JPS59157260A - 窒化鋼およびその製造方法 - Google Patents

窒化鋼およびその製造方法

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JPS59157260A
JPS59157260A JP2937983A JP2937983A JPS59157260A JP S59157260 A JPS59157260 A JP S59157260A JP 2937983 A JP2937983 A JP 2937983A JP 2937983 A JP2937983 A JP 2937983A JP S59157260 A JPS59157260 A JP S59157260A
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JP
Japan
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steel
inclusions
molten steel
nitrided
weight
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JP2937983A
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English (en)
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Shigeki Matsuoka
松岡 滋樹
Shigeo Kikuchi
菊地 茂夫
Takashi Nakayama
傑 中山
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、地疵の発生が少なく、品質のすぐれた窒化
鋼およびその製造方法に関するものである。
従来、窒化鋼としては、機械構造用炭素鋼や機械構造用
合金鋼などがあり、なかにはAn含有量を比較的多くし
た窒化鋼(たとえは、JISSACM材)もある。これ
らのうち、特に0.5〜2王量%のへ父を含む窒化鋼を
製造するにあたっては、転炉あるいは電気炉などの溶解
炉中で、大気あるいは真空精錬により製造し、この精錬
中にAMを添加合金として溶鋼中に添加するようにして
いた。
しかしながら、このような従来の製造方法では、A文と
酸素との親和力が大きいために、スラグ中あるいは溶鋼
中の酸素とA文とが結合して高融点のアルミナ(Alp
 03 )を生成することが多く、このA文203は造
塊後に大型介在物もしくは地疵としてしばしば鋼中に残
留し、圧延あるいは鍛造等の加工を行った場合に大型介
在物が加工方向に線状に表われ、材料の欠陥を招きやす
いという問題点を有していた。
そこで、このような問題点を解消するために、転炉や電
気炉等の溶解炉中で溶製した溶鋼を電極形状に造塊し、
この電極を真空アーク溶解炉(VAR)やエレクトロス
ラグ溶解炉(E S R)で再溶解して鋼の静浄度を高
めるいわゆるダツルメル)・法が採用されることもあっ
た。
ところが、このようなダブルノルド法を採用した場合に
は、溶解工程が増大し、電極形状に一旦造塊したのち再
溶解するため省エネルキの観点からも非経済的であり、
大量生産にも適さず、製造原価の上昇をもたらすという
問題点があった。
この発明は、上述したような従来の問題点に着目してな
されたもので、比較的多量のA文を含有する窒化鋼にお
いて、鎖中の介在物をできるだけ少なくして鋼の静浄化
をはかると共に、AM203介在物が存在するときでも
その形態を制御することによって、大型介在物もしくは
地疵として鋼中に残留することにより生ずる材料の欠陥
をなくすことができる窒化鋼およびその製造方法を提供
することを目的としている。
この発明による窒化鋼は、0.5〜2重景重量AMを含
む窒化鋼において、1〜40ppmのCaを含有するこ
とを特徴としている。また、この発明による窒化鋼の製
造方法は、上記した0、5〜2重量%のA文を含む窒化
鋼を製造するにあたり、所定のAu含有量に溶製した溶
鋼中に0.005〜0.2重量%のca(Ca−5i等
のCaを含有する枚方す材を用いる場合も当然含む。)
を添加して所要時間静置するようにしたことを特徴とし
、より一層品質のすぐれた上記窒化鋼を製造する際して
は、所定のAsL含有量に溶製した溶鋼中に0.005
〜0.2重遅:%のCaを添加し、且つ前記溶鋼中に不
活性ガスを吹込んで攪拌を行うと共に還元スラグ中に電
極を挿入して加熱する還元精錬を行うようにしたことを
特徴とし、さらに一層品質を高めるために上記還元精錬
後に真空脱ガスを行うようにしたことを特徴としている
この発明が適用される窒化鋼は、0.5〜2重量%のA
4を含有し、その他適宜の合金成分たとえばCr、Mo
、Ni、Mn、V、W@、を含有するものである。ここ
で、A交合有量を0.5〜2重量%の範囲としたのは、
0.5重量%未満では窒化による硬さの上昇が望めず、
AIが増大するにつれて最高硬さの向上に寄与するが、
2重量%を超えると窒化深さが減少すると同時に靭性が
劣化するためである。
このように窒化鋼を製造するに際しては、転炉あるいは
電気炉等の溶解炉内で所定の溶鋼成分に調整したのち、
溶を層中に0.005〜0.2重量%のCaを添加し、
所要時間静置して鋼中に1〜40ppm程度のCaが残
存するように調整する。
上記Caの添加に際しては、Caは酸素との親和力が強
いだけでなく沸点が低く、かつ蒸気圧が高いというあま
り好ましくない特性を有している形 ので、Caを弾性状にして加圧発射する方法が採用でき
る。また、微粉末状にしてノズルにより溶鋼中に直接噴
射することもできる。さらに、前述したごと〈Caは酸
素との親和力が強いので、添加前の溶鋼中酸素量は極力
低いことか望まれる。
そのため、I8鋼は十分な脱酸処理が施されていること
が望ましく、酸素源となる酸化物系介在物を前もって除
去したり、還元性スラグに置換したりしておくことも望
ましい。
このようにCaの添加によってA文、03の融点が低下
し、晶出したA l 203を核として囲りにMnSが
出てきてA、Q2 o3介在物とMnSとが結びついた
形となり、As1203クラスターがMnSに包まれて
分断されることにより、内部相がAu203−CaO2
外部相がM n S −Ca Sの二相介在物となり、
大型のA l 203介在物の生成が妨げられるので、
大型介在物あるいは地疵による材料欠陥の発生を防ぐこ
とかできるようになる。
このような効果は、鋼中に1〜40 p pm程度のC
aを残留させうる量のCaを溶鋼に添加する 。
ことによって得ることができ、鋼中のCaがlppm未
満では上記したような効果を得ることができず、40 
ppmを超えると加工性が劣化するので好ましくない。
そして、このようなCa残留量を得るためには、溶鋼へ
のCa添加量をo i 005〜0.2重量%の範囲と
するのがよい。
上記の場合にはCaを単体で添加しているが、Ca−3
i等のCaを含む添加材を溶鋼中に添加することも当然
可能である。
このように、溶鋼中にCaを添加して所要時間静置する
ことによって、大型A文203介在物の生成は抑制され
るが、An203クラスターの生成を伴わないというこ
とは、介在物の浮上分離を妨げ、微小介在物の分散を生
しることになり、鋼の静浄化にとってはやや好ましくな
いということができる。
そこで、所定のAJI含有量に溶製した溶鋼中に0.0
05〜0.2重量%のCaを添加し、且つ前記溶鋼中に
不活性ガスを吹込んで攪拌を行うと共に還元スラグ中に
電極を挿入して加熱する還元精錬(LFと仮称する。)
を行うことも望ましい。このような溶鋼の強制攪拌とス
ラグ精錬との併用によって、大型介在物の生成を抑制す
ると共に、介在物のスラグ吸着率を高めて微小介在物の
捕捉をはかり、介在物量の少ない静浄窒化鋼を得るよう
にするのが望ましい。
また、上記した溶鋼の強制攪拌とスラグ精錬との併用に
よるLF無処理行ったのち、真空脱ガスを行うことがよ
り一層望ましい。この真空脱ガスとしては、DH法、R
H法などを採用することができ、これによって介在物量
の著しく少ない超静浄化鋼を得るようにするのがより一
層望ましい。
上記した溶鋼の強制攪拌とスラグ精錬とを併用するLF
無処理一実施態様について説明すると、第1図は上記処
理に使用される容器(取鍋)を示す図であって、上は容
器、2はポーラスプラグ、3は蓋、4は電極、5は添加
元素投入管である。
窒化鋼の製造に際しては、転炉や電気炉等の溶解炉で酸
化精錬により溶製した溶鋼を容器1内に移して静置した
後、石灰、蛍石、フェロシリコン等の造滓材を添加し、
蓋3を載せると共にポーラスプラグ2より不活性ガスを
送り込んで不活性ガス雰囲気とし、これに合わせて電極
4をスラグ6に挿入して通電加熱を開始し、造滓材を完
全に溶融すると共に溶鋼を所定の温度にし、次いで所定
の成分目標に対応する量のFe−Cr。
F e−Mn 、 Fe−Mo等の合金元素を投入管5
より添加し、攪拌精錬を行うためにポーラスプラグ2か
らの不活性ガス供給量を増大し、その後投入管5よりA
文およびCaを添加して所定の成分にする。
次にこの発明の実施例を比較例と共に説明すまず、比較
のために、常法に従って電気炉によって所定目標成分の
合金元素を添加して精錬し、第1表のNo、  1〜4
に示す化学成分の鋼を造塊した。
また、この発明の実施例として、上記電気炉によって所
定の目標成分の合金元素を添加して精錬し、この精錬中
にCaを添加して第1表のNo、  5〜8に示す化学
成分の鋼を造塊した。
さらに、この発明の他の実施例として、電気炉により酸
化精錬を終えた溶鋼を第1図に示す容器1内に移し、ス
ラグ6中に挿入した電極4に通電して鋼浴温度を調整し
、所定の目標成分の合金元素を添加したのちポーラスプ
ラグ2よりArガスを供給して攪拌精錬し、次いでA文
およびCaを添加して第1表のN099〜11に示す化
学成分の鋼を造塊した。
次いて、各鋼塊の介在物等級および量をJjS法により
調べたところ、同じく第1表に示す結果であった。ここ
でdAは硫化物、珪酸塩等のA系介在物量、dBはアル
ミナ等のB系介在物量、doは塊状酸化物等のC系介在
物量を示している。表より明らかなように、Ca無添加
のNo、  1〜4では介在物量が多く、Ca添加のN
o、 5〜11では介在物量が少なく、攪拌とスラグ精
錬をしたNo、 9〜11では介在物量がより少なくな
っていた。
また、C系介在物の最大長さとB系およびC系介在物の
合計量との関係を調べたところ、第2図jに示す結果と
なった。この図から明らかなように、Ca添加したもの
の方が介在物量は少なくなっている。
さらに、大型介在物をEPMA分析したところ第2表に
示す結果が得られた。
第2表 第2表に示すように、Ca添加したNo、 5〜11で
1オ、A文、03がM n Sに包まれているため、主
要元素中にA!:L、Mn、Sが含まれていることか明
らかとなった。このAl2O3がM n Sに包まれた
状態では、内部相がA文703−CaO,外部相がM 
r、 S −Ca Sの2相介在物となっており、A、
]20..クラスクーの集団(地fiil:)となりに
くいと同時に、SはFeとA1203間の表面張力を弱
めてAl2O3の渇流れ性を良く[7、浮上性が良好で
あることも明らかとなった。
さらにまた、各鋼塊の断面位置と地疵個数および地疵総
長さとの関連を調べたところ、第3図に示すように結果
となった。図より明らかなように、Ca無添加のもので
は地疵平均長さおよび地疵総長さ共大きな値を示してい
るのに対して、Ca添加のものでは各々より小さな値と
なっており、Ca添加+LFを行った場合には各々さら
に小さな値となっていることが確認された。
また、溶鋼の強制攪拌とスラグ精錬とを併用するLF無
処理行ったのち真空脱ガス処理(RH。
Arガス攪拌、真空度0 、8−1 、2Torr、脱
ガス時間20〜45分の条件)を行ったところ、鋼の静
浄度がさらに改善されることも確認された。
以上説明してきたように、この発明によれば、0.5〜
2重量%の比較的多量のA文を含有する窒化鋼の鋼中介
在物量を少なくして鋼の静浄化をはかることができると
共に、AlzO3介在物が存在するときでもその形態を
制御するとによって大型介在物もしくは地疵としてε間
中に残留することにより生ずる材料の欠陥をなくすこと
ができ、製造原価の高いダブルメルト材並の品質をもつ
窒化鋼を低価格でしかも量産的に得ることができるとい
う著大なる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は溶鋼の強制攪拌とスラグ精錬とを併用するLF
無処理使用される容器(取鍋)の−例を示す断面図、第
2図はJIS  C系介在物の最大長さとd (B+C
)介在物量との関連を調べた結果を示すグラフ、第3図
は鋼塊の断面位置と地疵宥麓宿よび地疵総長さとの関連
を調べた結果を示すグラフである。 特許出願人  大同特殊鋼株式会社 代理人弁理士 小  塩   豊

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 0 、5〜2重量%のA父を含む窒化鋼におい
    て、1〜40ppmのCaを含イ」することを特徴とす
    る窒化鋼。
  2. (2) 0 、5〜2重量%のA文を含む窒化鋼を製造
    するにあたり、所定のA父含看量に溶製した溶鋼中に0
    .005〜0.2重量%のCaを添加することを’41
    徴とする窒化鋼の製造方法。
  3. (3)  0 、5〜2重量%のA父を含む窒化鋼を製
    造するにあたり、所定のAM含有量に溶製した溶鋼中に
    0.005〜0.2重量%のCaを添加し、」]一つ前
    記溶鋼中に不活性ガスを吹込んで撹拌を行うと共に還元
    スラ′グ中に電極を挿入して加熱する還元精錬を行うこ
    とを特徴とする窒化鋼の製造方法。
  4. (4) 0 、5〜2°重量%のA文を含む窒化鋼を製
    造するにあたり、所定のA交合有量に溶製した溶鋼中に
    0.005〜0.2重量%のCaを添加し、且つ前記溶
    鋼中に不活性ガスを吹込んで攪拌を行うと共に還元スラ
    グ中に電極を挿入して加熱する還元精錬を行い、次いで
    真空脱ガスを行うことを特徴とする窒化鋼の製造方法。
JP2937983A 1983-02-25 1983-02-25 窒化鋼およびその製造方法 Pending JPS59157260A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02166217A (ja) * 1988-12-20 1990-06-26 Metal Res Corp:Kk 低炭素鉄クローム合金の製造方法
JP2002285290A (ja) * 2001-03-27 2002-10-03 Daido Steel Co Ltd 高強度・高耐疲労構造用鋼及びその製造方法

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JPH02166217A (ja) * 1988-12-20 1990-06-26 Metal Res Corp:Kk 低炭素鉄クローム合金の製造方法
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