JP2003293029A

JP2003293029A - チタン含有鋼の溶製方法

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Publication number: JP2003293029A
Application number: JP2002105978A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Nishi; 隆之西; Koji Watari; 宏二渡里; Hiroshi Kito; 啓鬼頭
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2003-10-15
Anticipated expiration: 2022-04-09
Also published as: JP4082064B2

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｔｉ炭硫化物が分散し、被削性の良好なチタン
含有鋼を、高いＴｉ歩留りと良好なＴｉ含有量の制御性
のもとで溶製できる溶製方法の提供。【解決手段】C:0.1〜0.6%, Si:0.1〜1.5%, Mn:0.4〜2.0
%, Ti:0.04〜0.25%,S:0.01〜0.2%, Al:0.0005〜0.10%,
T.O:0.005%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からな
るチタン含有鋼の溶製方法であって、溶鋼中のSiおよび
Al含有量(%)は Si+10Al≧0.2 で表される関係を満た
し、取鍋内スラグのCaO,MgOおよびSiO２含有量(%)は
2.3≦（CaO+MgO）/SiO２ ≦5.0 で表される関係を満
たし、TiO２含有量は2〜30%であり、TiO２含有量(%)とT
i含有量(%)とは 50≦TiO２/Tiで表される関係を満たす
ように調整する。造滓剤としてTiO２を含有する酸化物
を取鍋内スラグに添加して上記のように調整することが
好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＴｉおよびＳを含
有し、高い被削性を有するチタン含有鋼の溶製方法に関
する。更に詳しくは、主として機械構造用鋼として用い
られる、Ｔｉ炭硫化物が分散し高い被削性を有するチタ
ン含有鋼を、高いＴｉ添加歩留りとＴｉ含有量の良好な
制御性のもとで溶製できる溶製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高い被削性の得られる機械構造用鋼とし
て、ＴｉおよびＳを含有させることによりＴｉ炭硫化物
を分散させ、被削性を高めたチタン含有鋼が広く用いら
れている。

【０００３】例えば、特開平９−５３１４２号公報に
は、ＴｉおよびＳを多量に含有する耐疲労特性に優れた
非調質鋼材およびその製造方法が開示され、また特開平
１０−１９５５９９号公報には、強度と靱性に優れた快
削非調質鋼が開示されている。

【０００４】これらの開示された鋼は、質量％で、Ｔｉ
含有量が０．０４〜０．２５％または０．０５〜１．０
％、および、Ｓ含有量が０．０１〜０．１％または０．
０１〜０．２％を基本的な組成範囲とし、Ｔｉ硫化物ま
たはＴｉ炭硫化物を微細に分散させることにより、高い
機械的特性および快削性を持たせたチタン含有鋼であ
る。

【０００５】これらのチタン含有鋼の溶製方法に関し
て、特開平９−５３１４２号公報では真空溶解炉を用い
て通常の方法で溶製すること、また特開平１０−１９５
５９９号公報では真空溶解炉を用いること、さらにＴｉ
脱酸生成物の生成を避けるための脱酸剤の添加順序につ
いて、それぞれ記載があるが、詳細な溶製方法について
開示がない。また、特開平１０−１９５５９９号公報に
は、酸素含有量が０．０１５％以下、望ましくは０．０
１０％以下であれば、硬質な酸化物系介在物による被削
性の低下は避けられるとの記載があるが、その具体的な
溶製方法については記載されていない。

【０００６】特開平１１−３１０８４８号公報には、Ｔ
ｉ：０．０４〜１．０％、Ｓ：０．０１〜０．２％を含
有する鋼において、Ｔｉ硫化物もしくはＴｉ炭硫化物ま
たはその両者と金属相とからなる共晶組織部を有する高
強度で被削性の改善された非調質鋼材用連続鋳造鋳片が
開示されている。しかし、ここで開示されているのは、
鋼の連続鋳造方法およびそれ以降の製造工程における製
造条件であって、詳細な溶製方法については開示がな
い。

【０００７】特開２０００−３４５２３４号公報には、
溶鋼にＴｉを添加する方法として、スラグに酸化チタン
含有物質およびアルミニウム含有物質を投入し、アルミ
ニウムで酸化チタンを還元する方法が開示されている。
しかし、スラグ中のＳｉＯ₂濃度が低いＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ
₃−ＴｉＯ₂ 系スラグの場合には、スラグの滓化性が悪
く、実用には耐えない。

【０００８】酸素との親和力の高いＴｉを０．０４％以
上含有するチタン含有鋼の溶鋼では、溶製中に溶鋼中の
Ｔｉと取鍋内スラグとが反応しやすく、機械構造用鋼の
必要条件である全酸素含有量の低減、すなわち高清浄化
を達成することが困難な場合が多い。また、溶鋼中のＴ
ｉは酸化による損失が著しいことから、Ｔｉの添加歩留
りは低下しやすく、その制御も難しい。したがって、添
加するＴｉのコスト上昇および製鋼プロセスにおける時
間の延長に伴う製造コストの上昇という問題がある。

【０００９】また、溶鋼中に残存する酸化物系介在物の
融点を低下させて融体とすることにより介在物を球状化
するとともに、軟質化することが、切削工具の摩耗抑制
に有効であるが、Ｔｉを０．０４％以上含有するチタン
含有鋼における低融点酸化物の組成、および鋼の溶製条
件は知られていない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、Ｔｉ
およびＳを含有させてＴｉ炭硫化物を分散させ、高い被
削性の得られるチタン含有鋼を、高いＴｉ添加歩留りと
Ｔｉ含有量の良好な制御性のもとで溶製できる溶製方法
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、Ｔｉを
０．０４質量％以上含有するチタン含有鋼において、上
記の課題を達成するため、前記した従来技術の問題点、
すなわち、全酸素（以下「Ｔ．Ｏ」ともいう）含有量の
低減（以下「低酸素化」ともいう）、Ｔｉの添加歩留り
とその制御性の向上、および酸化物系介在物の低融点化
について検討を加え、以下の知見を得た。

【００１２】（ａ）溶鋼中にＴｉを含有する場合には、
Ｔｉは酸素との親和力が高いため、Ｔｉは大気およびス
ラグによって酸化されやすい。Ｔｉの酸化状態が相違す
ることによって溶鋼の脱酸状態は変化する。脱酸により
生成したＴｉの酸化物が溶鋼中を浮上してスラグとメタ
ルの界面でスラグに捕捉されれば、溶鋼中には酸化物と
して残留しないため、溶鋼は清浄化され低酸素化が達成
される。しかし、生成したＴｉ酸化物が溶鋼中を完全に
浮上せずに溶鋼中に残留する場合は、鋼の清浄度は悪化
し、低酸素化は達成されない。

【００１３】（ｂ）従来は、Ｓｉ、Ａｌなどの脱酸用元
素の含有量を増加させることによって、溶鋼および鋼の
低酸素化および添加合金元素の酸化損失の抑制を図って
きた。しかし、Ｔｉ含有鋼では、これらの脱酸用元素の
含有量を増加させても、その溶製過程において取鍋内ス
ラグによってＴｉの酸化損失が発生する。これは、溶鋼
中のＴｉが取鍋内スラグ中のＳｉＯ₂ によって酸化され
るためである。スラグとメタルの界面でＴｉなどの元素
の酸化損失が生じると、鋼中の全酸素量が増加し、上記
（ａ）で述べたとおり、鋼の低酸素化が阻害される。そ
こで、脱酸用のＳｉ、Ａｌなどの元素の含有量をいたず
らに高めるのではなく、単独ではＴｉよりも若干脱酸能
力が低いＳｉに着目して種々の試験を行い、さらに、以
下の（ｃ）〜（ｆ）の知見を得た。

【００１４】（ｃ）溶鋼中のＳｉ含有量を０．１〜１．
５％とし、溶鋼中のＳｉとＡｌの含有量に関する後述の
（イ）式で表される関係を満足させ、さらにスラグ中の
ＳｉＯ₂ 含有量の適正化に関する後述の（ロ）式で表さ
れる関係を満足させることにより、溶鋼の低酸素化とＴ
ｉの酸化損失抑制の両立が可能である。

【００１５】（ｄ）上記（ｃ）で述べた溶鋼中のＳｉお
よびスラグ中のＳｉＯ₂ 含有量の条件下で、スラグ中の
ＴｉＯ₂ 含有量を溶鋼中のＴｉ含有量に応じた適正範囲
とすることにより、Ｔｉの酸化損失を抑制し、Ｔｉ含有
量の制御性を向上することができる。

【００１６】具体的には、溶鋼中のＴｉ含有量を０．０
４〜０．２５％、取鍋内スラグ中のＴｉＯ₂ 含有量を２
〜３０％とし、取鍋内スラグ中のＴｉＯ₂ の含有量と溶
鋼中のＴｉ含有量とを後述の（ハ）式で表される関係を
満足するように調整することである。

【００１７】（ｅ）取鍋内スラグ中のＴｉＯ₂ の含有
量、およびスラグ中のＴｉＯ₂ の含有量と溶鋼中のＴｉ
含有量との比の値を上記（ｄ）で述べたように調整する
には、造滓剤としてＴｉＯ₂ を含有する酸化物を取鍋内
スラグに添加することが好ましい。

【００１８】すなわち、スラグ中のＳｉＯ₂ 含有量を適
正化すると、後述するとおり、スラグ中のほとんどのＴ
ｉ酸化物の価数は４価となることから、スラグ中にＴｉ
Ｏ₂を添加して、スラグ中のＴｉＯ₂ 含有量を増加させ
ても、ＴｉＯ₂ は溶鋼の酸化の要因とはならず、Ｔｉの
添加歩留りおよびＴｉ含有量の制御性を向上することが
できる。

【００１９】（ｆ）溶鋼中のＡｌ含有量を０．０００５
〜０．００５質量％および全Ｃａ（以下「Ｔ．Ｃａ」と
もいう）含有量を０．０００１〜０．００５質量％と
し、取鍋内スラグ中のＡｌ₂ Ｏ₃ 含有量を３〜１２質量
％に調整することが好ましい。

【００２０】すなわち、残存する酸化物系介在物は低融
点であれば被削性は向上するが、チタン含有鋼において
低融点化できる介在物は、ＣａＯを含有し、介在物中の
Ａｌ ₂ Ｏ₃ 含有量が低い、ＴｉＯ₂−ＣａＯ−ＳｉＯ₂−
Ａｌ₂ Ｏ₃−ＭｇＯ系の介在物である。この成分系の介
在物は、製鋼温度で融体となるように低融点化が可能で
ある。

【００２１】このような介在物を得るためには、前記
（ｃ）〜（ｅ）で述べた溶製条件に加えて、溶鋼中のＡ
ｌ含有量、Ｔ．Ｃａ含有量および取鍋内スラグ中のＡｌ
₂ Ｏ₃含有量を上記（ｆ）で述べたように調整して溶製
すればよい。

【００２２】本発明は、上記（ａ）〜（ｆ）の知見に基
づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の
（１）〜（３）に示すチタン含有鋼の溶製方法にある。

【００２３】（１）質量％で、Ｃ：０．１〜０．６％、
Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．４〜２．０％、Ｔ
ｉ：０．０４〜０．２５％、Ｓ：０．０１〜０．２％、
Ａｌ：０．０００５〜０．１０％、およびＴ．Ｏ：０．
００５％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からな
るチタン含有鋼の溶製方法であって、溶鋼中のＳｉおよ
びＡｌ含有量は下記式（イ）で表される関係を満足し、
取鍋内スラグの組成はＣａＯ、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、
ＴｉＯ₂ およびＭｇＯを主成分として、下記式（ロ）で
表される関係を満足し、取鍋内スラグ中のＴｉＯ₂ 含有
量は２〜３０％であり、スラグ中のＴｉＯ₂ 含有量と溶
鋼中のＴｉ含有量とが下記式（ハ）で表される関係を満
足するように調整するチタン含有鋼の溶製方法。Ｆｎ≧０．２・・・・・・・・・・・・・・（イ）ただし、Ｆｎ＝Ｓｉ＋１０×Ａｌ２．３≦（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂ ≦５．０・・（ロ）５０≦ＴｉＯ₂ ／Ｔｉ・・・・・・・・・・（ハ）ここで、Ｓｉ、ＡｌおよびＴｉは、それぞれ溶鋼中のＳ
ｉ、ＡｌおよびＴｉの含有量を表し、ＣａＯ、ＭｇＯ、
ＳｉＯ₂ およびＴｉＯ₂ は、それぞれ取鍋内スラグ中の
ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂ およびＴｉＯ₂ の含有量を表
す。

【００２４】（２）前記（１）に記載のチタン含有鋼の
溶製方法において、造滓剤としてＴｉＯ₂ を含有する酸
化物を取鍋内スラグに添加することにより、取鍋内スラ
グ中のＴｉＯ₂ 含有量が２〜３０％、スラグ中のＴｉＯ
₂ 含有量と溶鋼中のＴｉ含有量とが下記式（ハ）で表さ
れる関係を満足するように調整することが好ましい。５０≦ＴｉＯ₂ ／Ｔｉ・・・・・・・・・・・（ハ）ここで、ＴｉＯ₂ およびＴｉは、それぞれスラグ中のＴ
ｉＯ₂ の含有量および溶鋼中のＴｉの含有量を表す。

【００２５】（３）前記（１）または（２）に記載のチ
タン含有鋼の溶製方法において、溶鋼中のＡｌ含有量が
０．０００５〜０．００５％、Ｔ．Ｃａ含有量が０．０
００１〜０．００５％、取鍋内スラグ中のＡｌ₂ Ｏ₃ 含
有量が３〜１２％となるように調整することが好まし
い。

【００２６】本発明で規定する「チタン含有鋼」とは、
チタン含有炭素鋼またはチタン含有低合金鋼をいい、上
記（１）に記載されるとおり、Ｃ：０．１〜０．６％、
Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．４〜２．０％、Ｔ
ｉ：０．０４〜０．２５％、Ｓ：０．０１〜０．２％、
およびＡｌ：０．０００５〜０．１０％、Ｔ．Ｏ量：
０．００５％以下を含有し、必要に応じて、Ｃｒ：０．
０３〜２．０％、Ｖ：０．０１〜０．３％、Ｍｏ：０．
０１〜０．５％、Ｎｂ：０．００１〜０．０５％、Ｃ
ｕ：０．０１〜１．０％、Ｎｉ：０．０１〜２．０％、
ＲＥＭ（希土類元素）：０．０００１〜０．０３％、Ｍ
ｇ：０．０００１〜０．０１％、Ｓｅ：０．０１〜０．
５％、Ｔｅ：０．０１〜０．５％およびＢ：０．０００
１〜０．０２％のうちの１種類または２種類以上を含有
し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼を指す。なお、
Ｔ．Ｏ含有量とは、鋼中の全酸素含有量をいい、鋼中に
酸化物として存在する酸素量、および固溶している酸素
量の総和を指す。また、Ｔ．Ｃａ含有量とは、鋼中の全
Ｃａ含有量をいい、鋼中に介在物として存在するＣａ
量、および固溶しているＣａ量の総和を指す。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明における鋼およびスラグの
化学組成を限定した理由を以下に詳しく説明する。な
お、以下の説明において、特に断らない限り、「％」は
「質量％」を意味する。

【００２８】（Ａ）鋼の化学組成Ｃ：０．１〜０．６％：機械構造用鋼としての鋼の強度
を得るのに必要な元素である。その含有量が０．１％未
満では強度が不足し、一方、０．６％を超えると機械構
造用鋼として必要な靱性が得られない。そこで、Ｃ含有
量の範囲を０．１〜０．６％とした。強度と靱性のバラ
ンスの観点からは、０．２〜０．５％の範囲が好まし
い。

【００２９】Ｓｉ：０．１〜１．５％：鋼の脱酸および
フェライト強化のために必要な元素である。その含有量
が０．１％未満では脱酸効果が不充分であり、一方、
１．５％を超えると靱性が不足する。そこで、Ｓｉ含有
量の範囲を０．１〜１．５％とした。また、フェライト
強化および靱性のバランスの観点からは、０．１５〜
１．３％の範囲が好ましい。

【００３０】Ｍｎ：０．４〜２．０％：固溶強化によ
り、鋼の疲労強度の向上を図るために必要な元素であ
る。その含有量が０．４％未満では充分な疲労強度が得
られず、一方、２．０％を超えると焼き入れ性が高くな
りすぎて、ベイナイトあるいは島状マルテンサイト組織
が生成しやすくなり、耐久比（疲労強度／引張り強さ）
が低下する。そこで、Ｍｎ含有量の範囲を０．４〜２．
０％とした。

【００３１】Ｔｉ：０．０４〜０．２５％：本発明の重
要な構成であるＴｉ炭硫化物の形成に必要な元素であ
る。その含有量が０．０４％未満では、被削性を得るた
めに必要な量の炭硫化物が形成されず、一方０．２５％
を超えるとＴｉＣの生成による靱性の低下をきたす。そ
こで、Ｔｉ含有量の範囲を０．０４〜０．２５％とし
た。またＴｉは高価であるため、コストの観点からは、
必要な被削性を得るに足る最小のＴｉ含有量が好まし
い。好ましい範囲は０．１０〜０．２０％である。

【００３２】Ｓ：０．０１〜０．２％：被削性を確保す
るために必須の元素である。Ｓを含有することにより分
散したＴｉ炭硫化物およびＭｎＳなどの硫化物が形成さ
れ、それらの切り欠き効果、潤滑効果および構成刃先効
果などによって、高い被削性が得られる。Ｓ含有量が
０．０１％未満では、快削鋼としての充分な被削性が得
られず、一方、０．２％を超えるとＴｉ炭硫化物および
硫化物の量が過剰となり、これらが亀裂発生の起点とな
って、機械構造用鋼としての機械的特性を満たさなくな
る。そこで、Ｓ含有量の範囲を０．０１〜０．２％とし
た。好ましい範囲は０．０４〜０．１８％である。Ａｌ：０．０００５〜０．１０％：鋼の脱酸に必要な元
素であるとともに、酸化物系介在物の融点を低下させる
ために微量の含有で有効に作用する元素である。含有量
が０．０００５％未満では酸化物系介在物中のＡｌ₂ Ｏ
₃ 濃度が低下しすぎて、介在物の融点を低下させる効果
が得られない。一方、０．１０％を超えると脱酸剤とし
ての効果が飽和し、合金コストの上昇をまねく。そこ
で、Ａｌ含有量の範囲を０．０００５〜０．１０％とし
た。酸化物系介在物の融点を低下させるためには、後述
するように０．００５％以下であることが好ましい。

【００３３】なお、本発明においてＡｌとは、酸可溶Ａ
ｌ（ｓｏｌ．Ａｌ）をいう。

【００３４】Ｔ．Ｏ：０．００５％以下：鋼中のＴ．Ｏ
は、鋼中の酸化物系介在物の量を増加させる。酸化物系
介在物には硬質なものが多く、工具を損傷させて被削性
を低下させる。特に大型の酸化物系介在物は、被削性の
低下におよぼす影響が大きい。また、酸化物系介在物は
亀裂発生の起点となることから、鋼材の疲労特性や靭性
といった機械的特性も劣化させる。一方、Ｔ．Ｏ含有量
が０．００５％以下では、上記の被削性、疲労特性およ
び靭性の悪化が認められなくなる。酸化物系介在物の量
が減少することに加えて、酸化物粒子の粒径分布も小粒
側にシフトし、直径５０μｍを超える酸化物粒子の個数
が減少するからである。そこで、Ｔ．Ｏ含有量の範囲を
０．００５％以下とした。好ましくは、０．００３％以
下である。

【００３５】本発明に係る溶製方法が対象とする鋼に
は、前記のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＳおよびＡｌ以外
に、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｒ：０．０３〜２．０％、
Ｖ：０．０１〜０．３％、Ｍｏ：０．０１〜０．５％、
Ｎｂ：０．００１〜０．０５％、Ｃｕ：０．０１〜１．
０％、Ｎｉ：０．０１〜２．０％、ＲＥＭ（希土類元
素）：０．０００１〜０．０３％、Ｍｇ：０．０００１
〜０．０１％、Ｓｅ：０．０１〜０．５％、Ｔｅ：０．
０１〜０．５％およびＢ：０．０００１〜０．０２％の
うちの１種類または２種類以上を含有させてもよい。

【００３６】Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｎｉおよび
Ｂ：これらの元素は、含有させることにより、組織の微
細化、固溶強化、析出強化あるいは焼き入れ性の向上に
より、鋼の強度、特に疲労強度を向上させる効果を有す
る。一方、これらの強化元素の含有は、いずれも合金コ
ストを上昇させ、また、過剰に含有させると、強化によ
って靱性あるいは熱間加工性を劣化させる。したがっ
て、含有させる場合は、それぞれ前記の値の範囲内で含
有させることが好ましい。

【００３７】ＲＥＭおよびＭｇ：これらの元素は、含有
させることにより、ＭｎＳの一部をＲＥＭの硫化物およ
びＭｇＳに置換して、圧延時にＭｎＳを伸展しにくくす
る効果を有する。したがって、材料特性の異方性、すな
わち機械的特性についての圧延方向とそれ以外の方向と
の差違が改善される。しかし、これらの元素は過度に含
有させると、Ｔｉ炭硫化物の生成を抑制する。したがっ
て、含有させる場合は、それぞれ前記の値の範囲内で含
有させることが好ましい。

【００３８】ＳｅおよびＴｅ：これらの元素は、Ｓと類
似の化学的性質を有することから、含有させることによ
り、Ｍｎ（Ｓ、Ｓｅ）およびＭｎ（Ｓ、Ｔｅ）を形成
し、被削性を改善する効果を有する。しかし、過度に含
有させると熱間脆性を生じ、また合金コストを上昇させ
る。したがって、含有させる場合は、それぞれ前記の値
の範囲内で含有させることが好ましい。

【００３９】なお、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｎ
ｉ、Ｂ、ＳｅおよびＴｅを含有させても、前記の範囲内
の含有量であれば、低酸素化、Ｔｉ歩留向上および酸化
物系介在物組成制御の効果には影響しない。また、ＲＥ
ＭおよびＭｇは、酸素およびＳとの親和力が大きいた
め、それぞれ前記含有量の上限値を超えて含有した場合
に、酸化物系介在物の組成制御は難しくなるが、低酸素
化およびＴｉ歩留向上の効果に悪影響をおよぼすことは
ない。Ｆｎ≧０．２：本発明の方法では、溶鋼の化学組成を上
記の範囲の値とすることに加えて、さらに、前記の
（イ）式で規定されるＦｎの値を０．２以上とする。そ
の理由は、以下のとおりである。

【００４０】鋼中のＴｉ含有量は、被削性向上のための
Ｔｉ炭硫化物の生成量や材料特性によって決められるこ
とから、その含有量はＴｉ：０．０４〜０．２５％であ
る。したがって、脱酸元素であるＳｉおよびＡｌによる
鋼の低酸素化およびＴｉの酸化損失を抑制するための調
整が必要である。

【００４１】そこで、チタン含有鋼において、低酸素化
に必要なＳｉおよびＡｌの含有量の下限について検討を
行った。これらの脱酸元素を用いる場合に想定される取
鍋内スラグ組成であるＣａＯ−ＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂−Ａｌ
₂ Ｏ₃−ＭｇＯ系のスラグの存在下で、Ｔｉ含有溶鋼の
脱酸実験を行った。その結果、後述する本発明の範囲内
の取鍋内スラグ組成の場合には、溶鋼中のＳｉおよびＡ
ｌの含有量がそれぞれ、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ａ
ｌ：０．０００５〜０．１０％で、かつ、前述の（イ）
式により表される関係を満足すれば、鋼の低酸素化およ
びＴｉの酸化損失の抑制がともに達成できることが判明
した。

【００４２】前述の（イ）式で規定されるＦｎの値が
０．２未満では、溶鋼中のＴ．Ｏ含有量が高くなり、ま
た溶鋼中のＴｉの酸化による損失も増大する。Ｆｎの上
限は特に限定されないが、脱酸能が飽和すること、およ
びの脱酸剤コストの上昇を抑える観点からは１．５以下
とすることが好ましい。（Ｂ）取鍋内スラグの化学組成（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂ ：２．３〜５．０：本発
明では、取鍋内スラグの組成をＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂
Ｏ₃、ＴｉＯ₂ およびＭｇＯを主成分とし、前述の
（ロ）式により表されるとおり、（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／
ＳｉＯ₂ の値を２．３〜５．０とする。

【００４３】取鍋内スラグ組成をＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃、ＴｉＯ₂ およびＭｇＯを主成分の組成とする
のは、前述のとおり、この成分系の介在物であれば、充
分な低融点化が図れ、製鋼温度で融体とすることができ
るからである。介在物は、製鋼温度で融体であれば、界
面張力により凝集して球状化するため、浮上分離されや
すい。また、溶鋼中に残存しても、低融点の介在物は軟
質であること、および球状化していることから、切削工
具の摩耗を低減でき、被削性を向上することができる。

【００４４】取鍋内スラグ中のＴｉＯ₂ 含有量が高い条
件で、溶鋼中のＴｉの酸化損失を調べたところ、（Ｃａ
Ｏ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂ の値が２．３〜５．０であれ
ば、スラグ中のＳｉＯ₂ 活量が充分低く、Ｓｉによる脱
酸反応がＴｉの酸化損失を抑制できることを見出した。
すなわち、（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂ の値が２．３
未満では、ＳｉＯ₂ 活量が高く、Ｓｉ脱酸も十分ではな
いので溶鋼中のＴｉの酸化損失が大きく、またＴ．Ｏ含
有量も高くなる。

【００４５】一方、（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂ の値
が５．０を超えると上記の効果は飽和し、また取鍋内ス
ラグが滓化不良になって実操業に支障をきたすという問
題が生じる。また、鋼材の種類によっては、フェライト
組織の強化のために鋼中のＳｉ含有量を高くする場合が
ある。その場合に、（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂ の値
を高くするためには、取鍋内スラグ中の（ＣａＯ＋Ｍｇ
Ｏ）の含有量を多くする必要があり、そのような組成の
取鍋内スラグとするには、ＣａＯ等の媒溶剤添加量が多
くなり現実的でなくなるからである。ＴｉＯ₂ ：２〜３０％、５０≦ＴｉＯ₂ ／Ｔｉ：取鍋内
スラグ中のＴｉＯ₂ の含有量は２〜３０％とし、かつ、
前記（ハ）式により表されるとおり、ＴｉＯ₂ ／Ｔｉの
値を５０以上とする。

【００４６】このように調整することにより、溶鋼中の
Ｔｉの酸化損失速度が低下し、Ｔｉの添加歩留りが安定
する。すなわちスラグ中のＴｉＯ₂ 含有量が２％未満で
は、溶鋼中のＴｉ含有量が０．０４％であっても、Ｔｉ
の酸化損失が発生するからであり、一方、ＴｉＯ₂ 含有
量が３０％を超えると、スラグの滓化が不良となるから
である。また、ＴｉＯ₂ ／Ｔｉの値が５０未満では、な
お溶鋼中のＴｉの酸化損失の速度が著しく大きい。な
お、１５０を超えると、金属Ｔｉ添加による調整の場合
には高価なＴｉを損失することになる。また、後述する
取鍋スラグ中へのＴｉＯ₂ 含有酸化物の添加の場合に
は、過剰な添加により熱的損失を招くことになる。した
がって、好ましくは１５０以下である。

【００４７】本発明では、取鍋内スラグ中のＴｉＯ₂ の
含有量を２〜３０％とし、かつ、ＴｉＯ₂ ／Ｔｉの値を
５０以上に調整するために、造滓剤としてＴｉＯ₂ を含
有する酸化物を取鍋内スラグに添加するのが好ましい。
その理由を以下に述べる。

【００４８】スラグ中のＴｉ酸化物は、便宜上、全てＴ
ｉＯ₂ と記載しているが、価数で表示すれば、製鋼反応
が生じる温度および酸素分圧下では、Ｔｉは３価または
４価である。すなわち、酸化物として化学式で表示すれ
ば、Ｔｉ₂ Ｏ₃ およびＴｉＯ ₂ である。また、これらの
存在比率は、その系の酸素分圧およびスラグ組成により
変化する。ところで、スラグ中にＴｉ₂ Ｏ₃ が存在する
場合に、Ｔｉの酸化を考慮してＴｉＯ₂ を添加すると、
ＴｉＯ₂ から酸素が放出され、ＴｉＯ₂ が酸化源となる
可能性がある。スラグ中の３価のＴｉと４価のＴｉの比
率は、スラグ中のＳｉＯ₂ の含有量に依存し、本発明で
規定する範囲のようにＳｉＯ₂ 活量が低い範囲のスラグ
では大部分のＴｉは４価として存在する。

【００４９】したがって、本発明において、（ＣａＯ＋
ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂ の値が２．３〜５．０の条件で、Ｔ
ｉＯ₂ 添加によりＴｉ歩留まりの向上と低酸素化の両立
が図られるのは、（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂ の値が
上記の範囲の場合には、ＳｉＯ₂ 活量が充分に低く、４
価のＴｉＯ₂ が大部分であり、ＴｉＯ₂ を添加しても酸
化源とはならないからである。

【００５０】取鍋内スラグへのＴｉＯ₂ の添加量は、ス
ラグ量と目標のスラグ中のＴｉＯ₂含有量とで決められ
る。その際、スラグ中のＴｉＯ₂ 含有量は、たとえば、
ＴｉＯ₂ ／Ｔｉの値を１００として求めればよい。ま
た、ＴｉＯ₂ の添加方法については、転炉または電気炉
などの製鋼炉から出鋼した後、必要に応じて除滓した
後、ＴｉＯ₂ を含む媒溶剤をＣａＯ、ＳｉＯ₂ などとと
もに投入すればよい。望ましくは、溶鋼中へのＴｉ添加
に先行して、スラグ中に添加するのがよい。ＴｉＯ ₂ を
含む媒溶剤は、ＦｅＯなどの低級酸化物が少なく、か
つ、安価な媒溶剤が望ましく、例えば、ルチルサンド
（砂状の金紅石）が適している。

【００５１】Ａｌ：０．０００５〜０．００５％、Ｔ．
Ｃａ：０．０００１〜０．００５％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：３〜
１２％：本発明では、溶鋼中のＡｌ含有量を０．０００
５〜０．００５％、Ｔ．Ｃａ含有量を０．０００１〜
０．００５％、取鍋内スラグ中のＡｌ₂ Ｏ₃ 含有量を３
〜１２％に調整するのが好ましい。その理由を以下に述
べる。

【００５２】本発明が対象とする鋼では、Ｔｉ炭硫化
物、Ｔｉ硫化物およびＭｎ硫化物への応力集中による切
削域での切り屑分断効果、および潤滑効果により、被削
性が向上する。さらに、低酸素化により、酸化物系介在
物によって切削工具の表面がミクロ的に切削されてすり
減る、いわゆるアブレイシブ磨耗も発生しにくくなり、
工具寿命の向上と安定に寄与する。

【００５３】また、残留する酸化物系介在物を低融点化
することにより、高速域での超硬工具による切削におい
て、ベラーク付着による工具磨耗の抑制効果が得られ
る。したがって、本発明が対象とするチタン含有鋼にお
いて、酸化物系介在物の融点が低下するスラグ組成の領
域およびそのスラグ組成に調整する製鋼条件が見出され
れば、さらなる高速域における切削性の向上が達成でき
る。

【００５４】そこで、チタン含有鋼の酸化物系介在物を
低融点化できる介在物組成の範囲を把握するため、Ｃ：
０．４７％、Ｔｉ：０．０５〜０．１７％、Ｓｉ：０．
９％、Ｍｎ：１．０％、およびＳ：０．１〜０．１７％
の鋼組成において、ＡｌおよびＣａ含有量を変化させて
種々の鋼を溶製し、溶鋼中の介在物組成と形態との関係
を調査した。

【００５５】その結果、Ａｌ：０．０００５〜０．００
５％およびＴ．Ｃａ：０．０００１〜０．００５％の範
囲であれば、球状を呈する酸化物が観察され、それらは
ＣａＯを含有し、かつ介在物中のＡｌ₂ Ｏ₃ 含有量が特
定の範囲に限定されたＴｉＯ ₂−ＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ
₂ Ｏ₃−ＭｇＯ系の多成分系介在物であった。そこで球
状介在物が観察された実験での介在物の平均化学組成を
調査したところ、ＣａＯ：１０〜３０％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：
５〜４０％、ＴｉＯ₂ ：２０〜６０％、ＭｇＯ：３〜１
０％、およびＳｉＯ₂ ：３〜１５％であった。

【００５６】すなわち、ＴｉＯ₂−ＳｉＯ₂−ＭｇＯ酸化
物系介在物をベースとして、溶鋼中のＡｌ含有量が０．
０００５％以上であれば、介在物中のＡｌ₂ Ｏ₃ 含有量
は５％以上となり、同Ａｌ含有量が０．００５％以下で
あれば、介在物中のＡｌ₂ Ｏ ₃ 含有量が４０％以下とな
る。また、Ｔ．Ｃａ含有量が０．０００１〜０．００５
％の範囲内で、介在物中のＣａＯ含有量が１０〜３０％
の範囲となり、介在物の組成は低融点の組成になる。な
お、Ｔ．Ｃａ含有量が０．００５％を超えて過剰に存在
しても、本発明が対象とするＳ含有量の高い鋼では、Ｃ
ａＳが生成するだけであり、Ｃａの効果は飽和する。

【００５７】さらに、Ａｌ：０．０００５〜０．００５
％およびＴ．Ｃａ：０．０００１〜０．００５％となる
製鋼条件について検討したところ、スラグ組成が前記
（２）で示された組成条件に加えて、スラグ中のＡｌ₂
Ｏ₃ 含有量を３〜１２％とすれば達成できることが判明
した。その理由は、Ａｌ₂ Ｏ₃ 含有量が３％未満ではス
ラグ−メタル間の反応により溶鋼中のＡｌ含有量は０．
０００５％未満となり、一方、Ａｌ₂ Ｏ₃ 含有量が１２
％を超えると溶鋼中のＡｌ含有量は０．００５％を超え
るからである。

【００５８】溶鋼中へのＣａの添加は、通常の粉体吹き
込み、ワイヤ添加等の方法を用いることができる。Ｃａ
含有量の制御の難しさを考慮すれば、取鍋での二次精錬
の末期または鋳造直前の段階が好ましい。

【００５９】スラグ中のＡｌ₂ Ｏ₃ 含有量は、転炉の出
鋼時におけるＡｌ₂ Ｏ₃ を含む一部のスラグの取鍋への
流出、Ａｌ₂ Ｏ₃ 成分を含む耐火物の溶損、および脱酸
剤としてのＡｌの大気による酸化などにより影響を受け
る。したがって、これらのＡｌの供給源を抑制するとと
もに、生石灰等の媒溶剤量、Ａｌを含有する脱酸剤の投
入を制限することによりスラグ中のＡｌ₂ Ｏ₃ 含有量を
調整することができる。また、スラグ中のＡｌ₂ Ｏ₃ 含
有量を３％未満にするには耐火物や合金鉄としてＡｌを
含有しない材料を使用する必要が生じ、製鋼コストが増
加する。その他のスラグ組成：スラグのその他の成分についての
好適組成は以下のとおりである。

【００６０】スラグ中のＭｇＯの供給源は、転炉の出鋼
時におけるＭｇＯを含む一部のスラグの流出、ＭｇＯ成
分を含む耐火物の溶損、および媒溶剤中のＭｇＯ成分な
どであり、スラグ中ＭｇＯ含有量はこれらの影響を受け
る。ＭｇＯ含有量が２５％以上では、スラグの滓化性が
悪化するとともに、（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂ の値
を５．０以下に調整することが難しくなる。したがっ
て、ＭｇＯ含有量は２５％未満が好ましい。

【００６１】ＦｅＯおよびＭｎＯは、Ｔｉの酸化損失に
つながることから、それらの含有量は低いことが望まし
く、ＦｅＯ含有量は１％以下、ＭｎＯ含有量は２％以下
が好ましい。

【００６２】さらに、ＣａＦ₂ は、ＣａＯ−ＳｉＯ₂−
ＴｉＯ₂−Ａｌ₂ Ｏ₃−ＭｇＯ系スラグの滓化性の保持、
および溶鋼中のＳの損失の抑制の観点から、以下の範囲
に調整することが望ましい。すなわち、ＣａＦ₂ を、前
記ＣａＯ−ＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂−Ａｌ₂ Ｏ₃−ＭｇＯ系ス
ラグに対して、外数で１０％以下含有させることが好ま
しい。

【００６３】スラグ組成の調整方法は、転炉などの製鋼
炉から出鋼した後、必要に応じて除滓した後、生石灰、
珪砂、およびドロマイトなどの媒溶剤を添加すればよ
い。さらに必要に応じて、取鍋精錬時に媒溶剤の追加に
より調整して精錬末期に目標組成となるようにする。

【００６４】

【実施例】スラグ精錬を模擬できる誘導加熱炉を用い
て、本発明による低酸素化、Ｔｉ添加歩留りの向上、お
よびＴｉ含有量の制御性の向上を確認するための試験を
行った。

【００６５】ＳｉおよびＡｌの本発明による下限を調べ
るために、Ｃ：０．４０〜０．４２％、Ｍｎ：１．１〜
１．１４％、Ｓ：０．１２〜０．１５％、Ｐ：０．００
１〜０．０１５％を含有する１５５ｋｇの鋼を１５８０
〜１６２０℃の温度範囲で溶解した。また、一部の試験
では、Ｃｒ、Ｖ、ＭｇおよびＳｅのうちの複数元素を添
加した。酸化鉄などを添加してスラグおよびＴｉを添加
する前のＴ．Ｏ含有量が０．０１％程度となるように成
分の調整を行った。

【００６６】次いで、ＳｉおよびＡｌ含有量を調整する
とともに、Ｔ．Ｏ含有量を０．００７〜０．００９％の
範囲に調整した。その後、ＣａＯ−ＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂−
Ａｌ ₂ Ｏ₃−ＭｇＯ系スラグを添加した。スラグ量は、
溶鋼１ｋｇ当たり約３０ｇとした。スラグ中の（ＣａＯ
＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂ の値が２．９程度、Ａｌ₂ Ｏ₃含
有量が６〜１０％、ＴｉＯ₂ 含有量が１６〜２０％とな
るように試薬を配合し、調整した。さらに、Ｔｉを添加
し、約５〜１０分後にＴｉ含有量が０．０５〜０．０８
％となった時の、ＳｉおよびＡｌ含有量と到達Ｔ．Ｏ含
有量との関係を調査した。

【００６７】表１に、溶解した鋼の化学組成を示す。

【００６８】

【表１】

【００６９】試験番号Ａ１〜Ａ４は、Ｔ．Ｏ含有量が
０．００５％以下の範囲まで到達した例であり、試験番
号Ａ５〜Ａ８は、Ｔ．Ｏ含有量が０．００５％を超えた
ままの例である。

【００７０】図１は、溶鋼中のＳｉおよびＡｌ含有量と
到達Ｔ．Ｏ含有量との関係を示す図である。図中の
（）内の数字はＴ．Ｏ含有量をｐｐｍ単位で示す。ま
た、図中の■印で表示した点は溶鋼中のＴ．Ｏ含有量が
０．００５％以下に達した試験結果を表し、□印で表示
した点は溶鋼中のＴ．Ｏ含有量が０．００５％を超えた
ままの試験結果を表す。

【００７１】Ａｌ含有量が０．０００５％以上、Ｓｉ含
有量が０．１％以上、かつ、ＡｌとＳｉの含有量が前記
（イ）式で表される関係を満足する領域において、Ｔ．
Ｏ含有量が５０ｐｐｍ以下となることが判明した。

【００７２】次に、本発明におけるスラグ組成とＴｉの
酸化損失による減少速度、および歩留との関係を調べる
ために、Ｃ：０．３９〜０．４３％、Ｍｎ：０．９５〜
１．０１％、Ｓ：０．０９８〜０．１６％、Ｐ：０．０
１〜０．０１７％を含有する１５５ｋｇの鋼を１５８０
〜１６２０℃の温度範囲で溶解した。また、一部の試験
では、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｇのうちの複数元素を添加した。酸
化鉄などを添加してスラグおよびＴｉを添加する前の
Ｔ．Ｏ含有量が０．０１％程度となるように成分の調整
を行った。

【００７３】次いで、Ｓｉ含有量を０．６９〜０．９０
％の範囲に、Ａｌ含有量を０．０００５〜０．０１３％
の範囲に調整して、Ｔ．Ｏ含有量を０．００７〜０．０
０９％の範囲とし、その後、ＣａＯ−ＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂
−Ａｌ₂ Ｏ₃−ＭｇＯ系スラグを添加した。スラグ量
は、溶鋼１ｋｇ当たり約３０ｇとし、試薬を配合して調
整することにより、スラグ中の（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／Ｓ
ｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 含有量、およびＴｉＯ₂ 含有量を変
化させた。

【００７４】さらに、Ｔｉを所定量添加し、１８０〜１
０２０秒保持した後、溶鋼組成およびスラグ組成を分析
してＴｉの酸化損失による減少速度およびＴｉ歩留を調
査した。

【００７５】表２に、溶鋼組成、スラグ組成、およびス
ラグの滓化性の評価結果を示す。

【００７６】

【表２】

【００７７】試験番号Ｂ１〜Ｂ５は、式（ロ）の値が
２．３〜５．０の範囲内にある例であり、試験番号Ｂ６
およびＢ７は、式（ロ）の値が２．３未満の例であり、
試験番号Ｂ８は、式（ロ）の値が５．０を超える例であ
る。

【００７８】図２は、スラグ中の（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／
ＳｉＯ₂ の値と溶鋼中のＴ．Ｏ含有量との関係を示す図
である。図中の■印で表示した点は本発明例を表し、□
印で表示した点は比較例を表す。なお、図３および４に
おける表示も同様である。同図に示すように、（ＣａＯ
＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂ の値が２．３以上の場合に、溶鋼
中のＴ．Ｏ含有量は０．００５％以下となる。

【００７９】Ｔｉ歩留りは、Ｔｉ添加量に対する溶鋼中
の残存Ｔｉ量の割合を算出することにより、また、Ｔｉ
含有量の減少速度は、Ｔｉの減少が一次反応に従うとし
たときの見掛けの減少速度定数、−（１／ｔ）×ｌｎ
（Ｔｉ／Ｔｉ₀）を求めることにより、それぞれを評価
した。ここで、Ｔｉは任意の時刻のＴｉ含有量（％）
を、Ｔｉ₀ は、初期のＴｉ含有量（％）を、そして、ｔ
はＴｉ添加後の経過時間（ｓ）を表す。その際、Ｔｉ含
有量は０．０８〜０．２０％である。

【００８０】図３は、スラグ中の（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／
ＳｉＯ₂ の値と溶鋼中の見掛けのＴｉ減少速度定数との
関係を示す図である。

【００８１】（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂ の値が２．
３以上の場合に、見掛けのＴｉ減少速度定数は０．００
１５（１／ｓ）以下となり、Ｔｉの減少速度が低下し
て、Ｔｉ含有量の制御性は向上する。

【００８２】図４は、スラグ中の（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／
ＳｉＯ₂ の値と溶鋼中のＴｉ添加歩留りとの関係を示す
図である。

【００８３】（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂ が２．３以
上で、Ｔｉ添加歩留は３５％以上となり、同値が２．３
未満の場合と比較して、Ｔｉ添加歩留りは向上し、Ｔｉ
の酸化損失が抑制されることが明らかである。一方、同
値が５．０を超えると、滓化が不良となり、問題であっ
た。次に、スラグ中のＴｉＯ₂ 含有量と溶鋼中のＴｉ含
有量との比、すなわちＴｉＯ₂／Ｔｉの値の適正な下限
値を確認するための試験を行った。溶鋼の化学組成は、
Ｃ：０．４５％、Ｓｉ：０．７％、Ｍｎ：１．０％、
Ｓ：０．１７％、Ｐ：０．０１５％とした。スラグは、
ＣａＯ−ＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯ系のもの
を用意し、（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂ の値が２．５
〜３．０となるように調整し、Ｔｉを添加後、１８０〜
１０２０秒後のＴｉＯ₂／Ｔｉの値とＴｉ減少速度定数
との関係を調査した。

【００８４】図５は、ＴｉＯ₂／Ｔｉの値と、溶鋼中の
見掛けのＴｉ減少速度定数との関係を示す図である。こ
こで、図中の◆印は式（ロ）の値が本発明の範囲内にあ
るものを表し、□印は本発明の範囲外のものを表す。

【００８５】ＴｉＯ₂ ／Ｔｉの値が５０以上では、見掛
けのＴｉ減少速度定数は０．００１５（１／ｓ）未満と
なり、Ｔｉの酸化損失が抑制され、Ｔｉ含有量の制御性
が向上する。なお、ＴｉＯ₂ ／Ｔｉの値が１５０を超え
ると、Ｔｉ減少速度は小さいものの、その効果は飽和し
ている。

【００８６】さらに、溶鋼の低酸素化およびＴｉ添加歩
留まりの向上におよぼすスラグ中へのＴｉＯ₂ 添加の効
果を確認するための試験を行った。溶鋼の化学組成は
Ｃ：０．４５％、Ｓｉ：０．７％、Ｍｎ：１．０％、
Ｓ：０．１７％、Ｐ：０．０１５％、Ａｌ：０．００２
％とした。スラグはＣａＯ−ＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂−Ａｌ₂
Ｏ ₃−ＭｇＯ系であり、スラグ中へＴｉＯ₂ を添加した
場合の配合量は、溶鋼中の目標Ｔｉ含有量に対して、Ｔ
ｉＯ₂ ／Ｔｉの値が１００となるように調整した。（Ｃ
ａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂ の値は２．５〜３．０となる
ように調整し、Ｔｉ添加後１８０〜１０２０秒後のＴ．
Ｏ含有量およびＴｉ添加歩留りを調査した。

【００８７】図６は、溶鋼中のＴ．Ｏ含有量に対するス
ラグ中へのＴｉＯ₂ 添加の効果を示す図であり、図７
は、溶鋼中のＴｉ添加歩留りに対するスラグ中へのＴｉ
Ｏ₂ 添加の効果を示す図である。

【００８８】ＴｉＯ₂ の添加により、Ｔｉの酸化損失は
抑制される。Ｔｉの酸化損失によって溶鋼中に生成する
酸化物系介在物量は減少し、Ｔ．Ｏ含有量は減少する。
さらには、Ｔｉ添加歩留りも向上する。次にＣａ含有量
およびＡｌ含有量を限定した場合の本発明における効果
を示す。溶鋼の化学組成をＣ：０．４５％、Ｓｉ：０．
７％、Ｍｎ：１．０％、Ｓ：０．１７％、Ｐ：０．０１
５％とした。スラグはＣａＯ−ＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂−Ａｌ
₂ Ｏ₃−ＭｇＯ系であり、スラグ中へのＴｉＯ₂ 添加量
は、溶鋼中の目標Ｔｉ含有量に対して、ＴｉＯ₂ ／Ｔｉ
の値が１００となるように配合し、（ＣａＯ＋ＭｇＯ）
／ＳｉＯ₂ の値は２．５〜３．０となるように調整し
た。その後Ｔｉを添加し、１８０〜６６０秒経過した後
に、必要に応じてＣａ添加処理を行い、溶鋼成分のＴｉ
が０．０７〜０．１１％、Ｃａが０．０００１〜０．０
０６％、Ａｌが０．０００４〜０．００６％とした後、
介在物形態および組成を調べるため、溶鋼から直径２０
ｍｍ、高さ４０ｍｍの大きさのボンブサンプルを採取し
た。なお、ボンブサンプル採取段階でのスラグ組成は、
（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂の値が２．５〜３．０、
ＴｉＯ₂ ／Ｔｉの値が５０〜１５０、およびＡｌ₂ Ｏ₃
含有量が５〜１３％の範囲であった。

【００８９】図８は、溶鋼中のＴ．Ｃａ含有量およびＡ
ｌ含有量と介在物の形態との関係を示す図である。ここ
で、図中の●印で表示した点は介在物形態が球状である
ことを示し、□印で表示した点は介在物がＴｉＯ₂ 系で
あることを示し、△印で表示した点は介在物がＣａＳ系
であることを示し、そして◇印で表示した点は介在物が
Ａｌ₂ Ｏ₃ 系であることを示す。

【００９０】採取したボンブサンプルを横断面方向に切
断して研磨した後、その面に観察される酸化物系介在物
の組成をエネルギー分散型Ｘ線分析装置にて調べるとと
もに、その形態をつぎのように分類した。

【００９１】すなわち、i）角部が少なく球状のもの
は、ボンブサンプル採取段階で溶融状態を呈していたと
認められる介在物であり、ii）それ以外のものは、角部
がある介在物、または採取段階ではすでに固体状態を呈
していた介在物である、として分類した。

【００９２】介在物の形状の判定は、直径１〜１０μｍ
の範囲にある１０個の介在物を無作為に抽出し、その個
数の５０％以上の介在物が呈する形態を以て、その介在
物の形態を代表する形態とした。介在物の化学組成につ
いては、それらの組成の算術平均値を以て介在物の化学
組成とした。図８から、溶鋼中のＴ．Ｃａ：０．００２
〜０．００５０％、Ａｌ：０．０００５〜０．００５％
の範囲内においては、酸化物系介在物の組成は低融点の
組成、すなわち溶鋼段階において溶融状態であることを
示す球状の形態であることが判明した。また、これら球
状を呈した介在物は、ＣａＯ−ＳｉＯ₂−ＴｉＯ₂−Ａｌ
₂ Ｏ₃−ＭｇＯ系の多成分系であり、その平均化学組成
は、ＣａＯ：１０〜３０％、ＳｉＯ₂ ：３〜１５％、Ｔ
ｉＯ₂ ：２０〜６０％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ：５〜４０％、およ
びＭｇＯ：３〜１０％であることも明らかとなった。

【００９３】図９は、スラグ中のＡｌ₂ Ｏ₃ 含有量およ
び溶鋼中のＡｌ含有量と生成介在物の形態との関係を示
す図である。

【００９４】同図から、以下のことが判明した。スラグ
中のＡｌ₂ Ｏ₃ 含有量が１２％を超えると、溶鋼中のＡ
ｌ含有量が０．００５％を超え、生成する介在物もＡｌ
₂ Ｏ ₃ 系となる。また、スラグ以外の合金などからのＡ
ｌの供給を極力低減した状態で、スラグ中のＡｌ₂ Ｏ₃
含有量を３％未満とした場合には、Ａｌ含有量が０．０
００４％となり、介在物はＴｉＯ₂ 系となる。すなわ
ち、スラグ中のＡｌ₂ Ｏ ₃ 含有量が３〜１２％の場合
に、介在物は球状の形態を呈することが確認された。

【００９５】図８および９の結果より、溶鋼中のＴ．Ｃ
ａを０．００２〜０．００５％、Ａｌを０．０００５〜
０．００５％とし、スラグ中のＡｌ₂ Ｏ₃ 含有量を３〜
１２％に調整すれば、酸化物系介在物が低融点化し、被
削性向上の観点から好ましいことが裏付けられた。

【００９６】

【発明の効果】本発明の溶製方法によれば、Ｔｉおよび
Ｓを含有することによりＴｉ炭硫化物を分散させ、高い
被削性が得られるチタン含有鋼を、Ｔｉの高い添加歩留
りとＴｉ含有量の良好な制御性のもとで溶製できるの
で、機械構造用鋼として必要な高清浄化の達成および製
造コストの低減に大きく寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶鋼中のＳｉおよびＡｌ含有量と到達Ｔ．Ｏ含
有量との関係を示す図である。

【図２】スラグ中の（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂ の値
と溶鋼中のＴ．Ｏ含有量との関係を示す図である。

【図３】スラグ中の（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂ の値
と溶鋼中の見掛けのＴｉ減少速度定数との関係を示す図
である。

【図４】スラグ中の（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂ の値
と溶鋼中のＴｉ添加歩留りとの関係を示す図である。

【図５】スラグ中のＴｉＯ₂ 含有量と溶鋼中のＴｉ含有
量との比ＴｉＯ₂／Ｔｉの値と、溶鋼中の見掛けのＴｉ
減少速度定数との関係を示す図である。

【図６】溶鋼中のＴ．Ｏ含有量に対するスラグ中へのＴ
ｉＯ₂ 添加の効果を示す図である。

【図７】溶鋼中のＴｉ添加歩留りに対するスラグ中への
ＴｉＯ₂ 添加の効果を示す図である。

【図８】溶鋼中のＴ．Ｃａ含有量およびＡｌ含有量と介
在物の形態との関係を示す図である。

【図９】スラグ中のＡｌ₂ Ｏ₃ 含有量および溶鋼中のＡ
ｌ含有量と生成介在物の形態との関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１Ｍ 38/14 38/14 (72)発明者鬼頭啓福岡県北九州市小倉北区許斐町１番株式会社住友金属小倉内Ｆターム(参考） 4K013 AA06 BA08 BA14 CB01 CB03 CB09 CF03 CF13 EA03 EA05 EA18 EA19 EA25 EA28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％で、Ｃ：０．１〜０．６％、Ｓｉ：
０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．４〜２．０％、Ｔｉ：
０．０４〜０．２５％、Ｓ：０．０１〜０．２％、Ａ
ｌ：０．０００５〜０．１０％、および全酸素含有量：
０．００５％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物か
らなるチタン含有鋼の溶製方法であって、溶鋼中のＳｉ
およびＡｌ含有量は下記式（イ）で表される関係を満足
し、取鍋内スラグの組成はＣａＯ、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ
₃ 、ＴｉＯ₂ およびＭｇＯを主成分として、下記式
（ロ）で表される関係を満足し、取鍋内スラグ中のＴｉ
Ｏ₂ 含有量は２〜３０％であり、スラグ中のＴｉＯ₂ 含
有量と溶鋼中のＴｉ含有量とが下記式（ハ）で表される
関係を満足するように調整することを特徴とするチタン
含有鋼の溶製方法。Ｆｎ≧０．２・・・・・・・・・・・・・・（イ）ただし、Ｆｎ＝Ｓｉ＋１０×Ａｌ２．３≦（ＣａＯ＋ＭｇＯ）／ＳｉＯ₂ ≦５．０・・（ロ）５０≦ＴｉＯ₂ ／Ｔｉ・・・・・・・・・・（ハ）ここで、Ｓｉ、ＡｌおよびＴｉは、それぞれ溶鋼中のＳｉ、Ａｌ
およびＴｉの含有量を表し、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂
およびＴｉＯ₂ は、それぞれ取鍋内スラグ中のＣａＯ、
ＭｇＯ、ＳｉＯ₂ およびＴｉＯ₂ の含有量を表す。
【請求項２】造滓剤としてＴｉＯ₂ を含有する酸化物を
取鍋内スラグに添加することにより、取鍋内スラグ中の
ＴｉＯ₂ 含有量が２〜３０％、スラグ中のＴｉＯ₂ 含有
量と溶鋼中のＴｉ含有量とが下記式（ハ）で表される関
係を満足するように調整することを特徴とする請求項１
に記載のチタン含有鋼の溶製方法。５０≦ＴｉＯ₂ ／Ｔｉ・・・・・・・（ハ）ここで、ＴｉＯ₂ およびＴｉは、それぞれスラグ中のＴｉＯ₂ の
含有量および溶鋼中のＴｉの含有量を表す。
【請求項３】溶鋼中のＡｌ含有量が０．０００５〜０．
００５％、全Ｃａ含有量が０．０００１〜０．００５
％、および取鍋内スラグ中のＡｌ₂ Ｏ₃ 含有量が３〜１
２％となるように調整することを特徴とする請求項１ま
たは２に記載のチタン含有鋼の溶製方法。