(57)【要約】【課題】  マルエージング鋼製スクラップを溶解原料として用いても、従来方法で製造されるマルエージング鋼と遜色のないマルエージング鋼を、効率的に経済的に製造する方法を提供する。【解決手段】  スクラップ材料を用いたマルエージング鋼の製造方法であって、一部または全部をスクラップ材料としたマルエージング鋼の溶解原料を、酸化雰囲気中にて孤光式電気炉で溶解して溶鋼とし、該溶鋼を真空処理装置に受け、真空処理装置にて真空精錬を行い、且つ前記真空精錬の途中、真空精錬前、真空精錬後の何れかにおいて成分調整を行い、窒素を２５ｐｐｍ以下のマルエージング鋼塊とするでマルエージング鋼の製造方法ある。好ましくは、上述の真空処理装置は真空誘導加熱炉であり、更に好ましくは、孤光式電気炉で溶解して溶鋼とした後に酸化精錬を行うマルエージング鋼の製造方法である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクラップ材料を用いたマルエージング鋼の製造方法であって、一部または全部をスクラップ材料としたマルエージング鋼の溶解原料を、酸化雰囲気中にて孤光式電気炉で溶解して溶鋼とし、該溶鋼を真空処理装置に受け、真空処理装置にて真空精錬を行い、且つ前記真空精錬の途中、真空精錬前、真空精錬後の何れかにおいて成分調整を行い、窒素を２５ｐｐｍ以下のマルエージング鋼塊とすることを特徴とするマルエージング鋼の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の真空処理装置は真空誘導加熱炉であることを特徴とするマルエージング鋼の製造方法。
【請求項３】
孤光式電気炉で溶解して溶鋼とした後に酸化精錬を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のマルエージング鋼の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載のマルエージング鋼の製造方法で得られた窒素を２５ｐｐｍ以下としたマルエージング鋼塊を電極として、更に真空アーク再溶解することを特徴とするマルエージング鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクラップ材料を溶解原料の一部または全部とするマルエージング鋼の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マルエージング鋼は、２０００ＭＰａ前後の非常に高い引張強さを有し、加工性・溶接性に優れるため、航空機部品、各種金型、高圧化学プラント部品、溶接棒、高強度が要求される薄板材、例えば、自動車エンジンの無段変速機用部品等に使用されている。
マルエージング鋼の代表的な組成は、質量％で１８％Ｎｉ−８％Ｃｏ−５％Ｍｏ−０．４５％Ｔｉ−０．１％Ａｌ−ｂａｌ．Ｆｅである。そして、マルエージング鋼は、強化元素として、Nｉ、Ｍｏ、Ｔｉを適量含んでおり、時効処理を行うことによって、Ｎｉ３Ｍｏ、Ｎｉ３Ｔｉ、Ｆｅ２Ｍｏ等の金属間化合物を微細に析出させて高強度を得ることのできる鋼である。
上述したマルエージング鋼の用途の中でも例えば、自動車の無段変速機用部品に用いる場合は、マルエージング鋼中の介在物が問題とされるため、介在物を微細とする工夫がなされており、例えば、特開２００３−２２１６１４号（特許文献１参照）に示されるように、低窒素の溶解原料を用いて真空アーク再溶解を適用した開示があるとおり、高価で厳選された溶解原料を用いて、再溶解を行って製造されるため、マルエージング鋼は極めて高価な材料となっているのが現状である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２２１６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マルエージング鋼を安価に製造するためには、ＣｏやＴｉを低減させると言う方法もあるが、これは、マルエージング鋼が有する高強度特性を犠牲にするものである。
また、単純にマルエージング鋼製のスクラップ材料を、例えば真空誘導溶解炉の原料として用いようとしても、マルエージング鋼はＴｉやＡｌ等の窒化物や酸化物の生成元素を含み、また、介在物の存在が問題視される用途が多く、これら介在物を生成しないようスクラップ材料の外表面の清浄化処理が必要となりその工数やコストで問題があった。
さらに例えば真空誘導溶解炉を適用する場合、使用する溶解原料には形状の制約があり、形状の選別や切断処理等の作業がある問題があった。このため、スクラップ材料の中には有効に再利用できないものが発生する問題があった。
本発明の目的は、スクラップを溶解原料として用いても、従来方法で製造されるマルエージング鋼と遜色のないマルエージング鋼を、効率的に経済的に製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものである。
すなわち本発明は、スクラップ材料を用いたマルエージング鋼の製造方法であって、一部または全部をスクラップ材料としたマルエージング鋼の溶解原料を、酸化雰囲気中にて孤光式電気炉で溶解して溶鋼とし、該溶鋼を真空処理装置に受け、真空処理装置にて真空精錬を行い、且つ前記真空精錬の途中、真空精錬前、真空精錬後の何れかにおいて成分調整を行い、窒素を２５ｐｐｍ以下のマルエージング鋼塊とするマルエージング鋼の製造方法ある。
【０００６】
好ましくは、上述の真空処理装置は真空誘導加熱炉であるマルエージング鋼の製造方法である。
更に好ましくは、孤光式電気炉で溶解して溶鋼とした後に酸化精錬を行うマルエージング鋼の製造方法である。
更に好ましくは、上述したマルエージング鋼の製造方法で得られた窒素を２５ｐｐｍ以下としたマルエージング鋼塊を電極として、更に真空アーク再溶解するマルエージング鋼の製造方法である。
なお、本発明で言うマルエージング鋼とは、マルテンサイト組織にエージング（時効硬化処理）を施すことで１３００Ｍｐａ〜２５００ＭＰａの非常に高い強度と優れた延性が得られる合金であり、Ｎｉを８〜２５％含む時効硬化型の超強力鋼を言うものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のマルエージング鋼の製造方法によれば、従来方法で製造されるマルエージング鋼と遜色のないマルエージング鋼を得ることができる。また、スクラップ材料を出発原料とすることでマルエージング鋼の再利用を可能とし、高価な合金元素を多量に含有するマルエージング鋼を安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明を詳しく説明する。
先ず本発明で用いるスクラップ材料とは、マルエージング鋼の製造過程で排出される場内スクラップ材料や市場スクラップ材料を言う。
市場スクラップ材料はＡｌ，Ｔｉ，窒素に代表される介在物生成元素が十分に把握できない。また、自社の場内で製造するマルエージング鋼の製造過程で排出される場内スクラップ材料は、熱間加工時の表面酸化や窒化、割れ部内部の酸化や窒化等が発生している。
そのため本発明では、先ず、有害とされる窒化物系介在物を形成するＡｌ，Ｔｉ，窒素を低減する。具体的には、酸化雰囲気中の孤光式電気炉にてスクラップ材料を溶解することでＡｌとＴｉとを低減させる。
孤光式電気炉を用いれば、スクラップ材料の形状等の制約が最も少なく、スクラップ材料を原料とする本発明においては必須で用いる。
そして、本発明においては酸化雰囲気中の孤光式電気炉での溶解は例えば大気中にて行うのが良い。これにより、スクラップ材料の溶鋼中から有害なＡｌ，Ｔｉは酸化されてスラグとなって分離除去可能なことから、溶鋼中のＡｌ，Ｔｉの低減を行うことができる。孤光式電気炉によってＡｌ，Ｔｉ量はＡｌ：０．０１％以下、Ｔｉ：０．０５％以下に低減ができ、好ましくはＡｌ：０．００８％以下、Ｔｉ：０．０３％以下に低減すればよい。
なお、スクラップ材料を溶解原料の一部として用いる場合は、スクラップ以外の工業用純鉄や合金の追加添加は孤光式電気炉にてスクラップ溶解と同時、或いはスクラップ溶解後に行えばよい。
【０００９】
次に、上述したＡｌ，Ｔｉを低減した溶鋼を真空処理装置に受け、真空処理装置にて真空精錬することで、窒素を低減する。
ここで、本発明で言う真空処理装置とはＶＯＤ（ｖａｃｕｕｍ  ｏｘｙｇｅｎ  ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）、ＶＤ（ｖａｃｕｕｍ  ｄｅｇａｓｓｉｎｇ）、真空誘導加熱炉等の真空中で脱ガス可能な機構を具備する装置を言う。
中でも真空誘導加熱炉を用いて真空精錬を行うと、加熱機能があるため長時間に亘っての溶鋼温度管理が可能であること、高真空下での真空脱ガスによる脱窒素およびＣＯボイルによる脱窒素が進行するため低窒素化が可能であり、ＣＯボイルによる低酸素化も可能であることから、窒化物系介在物の他、酸化物系介在物の生成元素をより確実に低減させることができる。
以上のような工程を経ることで、窒素を２５ｐｐｍ以下まで低窒素化することができる。なお、真空脱ガス時間を十分に取ることや酸素源と炭素源を適時添加することでＣＯボイルを繰り返し活発にする工夫をすれば、窒素を１５ｐｐｍ以下、更には１０ｐｐｍ以下とすることもできる。ここで、酸素源としては鉄鉱石やＮｉＯ等の酸化物、炭素源としてはＣ単体が利用できる。
【００１０】
そして、上記の低窒素化後に孤光式電気炉溶解で除去したＴｉ，Ａｌの他、所望の化学成分に調整するために元素の添加を行う。
所望の化学組成に調整するタイミングは、真空精錬の途中、真空精錬前、真空精錬後の何れかで行う。この成分調整は、調整する元素によって調整のタイミングを変更する。
例えば、Ａｌ，Ｔｉは真空精錬にて窒素を２５ｐｐｍ以下まで低減した後（真空精錬後）、に行うのが最も効果的である。Ａｌ，Ｔｉを添加すれば窒素量が固定されるためである。
また、Ａｌ，Ｔｉ以外の例えばＮｉやＭｏ等の元素も真空精錬の途中、真空精錬の前、若しくは真空精錬後において適宜添加することができる。
【００１１】
本発明では、孤光式電気炉で溶解して溶鋼とした後に酸化精錬を行う工程を行っても良い。孤光式電気炉で溶解した溶鋼に、酸素と親和力が強く強脱酸元素であるＡｌ，Ｔｉが残存する場合、該溶鋼を真空精錬しても、含有酸素が低いため、十分なＣＯボイルが起こらないため脱窒素反応が進行し難くなる場合がある。
そこで、孤光式電気炉で溶解した溶鋼に酸素を吹込む等の酸化精錬を行なうことでより確実に残存Ａｌ，Ｔｉを低減させることが可能となる。この酸化精錬を行うことで、Ａｌ，ＴｉをＡｌ：０．００５％以下、Ｔｉ：０．０１％以下まで除去した溶鋼とすることが可能となる。
酸化精錬を行なった溶鋼を真空誘導加熱炉に受け、真空精錬することで酸素源の添加等の特別な処理を行なわなくても十分な脱窒素が可能となる。
【００１２】
以上、説明した本発明の製造方法を適用すると、スクラップ材料を溶解原料として用いても、有害な介在物生成元素のＴｉ，Ａｌ，窒素を低減させることができる。
また、この本発明の窒素を２５ｐｐｍ以下の低窒素マルエージング鋼塊を真空アーク再溶解の電極とし、該電極を真空アーク再溶解することもできる。これにより、高清浄で偏析の少ないのマルエージング鋼を製造することができるため、介在物、偏析が特に問題視される、例えば自動車の無段変速機用部品にも十分に適用できる。
本発明のＡｌ，Ｔｉを含んだ成分調整後のマルエージング鋼の好ましい化学組成としては、質量％でＡｌ：０．０３〜１．７％（好ましくは０．０５〜０．５％）、Ｔｉ：０．１５〜２．０％（好ましくは０．３〜２．０％）、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｃ：０．０１％以下、Ｎｉ：８．０〜２２．０％、Ｃｏ：２０．０％以下、Ｍｏ：０．５〜９．０％、残部は実質的にＦｅであればよい。
【実施例】
【００１３】
以下の実施例で本発明を更に詳しく説明する。
溶解原料の全部をマルエージング鋼（含有Ａｌは０．１２〜０．１７％、Ｔｉは０．４２〜０．４９％の範囲内）の場内スクラップ材料とし、大気中にて孤光式電気炉で溶解して溶鋼とし、その溶鋼を真空誘導加熱炉に受け、真空誘導加熱炉にて真空精錬を行って低窒素化した後に、Ａｌ，Ｔｉ添加を含む成分調整を行い、鋳造して鋼塊Ａを作製した。
なお、鋼塊Ａの製造時、孤光式電気炉で溶解後（真空誘導加熱炉に受ける前）の溶鋼から試験片を採取し、Ａｌ，Ｔｉ，窒素の値を分析した結果、Ａｌ：０．００８％、Ｔｉ：０．０３％、窒素：０．００８％であった。
溶解原料の全部をマルエージング鋼（含有Ａｌは０．１２〜０．１７％、Ｔｉは０．４２〜０．４９％の範囲内）の場内スクラップ材料とし、大気中にて孤光式電気炉で溶解して溶鋼とし、溶鋼上部から酸素を吹込む酸化精錬を行ない、その溶鋼を真空誘導加熱炉に受け、真空誘導加熱炉にて真空精錬にて低窒素化した後に、Ａｌ，Ｔｉ添加を含む成分調整を行い、鋳造して鋼塊Ｂを作製した。
なお、鋼塊Ｂの製造時、酸化精錬後（真空誘導加熱炉に受ける前）の溶鋼から試験片を採取し、Ａｌ，Ｔｉ，窒素の値を分析した結果、Ａｌ：０．００２％、Ｔｉ：０．００４％、窒素：０．００５％であり、真空誘導加熱炉において真空精錬を行い低窒素化した際のＡｌ，Ｔｉ添加前の窒素の値は、１２ｐｐｍまで低減されていた。
【００１４】
溶解原料にマルエージング鋼のスクラップを使用せず工業用純鉄と合金を使用し、真空誘導溶解炉で溶解・精錬した後、鋳造し鋼塊Ｃを作製した。
溶解原料にマルエージング鋼（含有Ａｌは０．１２〜０．１７％、Ｔｉは０．４２〜０．４９％の範囲内）の場内スクラップを全溶解重量の４割、その他の６割を工業用純鉄と合金を使用し、真空誘導溶解炉で溶解・精錬した後、鋳造し、鋼塊Ｄを作製した。
なお、鋼塊Ａ，Ｂの原料として用いたマルエージング鋼のスクラップとしては、表面に酸化スケールが生成したもの、油が付着したもの、窒化処理が施されているもの等、様々な表面状態であり、形状もブロック、丸棒、板材等様々な形状のものを用いた。
鋼塊Ｄの原料として用いたマルエージング鋼のスクラップとしては、真空誘導溶解炉用として適正サイズに調整され、さらに表面の酸化物等の汚染物を除去されたものを使用した。
鋼塊Ａ〜Ｄの化学成分を表1に示す。
【００１５】
【表１】
2006200026.tif 000002
【００１６】
鋼塊Ａ、鋼塊Ｂの化学成分は、窒素や酸素などの不純物元素も含め、鋼塊Ｃ（従来例）や鋼塊Ｄの化学成分と同様であり、中でも鋼塊Ｂでは、鋼塊Ｃよりも低窒素な鋼塊であった。
このことから、本発明方法を用いれば、原料の全てにマルエージング鋼のスクラップを用いた場合であっても、スクラップを用いないで真空誘導溶解炉で溶解・精錬した場合と同様の品質のマルエージング鋼が製造可能である。
【００１７】
次に上記の鋼塊Ａ，Ｂ，Ｃのマルエージング鋼塊を用いて電極に加工し、真空アーク再溶解を行ったところ、鋼塊Ｃと同様の条件で真空アーク再溶解可能であった。
真空アーク再溶解後の鋼塊を１２５０℃×２０時間のソーキングを行い、次いで熱間鍛造を行い熱間鍛造品とし、熱間圧延、８２０℃×１時間の固溶化処理、冷間圧延、８２０℃×１時間の固溶化処理と４８０℃×５時間の時効処理を行い、マルエージング鋼の鋼帯を作製した。
上述のマルエージング鋼帯の圧延方向における中央部について、試験片を採取し、圧延方向および板厚方向を含む面を鏡面研磨し、ＥＰＭＡの線分析でＴｉ，Ｍｏについての最大値と最小値を測定し、その比（最大値／最小値）を算出したところ、全ての試料で偏析比が１．３以下となっていたのを確認した。何れの鋼帯にも縞状の偏析がみられず均質であり、偏析等の品質に関しても同等のものが得られた。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
マルエージング鋼のように、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｏ等の高価な合金元素を多量に含む高価な合金であるにもかかわらず、その特異な合金組成のため、製造過程で排出される場内スクラップ材料や市場スクラップ材料を、他の合金を製造する際の原料として用いることもができない合金においては、本発明方法は有効である。
そして本発明によると、マルエージング鋼製スクラップを溶解原料として用いても、低窒素のマルエージング鋼を効率的に経済的に製造することが可能であることから、資源の循環使用型社会に貢献し、かつ低コストで介在物が問題視される用途に用いる高品質なマルエージング鋼を提供することが可能である。