また更に、比較例19〜2
6と33〜35は、転炉から取鍋への出鋼時にAlを添
加したものである。
【0020】表1及び表2から明らかなように、本発明
例では、鋳片のTi量が製品鋼材中のTi含有上限(1
0ppm)、(20ppm)より低い値であるのに対し
て、比較例では高い値になっている。なお、比較例19
〜26と33〜35では、溶鋼表面上のスラグ量が上記
式の計算値より多い、少ないに関係無く、鋳片のTi
量が製品鋼材中のTi含有上限より高い値になってい
る。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る機械
構造用鋼におけるTi含有量の低減方法によれば、Ti
系介在物となって転動疲労寿命に悪影響を及ぼす鋼中の
Ti含有量を可及的に低減させることができ、転動疲労
寿命を向上させた機械構造用鋼が期待できる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Al:0.01〜0.1%(質量%、以
    下同じ)を含有する機械構造用鋼の製鋼に際して、Al
    成分の添加を鋳造前工程における取鍋内でのみスラグを
    溶鋼表面より除去した後に行なうことを特徴とする機械
    構造用鋼におけるTi含有量の低減方法。
  2. 【請求項2】 取鍋内の溶鋼表面からのスラグの除去
    を、下記式を満たす量のスラグを残して除去する、請
    求項1に記載の機械構造用鋼におけるTi含有量の低減
    方法。 【数1】 但し、M:溶鋼上に残ってもよいスラグ量(kg/溶鋼
    t) W:製鋼炉内での精錬スラグ量(kg/溶鋼t) [Ti]MAX:鋼材の上限Ti含有量(%) [Ti]INPUT:製鋼原料中のTi量(%) [Al]:鋼材の目標Al含有量(%)
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011160483A1 (zh) 2010-06-23 2011-12-29 宝山钢铁股份有限公司 控制超低碳镇静钢中ti含量的方法
CN102690925A (zh) * 2012-06-13 2012-09-26 鞍钢股份有限公司 一种钢包精炼炉去除无间隙原子钢钛元素的方法
CN105385808A (zh) * 2015-11-11 2016-03-09 武汉钢铁(集团)公司 一种冶炼高磁感取向硅钢中钛含量≤20ppm的控制方法

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