JPH0543928A - 超高清浄度鋼の製造方法 - Google Patents
超高清浄度鋼の製造方法Info
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- JPH0543928A JPH0543928A JP20091291A JP20091291A JPH0543928A JP H0543928 A JPH0543928 A JP H0543928A JP 20091291 A JP20091291 A JP 20091291A JP 20091291 A JP20091291 A JP 20091291A JP H0543928 A JPH0543928 A JP H0543928A
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- Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は介在物の極めて少ない超高清浄度鋼
の製造方法を提供する。 【構成】 電子ビーム溶解において溶解素材のカルシウ
ムおよびマグネシウムの濃度を０．０００５ｗｔ％以下
とし、鋳塊の酸素濃度とアルミニウム濃度の積を、
〔Ｏ〕3 ×〔Ａｌ〕2 ≦１．０×１０-15となるように
溶解することにより、介在物の晶出を抑制する効果を
得、介在物の少ない鋳塊の製造が可能となる。 【効果】 介在物清浄性の要求される線材、棒鋼等の製
造において伸線性、疲労強度および表面品質が大幅に向
上する。
の製造方法を提供する。 【構成】 電子ビーム溶解において溶解素材のカルシウ
ムおよびマグネシウムの濃度を０．０００５ｗｔ％以下
とし、鋳塊の酸素濃度とアルミニウム濃度の積を、
〔Ｏ〕3 ×〔Ａｌ〕2 ≦１．０×１０-15となるように
溶解することにより、介在物の晶出を抑制する効果を
得、介在物の少ない鋳塊の製造が可能となる。 【効果】 介在物清浄性の要求される線材、棒鋼等の製
造において伸線性、疲労強度および表面品質が大幅に向
上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子ビーム溶解法を用
いて介在物の極めて少ない超高清浄度の炭素鋼、合金鋼
を製造する方法に関するものである。
いて介在物の極めて少ない超高清浄度の炭素鋼、合金鋼
を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】炭素鋼、合金鋼の高清浄化は、特に軸
受、タイヤコード、バネ等の線材、棒鋼等の分野で要求
されている。これは高清浄化により表面欠陥防止、伸線
加工性の向上および疲労強度の向上が達成されるためで
ある。このような高清浄化を達成しうる方法の一つとし
て電子ビーム溶解法が知られている。電子ビーム溶解法
は、電子ビームの照射特性である高温・高真空下での溶
解・精錬により不純物元素の蒸発除去が可能であり、鋳
塊の高純化および高清浄化が達成できる。
受、タイヤコード、バネ等の線材、棒鋼等の分野で要求
されている。これは高清浄化により表面欠陥防止、伸線
加工性の向上および疲労強度の向上が達成されるためで
ある。このような高清浄化を達成しうる方法の一つとし
て電子ビーム溶解法が知られている。電子ビーム溶解法
は、電子ビームの照射特性である高温・高真空下での溶
解・精錬により不純物元素の蒸発除去が可能であり、鋳
塊の高純化および高清浄化が達成できる。
【０００３】本出願人は電子ビーム溶解による高清浄鋼
の製造方法として、特願平２−１０５４４３号によっ
て、溶解エネルギー、溶解真空度、溶融プール表面積お
よび溶解素材成分を規制する方法を出願した。この方法
によれば、従来の大量生産工程により製造された鋳塊に
比べて介在物が低減するが、介在物を極めて少ない（ゼ
ロに近い）レベルまで減少することはできていない。
の製造方法として、特願平２−１０５４４３号によっ
て、溶解エネルギー、溶解真空度、溶融プール表面積お
よび溶解素材成分を規制する方法を出願した。この方法
によれば、従来の大量生産工程により製造された鋳塊に
比べて介在物が低減するが、介在物を極めて少ない（ゼ
ロに近い）レベルまで減少することはできていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は炭素鋼、合金
鋼の電子ビーム溶解において、溶解素材成分および鋳塊
成分を規制することによって、介在物の極めて少ない鋳
塊を安定して製造することを目的とするものである。
鋼の電子ビーム溶解において、溶解素材成分および鋳塊
成分を規制することによって、介在物の極めて少ない鋳
塊を安定して製造することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は炭素鋼、合金鋼
の溶解において、〔Ｃａ〕および〔Ｍｇ〕の濃度（ｗｔ
％）が０．０００５％以下の材料を溶解素材とし、電子
ビーム溶解法によって〔Ｏ〕濃度（ｗｔ％）と〔Ａｌ〕
濃度（ｗｔ％）が下記の（１）式を満足する鋳塊を製造
することを特徴とする超高清浄度鋼の製造方法を要旨と
するものである。
の溶解において、〔Ｃａ〕および〔Ｍｇ〕の濃度（ｗｔ
％）が０．０００５％以下の材料を溶解素材とし、電子
ビーム溶解法によって〔Ｏ〕濃度（ｗｔ％）と〔Ａｌ〕
濃度（ｗｔ％）が下記の（１）式を満足する鋳塊を製造
することを特徴とする超高清浄度鋼の製造方法を要旨と
するものである。
【０００６】 〔Ｏ〕3 ・〔Ａｌ〕2 ≦ １．０×１０-15 ・・・（１）
【０００７】
【作用】電子ビーム溶解における介在物除去作用は、主
に次のように考えられる。電子ビーム溶解のような高温
・高真空溶解においては、介在物は（２）式の反応によ
って分解し、発生した〔Ｏ〕が溶鋼中の〔Ｃ〕と結合し
て（３）式の反応によって、ＣＯガスとして系外に除去
される。総括的には（４）式のように表され、反応式の
中でＭは金属元素、ＭＯは酸化物である。
に次のように考えられる。電子ビーム溶解のような高温
・高真空溶解においては、介在物は（２）式の反応によ
って分解し、発生した〔Ｏ〕が溶鋼中の〔Ｃ〕と結合し
て（３）式の反応によって、ＣＯガスとして系外に除去
される。総括的には（４）式のように表され、反応式の
中でＭは金属元素、ＭＯは酸化物である。
【０００８】 （ＭＯ） → Ｍ ＋ Ｏ ・・・（２） Ｃ ＋ Ｏ → ＣＯ（ｇ） ・・・（３） （ＭＯ）＋Ｃ → Ｍ ＋ ＣＯ（ｇ） ・・・（４） （４）式の反応が起こる熱力学的な可能性を電子ビーム
溶解における通常の溶解条件下（溶鋼温度１６００〜１
８００℃、雰囲気のＣＯ分圧１０-3〜１０-4ａｔｍ）で
推定すると、ＭｎＯ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 は分解・除
去が可能であるが、熱力学的に安定なＣａＯ，ＭｇＯは
分解・除去が困難であると考えられる。従って、電子ビ
ーム溶解後の介在物組成はＣａＯ，ＭｇＯ濃度が著しく
増大する傾向にあり、介在物が極めて少ない（ゼロに近
い）超高清浄度鋼を製造するためには、溶解素材の段階
でＣａ，Ｍｇの混入を防止することが必要である。
溶解における通常の溶解条件下（溶鋼温度１６００〜１
８００℃、雰囲気のＣＯ分圧１０-3〜１０-4ａｔｍ）で
推定すると、ＭｎＯ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2 Ｏ3 は分解・除
去が可能であるが、熱力学的に安定なＣａＯ，ＭｇＯは
分解・除去が困難であると考えられる。従って、電子ビ
ーム溶解後の介在物組成はＣａＯ，ＭｇＯ濃度が著しく
増大する傾向にあり、介在物が極めて少ない（ゼロに近
い）超高清浄度鋼を製造するためには、溶解素材の段階
でＣａ，Ｍｇの混入を防止することが必要である。
【０００９】図１および図２は、ＳＵＪ合金鋼およびタ
イヤコード用で知られるＳＷＲＨ７２Ａ炭素鋼の電子ビ
ーム溶解において、溶解素材の〔Ｃａ〕および〔Ｍｇ〕
の濃度と鋳塊の介在物量の関係を示す。溶解素材の〔Ｃ
ａ〕および〔Ｍｇ〕の濃度が０．０００５％超では鋳塊
の介在物量が急激に増大する。ここで、縦軸の介在物量
（ｇ／ｔ−steel ）は光学顕微鏡観察および画像解析に
よって測定された１μｍ以上の大きさの介在物個数（個
／ｃｍ2 ）について、その粒径をもとに定量形態学的に
単位体積当りの介在物個数（個／ｃｍ3 ）を計算し、さ
らに測定された平均粒径、鋼の比重および介在物組成よ
り推定される介在物比重を考慮して、単位重量当りの介
在物重量（ｇ／ｔ−steel ）に換算したものである。
イヤコード用で知られるＳＷＲＨ７２Ａ炭素鋼の電子ビ
ーム溶解において、溶解素材の〔Ｃａ〕および〔Ｍｇ〕
の濃度と鋳塊の介在物量の関係を示す。溶解素材の〔Ｃ
ａ〕および〔Ｍｇ〕の濃度が０．０００５％超では鋳塊
の介在物量が急激に増大する。ここで、縦軸の介在物量
（ｇ／ｔ−steel ）は光学顕微鏡観察および画像解析に
よって測定された１μｍ以上の大きさの介在物個数（個
／ｃｍ2 ）について、その粒径をもとに定量形態学的に
単位体積当りの介在物個数（個／ｃｍ3 ）を計算し、さ
らに測定された平均粒径、鋼の比重および介在物組成よ
り推定される介在物比重を考慮して、単位重量当りの介
在物重量（ｇ／ｔ−steel ）に換算したものである。
【００１０】溶解素材の〔Ｃａ〕および〔Ｍｇ〕濃度を
０．０００５％以下とするための手段としては耐火物
溶損の少ない溶製条件を選択する、ＣａＯ，ＭｇＯを
含まない耐火物を用いる、ＣａＯ，ＭｇＯを含むスラ
グ精錬を行わない、十分に排滓した後に鋳造を行う等
がある。溶解素材の〔Ｃａ〕および〔Ｍｇ〕濃度を０．
０００５％以下とし、電子ビーム溶解によって高清浄化
を行った場合、介在物中の〔Ｏ〕は（２）式の反応によ
って殆ど分解しており、鋳塊に残存する介在物は凝固時
に晶出したものである。鋳塊に残存する介在物の種類と
しては脱酸力の強いＡｌによるＡｌ2 Ｏ3 主体と考える
ことができる。電子ビーム溶解による鋳塊のように低酸
素濃度領域での凝固時の介在物晶出は、介在物の核生成
を考えることが重要である。介在物の核生成に必要な自
由エネルギー変化は、一般に溶解度積によって表すこと
ができる。凝固時の〔Ｏ〕，〔Ａｌ〕の偏析によってデ
ンドライト樹間に〔Ｏ〕，〔Ａｌ〕が濃化しても、
〔Ｏ〕3 ・〔Ａｌ〕2 の溶解度積が介在物の核生成に必
要な値を超えなければ、介在物は均質核生成せず、晶出
しないことになる。
０．０００５％以下とするための手段としては耐火物
溶損の少ない溶製条件を選択する、ＣａＯ，ＭｇＯを
含まない耐火物を用いる、ＣａＯ，ＭｇＯを含むスラ
グ精錬を行わない、十分に排滓した後に鋳造を行う等
がある。溶解素材の〔Ｃａ〕および〔Ｍｇ〕濃度を０．
０００５％以下とし、電子ビーム溶解によって高清浄化
を行った場合、介在物中の〔Ｏ〕は（２）式の反応によ
って殆ど分解しており、鋳塊に残存する介在物は凝固時
に晶出したものである。鋳塊に残存する介在物の種類と
しては脱酸力の強いＡｌによるＡｌ2 Ｏ3 主体と考える
ことができる。電子ビーム溶解による鋳塊のように低酸
素濃度領域での凝固時の介在物晶出は、介在物の核生成
を考えることが重要である。介在物の核生成に必要な自
由エネルギー変化は、一般に溶解度積によって表すこと
ができる。凝固時の〔Ｏ〕，〔Ａｌ〕の偏析によってデ
ンドライト樹間に〔Ｏ〕，〔Ａｌ〕が濃化しても、
〔Ｏ〕3 ・〔Ａｌ〕2 の溶解度積が介在物の核生成に必
要な値を超えなければ、介在物は均質核生成せず、晶出
しないことになる。
【００１１】図３は電子ビーム溶解によって製造された
ＳＷＲＨ７２Ａ炭素鋼およびＳＵＪ合金鋼鋳塊の〔Ｏ〕
濃度と介在物量の関係を示す。〔Ｏ〕濃度の高い領域に
おいては介在物量は酸素濃度と比例関係にあるが、
〔Ｏ〕濃度が０．０００６％を境界（＝〔Ｏ〕* ）にし
て介在物量が著しく低減される。図４は図３と同様の電
子ビーム溶解を行い、介在物量が著しく低減される鋳塊
の〔Ｏ〕濃度の境界値〔Ｏ〕* を炭素鋼、合金鋼につい
て調査し、〔Ｏ〕* 濃度と鋳塊の〔Ａｌ〕濃度の関係を
求めたものである。この境界線は（１）式のように表す
ことができる。
ＳＷＲＨ７２Ａ炭素鋼およびＳＵＪ合金鋼鋳塊の〔Ｏ〕
濃度と介在物量の関係を示す。〔Ｏ〕濃度の高い領域に
おいては介在物量は酸素濃度と比例関係にあるが、
〔Ｏ〕濃度が０．０００６％を境界（＝〔Ｏ〕* ）にし
て介在物量が著しく低減される。図４は図３と同様の電
子ビーム溶解を行い、介在物量が著しく低減される鋳塊
の〔Ｏ〕濃度の境界値〔Ｏ〕* を炭素鋼、合金鋼につい
て調査し、〔Ｏ〕* 濃度と鋳塊の〔Ａｌ〕濃度の関係を
求めたものである。この境界線は（１）式のように表す
ことができる。
【００１２】 〔Ｏ〕3 ・〔Ａｌ〕2 ≦ １．０×１０-15 ・・・（１） 図３および図４において介在物量が著しく低減される領
域は、まさに介在物の均質核生成が抑制されたため起こ
ったものと考えられる。理論的にはＣａＯ，ＭｇＯの溶
解素材への混入をなくすことができれば、介在物ゼロが
達成できると考えられる。限界値１．０×１０-15の値
の大きさは、鋼の種類によって決まり、本発明の対象で
ある炭素鋼、合金鋼では図４に示すように１．０×１０
-15である。
域は、まさに介在物の均質核生成が抑制されたため起こ
ったものと考えられる。理論的にはＣａＯ，ＭｇＯの溶
解素材への混入をなくすことができれば、介在物ゼロが
達成できると考えられる。限界値１．０×１０-15の値
の大きさは、鋼の種類によって決まり、本発明の対象で
ある炭素鋼、合金鋼では図４に示すように１．０×１０
-15である。
【００１３】図１および図２に示したように溶解素材の
〔Ｃａ〕および〔Ｍｇ〕濃度が０．０００５％を超える
場合は、鋳塊に残存するＣａＯ，ＭｇＯを核とした不均
質核生成による介在物の晶出が活発になり、また鋳塊の
［Ｏ］、［Ａｌ］が（１）式の範囲を超える領域におい
ても図３に示したような介在物の著しい減少は見られな
い。
〔Ｃａ〕および〔Ｍｇ〕濃度が０．０００５％を超える
場合は、鋳塊に残存するＣａＯ，ＭｇＯを核とした不均
質核生成による介在物の晶出が活発になり、また鋳塊の
［Ｏ］、［Ａｌ］が（１）式の範囲を超える領域におい
ても図３に示したような介在物の著しい減少は見られな
い。
【００１４】以上に述べたように、溶解素材の〔Ｃａ〕
および〔Ｍｇ〕の濃度を０．０００５％以下とし、鋳塊
の〔Ｏ〕濃度と〔Ａｌ〕濃度が（１）式を満足するよう
に電子ビーム溶解することによって、超高清浄度鋼を製
造することができる。
および〔Ｍｇ〕の濃度を０．０００５％以下とし、鋳塊
の〔Ｏ〕濃度と〔Ａｌ〕濃度が（１）式を満足するよう
に電子ビーム溶解することによって、超高清浄度鋼を製
造することができる。
【００１５】
【実施例】ＳＷＲＨ７２Ａ炭素鋼、ＳＵＪ−２合金鋼鋳
塊の製造に本発明を適用した実施例について説明する。
表１、２に溶解素材の成分、電子ビーム溶解条件、鋳塊
の成分および介在物量について本発明例と比較例を併せ
て示す。溶解素材の製造には真空誘導溶解炉を用い、鍛
造後の棒状材料を電子ビーム溶解に供した。なお、溶解
回数は鋳塊の〔Ｏ〕濃度低減の必要に応じて決定した。
塊の製造に本発明を適用した実施例について説明する。
表１、２に溶解素材の成分、電子ビーム溶解条件、鋳塊
の成分および介在物量について本発明例と比較例を併せ
て示す。溶解素材の製造には真空誘導溶解炉を用い、鍛
造後の棒状材料を電子ビーム溶解に供した。なお、溶解
回数は鋳塊の〔Ｏ〕濃度低減の必要に応じて決定した。
【００１６】鋳塊の〔Ｏ〕3 ・〔Ａｌ〕2 の溶解度積が
１．０×１０-15 を超えるか、溶解素材の〔Ｃａ〕，
〔Ｍｇ〕の一方の濃度が０．０００５ｗｔ％を超える比
較例では本発明例に比べて介在物の核生成が十分抑制さ
れていないため、介在物量が非常に多い。
１．０×１０-15 を超えるか、溶解素材の〔Ｃａ〕，
〔Ｍｇ〕の一方の濃度が０．０００５ｗｔ％を超える比
較例では本発明例に比べて介在物の核生成が十分抑制さ
れていないため、介在物量が非常に多い。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に従い、炭素
鋼、合金鋼の電子ビーム溶解において、溶解素材成分お
よび鋳塊成分を調整することによって、介在物の晶出を
抑制する効果を得、介在物の極めて少ない超高清浄度鋼
の製造が可能となる。これによって介在物清浄性の要求
される線材、棒鋼等の製造において介在物に起因する欠
陥が見られなくなり、伸線性、疲労強度および表面品質
が大幅に向上する。
鋼、合金鋼の電子ビーム溶解において、溶解素材成分お
よび鋳塊成分を調整することによって、介在物の晶出を
抑制する効果を得、介在物の極めて少ない超高清浄度鋼
の製造が可能となる。これによって介在物清浄性の要求
される線材、棒鋼等の製造において介在物に起因する欠
陥が見られなくなり、伸線性、疲労強度および表面品質
が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋳塊の介在物量と溶解素材の〔Ｃａ〕濃度の関
係を示す図である。
係を示す図である。
【図２】鋳塊の介在物量と溶解素材の〔Ｍｇ〕濃度の関
係を示す図である。
係を示す図である。
【図３】鋳塊の〔Ｏ〕濃度と介在物量の関係を示す図で
ある。
ある。
【図４】鋳塊の〔Ｏ〕濃度境界値（〔Ｏ〕* ）と〔Ａ
ｌ〕濃度の関係を示す図である。
ｌ〕濃度の関係を示す図である。
フロントページの続き (72)発明者 竹内 英麿 山口県光市大字島田3434番地 新日本製鐵 株式会社光製鐵所内
Claims (1)
- 【請求項１】 炭素鋼、合金鋼の溶解において、〔Ｃ
ａ〕および〔Ｍｇ〕の濃度（ｗｔ％）が０．０００５％
以下の材料を溶解素材とし、電子ビーム溶解法によって
〔Ｏ〕濃度（ｗｔ％）と〔Ａｌ〕濃度（ｗｔ％）が下記
の（１）式を満足する鋳塊を製造することを特徴とする
超高清浄度鋼の製造方法。 〔Ｏ〕3 ・〔Ａｌ〕2 ≦ １．０×１０-15 ・・・（１）
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20091291A JPH0543928A (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 超高清浄度鋼の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20091291A JPH0543928A (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 超高清浄度鋼の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0543928A true JPH0543928A (ja) | 1993-02-23 |
Family
ID=16432342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20091291A Withdrawn JPH0543928A (ja) | 1991-08-09 | 1991-08-09 | 超高清浄度鋼の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0543928A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010222683A (ja) * | 2009-03-25 | 2010-10-07 | Kobe Steel Ltd | 高清浄度鋼の製造方法 |
-
1991
- 1991-08-09 JP JP20091291A patent/JPH0543928A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010222683A (ja) * | 2009-03-25 | 2010-10-07 | Kobe Steel Ltd | 高清浄度鋼の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19981112 |