JPS609564B2 - 高シリコンバネ鋼の介在物微細化法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、高シリコンバネ鋼の介在物微細化法に関する
。 バネ鋼の主要特性である耐疲労性は、鋼の表層付近に存
在する非金属介在物によって悪影響を受けることが知ら
れている。 特に、ＳＵＰ６等の高シリコン（Ｓｉ）バネ鋼では、Ｓ
ｉ濃度が高いため溶鋼の段階で大型の複合酸化物が生成
し易く、これが浮上分離されないま）鋼中に残留し、巨
大介在物となって耐疲労を著しく損なうという問題があ
る。本発明者等は、高Ｓｉバネ鋼における大型介在物の
上記幣害を防止し、耐疲労性を高めるべく、溶鋼処理技
術を含め、脱酸方法について種々検討を重ねた結果、不
活性ガス吹込みによる溶鋼縄梓処理下に、Ｓｉ脱酸を施
して鋼中酸素量〔Ｇ〕を一定レベルに低減したのち、ア
ルミニウム脱酸を行なうことにより生成する非金属介在
物の形態が改善され、上記目的を達成し得るとの知見を
得、本発明を完成するに到った。 以下、本発明について詳しく説明する。 本発明は、Ｃ約０．４〜１．０％、Ｓｊ約０．８〜２．
２％を含む、所謂「高Ｓｉバネ鋼」を対象とするもので
あり、かかる鋼は、転炉（ＬＤ転炉など）、電気炉、平
炉等によって溶製される。 本発明方法によれば、上記各種製鋼炉にて通常の条件下
に溶製された溶鋼を取鍋に受鋼し、該鍋中において、フ
ェロシリコン（ＦｅＳｉ）等のごときＳｉを主成分とす
る脱酸剤を添加し、アルゴンガタス（〜）等の不活性ガ
スの吹込（バブリング）により溶鋼を十分に燈拝して上
記Ｓｉ脱酸の促進を図ると共に、造漣剤を添加し、溶鋼
中のアルミニウム〔ＡＩ〕に対して安定なスラグを形成
せしめ、ついで溶鋼中酸素

〔０〕量が約４の剛以下とな
０つた状態において、該溶鋼中にＮを主成分とする脱酸
剤を添加し、ＡＩ脱酸を十分に行なわしめる。 製鋼炉において溶製される高Ｓｉバネ溶の吹止め成分組
成はＬＤ転炉溶製では、Ｃ約０．３０〜０．９０５％、
Ｍｎ約０．１５〜０．３５％、ＳｉＵである。 出鋼温度は、その後のバブリング処理時の降温を補償す
るため〜通常の値より約４０〜５０ｏ○程度高めに調整
することが望まれる。熔鋼を受ける取鍋の内張耐火物は
、塩基性または酸性のいずれでもよいが、後者の場合（
該耐火物にはＳｉ０２約６０〜８０％含有）、溶鋼との
接触（特にバブリング条件下での接触）により、Ｓｉ０
２が解離して生じた酸素が熔鋼中に移行するのでｔ〔０
〕量の低減は「前者に比して若干劣る。 従ってしできるだけ

〔０〕量を低減させるためには、塩
基性耐火物の使用が有利である。取鍋に受鋼された熔鋼
は、まずＳｉ脱酸処理が施される。 該溶鋼は、

〔０〕量が高いので、同脱酸処理にはＳｉ脱
酸反応を適用する。またもこれに用いられる脱酸剤は、
カルシウム（Ｃａ）およびＡＩの含有量の少ないもので
なければならない。脱酸元素ＳｉのほかにＣａやＡＩが
溶鋼中に入ると、鍋中の酸素と反応して（Ｃａ○）−Ｎ
２０３−Ｓｊ０２系の複合酸化物が生成し、巨大介在物
（例えば、約５叱を越える）として鍋中に残留すること
により鋼質に悪影響を与えるからである。このため、Ｓ
ｊ脱酸剤に混在するＣａおよびＡＩの量は〜該脱酸剤を
所定量添加したときの溶鋼中の量がそれぞれ２５夕／ト
ン（溶鋼）および１５タノトン（熔鋼）以下におさまる
ごとき範囲内にあることが望ましい。また、チタン（Ｔ
ｉ）系介在物量を低位に規制するためにＴｉ量の少ない
ことが必要である。該チタン量は、漆鋼中約１０夕／ト
ン（総鋼）以下であることが好ましい。かかる脱酸剤と
して「「ＦｅＳｉＬＡＩＬＴｉ」（Ｓｉ：約７２〜？３
％ト山；約０．０２〜０．０５％、Ｃａ：約０。 １０％以下もＴｉミ約０．０２〜０．０４％）等が好ま
しく用いられる。 またも上記脱酸剤と併せて、「ＦｅＭｎＨＣ」（Ｍｎさ
約７４〜７６％ｔ Ｃ約７％）等を複合使用することも
できる。上記脱酸剤の添加量はし溶鋼の

〔０〕量（通常
、約０．００３〜０．０３０％）に応じて適宜調整され
るが、例えば、ＦｅＳｊＬＮＬＴｉ約１０〜３０ｋ９ノ
トン（溶鋼）およびＦｅＭｎＨＣ約５〜２０ｋ９／トン
（港鋼）が複合添加される。 上記脱酸処理において溶鋼中への不活性ガス吹込みによ
るバプリングが施される。 このバブリングによる溶鋼縄梓効果により「脱酸元素と
溶鋼中の（０〕との反応および脱酸反応生成物の浮上分
離が促進される。不活性ガスとしてはもアルゴンガス（
Ａｒ）が好ましく用いられるか、窒化物（ＮＮ等）の若
干量の生成が許容される場合には〜安価な窒素ガス（Ｎ
２）を用いることも可能である。不活性ガスの吹込みは
、耐火物で被覆された吹込みランス等を溶鋼中適当な深
さ１こ浸潰し、該ランスを介して行なうことができる。 該ガスの吹込み量。時間等に特別制限はなく、溶鋼全体
が均一に縄拝され、Ｓｉ脱酸反応が十分に達成され）ば
良い。例えば、６０トン溶鋼に対し、流量約６００そ／
分も吹込時間約５〜２職１の条件で好結果を得ることが
できる。なお、前記脱酸剤の添加態様として「粉末状の
脱酸剤を用い不活性ガスをキャリャガスとして該ランス
から鋼中に吹込添加する方法６を採用すると添加効果、
歩留等の点で有利である。またＬ不活性ガスの吹込みは
、大気による溶鋼の二次酸化を防止するために、不活性
ガス（好ましくは、Ａｒガス）雰囲気下で行なうことが
望ましい。０ 上記Ｓｊ脱醗処理によりＬ該脱駿反応を
十分に達成せしめ「好ましくは鋼中のトータル酸素量を
約４奴肌以下に低減する。 Ｓｉ脱酸処理についで山添加による最終脱酸処理が施さ
れる。 山の添加は、銅の結晶粒度の調整夕が要求される場合の
結晶粒微細化元素としても必要である。このような比較
的多量の山の添加が行なわれる場合にも、鋼中

〔０〕量
が低いため、生成する介在物はトァルミナ（山２０３）
リッチの微細粒にとどまり「有害な巨大介在物の生成を
防０止することが可能である。上記ＡＩ添加に際しては
、溶鋼表面のスラグはも鋼中〔ＡＩ〕に対して安定なも
のであることが必要である。 該スラグは「製鋼炉から取鍋への出鋼時に溶鋼とともに
流出したものに「前記Ｓｉ脱タ酸処理過程で生成したＳ
ｉ０２等が混入して成り「その組成は一般に、Ｃａ○約
２５〜７０％もＳｉ０２約５〜３５％「ＡＩ２Ｑ約５〜
２０％、等にて横成される。かかるスラグ組成において
ト該スラグ中のＳｉ０２が鋼中〔Ｎ〕に対し不安定であ
ると、ｏ （Ｓｉ０２）→〔Ｓｉ〕＋２

〔０〕で示さ
れる反応を生じ、生成した酸素により溶鋼が再酸化され
、低酸素鋼を得ることができなくなる。 上記Ｓｉ０２の解離反応を防ぐためには、下式３（Ｓｉ
０２）十４〔ＡＤ→２（山２０３）十３〔Ｓｉ〕十△Ｇ
。 …【１｝で示されるスラグ中（Ｓｉ０２）と鋼中〔
ＡＩ〕の反応式から、スラグ中（Ｓｉ０２）組成は、下
式を満足するものでなければならない。〔式中、ａｓ：
およびａＡ．はそれぞれ溶鋼中の〔Ｓｉ〕および〔ＡＩ
〕の活量、ａ（ｓｉｏ２）はスラグ中の（Ｓｉ０２）の
活量、△Ｇｏは上記ｍの自由エネルギー変化、Ｒはガス
定数、Ｔは溶鋼の絶対温度ぐＫ）を表わす。 〕例えば、高Ｓｉバネ鋼の１種であるＳＵＰ６を溶鋼温
度１６００℃（１８７３Ｋ）で処理する場合の（Ｓｉ０
２）の安定領域は上記■式より、ａ（ｓｉｏ２）ミ０．
０７となる。 これを「Ｃａ○一Ｓｉ０２一Ｎ２０３」ニ九系スラグ組
成にて示せば、第１図中、斜線部Ａの領域に相当する。
上記の如くスラグを安定なものとするために、本発明で
は、Ｎ脱酸処理に先立って一定のフラックスを添加し、
スラグ（Ｓｊ０２）安定領域組成に調整する。 かかるフラツクスとして、ＣａＱ約５０〜９０％、ＡＩ
２０３約１０〜３０％、ＣａＦ２約５〜４０％を含み、
Ｃａ○十ＡＩ２０３十ＣａＦ２約８０％以上（好ましく
は約９０％以上）のものが用いられる。このフラツクス
は、機械的混合により上記成分組成に調合された混合造
蓬剤を事前に溶融粉砕して得られる、所謂「プリメルト
フラツクス」が好ましく用いられる。また、機械的混合
タイプの混合造律剤を用いることもできる。この場合、
プリメルトタィプに比し、脱酸効率はや）低いが、鋼中
酸素濃度はほ）、同程度のレベルに到達させることがで
きる。これらフラツクスの添加は、不活性ガス吹込みに
よるバブリングのもとに、スラグ上に散布する方法を探
ることもできるが、該不活性ガスをキャリャガスとして
溶鋼中に吹込むのが、操作上簡便であり、かつスラグと
の均一混合が得られ効果的である。以上のように、Ｓｉ
脱酸により溶鋼中

〔０〕量を十分低減するとともにスラ
グ組成の安定化を行なったのち、ＡＩ脱酸剤を添加する
。 この脱酸剤としては、ＡＩを主成分とする各種形態のも
の、例えば、「ナマコ」状アルミニウム塊、線状アルミ
ニウム等を用いてもよいが、これらは表面の酸化被膜（
Ｎ２０３）を伴ない、あるいは添加の際に熔鋼表面のス
ラグと接触し、−−部消費されるので、添加歩留の低下
、溶鋼中ＡＩ溶解量のバラッキ等を考慮する必要がある
。最も好ましくは、アルミニウム粉末、あるいはフェロ
アルミニゥム（Ｆｅ山）の粉末を、不活性ガス吹込ラン
スを介して該不活性ガスとともに溶鋼中に吹込む方法が
採用される。 その添加量は、十分な脱酸の達成のた０め、溶鋼中〔０
〕と〔山〕との反応の平衡状態到達が目標とされるが、
更に用途上、結晶粒度の調整を要するときは、それに応
じた適宜の量が付加される。前記Ｓｉ脱酸による低酸素
溶鋼に対するＮ脱酸の達成に必要な量としては、熔鋼〔
ＡＩ〕タ量約０．０１５〜０．０８０％となるごとく添
加される。また、結晶粒度調整を図るときは、〔ＡＩ〕
量約０．０１５〜０．０４５％となるごとくに添加され
る。以上の如く、溶鋼櫨梓および脱酸処理を完了したの
ち、鋳造により鋼塊を得、もしくは連続鋳造にて綾片と
なし、分塊、圧延工程等速常の製造工程に付される。次
に実施例を挙げて本発明方法および得られる品質特性に
ついて具体的に説明する。 実施例 ６０トン（公称）ＬＤ転炉にて、ＳＵＰふゞネ鋼（吹止
成分組成：ＣＯ．５５％、Ｍｎｏ．２８％、ＳＭ、ＰＯ
．０１７％、ＳＯ．００８％）を通常の条件で港製し、
塩基性取鍋に受鋼（溶鋼量：８０トン）したのち、第２
図に示すように、敬鍋１にカバー２を載層し、取鋼内ス
ラグ５の上部空間をアルゴンガス雰囲気とする一方、溶
鋼３内にランス４を浸潰し、アルゴンガス（吹込量：６
００そ／分）を吹込み、バブリングによる澄梓下、Ｓｉ
脱酸、スラグ調整、および釘脱酸を下記の｛Ｂーおよび
に｝の２通りの条件で行なった。 なお、処理中、溶鋼中の〔Ｃ〕量調整のため、適時加炭
剤の添加を行なった。処理完了後、下往々入にて７トン
鋼塊に造擁し、通常の工程に従い、分塊・圧延を経て、
１０〜１１側めの製品線材を得た。なお、比較のため、
通常の脱酸手法に従い、転炉出鋼時に取鍋内に合金鉄（
Ｍｎ，Ｓｉ，ＡＩ）を添加し、〜バブリングによる脱酸
生成物の浮上促進を図った下記■法による線材品質を測
定した。 〔１〕 脱酸条件第１表 上記表におけるＦｅＳｉＬＮＬＴｉ及びＦｅＳｉ２号の
成分は第２表のごとくである。 ＡＩの添加は、櫨梓処理開始から約１０分後に行ない、
Ｃ法におけるフ。リメルトフラックスは、同約２０分後
に、ＡＩとともに吹込み添加した。第 ２ 表（ｗｔ※
） なお、混合造淫剤組成は、Ｃａ○：ＡＩ２０３：ＣａＦ
２＝６：２：１のもの（但し、Ｃａ○十ＡＩ２０３十Ｃ
ａＦ２２９０％）を使用。 プリメルトフラツクスは、これを溶融粉砕したもので成
分組成は同じである。〔２〕 処理後の港鋼中酸素量各
法によるそれぞれのトータル酸素量（鍋下分析値）は第
３表のとおりである。 但し、処理なしの場合の値は５の脚であった。第３表 Ａ法は、出鋼時に取鍋内にＭｎ，Ｓｉ，ＡＩの脱酸剤を
添加したものであるため、リムド溶鋼への脱酸剤の添加
に相当し、大型の酸化物が生成したのに対し、Ｂ及びＣ
法では「Ｓｉ脱酸ののちに山を添加するものであるから
、生成する酸化物は小さく、トータル酸素量も低位に安
定したものと考えられる。 また、別途行なった処理後スラグの成分分析結果によれ
ば、第４表に示されるように「Ｂ法またはＣ法では、（
Ｎ２０３）が減少し、（Ｃａ○）が増加しているので、
該スラグの非金属介在物吸収能が高められたことも酸素
量の低減に寄与していると考えられる。第４表（ｗｔ％
） Ｂ法とＣ法とは、同じ酸素レベルである。 両者の処理中におけるトータル酸素量の推移を示せば第
３図のごとくである。（図中、０はＢ法、０はＣ法を表
わす。矢印〔山〕はＡＩ添加を意味する。）処理前の溶
鋼面での酸素濃度は、７０〜１１■血と高いが、約１び
分間の処理で、ＳｉがＳｉ０２と平衡する酸素濃度（１
５５０ｏｏで３奴風）に達していることが判る。〜バブ
リングによる鷹梓が強いため、スラグ層への溶鋼対流が
速やかに行なわれていることによると考えられる。〔３
〕 非金属介在物量 製品線材（ｎ＝３０）から、介在物調査材を孫取し、第
４図に示すように、中心を含む縦断面で切断した長さ２
仇吻の面を表層（１肋×両側）と内部とに区分し、全面
を光学顕微鏡（４０の音）にて競察し、最も厚い介在物
の厚さ（圧延方向と直角方向の介在物長さ）をそのサン
プルの介在物成績値とした。 なお、介在物は酸化物系とＴｉ系とに分けて測定した（
両者の区別は光学顕微鏡により明確に判定することがで
きる）。第５図に、酸化物系介在物の最大厚さ発生率を
示す。 図中、曲線１はＡ法、２はＢ法またはＣ法による処理材
、３は未処理材を表わす（いずれも、破線は内部、実線
は表層部の成績である）。図に示されるように、Ａｒバ
プリング等の脱酸調整をしなかった未処理材では、表層
部に４叫を越える介在物が発生し平均的には２５〜３叫
である。これに比べれば、Ａ法では平均的に１０〜１＆
程度に改善されるが、なお十分とは言えない。一方、Ｂ
法またはＣ法による処理材では、前記Ａ法による平均的
サイズの介在物の発生も極くわずかであり、ほとんど１
０仏以下の微細なものとなっている。第６図は、Ｔｉ系
介在物の最大厚さ発生率を示す。 曲線１は、Ｓｉ脱酸剤として低Ｎ低ＴｉのＦｅＳｉ（Ｆ
ｅＳｉＬＮＬＴｉ）を使用したもの、２は通常のＦｅＳ
ｉ（ＡＩ約１．５〜２．０％、Ｔｉ約０．１〜０．２％
）を用いた場合である（いずれも、破線は、内部、実線
は表層部の成績である）。図から、低ＡＩ低ＴｉのＳｉ
脱酸剤の使用が、Ｔｉ系介在物の低減に有効なことが判
る。以上のように、本発明方法によれば、高Ｓｉバネ鋼
の十分な脱酸を達成し、非金属介在物の形態を改善する
ことができ、同鋼の耐疲労性をはじめとする諸特性の向
上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｃａ○−Ｓｉ０２−山２０３三元系スラグの
安定領域を示すグラフ、第２図は、溶鋼処理状況を示す
説明図、第３図は、港鋼中酸素量の経時変化を示すグラ
フ、第４図は、試料調製説明図、第５図は、酸化物系介
在物の発生率を示すグラフ、第６図は、Ｔｉ系介在物の
発生率を示すグラフである。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 取鍋内の溶鋼に、シリコン脱酸剤を添加するととも
   に、該溶鋼中に不活性ガスを吹込み、溶鋼を撹拌するこ
   とによりシリコン脱酸反応を促進させ、溶鋼中のトータ
   ル酸素量を４０ｐｐｍ以下に低減し、なお、フラツクス
   の添加により、溶鋼表面上のスラグを、溶鋼中〔Ａｌ〕
   に対して安定な組成に調整したのち、アルミニウム脱酸
   を行なうことを特徴とする高シリコンバネ鋼の介在物微
   細化法。