JP2553967B2 - 超高清浄度ステンレス鋼の製造方法 - Google Patents
超高清浄度ステンレス鋼の製造方法Info
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- JP2553967B2 JP2553967B2 JP3149008A JP14900891A JP2553967B2 JP 2553967 B2 JP2553967 B2 JP 2553967B2 JP 3149008 A JP3149008 A JP 3149008A JP 14900891 A JP14900891 A JP 14900891A JP 2553967 B2 JP2553967 B2 JP 2553967B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子ビーム溶解法を用
いて介在物の極めて少ない超高清浄度ステンレス鋼を製
造する方法に関するものである。
いて介在物の極めて少ない超高清浄度ステンレス鋼を製
造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ステンレス鋼の高清浄化は、特に線径１
００μｍ以下の極細線および箔等の分野で要求されてい
る。これは高清浄化により表面欠陥防止、伸線加工性の
向上および疲労強度の向上が達成されるためである。こ
のような高清浄化を達成しうる方法として電子ビーム溶
解法が知られている。電子ビーム溶解法は、電子ビーム
の照射特性である高温・高真空下での溶解・精錬により
不純物元素の蒸発除去が可能であり、鋳塊の高純化およ
び高清浄化が達成できる。
００μｍ以下の極細線および箔等の分野で要求されてい
る。これは高清浄化により表面欠陥防止、伸線加工性の
向上および疲労強度の向上が達成されるためである。こ
のような高清浄化を達成しうる方法として電子ビーム溶
解法が知られている。電子ビーム溶解法は、電子ビーム
の照射特性である高温・高真空下での溶解・精錬により
不純物元素の蒸発除去が可能であり、鋳塊の高純化およ
び高清浄化が達成できる。
【０００３】本出願人は電子ビーム溶解による高清浄鋼
の製造方法として、特願平２−１０５４４３号によっ
て、溶解エネルギー、溶解真空度、溶融プール表面積お
よび溶解素材成分を規制する方法を出願した。この方法
によれば、従来の大量生産工程により製造された鋳塊に
比べて介在物が低減するが、介在物を極めて少ない（ゼ
ロに近い）レベルまで減少することはできていない。ま
た、ステンレス鋼極細線用素材の製造法として、特願平
２−１３４２８７号によって、〔Ｏ〕濃度と〔Ａｌ〕濃
度を低減する方法を出願した。この方法によれば、伸線
加工性がＥＳＲ（Electro-Slag Remelting）法等の特殊
溶解法に比べて著しく向上するが、この方法においても
介在物に起因する断線が発生した。
の製造方法として、特願平２−１０５４４３号によっ
て、溶解エネルギー、溶解真空度、溶融プール表面積お
よび溶解素材成分を規制する方法を出願した。この方法
によれば、従来の大量生産工程により製造された鋳塊に
比べて介在物が低減するが、介在物を極めて少ない（ゼ
ロに近い）レベルまで減少することはできていない。ま
た、ステンレス鋼極細線用素材の製造法として、特願平
２−１３４２８７号によって、〔Ｏ〕濃度と〔Ａｌ〕濃
度を低減する方法を出願した。この方法によれば、伸線
加工性がＥＳＲ（Electro-Slag Remelting）法等の特殊
溶解法に比べて著しく向上するが、この方法においても
介在物に起因する断線が発生した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明はステンレス鋼
の電子ビーム溶解において、溶解素材成分および鋳塊成
分を規制することによって、介在物の極めて少ない鋳塊
を安定して製造することを目的とするものである。
の電子ビーム溶解において、溶解素材成分および鋳塊成
分を規制することによって、介在物の極めて少ない鋳塊
を安定して製造することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明はステンレス鋼の
溶解において、〔Ｃａ〕および〔Ｍｇ〕の濃度（ｗｔ
％）が０．０００５％以下の材料を溶解素材とし、電子
ビーム溶解法によって該溶解素材の〔Ｏ〕濃度を電子ビ
ーム溶解時の真空雰囲気および該溶解素材中の炭素によ
って低減することにより、〔Ｏ〕濃度（ｗｔ％）と〔Ａ
ｌ〕濃度（ｗｔ％）が下記の（１）式を満足する鋳塊を
製造することを特徴とする超高清浄度ステンレス鋼の製
造方法を要旨とするものである。
溶解において、〔Ｃａ〕および〔Ｍｇ〕の濃度（ｗｔ
％）が０．０００５％以下の材料を溶解素材とし、電子
ビーム溶解法によって該溶解素材の〔Ｏ〕濃度を電子ビ
ーム溶解時の真空雰囲気および該溶解素材中の炭素によ
って低減することにより、〔Ｏ〕濃度（ｗｔ％）と〔Ａ
ｌ〕濃度（ｗｔ％）が下記の（１）式を満足する鋳塊を
製造することを特徴とする超高清浄度ステンレス鋼の製
造方法を要旨とするものである。
【０００６】 〔Ｏ〕3 ・〔Ａｌ〕2 ≦ ６．３×１０-15 ・・・（１）
【０００７】
【作用】電子ビーム溶解における介在物除去作用は、主
に次のように考えられる。電子ビーム溶解のような高温
・高真空溶解においては、介在物は（２）式の反応によ
って分解し、発生した〔Ｏ〕が溶鋼中の〔Ｃ〕と結合し
て（３）式の反応によって、ＣＯガスとして系外に除去
される。総括的には（４）式のように表され、反応式の
中でＭは金属元素、ＭＯは酸化物である。
に次のように考えられる。電子ビーム溶解のような高温
・高真空溶解においては、介在物は（２）式の反応によ
って分解し、発生した〔Ｏ〕が溶鋼中の〔Ｃ〕と結合し
て（３）式の反応によって、ＣＯガスとして系外に除去
される。総括的には（４）式のように表され、反応式の
中でＭは金属元素、ＭＯは酸化物である。
【０００８】 （ＭＯ） → Ｍ ＋ Ｏ ・・・（２） Ｃ ＋ Ｏ → ＣＯ（ｇ） ・・・（３） （ＭＯ）＋Ｃ → Ｍ ＋ ＣＯ（ｇ） ・・・（４） （４）式の反応が起こる熱力学的な可能性を電子ビーム
溶解における通常の溶解条件下（溶鋼温度１６００〜１
８００℃、雰囲気のＣＯ分圧１０-3〜１０-4ａｔｍ）で
推定すると、ＭｎＯ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 は分解・除
去が可能であるが、熱力学的に安定なＣａＯ，ＭｇＯは
分解・除去が困難であると考えられる。従って、電子ビ
ーム溶解後の介在物組成はＣａＯ，ＭｇＯ濃度が著しく
増大する傾向にあり、介在物が極めて少ない（ゼロに近
い）超高清浄度ステンレス鋼を製造するためには、溶解
素材の段階でＣａ，Ｍｇの混入を防止することが必要で
ある。
溶解における通常の溶解条件下（溶鋼温度１６００〜１
８００℃、雰囲気のＣＯ分圧１０-3〜１０-4ａｔｍ）で
推定すると、ＭｎＯ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 は分解・除
去が可能であるが、熱力学的に安定なＣａＯ，ＭｇＯは
分解・除去が困難であると考えられる。従って、電子ビ
ーム溶解後の介在物組成はＣａＯ，ＭｇＯ濃度が著しく
増大する傾向にあり、介在物が極めて少ない（ゼロに近
い）超高清浄度ステンレス鋼を製造するためには、溶解
素材の段階でＣａ，Ｍｇの混入を防止することが必要で
ある。
【０００９】図１および図２はＳＵＳ３０４ステンレス
鋼の電子ビーム溶解において、溶解素材の〔Ｃａ〕およ
び〔Ｍｇ〕の濃度と鋳塊の介在物量の関係を示す。溶解
素材の〔Ｃａ〕および〔Ｍｇ〕の濃度が０．０００５％
超では鋳塊の介在物量が急激に増大する。ここで、縦軸
の介在物量（ｇ／ｔ−steel ）は光学顕微鏡観察および
画像解析によって測定された１μｍ以上の大きさの介在
物個数（個／ｃｍ2 ）について、その粒径をもとに定量
形態学的に単位体積当りの介在物個数（個／ｃｍ3 ）を
計算し、さらに測定された平均粒径、ステンレス鋼の比
重および介在物組成より推定される介在物比重を考慮し
て、単位重量当りの介在物重量（ｇ／ｔ−steel ）に換
算したものである。
鋼の電子ビーム溶解において、溶解素材の〔Ｃａ〕およ
び〔Ｍｇ〕の濃度と鋳塊の介在物量の関係を示す。溶解
素材の〔Ｃａ〕および〔Ｍｇ〕の濃度が０．０００５％
超では鋳塊の介在物量が急激に増大する。ここで、縦軸
の介在物量（ｇ／ｔ−steel ）は光学顕微鏡観察および
画像解析によって測定された１μｍ以上の大きさの介在
物個数（個／ｃｍ2 ）について、その粒径をもとに定量
形態学的に単位体積当りの介在物個数（個／ｃｍ3 ）を
計算し、さらに測定された平均粒径、ステンレス鋼の比
重および介在物組成より推定される介在物比重を考慮し
て、単位重量当りの介在物重量（ｇ／ｔ−steel ）に換
算したものである。
【００１０】溶解素材の〔Ｃａ〕および〔Ｍｇ〕濃度を
０．０００５％以下とするための手段としては耐火物
溶損の少ない溶製条件を選択する、ＣａＯ，ＭｇＯを
含まない耐火物を用いる、ＣａＯ，ＭｇＯを含むスラ
グ精錬を行わない、十分に排滓した後に鋳造を行う等
がある。溶解素材の〔Ｃａ〕および〔Ｍｇ〕濃度を０．
０００５％以下とし、電子ビーム溶解によって高清浄化
を行った場合、介在物中の〔Ｏ〕は（２）式の反応によ
って殆ど分解しており、鋳塊に残存する介在物は凝固時
に晶出したものである。鋳塊に残存する介在物の種類と
しては脱酸力の強いＡｌによるＡｌ2 Ｏ3 主体と考える
ことができる。電子ビーム溶解による鋳塊のように低酸
素濃度領域での凝固時の介在物晶出は、介在物の核生成
を考えることが重要である。介在物の均質核生成に必要
な自由エネルギー変化は、一般に溶解度積によって表す
ことができる。凝固時の〔Ｏ〕，〔Ａｌ〕の偏析によっ
てデンドライト樹間に〔Ｏ〕，〔Ａｌ〕が濃化しても、
〔Ｏ〕3 ・〔Ａｌ〕2 の溶解度積が介在物の均質核生成
に必要な値を超えなければ、介在物は均質核生成し晶出
しないことになる。
０．０００５％以下とするための手段としては耐火物
溶損の少ない溶製条件を選択する、ＣａＯ，ＭｇＯを
含まない耐火物を用いる、ＣａＯ，ＭｇＯを含むスラ
グ精錬を行わない、十分に排滓した後に鋳造を行う等
がある。溶解素材の〔Ｃａ〕および〔Ｍｇ〕濃度を０．
０００５％以下とし、電子ビーム溶解によって高清浄化
を行った場合、介在物中の〔Ｏ〕は（２）式の反応によ
って殆ど分解しており、鋳塊に残存する介在物は凝固時
に晶出したものである。鋳塊に残存する介在物の種類と
しては脱酸力の強いＡｌによるＡｌ2 Ｏ3 主体と考える
ことができる。電子ビーム溶解による鋳塊のように低酸
素濃度領域での凝固時の介在物晶出は、介在物の核生成
を考えることが重要である。介在物の均質核生成に必要
な自由エネルギー変化は、一般に溶解度積によって表す
ことができる。凝固時の〔Ｏ〕，〔Ａｌ〕の偏析によっ
てデンドライト樹間に〔Ｏ〕，〔Ａｌ〕が濃化しても、
〔Ｏ〕3 ・〔Ａｌ〕2 の溶解度積が介在物の均質核生成
に必要な値を超えなければ、介在物は均質核生成し晶出
しないことになる。
【００１１】図３は電子ビーム溶解によって製造された
ＳＵＳ３０４ステンレス鋼鋳塊の〔Ｏ〕濃度と介在物量
の関係を示す。〔Ｏ〕濃度の高い領域においては介在物
量は酸素濃度と比例関係にあるが、〔Ｏ〕濃度が０．０
０１０％を境界（＝〔Ｏ〕* ）にして介在物量が著しく
低減される。図４は図３と同様の電子ビーム溶解を行
い、介在物量が著しく低減される鋳塊の〔Ｏ〕濃度の境
界値〔Ｏ〕* を調査し、〔Ｏ〕* 濃度と鋳塊の〔Ａｌ〕
濃度の関係を求めたものである。この境界線は（１）式
のように表すことができる。
ＳＵＳ３０４ステンレス鋼鋳塊の〔Ｏ〕濃度と介在物量
の関係を示す。〔Ｏ〕濃度の高い領域においては介在物
量は酸素濃度と比例関係にあるが、〔Ｏ〕濃度が０．０
０１０％を境界（＝〔Ｏ〕* ）にして介在物量が著しく
低減される。図４は図３と同様の電子ビーム溶解を行
い、介在物量が著しく低減される鋳塊の〔Ｏ〕濃度の境
界値〔Ｏ〕* を調査し、〔Ｏ〕* 濃度と鋳塊の〔Ａｌ〕
濃度の関係を求めたものである。この境界線は（１）式
のように表すことができる。
【００１２】 〔Ｏ〕3 ・〔Ａｌ〕2 ≦ ６．３×１０-15 ・・・（１） 図３および図４において介在物量が著しく低減される領
域は、まさに介在物の均質核生成が抑制されたため起こ
ったものと考えられる。理論的にはＣａＯ，ＭｇＯの溶
解素材への混入をなくすことができれば、介在物ゼロが
達成できると考えられる。（１）式を満足する鋳塊の製
造は、溶解素材中の〔Ｏ〕が次のようにして低減される
ことによって達成される。即ち、溶解素材中の〔Ｏ〕は
電子ビーム溶解時の真空雰囲気によって除去されるとと
もに、溶解素材には通常、約０．００５％程度の〔Ｃ〕
含まれているため、溶解素材中の〔Ｏ〕は電子ビーム溶
解時に、この〔Ｃ〕と反応して除去される。
域は、まさに介在物の均質核生成が抑制されたため起こ
ったものと考えられる。理論的にはＣａＯ，ＭｇＯの溶
解素材への混入をなくすことができれば、介在物ゼロが
達成できると考えられる。（１）式を満足する鋳塊の製
造は、溶解素材中の〔Ｏ〕が次のようにして低減される
ことによって達成される。即ち、溶解素材中の〔Ｏ〕は
電子ビーム溶解時の真空雰囲気によって除去されるとと
もに、溶解素材には通常、約０．００５％程度の〔Ｃ〕
含まれているため、溶解素材中の〔Ｏ〕は電子ビーム溶
解時に、この〔Ｃ〕と反応して除去される。
【００１３】図１および図２に示したように溶解素材の
〔Ｃａ〕および〔Ｍｇ〕濃度が０．０００５％を超える
場合は、鋳塊に残存するＣａＯ，ＭｇＯを核とした不均
質核生成による介在物の晶出が活発になり、また（１）
式の範囲を超える領域においても図３に示したような介
在物の著しい減少は見られない。以上に述べたように、
溶解素材の〔Ｃａ〕および〔Ｍｇ〕の濃度を０．０００
５％以下とし、鋳塊の〔Ｏ〕濃度と〔Ａｌ〕濃度が
（１）式を満足するように電子ビーム溶解することによ
って、超高清浄度ステンレス鋼を製造することができ
る。
〔Ｃａ〕および〔Ｍｇ〕濃度が０．０００５％を超える
場合は、鋳塊に残存するＣａＯ，ＭｇＯを核とした不均
質核生成による介在物の晶出が活発になり、また（１）
式の範囲を超える領域においても図３に示したような介
在物の著しい減少は見られない。以上に述べたように、
溶解素材の〔Ｃａ〕および〔Ｍｇ〕の濃度を０．０００
５％以下とし、鋳塊の〔Ｏ〕濃度と〔Ａｌ〕濃度が
（１）式を満足するように電子ビーム溶解することによ
って、超高清浄度ステンレス鋼を製造することができ
る。
【００１４】
【実施例】ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ４３０鋳塊の製造に本
発明を適用した実施例について説明する。表１、２に溶
解素材の成分、電子ビーム溶解条件、鋳塊の成分および
介在物量について本発明例と比較例を併せて示す。溶解
素材の製造には真空誘導溶解炉を用い、鍛造後の棒状材
料を電子ビーム溶解に供した。なお、溶解回数は鋳塊の
〔Ｏ〕濃度低減の必要に応じて決定した。
発明を適用した実施例について説明する。表１、２に溶
解素材の成分、電子ビーム溶解条件、鋳塊の成分および
介在物量について本発明例と比較例を併せて示す。溶解
素材の製造には真空誘導溶解炉を用い、鍛造後の棒状材
料を電子ビーム溶解に供した。なお、溶解回数は鋳塊の
〔Ｏ〕濃度低減の必要に応じて決定した。
【００１５】〔Ｏ〕3 ・〔Ａｌ〕2 の溶解度積が６．３
×１０-15 を超えるか、溶解素材の〔Ｃａ〕，〔Ｍｇ〕
の一方の濃度が０．０００５ｗｔ％を超える比較例では
本発明例に比べて介在物の核生成が十分抑制されていな
いため、介在物量が非常に多い。
×１０-15 を超えるか、溶解素材の〔Ｃａ〕，〔Ｍｇ〕
の一方の濃度が０．０００５ｗｔ％を超える比較例では
本発明例に比べて介在物の核生成が十分抑制されていな
いため、介在物量が非常に多い。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に従い、ステ
ンレス鋼の電子ビーム溶解において、溶解素材成分およ
び鋳塊成分を調整することによって、介在物の晶出を抑
制する効果を得、介在物の極めて少ない超高清浄度ステ
ンレス鋼の製造が可能となる。これによって介在物清浄
性の要求される極細線、箔等の製造において介在物に起
因する欠陥が見られなくなり、伸線性、疲労強度および
表面品質が大幅に向上する。
ンレス鋼の電子ビーム溶解において、溶解素材成分およ
び鋳塊成分を調整することによって、介在物の晶出を抑
制する効果を得、介在物の極めて少ない超高清浄度ステ
ンレス鋼の製造が可能となる。これによって介在物清浄
性の要求される極細線、箔等の製造において介在物に起
因する欠陥が見られなくなり、伸線性、疲労強度および
表面品質が大幅に向上する。
【図１】鋳塊の介在物量と溶解素材の〔Ｃａ〕濃度の関
係を示す図である。
係を示す図である。
【図２】鋳塊の介在物量と溶解素材の〔Ｍｇ〕濃度の関
係を示す図である。
係を示す図である。
【図３】鋳塊の〔Ｏ〕濃度と介在物量の関係を示す図で
ある。
ある。
【図４】鋳塊の〔Ｏ〕濃度境界値（〔Ｏ〕* ）と〔Ａ
ｌ〕濃度の関係を示す図である。
ｌ〕濃度の関係を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 ステンレス鋼の溶解において、〔Ｃａ〕
および〔Ｍｇ〕の濃度（ｗｔ％）が０．０００５％以下
の材料を溶解素材とし、電子ビーム溶解法によって該溶
解素材の〔Ｏ〕濃度を電子ビーム溶解時の真空雰囲気お
よび該溶解素材中の炭素によって低減することにより、
〔Ｏ〕濃度（ｗｔ％）と〔Ａｌ〕濃度（ｗｔ％）が下記
の（１）式を満足する鋳塊を製造することを特徴とする
超高清浄度ステンレス鋼の製造方法。 〔Ｏ〕3 ・〔Ａｌ〕2 ≦ ６．３×１０-15 ・・・（１）
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3149008A JP2553967B2 (ja) | 1991-06-20 | 1991-06-20 | 超高清浄度ステンレス鋼の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3149008A JP2553967B2 (ja) | 1991-06-20 | 1991-06-20 | 超高清浄度ステンレス鋼の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH059612A JPH059612A (ja) | 1993-01-19 |
| JP2553967B2 true JP2553967B2 (ja) | 1996-11-13 |
Family
ID=15465657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3149008A Expired - Fee Related JP2553967B2 (ja) | 1991-06-20 | 1991-06-20 | 超高清浄度ステンレス鋼の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2553967B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5447570B2 (ja) * | 2012-03-27 | 2014-03-19 | 横浜ゴム株式会社 | 空気入りタイヤ及びその製造方法 |
-
1991
- 1991-06-20 JP JP3149008A patent/JP2553967B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH059612A (ja) | 1993-01-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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