JPS62227029A - 清浄鋼の製造方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） この発明は、非金属介在物がきわめて少ない高清浄度の
鋼を製造する方法に係り、更に詳しくは比較的微小な介
在物までも効果的に除去し得る還元精錬方法に関する。

（従来の技術） 一般に、鋼中の非金属介在物を除去して鋼を清浄化する
ことは、種々のメリットをもたらす。

綱を清浄化する方法としては、２次精錬炉における、い
わゆる還元精錬が公知である。これは、−Ｍに次の方法
による。すなわち、ＶＯＤ、ＡＯＤ、ＬＦ、ＶＡＤ等の
２次精錬炉を用い、溶鋼の上にフラフクスをおいてスラ
グを形成させ、このスラグの酸化ポテンシャルをＡＩや
Ｓｉの強１元剤で低下させるとともに、この還元元素を
溶鋼中にも保持させて還元条件をつくり出す。ここで、
Ａｒ等の不活性ガスを浴面下より吹き込んで強攪拌をか
け、これにより還元反応を促進させて鋼中介在物を浮上
、除去する。

非金属介在物が及ぼす害の最も顕著な例は、成品の表面
疵やユーザー側での加工時における割れ疵等の発生であ
り、これはとくに、比較的大型（具体的には５０μ以上
）の酸化物系介在物によるものであるが、上記還元精錬
は、現在、このような介在物の減少を目的に多〈実施さ
れ、上記底、割れ等の問題をほぼ解決する成果を収めて
いる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、近年その需要に急速な伸びがみられる各種精
密電子部品に用いるステンレス極薄板や極細線について
いうと、これらに供する材料は、−ＩＩにいう機械加工
性のほか、打抜き性、エツチング性、メッキ性といった
複雑な加工処理に対する性能が同時に問われる。ここに
、後者の３特性については介在物の影響が大きく、なか
でも１０８以上の比較的微小な介在物の存在の有無が、
それらの特性の良否をほぼ支配していることが、発明者
らの研究で明らかとなった。

すなわち、この種用途向けの材料に限っていえば、とく
に１０８以上の比較的小さな介在物までを取り除くこと
が求められてくるのである。

ここで、従来公知の還元精錬は、大型の介在物について
は既述のように非常に効果的であるが、！０ｇ以上の小
型の介在物には全く舞力なものであり、これを取り除く
要求には応えられないものである。

上記に鑑み本発明は、大型介在物のみならず、比較的小
型の、とくに！０ｇ以上の介在物までをきわめて効果的
に除去し、高度の清浄化を達成し得る１：元精錬方法の
提供を目的とする。

（問題点を解決するための手段・作用）本発明者らはま
ず、詳細な実験、調査の結果、一般の還元精錬を伴う溶
製プロセスを経てなお成品中に残る！０ｇ以上の小型介
在物について、その実体ならびに生成のメカニズムを次
のとおり突き止めた。すなわち、 （ａ）上記の小型介在物は、ＭｇＯを少なくとも１０％
含有する化合物に限られ、これは鋳片から成品にいたる
途中の加工工程において変形したり破砕されたりしない
でそのまま成品中に持ち込まれるＣ系介在物（！’Ｉｇ
Ｏ−Ａｌ２Ｏ３またはＭｇＯ−５ｉＯ□）であることを
知見した。

（ｂ）また、このようなＣ系介在物の形成は、溶鋼中に
ＭＢが存在すること、すなわち溶鋼中に！１ｇが混入す
ることによっておこることは、いうまでもない、　Ｍｇ
の混入については一般には、合金原材料、精錬添加剤等
種々の要因が考えられるが、この場合における、介在物
形成の基となるＭｇの混入は、意外にも還元精錬に使用
する精錬容器に起因していることを突き止めた。すなわ
ち、還元精錬に使用する精錬容器は通常、溶鋼の高温に
晒されることから、ドロマイトのようなＭｇＯ含有の耐
火物でライニングされているが、このライニング耐火物
はＣ３泪温度が１７００℃（荷重軟化点）をこえるとＭ
ｇＯの溶出挙動が際立って活発になる傾向があり、後記
するように精錬温度を約１７２０℃に設定する一般の精
錬では耐火物中ＭｇＯの溶鋼中への溶出、混入がどうし
ても避けられないこととなるのである。

ごこに、Ｍ［０の溶出は、溶鋼中のＳｉ、　　Ａｌ１（
還元剤）による下記（１）　、　（２）の還元反応であ
る。

３Ｍｇ０　　＋２　　Ａ　１−　＾１　ｔ（ｈ＋３ＭＢ
　　・　・　・　（八）２ＭｇＯ＋ｓｉ＝　５ｉ０２　
＋　２’ＬＲ・・・・・・（［１）すなわち、上記のＣ
系介在物は、還元精錬工程で炉耐火物から混入してくる
Ｍｇにより、同工程において形成されるというわけであ
る。

上記（ａ）　、　（ｂ）の事実よりして、！０ｇ以上の
小型介在物対策としては、還元精錬工程において、０Ｍ
［の溶出挙動、すなわち（Ａ）、（Ｂ）の還元反応その
ものを抑えること、■溶出したＭｇを溶鋼中から取り除
いてやること、の２つが考えられる。

そこで本発明者らは、上記■、■の具体的手段について
、更に実験、研究を重ねた結果、以下のようム知見を得
たのである。

（ｃ）まず■にいう（Ａ）　、　（Ｂ）の還元反応は、
精錬条件としての精錬温度と溶鋼中還元剤（八β、Ｓｉ
　）濃度とに実質的に支配され、それらの値を低くする
と、抑制される傾向となる。

また■の溶鋼中Ｍｇの除去には、同じく精錬条件として
のスラグ塩基度が重要な意味をもっており、４ｇの除去
はこの値を低くすることにより促進される（川向となる
。

（ｄ）　ところが、通常このような条件の設定に当たっ
ては、溶鋼中介在物の除去につながる還元反応の促進を
第一に考えるが、この還元反応の観点にたてば、上記条
件はいずれも高い方が有利ということになる。

つまり、上記各条件については、Ｍｇの溶出抑制。

溶出九の除去を優先させると、本来の還元反応が抑えら
れる傾向となるということである。

（ｅ）シかるに、Ｍ（Ｈの溶出抑制と溶出Ｍｇの除去の
雨対策を併用することを前提とするならば、上記３条件
の間に、１０μ以上の小型介在物をほぼ完全になくし、
しかも大型介在物の十分な除去を達成し得る条件範囲の
存在することが判明したものである。

本発明は以上のような知見に基づくものであって、Ｃｒ
　Ｏ，５〜３５ｗｔ％を含む泪を、Ｍｇ０１０％以上含
イ「の耐火物を用いた２次ｊｒｔ錬炉により還元精錬す
るに際し、精錬温度を１７００℃以下、スラグ塩基度を
１〜２とするとともに、当該精錬の全工程を通してン容
１’ｌｌ’ｌ中に０．０５〜２．Ｏｗｔ％のＳｉ　、　
０．０１〜１．０匈むン６のＡｌの少なくとも一方が保
持され、かつそれらの１ｅ星が２．Ｏｗｔ％以下となる
ようにして、精錬を行い、成品における非金属介在物中
のＭ８ｏ濃度を１０％以下とすることを特徴とする清浄
鋼の製造力ｌ去を要旨とする。

精錬温度、スラグ塩基度、溶鋼中還元剤（Ａｌ゜Ｓｉ　
）濃度の各精錬条件については、従来、精ｉｌｌ！１．
！！度約１７２０℃、スラグ塩基度１．５〜２．５　、
　／８鋼中還元剤最高名度：　　Ａｊ！　　１．５ｗｔ
％＋　Ｓｉ　１．Ｏｗｔ％程度に設定するのが通例であ
った。これらの条件設定は、次のような理由による。

・精錬温度；この温度が高いほど、介在物除去に関与す
る還元反応は進み易く、またフラックスの滓化も早くな
る。精錬温度は上記還元反応面のほか、−次精錬の温度
、成分のばらつきを成分微調整も含めて二次精錬で補償
すること、また更には強撹拌による温度低下の補償に吹
精Ｓ！Ｊ、後のキリング過程における温度低下、鋳造工
程のための温度補償など工業生産上の見地からも、高ｌ
ユが指向される。このような事情と、精錬容器の内張耐
火物の耐熱性の問題との兼ね合いから、従来１７２０℃
程度が採用されていた。

・スラグ塩基度ニア８鋼上面のスラグの組成は溶鋼中で
の還元反応を支配する重要な因子であり、スラグ塩基度
とはこのスラグ組成の指標となるものである。一般にこ
の値が高いほど還元反応は進み易く、したがってこれも
、高い値が好ましい。このことから、同塩基度としては
、１．５〜２．５程度が選ばれてきた。

・ｉ＄Ｅ中還元剤濃度：還元剤としてのｌｌｊ！、Ｓｉ
が多いほど、還元反応は効果的に進行する。この八β、
Ｓｉについては、還元剤のほか、とくに外部熱源を使用
しないＶＯＤ、ＡＯＤの場合には昇温剤としても利用さ
れ、更には鋼の機械的特性の上からも必要とされるもの
であり、こうした側面も考慮に入れて、Ａｌ濃度、ｓ＋
濃度はそれぞれ１．５−Ｌ％、　１．０ｉｖｔ％（初期
最高値）程度が採用されていた。

このような条件設定では、しかしながら先述のように５
０μ以上の大型介在物は効果的に除去されるものの、１
０μ以上の小型介在物については多くの残留が見られる
というわけである。

しかるに、本発明の方法に従って、↑１１錬温度＝１７
００℃以下、スラグ塩基度１〜２．／８鋼中還元剤ｌ益
度：Ｓｉ０．０５　〜２ｗｔ％　、八ρ　０．０１　〜
１．０ｗｔ％と、従来より全て低めに条件設定してやれ
ば、■還元精錬本来の大型介在物に対する効果を実質的
に低下させることなく、０１０８以上の小型介在物の残
留を殆ど皆無とすることができる。すなわち、■につい
ては、これは先に述べたことからも明らかなように、　
（イ）精錬温度、溶鋼中還元剤濃度の上記条件設定によ
り、当該精錬工程における精錬容器からのＭｇＯの溶出
、すなわち前記（Ａ）、（Ｂ）の還元反応が抑制され、
また（口）スラグ塩基度の上記条件設定により、僅かな
がら溶出したＭｇも溶鋼中から略々完全に除去されるこ
ととなり、その結果、同工程でのＭｇＯ含有のＣ系介在
物の生成が可及的に防止されるごとによるものである。

■についていうと、本発明に規定する３条件のうち、と
くに精錬温度１７００“Ｃという条件は、工業生産りの
諸々の課題に対処する際の条件設定の自由度を少なくし
、二次＋Ｉ″！錬のみならず一次精錬からＳｌｉ造工程
まで、従来以上に厳しく管理して製造する必要が生して
くる。しかし還元反応そのものは１７００′Ｃ以下で、
かつ本発明範囲の塩基度、溶鋼中ぶ元剤濃度の下でほぼ
問題なく進行し、５０μ以上の大型介在物も従来の還元
精錬とほぼ同様に除去され得る。

なお、精錬温度としては、１Ｇ５０′ｃ以上が望ましい
。

以上のように本発明方法は、−次精錬から最終の鋳造工
程まで厳密に管理することが必要で、若干能率低下など
を伴うものの、５０μ以上の大型介在物以外に１０μ以
上の介在物をほぼ完全に除去しｉ斗、製品の品質につい
ては大幅な向上がｌｌ１ｌ待できるものである。

なお、本発明の方法は、とくに頭記した精密電子部品用
極薄板、極ＩＩＩＩ線に供するステンレス材料（フェラ
イト系、オーステナイト系等）に主眼をおくものである
が、適用対象としてはこの他にも、とくにすぐれた疲労
強度が望まれ、その点から高度の清浄化が要求される軸
受鋼等が挙げられる。

以下、本発明の各要件について説明する。

・まず、本発明においては、適用対象をＣｒ　Ｏ，５〜
３５ｗ　ｔ％を含む泪とした。発明本来の目的からすれ
ば、対象口の制限はとくに必要ではないが、用途上要求
される特性の面から適用がとりわけを効と、ちえられる
鋼種に対象を絞ったものである。具体的には、精密電子
部品用としての、フェライト系。

オーステナイト系等のステンレス鋼や軸受鋼としてのＣ
ｒ含有鋼等を考慮したもので、このような鋼に限った場
合、Ｃｒは少なくとも０．５ｗｔ％含まれ、また加工性
、とくに熱間加工性の観点より、多くとも３５し％以下
に抑えられることがら、ＣｒＦＪを０．５〜３５−ｔ％
に限定した。

・本発明の方法に使用する２次精錬炉は、Ｍｇ０１０％
以上含有の耐火物を使用したものである。耐火物のＭｇ
Ｏ含有量が１０％未満では、精錬時の高温に実質的に耐
えず、実用に供し得ない。Ｍｇ０１０％以上含（Ｔの耐
火物としては、マグネシア・クロマイ、ト、マグネシア
・ドロマイト等が挙げられる。炉ソノも＋１７）（７）
形式としては、ＶＯＤ、ＡＯＤ、ＬＦ。

ＶΔＤ等の何れでもよい。

・還元精錬の方法そのものは、先に述べた従来の方法と
基本的に同じであるが、本発明の方法では、情錬温度、
スラグ塩基度、そして？′８柵中連中還元剤濃度条件を
先述べの如く設定する。各条件について説明すると、 ｌ）精錬温度：　１７００℃をこえる温度では、本来の
還元反応による大型介在物の除去は作動に行われるが、
精錬炉耐火物からのＭｇの溶出が顕著となって１０μ以
上の小型介在物の残留が多くなる。よって、１７００℃
以下にする必要がある。設定温度の下限については、精
錬後のキリング時間の設定の仕方や外部熱源の有無等、
種々の操業条件によって変わってくるのでとくに１服定
しないが、大体１６００〜１６５０℃程度と考えればよ
い。

２）スラグ塩基度：この値が１未満では、本来の還元反
応が十分に行われず、また２をこえた場合には精錬炉耐
火物から溶出、混入したＭｇの除去が効果的に達成され
ない。よって、１〜２の範囲に設定することが必要であ
る。

３）？８ｔ！１中還元剤濃度：還元剤としてはＡＡ、Ｓ
ｉの一方または双方を使用する。還元剤は精錬開始時に
ｉＳＥ中に所定濃度に保持せしめられ、精錬の進行とと
もに消費されて濃度が次第に低下してゆくが、本発明の
方法ではこの全過程においてＡＩの場合ハ０．０１〜１
．Ｏｗｔ％、　Ｓｉニツいテは０．０５〜２ｗＬ％の各
濃度に保つようにする必要がある。

＾ｊ！、Ｓｉ　とも下限値未満では、本来の還元反応が
進まず、また上限値をこえると、精錬炉耐火物からの１
の溶出が多くなり、結果的に１０μ以上の小型介在物の
残留が増加する。

なお、ＡＩ、Ｓｉの一方を添加する場合には、添加しな
い方の元素については溶鋼に上記下限値を下回る範囲で
の含有が予めあっても、それは何ら差支えないのはいう
までもない。本発明は、このよ・）なケースも熱論、包
含するものである。

・最後に、本発明において、成品における非金属介在物
中のＭ［Ｏ濃度を１０％以下にすることとしたのは、こ
のＭｇ０４度が１０％をこえると既述から明らかなよう
に１０８以上の小型介在物の残留がみられることになる
からである。このような目的は、上記した条件下での還
元精錬により、達成されるわけである。

（実施例１） 後記第１表に示す５ｕｓ３０４＠を３０ＬｏｎＥＦ（Ｔ
Ｌ気が）にて溶製し、次いでＶＯＤで還元精錬を行い、
この際精錬速度、スラグ塩基度、７８柵中還元剤の条件
をそれぞれ変化さゼた。使用した精錬炉のライニング耐
火物は、マグドロレンガ（Ｍｇ０７０％、　Ｃａ０３０
％）である。

得られた各種の柵を、連続鋳造によりスラブとなし、次
いで熱延−冷延を行ってＱ、２５＋ｎｔの薄板を得、こ
の薄板について、表面に存在する介在物を調査した。調
査は、表面の１００　ｍ＋＋２の部分を５００倍の視野
で観察し、同部分における１０μｍ以上の大きさの介在
物の存在個数を調べる方法によった。

結果を第１図、第２図に示す。

第１図は、精錬温度と上記介在物個数との関係を冷部１
中還元剤条件をパラメータとして示したもの（スラグ塩
基度１〜２）であるが、同図の結果から、精錬温度を１
７００℃以下（本発明範囲）とすることにより、１０８
以上の介在物が著減することが明らかである。また、溶
口中５元剤濃度については八Ｎ≦１．Ｏｗｔ％、Ｓｉ≦
２．０ｗｔ％（本発明範囲）とすることが同上介在物の
減少に有効であることが稈屑される。

第２図はスラグ塩基度と同上介在物個数との関係（ｔ／
ｒ　ｆ１’点度：１７００’ｃ以下、溶鋼中最高還元剤
濃度：　０．２５ｉｖｔ％　Ｓｔ、　　０．０５ｗｔ％
畳を示したもので、この図からは、スラグ塩基度２以下
の条件（本発明範囲）が介在物の低減に有効であること
が判る。

（実施例２） 第１表に示す５ＵＳ４３０を３０ｔｏｎＥＦで溶製し、
次いでＶＯＤによる還元精錬を行い、この際１１′Ｉ錬
温度５スラグ塩基度、／８’ｌｆＡ中最高還元剤濃度を
、ソレソれ１７３０”Ｃ＋　２．５＋　Ｓｉ　＝２．５
ｗｔ％（従来例）と、１６８０℃、　１．８．　Ｓｉ　
＝１．５　ｗｔ％（本発明実施例）の２種の条件に設定
した。

得られた鋼を、（実施例　１）と同様の方法で０．２５
ｓａｔの薄板とし、これについて、板厚全面における介
在物分布状態（観察視野：５０　ｍ＊２）を光学顕微鏡
により調査した。

結果は第３図（イ）（本発明法）、　（ロ）（比較法）
に示す。

従来例と本発明実施例とを比較すれば、従来例では１０
８以上の介在物個数が非常多いが、本発明例ではこれが
ほとんど皆無となっており、本発明の有効性が確認され
る。

（実施例　３） 後記第２表に示す５ｕＪｔｉ（軸受鋼）を、７０Ｔ、Ｌ
Ｄ転炉で溶製し、次いでＶＡＤにより還元精錬を行った
。精錬の条イ′は、精錬最高温度。

スラグ塩基度、溶鋼中還元剤最高潤度を、それぞれ　１
６８５℃、　　１．８．　　Ｓｉ：　　０．２ｗｔ％、
　　Ａｌ１（Ｓｏｌ　　Ａｊり：０゜０２０ｗｔ％（本
発明実施例）、　１７５０’ｃ、　２．５．　Ｓｉ、＾
ｌとも同上（比較例）の２種の条件とした。

得られた鋼を３００　＊鳳Ｘ４００＋＋−のフ゛ル−ム
に連続鋳造し、分塊圧延後、軸受用鋼管（外径６ｏ−１
φ。

内径５０龍φ）の製造を行った。

こうして得た鋼管について、介在物状況と疲労寿命の調
査を行った。

後記第３表は介在物状況の調査結果であるが、本発明材
ではＡ系介在物が比較材よりもやや多くなっているが、
Ｃ系介在物は著しく少なくなっている。

また、第４図は上記画材の疲労寿命の調査結果であるが
、本発明材は比較材の約３倍にも及ぶ寿命を示している
。

（発明の効果） 以上に示したとおり本発明の方法は、５０μ程度の比較
的大型の介在物のみならず、１０μ以上の比較的小型の
介在物をもきわめて効果的に除去し得、清浄度のきわめ
て問い鋼を製造することが可能であり、と（に高清浄度
が要求される精密電子部品用ステンレス刈、軸受鋼等の
製造法として利用価値のきわめて高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は（実施例　ｌ　）の結果であり、第１
Ｕ７Ｊは精錬温度と圧延材表面における１０μ以上の介
在物個数との関係、第２図はスラグ塩基度と同上介在物
個数との関係をそれぞれ示す。第３図（イ）５　（ロ）
は（実施例　２）の結果であり、板厚全面における介在
物分布状態を示し、（イ）は本発明実施例の場合、（ロ
）は従来例の場合、である。第４図は（実施例　３）の
結果であり、本発明実施材と比較材の疲労強度を示して
いる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｒ０．５〜３５ｗｔ％を含む鋼を、ＭｇＯ１０
   ％以上含有の耐火物を用いた２次精錬炉により還元精錬
   する場合において、精錬温度を１７００℃以下、スラグ
   塩基度を１〜２とし、かつ当該精錬の全工程を通じて溶
   鋼を、０．０５〜２ｗｔ％のＳｉ、０．０１〜１．０ｗ
   ｔ％のＡｌの少なくとも一方を含有し、かつＳｉ＋Ａｌ
   ≦２ｗｔ％を満足する還元条件に保持して精錬を行うこ
   とにより、成品における非金属介在物中のＭｇＯ濃度を
   １０％以下とすることを特徴とする清浄鋼の製造方法。