JP2022540977A - スーパークリーン希土類鋼及び介在物の改質制御方法 - Google Patents
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Abstract
スーパークリーン希土類鋼及び介在物制御方法であって、該鋼に１０～２００ｐｐｍの希土類元素を含有し、鋼中の介在物の５０％以上の部分は平均等価直径Ｄｍｅａｎが１～５μｍである球形又は近球形又は粒状の、分散して分布するＲＥ－酸－硫化物であり、該方法は、鋼中のＡｌ２Ｏ３介在物の少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％をＲＥ－酸－硫化物に変性し、同じ成分で希土類を含有しない鋼種と比べて、鋼中の介在物の総量は１８％以上減少し、従来の高純度鋼中のＡｌ２Ｏ３介在物等による断裂の可能性を低下させ、鋼の疲労寿命等の機械的性質を著しく向上させ、鋼内の介在物の変性タイプ、分布及び寸法の正確な制御を実現し、より多くの品種の高性能鋼の研究開発・生産に適用される。
Description
［関連出願の相互参照］
本願は、２０１９年９月１０日に中国国家知識産権局に提出された、出願番号２０１９１０８５５０２５．２、発明の名称「スーパークリーン希土類鋼及び介在物の改質制御方法」の優先権を主張し、その全ての内容が援用により本願に取り込まれる。
本願は合金分野に属し、スーパークリーン希土類鋼及び介在物の改質制御方法に関する。
本願は、２０１９年９月１０日に中国国家知識産権局に提出された、出願番号２０１９１０８５５０２５．２、発明の名称「スーパークリーン希土類鋼及び介在物の改質制御方法」の優先権を主張し、その全ての内容が援用により本願に取り込まれる。
本願は合金分野に属し、スーパークリーン希土類鋼及び介在物の改質制御方法に関する。
最近十年来、二重低酸素技術、即ち希土類金属自体の初期の酸素含有量と溶融鋼の総酸素含有量を同時に制御する技術が応用された後、希土類の作用は異常に安定して顕在化することとなり、発明者が以前に出願したものの多くはいずれも関連技術を提案し、該関連技術は以下を含む。ＣＮ２０１６１０２６５５７５．５に関わる高純度希土類金属の製造方法は、介在物が大きく、材料の性能が変動し、生産過程においてノズルを塞ぐこと等を回避することができるが、高純度希土類金属が鋼中の介在物に与える影響について研究していない。ＣＮ２０１６１１１４４００５．７に関わる超低酸素希土類合金及び用途は、高純度希土類合金を鋼の処理に使用して、処理後の介在物の比較図及び介在物の等級評定を与えるが、高純度希土類合金の添加量及び介在物の寸法、数及びタイプへの影響が明確ではなく、それにより高性能希土類鋼についての研究開発・革新は発展速度が遅く、ひいてはほとんど停止している。ＣＮ２０１４１０１４１５５２．４に関わる超低酸素クリーン鋼の製錬方法は、２回真空浸炭脱酸素と、希土類を添加して更に脱酸素することとを用いて、金属液中の酸素含有量を減少させ、合金中の介在物の数を減少させ、介在物の分布を改善し、チャネル偏析を軽減し、それにより製品は介在物が少なく、金属液がクリーンで、品質が高く、超低酸素含有量でハイクリーンな金属液を得るが、希土類を加えることにより鋼中の介在物の形態、数、タイプ及び分布をどのように制御するかは明確ではない。ＣＮ２０１６１０６３１０４６．２に関わる鋼に希土類金属を添加して性能を向上させる方法は、希土類を添加する前に溶鋼のＴ［Ｏ］ｓを＜２０ｐｐｍに制御し、希土類金属自体のＴ［Ｏ］ｒを＜６０ｐｐｍに制御することにより、ノズルが塞がれる問題を解決し、介在物の結晶粒を微細化し、鋼の衝撃靭性を向上させるが、希土類の添加が鋼中の介在物の改質に与える影響はまだ明確ではない。ＣＮ２０１７１００５９９８０．６に関わるハイクリーン希土類鋼の処理方法は、希土類の添加量が溶鋼中の溶存酸素Ｏ溶存酸素、全酸素Ｔ．Ｏ、硫黄含有量Ｓ及び精錬スラグ塩基度Ｒ＝ＣａＯ／ＳｉＯ２、ＦｅＯ＋ＭｎＯ総含有量に基づいて決定されるが、溶鋼中の溶存酸素Ｏ溶存酸素、全酸素Ｔ．Ｏ、硫黄含有量Ｓ及び精錬スラグ塩基度Ｒの総含有量と希土類の添加量との関係及び影響について研究しておらず、異なる品種のハイクリーン希土類鋼の生産実践に対して明確な指導作用がない。
新日鉄ＣＮ１７５９１９９Ａに関わる微細内容物を含有する軸受鋼は、軸受鋼ＲＥＭの添加量を－３０＜ＲＥＭ－（Ｔ．Ｏ．×２８０／４８）＜５０に制御することにより、鋼中の酸化物の介在をＲＥＭ酸化物の介在に変化させ、ここで、２８０／４８はＲＥＭ２Ｏ３におけるＲＥＭとＯの化学量論比に基づいて取得したものであり、ＲＥＭ添加量は該式を満足し、Ａｌ２Ｏ３が反応しないことを防止し、鋼中のアルミナ介在をＲＥＭ酸化物に変化させる。ところが、該文献にＲＥＭ酸硫化物を言及したが、ＲＥＭ添加量を制御する目的はＲＥＭ酸化物の介在の形成に対するものであり、ＲＥＭを添加した後に引き起こされる鋼中のＯ含有量の変化が介在物に与える影響、及び不純物元素Ｓ等が介在物に与える影響を考慮せず、得られた希土類介在物含有のクリーン軸受鋼の圧延疲労寿命はＲＥＭを添加しない場合の３．２～９．２倍である。
北京科技大学の成国光等が提案した発明出願第２０１８１１３１９１８５．７号によれば、希土類ＣｅがＭｇＡｌ２Ｏ４に対して良好な改質効果を有するが、軸受鋼中の希土類含有量を０．００２％（即ち、２０ｐｐｍ）に制御する場合のみ、ＣｅＡｌＯ３外にＴｉＮが包まれる複合介在物を得て、軸受鋼中の希土類含有量が０．００４％（即ち、４０ｐｐｍ）に達する場合、軸受鋼中の主な介在物のタイプはＣｅ２Ｏ３及び独立したＴｉＮ介在物であり、希土類が０．００７％（即ち、７０ｐｐｍ）に増加する場合、軸受鋼中の主な介在物のタイプは同様に独立したＣｅ２Ｏ３及びＴｉＮを主とし、鋼中の希土類含有量の更なる増加につれて、Ｃｅ２Ｏ３が鋼に安定して存在し、鋼中の介在物ＴｉＮ含有量を減少させるが、Ｃｅ２Ｏ３とＴｉＮ介在物との格子整合性が低く、希土類酸化物が大量に形成されることにより鋼の機械的性質を劣化させてしまう。
現在、希土類の添加が鋼中の介在物の改質に与える影響はまだ明確ではなく、希土類を添加した後に制御性が低くなり、系統的研究を進めることがないため、介在物を変性する生産制御プロセスは難度が大きく、安定性が低く、低コストの希土類が高性能鋼、例えば軸受、歯車、金型、ステンレス、原子力発電用鋼、自動車用鋼等及び様々なキーパーツの製造に応用されることが大きく制約される。
希土類を添加した後の鋼内の介在物の変性タイプ、分布及び寸法の正確な制御を実現し、より多くの品種の高性能鋼の研究開発・生産に適用されるために、発明者グループは持続した研究開発・革新を行って、工程実践と組み合わせて、ｐｐｍレベルの希土類元素を含有するスーパークリーン希土類鋼及びその改質制御方法を提供する。
上記目的を実現するために、本願は主に下記技術案を提供する。
一態様では、本願の実施例はスーパークリーン希土類鋼を提供し、１０～２００ｐｐｍ、好ましくは１０～１００ｐｐｍ、より好ましくは１０～５０ｐｐｍ、最も好ましくは１５～４０ｐｐｍの希土類元素を含有し、鋼中の介在物の総数の５０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは９５％以上の部分は平均等価直径Ｄｍｅａｎが１～５μｍである球形又は近球形又は粒状の、分散して分布するＲＥ－酸－硫化物（ＲＥ２Ｏ２Ｓ）である。
ここで、ＲＥ－酸－硫化物とＦｅマトリックスの境界が平坦であり、Ｆｅマトリックスとの相溶性が良好である。
ここで、前記等価直径とは介在物を（最大粒径＋最小粒径）／２で測定して取得したものを指す。
好ましくは、前記スーパークリーン希土類鋼中の希土類含有量は下記式（１）を満足し、
－５００＜ＲＥＭ－（ｍ＊Ｔ［Ｏ］ｍ）＋ｎ＊Ｔ［Ｏ］ｒ＋ｋ＊Ｔ［Ｓ］ｍ）＜－３０…（１）
ここで、ＲＥＭは鋼中の希土類元素含有量であり、単位がｐｐｍであり、
Ｔ［Ｏ］ｍは鋼中の全酸素含有量であり、単位がｐｐｍであり、
Ｔ［Ｏ］ｒは鋼に添加した希土類金属又は合金中の全酸素含有量であり、単位がｐｐｍであり、
Ｔ［Ｓ］ｍは鋼中の全硫黄含有量であり、単位がｐｐｍであり、
ｍは補正係数１であり、その値が２～４．５、好ましくは３～４．５であり、
ｎは補正係数２であり、その値が０．５～２．５、好ましくは１～２．２であり、
ｋは補正係数３であり、その値が０．５～２．５、好ましくは１～２．２である。
－５００＜ＲＥＭ－（ｍ＊Ｔ［Ｏ］ｍ）＋ｎ＊Ｔ［Ｏ］ｒ＋ｋ＊Ｔ［Ｓ］ｍ）＜－３０…（１）
ここで、ＲＥＭは鋼中の希土類元素含有量であり、単位がｐｐｍであり、
Ｔ［Ｏ］ｍは鋼中の全酸素含有量であり、単位がｐｐｍであり、
Ｔ［Ｏ］ｒは鋼に添加した希土類金属又は合金中の全酸素含有量であり、単位がｐｐｍであり、
Ｔ［Ｓ］ｍは鋼中の全硫黄含有量であり、単位がｐｐｍであり、
ｍは補正係数１であり、その値が２～４．５、好ましくは３～４．５であり、
ｎは補正係数２であり、その値が０．５～２．５、好ましくは１～２．２であり、
ｋは補正係数３であり、その値が０．５～２．５、好ましくは１～２．２である。
発明者グループによる研究から分かるように、スーパークリーン希土類鋼中の希土類含有量ＲＥＭ及び溶鋼の全酸素含有量、全硫黄含有量並びに鋼に添加した希土類金属又は合金中の全酸素含有量は上記式（１）を満足するように規定されることにより、希土類酸化物（ＲＥ２Ｏ３）を主とするとともに、ＲＥ２Ｏ２Ｓを形成するように確保する、平均等価直径が１～５μｍである球形、近球形又は粒状の、分散して分布するＲＥ－酸－硫化物ではなく、介在物の総数の５０％以上、より好ましくは８０％以上、９５％以上の微細で分散するＲＥ－酸－硫化物（ＲＥ２Ｏ２Ｓ）を得ることができ、上記各補正係数はＲＥ２Ｏ２Ｓを形成するように確保する経験係数である。
テスト後に発見されるように、ＲＥＭ改質された高純度軸受鋼の引張圧縮疲労寿命は４．１＊１０８回に向上し、既存の高純度軸受鋼の４０倍以上であり、且つ転がり接触疲労寿命は３．０８＊１０７に達し、既存の高純度軸受鋼の転がり接触疲労寿命より９１０万回高く、その疲労寿命が著しく向上し、従来のＩＦ鋼と比べて、ＲＥ－ＩＦ鋼は基本的にその強度を変化させない前提で、ｒ値が２５％著しく増加するとともに、伸長率及び引張強度と破断伸長率との積が著しく増加し、ＲＥを添加しない高強度鋼と比べて、超低ＲＥを添加した後の超高強度鋼は０℃～－４０℃範囲内の低温横方向及び縦方向衝撃仕事が全面的に向上する。
好ましくは、前記鋼は高級軸受鋼、歯車鋼、金型鋼、ステンレス、原子力発電用鋼、自動車用ＩＦ／ＤＰ／ＴＲＩＰ鋼、又は超高強度鋼である。
他の態様では、本願は更にスーパークリーン希土類鋼を提供し、１０～２００ｐｐｍ、好ましくは１０～１００ｐｐｍ、より好ましくは１０～５０ｐｐｍの希土類元素を含有し、鋼中の介在物は数≧５０％の希土類－酸－硫化物（ＲＥ２Ｏ２Ｓ）、≦５０％の希土類－硫化物、及び０～１０％のＡｌ２Ｏ３介在物を含む。
ｐｐｍレベルの希土類元素を含有するスーパークリーン希土類鋼であって、鋼中の介在物の総数の≧７０％、好ましくは≧８０％、より好ましくは≧９５％は球形又は近球形の、分散して分布するＯ－Ａｌ－Ｓ－ＲＥ及び／又はＲＥ－Ｏ－Ｓ介在物であり、ＴｉＮ及びＭｎＳ系介在物の含有量の和は≦５％であり、介在物の等価平均直径は１～２μｍであり、更に、鋼中の希土類元素含有量は１０～２００ｐｐｍ、好ましくは１０～１００ｐｐｍ、より好ましくは１０～５０ｐｐｍである。
本願のスーパークリーン希土類鋼中の介在物の変性方法は鋼中の既存の少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９５％のＡｌ２Ｏ３介在物をＲＥ－酸－硫化物に変性し、ここで高純度希土類金属又は合金を添加するとき、溶鋼中の全酸素含有量Ｔ［Ｏ］ｍ≦２５ｐｐｍ、溶鋼中の全硫黄含有量Ｔ［Ｓ］ｍ≦９０ｐｐｍであり、高純度希土類金属又は合金の全酸素含有量のＴ［Ｏ］ｒを６０～２００ｐｐｍに制御し、高純度希土類を添加した後、ＲＨ深真空循環時間は下記式（２）を満足し、
Ｔ＝（０．１～２．０）ＣＲＥ＋Ｔ０…（２）
ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量であり、Ｔ０は補正定数であり、その値が３～１０ｍｉｎであり、
Ａｒガスソフトブロー時間は下記式（３）を満足し、
ｔ＝（０．０５～３．０）ＣＲＥ＋ｔ０…（３）
ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量であり、ｔ０は補正定数であり、その値が５～１０ｍｉｎである。
Ｔ＝（０．１～２．０）ＣＲＥ＋Ｔ０…（２）
ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量であり、Ｔ０は補正定数であり、その値が３～１０ｍｉｎであり、
Ａｒガスソフトブロー時間は下記式（３）を満足し、
ｔ＝（０．０５～３．０）ＣＲＥ＋ｔ０…（３）
ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量であり、ｔ０は補正定数であり、その値が５～１０ｍｉｎである。
前記ＶＤ深真空時間とはＶＤ炉の真空度が一定の真空度に達した後（一般的に６７Ｐａ以下である）、溶鋼脱ガスを行う総時間を指し、
前記ＲＨ深真空時間とはＲＨ炉の真空度が一定の真空度に達した後（一般的に２００Ｐａ以下である）、溶鋼脱ガスを行う総時間を指す。
前記ＲＨ深真空時間とはＲＨ炉の真空度が一定の真空度に達した後（一般的に２００Ｐａ以下である）、溶鋼脱ガスを行う総時間を指す。
且つ、高純度希土類を添加した後、鋳造過熱度は同じ成分で希土類を含有しない鋼種より５～１５℃増加し、連続鋳造過程全体においてＮ増加量を８ｐｐｍ以内に制御する。
本願は更にスーパークリーン希土類鋼の介在物制御プロセスを提供し、
ＬＦ精錬において白色スラグ時間を２０ｍｉｎ以上、安定化スラグ塩基度を＞５、全硫黄含有量Ｔ［Ｓ］ｍを≦９０ｐｐｍ、全酸素含有量Ｔ［Ｏ］ｍを≦２５ｐｐｍに確保する１）と、
高純度希土類金属又は合金はＬＦ精錬してステーションから搬出する前に添加され、又はＲＨ真空処理を少なくとも３ｍｉｎした後に添加され、高純度希土類金属又は合金中の全酸素含有量Ｔ［Ｏ］ｒは６０～２００ｐｐｍである２）と、
希土類を添加した後、ＲＨ深真空循環時間はＴ＝（０．１～２．０）ＣＲＥ＋Ｔ０を満足し、ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量であり、Ｔ０は補正定数であり、その値が３～１０ｍｉｎであり、
Ａｒガスソフトブロー時間はｔ＝（０．０５～３．０）ＣＲＥ＋ｔ０を満足し、ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量（ｐｐｍ）であり、ｔ０は補正定数であり、その値が５～１０ｍｉｎであり、上記公式を満足する処理時間は希土類－酸－硫化物が形成されて浮き上がることに役立ち、それにより介在物の数を減少させる３）と、
連続鋳造において、大きな取鍋－中間取鍋－結晶器の間の密閉性及び中間取鍋の液面被覆剤の厚さを強化し、中間取鍋の液面アルゴンガスパージを強化し、連続鋳造過程における吸気を回避し、連続鋳造過程全体においてＮ増加量を８ｐｐｍ以内に制御し、金属窒化物介在物の形成を抑制し、鋳造過熱度は同じ成分で希土類を含有しない鋼種より５～１５℃増加し、残留を防止することを目的とする４）と、を含む。
ＬＦ精錬において白色スラグ時間を２０ｍｉｎ以上、安定化スラグ塩基度を＞５、全硫黄含有量Ｔ［Ｓ］ｍを≦９０ｐｐｍ、全酸素含有量Ｔ［Ｏ］ｍを≦２５ｐｐｍに確保する１）と、
高純度希土類金属又は合金はＬＦ精錬してステーションから搬出する前に添加され、又はＲＨ真空処理を少なくとも３ｍｉｎした後に添加され、高純度希土類金属又は合金中の全酸素含有量Ｔ［Ｏ］ｒは６０～２００ｐｐｍである２）と、
希土類を添加した後、ＲＨ深真空循環時間はＴ＝（０．１～２．０）ＣＲＥ＋Ｔ０を満足し、ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量であり、Ｔ０は補正定数であり、その値が３～１０ｍｉｎであり、
Ａｒガスソフトブロー時間はｔ＝（０．０５～３．０）ＣＲＥ＋ｔ０を満足し、ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量（ｐｐｍ）であり、ｔ０は補正定数であり、その値が５～１０ｍｉｎであり、上記公式を満足する処理時間は希土類－酸－硫化物が形成されて浮き上がることに役立ち、それにより介在物の数を減少させる３）と、
連続鋳造において、大きな取鍋－中間取鍋－結晶器の間の密閉性及び中間取鍋の液面被覆剤の厚さを強化し、中間取鍋の液面アルゴンガスパージを強化し、連続鋳造過程における吸気を回避し、連続鋳造過程全体においてＮ増加量を８ｐｐｍ以内に制御し、金属窒化物介在物の形成を抑制し、鋳造過熱度は同じ成分で希土類を含有しない鋼種より５～１５℃増加し、残留を防止することを目的とする４）と、を含む。
好ましくは、前記ステップ３）において、高純度希土類の添加量はＷＲＥ≧α×Ｔ［Ｏ］ｍ＋Ｔ［Ｓ］ｍを満足し、ここで、αは補正係数であり、その値が６～３０、好ましくは８～２０であり、Ｔ［Ｏ］ｍは鋼中の全酸素含有量であり、Ｔ［Ｓ］ｍは鋼中の全硫黄含有量であり、ＷＲＥは高純度希土類金属又は合金の添加量であり、
ここで、高純度希土類金属のＴ［Ｏ］ｒを６０～２００ｐｐｍに制御する理由は、Ｔ［Ｏ］ｒが６０ｐｐｍ未満に制御される場合、主に希土類金属酸化物を形成し、その等価直径が２μｍより小さいが、Ｔ［Ｏ］ｒが２００ｐｐｍに増加する場合、その寸法が１０μｍを超え、浮き上がりにくく、凝固後に溶融体中に残って、鋼の性能を悪化させてしまうためである。
ここで、高純度希土類金属のＴ［Ｏ］ｒを６０～２００ｐｐｍに制御する理由は、Ｔ［Ｏ］ｒが６０ｐｐｍ未満に制御される場合、主に希土類金属酸化物を形成し、その等価直径が２μｍより小さいが、Ｔ［Ｏ］ｒが２００ｐｐｍに増加する場合、その寸法が１０μｍを超え、浮き上がりにくく、凝固後に溶融体中に残って、鋼の性能を悪化させてしまうためである。
本願は更に超低ＲＥ軸受鋼の介在物制御プロセスを提供し、プロセス経路は電気アーク炉による製錬→ＬＦ精錬→ＲＨ精錬→連続鋳造→加熱→圧延を含み、そのステップは、以下のとおりであり、
１）電気アーク炉で製錬し、
２）ＬＦ精錬を行い、即ち、精錬スラグ系のスラグ塩基度を＞５に調整し、溶鋼中のＴ［Ｏ］ｍを≦２５ｐｐｍに制御し、全Ｓ含有量Ｔ［Ｓ］ｍを９０ｐｐｍ未満に制御し、
３）ＲＨ精錬を行い、即ち、
ＲＨ真空処理を少なくとも５ｍｉｎした後、高純度希土類金属又は合金を加え、高純度希土類の添加量はＷＲＥ≧α×Ｔ［Ｏ］ｍ＋Ｔ［Ｓ］ｍを満足し、ここで、αは補正係数であり、その値が６～３０、好ましくは８～２０であり、Ｔ［Ｏ］ｍは鋼中の全酸素含有量であり、Ｔ［Ｓ］ｍは鋼中の全硫黄含有量であり、
高純度希土類を添加した後、ＲＨ深真空循環時間はＴ＝（０．１～２．０）ＣＲＥ＋Ｔ０を満足し、ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量であり、Ｔ０は補正定数であり、その値が３～１０ｍｉｎであり、Ａｒガスソフトブロー時間はｔ＝（０．０５～３．０）ＣＲＥ＋ｔ０を満足し、ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量であり、ｔ０は補正定数であり、その値が５～１０ｍｉｎであり、
４）連続鋳造を行い、即ち、連続鋳造過程全体においてＮ増加量を８ｐｐｍ以内に制御し、酸素供給を防止し、且つ金属窒化物介在物の形成を抑制し、
５）加熱後に圧延及び熱処理を行う。
１）電気アーク炉で製錬し、
２）ＬＦ精錬を行い、即ち、精錬スラグ系のスラグ塩基度を＞５に調整し、溶鋼中のＴ［Ｏ］ｍを≦２５ｐｐｍに制御し、全Ｓ含有量Ｔ［Ｓ］ｍを９０ｐｐｍ未満に制御し、
３）ＲＨ精錬を行い、即ち、
ＲＨ真空処理を少なくとも５ｍｉｎした後、高純度希土類金属又は合金を加え、高純度希土類の添加量はＷＲＥ≧α×Ｔ［Ｏ］ｍ＋Ｔ［Ｓ］ｍを満足し、ここで、αは補正係数であり、その値が６～３０、好ましくは８～２０であり、Ｔ［Ｏ］ｍは鋼中の全酸素含有量であり、Ｔ［Ｓ］ｍは鋼中の全硫黄含有量であり、
高純度希土類を添加した後、ＲＨ深真空循環時間はＴ＝（０．１～２．０）ＣＲＥ＋Ｔ０を満足し、ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量であり、Ｔ０は補正定数であり、その値が３～１０ｍｉｎであり、Ａｒガスソフトブロー時間はｔ＝（０．０５～３．０）ＣＲＥ＋ｔ０を満足し、ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量であり、ｔ０は補正定数であり、その値が５～１０ｍｉｎであり、
４）連続鋳造を行い、即ち、連続鋳造過程全体においてＮ増加量を８ｐｐｍ以内に制御し、酸素供給を防止し、且つ金属窒化物介在物の形成を抑制し、
５）加熱後に圧延及び熱処理を行う。
ここで、連続鋳造時、鋳造過熱度はＲＥを含有しない同じ成分の軸受鋼より５～１５℃増加し、ＲＨ精錬終点のＡｌ含有量は０．０１５～０．０３０％に制御され、連続鋳造時、中間取鍋の動作層のＭｇＯ含有量は８５％より大きく、大きな取鍋のノズルは長く、中間取鍋ストッパー及び浸漬ノズルのＳｉＯ２含有量は５％より小さい。
別の態様では、本願は更に超低ＲＥのＩＦ／ＤＰ／ＴＲＩＰ鋼の介在物制御方法を提供し、
転炉で製錬するステップ１）と、
ＲＨ精錬を行い、即ち、ＲＨ深真空を少なくとも２ｍｉｎ行った後、高純度希土類金属を添加し、高純度希土類を添加する前に、溶鋼中のＴ［Ｏ］ｍは２５ｐｐｍより小さく、Ｔ［Ｓ］ｍは５０ｐｐｍ未満であり、高純度希土類を添加した後、ＲＨ深真空循環時間はＴ＝（０．１～２．０）ＣＲＥ＋Ｔ０を満足し、ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量であり、Ｔ０は補正定数であり、その値が３～１０ｍｉｎであり、真空破壊後にＡｒガスソフトブロー時間はｔ＝（０．０５～３．０）ＣＲＥ＋ｔ０を満足し、ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量であり、ｔ０は補正定数であり、その値が５～１０ｍｉｎであるステップ２）と、
連続鋳造を行い、即ち、大きな取鍋－中間取鍋－結晶器の間の密閉性を確保し、連続鋳造過程における吸気を回避し、連続鋳造過程全体におけるＮ吸入量は８ｐｐｍより小さく、鋳造過熱度は同じ成分で希土類を含有しない鋼種より５～１５℃増加するステップ３）と、
圧延及び熱処理を行うステップ４）と、を含む。
転炉で製錬するステップ１）と、
ＲＨ精錬を行い、即ち、ＲＨ深真空を少なくとも２ｍｉｎ行った後、高純度希土類金属を添加し、高純度希土類を添加する前に、溶鋼中のＴ［Ｏ］ｍは２５ｐｐｍより小さく、Ｔ［Ｓ］ｍは５０ｐｐｍ未満であり、高純度希土類を添加した後、ＲＨ深真空循環時間はＴ＝（０．１～２．０）ＣＲＥ＋Ｔ０を満足し、ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量であり、Ｔ０は補正定数であり、その値が３～１０ｍｉｎであり、真空破壊後にＡｒガスソフトブロー時間はｔ＝（０．０５～３．０）ＣＲＥ＋ｔ０を満足し、ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量であり、ｔ０は補正定数であり、その値が５～１０ｍｉｎであるステップ２）と、
連続鋳造を行い、即ち、大きな取鍋－中間取鍋－結晶器の間の密閉性を確保し、連続鋳造過程における吸気を回避し、連続鋳造過程全体におけるＮ吸入量は８ｐｐｍより小さく、鋳造過熱度は同じ成分で希土類を含有しない鋼種より５～１５℃増加するステップ３）と、
圧延及び熱処理を行うステップ４）と、を含む。
好ましくは、転炉において取鍋のトップスラグを改質し、中間取鍋の溶鋼Ｔ［Ｏ］ｍ含有量を２５ｐｐｍ以下に制御し、取鍋をＲＨ精錬してトップスラグを改質し、ＲＨをステーションに搬入して溶鋼Ｓ含有量を０．００５％以下に制御し、中間取鍋を連続鋳造してトップスラグを改質し、３回の改質プロセスによって、転炉スラグの流動性を向上させ、介在物の除去能力を向上させ、鋼の清浄度を確保する。
また、本願は超低ＲＥの超高強度鋼の介在物制御プロセスを提供し、生産プロセス工程は転炉製錬－ＬＦ精錬－ＲＨ精錬－連続鋳造－圧延－調質であり、
転炉で製錬するステップ１）と、
ＬＦ及びＲＨ精錬を行い、即ち、
希土類を添加する前に、ＬＦ精錬して、白色スラグ時間を２０ｍｉｎ以上、溶鋼の全酸素含有量Ｔ［Ｏ］ｍを２０ｐｐｍ未満、Ｔ［Ｓ］ｍを０．００５％未満に確保し、
希土類はＬＦ精錬してステーションから搬出する前に添加され、又は３ｍｉｎＲＨクリーンリサイクルした後に添加され、
希土類を添加した後、ＲＨ深真空循環時間はＴ＝（０．１～２．０）ＣＲＥ＋Ｔ０を満足し、ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量であり、Ｔ０は補正定数であり、その値が３～１０ｍｉｎであり、ＲＨは負圧であり、一般的に、Ｃａ処理を行った後、Ａｒガスソフトブロー時間はｔ＝（０．０５～３．０）ＣＲＥ＋ｔ０を満足し、ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量であり、ｔ０は補正定数であり、その値が５～１０ｍｉｎであるステップ２）と、
連続鋳造を行い、即ち、大きな取鍋－中間取鍋－結晶器の間の密閉性を確保し、連続鋳造過程全体においてＮ吸入量を５ｐｐｍより小さく制御し、鋳造過熱度は同じ成分で希土類を含有しない鋼種より５～１５℃増加するように制御するステップ３）と、
圧延及び調質プロセスを行うステップ４）と、を含む。
転炉で製錬するステップ１）と、
ＬＦ及びＲＨ精錬を行い、即ち、
希土類を添加する前に、ＬＦ精錬して、白色スラグ時間を２０ｍｉｎ以上、溶鋼の全酸素含有量Ｔ［Ｏ］ｍを２０ｐｐｍ未満、Ｔ［Ｓ］ｍを０．００５％未満に確保し、
希土類はＬＦ精錬してステーションから搬出する前に添加され、又は３ｍｉｎＲＨクリーンリサイクルした後に添加され、
希土類を添加した後、ＲＨ深真空循環時間はＴ＝（０．１～２．０）ＣＲＥ＋Ｔ０を満足し、ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量であり、Ｔ０は補正定数であり、その値が３～１０ｍｉｎであり、ＲＨは負圧であり、一般的に、Ｃａ処理を行った後、Ａｒガスソフトブロー時間はｔ＝（０．０５～３．０）ＣＲＥ＋ｔ０を満足し、ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量であり、ｔ０は補正定数であり、その値が５～１０ｍｉｎであるステップ２）と、
連続鋳造を行い、即ち、大きな取鍋－中間取鍋－結晶器の間の密閉性を確保し、連続鋳造過程全体においてＮ吸入量を５ｐｐｍより小さく制御し、鋳造過熱度は同じ成分で希土類を含有しない鋼種より５～１５℃増加するように制御するステップ３）と、
圧延及び調質プロセスを行うステップ４）と、を含む。
尚、本願の鋼中の介在物が変化する理由は、ＲＥと酸素及び硫黄との親和力が強く、ＲＥ－酸－硫化物／ＲＥ－硫化物を迅速に形成しやすいとともに、多くの既存のＡｌ２Ｏ３介在物をＲＥ－酸－硫化物に変形することと、溶鋼の精錬過程において、アルゴンガスソフトブローにより形成された希土類－酸－硫化物／希土類－硫化物の一部が浮き上がり、それにより介在物の数を減少させることと、溶融体中の酸素含有量が低いため、希土類－酸－硫化物が成長しにくく、且つ溶融鋼との濡れ性が高いため、一体に集中しにくいことと、である。
本願の改質の反応式は、
である。
である。
本願は以下の顕著な技術的効果を有する。
第（１）としては、高純度鋼中の介在物の改質に対する高純度希土類の添加のメカニズムを明確にし、科学的でシステム化された高純度鋼中の介在物制御方法を提供し、これに基づいて、高純度希土類のハイクリーン鋼に対する改質処理をより多くの高性能鋼種、例えば高級軸受、歯車、金型、ステンレス、原子力発電用鋼、自動車用鋼等及び様々なキーパーツの開発に応用することができ、その効果は鋼中の微細構造の制御に相当する。
第（２）としては、希土類が改質された後の鋼中の介在物ＲＥ－酸－硫化物は硬度がＡｌ２Ｏ３介在物より低く、塑性変形能力がより高く、境界での微小応力／応力変形集中がより低く、応力変形集中による断裂の可能性を低下させ、ここで、ＲＥ改質された高純度軸受鋼の疲労寿命は４．１＊１０８回に向上し、既存の高純度軸受鋼の４０倍以上であり、且つ転がり接触疲労寿命は３．０８＊１０７に達し、既存の高純度軸受鋼の転がり接触疲労寿命より９１０万回高く、その疲労寿命が著しく向上し、従来のＩＦ鋼と比べて、ＲＥ－ＩＦ鋼はその強度を基本的に変化させない前提で、ｒ値を２５％著しく増加するとともに、伸長率及び引張強度と破断伸長率との積が著しく増加し、０℃～－４０℃範囲内において、ＲＥを添加しない高強度鋼と比べて、超低ＲＥを添加した後の超高強度鋼は低温横方向及び縦方向衝撃仕事が全面的に向上する。
第（３）としては、スーパークリーン希土類鋼中の希土類含有量ＲＥＭ及び溶鋼中の全酸素含有量、並びに鋼に添加した希土類金属又は合金中の全酸素含有量は上記式を満足するように規定されることにより、希土類酸化物（ＲＥ２Ｏ３）を主として、ＲＥ－酸－硫化物の寸法を微細化し、等価直径が１～５μｍである球形、近球形又は粒状の、分散して分布するＲＥ－酸－硫化物ではなく、介在物の総数の５０％以上のＲＥ－酸－硫化物（ＲＥ２Ｏ２Ｓ）を得るように制御する。
（４）希土類を添加するとき、溶鋼中の全酸素含有量Ｔ［Ｏ］ｍ≦２５ｐｐｍ、全硫黄含有量Ｔ［Ｓ］ｍ≦９０ｐｐｍ、高純度希土類の酸素含有量及び添加量、添加タイミング、添加後のＲＨ精錬時間の制御、Ａｒガスソフトブロー時間、鋳造過熱度及び連続鋳造過程全体におけるＮ吸入量を制御し、形成されたＲＥ－酸－硫化物が十分に浮き上がり、介在物の数を減少させ、これらのプロセス制御要点の相乗作用は共同で鋼中の介在物が改質するように確保し、最終的に鋼中の既存の少なくとも８０％のＡｌ２Ｏ３介在物をＲＥ－酸－硫化物に変性して、小さな寸法（１～５μｍ）の球形、近球形又は粒状の、分散して分布するＲＥ－酸－硫化物を得る。
以下、具体的な実施形態によって本願を更に詳しく説明するが、本願の保護範囲はこれに限らない。
（実施例１）
本実施例はＲＥ－ＧＣｒ１５軸受鋼中の介在物の変性方法であり、生産プロセス経路は電気アーク炉→ＬＦ精錬→ＲＨ精錬→連続鋳造→加熱→圧延であり、
電気アーク炉で製錬するステップ１）と、
ＬＦ精錬を行い、即ち、精錬スラグ系を合理的に調整し、スラグ塩基度を＞５に安定化し、白色スラグ時間を２０ｍｉｎ以上に確保し、溶鋼中のＴ［Ｏ］ｍを≦１０ｐｐｍに制御し、Ｔ［Ｓ］ｍ含有量を０．００５％以下に制御するステップ２）と、
ＲＨ精錬を行い、即ち、ＲＨ真空処理を少なくとも５ｍｉｎした後、サイロに高純度希土類金属を加え、高純度希土類の添加量は下記式を満足し、
ＷＲＥ≧α×Ｔ［Ｏ］ｍ＋Ｔ［Ｓ］ｍ、
ここで、αは補正係数であり、その値が６～３０、好ましくは８～２０であり、Ｔ［Ｏ］ｍは鋼中の全酸素含有量（ｐｐｍ）であり、Ｔ［Ｓ］ｍは鋼中の全硫黄含有量（ｐｐｍ）であり、
高純度希土類金属のＴ［Ｏ］ｒを６０～２００ｐｐｍに制御し、添加後、ＲＨ深真空循環時間を１０ｍｉｎ以上に確保し、Ａｒガスソフトブロー時間を１０ｍｉｎ以上に確保し、形成された希土類－酸－硫化物が浮き上がり、それにより介在物の数を減少させ、ＲＨ精錬終点のＡｌ含有量を０．０１５～０．０３０％に制御し、溶鋼成分中の希土類元素含有量を１５～３０ｐｐｍに制御するステップ３）と、
連続鋳造において、大きな取鍋－中間取鍋－結晶器の間の密閉性及び中間取鍋の液面被覆剤の厚さを強化し、中間取鍋の液面アルゴンガスパージを強化し、連続鋳造過程における吸気を回避し、連続鋳造過程全体においてＮ増加量を８ｐｐｍ以内に制御し、ＴｉＮ介在物の形成を抑制し、鋼の清浄度を確保し、鋳造過熱度を２５～４０℃に制御し、該過熱度の制御は通常の過熱度の制御より５～２０℃向上し、残留を防止することを目的とし、中間取鍋の動作層のＭｇＯ含有量を８５％より大きく制御し、大きな取鍋のノズルが長く、中間取鍋ストッパー及び浸漬ノズルのＳｉＯ２含有量が５％より小さく、中間取鍋の粗密度及び耐食性並びに上記３つの部材の耐浸食及び侵食性を確保し、連続鋳造において一定の引張速度で鋳造するステップ４）と、
通常の圧延プロセスを行うステップ５）と、を含む。
本実施例はＲＥ－ＧＣｒ１５軸受鋼中の介在物の変性方法であり、生産プロセス経路は電気アーク炉→ＬＦ精錬→ＲＨ精錬→連続鋳造→加熱→圧延であり、
電気アーク炉で製錬するステップ１）と、
ＬＦ精錬を行い、即ち、精錬スラグ系を合理的に調整し、スラグ塩基度を＞５に安定化し、白色スラグ時間を２０ｍｉｎ以上に確保し、溶鋼中のＴ［Ｏ］ｍを≦１０ｐｐｍに制御し、Ｔ［Ｓ］ｍ含有量を０．００５％以下に制御するステップ２）と、
ＲＨ精錬を行い、即ち、ＲＨ真空処理を少なくとも５ｍｉｎした後、サイロに高純度希土類金属を加え、高純度希土類の添加量は下記式を満足し、
ＷＲＥ≧α×Ｔ［Ｏ］ｍ＋Ｔ［Ｓ］ｍ、
ここで、αは補正係数であり、その値が６～３０、好ましくは８～２０であり、Ｔ［Ｏ］ｍは鋼中の全酸素含有量（ｐｐｍ）であり、Ｔ［Ｓ］ｍは鋼中の全硫黄含有量（ｐｐｍ）であり、
高純度希土類金属のＴ［Ｏ］ｒを６０～２００ｐｐｍに制御し、添加後、ＲＨ深真空循環時間を１０ｍｉｎ以上に確保し、Ａｒガスソフトブロー時間を１０ｍｉｎ以上に確保し、形成された希土類－酸－硫化物が浮き上がり、それにより介在物の数を減少させ、ＲＨ精錬終点のＡｌ含有量を０．０１５～０．０３０％に制御し、溶鋼成分中の希土類元素含有量を１５～３０ｐｐｍに制御するステップ３）と、
連続鋳造において、大きな取鍋－中間取鍋－結晶器の間の密閉性及び中間取鍋の液面被覆剤の厚さを強化し、中間取鍋の液面アルゴンガスパージを強化し、連続鋳造過程における吸気を回避し、連続鋳造過程全体においてＮ増加量を８ｐｐｍ以内に制御し、ＴｉＮ介在物の形成を抑制し、鋼の清浄度を確保し、鋳造過熱度を２５～４０℃に制御し、該過熱度の制御は通常の過熱度の制御より５～２０℃向上し、残留を防止することを目的とし、中間取鍋の動作層のＭｇＯ含有量を８５％より大きく制御し、大きな取鍋のノズルが長く、中間取鍋ストッパー及び浸漬ノズルのＳｉＯ２含有量が５％より小さく、中間取鍋の粗密度及び耐食性並びに上記３つの部材の耐浸食及び侵食性を確保し、連続鋳造において一定の引張速度で鋳造するステップ４）と、
通常の圧延プロセスを行うステップ５）と、を含む。
本実施例において得られた圧延製品から複数の試料を抽出し、改質後のＧＣｒ１５鋼中の介在物を分析し、結果的に、希土類を添加しない高純度ＧＣｒ１５鋼と比べて、高純度希土類の添加による介在物の改質により、ＲＥ－ＧＣｒ１５鋼は空前の優れた疲労性能を有し、図１ａに示すように、希土類元素の添加は疲労寿命の法則を変化させ、最大応力±８００ＭＰａ及び２０ｋＨｚの循環負荷引張／圧縮実験において、ＲＥ－ＧＣｒ１５鋼の引張圧縮疲労寿命は４．１＊１０８回に向上し、高純度ＧＣｒ１５鋼（既存の文献に記載の引張圧縮疲労寿命は約１０＊１０６回である）の４０倍以上であり、希土類の添加は介在物の数を５０％以上減少させ［図２（ａ）］、且つ５μｍ以上の介在物を少なくとも３５％減少させる。また、軸受鋼の他の重要な指標としては、図１ｂにおけるＲＥ－ＧＣｒ１５鋼の転がり接触疲労寿命も大幅に向上し、軸方向負荷Ｆａ＝８．８２ＫＮ、回転速度２０００ｒ／ｍｉｎの場合、ＲＥ－ＧＣｒ１５鋼の転がり接触疲労寿命は３．０８＊１０７であり、高純度ＧＣｒ１５鋼の転がり接触疲労寿命より９１０万回高い。
従来の硬脆性Ａｌ２Ｏ３酸化物及びストリップ状ＭｎＳ介在物（＞１００μｍ）は高純度ＧＣｒ１５鋼において普及されている［図２（ｃ）］が、希土類が改質されたＧＣｒ１５鋼に対して、これらの従来の介在物は急に消え、その代替物は高い代表性及び法則性を有する、小さな寸法で、球形の、分散するＲＥ－酸－硫化物及びＲＥ－硫化物［２（ｄ）］である。ＴＥＭを更に観察すれば、これらの希土類－酸－硫化物介在物はＲＥ２Ｏ２ＳとＦｅマトリックスの境界が平坦である場合が多い［図２（ｅ）］。
ＲＥ２Ｏ２Ｓ介在物の弾性、ヤング及びせん断弾性率並びに硬度はいずれも従来のＡｌ２Ｏ３介在物より遥かに低く、現在のナノ押込実験測定によってこれらの結果も証明される［図２（ｂ）］。ＲＥ２Ｏ２Ｓ介在物は従来の硬質Ａｌ２Ｏ３介在物とＦｅマトリックスとの相溶性より高く、内部微小応力及び応力変形集中の不均一性は従来の鋼より遥かに低く、図２（ｆ）に示されるＥＤＳ及び／又は制限視野回折パターンの結果によれば、複合介在物はＲＥ－Ｏ－Ｓ介在物（≧８５％）及び／又はＯ－Ａｌ－Ｓ－ＲＥ介在物、希土類－硫化物（≦１０％）、極少量（≦５％）のＡｌ２Ｏ３介在物からなり［図２（ｆ）］、引張圧縮付勢循環を経た後、希土類－酸－硫化物介在物の内部に転位が多く発生する［図２（ｇ）］が、希土類－酸－硫化物及び希土類－硫化物近傍のマトリックスにおける条板は依然として完全であり、条板間の境界は依然として明瞭であり、それに対応して、Ａｌ２Ｏ３粒子の内部に転位がほとんど発生せず、条板が断裂し、それらの間の境界が消える。この比較によれば、希土類－酸－硫化物の硬度はＡｌ２Ｏ３介在物より低く、塑性変形能力がより高いため、境界での微小応力／応力変形集中がより低く、応力変形集中による断裂の可能性を更に低下させる。
（実施例２）
本実施例はＩＦ鋼中のＡｌ２Ｏ３介在物の変性方法であり、生産プロセス工程は溶銑注入ステーション－溶銑前処理－転炉製錬－ＲＨ精錬－連続鋳造－熱間圧延－酸洗い－冷間圧延－焼鈍であり、
転炉で製錬し、即ち、
転炉工程において取鍋のトップスラグを改質するとともに、転炉工程及びＲＨ脱炭素化過程においてマンガンの事前脱酸素及び合金化を行わず、ＩＦ鋼の清浄度を向上させるように、中間取鍋の溶鋼の酸素含有量を２５ｐｐｍ以下に厳しく制御し、出鋼温度、混銑車引掛温度及びスラグキャリーオーバー量を厳しく制御するステップ１）と、
ＲＨ精錬を行い、即ち、
ＲＨ工程において取鍋のトップスラグを改質し、ＲＨをステーションに搬入する溶鋼Ｓ含有量を０．００３％以下に制御し、ＲＨをステーションに搬入して酸素を定量し、脱酸素・合金化後に高純度希土類を加える前に酸素を定量し、高純度希土類を加える前に溶鋼中の全酸素含有量Ｔ［Ｏ］ｍが２０ｐｐｍ以下であり、Ｔ［Ｓ］ｍが３０ｐｐｍ以下であり、真空で脱炭素化、脱酸素、合金化した後、ＲＨ深真空を少なくとも２ｍｉｎ行った後、オーバーヘッドサイロに高純度希土類を添加し、高純度希土類中の全酸素含有量が６０～１００ｐｐｍであり、高純度希土類を加えた後、ＲＨ深真空アルゴンガス下部吹込時間が１０ｍｉｎ以上であり、真空破壊後の負圧ソフトブロー時間が１５ｍｉｎ以上であるステップ２）と、
連続鋳造段階の技術的要件は、
中間取鍋のトップスラグを改質して、大きな取鍋－中間取鍋－結晶器の間の密閉性を確保し、連続鋳造過程における吸気を回避し、連続鋳造過程全体においてＮ吸入量を８ｐｐｍより小さく制御し、鋳造過熱度を通常の過熱度より５～１５℃高く制御し、残留リスクを防止し、連続鋳造において一定の引張速度に制御することであるステップ３）と、
通常の圧延及び熱処理プロセスを行うステップ４）と、を含む。
本実施例はＩＦ鋼中のＡｌ２Ｏ３介在物の変性方法であり、生産プロセス工程は溶銑注入ステーション－溶銑前処理－転炉製錬－ＲＨ精錬－連続鋳造－熱間圧延－酸洗い－冷間圧延－焼鈍であり、
転炉で製錬し、即ち、
転炉工程において取鍋のトップスラグを改質するとともに、転炉工程及びＲＨ脱炭素化過程においてマンガンの事前脱酸素及び合金化を行わず、ＩＦ鋼の清浄度を向上させるように、中間取鍋の溶鋼の酸素含有量を２５ｐｐｍ以下に厳しく制御し、出鋼温度、混銑車引掛温度及びスラグキャリーオーバー量を厳しく制御するステップ１）と、
ＲＨ精錬を行い、即ち、
ＲＨ工程において取鍋のトップスラグを改質し、ＲＨをステーションに搬入する溶鋼Ｓ含有量を０．００３％以下に制御し、ＲＨをステーションに搬入して酸素を定量し、脱酸素・合金化後に高純度希土類を加える前に酸素を定量し、高純度希土類を加える前に溶鋼中の全酸素含有量Ｔ［Ｏ］ｍが２０ｐｐｍ以下であり、Ｔ［Ｓ］ｍが３０ｐｐｍ以下であり、真空で脱炭素化、脱酸素、合金化した後、ＲＨ深真空を少なくとも２ｍｉｎ行った後、オーバーヘッドサイロに高純度希土類を添加し、高純度希土類中の全酸素含有量が６０～１００ｐｐｍであり、高純度希土類を加えた後、ＲＨ深真空アルゴンガス下部吹込時間が１０ｍｉｎ以上であり、真空破壊後の負圧ソフトブロー時間が１５ｍｉｎ以上であるステップ２）と、
連続鋳造段階の技術的要件は、
中間取鍋のトップスラグを改質して、大きな取鍋－中間取鍋－結晶器の間の密閉性を確保し、連続鋳造過程における吸気を回避し、連続鋳造過程全体においてＮ吸入量を８ｐｐｍより小さく制御し、鋳造過熱度を通常の過熱度より５～１５℃高く制御し、残留リスクを防止し、連続鋳造において一定の引張速度に制御することであるステップ３）と、
通常の圧延及び熱処理プロセスを行うステップ４）と、を含む。
本実施例において得られた焼鈍製品から複数のサンプルを抽出し、改質後のＩＦ鋼成分、ガス含有量、介在物の形態及び寸法分布等を詳しく分析する。
注：ＲＥがｐｐｍである以外に、他の元素がいずれもｗｔ％であり、残量がＦｅと不可欠な不純物元素であり、比較例１の構成成分及び製造制御プロセスは実施例２－１と同様であるが、ＲＥＭを添加しない。
本実施例はＩＦ鋼に適量の高純度希土類金属を添加することにより、鋼中の１～２μｍレベルの微細介在物の数が著しく８％増加し（即ち、８６．６７％から９４．６７％に増加する）、５～１０μｍ数及び比率が明らかに減少し、介在物の最大直径（１．４６４μｍ→１．４３１μｍ）が少々減少し、且つ希土類を添加しないＩＦ鋼と比べて、介在物の数（面積比率０．１４６→０．１３９）が明らかに減少する一方、ＩＦ鋼に適量のＲＥを添加することにより、明らかな変質・介在の目的を実現することができ、ＳＥＭ＋ＥＤＳ分析と組み合わせて発見されるように、ＲＥは大きな寸法の棒状／クラスター状Ａｌ２Ｏ３介在物を近球形Ｏ－Ａｌ－Ｓ－ＲＥ／ＲＥ－Ｏ－Ｓ系化合物に変質することができ、寸法がより微細であり、分散して分布するとともに、ＴｉＮ、ＭｎＳ系介在物はＡｌ２Ｏ３核生成基質を失って核生成して成長しにくく、このような介在のマトリックスに対する分断作用及び異方性を低減する。
実施例２－１の鋼中の介在物の分布特徴は、２２個の視野において、介在物の総数が２５０個より小さく、ここで等価直径１～２μｍの介在物の比率が≧９４．５％、等価直径２～５μｍの介在物の比率が＜５％、等価直径５～１０μｍの介在物の比率が＜０．５％であることである。
ＪＩＳ－５板材のサンプル引張実験検出結果によれば、従来のＩＦ鋼と比べて、ＲＥ－ＩＦ鋼は、基本的にその強度を変化させない前提で、ｒ値を少なくとも２５％著しく増加する（１．８２０→２．２６７）とともに、伸長率及び引張強度と破断伸長率との積が明らかに増加することが証明される。
（実施例３）
本実施例は超高強度Ｆレベルの海洋工学鋼中の介在物の変性方法であり、生産プロセス工程は溶銑前処理－転炉製錬－ＬＦ精錬－ＲＨ精錬－連続鋳造－圧延－調質であり、制御プロセスは、以下のとおりであり、
１）製錬及び希土類添加段階において、希土類を加える前に、ＬＦ精錬して白色スラグ時間を２０ｍｉｎ以上、溶鋼の全酸素含有量Ｔ［Ｏ］ｍを１０ｐｐｍ以下、Ｔ［Ｓ］ｍ含有量を０．００３％以下に確保し、高純度希土類金属はＬＦをステーションから搬出する前に添加され、又は３ｍｉｎＲＨクリーンリサイクルした後に添加され、希土類を加える際に溶鋼と同材質の鋼管で被覆し又はアルミホイルで包む形式を用い、目的は希土類金属が添加過程において酸化され又は鋼スラグと接触することを回避することであり、希土類金属中の全酸素含有量が８０～１００ｐｐｍであり、ここで実施例３－２の希土類添加量は実施例３－１の２倍であり、実施例３－２の希土類は２回に分けて添加されてもよく、
２）希土類を加えた後にＲＨ深真空時間を１５ｍｉｎ以上に確保し、ＲＨ再圧縮を行い、通常のＣａ処理後にＡｒガスソフトブロー時間を１５ｍｉｎ以上に確保し、
３）連続鋳造プロセスにおいて、大きな取鍋－中間取鍋－結晶器の間の密閉性を確保し、連続鋳造過程における吸気を回避し、連続鋳造過程全体においてＮ吸入量を５ｐｐｍより小さく制御し、鋳造過熱度を制御し、連続鋳造における引張速度を一定に制御し、過熱度を通常の過熱度より５～１５℃高く制御し、
４）通常の圧延及び調質プロセスを行う。
本実施例は超高強度Ｆレベルの海洋工学鋼中の介在物の変性方法であり、生産プロセス工程は溶銑前処理－転炉製錬－ＬＦ精錬－ＲＨ精錬－連続鋳造－圧延－調質であり、制御プロセスは、以下のとおりであり、
１）製錬及び希土類添加段階において、希土類を加える前に、ＬＦ精錬して白色スラグ時間を２０ｍｉｎ以上、溶鋼の全酸素含有量Ｔ［Ｏ］ｍを１０ｐｐｍ以下、Ｔ［Ｓ］ｍ含有量を０．００３％以下に確保し、高純度希土類金属はＬＦをステーションから搬出する前に添加され、又は３ｍｉｎＲＨクリーンリサイクルした後に添加され、希土類を加える際に溶鋼と同材質の鋼管で被覆し又はアルミホイルで包む形式を用い、目的は希土類金属が添加過程において酸化され又は鋼スラグと接触することを回避することであり、希土類金属中の全酸素含有量が８０～１００ｐｐｍであり、ここで実施例３－２の希土類添加量は実施例３－１の２倍であり、実施例３－２の希土類は２回に分けて添加されてもよく、
２）希土類を加えた後にＲＨ深真空時間を１５ｍｉｎ以上に確保し、ＲＨ再圧縮を行い、通常のＣａ処理後にＡｒガスソフトブロー時間を１５ｍｉｎ以上に確保し、
３）連続鋳造プロセスにおいて、大きな取鍋－中間取鍋－結晶器の間の密閉性を確保し、連続鋳造過程における吸気を回避し、連続鋳造過程全体においてＮ吸入量を５ｐｐｍより小さく制御し、鋳造過熱度を制御し、連続鋳造における引張速度を一定に制御し、過熱度を通常の過熱度より５～１５℃高く制御し、
４）通常の圧延及び調質プロセスを行う。
上記プロセス制御によって、本実施例において得られた調質製品から複数のサンプルを抽出し、改質後の超高強度鋼成分、ガス含有量、介在物の形態及び寸法分布等を詳しく分析する。
注：ＲＥがｐｐｍである以外に、他の元素がいずれもｗｔ％であり、残量がＦｅと不可欠な不純物元素であり、比較例２の構成成分及び製造制御プロセスは実施例３－１、実施例３－２と同様であるが、ＲＥＭを添加しない。
研究結果によれば、ＲＥ添加量の増加につれて、介在物の最大直径Ｄｍａｘが徐々に減少し（３４→３１→１９）、且つ＜２μｍ直径の介在物の数が少なくとも４％増加し、介在物の総量が平均に１８％減少し（０．４５‰→０．３７‰）、ＲＥを添加した後に介在物の平均等価直径Ｄｍｅａｎが８％減少し（４．３７－４．０２）、介在物の最大直径／介在物の最小直径が明らかに減少するが、介在物の面積比率が異なる程度で減少する。
実施例３－１、３－２の鋼中の介在物の代表的な分布は、２０個の視野において、介在物の総数が５００個より小さく、ここで等価直径１～２μｍの介在物の比率が＞１０．５％、等価直径２～５μｍの介在物の比率が６０～８０％、等価直径５～１０μｍの介在物の比率が＜２２．５％、等価直径＞１０μｍの介在物の比率が＜５％である。
ＳＥＭ＋ＥＤＳ分析と組み合わせて、ＲＥを添加しないサンプルの視野において大きな寸法のＡｌ２Ｏ３クラスターが介在し、ここで大きな寸法の介在物が粉砕され、且つストリップ状ＭｎＳ系が介在するのであり、ＲＥＭを添加した実施例３－１及び実施例３－２のサンプル中の介在物は球形又は粒状のＲＥ－Ｏ－Ｓ化合物である場合が多く、寸法がより微細であり、分散して分布する。
注：表９におけるサンプリングがいずれも１／２板厚位置で行われる。
上記分析結果によれば、０℃～－４０℃範囲内において、ＲＥを添加しないＦレベル超高強度海洋工学鋼と比べて、適量の高純度希土類金属を添加することによる介在物の改質作用はＦレベル超高強度海洋工学鋼の低温横方向及び縦方向衝撃仕事を全面的に向上させることができ、即ち、０℃において横方向衝撃仕事が少なくとも３０Ｊ向上し、横方向衝撃仕事が少なくとも６０Ｊ向上し、－２０℃において横方向衝撃仕事が少なくとも１３Ｊ向上し、縦方向衝撃仕事が少なくとも３５Ｊ向上し、－４０℃において横方向衝撃仕事が少なくとも５Ｊ向上し、縦方向衝撃仕事が少なくとも９Ｊ向上し、特に１／２板厚位置での改善効果が特に顕著である。
以上の実施例は本願の好ましい実施形態に過ぎず、本願の保護範囲を制限するものであると理解されるべきではない。尚、本願の構想を逸脱せずに、当業者が種々の変形、置換や改良を行うことができ、これらはいずれも本願の保護範囲に属する。
Claims (10)
- スーパークリーン希土類鋼であって、
１０～２００ｐｐｍ、好ましくは１０～１００ｐｐｍ、より好ましくは１０～５０ｐｐｍの希土類元素を含有し、鋼中の介在物の総数の５０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは９５％以上の部分は平均等価直径Ｄｍｅａｎが１～５μｍ、好ましくは１～２μｍである球形又は近球形又は粒状の、分散して分布するＲＥ－酸－硫化物（ＲＥ２Ｏ２Ｓ）であることを特徴とするスーパークリーン希土類鋼。 - 鋼中の希土類元素ＲＥＭ含有量は、
－５００＜ＲＥＭ－（ｍ＊Ｔ［Ｏ］ｍ）＋ｎ＊Ｔ［Ｏ］ｒ＋ｋ＊Ｔ［Ｓ］ｍ）＜－３０を満足し、
ここで、ＲＥＭは鋼中の希土類元素含有量であり、単位がｐｐｍであり、
Ｔ［Ｏ］ｍは鋼中の全酸素含有量であり、単位がｐｐｍであり、
Ｔ［Ｏ］ｒは鋼に添加した希土類金属又は合金中の全酸素含有量であり、単位がｐｐｍであり、
Ｔ［Ｓ］ｍは鋼中の全硫黄含有量であり、単位がｐｐｍであり、
ｍは補正係数１であり、その値が２～４．５であり、
ｎは補正係数２であり、その値が０．５～２．５であり、
ｋは補正係数３であり、その値が０．５～２．５であることを特徴とする請求項１に記載のスーパークリーン希土類鋼。 - 前記鋼は高級軸受鋼、歯車鋼、金型鋼、ステンレス、原子力発電用鋼、自動車用ＩＦ／ＤＰ／ＴＲＩＰ鋼、又は超高強度鋼であることを特徴とする請求項１または２に記載のスーパークリーン希土類鋼。
- スーパークリーン希土類鋼であって、
１０～２００ｐｐｍ、好ましくは１０～１００ｐｐｍ、より好ましくは１０～５０ｐｐｍの希土類元素を含有し、鋼中の介在物は数≧５０％の希土類－酸－硫化物（ＲＥ２Ｏ２Ｓ）、≦５０％の希土類－硫化物、及び０～１０％のＡｌ２Ｏ３介在物を含むことを特徴とするスーパークリーン希土類鋼。 - スーパークリーン希土類鋼であって、
ｐｐｍレベルの希土類元素を含有するスーパークリーン希土類鋼であり、鋼中の介在物の総数の≧７０％、好ましくは≧８０％、より好ましくは≧９５％は球形又は近球形又は粒状の、分散して分布するＲＥ－Ｏ－Ｓ介在物（ＲＥ２Ｏ２Ｓ）であり、ＴｉＮ及びＭｎＳ系介在物の含有量の和は≦５％であり、ＲＥ－Ｏ－Ｓ介在物の平均等価直径は１～５μｍ、好ましくは１～２μｍであることを特徴とするスーパークリーン希土類鋼。 - 鋼中のＡｌ２Ｏ３介在物の少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９５％をＲＥ－酸－硫化物（ＲＥ２Ｏ２Ｓ）に変性することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のスーパークリーン希土類鋼中の介在物の変性方法。
- 高純度希土類金属又は合金を添加するとき、溶鋼の全酸素含有量Ｔ［Ｏ］ｍ≦２５ｐｐｍ、溶鋼の全硫黄含有量Ｔ［Ｓ］ｍ≦９０ｐｐｍであり、高純度希土類金属又は合金の全酸素含有量Ｔ［Ｏ］ｒが６０～２００ｐｐｍに制御されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
- 高純度希土類を添加した後、ＲＨ又はＶＤ深真空循環時間はＴ＝（０．１～２．０）ＣＲＥ＋Ｔ０を満足し、ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量ｐｐｍであり、Ｔ０は補正定数であり、その値が３～１０ｍｉｎであり、Ａｒガスソフトブロー時間はｔ＝（０．０５～３．０）ＣＲＥ＋ｔ０を満足し、ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量（ｐｐｍ）であり、ｔ０は補正定数であり、その値が５～１０ｍｉｎであることを特徴とする請求項７に記載の方法。
- 高純度希土類を添加した後、鋳造過熱度は同じ成分で希土類を含有しない鋼種より５～１５℃増加し、連続鋳造過程全体においてＮ増加量を８ｐｐｍ以内に制御することを特徴とする請求項７又は８に記載の方法。
- スーパークリーン希土類鋼の介在物制御プロセスであって、
ＬＦ精錬において白色スラグ時間を２０ｍｉｎ以上、安定化スラグ塩基度を＞５、全硫黄含有量Ｔ［Ｓ］ｍを≦９０ｐｐｍ、全酸素含有量Ｔ［Ｏ］ｍを≦２５ｐｐｍに確保するａ）と、
高純度希土類金属又は合金はＬＦ精錬してステーションから搬出する前に添加され、又はＲＨ真空処理を少なくとも３ｍｉｎした後に添加され、高純度希土類金属又は合金中の全酸素含有量は６０～２００ｐｐｍであるｂ）と、
希土類を添加した後、ＲＨ又はＶＤ深真空循環時間はＴ＝（０．１～２．０）ＣＲＥ＋Ｔ０を満足し、ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量ｐｐｍであり、Ｔ０は補正定数であり、その値が３～１０ｍｉｎであり、Ａｒガスソフトブロー時間はｔ＝（０．０５～３．０）ＣＲＥ＋ｔ０を満足し、ここで、ＣＲＥは鋼中の希土類元素含有量ｐｐｍであり、ｔ０は補正定数であり、その値が５～１０ｍｉｎであるｃ）と、
連続鋳造において、大きな取鍋－中間取鍋－結晶器の間の密閉性及び中間取鍋の液面被覆剤の厚さを強化し、中間取鍋の液面アルゴンガスパージを強化し、連続鋳造過程全体においてＮ増加量を８ｐｐｍ以内に制御し、鋳造過熱度は同じ成分で希土類を含有しない鋼種より５～１５℃増加するｄ）と、を含む、スーパークリーン希土類鋼の介在物制御プロセス。
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