JP3994456B2

JP3994456B2 - 伸線性及び清浄度に優れた線材用鋼の製造方法

Info

Publication number: JP3994456B2
Application number: JP30558396A
Authority: JP
Inventors: 一省伊吹; 孝久保; 恭二渡辺; 英寿松野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2016-10-31
Also published as: JPH10130714A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、延伸性のない介在物個数が少なく、かつその介在物自体の粒径も小さい伸線性及び清浄度に優れた線材用鋼、特に高炭素鋼線材用鋼の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、線材用鋼のうち、高炭素鋼線材用鋼は自動車用スチールコード等に多く使用されている。通常、高炭素鋼線材の製造方法は高炭素鋼の鋼片を一定サイズまで熱間圧延で線材にした後、冷間引き抜き（伸線加工）を行う。例えばスチールコードでは直径0.15mm程度まで伸線される。鋼中の非金属介在物は伸線中の断線原因となるので、その形態を圧延時に延伸性のある形態とし、且つその非金属介在物量を低減し、更に不可避的に混入する非金属介在物を伸線中の断線原因となりにくい形態にコントロールすることが重要である。
【０００３】
従って、高炭素鋼線材用鋼の製造において、溶鋼中の清浄度を高めるとともに、鋼中の非金属介在物をＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂等を主体とする延伸性のない非金属介在物から延伸性のある軟質介在物に変え、かつその粒径をできるだけ小さくする等が必要とされている。これを実現するためには、従来から種々の提案がなされている。
【０００４】
例えば、特開昭６２−２０３６４７号公報には、真空アーク脱ガス装置にて溶鋼をＣａＯ−ＳｉＯ₂系フラックスを用いて処理することにより非金属介在物を低減させる方法が開示されている。しかしながら、この方法においては真空処理を行なうことにより鋼中のＣ（炭素）がアルミナを還元するポテンシャルを持ち、その結果スラグ中もしくは取鍋耐火物中もしくは溶鋼中に含まれるＡｌ₂Ｏ₃がＣによって下記の式で還元される。
Ａｌ₂Ｏ₃＋３Ｃ→２Ａｌ＋３ＣＯ −−（１）
【０００５】
（１）式の反応により、溶鋼中のアルミニウム含有量が増加する。
溶鋼中のアルミニウムの含有量が高くなり過ぎると溶鋼の冷却・凝固過程において溶鋼中の溶存酸素と結びついて再酸化し、Ａｌ₂Ｏ₃となり、その一部が鋳片内に残留し、伸線時の断線の原因となる。
【０００６】
また、特公平７−１０３４１６号公報には、取鍋精錬においてＳｉＯ₂活量が０．４以上のＣａＯ−ＳｉＯ₂系スラグにより溶鋼を処理し、非金属介在物の組成制御を行う方法が開示されているが、ＳｉＯ₂活量が高くなるとそれに平衡する溶鋼中の溶存酸素レベルが高くなり、清浄度に優れているとは言えない。さらに、ＳｉＯ₂活量が高くなることにより介在物中のＳｉＯ₂含有量も高くなり、ＳｉＯ₂リッチな延伸性のない組成になりやすいという問題があった。
【０００７】
また、特開昭５３−７６９１６号公報にはＣａ，Ｍｇ，ＲＥＭの一種又は二種以上を含む合金を溶鋼中へ微量吹き込み、介在物を軟質化する方法が開示されている。しかし、ＣａやＭｇ等の添加はＣａＯ系やＭｇＯ系に富んだ硬質部分を含む介在物の生成を招き、これが伸線時の断線の原因となる問題を抱えていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題点の解決を図ったものであり、介在物を安定的に延伸性の優れた非金属介在物組成にコントロールするばかりでなく、伸線時の断線原因となる延伸性のない介在物個数も著しく低減することができ、伸線の耐疲労性及びその他の特性を著しく改善させた清浄度の高い線材用鋼、特に高炭素鋼線材用鋼を安定して供給できる製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者らは上記課題を解決する手段を種々研究した結果、下記の発明をするに至った。
第1の発明は、C：0．20〜0．95質量％、Si：0．10〜0．35質量％、Mn：0．20〜0．90質量％からなる線材用鋼を製造するに際して、下記の工程を備えたことを特徴とする伸線性および清浄度に優れた線材用鋼の製造方法。
（a）製鋼炉で溶製した前記線材用鋼を取鍋においてAlを添加せずSiおよびMnで脱酸し、
（b）前記脱酸した溶鋼に取鍋内の溶融スラグの成分組成（質量％）を、塩基度（CaO／SiO₂）が1〜1.5、A1₂0₃が5質量％未満、MgOが10〜20質量％になるように副原料を添加し、
（c）前記取鍋に、電極とアルゴンガス吹き込みランスを挿入できる孔と、副原料を投入できる孔とを設けた蓋を配置し、前記ランスからアルゴンガスを吹き込み、電極に通電し、溶鋼を加熱し、不活性雰囲気下において精錬を行う。
出鋼時にはAlを添加せず、SiおよびMnで脱酸し、取鍋内の溶鋼を、塩基度（CaO／SiO_２）が1〜1,5、Al₂O_３が５質量％未満、MgOが10〜２０質量％であるスラグで精錬することにより、鋼中の介在物量を著しく低減することができるので、清浄度の高い線材用鋼を製造できる。
【００１０】
第２の発明は、前記副原料がＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯのいずれか１種以上を含有する副原料であることを特徴とする伸線性及び清浄度に優れた線材用鋼の製造方法である。
取鍋内には通常製鋼炉から炉内のスラグが一部排出されている。炉内スラグは通常塩基度が２以上であり、上記望ましい範囲から外れている。そこで、ＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯのいずれか１種以上を含む副原料を取鍋に添加し、スラグの成分組成を望ましい範囲に変更する。
【００１１】
本願明細書において、請求項以外の部分において、一部成分組成の単位をｗｔ％（重量％）と記載してあるが、これは出願当時において慣用されていた単位を使用するもので、現在用いられる計量法による単位、質量％とは同意義であるので、全てのｗｔ％を質量％に補正することを省略した。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明においては、冷間圧延して製品とする線材用鋼を対象にする。ここで、線材用鋼とはＪＩＳで規定するＧ３５０２（ピアノ線），Ｇ３５０６（硬鋼線材），Ｇ３５０７（冷間圧造用炭素鋼線材），Ｇ３５０８（冷間圧造用ボロン鋼線材）等の線材を含む。しかし、本発明が特に効果を発揮するのは、介在物が問題となる自動車用スチールコード等に適用される高炭素鋼線材である。この種の線材用鋼は、少なくともＣ：０．２０〜０．９５ｗｔ％、Ｓｉ：０．１０〜０．３５ｗｔ％、Ｍｎ：０．２０〜０．９０ｗｔ％を含有する。
【００１３】
上記線材用鋼は、製鋼炉、例えば電気炉又は転炉等で溶製し、その溶鋼を取鍋精錬炉に出湯する。通常、上記製鋼炉で溶製した鋼は未脱酸状態である。そこで、出湯に際してＡｌを添加せず、ＳｉおよびＭｎを溶鋼に添加して脱酸する。出鋼時にＡｌを添加すると延伸性のないＡｌ₂Ｏ₃介在物が溶鋼中に多く発生するために、通常行われている出鋼時のＡｌ添加を行わない。
【００１４】
次に、取鍋精錬工程において、スラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）が１〜１．５、Ａｌ₂Ｏ₃が５ｗｔ％以下、ＭｇＯが１０〜２０ｗｔ％となるように、ＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯを含む副原料を添加する。例えばＣａＯとしては生石灰、ＳｉＯ₂としては珪石、Ａｌ₂Ｏ₃としてはアルミナ、ＭｇＯとしてはマグネシアクリンカ−がある。その外これらの成分を２以上含む副原料、例えばＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃等を含む高炉スラグ、或いはＣａＯ−ＳｉＯ₂系のスラグでもよい。
【００１５】
このような成分組成のスラグとする理由は、脱酸材添加に伴う脱酸生成物やスラグの巻き込み等による溶鋼中に懸濁する１次脱酸生成物量を低減し、且つ冷却・凝固時に溶鋼から晶出する２次脱酸生成物を圧延中において延伸性がある成分組成とするためである。
【００１６】
まず、２次脱酸生成物の成分組成については、例えば日本鉄鋼協会「第１２６・１２７回西山記念技術講座：高清浄鋼」（１９８８）の１０５頁にも記載されているように、スラグ中のＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｎＯの活量を制御することにより溶鋼中のＳｉ、Ａｌ、Ｍｎから生成する酸化物のＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｎＯの成分組成を延伸性がある組成にコントロールする。
【００１７】
スラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）を１以上とするのは、ＳｉＯ₂の活量を小さくしてＳｉ−Ｏ系の平衡から決まる溶存酸素含有量を低く抑えるためである。溶存酸素含有量が高いと凝固中に生成する介在物も多くなり、清浄度の悪化につながる。他方、スラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）を１．５以下に規定したのはＳｉＯ₂の活量があまり低下しすぎるとスラグ中のＡｌ₂Ｏ₃をＳｉが還元して溶鋼中にＡｌが溶解し、冷却・凝固時に溶存酸素と結びついて高融点のＡｌ₂Ｏ₃を生成してしまうためである。
【００１８】
また、スラグのＡｌ₂Ｏ₃含有量は、溶鋼中酸素とＡｌ含有量（Ａｌ）との平衡状態を制御するため、適切な量に制御しなければならない。そこで、本発明では実験を繰り返すことにより、最適な組成としてＡｌ₂Ｏ₃が５ｗｔ％以下であるを見いだした。
【００１９】
しかし、スラグ組成がＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃の三元系状態図で、スラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）が１〜１．５、Ａｌ₂Ｏ₃が５ｗｔ％以下の範囲では、１６００℃前後の処理条件では液相状態であるものの、熱間圧延段階の処理温度では高融点の相（２ＣａＯ・ＳｉＯ₂）が生成しやすい。そこで、高融点の２ＣａＯ・ＳｉＯ₂の生成領域を抑えて低融点領域を拡大するために、多元系の酸化物状態図を参考にして、スラグにＭｇＯ源、例えばマグネシアを添加する。
【００２０】
そしてＡｌ₂Ｏ₃含有量の場合と同様に介在物を延伸性に富む最適なスラグ中のＭｇＯ含有量を見いだした。スラグ中のＭｇＯが１０ｗｔ％未満では、従来のＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系の場合とほぼ同等で効果が少なく、ＭｇＯが２０ｗｔ％超えでは、逆にＭｇＯが高いため高融点組成となるので好ましくない。
【００２１】
また、溶鋼中の懸濁介在物に関しては、取鍋内を不活性ガスで非酸化性雰囲気とし、更に不活性ガスを吹き込み、溶鋼を攪拌し、１次脱酸生成物は浮上分離して減少させ、更にスラグと反応させて浮上分離させる。取鍋内を非酸化性雰囲気とするのは、溶鋼の攪拌中において溶鋼の再酸化を防止し、鋼中の介在物を減少させるためである。不活性ガスとしては窒素、アルゴン等を使用できる。この懸濁介在物が少ない方が清浄度の面から良いが、ある程度不可避的に溶鋼に混入してしまうため、混入した場合でも熱間圧延段階で充分に延伸可能な介在物組成に制御する必要がある。
【００２２】
【実施例】
本発明の高炭素鋼線材用鋼及び線材の製造方法の例を以下説明する。
表１は製造工程別における溶銑及び溶鋼の成分を示す。
高炉溶銑を脱燐及び脱硫設備で、予備精錬処理を行いＰ＝０．００５ｗｔ％、Ｓ＝０．００２ｗｔ％を得た。この溶銑を２５０ｔｏｎの転炉に装入して、ＣａＯ約４５Kg/tを装入して吹錬を行い、Ｃ＝０．４９５％、終点温度１６３０℃で吹錬を終了した。
【００２３】
転炉出鋼時の取鍋内には、Ｆｅ−Ｓｉを２ｋｇ／ｔ、高炭素Ｆｅ−Ｍｎを２．７ｋｇ／ｔ、ＣａＯ−ＳｉＯ₂系フラックス( ＣａＯ＝４５ｗｔ％，ＳｉＯ₂＝５５ｗｔ％）を３．５ｋｇ／ｔ添加した。転炉出鋼後に取鍋中のスラグを除滓し、アーク加熱式の取鍋精錬設備により表２のような取鍋精錬を行った。
【００２４】
取鍋の上部には電極とアルゴンガス吹き込みランスとを挿入できる孔と副原料を投入できる孔とを設けた蓋を配置し、取鍋の底部から溶鋼中にアルゴンガスを吹き込むポーラスプラグを配置した。取鍋の蓋の孔から溶鋼とスラグの温度を調節するための電極と溶鋼とスラグを攪拌するガス吹込みランスとを挿入し、吹込みランスとポーラスプラグからアルゴンガスを溶鋼中に吹き込みながら電極に通電し、溶鋼及びスラグの温度を調整した。同時にＣａＯ，ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ等を含む副原料等を副原料投入孔から添加して、これらの副原料を溶解した。この取鍋精錬での処理時間は平均で４５分であった。
【００２５】
この実施例では、受鋼した取鍋の耐火物は、スラグライン部がマグネシア−カーボンレンガ、それ以外の部分はジルコニア系の不定形耐火物であり、いずれも非アルミナ性のものを使用した。この時の取鍋精錬設備の取鍋内の溶融スラグの成分が、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）が１．０〜１．５、Ａｌ₂Ｏ₃が５ｗｔ％以下、ＭｇＯが１０〜２０ｗｔ％の組成になるように生石灰、珪石、アルミナ、マグネシアを副原料として添加した。
【００２６】
比較例では、受鋼した取鍋の耐火物は、スラグライン部がマグネシア−カーボンレンガ、それ以外の部分はジルコニア系の不定形耐火物又は、アルミナ系のものを使用した。この時の取鍋精錬設備の取鍋内の溶融スラグの成分が、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）が０．７〜１．２、Ａｌ₂Ｏ₃が３〜８ｗｔ％以下、ＭｇＯが５〜１４ｗｔ％の組成になるように生石灰、珪石、アルミナ、マグネシアを添加した。
【００２７】
この溶鋼は表３に示す条件で連続鋳造機で鋳造を行った。
連続鋳造機は垂直式で、鋳片サイズは５００×４００ｍｍのブルームに鋳造した。ストランド数は３〜４、電磁攪拌装置は鋳型内と各ストランドのクレーターの位置に配置した。鋳片を熱間圧延して５．５ｍｍφの線材に製造した後、非金属介在物等を測定し、更に伸線加工して最終的に０．１５ｍｍφの製品とした。
【００２８】
【表１】

【００２９】
【表２】

【００３０】
【表３】

【００３１】
図１として示す表４には、溶鋼成分とスラグ成分と非延伸性介在物指数と伸線時の断線回数とを実施例と比較例別に整理したものである。実施例の非延伸性介在物指数（線材圧延方向断面中で観察された非延伸性介在物の長さを指数化したもの）は安定して低くなっており、伸線時の断線回数も皆無であった。なお、比較例においては塩基度、Ａｌ₂Ｏ₃含有量、ＭｇＯ含有量のいずれか又は複数以上が本発明の範囲外となっているために非延伸性介在物指数が高くなっている。
【００３２】
以下本発明の効果を図により説明する。
図２は、線材の非延伸性介在物指数とスラグの塩基度との関係をスラグのＡｌ₂Ｏ₃とＭｇＯの含有量量別に区分して示した図である。塩基度が1 以上で、ＭｇＯを含み、且つＡｌ₂Ｏ₃含有量が５ｗｔ％未満の場合には線材の非延伸性介在物指数が小さくなることが示されている。
【００３３】
図３は、上記プロセスで製造した線材中の介在物粒径と線材の介在物個数との関係を示すものである。実施例は比較例よりスラグの粘性が低くなるので介在物の浮上分離がよくなる。その結果、この図から明らかなように、スラグ巻き込みに起因すると考えられる大きな粒径の介在物も無くなり、延伸性のない介在物の径が小さい方向になり、介在物の個数も減少する。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、線材用鋼を取鍋精錬工程において、不活性雰囲気下にてアルゴンガス等を吹き込みながら、副原料を取鍋内に添加し、取鍋精錬末期の溶融スラグの成分組成が、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）が１〜１．５、Ａｌ₂Ｏ₃が５ｗｔ％以下、ＭｇＯが１０〜２０ｗｔ％になるようなＣａＯ−ＳｉＯ₂−ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系のスラグを溶製する。このような精錬を行うことにより、溶鋼中の脱酸生成物が浮上分離し、溶鋼中の酸素が低下するので溶鋼中の清浄度が向上し、圧延段階での脱酸生成物介在物が延伸性に富むので非延伸性介在物指数が減少し、０．２ｍｍφ前後の製品に製造しても断線は皆無とすることができる優れた発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例と比較例におけるスラグ成分組成と非延伸性介在物指数との関係を示す表にした図である。
【図２】スラグの塩基度と線材の非延伸性介在物指数との関係を、スラグのＡｌ₂Ｏ₃量とスラグのＭｇＯ添加の有無との関係において示した図である。
【図３】線材の介在物粒径と線材の介在物個数との関係を実施例と比較例とに分類して示した図である。

Claims

C：0．20〜0．95質量％、Si：0．10〜0．35質量％、Mn：0．20〜0．90質量％からなる線材用鋼を製造するに際して、下記の工程を備えたことを特徴とする伸線性および清浄度に優れた線材用鋼の製造方法。
（a）製鋼炉で溶製した前記線材用鋼を取鍋においてAl を添加せずSiおよびMnで脱酸し、
（b）前記脱酸した溶鋼に取鍋内の溶融スラグの成分組成（質量％）を、塩基度（CaO／SiO₂）が1〜1.5、A1₂0₃ が5質量％未満、MgOが10〜20質量％になるように副原料を添加し、
（c）前記取鍋に、電極とアルゴンガス吹き込みランスを挿入できる孔と、副原料を投入できる孔とを設けた蓋を配置し、前記ランスからアルゴンガスを吹き込み、電極に通電し、溶鋼を加熱し、不活性雰囲気下において精錬を行う。
前記副原料がCaO、SiO₂、MgO、A1₂0₃のいずれか1種以上を含有する副原料であることを特徴とする請求項1記載の伸線性及び清浄度に優れた線材用鋼の製造方法。