JP6808873B1

JP6808873B1 - 錆びにくい鉄筋用棒鋼とその製造方法

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Publication number: JP6808873B1
Application number: JP2020085504A
Authority: JP
Inventors: 山田　勝彦; 勝彦山田
Original assignee: 山田榮子
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2020-04-10
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2040-04-10
Also published as: JP2021167464A

Abstract

【課題】黒錆が形成される鉄筋用棒鋼とその製造方法・装置を提供する。【解決手段】アーク炉においてスクラップを熔解し、酸素吹錬してＣを０．０５％以下とした溶鋼をＦｅＯ２０％以上で塩基度が１．０〜１．５のスラグとともにレードルにに受け、受鋼中から該レードル底部のプラグより酸素含有ガスを吹き込んでＣを０．０３％以下とした後、該レードルに気密カバーを取り付け、吹込みを継続しつつ真空ポンプによりレードル内を５０Ｔｏｒｒ以上２００Ｔｏｒｒ以下に減圧してＣを０．０２％以下、Ｏを０．０４％以上１．３％以下とした後、再加熱することなく通常の連続鋳造と棒鋼圧延に供して鉄筋用棒鋼とする。必要強度は微量ＣとＭｎ＋Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ＋Ｐと圧延直後の急冷による加工硬化残存によって補償する。【選択図】図１

Description

本発明は、いわゆる黒錆びを形成することによって赤さびの発生を抑制した耐食性の優れた鉄筋用棒鋼とその製造方法・製造装置に関している。

鉄は錆びやすい金属である。大気中で冷延鋼板に生ずる錆は初めは点状さびの集団だが、虫食い状、あばた状を経て大きな腐蝕孔となる。Ｈ形鋼では層状の赤さびが樹皮が剥げるように脱落するのが見られる。赤錆は茶褐色であり多孔質である。
一方、古墳から発掘された古代鉄では、耐食性環境でもないのに１５００年の腐蝕に耐え、刻印を残しているほど錆びにくい鉄がある。
同様にタタラ鉄の錆が進みにくいことも良く知られていて、例として現在のタタラ鉄の研磨面はステンレス鋼のように室内で１０年以上金属光沢のままである。薄い不導体膜（半透明）を形成しているかもしれない。
また大型木造建築の瓦釘は１０００年以上使い回されている。
インドのチャンドラバルマンの鉄柱（４４０ｍｍ径×９ｍ長）は１６００年間、地中埋設部分も腐蝕に耐えている。Ｆｅ純度が９９．８％で含Ｐ鉄であることが解明されている。

非特許文献１には、タタラ鉄が錆びにくいメカニズムの解説がある。それによると、
『タタラ製鉄においては、還元された砂鉄は木炭と接触して急速に吸炭して溶融鉄粒となり、羽口前で空気酸化して昇温・火花形成して炉底に落下し、凝固する。その際多量の酸素を固溶する。』、
『鍛錬に際しても、加熱と空気酸化により昇温して表面が溶解し、多量の酸素を溶解させる。即時の凝固により多量の酸素を固溶する。』、
『平衡論では溶融鉄はＦｅＯと平衡する場合、Ｏは１５３０℃において０．１７％以上溶解する。急速凝固により過飽和固溶となる。固溶した酸素は加熱や湿気がトリガーになり分解して表面に緻密なマグネタイト（不導体）である『黒錆』を短時間で生成する。この黒錆が腐蝕の進行を防止している』、と記載されている。
不導体膜のマグネタイトは薄いとはほぼ透明であり金属光沢を示すが、膜厚が成長して緻密黒褐色を示すのが鉄の黒錆と見なされる。なおネット情報には黒錆と黒染めを混同しているものがある。
以上から鋼の腐蝕には鋼の純度と酸素含有量が関わっていることが解る。

非特許文献２には鋼の腐蝕の進行に及ぼす合金元素の影響が広く論じられれている。それによると、酸溶液中では、図Ｖ−６から以下が解る。
１）Ｃは明らかに腐蝕を進行させる。純鉄に近い鋼は錆びにくいことが裏付けされている。
２）冷延鋼板では腐蝕が大きいが焼鈍材では大きく低下する。
３）残念ながらＯの影響は示されていない。
過飽和酸素により黒錆（不導体膜）が形成されて耐食性を発揮するが、黒錆が脱落した後は、無Ｃが耐食性をある程度補助すると言える。

非特許文献３には、酸素が合金元素として活用されている唯一の鋼種・製品として琺瑯用鋼板に関する記述がある。
該琺瑯用鋼板には２種あって、一方の古い方はアームコ鉄やリムド鋼を使用する高酸素鋼（０．０３〜０．１％Ｏ）であり、他方は極低炭素Ｔｉ添加清浄鋼（Ｏ≦０．００３％）である。
いずれも琺瑯処理時のＣＯガス発生の防止のため極低炭素鋼である。前者では多量に介在するＭｎ酸化物が被覆ガラス層の付着性を強化するとのことである。当該鋼種は強度・延靭性・加工性等に特に問題はなく使用されているが、高酸素鋼板が耐食性に優れるとの記述は見つからない。

以上から錆びにくい鉄の条件は極低炭素と高酸素であることが判明したが、応用に際して問題は、当該成分の鋼種が琺瑯鋼以外に現行のどの様な製品に適合するか、当該製品における現行コストと競争可能かと言うことになる。
前者の製品に関して、極低炭素鋼であるから低強度の製品に限定される。同様に高酸素であるから非金属介在物が多く、該非金属介在物が問題とならない製品に限定される。
例えば鉄筋用棒鋼（例；ＪＩＳにおいてＳＤ２９５、通常０．１５％Ｃ）が想定されるが強度不足が問題となろう。
もう一つの大きな問題として、鉄筋は製造においても流通においても最も経済的な鋼材である。品質の向上が価格に多少とも反映される可能性は期待できないことである。

後者のコストについて検討する。
新鋼種の製造に当たっては通常の熔解精錬に、１）極低炭素への精錬と、２）通常の脱酸とは逆の酸素富化精錬が負荷されなければならない。高度の脱炭は今日ＲＨ法に代表される真空処理によってなされている。溶鋼の真空処理は本来脱ガス（Ｈ）用に開発され、高度脱酸に展開され、高度脱炭に拡張されてきた。

特許文献１には、極低炭素・高酸素の高品質の琺瑯用鋼をＲＨ法によって製造する方法が開示されている。上記成分への精錬はコストを除外すると特に困難ではない。
ＲＨ法は一般の深絞り用鋼板には極低炭素・低酸素へ向けて広く適用されている。
真空脱炭における問題は、
１）長時間（例；２０分以上）の処理による溶鋼温度低下に対処するため再加熱を後続させなければならないこと、
２）真空処理は脱ガス促進のため、高真空で且つスラグレス下でなされる。溶鋼面での気泡の破裂による飛散溶鋼が真空容器内面又はレードル上部内面へ付着することが避けられず、耐火物消費と作業負担が大きい。

特許文献２には、ステンレス鋼の溶製において脱炭に有利な方法（ＡＯＤプロセス）が開示されている。それによると、アーク炉中の溶鋼を転炉状の精錬炉（ＡＯＤ炉）に移送し、酸素混合ガスを吹き込んでＣｒの酸化を抑制しつつ脱炭を進める際、炉内を減圧することにより極低炭素までの脱炭効率他を飛躍的に向上させる。さらに好都合なことに、部分的なＣｒの酸化発熱により再加熱を要しないことである。
本方法を普通鋼に適用しようとすると、熱源（Ｃｒの酸化）が無いのでアーク炉の下流にＡＯＤ炉と再加熱炉とが必要になり設備費・操業費の問題が大きく実用例は無い。

以上、真空処理は特殊鋼の品質強化に適用されるが、普通鋼に対しては設備費・エネルギー費・耐火物費等の負担が大きく、特に再加熱工程（再加熱設備）が不可欠となっている。従って真空設備の付設には至っていない。真空処理の抜本的コスト低減が期待されるが、現行の真空処理では極めて困難である。

特許文献３にはレードル精錬における簡素な真空処理が記載されている。それによるとアーク炉中で予備脱酸された溶鋼を浮遊スラグとともにレードルに受け、該レードルを上下の真空カバーにより内部を密封し、上部カバーから減圧しつつレードル底部から不活性ガスを吹込み、低真空状態で溶鋼上部に溶鋼＋気泡＋スラグの混合体を形成して脱酸・脱硫・脱非金属介在物を誘導する。反応速度が大きく、真空処理に不可欠の再加熱工程を必要としていない。
当該方法によりコスト負担が小さく高級弁ばね材が製造されてきた。問題は極低炭素鋼の製造が可能かどうかについては開示が無い。さらに脱酸用の設備であって、逆の高酸素鋼の製造に役立つかどうかも不明である。

日本鉄鋼協会編、ふぇらむＶｏｌ２４（２０１９），Ｎｏ．９，Ｐ．１６、永田和宏、『化学は疑ってかかれ−６タタラと錆びがたい鉄』日本鉄鋼協会編、鉄鋼材料と合金元素、Ｐ．２２３，Ｆｉｇ．Ｖ−６日本鉄鋼協会編、鉄鋼材料と合金元素、Ｐ．７５１，Ｆｉｇ．１９．３４日本鉄鋼協会編、鉄鋼材料と合金元素、Ｐ．７４１，Ｆｉｇ．１９．１２

公開特許公報２００１−２７１１７９公開特許公報２０１０−１５６０２１公開特許公報昭５７−１９２２１４

同じような鉄・鋼でありながら錆びやすいもの・錆びにくいものがあることはよく知られ、赤錆は進行するが黒錆は停滞することも知られ、黒錆の一つの冶金的条件は成分が極低炭素であり且つ高酸素であるされる。
本発明の解決すべき課題の第１は、錆にくいことを特徴とする成分が極低炭素であり且つ高酸素である鋼種が適合する鋼材製品を探索し且つ所定規格に適合すること、
第２は、探索された適切な製品をコスト上問題なく製造することを目的として、特にコスト負担の大きい高度脱炭精錬を普通鋼並みに、経済的に処理し得る方法・設備を提供することである。

第１の発明は、成分が質量％において、Ｃが０．０２％以下、Ｏが０．０４％以上０．１３％以下、Ｍｎが１．０％以下、Ｃｕ＋Ｃｒ＋Ｎｉが０．３％以上０．８％以下であることを特徴とする極低炭素且つ高酸素の鉄筋用棒鋼である。

第２の発明は、棒鋼への熱間圧延においてフェライト温度域でなされる仕上げ圧延の後、直ちに急冷して再結晶を抑制し、加工硬化を残存させたことを特徴とする第１発明に記載した極低炭素且つ高酸素の鉄筋用棒鋼である。

第３の発明は、溶解炉において溶鋼中のＣ濃度を０．０５％以下に酸化し、ＦｅＯ濃度が２０％以上で塩基度が１．０以上１．５以下の浮遊スラグとともに該溶鋼をレードルに排出し、該レードル底部から酸素含有ガスを吹き込んでＣＯ反応の促進とＦｅの酸化による発熱を図り、次いで該レードル上部開口に気密カバーを取り付け、該気密カバー内空間を真空ポンプにより５０ｔｏｒｒ以上２００ｔｏｒｒ以下に減圧しつつ吹込みを継続してＣ量を０．０２％以下、酸素量を０．０４％以上０．１３％以下とすることを特徴とする極低炭素且つ高酸素の鉄筋用棒鋼の精錬方法である。

第４の発明は、レードル内溶鋼を脱炭及び酸化精錬する装置であって、溶解炉から溶鋼を受けるレードルと該レードルを移送する台車と該レードル中の溶鋼に底部からガス吹込みを行うガス供給系とレードルの上部開口を封鎖し且つ副資材を投入するホッパーを付設した気密カバーと該気密カバー内空間を減圧する排気系とから成り、該排気系は該気密カバーに連接する排気管と該排気管に連接するガスクーラーと該ガスクーラーに連接するフィルター式の集塵機と該集塵機に連接する１段の真空ポンプとから成り、該ガス供給系は酸素ガスと不活性ガスと前記真空ポンプの排ガスの一部をコンプレッサーによって吸引圧縮した精錬排ガスの３種を適宜混合する混合器と混合ガスを吹込む耐火物プラグとから成ることを特徴とするレードル内溶鋼の精錬装置である。

ここで述語の定義として、『棒鋼』は鋼であって、鋼は鉄と炭素の合金と定義されていて、極低炭素は定義では鋼ではなく実質は工業用純鉄と見なされるが、通称を採用する。
成分の濃度を示す『％』は、本明細書においてはすべて質量％とする。

特定した成分とフェライト域圧延後の急冷に補助されて所定強度に達した本発明の鉄筋用棒鋼の第１の効果は、赤錆（水酸化鉄）が発生しにくく、黒錆（マグネタイト）が発生して以後の錆の進行が抑制され、鉄筋コンクリートの耐久性が向上する。
第２に、錆びにくい棒鋼であるからマンホールの蓋のようにメンテナンスフリーの手すりや柵等新規用途に使用することができる。
第３は、本発明の棒鋼の成分は琺瑯用鋼板と重なっており、製品棒鋼に琺瑯処理を付加することには大きな障害がない。構造物の補強だけでなく被覆による耐久性と美的要素を加えることができる。

本発明の鉄筋用棒鋼を製造するに際して新たに必要となる精錬装置は、真空度の低い簡単な減圧装置のみであって、従来の脱炭装置としての例えばＲＨ法と比較して設備費は数分の１以下である。操業費についても、再加熱工程が無いこと、高真空のためのスチームエジェクターのような高エネルギーコストを要せず少電力費の真空ポンプであること、高速精錬により耐火物の耐久がよいこと等現行の極低炭素鋼の精錬コストと比較して圧倒的に有利である。

本発明の精錬方法を現行の鉄筋溶製方法と比較すると、現行の一つはアーク炉による熔解・酸化・迅速出鋼と後続のＬＦ（レードル精錬炉）による還元・昇温であり、他はアーク炉による熔解・酸化・還元・昇温後の出鋼とレードルにおけるガスバブリングから成る。両者はほぼ同等のコストになっている。
上記２方法に対して、本発明ではアーク炉による熔解・酸化・昇温後の出鋼とレードルにおける低コストの減圧下での酸素混合ガス吹込みによる脱炭・昇温の付加であって、コスト増加要素は小さい。

本発明の脱炭方法は、従来の真空処理と同様に減圧するが、軽度の減圧であり、且つ従来と異なりスラグを介在しているので気泡破裂による溶鋼の飛散、耐火物壁面への地金付着が無く、作業性と耐火物処理に関して格段に優れる。

本発明の錆びにくい鉄筋を溶製する精錬装置の概略構造を示す。出鋼前又は出鋼後における溶鋼中のＣ％とＯ％の関係を示す。軸は英語表記であるが、横軸はＣ％，縦軸はＯ量（ｐｐｍ）である。出典；日本鉄鋼協会編、２１７，２１８西山記念技術講座、Ｐ．１６４、図２脱炭反応時のスラグの発泡高さに及ぼす脱炭速度とＦｅＯ％の影響を示す。出典；荻野和己著、アグネ技術センター、高温界面化学下巻ｐ．４１，図１８．５５脱炭反応時のスラグの発泡高さに及ぼす塩基度（＝Ｃａｏ／ＳｉＯ２）の影響を示す。出典；荻野和己著、アグネ技術センター、高温界面化学下巻ｐ．４１，図１８．５４溶鋼の均一混合時間（反応速度の代替要因）に及ぼす攪拌エネルギー密度の影響を示す。縦軸は均一混合時間（ｓｅｃ）で横軸は攪拌エネルギー密度（Ｗ／ｔｏｎ）である。出典に本発明のデータを付け加えた。出典；梶岡博幸著，発行地人書館、『取鍋精錬法』、Ｐ．９４，［図２．５１］

以下本発明の錆にくい鉄筋用棒鋼の製造方法を図面を参照しつつ説明する。
図１において、アーク炉（図示せず）により低級屑主体の原料スクラップを熔解し、酸素吹錬して溶鋼中のＣ濃度を０．０５％以下とした後、レードル台車１上のレードル２に該溶鋼を、スラグとともに出鋼する。酸化精錬によりＳｉは０．０１％以下、Ｍｎは０．２％以下、Ｐ，Ｓは約０．０３％、Ｏは約０．０６％、スラグ組成は石灰投入量を加減して塩基度を１．０以上１．５以下としておく。スラグ中のＦｅＯは酸素吹錬により約２０％以上となっている。

受鋼に際して該レードル２の底部に設けた耐火物製の吹込みプラグ３を通して酸素と不活性ガス等の混合ガスを溶鋼４中に吹き込む。Ｃ含有の未脱酸鋼を出鋼するとＣＯ反応により激しいＣＯ沸騰が発生し、レードル２から溢れることがあるのでガス吹込みを併用して沸騰を安定させる。１〜３分の受鋼中に溶鋼中のＣは約０．０２％燃焼して０．０３％以下となる。
受鋼後、レードル台車１を減圧装置に誘導するが、その間も吹込みを継続してＣＯ反応を進める。

減圧装置は、レードル２の鉄皮上部外周に設けた気密用フランジ６と接合する真空カバー５と該真空カバー５に付設された副資材投入ホッパー７と該真空カバー５に連接された吸引管８と該吸引管８に連接され吸引ガスを冷却する冷却塔９と該冷却塔９に後続しガス中の塵芥を除去するフィルター式の集塵機１０とさらに後続し精錬ガスを吸引する真空ポンプ１１と前記吹込みのためのガス供給系１２とから成る。
該ガス供給系１２は真空ポンプ１１の排気ガスの一部を吸引しコンプレッサー１３によって加圧した排ガス管１４と酸素ガス管１５と不活性ガス管１６と上記３種のガスを適宜混合させるガス混合機１７と混合ガスを溶鋼に吹き込むプラグ３とから成る。

レードル台車１が減圧装置に到達すると、前記真空カバー５が下降して前記気密用フランジ６と接して該レードル上部空間を気密室に構成する。
直ちに真空ポンプ１１を稼働させ、該空間を約１００Ｔｏｒｒに向かって減圧する。減圧に伴い、スラグ浮遊の溶鋼表面の性状は、それまでのガス吹込みによる局所噴出状から平坦な発泡状に変質して液面全体がが５００ｍｍ以上上昇する。
該上昇部分には溶鋼・スラグ・気泡の混合体が形成される。それはオーバーフローした際の噴出物に鉄粒が多数混合していることから解る。溶鋼・スラグ・気泡間の激しい攪拌により、起こるべき化学反応が急速に進行する。

溶鋼中のＣは溶存Ｏと気泡中のＯ_２及びスラグ中のＦｅＯと反応してＣＯとなって放出され、濃度を容易に０．０２％以下とすることができる。
吹込みＯ_２はＣ％が多いときは主にＣと反応しＦｅとはほとんど反応しないが、Ｃ％が０．０５％以下となると反応はＦｅ優先に移行し、Ｏ％の増加と酸化熱による溶鋼の昇温が発現する。Ｏ％の増加はガス中のＯ_２濃度と吹込みガス量に依存する。
必要に応じて副資材ホッパー７から溶鋼中にＭｎ合金等を添加して所定成分とする。
所定時間の精錬後、熱電対による溶鋼測温と固体電解質の酸素濃淡電池を原理とする酸素センサーによりＯ％を測定し、微調整後レードル２をビレット用連続鋳造設備に移送し、連続鋳造に供する。

鋳造に際して通常、未脱酸鋼は凝固中に凝固界面に生ずるＣＯ反応によって気泡群の発生・上昇が生じ、造塊法ではリムド鋼となるが連続鋳造では吹き上がりの発生により鋳造不能となる。
しかし本発明ではＣ％は０．０２％以下であって、ＣＯ反応は抑制され、問題なく鋳造することができる。
得られた鋼片は通常の棒鋼ミルに供され、熱間圧延により異形棒鋼とされる。

溶鋼中の酸素Ｏの挙動について説明する。
平衡論からＣ％とＯ％とは反比例の関係にある。
図２は酸素吹錬後のＣ％とＯ％との関係を示す。高酸素鋼を溶製するには、極低炭素への脱炭精錬が不可欠である。
図からＯ％を５００ｐｐｍ（０．０５％）以上とするにはＣ％は約０．０５％以下としなければならない。当該Ｃ，Ｏ濃度下で減圧処理を行うとＣとＯの反応が再活性され、激しい沸騰のため溶鋼はレードルから溢れ出し危険である。当問題に対して減圧前に０．０３％Ｃ以下に脱炭しておかねばならない。Ｃ％の低下とともに沸騰強度も低下してくる。

そのためには既述のように受鋼中から適切な濃度の酸素含有ガスを吹き込んで脱炭を促進する。吹込みガスの組成が不活性でも脱炭反応が進行するがその場合脱酸も生ずる。
酸素含有ガスはＣＯ反応による脱酸に対して新たな酸化を付加し、脱炭と酸化を並進させるだけでなく、Ｆｅの酸化による溶鋼の加熱が付随して、冷却過程である精錬において溶鋼温度低下を抑制する。
出鋼温度を多少高めに設定しておくと連続鋳造に向かって再加熱は不要になって大変好都合である。

本発明の棒鋼の成分の特定について説明する。
高酸素の琺瑯鋼の成分は、Ｃ；０．００５％以下、Ｓｉ；０．０１％以下、
Ｍｎ；０．５％以下、ＰとＳ；０．０３％以下とされている。鉄の強化元素は少ない。その上深絞り性を考慮して軟質化が図られている。降伏強度は約２００ＭＰａ、抗張力は約３００ＭＰａである。
他方鉄筋の強度は、ＪＩＳにおいてＳＤ２９５では、降伏強度は３００ＭＰａ以上、抗張力は４００ＭＰａ以上であって、琺瑯用鋼の成分では鉄筋用棒鋼には強度不足となる。鉄筋ではＣ（通常０．１５％）が強化主体となっている。

本発明では、適切な成分として、Ｃ；０．０２％以下、Ｓｉ；０．０１％以下、
Ｍｎ；１．０％以下、Ｐ；０．０５％以下、Ｓ；０．０５％以下、Ｏ；０．０４以上０．１３％以下、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ；０．３％以上０．７％以下とする。
ちなみにＪＩＳではＳＤ２９５において、ＰとＳのみ上記成分が規格となっている。

Ｃ％は、微量とは言え強度不足を補うこと及び未脱酸鋼の鋳造においてＣＯ気泡の連続発生による沸騰（Ｒｉｍｉｎｇａｃｔｉｏｎ）が発現しない限界値として０．０２％を特定した。
Ｓｉ％は、脱酸作用を消去するため０．０１％以下とし、
Ｍｎ％は、固溶強化元素として上限を１．０％とした。上限を超えると脱酸作用が生じてＯが減少する。
Ｐ％及びＳ％は、通常の鉄筋と同等（琺瑯用鋼よりも多い）とした。通常０．０３〜０．０４％にあって、製造上特に問題が無く、抗張力に対して多少の寄与がある。
Ｏ％は琺瑯鋼の範囲を踏襲し、下限は琺瑯の付着性が問題となる０．０４％とし、耐食性から上限は拡張した。
非特許文献４には純鉄の機械的性質に及ぼすＯの影響が示され、０．０１３％Ｏまでは特に不都合が無いと解釈され、当該範囲とした。

Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒはフェライトへの固溶強化元素であって、従来の鉄筋では不純物とされているが、本願発明では強化元素として活用する。スクラップの選定を考慮する。
下限値の０．３％以下では、強化には不足であり、上限値０．７％は、下級スクラップにおいて得られる値であり、また合金添加を必要としない範囲である。
以上、強化元素として、Ｃ，Ｍｎ，Ｐ，Ｃｕ、Ｎｉ，Ｃｒ、Ｏが少しずつ寄与する。

極低炭素に起因する上記強度不足問題に対して、圧延においても考慮を要する。
粗圧延では通常通り約９００℃以上でよいが、後半は９００℃以下のいわゆる低温圧延に誘導する。約９００℃で加工オーステナイトが細粒フェライトへ変態し、次いで細粒フェライトが加工と再結晶を反復してさらに細粒化し、強度不足を補う。

強度不足を補うもう一つの手段は以下である。
即ち、仕上げ圧延直後急冷を施す。熱間圧延と言えども加工硬化が発現している。高温であるから直ちに再結晶が進行し軟化する。再結晶時間は高温ほど短いが注意深く目視観測すると数秒であることが解る。測温解析するとより正確に算出される。
急冷ほど軟化量が少なくなる。オーステナイトからの急冷でも実質Ｃを含まないのでマルテンサイト変態は生じないし、フェライトからの急冷であるから精密な制御冷却は要しない。５００℃以下に急冷すれば硬化の残存効果が生ずる。棒径が大きいと芯部は再結晶するが芯部の軟質化は伸びを向上させる。
残熱による歪み時効硬化も発現し、微量ＣとＮが作用して降伏力が向上する。

本発明の熱延後の急冷は常套手段のように見えるが新しい意義がある。
ＴＭＣＰ（Ｔｈｅｒｍｏ−ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌＰｒｏｃｅｓｓ）・制御圧延・制御冷却等はγ→α変態と炭化物析出の２要因が絡む高度で複雑なプロセスであるが、本発明は両要因とも関係せず、純金属の加工硬化・再結晶過程の部分凍結に過ぎない。温間加工（大きな硬化が得られるが脆化も大きい）とも異なる。延靭性を充分保持した上で多少の強度を上げる。

スラグ組成の特定について説明する。
スラグ組成は溶鋼の脱炭・酸化に影響を及ぼし、酸素含有ガスの吹込みによる脱炭・酸化を補助する。そのためにはスラグ中のＦｅＯ濃度は１５％以上が必要である。
本発明におけるスラグのもう一つの役割は、真空処理に伴う気密カバーやレードル側壁への地金付着を防止することである。
通常の真空脱炭ではスラグレス下で高真空（１Ｔｏｒｒ以下）とするので、溶鋼表面での気泡の破裂により溶鋼が飛散して真空容器やレードル側壁に地金付着が堆積し、品質及び作業上の問題が大きい。

スラグの存在と低真空は当飛散を防止するが問題もある。脱炭処理ではガス発生量が大きく、スラグの発泡高さが過大になると危険である。スラグの発泡性は組成により大きく異なる。
図３は転炉における酸素吹錬時の発泡高さに及ぼすガス量とＦｅＯ％の影響を示す。
図から、発泡高さは当然ながらガス量に比例して増大し、他方ＦｅＯ濃度が大きいほど低下することが解る。ここからＦｅＯ濃度は２０％以上とした。

同様に、図４は発泡高さに及ぼすスラグ塩基度の影響を示す。図から塩基度が１．５を超えると発泡高さは急速に増大する。ここから塩基度（＝ＣａＯ／ＳｉＯ ₂ ）を１．０以上１．５以下と特定した。

減圧処理条件について説明する。
通常の極低炭素鋼では０．００５％Ｃ以下とするため高真空が条件となっている。攪拌ガス量にも制限があって反応速度は大きくない。
本発明では反応速度に比例的である攪拌エネルギー密度（ｋＷ／ｔｏｎ）を重視し、真空度よりもガス量に重点を置いている。

図５は反応速度（均一混合時間で代替）に及ぼす攪拌エネルギー密度の影響を示す。本願発明の減圧処理では、真空度はＲＨ法の１Ｔｏｒｒに対して約１００Ｔｏｒｒ、吹込みガス量は１０倍以上で、攪拌力は１０倍以上となる。
真空度の適正範囲として下限は、ポンプの型式によって多少異なるが、１段の真空ポンプによって容易に得られる５０Ｔｏｒｒ、上限は効果的な発泡が発現する２００Ｔｏｒｒとした。極めて経済的である。ちなみに高真空ではどの型式においても多段（３〜６）の排気装置が必要となる。
なお攪拌エネルギー密度はガス量に比例し、０．１気圧程度までは溶鋼上下の圧力比の対数に比例する。

吹込みガス組成について、ＣＯ反応促進だけであるなら不活性ガスだけでよい。本発明では脱炭と酸化を並進させるため酸素混合ガスを使用する。純酸素はプラグの耐久に良くない。アルゴンガスは高価であるから使用量削減策として、真空ポンプの排気ガスの一部を回帰させる。排気ガスは、Ａｒ，Ｏ_２，ＣＯ，ＣＯ_２，Ｎ_２から成る。

本発明の装置は特許文献３に開示された装置を改良したものである。機能が脱酸・脱非金属介在物だけでなく、脱炭＋酸化＋昇温へと拡張している。そのため装置上ではガス吹込み系は多用なガスを送給できるよう拡充している。特に精錬排ガスの回帰再使用はコスト低減に良い。
装置の簡素化として、低真空で操業されるので、先行例のような下部真空カバーは必要としない。
下部真空カバーが無いと、鉄皮底部の開口部（ノズル、プラグ）から少量の空気のリークが発生し、耐火物背面を通過して気密室に達するが必要な真空度が低水準であるから実用上問題ない。高真空を必要とする場合、当該リークは致命的欠陥となる。

熔解原料として、新断プレス等の高級屑は配合せず、電炉特級屑と低級スクラップのみの配合とする。熔落成分は、Ｃ；０．１〜０．２％、Ｓｉ；０．０１％以下、
Ｍｎ；約０．２％、Ｃｕ＋Ｎｉ＋Ｃｒ；約０．５％となる。本発明に適合する。

容量３０トンのアーク炉に後続するレードル精錬の減圧装置の仕様は以下である。
排気能力；５００Ｎｍ^３／ｈ×３台
吹込みガス量；０．１〜０．２Ｎｍ^３／分
処理圧力；７０〜２００Ｔｏｒｒ
攪拌エネルギー密度；０．１〜０．２ｋＷ／ｔ
処理時間；５〜７分
到達Ｃ％；０．０１０〜０．０２０％
一般のＬＦ（アーク加熱保有のレードル精錬装置）よりも低コストで操業可能である。

本願発明は鉄筋用棒鋼の耐食性を向上させる。

１；レードルドル台車２；レードル３；吹込みプラグ４；溶鋼５；真空カバー６；気密フランジ７；副資材ホッパー８；吸引管９；冷却塔１０；集塵機１１；真空ポンプ１２；ガス供給系１３；コンプレッサー１４；加圧排ガス管１５；酸素ガス管１６；不活性ガス管１７；混合器

Claims

組成成分が質量％において、Ｃが０．０２％以下、Ｏが０．０４％以上０．１３％以下、
Ｍｎが１．０％以下、Ｃｕ＋Ｃｒ＋Ｎｉが０．３％以上０．８％以下、Ｐが０．０５％以下、Ｓが０．０５％以下を含有し、残部がＦｅと不可避不純物からなり、降伏強度が３００ＭＰａ以上であることを特徴とする極低炭素且つ高酸素の鉄筋用棒鋼。
降伏強度を３００ＭＰａ以上とする方法が、棒鋼への熱間圧延においてフェライト温度域でなされる仕上げ圧延の後、直ちに急冷して再結晶を抑制し、加工硬化を残存させたものであることを特徴とする請求項１に記載した極低炭素且つ高酸素の鉄筋用棒鋼の製造方法。
Ｃ量を０．０２％以下、酸素量を０．０４％以上０．１３％以下とする方法が、溶解炉において溶鋼中のＣ濃度を０．０５％以下に酸化し、ＦｅＯ濃度が２０％以上で塩基度が１．０以上１．５以下の浮遊スラグとともに該溶鋼をレードルに排出し、該レードル底部から酸素含有ガスを吹き込んでＣＯ反応の促進とＦｅの酸化による発熱を図り、次いで該レードル上部開口に気密カバーを取り付け、該気密カバー内空間を真空ポンプにより５０ｔｏｒｒ以上２００ｔｏｒｒ以下に減圧しつつ吹込みを継続してなされたものであることを特徴とする請求項１に記載した極低炭素且つ高酸素の鉄筋用棒鋼の精錬方法。