JP5526437B2 - マグネシウムアルミニウムで改質される介在物による鋼結晶粒微細化の冶金方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼鉄の冶金方法に関するもので、特にマグネシウムアルミニウムで二次精錬を経た溶鋼中の介在物（inclusion）を改質（modify）し、さらに鋼結晶粒を微細化する冶金方法に係るものである。

現在、転炉製鋼法（Converter Steelmaking）、アーク炉製鋼法（EAF）によって冶金される溶鋼は、常にＬＦ、ＶＤ、ＲＨ、ＶＯＤ、ＶＡＤなどの製造工程を経て二次精錬を行うことにより、その溶鋼中の燐、硫黄、酸素、窒素、水素の含有量をより一層低く抑えることを期待しており、かつ炭素と合金の含有量を合理的に調整することにより、産出される溶鋼中の成分の含有量を理想的な範囲まで調整し、現代において異なる特性を有する鋼材の需要性に適合しようとしたものがある。

従来の製鋼の製造工程では、概して、アーク炉製鋼Ｓ８１または転炉製鋼Ｓ９１’と二次精錬（Secondary Refining）Ｓ９３などの段階（図１参照）に分けられ、その中、転炉製鋼または電炉製鋼の段階Ｓ９１、Ｓ９１’（例えば、中華民国公告第Ｉ３２８０４４号に示されるように）においては、酸素を吹き込んで溶鋼に対して脱炭処理を行なうことにより、一酸化炭素または二酸化炭素などの気体を生成して排出するようにしたものがある。この時、産出される溶鋼の酸素の総含有量（溶存酸素と酸化物中の酸素）は比較的高く、介在物も比較的多く、仮に過量な酸素を含有する溶鋼を直接鋼塊に鋳造すると、鋼材の品質を下げてしまう。従って、各種の異なる二次精錬の段階Ｓ９２を通じて溶鋼に対して二次精錬（例えば、脱酸、脱硫、脱気、脱炭素など）を行ない、二次精錬の段階Ｓ９２を経た溶鋼の品質が大いに高まり、連続鋳造においてスラブに鋳造してから、再び圧延の作業を経て鋼の製品を産出するようにしたものがある。

しかし、現在では、科学技術の進歩に従って、先端的な科学技術では鋼製品の品質に対して厳しく要求され、昨今では、清浄度の高い清浄鋼が主な発展の目標として求められるとともに、さらに進んでその清浄鋼の性能の更なるアップが期待されるため、高い強度と高い強靭性を有する鋼材に発展される。さらに研究開発の重点は二次精錬の段階Ｓ９２後における溶鋼の特性の改良に注目され、かつ市場の需要に応じて降伏強度が１０００ＭＰａを超える超級鋼（特に鋼板である）が開発されてきた。

そのため、材料の強化原理によって現在では結晶粒微細化強化（grain refining strengthening）、固溶強化（solid solution strengthening）、析出強化（precipitation strengthening）、二次強化（secondary strengthening）などの方式を利用し、直接鋼材の結晶粒の組織と配列を改善することにより、鋼材の材料強度を高めることができる。その中、一個の合金化の段階Ｓ９３を通じて合金を含有する元素（例えば、クロム、マンガン、ニッケル、希土など）を二次精錬を経た後の溶鋼の中に添加することにより、固溶強化、析出強化の方式を通じて鋼材の強度、強靭性およびその他の特性を増強する。または、一個の熱機械的処理の段階Ｓ９４（熱加工制御とも称す。Thermo Mechanical Control Process、ＴＭＣＰ）を利用して結晶粒を微細化し、二次精錬−連続鋳造のブルームに対して圧延の過程において鋼材の加熱温度、冷却条件と圧延速度などを制御することにより、鋼材は熱間圧延の過程において設定される製造工程の路線に従って相転移し、比較的細かい結晶粒の組織（通常として５〜１０μｍ）が形成されるため、鋼材の強度を高め、強靭性を改善する目的に達することができる。

中華民国公告第Ｉ３２８０４４号

上述のような従来の製鋼方法では、一般的に次のような問題点を有している。上記従来の製鋼方法ではその作業に掛かるコストが高くなるだけではなく、性能の高まりに対してその幅が限られる。合金化の技術を例に挙げると、その他のコストの高い合金元素に頼って補助しなければ、鋼材の強度などの性能を増やすことができないため、鋼材の強度の高まりは明らかに合金元素そのものの特性によって制限され、かつ作業のコストが高くなり、しかも鋼材の性能アップの幅は通常として２０％を超えることができない（降伏強度は６００ＭＰａを超過しない）という問題点があった。その他に、熱機械的処理を例に挙げると、降伏強度が７００〜９００ＭＰａの強度の高い鋼材を産出することができるが、熱加工制御（ＴＭＣＡ）の作業過程において、鋼材の相転移の各種条件を厳しく制御しなければならず、例えば加熱温度、圧延速度または冷却条件などを制御することにより、正確に鋼材の結晶粒の微細化を完成することができる反面、そのための巨額な資金を投入して設備の拡大を行なわなければならず、かつ作業時においてエネルギー消耗コストが巨大化となるため、上記熱機械的処理を広めるのに制限されてしまうという問題点があった。

上記のような従来の製鋼方法の問題点に鑑み、二次精錬を経て産出される溶鋼の結晶粒微細化に適用する方法を確実に発展しなければならず、かつマグネシウムアルミニウムと上記溶鋼の間の相互の作用を通じて上述した問題点を解決する必要がある。

本発明の第一の目的は、直接二次精錬後の溶鋼中の介在物を改質することにより、溶鋼の清浄度を高めると同時に、上記溶鋼の熱力学的条件を利用して介在物の成分、サイズ、形態、分布を変えることにより、溶鋼中の微細な結晶核の数を増やし、鋼結晶粒の微細化を促進し、さらに鋼の強度と強靭性を高めることができるマグネシウムアルミニウムで改質される介在物による鋼結晶粒微細化の冶金方法を提供することにある。

本発明の第二の目的は、マグネシウムアルミニウムで介在物を改質し、さらに鋼結晶粒を微細化することにより、作業過程においてコストを低く抑えるとともに、鋼の性能を改善することができるマグネシウムアルミニウムで改質される介在物による鋼結晶粒微細化の冶金方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、二次精錬を経て産出される溶鋼を処理するのに用いられるマグネシウムアルミニウムで改質される介在物による鋼結晶粒微細化の冶金方法において、前処理の段階および改質の段階を有し、前処理の段階は溶鋼の中にアルミニウムを添加することにより、アルミニウムを上記溶鋼の中の酸素、硫黄とを、溶鋼の酸素の総含有量が１５〜１２０ｐｐｍになるまで、硫黄の含有量が１５〜１５０ｐｐｍになるまで反応させ、かつ酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を生成してより清浄な溶鋼液を獲得する。改質の段階はより清浄な溶鋼液の中に他に溶鋼液１トン当り０．０１〜０．６キログラムのマグネシウムを添加することにより、マグネシウムをより清浄な溶鋼液の中に残りの酸素、硫黄および酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を、溶鋼液の酸素の総含有量が１０〜６０ｐｐｍになるまで、硫黄の含有量が５〜１００ｐｐｍになるまで反応させ、かつ介在物の酸化マグネシウム、硫化マグネシウムおよびマグネシウムアルミニウムスピネルを生成し、析出される介在物を上記溶鋼液の凝固過程の結晶核として細粒鋼を生成する。

また、本発明によるマグネシウムアルミニウムで改質される介在物による鋼結晶粒微細化の冶金方法は、改質の段階において、より清浄な溶鋼液の中にマグネシウム鉄合金線を投入し、かつマグネシウム−鉄合金線のマグネシウムの含有量が５〜８０％であることもできる。また、前処理の段階および改質の段階の製造工程の温度は１８４３Ｋ〜１９０３Ｋであることもできる。また、二次精錬を経て産出される溶鋼は中炭素鋼または低炭素鋼であることもできる。

本発明のマグネシウムアルミニウムで改質される介在物による鋼結晶粒微細化の冶金方法によれば、直接二次精錬後の溶鋼の中の介在物を改質することにより、溶鋼の清浄度を高めると同時に、上記溶鋼の熱力学的条件を利用して上記介在物の成分、サイズ、形態、分布を変えることにより、溶鋼中の微細な結晶核の数を増やし、鋼結晶粒の微細化を促進し、さらに鋼の強度と強靭性を高めることができるという利点がある。

本発明のマグネシウムアルミニウムで改質される介在物による鋼結晶粒微細化の冶金方法によれば、マグネシウムアルミニウムで介在物を改質し、さらに鋼結晶粒を微細化することにより、作業の過程におけるコストを低く抑えるとともに、鋼の性能を改善することができるという利点がある。

図１は、本発明のフロー図である。 図２は、本発明の酸素−アルミニウムの熱力学的平衡図である。 図３は、本発明の [Ｍｇ]−[Ａｌ]−マグネシウムアルミニウムスピネルおよび [ＭｇＯ]−[Ａｌ₂Ｏ₃]−マグネシウムアルミニウムスピネルの熱力学的平衡図である。 図４は、本発明のアルミニウム−マグネシウムの熱力学的平衡図である。 図５は、本発明のマグネシウム−酸素およびマグネシウム−[Ａｌ₂Ｏ₃] の熱力学的平衡図である。 図６は、本発明のマグネシウムアルミニウムスピネルの生成の相図である。 図７は、従来の製鋼のフロー図である。

本発明の実施の形態について、以下、図面を参照して説明する。

図１は本発明のフロー図である。図１を参照すると、本発明のマグネシウムアルミニウムで改質される介在物による鋼結晶粒微細化の冶金方法は、一個の前処理の段階Ｓ１および一個の改質の段階Ｓ２を含む。その中、本発明のマグネシウムアルミニウムで改質される介在物による鋼結晶粒微細化の冶金方法は、二次精錬を経て産出される溶鋼を処理するのに用いられるため、以下においてそれぞれの段階を詳述する時、「溶鋼」は二次精錬を経て湯出された後の溶鋼を表し、いわゆるより清浄な溶鋼を指す。

注意して欲しいことは、下記で叙述されるそれぞれの化学式で示されるΔＧ^θは標準状態で化学反応を経た自由エネルギー変化を指し、ａは標準状態でそれぞれの元素の活性を指す。

前処理の段階Ｓ１は上記溶鋼の中にアルミニウムを添加することにより、アルミニウムを上記溶鋼中の酸素、硫黄と、上記溶鋼の酸素の総含有量が１５〜１２０ｐｐｍになるまで、硫黄の含有量が１５〜１５０ｐｐｍになるまで反応させ、かつ酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を生成してより清浄な溶鋼液を獲得する。より詳しく言えば、アルミニウムは製鋼の製造工程においてよく用いられる脱酸剤で、アルミニウムは比較的良好な脱酸能力を有するため、溶鋼中の酸素を極めて低い標準まで低く下げることができ、かつ熱力学的平衡原理に基づいて知ることができるように、溶鋼の中のアルミニウムの添加量が段々と増えると、それに従って溶鋼中の酸素の含有量を低く下げることができるため、アルミニウムは酸素と作用して酸化アルミニウム［Ａｌ₂Ｏ₃］（化学式一に示す如く）を生成すると同時に、溶鋼中の酸素の総含有量は好ましくは１５〜１２０ｐｐｍになるまで低く下げ、かつアルミニウム、硫黄が相互に影響する下で合わせて溶鋼の中の硫黄の含有量をざっと１５〜１５０ｐｐｍになるまで低く下げることにより、［Ａｌ₂Ｏ₃］を大量に含んだ溶鋼液を獲得することができる。

２[Ａｌ]＋３[Ｏ]＝Ａｌ₂Ｏ_3(s) ΔＧ₁ ^θ＝−1202070＋386.28Ｔ

（化学式一）

化学式一と活性理論から液中の［Ａｌ］と［Ｏ］の平衡関係を計算することができ、

[％Ｏ]³・[％Ａｌ]²＝１．２２×１０^-12

これによって図２の溶鋼の中の［Ａｌ］と［Ｏ］の熱力学的平衡関係を獲得する。

例を挙げると、本実施例において選択的に温度が１８４３〜１９０３Ｋで前処理の段階Ｓ１におけるアルミニウムの反応を行ない、特に１８７３Ｋの作用温度で、アルミニウムの添加量が０．０２〜２ｋｇ／トン（獲得する溶鋼の中の酸素の総含有量によって確定する）で、アルミニウムを溶鋼中の酸素と反応させることにより、大量の［Ａｌ₂Ｏ₃］を生成することにより、溶鋼の中の酸素の総含有量を１５〜１２０ｐｐｍになるまで低く下げると同時に、溶鋼中の硫黄の含有量を１５〜１５０ｐｐｍになるまで低く下げることができるため、酸素、硫黄の含有量が極めて低く、かつ大量の［Ａｌ₂Ｏ₃］を含んだより清浄な溶鋼液を獲得し、後続における改質の段階Ｓ２を行なうことができる。

ただし、前処理の段階Ｓ２を経て獲得されるより清浄な溶鋼液は大量の［Ａｌ₂Ｏ₃］を有し、この時の［Ａｌ₂Ｏ₃］の粒子は比較的集まり易く大きくなり易いため、［Ａｌ₂Ｏ₃］が大量に産出する時、後続における溶鋼の鋳造過程において湯出し口が塞がり易くなり、鋳造が中断してしまうため、上記溶鋼を後続における改質の段階Ｓ２によって処理を行なわなければならない。

この改質の段階Ｓ２においては、上記のより清浄な溶鋼液の中に他にマグネシウムを添加することにより、マグネシウムをより清浄な溶鋼液の中の残りの酸素、硫黄および酸化アルミニウム［Ａｌ₂Ｏ₃］とを、上記溶鋼液の中の酸素の総含有量が１０〜６０ｐｐｍになるまで、硫黄の含有量が５〜１００ｐｐｍになるまで反応させ、かつ介在物のマグネシウムアルミニウムスピネル、硫化マグネシウムと酸化マグネシウムを生成し、析出される介在物を上記溶鋼液の凝固過程の結晶核として細粒鋼を生成する。その中、上記高融点、超微細化の介在物（non-metallic inclusions）は固体で溶鋼の中に均一に分布され、かつ集まり難く、大きくなり難く、後続の連続鋳造と圧延の過程において溶鋼の結晶核とすることができ、さらに鋼の凝固、結晶を促進し、細粒鋼に生成して転換することができる。

前述した目的の実現を確保するべく、特別に熱力学的分析計算を行なって、その実行可能性を証明する。マグネシウムをより清浄な溶鋼液の中に残った酸素、硫黄と反応させると同時に、酸化マグネシウムと硫化マグネシウム（化学式二、三に示す如く）を生成させ、熱力学的反応が段々と平衡になっていく時、酸化マグネシウムと硫化マグネシウムの間は互いに転化（化学式四に示す如く）するようになり、そして熱力学的条件を利用して介在物の生成、およびその数、大きさ、形態などを制御することにより、 [Ｍｇ]−[Ｏ] を獲得する。 [Ｍｇ]−[Ｓ] は互いに条件づけして [Ｍｇ]、[Ａｌ]、[Ｏ]、[Ｓ]、酸化マグネシウム、硫化マグネシウムなどの平衡を維持する。その熱力学的平衡関係は下記のとおりである。

Ｍｇ_(g)＋[Ｏ]＝ＭｇＯ_(s) ΔＧ₂ ^θ＝−614000＋208.28Ｔ

（化学式二）

活性理論に基づいて溶鋼の中の［Ｍｇ］と［Ｏ］の熱力学的平衡関係を獲得することができ、

ａ_[Mg]・ａ_[O]＝１．３１×１０^-8

Ｍｇ_(g)＋[Ｓ]＝ＭｇＳ_(s) ΔＧ₃ ^θ＝−419858.5＋174.3Ｔ

（化学式三）

活性理論に基づいて溶鋼の中の［Ｍｇ］と［Ｓ］の熱力学的平衡関係を獲得することができる。

ａ_[Mg]・ａ_[S]＝５．７９×１０^-5

さらに重要なのは、マグネシウムは同時にアルミニウム、酸素、硫黄と反応することができるだけではなく、生成された酸化マグネシウムによってより清浄な溶鋼液の中に含まれる［Ａｌ₂Ｏ₃］と反応することができるため、同様に微結晶化されるマグネシウムアルミニウムスピネル［ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃］（化学式五、六に示す如く）を生成することができ、微結晶化されるマグネシウムアルミニウムスピネルにより、さらに上述した微結晶化される酸化マグネシウム、硫化マグネシウムによって溶鋼の中の介在物を析出し、上記のより清浄な溶鋼液の中の鋼結晶の核心とすることができるため、後続の凝固、結晶の過程において結晶内のアシキュラーフェライト（Acicular Ferrite、ＡＦ）の核形成の核心を促進し、さらに鋼の結晶の生成を変え、これによって鋼結晶粒の組織を微細化することができる。

ＭｇＯ_(s)＋Ａｌ₂Ｏ_3(s) → ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ_3(s)

ΔＧ₄ ^θ＝−35600−2.09Ｔ

（化学式四）

化学式二、四の連立によって下記の方程式を推算することができる。

[％Ａｌ]²／[％Ｍｇ]³＝２．６４×１０⁹

[Ｍｇ]＋４[Ｏ]＋２[Ａｌ] → ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ_3(s)

ΔＧ₅ ^θ＝−1969070＋623.87Ｔ

（化学式五）

溶鋼の中の [Ｍｇ]、[Ａｌ] の平衡関係は、熱力学的原理に基づいて式一に示すように一個の自由エネルギーの平衡公式を獲得する。

上述した分析から本発明の図３のマグネシウム−アルミニウム−マグネシウムアルミニウムスピネルおよび [ＭｇＯ]−[Ａｌ₂Ｏ₃]−マグネシウムアルミニウムスピネルの熱力学的平衡図を獲得することができる。その中、１８７３Ｋにおける作用で化学反応に達した熱力学的平衡時において、各種の介在物の互いの転化の関係は図３の中の曲線１と２に示す如くである。

図３の曲線１は酸化マグネシウムとマグネシウムアルミニウムスピネルの転化の臨界条件を示し、すなわちマグネシウムアルミニウムで溶鋼を処理した後、それぞれの元素の活性ａを上記自由エネルギー平衡後の公式の中に入れると、[％Ａｌ]²／[％Ｍｇ]³＞２．６４×１０⁹を得た場合、反応は曲線１の下方のＢゾーンの間に位置するため、生成される物質はマグネシウムアルミニウムスピネルである。それに反して、[％Ａｌ]²／[％Ｍｇ]³＜２．６４×１０⁹を得た場合、反応は曲線１の上方のＡゾーンの間に位置するため、生成される物質は酸化マグネシウムである。

その他に、曲線２は [Ａｌ]、[Ｍｇ] とマグネシウムアルミニウムスピネルの転化の臨界条件を示し、すなわちマグネシウムアルミニウムで溶鋼を処理した後、同様にそれぞれの元素の活性ａを上記自由エネルギー平衡後の公式の中に入れると、[％Ｍｇ]³／[％Ａｌ]²＜１．５×１０^-14を得た場合、反応は曲線２の上方のＢゾーンの間に位置するため、生成される物質はマグネシウムアルミニウムスピネルである。それに反して、[％Ｍｇ]³／[％Ａｌ]²＞１．５×１０^-14を得た場合、反応は曲線２の下方のＣゾーンの間に位置するため、生成される物質は［Ａｌ₂Ｏ₃］である。以上は、上記技術を熟知したものには熱力学的平衡原理に基づいて図４を参酌して容易に理解できるものであり、かつこれによって比較的適当な反応条件を取得してマグネシウムアルミニウムを添加した後、微結晶化のマグネシウムアルミニウムスピネルなどを算出して核形成の核心とするのが好ましい。

そのため、熱力学的原理に基づいて、１８７３Ｋにおける作用で溶鋼液の中に同時にマグネシウムとアルミニウムが存在する時、［Ａｌ₂Ｏ₃］と酸化マグネシウムの互いの転化の平衡条件は、次の通りです。

３[Ｍｇ]＋Ａｌ₂Ｏ_3(s)＝３ＭｇＯ_(s)＋２[Ａｌ] ΔＧ₆ ^θ＝−992130＋332.76Ｔ

（化学式六）

[Ｍｇ]³／[Ａｌ]²＝５．１×１０^-11

図４は本発明のアルミニウム−マグネシウムの熱力学的平衡図である。図４を参照すると、マグネシウムアルミニウムで処理した後の溶鋼の中に [Ｍｇ]³／[Ａｌ]²＞５．１×１０^-11を得た場合、そうすると元々存在している［Ａｌ₂Ｏ₃］を［Ｍｇ］と反応させ、酸化マグネシウムを生成させると同時に、［Ａｌ₂Ｏ₃］をアルミニウム（化学式六に示如く）に還元させることにより、処理後の溶鋼の中の酸素の総含有量を低く下げることができる。

図５は本発明のマグネシウム−酸素およびマグネシウム−[Ａｌ₂Ｏ₃] の熱力学的平衡図で、図６は、本発明のマグネシウムアルミニウムスピネルの生成の相図である。図４、５、６を参照すると、本発明の前処理の段階Ｓ１と改質の段階Ｓ２を操作する時、必ず溶鋼の中のアルミニウム、マグネシウムの含有量を図４の曲線１の上方に維持させなければならず、（すなわち、[Ｍｇ]³／[Ａｌ]²＞５．１×１０^-11）、さらに熱力学に基づいて計算することにより、マグネシウムアルミニウム添加後の連続反応を図５のＢゾーンに位置させることにより（図５に示される曲線１はアルミニウム−酸素の平衡を示し、曲線２はマグネシウム−酸素の平衡を示す）、図６に示されるマグネシウムアルミニウムスピネルの生成条件（すなわちＡｌ₂Ｏ₃／ＭｇＯの比率が２０〜２９％を指す）に満足することができるため、マグネシウム、酸素およびマグネシウム、［Ａｌ₂Ｏ₃］は同時に反応が生じ、微結晶化の酸化マグネシウムとマグネシウムアルミニウムスピネルが生成され、かつこの析出される溶鋼の中の介在物（化学式二で生成される硫化マグネシウムを含む）を、上記より清浄な溶鋼液の中の鋼結晶の核心とすることができるため、上記高融点、超微細化の介在物は固体で溶鋼の中に均一に分布され、かつ集まり難く、大きくなり難く、後続の連続鋳造と圧延の過程においては溶鋼の結晶核とすることができるため、結晶内のアシキュラーフェライトの核形成の核心を促進し、さらに鋼の凝固、結晶を促進し、鋼結晶粒の組織を微細化して鋼の強度と強靭性を高めるとの目的に達することができる。

例を挙げると、本実施例においては特別に１８７３Ｋにおける作用の温度で、０．０１〜０．６キログラムのマグネシウムを１トンのより清浄な溶鋼液の中に添加し、特に選択的により清浄な溶鋼液の中にマグネシウム鉄合金線を投入し、かつ上記マグネシウム−鉄合金線のマグネシウムの含有量は好ましくは５〜８０％であり、マグネシウムは溶解していない酸素、硫黄と反応し、さらに酸化マグネシウムと硫化マグネシウムを生成し、かつ熱力学的平衡原則によって互いに条件づけるように制限される。と同時に、上記生成される酸化マグネシウムはさらに進んで［Ａｌ₂Ｏ₃］と反応してマグネシウムアルミニウムスピネルを生成し、さらに熱力学的平衡原理（図４に示す如く）に基づいて、微結晶化のマグネシウムアルミニウムスピネルの生成を制限することにより、溶鋼の中の酸素の総含有量を１０〜６０ｐｐｍになるまで低く下げると同時に、溶鋼の中の硫黄の含有量を５〜１００ｐｐｍになるまで低く下げる。

このように、熱力学的平衡原理に基づいて上記生成される酸化マグネシウム、硫化マグネシウムとマグネシウムアルミニウムスピネルなどの非金属酸化物質を、均一かつ集まることなく分散するように分布させ、さらに上記非金属酸化物質の結晶粒の大多数は３ミリメートル以下になるように形成されることにより、介在物を析出して上記溶鋼の凝固の結晶核とすることができ、さらに結晶内のアシキュラーフェライトの核形成の核心を促進し、鋼結晶粒を微細化することができる。また、結晶内のフェライトの間の大きな角度の結晶粒界によって溶鋼の中の微小亀裂の紋様が結晶内のフェライトを跨り易くなった時、この偏向によって鋼結晶粒の微細化を促進することにより、鋼の強度と強靭性を高めることができるため、降伏強度が１０００ＭＰａを超える鋼の開発に用いることができる。

本発明のマグネシウムアルミニウムで改質される介在物による鋼結晶粒微細化の冶金方法によれば、アルミニウムの添加を基礎の脱酸剤とし、かつ初歩的に前処理の段階Ｓ１において酸素を溶解した後、再び改質の段階Ｓ２においてマグネシウムを添加することにより、より清浄な溶鋼液の中に残留する酸素、硫黄との作用を増やし、かつ熱力学的原理に基づいて適当な条件で酸化マグネシウムと硫化マグネシウムなどの非金属酸化物を生成し、溶鋼の中の酸素、硫黄の含有量を低く下げるだけではなく、脱酸と脱硫の効果に達することができる。さらに、溶解された酸化マグネシウムは（Ａｌ₂Ｏ₃）と互いに条件づけることにより、共晶型態のマグネシウムアルミニウムスピネルを生成し、均一に溶鋼に分布されるとともに、かつ集まることなく大きくなることなく、マグネシウムアルミニウムスピネル、硫化マグネシウムと酸化マグネシウムは、後続における連続鋳造と圧延の過程において上記溶鋼の中から析出される介在物を鋼の不均一の核形成の核心として、結晶内のフェライトの生成を促進して鋼の結晶の形態を変えることにより、鋼結晶粒の組織を有効的に分割して微細化することができるため、鋼の性能を改善して鋼の強度と強靭性を高めるとの目的に達することができる。

本発明のマグネシウムアルミニウムで改質される介在物による鋼結晶粒微細化の冶金方法によれば、直接二次精錬後の溶鋼の中の介在物を改質することにより、溶鋼の清浄度を高めると同時に、上記溶鋼の熱力学的条件を利用して上記介在物の成分、サイズ、形態、分布を変えることにより、溶鋼中の微細な結晶核の数を増やし、鋼結晶粒の微細化を促進し、さらに鋼の強度と強靭性を高めることができる。

本発明のマグネシウムアルミニウムで改質される介在物による鋼結晶粒微細化の冶金方法によれば、マグネシウムアルミニウムで介在物を改質し、さらに鋼結晶粒を微細化することにより、作業の過程においてコストを低く抑えるとともに、鋼の性能を改善することができる。

本発明は、その精神及び必須の特徴事項から逸脱することなく他のやり方で実施することができる。従って、本明細書に記載した好ましい実施例は例示的なものであり、限定的なものではない。

Ｓ１ 前処理の段階
Ｓ２ 改質の段階
Ｓ９１ アーク炉の段階
Ｓ９１’ 酸素転炉の段階
Ｓ９２ 二次精錬の段階
Ｓ９３ 合金化の段階
Ｓ９４ 熱機械的処理の段階

Claims (4)

1. 二次精錬を経て産出される溶鋼を処理するのに用いられるマグネシウムアルミニウムで改質される介在物による鋼結晶粒微細化の冶金方法において、前処理の段階（Ｓ１）および改質の段階（Ｓ２）を有し、前処理の段階（Ｓ１）は上記溶鋼の中にアルミニウムを添加することにより、上記アルミニウムを上記溶鋼の中の酸素、硫黄と、上記溶鋼の酸素の総含有量が１５〜１２０ｐｐｍになるまで、硫黄の含有量が１５〜１５０ｐｐｍになるまで反応させ、かつ酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を生成してより清浄な溶鋼液を獲得し、改質の段階（Ｓ２）は上記より清浄な溶鋼液の中に他に溶鋼液１トン当り０．０１〜０．６キログラムのマグネシウムを添加することにより、上記マグネシウムを上記より清浄な溶鋼液の中に残りの酸素、硫黄および酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）と、上記溶鋼液の酸素の総含有量が１０〜６０ｐｐｍになるまで、硫黄の含有量が５〜１００ｐｐｍになるまで反応させ、かつ介在物の酸化マグネシウム、硫化マグネシウムおよびマグネシウムアルミニウムスピネルを生成し、析出される介在物を上記溶鋼液の凝固過程の結晶核として細粒鋼を生成することを特徴とするマグネシウムアルミニウムで改質される介在物による鋼結晶粒微細化の冶金方法。
2. 改質の段階（Ｓ２）において、上記より清浄な溶鋼液の中にマグネシウム−鉄合金線を投入し、かつ上記マグネシウム−鉄合金線のマグネシウムの含有量は５〜８０％であることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウムアルミニウムで改質される介在物による鋼結晶粒微細化の冶金方法。
3. 前処理の段階（Ｓ１）および改質の段階（Ｓ２）の製造工程の温度は１８４３Ｋ〜１９０３Ｋであることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウムアルミニウムで改質される介在物による鋼結晶粒微細化の冶金方法。
4. 上記二次精錬を経て産出される溶鋼は中炭素鋼または低炭素鋼であることを特徴とする請求項１に記載のマグネシウムアルミニウムで改質される介在物による鋼結晶粒微細化の冶金方法。