JP7442675B2 - 極細のカーボランダムソーイングワイヤー用の鋼の製錬方法 - Google Patents

Description

本発明は、製鋼の技術分野に属し、極細のカーボランダムソーイングワイヤー用の鋼の製錬方法に関する。

カーボランダムソーイングワイヤーは、主にシリコンチップや宝石用原石などを切断するために使用される。それらの中で、シリコンチップは、太陽電池産業及びエレクトロニクス産業のための主原料である。切断効率を向上させるために、カーボランダムソーイングワイヤーは、通常、人間の毛髪よりも細い０．０４～０．０５５ｍｍの直径を有する極細の仕様を必要とする。極細の仕様は、鋼中の介在物の制御に関して厳しい要件を課している。鋼に含有される全ての介在物の幅は、１０μｍ未満とすべきであり、脆いアルミニウムの介在物を含んではならない。

従来技術では、一部の日本企業は、転炉～精錬炉～連続鋳造～一次圧延～ワイヤー圧延のプロセスで製造を行っている。この製錬工程では、主に、耐火材料のアルミニウム含有量を厳密に制御し、介在物の変性処理を行って介在物を製錬し、線材が変形能を有するように、介在物を制御している。それでも、このプロセスによって製造された鋼線材には、カーボランダムソーイングワイヤーの伸線プロセス中にワイヤー破断が起こる現象が依然としてあり、ワイヤー破断の主な原因は、大きな粒子状のシリカ－アルミナの介在物である。ワイヤー破断は、伸線製造に大きな影響を与え、ワイヤーを接続する時間は、ワイヤー破断後２時間を超える可能性がある。

転炉プロセス及び電気炉プロセスを使用してカーボランダムソーイングワイヤー用の鋼を製造する能力を持たない企業は、脆いアルミナ介在物を完全に存在しない状態にすること及び高含有量のマグネシア介在物を制御することができないという主な問題に直面する。このような介在物を、耐火材料の改良によって制御した場合、プロセス全体の製造コストは大幅に増加する。

しかし、カーボランダムソーイングワイヤーの需要は小さく、その利益はプロセス全体における耐火材料のコストの増加を相殺することはできない。したがって、転炉プロセス又は電気炉プロセスによるカーボランダムソーイングワイヤーの製造は、経済的利益を得ることができない。カーボランダムソーイングワイヤーが十分な破断力を供給し、シリコンチップを効率的に切断できることを確実にするために、鋼中の炭素含有量に対する要件は高い。一般に、質量百分率での炭素含有量は、少なくとも０．９２％以上、好ましくは１％を上回ることが必要であり、加えて、窒素含有量は５０ｐｐｍ未満であることが要求されるが、このような成分量は、他の鋼種では使用することができない。転炉プロセス又は電気炉プロセスによるカーボランダムソーイングワイヤー用の鋼の大規模生産プロセスでは、介在物の制御が基準に達しないと、バッチ全体の鋼は廃棄されるリスクに直面することになり、同時に、連続鋳造プロセスで鋼を連続的に生産することはできない。市場の需要の観点からは、その強い耐久性のために、使用中のカーボランダムソーイングワイヤーの消費量は大きくなく、例えば、中国における市場需要は２，０００～１０，０００トンに維持され、カーボランダムソーイングワイヤーの製造業者は、通常、鉄鋼製造業者から毎回わずか３０トンを注文するにすぎない。この場合、電気炉プロセス又は転炉プロセスを使った１００トン以上の生産は、その生産が計画できないという問題を引き起こすこととなる。

従来技術における上述の課題を克服するために、本発明は、要件の高い極細のカーボランダムソーイングワイヤー用の鋼を製錬するための小規模プロセスを提供する。本プロセスは、介在物を制御して、カーボランダムソーイングワイヤーの伸線プロセス中にワイヤー破断を起こさないような極細のカーボランダムソーイングワイヤーを製造することができる。

解決すべき技術的課題は、以下の技術的解決手段によって実現できる。

極細のカーボランダムソーイングワイヤー用の鋼の製錬方法を提供するものであって、その製錬方法は、真空誘導炉での製錬～エレクトロスラグ～鍛造～ワイヤー圧延に要約することができ、その方法に含まれる主な工程は以下の通りである。

１）容量２～５トンの真空誘導炉で、アルゴンの保護下で原料を２～５トンの液体溶鋼に溶解する。原料は、炭素を含まない純鉄と、炭素含有量が３．５質量％～４．５質量％及びリン含有量が０．０６質量％未満の低リン銑鉄とを使用する。その後、真空化して、３００Ｐａ以下の高真空条件下で１５～２０分間、真空製錬及び脱ガスを行い、脱酸素剤として高純度ケイ素鉄を用いて脱酸素を行って溶鋼の成分を調整する。ここで、アルミニウム含有脱酸素剤は脱酸素プロセス中では厳禁である。溶鋼の成分を調整した後、真空中で１～２個の円形鋼塊を鋳造するが、各鋼塊の質量は１．５～２．５トン、直径は０．３５～０．４ｍ、及び長さは２～３ｍである。

本方法では、真空誘導炉は、本発明が対象とする鋼種についての脱窒素要件を満たすために、小規模製錬が可能であり、真空脱ガス機能を備えているという特性から、一次製錬炉として選択される。さらに、真空誘導炉は、真空保護鋳造も実現でき、室内雰囲気下での鋳造による溶鋼の二次酸化や窒素吸収を回避できる。鋳造鋼塊の重量が１．５～２．５トンであることを考えると、１～２個の鋼塊を鋳造する必要がある場合は、２～５トン規模の真空誘導炉を選択して生産する必要があるが、大規模な誘導炉を選択した場合、３つ以上の鋼塊を鋳造する必要があるため、真空鋳造の実現は困難になる。純鉄と銑鉄を原料として選択するのは、主に鋼種の炭素含有量の構成によるものである。銑鉄は、約４％の炭素（質量）を含有しており、最終的な溶鋼の炭素含有量が約１％（質量）であるという要件を満たすことができ、さらに、純鉄と銑鉄中の有害な残留元素の含有量が低いため、鋼中の有害な残留元素が基準を超えないことを保証できる。高真空条件下で１５～２０分間、脱ガスすることは、主に脱窒素が鋼種についての要件を満たすことを確実にするためであり、同時に脱水素化を起こし、水素による亀裂が発生しないようにすることもできる。溶鋼の成分は真空製錬プロセス中に調整でき、製品の最終組成要件を満たすように高純度マンガンと高純度ケイ素鉄を添加し、ここで、高純度ケイ素鉄とは、シリコン含有量が７５～８５質量％及びアルミニウム含有量が０．００５質量％未満の鉄材料を指す。脱酸素剤として高純度ケイ素鉄を使用する主な理由は、通常のケイ素鉄のアルミニウム含有量が高く、これにより最終的なアルミニウム含有量が基準を超える可能性があるためである。極細のカーボランダムワイヤー用の鋼に含有されるアルミナ含有量の高い介在物は脆いもので、それはカーボランダムソーイングワイヤーの伸線に大きなダメージを与えるため、アルミニウム含有脱酸素剤の添加は厳禁である。最終的な鋼塊サイズの選択は、主に後続のプロセスに含まれるエレクトロスラグの電極棒のサイズの要件に基づいている。

２）円形鋼塊の表面を清浄し、収縮した端部の５～１０ｃｍを切り取ってエレクトロスラグ製錬用の電極棒を製造する。本願でいう「収縮した端部」とは、最終的に凝固する鋼塊の端を指す。

３）エレクトロスラグ炉で電極棒を原料として再溶解及び製錬する。ここで、エレクトロスラグの保護スラグは、質量百分率で、ＣａＦ₂：４５～５５％、Ａｌ₂Ｏ₃：１５～２５％、ＳｉＯ₂：２０～２５％、Ｎａ₂Ｏ：２～４％、及びＫ₂Ｏ：１～２％を含み、エレクトロスラグ炉内で電極棒を直径０．４～０．５ｍの円筒形のエレクトロスラグ鋼塊に製錬する。

エレクトロスラグ炉での再溶解及び製錬中、晶析装置内の電極棒、スラグ、及び溶鋼は、電圧印加回路に接続されている。低電圧（４０～６０Ｖの電圧）及び高電流（１０～２０ＫＡの電流）の条件下で、エレクトロスラグの保護スラグを使用して局所加熱を発生させ、その結果、電極棒上部のエレクトロスラグの保護スラグと接触している部分が徐々に溶けて液滴になり、電極棒から分離された液滴の大部分が、エレクトロスラグの保護スラグのスラグ層を通過して晶析装置の溶鋼浴に落下すると、溶鋼浴の晶析装置と接触している部分が再び凝固する。エレクトロスラグ炉での再溶解及び製錬中、溶鋼は、エレクトロスラグの保護スラグによって濾過され、大きな介在物を完全に除去でき、残りの介在物は全て１３μｍ未満であり、一方、エレクトロスラグ炉で再溶融及び製錬によって得られたエレクトロスラグ鋼塊の構造は、均一で密度が高い。エレクトロスラグ炉での再溶解及び製錬の後、鋼に残存する介在物は、エレクトロスラグ炉内のエレクトロスラグの保護スラグの組成に近くなっている。したがって、本発明の技術的解決手段では、エレクトロスラグの保護スラグの組成を、ＣａＦ₂：４５～５５％、Ａｌ₂Ｏ₃：１５～２５％、ＳｉＯ₂：２０～２５％、Ｎａ₂Ｏ：２～４％、及びＫ₂Ｏ：１～２％（エレクトロスラグの保護スラグの全質量を１００％として）に制御して、溶鋼中の残存小粒子介在物の組成もこの範囲に入るように制御する。エレクトロスラグの保護スラグ中では、Ｃ_aＦ₂の一部はＣａＯに変換される。この範囲の介在物は、融点が低く可塑化能力が強い特性を有し、その後の鍛造及び圧延プロセス中に、鍛造方向又は圧延方向に沿って鋼塊を十分に変形させることができ、変形後の介在物の幅は全て７μｍ未満である。さらに、介在物と鋼との接触面は比較的滑らかであり、伸線プロセス中の鋼への損傷が小さく、伸線中にワイヤー破断を引き起こさず、カーボランダムワイヤーがシリコンチップの切断プロセスで破断することもない。エレクトロスラグ鋼塊のサイズの選択は、主にエレクトロスラグ晶析装置の設計とその後の鍛造の利便性に基づいている。

４）エレクトロスラグ鋼塊をワイヤー圧延用鍛造ビレットに鍛造する。ここで、鍛造ビレットは、一辺の長さが０．１４０～０．１６０ｍの正方形の横断面を有する正方形ビレットであり、鍛造ビレットの長さは６ｍより大きく１４ｍ未満である。

５）鍛造ビレットをワイヤー圧延プロセスにより、直径規格が４．５～５．５ｍｍの鋼線材に圧延する。ここで、鋼線材は、質量百分率で、［Ｃ］：０．９２～１．１％、［Ｓｉ］：０．３～０．４％、［Ｍｎ］：０．５～０．８％、［Ａｌ］：０．０００８％未満、［Ｎ］：０．００５％未満、［Ｓ］：０．０１％未満、［Ｐ］：０．０１５％未満の成分、並びに残部の鉄及び不可避不純物を含む。

本発明により製造された鋼線材は、最終的に直径０．０４～０．０５５ｍｍの極細の仕様のカーボランダムソーイングワイヤーに伸線することができ、伸線プロセスでワイヤー破断が起こらず、シリコンチップや宝石用原石などの高効率切断に適している。

本発明の技術的解決手段のさらなる改善として、工程１）において、真空誘導炉での製錬の終了時に、溶鋼は、質量百分率で、［Ｃ］：０．９４～１．１％、［Ｓｉ］：０．３５～０．４５％、［Ｍｎ］：０．６～０．８％、［Ａｌ］：０．００１％未満、［Ｎ］：０．００４５％未満、［Ｓ］：０．０１％未満、［Ｐ］：０．０１５％未満の元素成分、並びに残部の鉄及び不可避不純物を含むことがさらに必要である。具体的には、エレクトロスラグプロセス中にシリコンがさらに減少することを考慮すると、真空誘導炉での製錬後のシリコン含有量は、より高くなるはずであり、さらに、アルミニウムは、エレクトロスラグプロセス中にさらに減少するので、この段階では、必要であっても、［Ａｌ］＜０．０００８％は達成が難しいと思われ、したがって、［Ａｌ］＜０．００１％に設定される。

真空誘導炉での製錬終了時の溶鋼の温度は、１４６０～１５００℃で制御されるが、真空誘導炉で製錬後、保護雰囲気としてアルゴンを適切に吹き込み、真空誘導炉内の圧力を１００００Ｐａ～２００００Ｐａに調整し、そこで保護雰囲気下で鋳造を行うようにする。保護雰囲気は、例えばアルゴンであるが、これに限定されず、鋳造モールドは鋳鉄製モールドを採用する。

真空誘導炉での製錬終了時の、溶鋼中の炭素、シリコン及びアルミニウムの含有量は、エレクトロスラグ炉で再溶解及び製錬した後の鋼中の含有量よりもわずかに高くなるが、これは、主に、エレクトロスラグ炉での再溶解及び製錬中の溶鋼中の炭素、シリコン及びアルミニウムの一定の減少によるものである。真空誘導炉での製錬終了時の溶鋼の温度は、１４６０～１５００℃に制御されており、これは、主に、鋳造の過熱度が２０～６０℃であり、エレクトロスラグ製錬が可能な電極棒を鋳造できることを考慮している。実際の生産では、鋼塊を１つだけ鋳造する場合、終点温度を下限近く、すなわち１４６０℃近くに制御し、２つの鋼塊を鋳造する場合、終点温度を上限近く、すなわち１５００℃近くに制御する。さもなければ、２番目の鋼塊の鋳造が完了しない可能性がある。真空保護鋳造は、鋳造プロセス中の窒素の吸収及び二次酸化を防ぐためである。

本発明の技術的解決手段のさらなる改善として、工程１）において、鉄原料（鉄原料は純鉄と低リン銑鉄を含む）が完全に溶解した後、スラグ生成、脱リン及び脱硫のために、鉄原料１トンあたり２～５ｋｇの石灰を添加する。真空誘導炉での製錬中、スラグ用材料を過剰に添加することは望ましくない（本発明の技術的解決手段では、スラグ用材料は石灰である）。さもなければ、スラグ用材料の溶融が困難になり、脱ガスに影響するなどの問題が発生する。ただし、原材料は必然的に硫黄とリンを含有しているため、脱硫と脱リンを十分に行うために、少量の石灰を添加して製品の硫黄とリンの含有量の要件を満たすことはできる。

本発明の技術的解決手段のさらなる改善として、工程３）において、限定されないがアルゴンを含む保護雰囲気下でエレクトロスラグプロセスを実行する必要があり、エレクトロスラグ炉で再溶解及び製錬する工程は、一定の溶解速度での再溶解及び製錬である。

保護雰囲気下のエレクトロスラグ炉で再溶解及び製錬する工程は、主に酸化を防ぐためである。二次酸化が重大な問題となる場合、それは酸化により溶鋼中のシリコンと炭素の大幅な減少につながり、同時に、溶鋼の二次酸化により、より多くのシリカ介在物が形成されるが、それは溶鋼中の介在物の制御には好ましくない。

本発明は、カーボランダムワイヤーのための鋼線材を製造するための、全く新しいプロセス経路を開発するものであり、すなわち、真空誘導炉での製錬～エレクトロスラグ～鍛造～ワイヤー圧延という工程によるものである。このようなプロセス経路の採用は、主にカーボランダムワイヤー用の鋼の需要が低く、要件が高いという特性に基づいているが、これによりカーボランダムワイヤー用の鋼の小規模生産が容易になり、各バッチで注文数量よりもはるかに多くの重量の鋼を生産することができ、大規模な転炉プロセス又は電気炉プロセスを採用することで活用できない過剰な量の余分な鋼が出るという問題を解決することができる。このプロセスでは、エレクトロスラグプロセスによって大きな微粒子の介在物及び脆い介在物を完全に除去し、介在物の可塑化の要求範囲内に介在物の組成を制御できるため、鋼中の全ての介在物を汚染除去しカーボランダムワイヤーの伸線中のワイヤー破断を防止することができる。このプロセスでは、生産は夜間にも行うことができ、低需要期には送電網容量をフルに活用することができる。

上記の技術的解決手段が提供するプロセスには、極細のカーボランダムソーイングワイヤー用の鋼を、小規模で柔軟かつ安定的に生産することができ、得られた最終鋼線材中の介在物の幅は全て７μｍ未満であり、カーボランダムワイヤーの各伸線プロセス中の鋼線材に対して、介在物に起因するワイヤーの破断が発生することはない、という有益な効果がある。

本発明は、極細のカーボランダムソーイングワイヤー用の高品質な鋼を製造するため、新しい製鋼プロセス経路の設計を通じ、極細のカーボランダムソーイングワイヤー用の鋼の製錬方法であって、カーボランダムソーイングワイヤー用の鋼の製造を柔軟かつ安定的に行うことができ、その後に続くカーボランダムワイヤー伸線プロセスにおいて、介在物の制御不良によって起こるワイヤー破断の問題を根本的に解決する方法を提供する。

本方法には、次の主な工程を含む。
１）炭素を含まない純鉄と、３．５％～４．５％の炭素及び０．０６％未満のリンを含有する低リン銑鉄とを原料として使用し、真空誘導炉で極細のカーボランダムソーイングワイヤー用の鋼の溶鋼マスターバッチを製錬し、続いて、鋳造により円形鋼塊を製造する。

２）円形鋼塊から、エレクトロスラグ製錬用の電極棒を製造する。

３）電極棒を原料として、エレクトロスラグ炉で再溶解及び製錬してエレクトロスラグ鋼塊を製造し、ここで、エレクトロスラグの保護スラグは、質量百分率で、ＣａＦ₂：４５～５５％、Ａｌ₂Ｏ₃：１５～２５％、ＳｉＯ₂：２０～２５％、Ｎａ₂Ｏ：２～４％、Ｋ２Ｏ：１～２％の成分を含む。

４）鋳造する。

５）ワイヤー圧延プロセスにより、直径４．５～５．５ｍｍの鋼線材に圧延し、ここで、鋼線材は、質量百分率で、［Ｃ］：０．９２～１．１％、［Ｓｉ］：０．３～０．４％、［Ｍｎ］：０．５～０．８％、［Ａｌ］：０．０００８％未満、［Ｎ］：０．００５％未満、［Ｓ］：０．０１％未満、［Ｐ］：０．０１５％未満の化学元素、並びに残部の鉄及び不可避不純物を含む。

鋼線材は、直径０．０４～０．０５５ｍｍのカーボランダムワイヤーに伸線することができ、伸線プロセスで、介在物の制御不良によるワイヤー破断が発生することはない。

［実施例１］
本願により提供される、真空誘導炉～エレクトロスラグ～鍛造～ワイヤー圧延における製錬方法は、カーボランダムソーイングワイヤー用の鋼の製造に使用され、その主な工程段階は次の通りである。

１）炭素を含まない純鉄ロッド１．５トン及び炭素４％を含有する銑鉄０．５トン（銑鉄中のリン含有量は０．０６％未満）を原料として使用し、容量２トンで真空鋳造の機能を有する真空誘導炉で、アルゴンの保護下で２トンの液体溶鋼に溶解する。溶鋼が完全に溶解した後、１０ｋｇの石灰を加え、真空化して３００Ｐａ以下の高真空条件下で、１５分間の脱ガスを含む真空製錬を開始する。真空製錬のプロセスでは、溶鋼の成分を調整するために、８ｋｇの高純度ケイ素鉄（７５％のシリコン含有）と１８ｋｇの純マンガン合金を添加し、ここで、本工程での製錬後、溶鋼は、質量百分率で、［Ｃ］：１．０５％、［Ｓｉ］：０．４１％、［Ｍｎ］：０．７％、［Ａｌ］：０．０００７９％、［Ｎ］：０．００４０％、［Ｓ］：０．００８％、［Ｐ］：０．０１４％の化学元素、並びに残部の鉄及び不可避不純物を含む。次に、炉内の圧力を１００００Ｐａ又はわずかにより高く、溶鋼の温度を１４６５℃に調整しながら、アルゴンを真空誘導炉に吹き込み、最後に円形の鋼塊を真空下で鋳造する。鋼塊は単体で、質量２トン、直径０．３５ｍ、及び長さ２．８ｍである。

２）円形鋼塊の表面を研削により清浄し、収縮した端部のある鋼塊ヘッドの５ｃｍを切り取ってエレクトロスラグ製錬用の電極棒を製造する。

３）電極棒は、アルゴン保護雰囲気下のエレクトロスラグ炉で、一定の熔解速度で再溶解及び製錬するための原料として使用される。エレクトロスラグの保護スラグは、質量百分率で、ＣａＦ₂：４５％、Ａｌ₂Ｏ₃：２５％、ＳｉＯ₂：２５％、Ｎａ₂Ｏ：３％、Ｋ₂Ｏ：２％を含む。電極棒をエレクトロスラグ炉で、直径０．４５ｍ、長さ１．６ｍの円筒形のエレクトロスラグ鋼塊に製錬する。

４）エレクトロスラグ鋼塊をワイヤー圧延用鍛造ビレットに鍛造し、ここで、鍛造ビレットは、一辺の長さが０．１４０の正方形の横断面を有する正方形ビレットであり、鍛造ビレットの長さは１２．５ｍである。

５）鍛造ビレットをワイヤー圧延プロセスにより直径４．５ｍｍの鋼線材に圧延する。鋼線材は、質量百分率で、［Ｃ］：１．０２％、［Ｓｉ］：０．３５％、［Ｍｎ］：０．６％、［Ａｌ］：０．０００５％、［Ｎ］：０．００４８％、［Ｓ］：０．００８％、［Ｐ］：０．０１４％の化学元素、並びに残部の鉄及び不可避不純物を含む。鋼線材中の介在物は、ＣａＦ₂ーＣａＯーＳｉＯ₂ーＡｌ₂Ｏ₃ーＮａ₂ＯーＫ₂Ｏ複合介在物、及びＳｉＯ₂ーＡｌ₂Ｏ₃ーＭｎＯーＣａＯーＭｇＯーＮａ₂ＯーＫ₂Ｏ複合介在物として検出される（両複合介在物中のＳｉＯ₂含有量は５０％を超える）。これら二系列の介在物は可塑性が良好で、介在物の幅は全て６μｍ未満であり、これらは無害な介在物であり、鋼線材の伸線プロセス中にワイヤー破断を引き起こすことはない。

本実施例で製造した鋼線材は、最終的に直径０．０５ｍｍのカーボランダムマスターワイヤーに伸線することができ、伸線プロセス中にワイヤー破断を起こさず、カーボランダムワイヤーは、シリコンチップや宝石原石などの高効率切断に使用することができる。

［実施例２］
本願により提供される、真空誘導炉～エレクトロスラグ～鍛造～ワイヤー圧延における製錬方法は、カーボランダムソーイングワイヤー用の鋼の製造に使用され、その主な工程段階は次の通りである。

１）炭素を含まない純鉄ロッド３．７５トン及び炭素３．９％を含有する銑鉄１．２５トン（銑鉄中のリン含有量は０．０６％未満）を原料として使用し、容量５トンで真空鋳造の機能を有する真空誘導炉で、アルゴンの保護下で５トンの液体溶鋼に溶解する。溶鋼が完全に溶解した後、２０ｋｇの石灰を加え、真空化して３００Ｐａ以下の高真空条件下で、２０分間の脱ガスを含む真空製錬を開始する。真空製錬のプロセスでは、２０ｋｇの高純度ケイ素鉄（７５％のシリコン含有）と４５ｋｇの純マンガン合金を添加し、ここで、本工程で製錬後、溶鋼は、質量百分率で、［Ｃ］：０．９６％、［Ｓｉ］：０．４５％、［Ｍｎ］：０．７５％、［Ａｌ］：０．０００９％、［Ｎ］：０．００３８％、［Ｓ］：０．００９５％、［Ｐ］：０．０１３％の化学元素、並びに残部の鉄及び不可避不純物を含む。次に、炉内の圧力を１２０００Ｐａ又はわずかにより高く、溶鋼の温度を１４８５℃に調整しながら、アルゴンを真空誘導炉に吹き込み、最後に２個の円形鋼塊を真空下で鋳造するが、各鋼塊は、質量２．５トン、直径０．４ｍ、及び長さ２．６ｍである。

２）円形鋼塊の表面を研削により清浄し、収縮した端部のある鋼塊ヘッドの６ｃｍを切り取ってエレクトロスラグ製錬用の電極棒を製造する。

３）電極棒は、アルゴン保護雰囲気下のエレクトロスラグ炉で、一定の熔解速度で再溶解及び製錬するための原料として使用される。エレクトロスラグの保護スラグは、質量百分率で、ＣａＦ₂：５１％、Ａｌ₂Ｏ₃：２２％、ＳｉＯ₂：２３％、Ｎａ₂Ｏ：３％、Ｋ₂Ｏ：１％を含み、電極棒をエレクトロスラグ炉で、直径０．５ｍ、長さ１．５ｍの円筒形のエレクトロスラグ鋼塊に製錬する。

４）エレクトロスラグ鋼塊をワイヤー圧延用鍛造ビレットに鍛造し、ここで、鍛造ビレットは、一辺の長さが０．１６０ｍの正方形の横断面を有する正方形ビレットであり、鍛造ビレットの長さは１２ｍである。

５）鍛造ビレットをワイヤー圧延プロセスにより直径５ｍｍの鋼線材に圧延する。鋼線材は、質量百分率で、［Ｃ］：０．９３％、［Ｓｉ］：０．４％、［Ｍｎ］：０．５％、［Ａｌ］：０．０００６％、［Ｎ］：０．００４０％、［Ｓ］：０．００９５％、［Ｐ］：０．０１３％の化学元素、並びに残部の鉄及び不可避不純物を含む。鋼線材中の介在物は、ＣａＦ₂ーＣａＯーＳｉＯ₂ーＡｌ₂Ｏ₃ーＮａ₂ＯーＫ₂Ｏ複合介在物、及びＳｉＯ₂ーＡｌ₂Ｏ₃ーＭｎＯーＣａＯーＭｇＯーＮａ₂ＯーＫ₂Ｏ複合介在物として検出される（両複合介在物中のＳｉＯ₂含有量は６０％を超える）。これら二系列の介在物は可塑性が良好で、介在物の幅は全て７μｍ未満であり、これらは無害な介在物であり、鋼線材の伸線プロセス中にワイヤー破断を引き起こすことはない。

本実施例で製造した鋼線材は、最終的に直径０．０５５ｍｍのカーボランダムマスターワイヤーに伸線することができ、伸線プロセス中にワイヤー破断を起こさず、カーボランダムワイヤーは、シリコンチップや宝石原石などの高効率切断に使用することができる。

［実施例３］
本願により提供される、真空誘導炉～エレクトロスラグ～鍛造～ワイヤー圧延における製錬方法は、カーボランダムソーイングワイヤー用の鋼の製造に使用され、その主な工程段階は次の通りである。

１）炭素を含まない純鉄ロッド３トン及び炭素４．２％を含有する銑鉄１トン（銑鉄中のリン含有量は０．０６％未満）を原料として使用し、容量４トンで真空鋳造の機能を有する真空誘導炉で、アルゴンの保護下で４トンの液体溶鋼に溶解する。溶鋼が完全に溶解した後、１５ｋｇの石灰を加え、真空化して２５０Ｐａ以下の高真空条件下で、１８分間の脱ガスを含む真空製錬を開始する。真空製錬のプロセスでは、脱酸素用の脱酸素剤として、１５ｋｇの高純度ケイ素鉄（７５％のシリコン含有）と３３ｋｇの純マンガン合金を添加し、ここで、本工程での製錬後、溶鋼は、重量百分率で、［Ｃ］：１．１％、［Ｓｉ］：０．３５％、［Ｍｎ］：０．６％、［Ａｌ］：０．０００７％、［Ｎ］：０．００３４％、［Ｓ］：０．００９９％、［Ｐ］：０．０１２％の化学元素、並びに残部の鉄及び不可避不純物を含む。次に、炉内の圧力を１５０００Ｐａ又はわずかにより高く、溶鋼の温度を１４９５℃に調整しながら、アルゴンを真空誘導炉に吹き込み、最後に２個の円形鋼塊を真空下で鋳造する。各鋼塊は、質量２トン、直径０．３８ｍ、及び長さ２．４ｍである。

２）円形鋼塊の表面を研削により清浄し、収縮した端部のある鋼塊ヘッドの８ｃｍを切り取ってエレクトロスラグ製錬用の電極棒を製作する。

３）電極棒は、アルゴン保護雰囲気下のエレクトロスラグ炉で、一定の熔解速度で再溶解及び製錬するための原料として使用される。エレクトロスラグの保護スラグは、質量百分率で、ＣａＦ₂：５５％、Ａｌ₂Ｏ₃：１５％、ＳｉＯ₂：２４％、Ｎａ₂Ｏ：４％、Ｋ₂Ｏ：２％を含み、電極棒をエレクトロスラグ炉で、直径０．４５ｍ、長さ１．５ｍの円筒形のエレクトロスラグ鋼塊に製錬する。

４）エレクトロスラグ鋼塊をワイヤー圧延用鍛造ビレットに鍛造し、ここで、鍛造ビレットは、一辺の長さが０．１５ｍの正方形の横断面を有する正方形ビレットであり、鍛造ビレットの長さは１０．３ｍである。

５）鍛造ビレットをワイヤー圧延プロセスにより直径５．５ｍｍの鋼線材に圧延する。鋼線材は、質量百分率で、［Ｃ］：１．０５％、［Ｓｉ］：０．３％、［Ｍｎ］：０．５％、［Ａｌ］：０．０００５％、［Ｎ］：０．００３８％、［Ｓ］：０．００９９％、［Ｐ］：０．０１２％の化学元素、並びに残部の鉄及び不可避不純物を含む。鋼線材中の介在物は、ＣａＦ₂ーＣａＯーＳｉＯ₂ーＡｌ₂Ｏ₃ーＮａ₂ＯーＫ₂Ｏ複合介在物、及びＳｉＯ₂ーＡｌ₂Ｏ₃ーＭｎＯーＣａＯーＭｇＯーＮａ₂ＯーＫ₂Ｏ複合介在物として検出される（両複合介在物中のＳｉＯ₂含有量は５０％を超える）。これら二系列の介在物は可塑性が良好で、介在物の幅は全て５μｍ未満であり、これらは無害な介在物であり、鋼線材の伸線プロセス中にワイヤー破断を引き起こすことはない。

本実施例で製造した鋼線材は、最終的に直径０．０４ｍｍのカーボランダムマスターワイヤーに伸線することができ、伸線プロセス中にワイヤー破断を起こさず、カーボランダムワイヤーは、シリコンチップや宝石原石などの高効率切断に使用することができる。

Claims (7)

1. 極細のカーボランダムソーイングワイヤー用の鋼の製錬方法であって、
   １）真空誘導炉で、アルゴンの保護下で原料を液体溶鋼に溶解し、前記原料は、炭素を含まない純鉄と、炭素含有量が３．５質量％～４．５質量％の低リン銑鉄とを使用し、次に、真空化して、３００Ｐａ未満の条件下で真空製錬を行って、１５～２０分間、脱ガスし、さらに脱酸素剤として高純度ケイ素鉄を用いて脱酸素を行って、前記溶鋼の成分を調整し、次に、前記溶鋼の前記成分を調整した後、真空条件下で円形鋼塊を鋳造し、ここで、各鋼塊の質量は１．５～２．５トン、直径は０．３５～０．４ｍ、及び長さは２～３ｍである、工程と、
   ２）前記円形鋼塊の表面を清浄し、エレクトロスラグ製錬用の電極棒を製造する工程と、
   ３）前記電極棒を原料として、エレクトロスラグ炉で再溶解及び製錬し、ここで、エレクトロスラグの保護スラグは、質量百分率で、ＣａＦ_２：４５～５５％、Ａｌ_２Ｏ_３：１５～２５％、ＳｉＯ_２：２０～２５％、Ｎａ_２Ｏ：２～４％、及びＫ_２Ｏ：１～２％を含み、
   前記エレクトロスラグ炉内で前記電極棒を直径０．４～０．５ｍの円筒形のエレクトロスラグ鋼塊に製錬する、工程と、
   ４）前記エレクトロスラグ鋼塊をワイヤー圧延用鍛造ビレットに鍛造し、ここで、前記鍛造ビレットは、一辺の長さが０．１４０～０．１６０ｍの正方形の横断面を有する正方形ビレットであり、前記鍛造ビレットの長さは６ｍより大きい、工程と、
   ５）前記鍛造ビレットをワイヤー圧延プロセスにより直径４．５～５．５ｍｍの鋼線材に圧延し、ここで、前記鋼線材は、重量百分率で、［Ｃ］：０．９２～１．１％、［Ｓｉ］：０．３～０．４％、［Ｍｎ］：０．５～０．８％、［Ａｌ］：０．０００８％未満、［Ｎ］：０．００５％未満、［Ｓ］：０．０１％未満、［Ｐ］：０．０１５％未満の化学元素を含む、工程と、
   を含む方法。
2. 前記真空誘導炉の容量が２～５トンである、請求項１に記載の極細のカーボランダムソーイングワイヤー用の鋼の製錬方法。
3. 前記工程２）において、前記円形鋼塊の表面を清浄した後、収縮した端部の５～１０ｃｍを切り取る、請求項１に記載の極細のカーボランダムソーイングワイヤー用の鋼の製錬方法。
4. 前記工程１）の前記真空誘導炉で製錬する工程において、前記製錬後に、前記溶鋼が質量百分率で、［Ｃ］：０．９４～１．１％、［Ｓｉ］：０．３５～０．４５％、［Ｍｎ］：０．６～０．８％、［Ａｌ］：０．００１％未満、［Ｎ］：０．００４５％未満、［Ｓ］：０．０１％未満、［Ｐ］：０．０１５％未満の元素成分、並びに残部の鉄及び不可避不純物を含み、前記溶鋼の温度は、１４６０～１５００℃で制御され、前記製錬後、保護雰囲気としてアルゴンを吹き込んで、前記真空誘導炉内の圧力を１００００～２００００Ｐａに調整し、前記保護雰囲気下で鋳造を行う、請求項１に記載の極細のカーボランダムソーイングワイヤー用の鋼の製錬方法。
5. 前記工程１）において、前記鋼塊を鋳造するための鋳造モールドが鋳鉄製モールドである、請求項１又は４に記載の極細のカーボランダムソーイングワイヤー用の鋼の製錬方法。
6. 前記工程１）において、前記原料が完全に溶解した後、スラグ生成、脱リン及び脱硫のために前記原料１トンあたり２～５ｋｇの石灰を添加する、請求項１に記載の極細のカーボランダムソーイングワイヤー用の鋼の製錬方法。
7. 前記工程３）が保護雰囲気下で行われ、前記エレクトロスラグ炉で再溶解及び製錬する工程は、前記エレクトロスラグ炉での一定の溶解速度での再溶解及び製錬である、請求項１に記載の極細のカーボランダムソーイングワイヤー用の鋼の製錬方法。