(57)【要約】【課題】対疲労性に優れた清浄度鋼の鋳造法を提供すること。【解決手段】連続鋳造設備１で清浄度鋼を鋳造する際に、連続鋳造設備１のタンディッシュ２内に少なくともＣａＯ、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３を含む被覆剤を添加する清浄度鋼の鋳造方法であって、鋳造される溶鋼のＡｌ濃度に応じて、鋳造終了時におけるタンディッシュ２内のスラグの塩基度が、（１）式が平衡となる値以上となるように、塩基度が調整された被覆剤を添加することを特徴とする清浄度鋼の鋳造方法。４Ａｌ＋３ＳｉＯ２＝３Ｓｉ＋２Ａｌ２Ｏ３  ・・・（１）【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造設備で清浄度鋼を鋳造する際に、前記連続鋳造設備のタンディッシュ内に少なくともＣａＯ、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３を含む被覆剤を添加する清浄度鋼の鋳造方法であって、
鋳造される溶鋼のＡｌ濃度に応じて、鋳造終了時における前記タンディッシュ内のスラグの塩基度が、（１）式が平衡となる値以上となるように、塩基度が調整された前記被覆剤を添加することを特徴とする清浄度鋼の鋳造方法。
４Ａｌ＋３ＳｉＯ２＝３Ｓｉ＋２Ａｌ２Ｏ３  ・・・（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、清浄度鋼の鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸受け鋼や弁ばね等に使用される鋼線材といった清浄度鋼は、対疲労性が求められるため、鋼中のＡｌ２Ｏ３やＳｉＯ２等の酸化物を低減した高い清浄性が求められる。このため、清浄度鋼を製造する場合、改質されたスラグによる還元精錬処理（例えば、特許文献１）を行う必要がある。また、一般的な鋼種の場合、連続鋳造をする際、溶鋼の酸化防止や保温を目的に、タンディッシュ内に溶鋼の表面を被覆する被覆剤及び焼籾を添加する。しかし、軸受け鋼のような清浄度鋼の場合、ＳｉＯ２を過剰に添加してしまうと、溶鋼中のＡｌとＳｉＯ２との反応によりＡｌ２Ｏ３系介在物が生成するため、清浄性の低下が問題となる。このため、ＳｉＯ２の含有量が多い焼籾は添加せず、被覆剤としてＭｇＯ系のものを用いることが行われている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２１２２３８号公報
【特許文献２】特公平３−４８１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、清浄度鋼は、上述のように、清浄性の向上に伴って対疲労性の向上が見込まれる。特に、軸受け鋼のように対疲労性として転動疲労寿命の向上が求められるものの場合、鋼中の介在物であるＡｌ２Ｏ３の低減が求められている。
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、対疲労性に優れた清浄度鋼の鋳造法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、連続鋳造設備で清浄度鋼を鋳造する際に、前記連続鋳造設備のタンディッシュ内に少なくともＣａＯ、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３を含む被覆剤を添加する清浄度鋼の鋳造方法であって、鋳造される溶鋼のＡｌ濃度に応じて、鋳造終了時における前記タンディッシュ内のスラグの塩基度が、（１）式が平衡となる値以上となるように、塩基度が調整された前記被覆剤を添加することを特徴とする清浄度鋼の鋳造方法が提供される。
４Ａｌ＋３ＳｉＯ２＝３Ｓｉ＋２Ａｌ２Ｏ３  ・・・（１）
【発明の効果】
【０００６】
本発明の一態様によれば、対疲労性に優れた清浄度鋼の連続鋳造法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態における連続鋳造設備を示す模式図である。
【図２】本実施形態における、（１）式の反応が平衡となる溶鋼のＡｌ濃度と塩基度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するように、本発明の実施形態を例示して多くの特定の細部について説明する。しかしながら、かかる特定の細部の説明がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかである。また、図面は、簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
【０００９】
＜清浄度鋼の鋳造法方＞
図１を参照して、本発明の一実施形態に係る清浄度鋼の鋳造法方を説明する。本実施形態では、図１に示す連続鋳造設備１を用いて、清浄度鋼である軸受け鋼を連続鋳造する。連続鋳造設備１は、略正方形断面の鋳片であるブルームを鋳造する一般的なブルーム連鋳機であり、タンディッシュ２と、図１の前後方向に複数並んだ鋳型３（「モールド」ともいう。）とを有する。タンディッシュ２は、取鍋４から移注される溶鋼５を、複数の鋳型３にそれぞれ移注する中間容器である。鋳型３は、内部に冷却水が流れるものであり、タンディッシュ２から移注された溶鋼５を冷却する。また、図示しないが、鋳型３よりも下方（図１の下側）には、２次冷却設備や冷却により形成された凝固シェルを保持するためのロール、鋳片を引き抜くためのピンチロール等の一般的な連続鋳造機において用いられる構成が設けられる。
【００１０】
連続鋳造設備１では、取鍋４に収容された溶鋼５をタンディッシュ２に移注する。取鍋４に収容された溶鋼５は、転炉や２次精錬設備にて目標の組成成分及び温度となるように精錬処理されたものである。そして、タンディッシュ２にある程度溶鋼５が溜まった後、タンディッシュ２から各鋳型３に溶鋼５が移注される。鋳型３に移注された溶鋼５は、冷却され、鋳型３との界面に凝固シェルを形成する。さらに、下方へと引き抜かれながら、２次冷却設備で冷却されることで、内部まで凝固した清浄度鋼の鋳片が製造される。
【００１１】
本実施形態では、タンディッシュ２に溶鋼５が注入されると、タンディッシュ２内に溶鋼５の表面を被覆する被覆剤が添加される。被覆剤は、溶鋼５の表面で溶融した後、溶鋼５の表面を覆うスラグ層を形成する。この被覆剤のスラグ層は、タンディッシュ２内の溶鋼５と空気とを遮断することで溶鋼５の酸化を防止し、さらに、溶鋼５を保温する。被覆剤は、少なくとも、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２を含み、耐火物の溶損防止や溶融性の向上等を目的として、ＭｇＯやＦ等の成分がさらに含まれてもよい。また、添加される被覆剤の量は、溶鋼５の酸化防止や保温の観点から、タンディッシュ２内にスラグが十分に形成される量とすることが好ましい。
【００１２】
さらに、本実施形態では、被覆剤の成分は、溶鋼５のＡｌ濃度に応じて塩基度が調整されたものが用いられる。塩基度は、被覆剤中のＳｉＯ２濃度［ｍａｓｓ％］に対するＣａＯ濃度［ｍａｓｓ％］の比であり、ＣａＯ／ＳｉＯ２ともいう。溶鋼５のＡｌ濃度は、精錬処理後に行われる測定により得られる分析値である。被覆剤の塩基度は、被覆剤により形成されるタンディッシュ２のスラグ層とタンディッシュ２中の溶鋼５とにおいて、下記（１）式の反応による溶鋼中のアルミニウムの酸化が生じない値以上となるように設定される。
４Ａｌ＋３ＳｉＯ２＝３Ｓｉ＋２Ａｌ２Ｏ３  ・・・（１）
【００１３】
具体的には、（１）式の反応が平衡となる塩基度と溶鋼５中のＡｌ濃度［ｍａｓｓ％］との関係を、スラグ中のＡｌ２Ｏ３の濃度［ｍａｓｓ％］に応じて算出し、算出した関係から必要な塩基度を決定する。
スラグ中のＡｌ２Ｏ３の濃度は、鋳造終了時において想定される最高濃度とすることが好ましい。スラグ中のＡｌ２Ｏ３の濃度は、添加される被覆剤に含まれるＡｌ２Ｏ３及び鋳造終了時に取鍋４から排出されるスラグに含まれるＡｌ２Ｏ３のマスバランスから、タンディッシュ２内への混入が予想されるＡｌ２Ｏ３の量に基づいて算出される。なお、被覆剤中のアルミナ濃度は、被覆剤の溶融性の観点から適時最適な濃度が選択され、通常であれば１０ｍａｓｓ％以上６０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
【００１４】
（１）式の反応が平衡となる塩基度と溶鋼５中のＡｌ濃度［ｍａｓｓ％］との関係は、下記（２）式及び（３）式の関係から、溶鋼５中のＡｌの活量ａＡｌを算出することで求めることができる。なお、（２）式及び（３）式において、Ｋは（１）式における平衡定数、活量ａＡｌ２Ｏ３は生成されるＡｌ２Ｏ３の活量、活量ａＳｉはＳｉの活量、活量ａＳｉＯ２はＳｉＯ２の活量、活量ａＡｌはＡｌの活量をそれぞれ示す。また、Ｓｉの活量ａＳｉＯ２は、ＣａＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ４元系スラグにおいて一般的に用いられる近似式である（４）式（H. Ota and H. Suito、Metall. Mater. Trans. B、1998、29B、119.）を用いて算出される。さらに、Ｓｉの活量ａＳｉ及びＡｌの活量ａＡｌは、（５）式及び（６）式によって算出される活量係数ｆＳｉ及び活量係数ｆＡｌを用いて算出される。本実施形態では、（５）式及び（６）式における各種の相互作用助係数ｅを、一般的に用いられる値として、ｅＳｉＣ＝０．１８、ｅＳｉＳｉ＝０．１０３、ｅＳｉＭｎ＝−０．０１４６、ｅＳｉＰ＝０．０９、ｅＳｉＳ＝０．０６６、ｅＡｌＣ＝０．０９１、ｅＡｌＳｉ＝０．０５６、ｅＡｌＰ＝０．０３３、ｅＡｌＳ＝０．０３５とした（日本学術振興会、製鋼反応推奨値に関するデータブック、2007）。
【００１５】
【数１】
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【００１６】
図２には、一例として、鋳造終了時におけるタンディッシュ２中のＡｌ濃度を１０ｍａｓｓ％、１５ｍａｓｓ％、２０ｍａｓｓ％、２３ｍａｓｓ％、２５ｍａｓｓ％とした、５つの条件における計算結果、つまり塩基度と溶鋼５中のＡｌ濃度との関係を示す。図２に示すように、Ａｌ２Ｏ３濃度が低くなるに従い、同じＡｌ濃度に対して（１）式が平衡となる塩基度が小さくなることが確認できる。
【００１７】
そして、本実施形態では、算出された塩基度と溶鋼５中のＡｌ濃度との関係から、塩基度の下限値が決定される。例えば、図２に示した計算結果において、鋳造終了時におけるタンディッシュ２内のスラグのＡｌ２Ｏ３濃度が２３ｍａｓｓ％以下であり、溶鋼５のＡｌ濃度の成分規格値が０．０１６ｍａｓｓ％以上０．０１９ｍａｓｓ％以下の鋼種である場合、タンディッシュ２内の塩基度を３．７５以上とする必要がある。これにより、（１）式で示される溶鋼中のＡｌの酸化反応が発生しなくなるようになり、鋳造中の介在物の生成を抑えることができるため、より清浄性の高い鋼を連続鋳造することができるようになる。つまり、対疲労性に優れた清浄度鋼を連続鋳造することができるようになる。なお、被覆剤の上限値については、溶鋼温度や被覆剤中のＡｌ２Ｏ３濃度等によって変わるものの、被覆剤がタンディッシュ２中で溶融可能なように設定される。一般的な使用条件においては、被覆剤の塩基度は、溶融性の観点から、１６以下とすることが好ましい。
【００１８】
なお、上記の鋳造方法は、連々鋳の１チャージ目の場合についてであるが、連々鋳の２チャージ目についても同様の考え方から同様な鋳造方法を適用することができる。ここで、連々鋳とは、１つのタンディッシュ２に対して複数のチャージ、つまり複数杯分の取鍋４に収容された溶鋼５を連続して移注して鋳造を行うこという。連々鋳の場合、連々鋳の後半となるに従い、前のチャージにおいて取鍋４から流出するスラグの影響が大きくなる。また、連々鋳の２チャージ目以降では、それよりも前に添加された被覆剤によってタンディッシュ２内にスラグがすでに形成されている。このため、連々鋳の２チャージ目以降では、取鍋４から流出するスラグとタンディッシュ２内に形成されているスラグの成分によって予想されるスラグの成分と、鋳造される溶鋼５のＡｌ濃度とに応じて、スラグの塩基度が上記の条件を満足するように被覆剤が追加で添加されることが好ましい。
【００１９】
＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。
【００２０】
例えば、上記実施形態では、塩基度と溶鋼５中のＡｌ濃度との関係を算出する際に用いられるタンディッシュ２中のスラグのＡｌ２Ｏ３の濃度を、被覆剤に含まれるＡｌ２Ｏ３及び取鍋４から排出されるスラグに含まれるＡｌ２Ｏ３のマスバランスから算出するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、タンディッシュ２中のスラグのＡｌ２Ｏ３の濃度を、同様な鋳造条件における実際のスラグの分析値に基づいて決定してもよい。
【００２１】
また、上記実施形態では、溶鋼５中のＡｌ濃度を精錬終了時の分析値としたが、本発明はかかる例に限定されない。溶鋼５中のＡｌ濃度を、鋼種に応じた成分規格値の上限値としてもよい。このようにすることで、被覆剤の塩基度の調整が容易になる。
さらに、上記実施形態では、清浄度鋼は軸受け鋼であるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、清浄度鋼は、肌焼き鋼や弁ばね鋼といったＡｌ２Ｏ３系の介在物が問題となる他の鋼種であってもよい。
【００２２】
さらに、上記実施形態では、（１）式の平衡計算をする際に（４）式を用いるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。（４）式と同程度以上の精度を有する近似式であれば、他の近似式を用いて活量の計算が行われてもよい。また、（５）式及び（６）式の相補作用助係数についても、上記実施形態と同程度以上の精度があるようであれば、他の数値が用いられてもよい。
【００２３】
さらに、上記実施形態では、連々鋳の各チャージにおいて被覆剤を添加することで、タンディッシュ２内のスラグの塩基度を調整するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。連々鋳のチャージ数が少なく、初めのチャージにおけるスラグの塩基度が溶融性の観点から問題がないようであれば、連々鋳の１チャージ目においてのみ被覆剤を添加する構成としてもよい。この場合、被覆剤の塩基度は、連々鋳の最終チャージの鋳造終了時におけるスラグの成分を基準として、上記実施形態と同様な計算により決定される。
【００２４】
＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係る清浄度鋼の製造方法は、連続鋳造設備１で清浄度鋼を鋳造する際に、連続鋳造設備１のタンディッシュ２内に少なくともＣａＯ、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３を含む被覆剤を添加する清浄度鋼の鋳造方法であって、鋳造される溶鋼のＡｌ濃度に応じて、鋳造終了時におけるタンディッシュ２内のスラグの塩基度が、（１）式が平衡となる値以上となるように、塩基度が調整された被覆剤を添加する。
【００２５】
本発明者らは、清浄度鋼の対疲労性を向上、つまり清浄度を向上させることを目的に、鋳造時におけるタンディッシュ２内でのＡｌ２Ｏ３の生成反応に着目し、この反応を抑制することにより、清浄度が向上することを知見した。即ち、上記（１）の構成によれば、（１）式によるタンディッシュ２内での溶鋼５中のＡｌの酸化反応が抑制されるため、溶鋼５中でのＡｌ２Ｏ３の生成を抑えることができる。このため、溶鋼５の清浄度を向上させることができるようになり、鋳造される清浄度鋼の対疲労性を向上させることができるようになる。
【符号の説明】
【００２６】
１  連続鋳造設備
２  タンディッシュ
３  鋳型
４  取鍋
５  溶鋼
【図１】
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【図２】
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