JP5803843B2 - 高炭素鋼材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炭素鋼材の製造段階において、製品特性を大きく悪化させ得る粗大なＡｌ_２Ｏ_３クラスターの生成を抑制し、生成されるクラスターの個数を大幅に低減させることができる、クラスターの少ない高炭素鋼材の製造方法に関する。

現在最も一般的な鋼の脱酸方法であるＡｌ脱酸では、不可避的にＡｌ_２Ｏ_３系酸化物が生成する。Ａｌ_２Ｏ_３系酸化物は非常に硬質であることに加え、クラスターを形成して粗大化するため鋼の製品特性を著しく低下させる。例えば、軸受鋼に代表される高清浄鋼では、Ａｌ_２Ｏ_３系酸化物が破壊の起点となり、転動疲労寿命が大きく低下することが知られている。また、タイヤコード等に用いられている高炭素鋼線材は、熱間圧延で線材にした後、冷間引抜き（伸線加工）を行うことで製造されるが、鋼中に高硬度の非金属介在物が混入していると、加工途中での断線の原因となる。したがって、Ａｌ_２Ｏ_３系酸化物、特にＡｌ_２Ｏ_３クラスターの生成を抑制することは極めて重要である。

Ａｌ_２Ｏ_３系酸化物の生成抑制方法として、酸化物組成をＡｌ_２Ｏ_３単相から低融点かつ軟質の複合系へ制御することが挙げられる。例えば特許文献１には、溶鋼中に金属Ｍｇを添加して、鋼中に存在するアルミナ系介在物をＡｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ系介在物に形態制御し鋼中に微細分散させることを特徴とする、クラスターに起因する製品欠陥および鋳造時のノズル閉塞を防止する鋼中介在物の無害化方法が開示されている。

しかし、この方法によりＡｌ_２Ｏ_３クラスターの生成は抑制されるものの、かわりに高融点かつ硬質のＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３スピネル酸化物が大量に生成され、これらが新たな欠陥を発生させるおそれがある。また、Ｍｇを新たな脱酸元素として添加しているため、酸化物の総量が増加してしまう。

特許文献２には、０．００５質量％以上を含有するＡｌキルド鋼を製造するにあたり、溶鋼中にＣａ，Ｍｇ，ＲＥＭのうちから選ばれる２種以上とＡｌの複合脱酸により、生成する介在物中のＡｌ_２Ｏ_３を３０〜８５質量％の範囲内に調整することを特徴とするクラスターのないＡｌキルド鋼の製造方法が開示されている。この技術は、Ａｌよりも脱酸力の強いＣａ，ＭｇおよびＲＥＭを加えることでＡｌ_２Ｏ_３を還元し、酸化物中Ａｌ_２Ｏ_３濃度を低下させることでクラスターの生成を抑制するものである。

しかしながら、Ｃａ，Ｍｇ，ＲＥＭは高価であることに加えて歩留まりが極めて悪く、製造コストが大幅に増加してしまう。また、特許文献１により開示された方法と同様に、新たな脱酸元素を添加しているため、酸化物総量が増加してしまう。

特許文献３には、はじめにＡｌによる脱酸を行った後にＴｉによる脱酸を行い、生成したＡｌ_２Ｏ_３,ＴｉＯ_２を凝集合体させることで低融点のＴｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３複合脱酸生成物とする高清浄鋼の製造方法が開示されている。この技術により、酸化物組成がＡｌ_２Ｏ_３クラスターよりも凝集合体し易いＴｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３複合脱酸生成物となるため、酸化物を短時間で系外に分離することができる。

しかしながら、目標の酸化物を得るための初期の添加Ａｌ量が細かく決まっており、その制御は非常に困難である。また、ここではＡｌの代替としてＴｉを添加しているが、酸化物の総量はＡｌ単独での脱酸と大きくは変化せず、清浄度に関しては不安が残る。

特許第２８８７５３５号明細書 特許第３６２６２７８号明細書 特許第３６７９５１１号明細書

上記したような従来の手法では、酸化物の組成制御に基づくＡｌ_２Ｏ_３クラスターの生成抑制と鋼の高清浄化とをともに達成することは困難であった。

そこで、本発明は、酸化物の組成制御に基づくＡｌ_２Ｏ_３クラスターの生成抑制を、鋼の清浄性を損なうことなく達成できる手法を提供することを目的とする。すなわち、本発明は、新たな脱酸元素を添加することなく、酸化物の組成制御を行うことができる手法を提供することを目的とする。

本発明者らは、下記（４）式により示される脱炭反応に由来するＣ脱酸を利用することで、上記課題を解決可能であると考えた。本発明は、Ｃ脱酸が顕著に生じる還流型脱ガス装置を用いた減圧精錬下において、下記（５）式により示されるＡｌ_２Ｏ_３の還元が生じる領域でＣ脱酸を発生させ、酸化物中のＡｌ_２Ｏ_３濃度を低減させることによりクラスターの生成を抑制するものである。すなわち、Ｃ以外の新たな脱酸元素を添加することなくＡｌ_２Ｏ_３クラスターの生成を抑制できる。加えて、Ｃ脱酸時に生成されるＣＯガスは系外に排出されるため，溶鋼中に脱酸生成物が残存せず、かつ懸濁したＡｌ_２Ｏ_３がＣ脱酸により還元されていくため、介在物量はむしろ低減していくことになる。

Ｃ＋Ｏ＝ＣＯ（ｇ） ・・・（４）
Ａｌ_２Ｏ_３（ｓ）＝２Ａｌ＋３Ｏ ・・・（５）
また、（４），（５）式で決定される平衡酸素濃度は、各反応における平衡関係式からそれぞれ下記（６），（７）式で表される。（６），（７）式における［％Ｏ］_Ａｌおよび［％Ｏ］_Ｃは、それぞれ（４）式および（５）式の平衡関係式より導出される式であり、各反応が生じ得るＯの下限を示している。すなわち、溶存酸素濃度が［％Ｏ］_Ａｌ以下であり、かつ［％Ｏ］_Ｃ以上の条件では、熱力学的にはＡｌ_２Ｏ_３が生成せず、Ｃ脱酸のみが生じる条件となる。したがって、本発明者らは、Ｃ脱酸によりＡｌ_２Ｏ_３を還元させるためには、（６）式で決まる酸素濃度を、（７）式で決まる酸素濃度より低くし、かつ溶存酸素濃度を（８）式を満たす条件とする必要があることを見出した。ただし、本発明の条件では全ての条件において［％Ｏ］_Ｃ＜［％Ｏ］_Ａｌを満たしているため、［％Ｏ］＜［％Ｏ］_Ａｌを満たせばＣ脱酸によりＡｌ_２Ｏ_３を還元できる条件となる。

［％Ｏ］_Ｃ＝Ｃ_６（定数）×Ｐ_ＣＯ／［％Ｃ］ ・・・（６）
［％Ｏ］_Ａｌ＝（Ｃ_７（定数）／［％Ａｌ］^２）^２／３ ・・・（７）
［％Ｏ］_Ｃ＜［％Ｏ］＜［％Ｏ］_Ａｌ ・・・（８）
ここで、［％Ｏ］_Ａｌ：Ａｌの酸化反応から求まる溶鋼中Ｏ濃度、［％Ｏ］_Ｃ：Ｃの酸化反応から求まる溶鋼中Ｏ濃度、Ｃ_６：定数、［％Ａｌ］：ｓｏｌ．Ａｌ濃度、Ｃ_７：定数、Ｐ_ＣＯ：ＣＯ分圧、％Ｃ：Ｃ濃度、［％Ｏ］：溶存酸素濃度である。

本発明は、上記の考えを踏まえ、Ｃ脱酸によりＡｌ_２Ｏ_３を還元可能となる溶鋼組成および真空槽内圧力を明らかとすることでなされたものであり、以下に記載の通りである。

（１）溶鋼還流型脱ガス装置を用いて高炭素鋼を製造する方法であって、
溶鋼成分を、質量濃度で、Ｃ：０．７〜１．２％、Ｓｉ：０．０３〜１．２％、Ｍｎ：０．０５〜１．８％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００２〜０．０３％、Ｏ（溶存酸素）：０．００３％以下であるとともに、Ｏ（溶存酸素）とｓｏｌ．Ａｌの関係が（１）式を満足するように調整し、かつ、
該溶鋼上のスラグ成分を、質量濃度で、ＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３との合計が８０％以上、ＳｉＯ_２：３．０％以下、Ｔ．Ｆｅ＋ＭｎＯ：１．０％以下、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３＝１．５〜４．０になるように調整した後に、
溶鋼還流脱ガス装置の真空槽内圧力を１．０（ｋＰａ）未満に保ちつつ、（２）式を満たす時間還流処理を施すこと
を特徴とする、高炭素鋼材の製造方法。

［％Ｏ］＜０．０００１×［％Ａｌ］^-２／３ ・・・（１）
１０×Ｗ／Ｑ≦ｔｃ≦３０×Ｗ／Ｑ ・・・（２）
ここで、溶鋼還流量：Ｑ（ｔｏｎ／ｍｉｎ）は、下記（３）式で計算される値であり、［％Ｏ］：溶存酸素濃度（質量％）、［％Ａｌ］：ｓｏｌ．Ａｌ濃度（質量％）、ｔｃ：還流処理時間（ｍｉｎ）、Ｗ：前記溶鋼の質量（ｔｏｎ）、Ｇ：還流ガス流量（ＮＬ／ｍｉｎ）、Ｄ：浸漬管径（ｍ）、Ｐ：吹き込み位置での静圧（ｋＰａ）、Ｐ_ｖａｃ：真空槽内圧力（ｋＰａ）である。

Ｑ＝１１．４×Ｇ^１／３×Ｄ^４／３×｛ｌｎ（Ｐ／Ｐ_ｖａｃ）｝^１／３・・・（３）

本発明によれば、還流型脱ガス装置を用いて、鋼の清浄性を維持しつつＣ脱酸のみで介在物の組成制御を行い、Ａｌ_２Ｏ_３クラスターの少ない高炭素鋼材を製造することができる。また、本発明は新たな脱酸元素を必要としないため、製造コストを大幅に削減可能であり、本発明の工業的価値は非常に大きい。

図１は、還流処理前のｓｏｌ．Ａｌ、Ｏ濃度の関係、およびｓｏｌ．Ａｌ濃度から求めた請求項１における（１）式が示す範囲を示すグラフである。

以下に本発明について詳細に説明する。
１．本発明における用語の定義
「還流型脱ガス装置」とは、一般的にＲＨと呼称される真空槽を要する溶鋼処理装置である。「還流処理」とは、溶鋼成分とスラグ成分とを所定の範囲に調整した後、還流型脱ガス装置の真空槽内圧力を１．０（ｋＰａ）未満に保ちつつ、還流処理時間ｔｃ（ｍｉｎ）以上の時間還流させる処理のことを指す。

２．本発明に係る還流処理を開始する前の溶鋼組成
［Ｃ：０．７〜１．２質量％］
Ｃは、鋼の強度を決める重要元素である。本発明はＡｌキルド鋼のようなＡｌ濃度の高い鋼種への適用も想定しており、低Ｃ濃度では効率よくＣ脱酸を活用できない可能性があるため、Ｃ濃度の下限を０．７質量％とする。また、Ｃ濃度が高いほどＣ脱酸の効果は大きくなるが、Ｃ濃度が１．２質量％を超えると母材の硬度が固くなり過ぎるため、加工性が著しく低下してしまう。また、Ｃを、１．２質量％を超えて含有させてしまうと還流処理後に脱炭処理を行う必要性が生じるため、本発明でのＣ濃度の上限は１．２質量％とする必要がある。
［Ｓｉ：０．０３〜１．２質量％］
Ｓｉは、鋼材の焼き入れ性および強度を高める重要な元素であるため、還流処理前に予め０．０３質量％は含有させる必要がある。しかし、Ｓｉ濃度が１．２質量％を上回るとＳｉ脱酸がＡｌ脱酸より優勢となり、ＳｉＯ_２系酸化物が大量に生成し、かつ本発明におけるＣ脱酸によるＡｌ_２Ｏ_３の還元反応を阻害する可能性があるため、１．２質量％を上限とする。

［Ｍｎ：０．０５〜１．８質量％］
ＭｎもＳｉと同様に、鋼材の強度を高める重要な元素であるため、還流処理前に予め０．０５質量％は含有させる必要がある。しかし、Ｍｎ濃度が高過ぎると、Ｓｉと同様にＭｎＯ系酸化物が大量に生成する可能性があるため、１．８質量％を上限とする。

［Ｏ（溶存酸素）とｓｏｌ．Ａｌの関係：［％Ｏ］＜０．０００１×［％Ａｌ］^-２／３］
Ｃ脱酸によりＡｌ_２Ｏ_３を還元させるためには、Ｏとｓｏｌ．Ａｌの関係が上式を必ず満たしている必要がある。したがって、還流処理前のｓｏｌ．Ａｌ濃度に応じて、還流処理前における溶存酸素濃度を、上式を満たす水準まで低減する必要がある。

［ｓｏｌ．Ａｌ：０．００２〜０．０３質量％］
ｓｏｌ．Ａｌ濃度が０．００２質量％未満の溶鋼において、Ａｌ_２Ｏ_３クラスターは殆ど生成しないと考えられ、クラスターの生成は問題とならないと考えられるため、ｓｏｌ．Ａｌ濃度を０．００２質量％以上とした。一方、ｓｏｌ．Ａｌ濃度が高過ぎるとＣ脱酸によりＡｌ_２Ｏ_３を還元できなくなるため、Ａｌ濃度は０．０３質量％以下である必要がある。ただし、Ｃ脱酸によるＡｌ_２Ｏ_３の還元効果はＡｌ濃度が低いほど高くなるため、望ましくは０．０２質量％以下とするのがよい。

［Ｏ（溶存酸素）：０．００３質量％以下］
Ｏが高過ぎると溶鋼中の酸化物個数が大きく増大し、清浄性が著しく悪化するため、仮に（１）式を満たしている条件であっても減圧処理前のＯを０．００３質量％以下とする必要がある。したがって、操業において、Ｏが０．００３質量％以下であることを、固体電解質による酸素濃淡電池を測定原理とする酸素プローブを用いて確認する必要がある。
３．鋼材の機械特性の観点から鋼中に含有することが許容される成分濃度範囲
本発明で溶製するクラスターの少ない鋼には、対象となる溶鋼に製品に必要な機能を付加する目的で、合金元素を含有させることも原理的に許容される。具体的には、Ｆｅの一部に加えて、Ｃｒ：１．７質量％以下、Ｍｏ：１．０質量％以下、Ｖ：０．３質量％以下、Ｎｉ：２．０質量％以下を含有させてもよい。また、不可避的不純物としてＰ：０．０３質量％以下、Ｓ：０．０３質量％以下、Ｍｇ：０．００２質量％以下、Ｃａ：０．００２質量％以下、Ｎ：０．０２質量％以下を含有させていてもよい。

４．本発明に係る還流処理を開始する前のスラグ組成
［ＣａＯ＋Ａｌ_２Ｏ_３：８０質量％以上］かつ［ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３＝１．５〜４．０］
本発明では、繊細な脱酸コントロールを必要とするために、還流処理を開始する前のスラグ組成を適切にコントロールしなければならない。スラグを構成する基本的な成分をＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３とし、ＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３との合計質量がスラグ全質量中の８０％以上を占め、かつＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３との比（ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３）が１．５〜４．０の範囲になるよう調整することで、他のスラグ中の低級酸化物であるＳｉＯ_２、Ｔ．Ｆｅ、ＭｎＯ濃度を厳しく制限することと併せて、本発明に係る繊細な脱酸コントロールが可能になる。

スラグ中のＣａＯは、酸化物中にＣａＯを含有させ、酸化物を複合系とするために必要となる。しかし、比（ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３）が低過ぎると、スラグから溶鋼へＡｌ_２Ｏ_３が溶出してしまうため、下限を１．５とする必要がある。一方、比（ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３）が高いとスラグのＡｌ_２Ｏ_３吸収能が高くなるが、高過ぎるとスラグの融点が高くなり、溶鋼との反応性が低下するため、上限を４．０とする必要がある。

［ＳｉＯ_２；３．０質量％以下］
本発明では、繊細な脱酸コントロールを必要とするために、スラグ中の低級酸化物であるＳｉＯ_２、Ｔ．Ｆｅ、ＭｎＯ濃度を厳しく制限する必要がある。低級酸化物であるＳｉＯ_２濃度が高いと、溶鋼中Ａｌを再酸化してしまうため、溶鋼中のＡｌ_２Ｏ_３量が増加してしまう。そのため、溶鋼再酸化によるＡｌ_２Ｏ_３の生成を抑制するためにＳｉＯ_２の上限を３．０質量％以下とする必要がある。

［Ｔ．Ｆｅ＋ＭｎＯ；１．０質量％以下］
ＳｉＯ_２と同様に、Ｔ．ＦｅおよびＭｎＯ濃度が高いと溶鋼中Ａｌを再酸化してしまうため、溶鋼中のＡｌ_２Ｏ_３量が増加してしまう。したがって、溶鋼再酸化によるＡｌ_２Ｏ_３の生成を抑制することを目的として、Ｔ．ＦｅおよびＭｎＯ濃度の合計を１．０質量％以下とした。

本発明で使用するスラグには、上記以外に、スラグに必要な機能を付加する目的で、ＭｇＯ：５．０質量％以下、Ｆ：１０質量％以下、ＴｉＯ_２：５質量％以下を含有させてもよい。また、不可避的不純物としてＰ_２Ｏ_５：１質量％以下、Ｓ：５質量％以下程度が許容される。

５．処理条件
本発明において、溶鋼は還流型脱ガス装置にて還流処理される。転炉等の精錬容器から取鍋に出鋼され、還流型脱ガス装置まで搬送されて還流処理を行う前に、上記の溶鋼成分範囲に調整する目的で、合金等の添加、あるいは取鍋精錬等の前工程を行うことが望ましい。具体的には、取鍋精錬工程等で脱酸，脱硫および合金添加を実施することによって溶鋼を所定の組成に調整することである。

Ａｌキルド鋼のような高Ａｌ濃度溶鋼中では、Ａｌの脱酸力が極めて大きく、Ｃ脱酸によりＡｌ_２Ｏ_３を効率的に還元するためには、上記（６）式で決まる平衡酸素濃度を極めて低い水準まで低下させる必要がある。また、［％Ｏ］_Ｃと［％Ｏ］_Ａｌの差が大きいほどＣ脱酸によるＡｌ_２Ｏ_３の還元効果が強くなるため、還流処理中において、真空槽内を１．０ｋＰａ未満の低圧力下とする必要がある。

本還流処理は、前出の酸素プローブを用いて、還流処理前工程の時点で溶存酸素濃度が請求項１に記載の酸素条件を満たしていることを確認してから、還流型脱ガス装置で所定の条件下で行う。具体的には、取鍋精錬等の前工程の時間延長もしくはスラグ成分調整により、請求項１に記載の酸素条件を満たしていることを確認してから溶鋼を還流型脱ガス装置まで搬送するとか、或いは還流型脱ガス装置で還流処理を開始する直前に溶存酸素濃度が所定の水準まで低減されていないと分かった場合には、還流型脱ガス装置で溶存酸素濃度を所定の水準まで低減する等の対策を施すことにより、本発明に係る所定の還流処理を開始する前に、溶存酸素濃度が請求項１に記載の酸素条件を満たしているよう調整しておけばよい。

Ｃ脱酸は、真空槽内の溶鋼上面で生じる反応であり、槽内を減圧したことによる効果が溶鋼に現れ始めるまでにはある程度の時間を要する。加えて、溶鋼中の酸化物中Ａｌ_２Ｏ_３濃度を低減させるまでに至るには、更なる時間が必要になると考えられるため、還流処理時において十分に溶鋼を還流させ、反応を効率的に生じさせる必要がある。したがって、本発明の効果を得るためには、還流処理中において溶鋼を少なくとも１０回以上還流させる、すなわち還流処理時間ｔｃ（ｍｉｎ）が（２）式を満たす必要がある。なお、溶鋼量Ｗを（３）式で示される還流量Ｑで割った値は、質量Ｗの溶鋼を１回循環させるために必要な時間を示している。また、溶鋼を３０還流以上させても効果が飽和していると考えられるため、還流回数を３０回以下とすることが望ましい。

６．効果の確認方法
本発明の効果を確認するため、後述するように、還流処理前に酸素プローブを用いて溶存酸素濃度を測定した後、還流処理直前、還流処理直後において溶鋼サンプルを採取した。採取した溶鋼のボンブサンプルを切断し、樹脂埋め、研磨した後に切断面を光学顕微鏡で観察し、検鏡範囲内（＝２００ｍｍ^２）におけるＡｌ_２Ｏ_３系酸化物の個数を計測した。本解析において、光学顕微鏡で得られた画像に対して、画像処理ソフトを用いて、二値化処理を施すことで酸化物の個数、大きさ、および位置データを得た。

また、本解析では酸化物円相当径が４．０μｍ以上のものを解析対象とした。次に、光学顕微鏡により得られた画像に対して、画像解析ハンドブック（２００４／０９発行、高木幹雄著、東京大学出版会出版）等に記載のクラスター分析を適用することで、観察範囲内に存在するクラスターの個数を計測した。クラスター分析とは、複数の固体からなる集合体において、個体の属性（性質）が似通っているかどうかによって分類していくことにより、データ解析を行う手法である。また、介在物の類似性を評価する方法として最短距離法を適用し、Ａｌ_２Ｏ_３系酸化物が３個以上で構成され、かつ酸化物間の最近接距離が２０μｍ以内であるものをクラスターと定義した。さらに、ＥＤＳ付属の走査型電子顕微鏡を用いて、サンプル断面に存在する酸化物から任意に１０個選択し、それぞれの酸化物組成を測定した。Ａｌ_２Ｏ_３系酸化物とは、ＥＤＳ付属の走査型電子顕微鏡で測定した結果、全ての測定元素のうちＡｌ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃａ、ＭｇおよびＯの占める質量の割合が９０質量％以上であり、かつＡｌを５０質量％以上含有する酸化物を指す。

転炉から出鋼後の溶鋼に対してＶＡＤ処理を施し、表１に示す組成の溶鋼を得た。

次に、表１に示す組成の溶鋼とスラグを共存させ、ＲＨ真空脱ガス装置にて表１に記載の時間（溶鋼還流回数）還流処理を行った。なお、発明例、比較例とも全て、溶鋼量Ｗは８０ｔｏｎ規模で溶鋼還流量Ｑは約８０ｔｏｎ／ｍｉｎ、スラグ量は１ｔｏｎ規模でＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３の合計質量濃度は８０〜９０％であった。

還流処理開始前には、酸素プローブを用いて溶存酸素濃度を測定した。さらに、還流処理直前および直後には溶鋼サンプルを採取し、採取したサンプルから検鏡用のミクロサンプルを切り出した。切り出したミクロサンプルに対し、検鏡法にてクラスターの個数を計測した後、ＥＤＳ付属の走査型電子顕微鏡にて酸化物組成を測定した。本試験において、還流処理前の溶鋼温度は１５５０〜１５８０℃であり、還流処理後では１５１０〜１５４０℃であった。ＲＨ真空脱ガス装置で処理した後は、連続鋳造法によってブルームあるいはスラブといった半製品を得た。

各試験における還流処理前および処理後の酸化物中平均Ａｌ_２Ｏ_３濃度（ｎ＝１０）および還流処理後のクラスター個数密度を表２に示す。

また、図１に、還流処理前のｓｏｌ．Ａｌ、Ｏ濃度の関係、およびｓｏｌ．Ａｌ濃度から求めた請求項１中の（１）式が示す範囲をグラフで示す。図１のグラフの横軸は還流処理前のｓｏｌ．Ａｌ濃度、縦軸は還流処理前のＯ濃度である。本発明において、還流処理後のサンプルにおいて、酸化物中Ａｌ_２Ｏ_３濃度の低減が認められ、検鏡範囲内にクラスターが観察されず、かつ酸化物個数密度が１０個／ｍｍ^２未満であったものを、発明の効果が顕著に見られたと判断した。

図１のグラフにおいて、○印は、還流処理後のサンプルにおいて酸化物中Ａｌ_２Ｏ_３濃度の低減が認められ、検鏡範囲内にクラスターが観察されず、かつ酸化物個数密度が１０未満であったものを示しており、すべて（１）式を満たす条件であった。したがって、本発明によりクラスターの生成抑制効果を得るには、（１）式を満たす必要があることが分かる。

図１のグラフ中の△印は、溶鋼中Ａｌ，Ｏ条件が（１）式を満たしているにもかかわらず、発明の効果が見られなかったものであり、試験番号９〜１８がこれに該当する。

試験番号９について、還流処理時間ｔが本発明の範囲に足りなかったため、Ｃ脱酸によりＡｌ_２Ｏ_３を効率的に還元出来ていなかったと考えられる。このため、還流処理時間は（２）式を満たす必要がある。

試験番号１０について、クラスター個数密度は低値であったが、ＲＨ処理前のＳｉ，Ｍｎ濃度が本発明の範囲を超える条件であったため、酸化物個数密度は極めて高値であった。これは、溶鋼がＳｉ，Ｍｎによって強脱酸されたことからＳｉＯ_２，ＭｎＯ系酸化物が大量に生成したためだと考えられ、Ｓｉ濃度は１．２質量％以下、Ｍｎ濃度は１．８質量％以下に抑える必要がある。

試験番号１１について、ｓｏｌ．Ａｌ濃度が本発明範囲を超えて存在していたため、Ｃ脱酸により効率的にＡｌ_２Ｏ_３を還元できなかったと考えられる。したがって、ｓｏｌ．Ａｌ濃度は０．０３質量％以下である必要がある。

試験番号１２では、スラグ中Ｔ．Ｆｅ＋ＭｎＯ濃度が高く、試験番号１３ではスラグ中ＳｉＯ_２濃度が高い条件であったため、溶鋼再酸化により新たにＡｌ_２Ｏ_３が生成し、これらがクラスターに成長したためと考えられる。よって、スラグ中のＴ．Ｆｅ＋ＭｎＯおよびＳｉＯ_２の濃度をそれぞれ１．０質量％以下、および３．０質量％以下まで低減させる必要がある。

試験番号１４では、スラグの比（ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３）が非常に高く、試験番号１５では比（ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３）が非常に小さい条件であり、いずれも本発明の範囲から大きく外れていた。比（ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３）が高いとスラグ融点が高くなるため溶鋼との反応性が低下し、低いとスラグから溶鋼にＡｌ_２Ｏ_３が溶出し易くなるため、これらの条件ではクラスターを低減できなかったと考えられる。したがって、本発明によるクラスター低減効果をより効率的に得るためには、スラグの比（ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３）を１．５〜４．０の範囲に制御することが望ましい。

試験番号１６について、クラスターの生成は抑制できたが、溶存酸素濃度が０．００３質量％を超えていたため、酸化物個数密度が非常に高い結果となった。したがって、溶存酸素条件が（１）式を満たしている条件であっても、溶存酸素を０．００３質量％以下まで低減させる必要がある。

試験番号１７、１８について、還流処理中の圧力が本発明の範囲を超えていたため、Ｃ脱酸が効率的に生じていなかったと考えられる。したがって、還流処理中の真空槽内圧力は１．０ｋＰａ未満とする必要がある。

図１のグラフ中の×印は、還流処理後のサンプルにおいて酸化物中Ａｌ_２Ｏ_３濃度の低減が認められず、検鏡範囲内にクラスターが散見され、かつ酸化物個数密度が１０を超えていたものを示している。試験番号１９〜２６がこれに該当する。試験番号１９〜２６については、溶鋼中Ａｌ，Ｏ条件が（１）式を満たしていなかったため、クラスター低減効果が得られなかったと考えられる。

Claims (1)

1. 溶鋼還流型脱ガス装置を用いて高炭素鋼を製造する方法であって、
   溶鋼成分を、質量濃度で、Ｃ：０．７〜１．２％、Ｓｉ：０．０３〜１．２％、Ｍｎ：０．０５〜１．８％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００２〜０．０３％、Ｏ（溶存酸素）：０．００３％以下であるとともに、Ｏ（溶存酸素）とｓｏｌ．Ａｌの関係が下記（１）式を満足するように調整し、かつ、
   該溶鋼上のスラグ成分を、質量濃度で、ＣａＯとＡｌ_２Ｏ_３との合計が８０％以上、ＳｉＯ_２：３．０％以下、Ｔ．Ｆｅ＋ＭｎＯ：１．０％以下、ＣａＯ／Ａｌ_２Ｏ_３＝１．５〜４．０になるように調整した後に、
   溶鋼還流脱ガス装置の真空槽内圧力を１．０（ｋＰａ）未満に保ちつつ、下記（２）式を満たす時間還流処理を施すこと
   を特徴とする、高炭素鋼材の製造方法。
   ［％Ｏ］＜０．０００１×［％Ａｌ］^-２／３ ・・・（１）
   １０×Ｗ／Ｑ≦ｔｃ≦３０×Ｗ／Ｑ ・・・（２）
   ここで、溶鋼還流量：Ｑ（ｔｏｎ／ｍｉｎ）は、下記（３）式で計算される値であり、［％Ｏ］：溶存酸素濃度（質量％）、［％Ａｌ］：ｓｏｌ．Ａｌ濃度（質量％）、ｔｃ：還流処理時間（ｍｉｎ）、Ｗ：前記溶鋼の質量（ｔｏｎ）、Ｇ：還流ガス流量（ＮＬ／ｍｉｎ）、Ｄ：浸漬管径（ｍ）、Ｐ：吹き込み位置での静圧（ｋＰａ）、Ｐ_ｖａｃ：真空槽内圧力（ｋＰａ）である。
   Ｑ＝１１．４×Ｇ^１／３×Ｄ^４／３×｛ｌｎ（Ｐ／Ｐ_ｖａｃ）｝^１／３・・・（３）

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