JP2002180123A - 低Ti鋼の製造方法 - Google Patents

低Ti鋼の製造方法

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JP2002180123A
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scrap
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Mikine Kishi
幹根 岸
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Daido Steel Co Ltd
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

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  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼の溶製工程で電気炉の耐火物やスクラッ
プ、スラグから溶鋼に不可避的に混入するTi濃度を可
及的に低減し、音響機器用軸受に適した低Ti鋼を提供
する。 【解決手段】 電気炉内で造滓材を添加してスクラップ
を溶解する工程と、生じたスラグを残留させた状態で溶
鋼を取鍋内に出鋼したのち、スラグオフ工程と、この取
鍋中の溶鋼を還元精錬する工程とを交互に少なくとも2
回ずつ繰り返す低Ti鋼の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は低Ti鋼の製造方法
に関し、さらに詳しくは、静粛性を要求される軸受材料
として有用な低Ti鋼を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】軸受鋼の中には、とくに音響機器用軸受
のように回転時の静粛性が要求されるものがある。この
ような軸受鋼の静粛性に対する検討が進められるなか
で、軸受鋼としてはTi含有量の極めて低いものが有用
であることが分かってきた。つまり、軸受鋼中にTi系
介在物が存在すると例えば軸受のボールなどを製造した
場合に、回転時に微妙なノイズが生じ、機器の音響特性
に悪影響を及ぼす場合がある。
【0003】通常の軸受鋼は一般に次のようにして製造
される。以下図1に基づいて製造工程(a)〜(e)の
概略を説明する。まず、工程(a)で耐火物1を内張し
た例えばアーク電気炉2内にスクラップ3を装入し、C
aOなどの造滓材を投入して炉内を炉蓋4で密閉する。
そして、三相交流を用いて電極5とスクラップ3との間
にアークを発生させることによりスクラップ3を溶解す
る。
【0004】続いて、工程(b)で、電気炉2を傾動し
て工程(a)で生じたスラグ6を炉内に残留させて、溶
鋼7のみを取鍋8に出鋼するスラグカット出鋼を行う。
しかし、取鍋8内には依然として微量のスラグが混入し
ているため、さらに(c)工程で、スラグオフ(SO)
を行う。なお、この取鍋8にも耐火物9が内張されてい
る。SO工程は、取鍋8を傾動させて、溶鋼7の上部の
スラグ6をスラグオフマニプレータ14によりスラグパ
ン15の中に掻き出すことにより実施される。
【0005】さらに、工程(d)でこの取鍋8内の溶鋼
7にCaO,CaF2などの造滓材、ならびに合金成分
を添加し、蓋10で密閉したのち電極5’に通電し、取
鍋8内に例えばArガスを吹き込みながら強還元雰囲気
中で精錬する、いわゆる、Ladle−furnace
(LF)工程を行う。この工程においては、上記の合金
成分の他に、例えばAlなどの脱酸材を添加して脱酸が
行われる。
【0006】さらに、次工程(e)で真空脱ガスを実施
する。これは還流式真空脱ガス(RH)法と呼ばれるも
ので、上昇管11と下降管12の2本の管を備えた真空
槽13と図示しない排気装置とからなり、溶鋼7を脱ガ
スする際には2本の管11,12を取鍋8の溶鋼7内に
浸漬して真空槽13内を排気する。このとき溶鋼7は所
定の高さまで真空槽13内を上昇する。そして、上昇管
11よりArガスを導入すると、ガス気泡を含んだ上昇
管11内の溶鋼7の見掛け比重は小さくなって溶鋼7が
管11内を上昇する。一方、下降管12側は比重が大き
いため溶鋼7は下降し、連続的に溶鋼7が還流して脱ガ
スが行われる。
【0007】このような工程(a)〜(e)終了後に、
得られた溶鋼は例えば連続鋳造工程などに移送されて、
所望の製品化が行われる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
工程により製造された軸受鋼の中には不可避的にTiが
混入している。つまり、図1に示した電気炉2や取鍋8
の内張である耐火物1,9、ならびに、原料であるスク
ラップ3の中には不可避的にTiが含有されており、そ
れが溶鋼7中に移行してしまうからである。また、その
ほかのTiの混入源としては、スラグ6から逆に溶鋼7
中に移行したものが考えられる。
【0009】これを説明すると、電気炉2内で造滓材を
添加してスクラップ3を溶解する際に、スクラップ3中
のTiを含む不純物は造滓材であるCaOなどと反応し
てスラグ6内に移行し、チタン酸化物(TiOx)例え
ばTiO2として存在する。そして、スラグカット出鋼
時に、図1(b)で示したように電気炉2を傾動させて
溶鋼7のみを取鍋8に注入するが、このとき粘性のある
スラグ6の一部は電気炉2の側壁2aや底に付着する
(図1(b))。
【0010】ついで、新たなスクラップが電気炉2内に
装入され、造滓材が添加されて上記の溶製工程が繰り返
される。こうした溶製過程でスラグ6の量は次第に増加
するため、ある量に達した時点でスラグ6を電気炉2か
ら外部へ掻き出す作業を行うが、上述したように、側壁
2aに付着したスラグ6などはなかなか完全に取り去る
ことが困難である。
【0011】このようにして、スクラップ溶解を繰り返
すうちに、スラグ中のTiO2は次第に濃縮されてい
き、逆にスラグから溶鋼中にTiO2がピックアップさ
れるという現象が生じるのである。また、前回の溶解工
程の際のスラグも取鍋内面に付着しており、Tiピック
アップの原因となる。溶鋼中に移行したTiO2は、L
F工程において脱酸される際に、脱酸材として添加され
るAlにより還元されてTiとして析出し、これが最終
的に得られた軸受鋼内にTi系介在物として残留し、軸
受の場合、静粛性を劣化させる原因となる。
【0012】一方、軸受鋼の静粛性の要求水準により含
有Ti量も段階的に規制されており、前述したような音
響機器用の軸受の場合その要求水準値が非常に厳しく、
上記の方法ではその要求水準値を満足することが困難で
あるという問題がある。したがって、厳しい要求水準値
を満足する低Ti鋼の製造方法が求められている。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記の課題を
解決すべく、不可避的に混入するTiの除去方法につい
て種々検討した結果、従来の工程で実施されているよう
に、SO工程および取鍋製錬工程が1度ずつであると、
これにより除去しうるTi量には限界があり前述の厳し
い要求水準値を満足することはできないという知見を得
た。
【0014】そして、この知見にもとづきSO工程およ
び取鍋製錬工程を少なくとも2回ずつ繰り返すことによ
り、含有Ti量を大幅に低減できることを見出して本発
明を完成するに至った。すなわち、本発明の低Ti鋼の
製造方法は、溶解炉内で造滓材を添加してスクラップを
溶解する工程と、生じたスラグを残留させた状態で溶鋼
を取鍋内に装入した後に実施するスラグオフ工程と、こ
の取鍋中の溶鋼を還元精錬する工程とを含む低Ti鋼の
製造方法において、前記スラグオフ工程と前記還元精錬
工程とを交互に少なくとも2回ずつ繰り返すことを特徴
とする。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明において使用される鋼種は
とくに限定されるものではないが、静粛性に優れた軸受
鋼として最適な音響用軸受鋼、ハードディスク用軸受鋼
などに適用することが特に有用である。以下に本発明の
低Ti鋼の製造工程について説明する。まず、電気アー
ク炉(EAF)内にスクラップを装入し、CaOなどの
造滓材を添加し、スクラップ溶解する(図1(a))。
このとき生じたスラグを炉内に残留させて溶鋼を取鍋中
に流し込み(図1(b))、その後取鍋に混入したスラ
グを除去し(1回目のスラグオフ工程、図1(c))、
続いて、この取鍋内の溶鋼にCaO、CaF2などの造
滓材を添加し、Ar撹拌を行いながら取鍋内を強還元雰
囲気に維持した状態で精錬を進める(1回目のLF工
程、図1(d))。
【0016】上記の1回目のLF工程において、造滓材
の他に合金成分を添加することもできるが、合金成分源
となる化合物中からもTiは不可避的に混入するため、
この工程では合金成分を添加せず、溶鋼中のTiの希釈
および除去を目的として造滓材のみを添加することが好
ましい。しかるに、このようにSO工程とLF工程とを
1回ずつ行ったのみでは、例えば溶解炉の内張の耐火物
から混入するTiや炉内に残留するスラグから溶鋼中に
移行したTiが充分に除去されていない。
【0017】したがって、本発明の製造方法において
は、上記のSO工程とLF工程をさらに最低1サイクル
行うことが必要である。すなわち、上記のSO工程とL
F工程とが1サイクル終了したのちに、2回目のSO工
程を行って、そこに再び造滓材を添加して2回目のLF
工程を実施する。造滓材としては、ここでもCaO、C
aF2を添加し、Tiの除去を行う。
【0018】この工程において、スラグ中のTiO2
濃度(%)と溶鋼中にピックアップされたTiの濃度
(ppm)との比、すなわちTi分配比((%Ti
2)/[Ti]ppm)を大きくして溶鋼中にピック
アップされるTi濃度を下げるためには、このLF工程
におけるC/S比をできるだけ小さくすることが好まし
い。具体的には、C濃度は、含C合金の添加量、炭材の
添加量、AF工程での過酸化出鋼などにより、またS濃
度は、含S合金の添加量、AF工程でのCaOの添加
量、スクラップの種類などにより調整することができ
る。
【0019】なお、この工程において同時に合金成分を
添加して鋼の成分調整を行うことが好ましい。軸受鋼に
添加される合金成分としては、例えば、Si,Mn,
C,Al,Crなどがあげられるが、これらの合金成分
をどのような化合物として使用するかによって、Tiの
混入量が大幅に変わるので、この点を勘案して化合物を
選択する必要がある。
【0020】Cr源を例にとると、化合物としてMCr
(Ti=約3ppm)を選択した場合にはピックアップ
Tiは0.04ppmであるが、FCrH1(Ti=約
50ppm)を使用した場合にはピップアップTiは
2.75ppmにも達することが確認されている。この
ようにSO工程とLF工程を2回ずつ繰り返した後、軸
受鋼として要求されるTiの含有量基準値によっては、
さらにSO工程とLF工程を繰り返せばよい。3回目以
降のLF工程においても必要に応じて合金成分の添加を
行うことができる。
【0021】その後、例えばRH真空脱ガス法により、
溶鋼中の脱ガスを行い、O2,H2などのガス成分を除去
する(図1(e))。この工程においても、必要に応じ
て合金成分を再調整することができる。このようにして
最終的に得られた溶鋼は、次工程として例えば連続鋳造
工程に移送されて鋼片となったのち、様々な製品が製造
される。
【0022】上記の工程により、溶鋼中のTi含有量を
非常に小さい値に抑えることができるので、製鋼終了後
から例えば軸受などの製品に至るまでの数々の工程にお
いて、製品中に存在するTi系介在物の個数を従来法と
比較して大幅に低減することが可能となる。したがっ
て、前述したように特に厳しい静粛性が要求される音響
機器用軸受などに最適な鋼材として有用である。
【0023】
【実施例】実施例1 アーク電気炉内にスクラップ80トン、造滓材としてC
aO:2000kgを装入し、1650℃で溶解した。電気
炉を傾動して溶鋼を取鍋内に出鋼した。その後スラグオ
フマニプレータ14により1回目のSOを実施し、その
取鍋内に造滓材としてCaO:500kg、CaF:2150
kgを添加し、1回目のLFを行った。ついで、2回目
のSOを行い、さらに成分調整を行った。合金成分とし
ては、S源としてMCr:180kg、Cr源としてMC
r:1050kg、C源としてカーボネット:750kg、M
n源としてMMn:150kgをそれぞれ添加した。溶鋼
内のC/S比を0.5〜5.0に制御しながら2回目のLFを
行った。しかるのち、RH真空脱ガスを行い、得られた
溶鋼中の含有Ti量を調べた結果、5ppmであった。
【0024】実施例2 2回目のSO、LF工程の終了後に、さらに3回目のS
O、LF工程を実施したことを除いては上記の実施例1
と同様にして溶製を行い、最終的に得られた溶鋼中の含
有Ti量を調べた結果、3ppmであった。 比較例1 SO、LFを1回ずつ実施したのみで、合金成分を1回
目のLFで添加したことを除いては上記実施例1と同様
にして溶製を行い、最終的に得られた溶鋼中の含有Ti
量を調べた結果、12ppmであった。
【0025】上記の結果から、本発明の製造方法によれ
ば、SO、LFをそれぞれ1回ずつ実施したのみの従来
法に比べて溶鋼中の含有Ti量を大幅に低減できること
が確認された。
【0026】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の低Ti鋼の製造方法によれば、スラグオフ工程とLF
工程とを2回以上繰り返すことにより従来法では困難で
あった低Ti含有量を達成することができ、特に、音響
機器用軸受などの材料を製造する上でその工業的価値は
極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の鋼の溶製工程を説明するための概念図で
ある。
【符号の説明】
1,9 耐火物 2 アーク電気炉 3 スクラップ 5 電極 6 スラグ 7 溶鋼 8 取鍋 13 真空槽 14 スラグオフマニプレータ 15 スラグパン

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気炉内で造滓材を添加してスクラップ
    を溶解する工程と、生じたスラグを残留させた状態で溶
    鋼を取鍋内に出鋼した後に実施するスラグオフ工程と、
    この取鍋中の溶鋼を還元精錬する工程とを含む低Ti鋼
    の製造方法において、前記スラグオフ工程と前記還元精
    錬工程とを交互に少なくとも2回ずつ繰り返すことを特
    徴とする低Ti鋼の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記還元製錬工程の2回目以降で前記溶
    鋼に合金成分が添加される請求項1に記載の製造方法。
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