JPH0726162B2 - 電子ビーム溶解による高清浄鋼の製造方法 - Google Patents

電子ビーム溶解による高清浄鋼の製造方法

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JPH0726162B2
JPH0726162B2 JP10544390A JP10544390A JPH0726162B2 JP H0726162 B2 JPH0726162 B2 JP H0726162B2 JP 10544390 A JP10544390 A JP 10544390A JP 10544390 A JP10544390 A JP 10544390A JP H0726162 B2 JPH0726162 B2 JP H0726162B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、介在物の除去を促進させ、かつ介在物の軟質
化をはかり、介在物の極めて少ない高清浄鋼を製造する
ための電子ビーム溶解方法に関するものである。
(従来の技術) 電子ビーム溶解法は、電子ビーム照射の特性である超高
温・高真空下での溶解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、高清浄化が可能であると言わ
れている。
しかし、従来の電子ビーム溶解法は、ニオブ、チタン、
モリブデン等の高融点金属への適用が主体であり、鋼へ
の適用例は極めて少ない。
鋼への適用例としては、例えば (1)特開平1−212724号公報に記載されたように、溶
解エネルギーおよび溶解真空度を調整することにより合
金鋼の合金含有量を調整する方法 (2)NKK技報、No.127(1989年)、P.43〜P.52に記載
されたように、鋼の電子ビーム溶解では成分蒸発および
介在物の除去が進行することを確認したことが示されて
いるにすぎず、介在物の除去に関して定量的に示されて
いる知見はない。
(発明が解決しようとする課題) 従来の技術から推測すると、電子ビーム溶解法はその特
徴から、介在物の除去が進行することはわかっている
が、安定して高清浄鋼を製造するまでに到っていない。
本発明は、鋼の電子ビーム溶解において、溶解エネルギ
ー、溶解真空度、溶融プール表面積の調整を行い、かつ
溶解用素材の成分規制を行うことによって、安定して介
在物の極めて少ない高清浄鋼を製造することを目的とす
るものである。
(課題を解決するための手段) 本発明は、電子ビーム出力と溶解速度より求められる溶
解エネルギーを1.0×103Kcal/Kg以上とし、溶解真空度
を1.0×10-3Torr以下とし溶解プール表面積を200cm2
上とし、かつ溶解に供する溶解用素材の組成を[C]≧
0.03%、[Al]≦0.005%、[S]≦0.01%とすること
を特徴とする電子ビーム溶解による高清浄鋼の製造方法
である。
次に本発明による電子ビーム溶解法の溶解条件および溶
解用素材の組成の限定理由について述べる。
第1図〜第3図は[C]≧0.03%、[Al]≦0.005%、
[S]≦0.01%を満足する鋼の電子ビーム溶解における
溶解条件と介在物除去率の関係を示し、第1図は溶解真
空度1.0×10-3Torr以下、溶融プール表面積250cm2にお
いて、溶解用素材に与えられたエネルギーと介在物除去
率の関係を示す。なお、溶解エネルギーは溶解時の電子
ビーム出力と溶解速度から1式により算出される。
E=0.239(cal/J)×P×60(min/Hr)×1/V ……1 ここでEは溶解エネルギー(Kcal/Kg)、Pはビーム出
力(KWH)、Vは溶解用素材の溶解速度(Kg/min)を示
す。また、介在物除去率は2式により算出される。
ここで、πは介在物除去率、Niは溶解用素材中の介在物
量、Nfは溶解後鋳塊中の介在物量を示す。
第1図において溶解エネルギー1×103Kcal/Kg以上にお
いて、介在物除去率が急激に向上する。
第2図は溶解エネルギー1×103Kcal/Kg以上、溶融プー
ル表面積250cm2において溶解真空度と介在物除去率の関
係を示す。
第2図において、溶解真空度1.0×10-3Torr以下におい
て、介在物除去率が急激に向上する。
第3図は、溶解エネルギー1×103Kcal/Kg以上、溶解真
空度1.0×10-3Torr以下において溶融プール表面積と介
在物除去率の関係を示す。なお、溶解プール表面積と
は、電子ビームの照射により鋳型内に形成される溶解プ
ールの気体と接している部分の面積を云い、該面積は鋳
型の大きさを変えることによって制御できる。
第3図において、溶融プール表面積200cm2以上において
介在物の除去率が急激に向上する。
第4図〜第6図は溶解エネルギー1.0×103Kcal/Kg以
上、溶解真空度1.0×10-3Torr以下、溶融プール表面積2
00cm2以上の溶解条件下での溶解用素材の組成と介在物
除去率の関係を示す。
第4図は溶解用素材の[C]濃度と介在物除去率の関係
を示す。図において[C]濃度0.03%以上において介在
物除去率が急激に向上する。
第5図は溶解用素材の[Al]濃度と介在物除去率の関係
を示す。図において[Al]濃度0.005%以下において介
在物除去率が急激に向上する。
第6図は溶解用素材の[S]濃度と介在物除去率の関係
を示す。図において[S]濃度0.01%以下において介在
物除去率が急激に向上する。
以上により、鋼の電子ビーム溶解法において、介在物の
除去を促進させ、高清浄鋼を得るためには、溶解エネル
ギーを1.0×103Kcal/Kg以上、溶解真空度を1.0×10-3To
rr以下、溶融プール表面積を200cm2以上とし、かつ溶解
用素材の組成を[C]≧0.03%、[Al]≦0.005%、
[S]≦0.01%とする必要がある。
(作用) 第7図は電子ビーム溶解における介在物の除去機構の模
式図を示す。
図において、Aは鋳型、Bは溶融層、Cは凝固層を示
し、〜は介在物の除去形態を示す。
電子ビーム溶解法における介在物除去は、 (1)電子ビーム溶解における脱酸反応の進行により、
介在物中の[O]が溶解中の[C]と結合してCOガスと
して系外に除去される機構 (2)介在物中の[S]が電子ビーム溶解の高温、高真
空によりS2或はSOXガスとして系外に除去される機構 (3)介在物が溶融プール内で浮上し、鋳型壁に補択、
除去される機構の3つの機構が主体である。
この中で(2)(3)の機構は(1)の反応が増大され
るとさらに促進される。
電子ビーム溶解における脱酸反応はCO脱ガス反応が主体
である。この反応は3式で示され、反応平衡定数K3は4
式で示される。
[C]+[O]→CO(g) ……3 logK3=log[Pco/ac・ao]=1160/T+2.003 ……4 ここで、Pcoは雰囲気中のCO分圧、acおよびaoは溶鋼中
の[C]および[O]の活量、Tは溶鋼温度を示す。
3,4式より脱酸反応を促進させ、溶解後の鋳塊中の
[O]濃度を下げるには、Pcoの低下、acの増大および
温度の上昇が必要である。電子ビーム溶解での溶鋼温度
は溶解エネルギーに依存する。溶解エネルギーの増大に
より溶鋼温度が上昇するために脱酸反応が促進され、第
1図に示すように溶解エネルギー1.0×103Kcal/Kg以上
で介在物除去率が向上する。
溶解時の雰囲気中のCO分圧は溶解真空度に依存する。溶
解真空度が低下すれば雰囲気中のCO分圧が低下し脱酸反
応が促進されるために、第2図に示すように、溶解真空
度1.0×10-3Torr以下で介在物除去率が向上する。
溶鋼中の[C]の活量acは溶解用素材の[C]濃度の増
大と共に増大する。第4図に示すように、溶解用素材の
[C]濃度0.03%以上で介在物除去率が向上する。
第7図の介在物除去機構は脱硫反応であり、この反応
はCO脱ガス反応と同じように、高温・高真空ほど進行し
やすいが、溶解用素材の[S]濃度に依存する。これは
脱硫反応は脱酸反応に比べ反応速度が遅いことに起因す
る。従って、第6図に示すように、溶解用素材の[S]
濃度0.01%以下で介在物除去率が向上する。
第7図の介在物除去機構は、溶融プール表面積が大き
いほど、溶融状態の保持時間が長いほど、さらにの反
応が増大するほど大きくなる。これらの中で溶融プール
表面積の影響が最も大きい。従って、第3図に示すよう
に溶融プール表面積200cm2以上で介在物除去率が向上す
る。
介在物の組成は溶解用素材の成分に依存する。
つまり、溶解用素材の[Al]濃度が高いほど介在物中の
(Al2O3)濃度が増大する。介在物中(Al2O3)濃度が高
い場合、(Al2O3)は安定な酸化物であるために、介在
物除去機構の解離が進行しにくい。また、(Al2O3
濃度が高いほど介在物は微粒化するために、介在物の浮
上分離もしにくくなる。これらの作用により、第5図に
示すように、溶解用素材の[Al]濃度0.005%以下で介
在物除去率が向上する。さらに介在物中の(Al2O3)濃
度が低いほど介在物は軟質化するためにこの点からも溶
解用素材の[Al]濃度は0.005%以下にする必要があ
る。
(実施例) 介在物清浄性の要求される線径30μmφのステンレス鋼
極細線用素材の製造に電子ビーム溶解法を使用し、本発
明法を適用した実施例について説明する。
第1表に溶解用素材の組成、電子ビーム溶解条件、介在
物除去率および極細線伸線時の断線頻度について本発明
例と比較例を併せて示す。
なお、溶解用素材は真空誘導溶解法にて製造した素材を
用い溶解用素材の組成は介在物の除去に関係する成分の
み挙げている。
また、溶解後の鋳塊の極細線伸線までの工程は全て同一
とし、極細線伸線時の伸線量30μmφ極細線伸線の1回
断線当たりの平均伸線量を示す。
本発明例は、いずれも80%以上の介在物除去率が得ら
れ、伸線量も7.0Kg/断線以上であり、非常に高い値が得
られており、高清浄性が達成されている。
これに対し、比較例は介在物除去の条件を満足していな
いために、介在物除去率は65%以下と低く、伸線量も4.
5Kg/断線以下と低く十分な高清浄化が達成されていな
い。
(発明の効果) 以上述べたよに、鋼の電子ビーム溶解法において、電子
ビーム溶解条件および溶解に供する素材の組成を調整す
る本発明によって、介在物の除去を促進させ、介在物清
浄性の非常に高い清浄鋼を製造することが可能になる。
このことにより、介在物清浄性の要求される極細線用素
材の供給が可能となり、しかも、伸線時の断線頻度も極
めて少なくなる。また、箔用素材の供給も可能となり、
介在物起因の表面疵も大幅に軽減される。
【図面の簡単な説明】
第1図は電子ビーム溶解時の溶解エネルギーと介在物除
去率の関係を示す図、第2図は溶解真空度と介在物除去
率の関係を示す図、第3図は溶融プール表面積と介在物
除去率の関係を示す図、第4図は溶解用素材の[C]濃
度と介在物除去率の関係を示す図、第5図は溶解用素材
の[Al]濃度と介在物除去率の関係を示す図、第6図は
溶解用素材の[S]濃度と介在物除去率の関係を示す
図、第7図は電子ビーム溶解法における介在物の除去機
構を示す模式図である。 A……鋳型 B……溶融層 C……凝固層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電子ビーム出力と溶解速度より求められる
    溶解エネルギーを1.0×103Kcal/Kg以上とし、溶解真空
    度を1.0×10-3Torr以下とし、溶解プール表面積を200cm
    2以上とし、かつ電子ビーム溶解に供する溶解用素材の
    組成を[C]≧0.03%、[Al]≦0.005%、[S]≦0.0
    1%とすることを特徴とする電子ビーム溶解による高清
    浄鋼の製造方法。
JP10544390A 1990-04-23 1990-04-23 電子ビーム溶解による高清浄鋼の製造方法 Expired - Lifetime JPH0726162B2 (ja)

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