(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶製された溶鋼を取鍋に出鋼し、CaＯおよび Al2Ｏ3 を含有するフラックスを前記取鍋内の溶鋼に添加して生成するスラグのSiＯ2 含有量が７〜12質量％の範囲内を満足し、かつ前記スラグのCaＯ含有量（質量％）と Al2Ｏ3 含有量（質量％）が下記の (1)式を満足するように前記スラグの成分を調整した後、前記取鍋内の溶鋼に不活性ガスを吹き込んで撹拌し、次いでＲＨ真空精錬装置を用いて真空精錬を30分以上行なうとともに前記真空精錬が終了する20分以上前から前記真空精錬が終了するまで前記ＲＨ真空精錬装置の真空槽内の圧力を1.3kPa以下で安定させて圧力が変動しないように保持することを特徴とする高清浄度鋼の製造方法。
1.8 ≦（％CaＯ）／（％ Al2Ｏ3 ）≦ 2.2            ・・・ (1)
（％CaＯ）    ：スラグのCaＯ含有量（質量％）
（％ Al2Ｏ3 ）：スラグの Al2Ｏ3 含有量（質量％）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転炉等の脱炭精錬炉で脱炭処理された溶鋼を、さらにＲＨ真空精錬装置で真空精錬を行なうことによって高清浄度鋼を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、鋼を製造する場合、高炉で溶製された溶銑を転炉で脱炭処理した後、取鍋に出鋼し、Alを添加して脱酸処理を行ない溶鋼中の酸素を酸化物として除去し、さらに成分調整を行なってから連続鋳造して鋳片を得ている。Alで脱酸処理を行なう際に、ガス撹拌やＲＨ真空精錬装置等を用いて酸化物を凝集・合体させ、酸化物の浮上を促進する方策が採られているが、溶鋼中には不可避的に酸化物が残留する。
【０００３】
この溶鋼を連続鋳造等で鋳込む際に、酸化物が鋳片の表層部に補足されると、美麗さを要求される自動車用鋼板等の薄鋼板製品の表面性状が損なわれる。したがって、この種の鋼板において清浄度を高める（すなわち酸化物の生成を抑制する）ことは極めて重要である。
また、ベアリングやクランクシャフト等に用いられる鋼材は、繰り返し応力を受けるため、疲労破壊の起点となる酸化物の少ない高清浄度鋼が要求される。さらに、ＤＩ缶（ドロー・アンド・アイオニング缶）あるいはＤＤＩ缶（ディープ・ドローイング・アンド・アイオニング缶）に用いられる素材も、製缶加工の際に鋼中の酸化物が割れの原因になるため、高清浄度鋼が要求される。
【０００４】
そこで、酸化物に起因する欠陥の少ない高清浄度鋼を製造するために、ＲＨ真空精錬装置等を使用して真空精錬を行ない、溶鋼中の酸化物を凝集・合体させ、酸化物を浮上させてスラグに吸収させることによって高清浄度鋼を製造する技術が種々提案されている。
たとえば特開昭57-73118号公報には、清浄鋼の製造方法が開示されている。この方法は、真空脱ガス処理の所要時間と真空度を規定して、鋼の清浄度を経済的に安定して得ようとするものである。しかしこの方法では、粒径10〜20μｍ程度の酸化物が残留するため、転動疲労寿命試験を行なうと必ずしも寿命が延長されないという問題があった。
【０００５】
また特開平1-222012号公報には、清浄鋼の製造方法が開示されている。この方法は、溶鋼にCa−Siを添加して、Arガスバブリングを行なってCa／Al比を調整することによって、鋼の清浄度を安定して得ようとするものである。しかしこの方法では、溶鋼にCa−Siを添加するために局所的にCa濃度が上昇し、CaＯを含有する粗大な酸化物が生成して疲労強度を低下させる原因になっていた。
【０００６】
また特開平4-333359号公報には、鋼中介在物の無害化方法が開示されている。この方法は、Alキルド鋼にMgを添加して、微細な Al2Ｏ3 −MgＯ系介在物を分散させることによって、製品欠陥を防止しようとするものである。しかしこの方法では、溶鋼にMgを添加するために局所的にMg濃度が上昇し、MgＯを含有する粗大な酸化物が生成して疲労強度を低下させる原因になっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題を解消し、優れた疲労寿命を有する高清浄度鋼の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋳片中に残留する酸化物の成分と鋳片表層部に発生する欠陥との関係、および酸化物の成分と鋳片の疲労強度との関係を調査した。その結果、 Al2Ｏ3 およびCaＯが、鋳片の表層部の欠陥を発生させ、かつ鋳片の疲労寿命を短縮させる原因であることを見出した。つまり、酸化物に起因する欠陥が少なく、しかも優れた疲労寿命を有する高清浄度鋼を製造するためには、 Al2Ｏ3 およびCaＯの生成を抑制する必要がある。
【０００９】
本発明は、溶製された溶鋼を取鍋に出鋼し、CaＯおよび Al2Ｏ3 を含有するフラックスを取鍋内の溶鋼に添加して生成するスラグのSiＯ2 含有量が７〜12質量％の範囲内を満足し、かつ前記スラグのCaＯ含有量（質量％）と Al2Ｏ3 含有量（質量％）が下記の (1)式を満足するようにスラグの成分を調整した後、取鍋内の溶鋼に不活性ガスを吹き込んで撹拌し、次いでＲＨ真空精錬装置を用いて真空精錬を30分以上行なうとともに前記真空精錬が終了する20分以上前から前記真空精錬が終了するまで前記ＲＨ真空精錬装置の真空槽内の圧力を1.3kPa以下で安定させて圧力が変動しないように保持する高清浄度鋼の製造方法である。
【００１０】
1.8 ≦（％CaＯ）／（％ Al2Ｏ3 ）≦ 2.2            ・・・ (1)
（％CaＯ）    ：スラグのCaＯ含有量（質量％）
（％ Al2Ｏ3 ）：スラグの Al2Ｏ3 含有量（質量％）  
【００１２】
【発明の実施の形態】
転炉等の脱炭精錬炉を用いて溶銑を脱炭処理し、脱炭精錬炉で溶製された溶鋼を取鍋に出鋼する。次いで、取鍋内の溶鋼にCaＯおよび Al2Ｏ3 を含有するフラックスを添加する。
このとき、生成するスラグのSiＯ2 含有量が７質量％未満では、スラグ中の固相が増加するので、スラグの酸化物吸収能が低下し、溶鋼中に酸化物が残留する。その結果、溶鋼の清浄度の低下および鋳片の疲労強度の低下をまねく。一方、SiＯ2 含有量が12質量％を超えると、スラグの粘性が低下するので、ＲＨ真空精錬装置の真空槽内にスラグが吸い上げられ、溶鋼の清浄度が低下する原因になる。また、スラグ中のSiＯ2 含有量の増加は、SiＯ2 の還元による溶鋼の再酸化をひきおこし、清浄度が低下する原因になる。したがって、スラグのSiＯ2 含有量は、７〜12質量％の範囲内を満足する必要がある。
【００１３】
また、スラグのCaＯ含有量（質量％）と Al2Ｏ3 含有量（質量％）の比、すなわち（％CaＯ）／（％ Al2Ｏ3 ）の値が 1.8未満では、 Al2Ｏ3 含有量が過大であるため、スラグの粘性が低下して、ＲＨ真空精錬装置の真空槽内にスラグが吸い上げられ、溶鋼の清浄度が低下する原因になる。一方、（％CaＯ）／（％ Al2Ｏ3 ）の値が 2.2を超えると、 Al2Ｏ3 含有量が過小であるため、スラグ中の固相が増加して、スラグの酸化物吸収能が低下し、溶鋼中に酸化物が残留する。その結果、鋳片の清浄度の低下および疲労強度の低下をまねく。したがって、清浄度の改善効果を一層高めるためには、スラグのCa含有量（質量％）と Al2Ｏ3 含有量（質量％）が、下記の (1)式を満足する必要がある。
【００１４】
1.8 ≦（％CaＯ）／（％ Al2Ｏ3 ）≦ 2.2            ・・・ (1)
（％CaＯ）    ：スラグのCaＯ含有量（質量％）
（％ Al2Ｏ3 ）：スラグの Al2Ｏ3 含有量（質量％）
このようにして取鍋内のスラグの成分を調整した後、取鍋内の溶鋼に不活性ガスを吹き込んで、溶鋼を撹拌する。溶鋼を撹拌することによって、溶鋼中の酸化物の浮上が促進される。その結果、酸化物がスラグに吸収される。
【００１５】
次いで、ＲＨ真空精錬装置を用いて真空精錬を行なう。ＲＨ真空精錬装置による真空精錬の所要時間が30分未満の場合は、CaＯおよび Al2Ｏ3 がスラグ中に十分に吸収されず溶鋼中に残留するので、真空精錬は30分以上行なう必要がある。真空精錬の所要時間の上限は、優れた疲労寿命を有する高清浄度鋼を製造するという目的のためには、特に限定しない。しかし生産性向上やコスト削減の観点から60分以下とするのが好ましい。
【００１６】
真空精錬の操業中に真空槽内の圧力が変動すると、取鍋内の溶鋼の湯面レベルが変動する。その結果、取鍋内の溶鋼に浸漬されたＲＨ真空精錬装置の上昇管および下降管の浸漬深さが変動する。特に、浸漬深さが浅くなると、取鍋内の溶鋼が上昇管を通って真空槽内に吸い上げられ、さらに下降管を通って取鍋に環流する溶鋼流にスラグが巻き込まれる。
【００１７】
ただし、真空精錬の開始直後にスラグが溶鋼中に巻き込まれても、その後の真空精錬を1.3kPa（＝10torr）以下の圧力で行なうことによって、清浄度を十分に回復できるので大きな問題にはならない。しかし、真空精錬の後半、清浄度が良好となった溶鋼にスラグが巻き込まれると、溶鋼の清浄度が回復しないまま、真空精錬が終了する。したがって、真空精錬に要する時間のうち、真空精錬が終了する時間の20分以上前から真空精錬が終了するまでの間、ＲＨ真空精錬装置の真空槽内の圧力を1.3kPa（＝10torr）以下に保持する必要がある。
【００１８】
また真空槽内の圧力を1.3kPa以下に保持する時間が20分未満であると、粗大な酸化物の除去が十分に達成できない。したがって、真空精錬が終了する時間の20分以上前から真空精錬が終了するまでの間、ＲＨ真空精錬装置の真空槽内の圧力を1.3kPa（＝10torr）以下に保持することによって、粗大な酸化物を十分に除去することが可能となる。
【００１９】
ＲＨ真空精錬装置を用いて真空精錬を行なう場合には、取鍋内の溶鋼がＲＨ真空精錬装置の上昇管を通って真空槽内に吸い上げられ、さらに下降管を通って取鍋に環流するのに要する時間は、環流１回あたり約２分程度である。したがって真空精錬に要する時間内に、溶鋼を14回以上環流させるのが好ましい。溶鋼の環流回数の上限は、優れた疲労寿命を有する高清浄度鋼を製造するという目的のためには、特に限定しない。しかし生産性向上やコスト削減の観点から、真空精錬の所要時間は60分以下とするのが好ましので、真空精錬の所要時間の範囲内で可能な限り環流させれば良い。
【００２０】
【実施例】
180ton規模の転炉を用いて、表１に示す成分の溶鋼を溶製した後、取鍋に出鋼し、取鍋内の溶鋼にフラックスを添加した。フラックスは、CaＯを35〜45質量％含有し、 Al2Ｏ3 を50〜65質量％含有するものを使用し、添加量は溶鋼１チャージあたり 2.5〜3.0tonとした。
【００２１】
【表１】
0003640167.tif 000002
【００２２】
こうして生成したスラグのSiＯ2 含有量が７〜12質量％の範囲内を満足するように、スラグ成分を調整した後、取鍋内の溶鋼にArガスを吹き込んで溶鋼を撹拌した。Arガスの吹き込み速度は３〜3.5 Ｎｍ3 ／min とし、吹き込み時間は４〜８分とした。その後、ＲＨ真空精錬装置を用いて真空精錬を行なった。真空精錬の所要時間は30分とした。これらのうち、（％CaＯ）／（％ Al2Ｏ3 ）が本発明の範囲を満足し、かつ真空精錬が終了する20分以上前から真空槽内の圧力を1.3kPaに保持するものを発明例とし、（％CaＯ）／（％ Al2Ｏ3 ）が本発明の範囲を外れる例を比較例１〜３とする。
【００２３】
また比較例４として、スラグのSiＯ2 含有量が７〜12質量％の範囲を外れる例について真空精錬を行なった。比較例４では、CaＯ含有量が40質量％， Al2Ｏ3 含有量が40質量％のフラックスを取鍋内の溶鋼に１チャージあたり1.5ton添加し、スラグのSiＯ2 含有量は15質量％であった。その他の条件は発明例と同一であるから説明を省略する。
【００２４】
発明例と比較例１〜４について、溶鋼１チャージあたりのフラックス添加量（ ton／ch），スラグ成分（質量％），真空製錬を行なった後の溶鋼の連続鋳造によって得られた鋳片中の全酸化物量を全酸素量に換算した値（質量ppm ）および鋳片中の最大酸化物粒径（μｍ）を表２に示す。
【００２５】
【表２】
0003640167.tif 000003
【００２６】
発明例はフラックスを添加した後のスラグ中のSiＯ2 含有量が７〜12質量％の範囲内を満足しかつ（％CaＯ）／（％ Al2Ｏ3 ）が本発明の範囲を満足する例であり、比較例１〜３はフラックスを添加した後のスラグ中のSiＯ2 含有量が７〜12質量％の範囲内を満足するものの（％CaＯ）／（％ Al2Ｏ3 ）が本発明の範囲を外れる例である。比較例４はフラックスを添加した後のスラグ中のSiＯ2 含有量が15質量％であり、かつ（％CaＯ）／（％ Al2Ｏ3 ）が本発明の範囲を外れる例である。発明例と比較例１〜４を比べると、発明例の方が、全酸素量および最大酸化物粒径ともに小さい値であり、清浄度が改善されたことが分かる。
【００２７】
また、発明例は、スラグ中のSiＯ2 含有量が７〜12質量％の範囲内を満足し、かつスラグ中のCaＯ含有量と Al2Ｏ3 含有量が (1)式を満足する例である。発明例と比較例１，２を比べると、発明例の方が、全酸素量および最大酸化物粒径ともに小さい値であり、清浄度が一層改善されていることが分かる。
比較例３は、フラックスを添加した後のスラグ中のSiＯ2 含有量が７〜12質量％の範囲内を満足するものの、真空精錬終了の13分前に、成分調整のために合金鉄を添加した際、真空槽内の圧力が2.7kPa（＝20torr）になった例である。比較例３と比較例１，２を比べると、比較例３の方が、全酸素量および最大酸化物粒径ともに大きい値であり、清浄度は劣っていた。しかし比較例３と比較例４を比べると、比較例３の方が全酸素量および最大酸化物粒径ともに小さい値であり、清浄度が改善されているのが分かる。
【００２８】
以上に説明したように、本発明によれば、酸化物の生成を抑制できるので、清浄度が改善され、しかも疲労寿命が延長されることが確かめられた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明では、ＲＨ真空精錬装置を用いて、優れた疲労寿命を有する高清浄度鋼を製造することができる。