JPH089728B2 - 溶鋼中Al2O3の凝集防止方法 - Google Patents

溶鋼中Al2O3の凝集防止方法

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JPH089728B2
JPH089728B2 JP33792291A JP33792291A JPH089728B2 JP H089728 B2 JPH089728 B2 JP H089728B2 JP 33792291 A JP33792291 A JP 33792291A JP 33792291 A JP33792291 A JP 33792291A JP H089728 B2 JPH089728 B2 JP H089728B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は溶鋼中のアルミナ(Al
)系介在物の凝集を防止し、鋼材中のアルミナを
微細分散させた良質な鋼材の製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】最近、鋼材に要求される品質は次第に厳
しく、かつ多様化してきており、より清浄な鋼を製造す
る技術の開発が強く望まれている。鋼材中の酸化物系介
在物も例外ではなく、鋼材中での悪影響度を軽減するた
めに一層の低減が要求されてきた。即ち、酸化物系介在
物とくにアルミナ(Al)系介在物はタイヤコー
ド等線材の断線原因、軸受鋼等の棒鋼では転動疲労特性
の悪化原因、さらにDI缶等の薄鋼板では製缶時ワレの
原因になることが知られており、この対策として、アル
ミナ系介在物を中心として低減技術が種々開発あるいは
検討されてきた。
【0003】その概要は昭和63年11月、日本鉄鋼協
会発行の第126・127回西山記念技術講座「高清浄
鋼」第11〜第15ページに詳述されており、さらに第
12ページのTable4には技術要約がなされてい
る。それによると除去技術は、脱酸生成物である溶鋼
中アルミナの低減技術、空気酸化等により生成するア
ルミナの抑制防止技術、耐火物等から混入するアルミ
系介在物の低減技術に大別できる。実際の工業プロセス
においては、上記分類された要素技術を種々組合せて酸
化系介在物の低減を図っているのが現状である。即ち、
RH、粉体吹込み装置等の二次精錬装置の適用による脱
酸生成物の低減を中心として、断気、スラグ改質等によ
る再酸化防止、スラグカットによる混入酸化物系介在物
の低減を組合せ、その低減ニーズに対処している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ア
ルミナ系介在物の除去は技術的な限界に達してきていた
のも事実である。即ち、溶鋼中のアルミナ系介在物含有
度の尺度であるT.O濃度をみても5ppm以下にする
ことは困難である。一方、T.Oを5〜7ppm含有し
ていても、アルミナ系介在物が製品段階で欠陥原因とな
ることも多い。それゆえこの問題は技術的に大きな障壁
にぶつかっていた。このような状況に対し本発明者ら
は、C質の耐火物製浸漬管を溶鋼中に浸漬し、浸漬管内
部を減圧にすることにより、事前に溶鋼中の溶存酸素を
除去し、結果的にアルミナ含有量を従来にないレベルま
で低下せしめた鋼材の製造方法を確立した。しかしなが
ら、鋼材に要求される品質レベルは、益々厳しくなるこ
とが予想され、製造技術上の対応もまた必要である。本
発明は以上のような点を鑑がみ、新しい概念により、抜
本的な対策を確立したものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは以下の通りである。Si,Mn,Alを含有し、C
含有量が0.2重量%以上の溶鋼に、Mg含有量0.5
重量%超かつ30重量%以下のMg合金を添加すること
を特徴とする溶鋼中Alの凝集防止方法を提供す
るものである。さらにMg合金の種類、添加速度、添加
場所、添加方法の適正条件を提示するものである。
【0006】
【作用】本発明の基本的考え方は、溶鋼中に存在するA
の凝集による粗大化を防止し、Alを2
μ以下のサイズのままで鋼材中に分散させることによ
り、鋼材品質に対するAlの悪影響を回避するこ
とにある。即ち、鋼材中の介在物の大きさが大きいほ
ど、その部分の応力が集中しやすくなり、欠陥となりや
すく、好ましくないことから、Alについても大
きくしなければ悪影響を及ぼさない。このような考え方
に基づき、本発明者らはAlの凝集・粗大化防止
法を種々検討した。その結果、Alを改質しAl
・MgOとすることにより、Alの凝集・
粗大化を完全に防止することが可能となった。
【0007】Alは周知の通り、溶鋼中で凝集し
クラスター状となり、粗大化する。これは、溶鋼とAl
の濡れ性に起因するものである。これに対して、
溶鋼とAl・MgOの濡れ性は、Alの場
合と異なり、Al・MgOは全くクラスター化す
ることはない。このことは、Al・MgOの方が
Alよりも、溶鋼との界面エネルギーが小さいこ
とによる。なおAlをAl・MgOに改質
する際にサイズが大きくなることもない。なお、Mg添
加により溶鋼中にMgOが出現することもあるが、Mg
OはAl ・MgOと同様にAl よりも界面
エネルギーが小さいことから、そのサイズは微細であ
り、クラスター化も、しずらく上記作用を相殺するよう
な悪影響を与えるものではない。
【0008】本発明においては、AlをAl
・MgOに改質するためにMg含有量30重量%以下
のMg合金を用いる。Mg合金は改質反応を迅速に進め
ることができる。Mg合金のMg含有量を30重量%以
下に規定する理由は、合金添加時の溶鋼飛散防止のため
である。即ち、合金中のMgが30重量%を超えると、
反応性が激しくなり、合金添加時に溶鋼が飛散し好まし
くない。またMg含有量が0.5重量%以下になると、
Al・MgOへの改質が十分進行せず好ましくな
い。
【0009】また、Mg合金添加前の溶鋼組成を、S
i,Mn,Alを含有し、C含有量が0.2重量%以上
に規定する理由は以下による。C含有量が0.2重量%
未満では、溶鋼中の溶存酸素が多くなり、添加したMg
は溶存酸素と反応しMgOを生成するため、MgをAl
改質反応に利用できなくなる。またSi,Mnを
Mg添加後に添加すると、Mg添加後〜鋳造までの時間
が長くなり、Mgのロスが多くなる等して好ましくな
い。このため、所定量のSi,Mnを含有した溶鋼にM
gを添加した方が得策である。また、Mg添加前溶鋼中
にAlが含有されていなければ、Alが存在しな
いから、本発明の目的が達成されない。
【0010】次にMg合金組成について述べる。Mg合
金組成としては、溶鋼に添加する必要のある元素との組
合せ、さらにはMg合金製造の可否等を勘案して決める
べきであり、この点を考慮すると、Fe−Si−Mg合
金、Fe−Mn−Mg合金、Fe−Si−Mn−Mg合
、Si−Mg合金が使用できる。これらは1種類以上
同時に用いてもよい。なお、合金中のMg以外の成分の
含有量は規定するものではないが、Feを50重量%程
度含有したものが、Mg合金の製造上好ましい。勿論、
Feが含まれていなくとも本発明を阻害するものでは
ないことは言うを須たない。また極く少量のCa等を合
金に複合してもよい。
【0011】次に、Mg合金中のMg添加速度を0.0
02〜0.100Kg/T−溶鋼/分にコントロールす
る理由を述べる。Mgは溶鋼中のAlを還元し、
AlをAl・MgO(スピネル)とする目
的で添加される。この際、還元反応に伴い溶鋼中のAl
が増加する。しかしMgは非常に反応性に富んでいるた
め、一定速度以上で添加した場合は、激しい発煙、耐火
物侵蝕等が起こり好ましくない。この点に関して試験を
おこなった結果、Mg合金中のMg添加速度を0.10
0Kg/T−溶鋼/分以下にすることにより、激しい発
煙、耐火物侵蝕等を防止できることがわかった。また
0.002Kg/T−溶鋼/分以下の添加速度では、M
gの蒸発ロス比率が大きく、Alの還元が不十分
であることも明かとなった。以上より、Mg合金中のM
g添加速度を0.002〜0.100Kg/T−溶鋼/
分にコントロールするのが適正である。
【0012】次に、Mg合金の添加条件について記載す
る。Mg合金を連続鋳造タンディッシュ及びまたは同左
モールドで添加する理由は以下の通りである。Mgは高
蒸気圧元素であり、高温で添加するほど蒸発ロスが大き
くなる。それゆえ、溶製工程上より低温の場所で添加す
べきであり、具体的には連続鋳造タンディッシュ及びま
たは同左モールドでの添加が望ましい。また、設備制約
等がある場合には取鍋内の溶鋼にMg合金を添加しても
よい。
【0013】また、粒状のMg合金を不活性ガスにより
溶鋼中の吹込む方式、及び鉄製ワイヤー中に充填し溶鋼
中に供給する方式の利点は以下の通りである。Mgは酸
素との親和力が強く容易に酸化されるため、溶鋼表面に
自然落下により添加すると、かなりの部分は溶鋼表面上
で酸化され好ましくない。これに対して粒状のMg合金
を不活性ガスにより溶鋼中の吹込む方式、及び鉄製ワイ
ヤー中に充填し溶鋼中に供給する方式では、空気酸化が
皆無であり、Mgの添加歩留りが大幅に向上する。な
お、粒状のMg合金を不活性ガスにより溶鋼中の吹込む
方式は連続鋳造タンディッシュに適用するのが好まし
く、鉄製ワイヤー中に充填し溶鋼中に供給する方式は連
続鋳造モールドへの適用が最適である。以上のように、
Mg合金組成、添加速度、添加方法、添加場所の適正化
を図ることによりMg添加による溶鋼飛散、耐火物反応
を防止でき、さらにMg蒸発ロスも抑制できる。これら
によりMgの添加歩留りは向上し、その結果Al
の改質が促進され、材質特性が飛躍的に向上する。
【0014】
【実施例】実施例1 120ton転炉にて母溶鋼を溶製し、取鍋へ出鋼する
際にSi,Mn,Cr,Alを添加した。続いて取鍋内
溶鋼にRH処理を施し脱ガス、介在物除去を実施し、さ
らにSi,Mn,Cr,Alの微調整をおこない、表1
に示す組成の軸受相当溶鋼115tonを得た。この溶
鋼から連続鋳造、棒鋼圧延により軸受鋼素材(サイズ6
5mmφ)を製造した。この際、表2に示す条件でMg
合金を添加した結果、得られた軸受鋼素材の転動疲労試
験成績は比較例1と比較して極めて良好な成績が得られ
た。また鋼材中の介在物は大部分Al・MgOで
あり、その大きさは5μ以下であった。
【0015】比較例1 実施例1 と同様に120ton転炉にて母溶鋼を溶製
し、取鍋へ出鋼する際にSi,Mn,Cr,Alを添加
した。続いて取鍋内溶鋼にRH処理を施し脱ガス、介在
物除去を実施し、さらにSi,Mn,Cr,Alの微調
整をおこない、表1に示す組成の軸受相当溶鋼115t
onを得た。この溶鋼から連続鋳造、棒鋼圧延により軸
受鋼素材(サイズ65mmφ)を製造した。この際、表
2に示す条件でMg合金を添加、あるいはMg合金を添
加しなかった結果、得られた軸受鋼素材の転動疲労試験
成績は好ましくない成績となった。また鋼材中の介在物
は、主にAlであり、その大きさは15μ以下と
実施例1よりもかなり大きかった。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】実施例2 実施例1と同様の方法で表3に示す組成のばね鋼相当溶
鋼120tonを得た。この溶鋼から連続鋳造、線材圧
延によりばね鋼線材(サイズ10mmφ)を製造した。
この際、表4に示す条件でMg合金を添加したが、得ら
れたばね鋼線材の回転曲げ疲労試験成績は比較例2と比
べ極めて良好な成績となった。また鋼材中の介在物は大
部分Al・MgO、MgOであり、その大きさは
7μ以下であった。
【0019】比較例2 比較例1の方法に準じて表3に示す組成のばね鋼相当溶
鋼118tonを溶製し、続いて連続鋳造、線材圧延に
よりばね鋼線材(サイズ10mmφ)製造した。この
際、表4に示す条件でMg合金を添加、あるいはMg合
金を添加しなかった結果、得られたばね鋼線材の回転曲
げ疲労試験成績は実施例2に比べ悪い結果となった。ま
た介在物は大部分Alであり、そのサイズも20
μ以下であった。
【0020】
【表3】
【0021】
【表4】
【0022】
【発明の効果】以上、詳細に述べたように、本発明によ
り溶鋼中のAlの凝集を完全に止でき、その結
果、鋼材中のAl系介在物の大きさを従来にない
レベルの小サイズとすることが可能となった。これによ
りAl系介在物を無害化した良質な鋼材の製造が
可能となり、産業界にとって極めて有益である。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si,Mn,Alを含有し、C含有量が
    0.2重量%以上の溶鋼に、Mg含有量0.5重量%超
    かつ30重量%以下のMg合金を添加することを特徴と
    する溶鋼中Al23の凝集防止方法。
  2. 【請求項2】 Mg合金としてFe−Si−Mg合金,
    Fe−Mn−Mg合金,Fe−Si−Mn−Mg合金,
    Si−Mg合金の1種類以上を用いる請求項1記載の方
    法。
  3. 【請求項3】 Mg合金中のMg添加速度を0.002
    〜0.100Kg/T−溶鋼/分にコントロールする請
    求項1又は2記載の方法。
  4. 【請求項4】 Mg合金を連続鋳造タンディッシュ及び
    または同左モールドで添加する請求項1,2又は3記載
    の方法。
  5. 【請求項5】 粒状のMg合金を不活性ガスにより、溶
    鋼中吹込む請求項1,2,3又は4記載の方法。
  6. 【請求項6】 粒状のMg合金を鉄製ワイヤー中に充填
    し、溶鋼中に供給する請求項1,2,3又は4記載の方
    法。
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