JP3230070B2 - 溶鋼へのMg添加方法 - Google Patents

溶鋼へのMg添加方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶鋼中にMgを効率的
に添加する方法に関するものであり、これにより低コス
トで溶鋼中の酸化物サイズが微細化され、品質特性に優
れた鋼材の供給が可能となる。
【0002】
【従来の技術】最近、鋼材に要求される品質は次第に厳
しく、かつ多様化してきており、より清浄で機能性に富
む鋼を製造する技術の開発が強く望まれている。鋼材中
の酸化物系介在物に関しても、鋼材中での悪影響度を軽
減するために一層の低減が要求されてきた。即ち、酸化
物系介在物、特にアルミナ(Al2 3 )系介在物はタ
イヤコード等線材の断線原因、軸受鋼等の棒鋼では転動
疲労特性の悪化原因、さらにDI缶等の薄鋼板では製缶
時ワレの原因になることが知られており、その低減が強
く求められてきた。このため、鋼材中酸化物総量の目安
であるT.O含有量を低減させるため、種々の技術が開
発あるいは検討されてきた。それらは、溶鋼の二次精錬
段階でのアルミナ除去、外来系酸化物の混入防止等であ
る。
【0003】しかしながら、T.O含有量低減は技術的
限界に達してきたのも事実である。即ち、例えば、高炭
素クロム軸受鋼においてはT.O含有量を5ppm以下
にするのが困難であり、一方T.O含有量が5ppm程
度でも酸化物起因の疲労破壊が発生することがある。そ
れゆえ、この問題は技術的に大きな障壁にぶつかってい
た。
【0004】このような状況に対して本発明者らは、新
しい概念による抜本的対策を確立した。それらは、特願
平3−337922号、特願平4−14498号、特願
平5−59333号において提案されているものであ
り、Mg添加により溶鋼中のアルミナ(Al2 3 )を
MgO・Al2 3 あるいはMgOに組成変換し、酸化
物のサイズを微細化することを基本とする。即ち、特願
平3−337922号では、Mg源としてFe−Si−
Mg、Fe−Mn−Mg、Fe−Si−Mn−Mg、S
i−Mg合金を用いる方法を、また特願平4−1449
8号ではMg源としてAl−Mg合金を用いる方法を提
案した。さらに特願平5−59333号では効率的組成
変換方法として、Mg合金添加前の溶鋼中S含有量を
0.005重量%以下とする方法を提案した。これらに
より、得られた鋼材の品質は飛躍的に向上した。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法に関して実験を繰り返した結果、Mg合金添加時に溶
鋼表面上に存在するスラグがMgによるAl2 3 改質
効率に大きく影響し、適正条件によってMg添加による
効果を低コストで導出できることが明らかとなった。本
発明はこのような点を鑑み、Mg添加による効果を低コ
ストで最大限に引出すための好ましいスラグ条件を基本
とするMg添加方法を提供することを目的とするもので
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、Si,Mn,Alを含有し、C含有量1.2重量
%以下の溶鋼にMg合金を添加するに際し、溶鋼表面上
に、重量%で、MgO:3〜15%、FeO+Fe2
3 +MnO:5%以下を含有するCaO−SiO2 −A
2 3 系スラグを存在させることを特徴とする溶鋼へ
のMg添加方法にある。
【0007】本発明は、Mg合金としてMg含有量0.
5重量%超かつ30重量%以下のSi−Mg合金、Fe
−Si−Mg合金、Fe−Mn−Mg合金、Fe−Si
−Mn−Mg合金、およびMg含有量5重量%超かつ7
0重量%以下のAl−Mg合金を1種類以上用いるこ
と、またMg合金中のMg添加速度を0.002〜0.
100kg/t−溶鋼/分にコントロールすることも特
徴とする。さらに本発明は、Mg合金を溶鋼取鍋、連続
鋳造タンディッシュおよび連続鋳造モールドの少なくと
も一箇所で添加すること、その添加方法は粒状のMg合
金を不活性ガスにより溶鋼中に吹込むか、あるいは粒状
のMg合金を鉄製ワイヤー中に充填し、溶鋼中に供給す
ることも特徴とする。
【0008】
【作用】Mg添加の狙いは、溶鋼中に存在する酸化物の
サイズを微細化し、鋼材品質に対する酸化物の悪影響を
回避することにある。即ち、鋼材中の介在物の大きさが
大きいほど、その部分に応力が集中しやすくなり、欠陥
となりやすいことから、酸化物についても大きくしなけ
れば悪影響を及ぼさない。このような考え方に基づき、
本発明者らは溶鋼中で凝集・粗大化しやすいAl2 3
の微細化法を種々検討した。その結果、Mg添加により
Al2 3 を改質し、組成をAl2 3 ・MgOあるい
はMgOとすることにより、酸化物〜溶鋼間の界面エネ
ルギーが減少し、そのため酸化物の微細化が達成される
ことを見出した。
【0009】Mgは周知の通り高蒸気圧元素であり、溶
鋼中に添加しても蒸発ロスしやすい。蒸発ロスが大きけ
れば、上記Al2 3 の改質反応の進行が阻害され好ま
しくない。蒸発ロス防止対策としては、溶鋼表面上に好
ましいスラグを形成させカバーする方法が考えられる。
このような観点から、適正スラグ条件について種々検討
した。その結果、溶鋼にMg合金を添加するに際し、溶
鋼表面上に、重量%で、MgO:3〜15%、FeO+
Fe2 3 +MnO:5%以下を含有するCaO−Si
2 −Al2 3 系スラグを存在させるべきであるとの
結論に達した。
【0010】ここで、MgOを3〜15%にする理由
は、スラグのMgO溶解度を一定値以下にし、溶鋼中M
gが酸化されMgOになった際のスラグ中への移行を防
止するためであり、MgOが3%以上でその効果が現
れ、MgOが15%を超えるとその効果が鈍化すること
による。また、FeO+Fe2 3 +MnOを5%以下
にすることにより、溶鋼〜スラグ界面でもMgの酸化が
顕著に抑制され、Mg酸化ロスを防止できる。さらにス
ラグの基本成分系をCaO−SiO2 −Al2 3系と
する理由は、このスラグ系が最も一般的で、かつ低コス
トで形成させることが可能なためである。組成的には、
3成分合計で100%とすると、CaO:25〜60重
量%、SiO2 :15〜50重量%、Al2 3 :10
〜45重量%が適正範囲である。
【0011】本発明においてMgはMg合金として添加
する。その理由はMg単独では反応性が激しく実際の工
業プロセスでの使用が困難なことによる。Mg合金組成
としては、溶鋼に添加する必要のある元素との組合わ
せ、さらには合金製造の可否等を勘案して決めるべきで
ある。この点を考慮すると、Si−Mg合金、Fe−S
i−Mg合金、Fe−Mn−Mg合金、Fe−Si−M
n−Mg合金およびAl−Mg合金が使用できる。これ
らの合金は1種類以上同時に用いてもよい。
【0012】Si−Mg合金、Fe−Si−Mg合金、
Fe−Mn−Mg合金、Fe−Si−Mn−Mg合金の
Mg含有量を30重量%以下に規定する理由は合金添加
時の溶鋼飛散防止のためである。即ち、合金中のMgが
30重量%を超えると反応性が激しくなり、合金添加時
に溶鋼が飛散し好ましくない。またMg含有量が0.5
重量%以下になるとAl2 3 の改質が十分進行せず好
ましくない。一方、Al−Mg合金の場合には、Mgの
反応性が前記合金より低いので、5重量%超かつ70重
量%以下が適正範囲となる。
【0013】また、Mg合金添加前の溶鋼組成の規定理
由は以下の通りである。Cは添加されたMgとMgCを
生成し、本発明の目的を阻害するため、1,2重量%以
下とする必要がある。この範囲ではMgCはほとんど生
成しない。Cが0.2重量%未満では溶鋼中の溶損酸素
が多くなり、添加されたMgは酸素と激しく反応し、溶
鋼飛散等が生じる。この対策として事前にAl等の脱酸
剤を添加し溶鋼中溶損酸素を50ppmとすることが有
効である。C含有量が0.2重量%以上の場合にはこの
限りではない。なお、Si,MnをMg添加後に添加す
るとMg添加から鋳造までの所要時間が長くなり、その
ためMgロスが多くなる等して好ましくない。このた
め、所定量のSi,Mnを含有した溶鋼にMgを添加し
た方が得策である。また、Mg添加前溶鋼にAlが含有
されていても本発明の目的は達成される。
【0014】また、Mg添加前溶鋼S含有量は0.00
5重量%以下としたほうが望ましい。これにより、Mg
Sの生成が抑制され酸化物へのMgS付着による粗大化
を防止できる。なお、鋼材の被削性確保等のため、Mg
添加後に必要に応じてSを添加しても良い。次に、Mg
合金中のMgの添加速度を0.002〜0.100kg
/t−溶鋼/分にコントロールする理由を述べる。Mg
は非常に反応性に富んでいるため、一定速度以上で添加
した場合は激しい発煙、耐火物浸蝕等が起こり好ましく
ない。この点に関して、Mgの添加速度を0.100k
g/t−溶鋼/分以下にすることにより激しい発煙、耐
火物浸蝕等を防止できることがわかった。また添加速度
が0.002kg/t−溶鋼/分未満ではMgの蒸発ロ
ス等が起こり、Al23 の改質が十分進行せず好まし
くない。
【0015】次に、Mg合金の添加箇所条件について述
べる。Mgは高蒸気圧元素であるため、より低温の場所
で添加すべきであり、具体的には連続鋳造タンディッシ
ュおよび/または連続鋳造モールドでの添加が望まし
い。しかし、本発明では溶鋼上のスラグによりMgの蒸
発ロスを顕著に防止できるから、溶鋼取鍋で添加するこ
とも可能である。
【0016】また、粒状のMg合金を不活性ガスにより
溶鋼中に吹込む方式、鉄製ワイヤー中に充填し溶鋼中に
供給する方式では、Mgと大気中酸素との接触が抑制さ
れ、Mgの酸化ロスが大幅に低減する。なお、粒状Mg
合金の吹込み方式は連続鋳造タンディッシュに適用する
のが好ましく、鉄製ワイヤー添加方式は連続鋳造モール
ドへの適用が最適である。もちろん、取鍋内溶鋼にこれ
らの方式でMgを添加しても良い。
【0017】以上により、Mgの添加効果はさらに高ま
り、材質特性が飛躍的に向上する。以下に本発明の実施
例を述べ、本発明の効果について記載する。
【0018】
【実施例】120ton転炉−RH−Mg添加−連続鋳
造−圧延法により、表1に示す組成の薄鋼板(厚み2m
m)、ばね鋼(直径6mmφ)、軸受鋼(直径65mm
φ)を110〜120ton製造した。その際、転炉で
溶製された母溶鋼を取鍋に出鋼する際に薄鋼板ではS
i、Mn、Alを、ばね鋼、軸受鋼ではSi、Mn、C
rを添加した。またRHではCaO、SiO2 、Al2
3 、MgOを添加し表2に示す組成のスラグを500
〜800kgを生成させ、同時にSi、Mn、Al、C
rを添加しこれら成分の微調整を行った。さらに表3に
示す条件でMgを添加したが、Mgの添加歩留りは表3
中に示すように比較例よりも良好なレベルであった。な
おMg添加後にSを添加し所定のS含有量に調整した。
得られた素材の材質試験成績は表4に示すように極めて
良好であった。また素材中の介在物は大部分目的とする
Al2 3 ・MgOおよびMgOであり、そのサイズは
極めて微細であった。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】
【表3】
【0022】
【表4】
【0023】比較例 実施例と同様の方法で薄鋼板(厚み2mm)、ばね鋼
(直径6mmφ)、軸受鋼(直径65mmφ)を製造し
た。素材組成は表1と、またMg添加条件は表3と同様
である。しかし、実施例とは異なり、RH処理中にCa
O、SiO2 、Al2 3 、MgOは添加せず、転炉か
らの出鋼時に混入したスラグと溶鋼の空気酸化で生成し
たFeO、Fe2 3 、MnOにより表2に示すスラグ
がMg添加前溶鋼表面上に100〜200kg存在し
た。このため、Mg添加歩留りは表3に示すように実施
例よりも低レベルに留り、製造コストは実施例よりも不
利であった。なお、素材の材質試験成績及び介在物組成
・サイズは実施例とほぼ同様であった。
【0024】
【発明の効果】以上から、明らかなように本発明によ
り、Mgを効率的に添加することが可能となった。その
結果、Mg添加鋼の製造コストの削減が達成され、より
低コストでMg添加による介在物微細化効果を導出でき
る技術が確立され、産業界にとって極めて有益である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−76916(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21C 7/04

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si,Mn,Alを含有し、C含有量
    1.2重量%以下の溶鋼にMg合金を添加するに際し、
    溶鋼表面上に、重量%で、MgO:3〜15%、FeO
    +Fe2 3 +MnO:5%以下を含有するCaO−S
    iO2 −Al23 系スラグを存在させることを特徴と
    する溶鋼へのMg添加方法。
  2. 【請求項2】 Mg合金としてMg含有量0.5重量%
    超かつ30重量%以下のSi−Mg合金、Fe−Si−
    Mg合金、Fe−Mn−Mg合金、Fe−Si−Mn−
    Mg合金、およびMg含有量5重量%超かつ70重量%
    以下のAl−Mg合金を1種類以上用いることを特徴と
    する請求項1記載の溶鋼へのMg添加方法。
  3. 【請求項3】 Mg合金中のMg添加速度を0.002
    〜0.100kg/t−溶鋼/分にコントロールするこ
    とを特徴とする請求項1または2記載の溶鋼へのMg添
    加方法。
  4. 【請求項4】 Mg合金を溶鋼取鍋、連続鋳造タンディ
    ッシュおよび連続鋳造モールドの少なくとも一箇所で添
    加することを特徴とする請求項1、2、3のいずれかに
    記載の溶鋼へのMg添加方法。
  5. 【請求項5】 粒状のMg合金を不活性ガスにより溶鋼
    中に吹込むことを特徴とする請求項1、2、3、4のい
    ずれかに記載の溶鋼へのMg添加方法。
  6. 【請求項6】 粒状のMg合金を鉄製ワイヤー中に充填
    し、溶鋼中に供給することを特徴とする請求項1、2、
    3、4のいずれかに記載の溶鋼へのMg添加方法。
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