(57)【要約】【課題】転炉や取鍋精錬において、大型の介在物を生成させて浮上分離するとともに、さらに小型の介在物をも低減させることにより、介在物の総量を低減させた高清浄度鋼を精錬する。【解決手段】鋼の精錬工程において、精錬中に脱硫剤などの造滓剤の投入量を減少して脱硫反応を一旦停滞させ、その間に溶鋼を撹拌して硫化物系介在物または酸化物系介在物同士を衝突させながら粒成長させて大型介在物を生成し、次いで脱硫剤をやや増加して所望の硫黄含有量の少ない高清浄度鋼を精錬する方法。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼の精錬工程において、精錬中に脱硫反応を一旦停滞させ、その間に溶鋼を撹拌して硫化物系介在物または酸化物系介在物同士を衝突させながら粒成長させて大型介在物を生成し、次いで脱硫剤を追加して所望の硫黄含有量の少ない鋼を得ることを特徴とする高清浄度鋼の精錬方法。
【請求項２】
鋼の精錬工程は、高炉に続く転炉による精錬または電気炉に続く取鍋による精錬であることを特徴とする請求項１に記載の高清浄度鋼の精錬方法。
【請求項３】
精錬中に脱硫反応を一旦停滞させる方法は、転炉あるいは取鍋による精錬に添加する造滓剤のうち脱硫反応を促進する造滓剤を減少させて精錬することにより脱硫反応を一旦停滞させる方法であることを特徴とする請求項１または２に記載の高清浄度鋼の精錬方法。
【請求項４】
精錬中に脱硫反応を一旦停滞させることにより、溶鋼中のＳは１００〜１５０ｐｐｍに保持されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高清浄度鋼の精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高清浄度鋼の製造に関し、特に転炉、電気炉による溶製あるいは取鍋精錬における溶鋼中の硫黄含有量を調整して大断面を持つ鋳片を製造するための高清浄度鋼の精錬方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、ころ、ベアリング、ハブなどに使用されるＳＵＪ鋼、ＳＣＭ鋼などの軸受鋼その他の疲労寿命特性に優れた鋼材に見られる非金属介在物（以下、単に「介在物」という。）は、アルミナ単体或いはマグネシア−アルミナスピネルのような高融点のものと鋼の凝固点より比較的低位な複合系の介在物がある。このような介在物は鋼の機械的性質、例えばねじり疲労、回転曲げ疲労などに悪影響を及ぼす。
【０００３】
ところで、このような介在物の鋼中における量はその鋼中のトータル酸素量と比例的な関係があり、トータル酸素量が少なければ少ないほど介在物が少なくなり、鋼の機械的性質も改善される。
【０００４】
このような介在物を低減して小径化する手段として、溶鋼の溶製時の脱ガス時間を長くして介在物の浮上分離を促す手段［文献：ＩＳＩＪ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ，Ｖｏｌ．３６（１９９６），Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ，ｐｐ．ｓ８９−ｓ９２］がある。凝固過程において、このような介在物の浮上分離にはある大きさ以上の径が必要であり、かつ、径が大きければ大きいほどその浮力により分離し易くなる。従って、このような介在物の生成挙動によって、より短時間に溶鋼中で介在物を複合して合体させることは、介在物の除去に好影響を及ぼす。
【０００５】
最近の研究では、溶鋼中の酸素、酸化物系介在物の種類によってその界面張力が異なり、介在物の凝集する速度が異なることが分かってきた。ただし、Ｓの影響については解明されていない［ふぇらむ：Ｖｏｌ．６（２００１）Ｎｏ．７：ＩＳＩＪ　Ｉｎｔ．３７（１９９７），９３６］。
【０００６】
また、鋳片について、鋳片外側は速やかに冷却されるため、介在物の凝集は少なく、介在物は比較的小さい。一方、鋳片中心部は、比較的緩やかに冷却されるため介在物が凝集し易いが、十分に浮上しないうちに凝固してしまい、鋳片中心部の介在物は径が大きく、清浄度は外側に比べて悪くなる。
【０００７】
そこで、発明者らは、溶鋼の脱ガス処理において脱ガス処理前あるいは真空度が１ｔｏｒｒ以上である脱ガス処理初期における溶鋼中のＳ量レベルを質量比で３０〜７０ｐｐｍとして溶鋼を脱ガス処理することにより、比較的短時間で溶鋼中の機械的性質に悪影響を及ぼす介在物を凝集浮上させる脱ガス処理方法を提案している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の発明者らの提案している脱ガス処理方法では大型の介在物を容易に浮上させるものであるが、さらに本願の発明では、大型の介在物を生成させて浮上分離するとともに、さらに小型の介在物をも低減させることにより、介在物の総量を低減させることを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上に説明したように溶鋼中の介在物を減少させて清浄度を上げるには、一般的には溶鋼中の酸素を減少させることが中心となる。この際、溶鋼中の酸素を減少させると、反応式（１）に従い溶鋼中のＳレベルも下がる。
【００１０】
【化１】
Ｓ（溶鋼）＋ＣａＯ（スラグ）＝ＣａＳ（スラグ）＋Ｏ（溶鋼）　　　（１）
【００１１】
このことはＳレベルを減少させることが溶鋼の清浄度を上げる指標になっていることを示している。一方、溶鋼中のＳはより高いほど介在物の凝集が速いことを発明者らは上記の提案のとおり見出し、脱ガス処理中で大型介在物を浮上除去している。従って、取鍋（ＬＦ）精錬初期にＳを下げると介在物の凝集が遅れて小さな介在物が残り易くなる。この残留した小さな介在物は凝固末期に集合してクラスター状になってその全体系を見ると一つの大型介在物と同様な例えば寿命低下などの悪影響を及ぼす。
【００１２】
ところで通常はＬＦ精錬以降での脱ガス処理や連続鋳造、造塊での鋳込み時に比較的大きな介在物（すなわち径が１００μｍ以上の大型介在物）はほぼその過程で溶鋼中から浮上除去される。しかし、比較的小さな介在物（径が１００μｍ未満の小型介在物）は溶鋼に残存し易い。従って、精錬初期にはＳレベルをある程度の値（すなわち１００〜１５０ｐｐｍ）に高く保って、比較的小さな介在物の浮上除去を促し、精錬末期にＳレベルを目標値以下に落とすことが小さな介在物を含めた浮上除去に望ましい。このように清浄度を上げるためにはＯやＳレベルを下げることが必要である。そこで、従来の方法は、ＬＦ精錬の初期から終期までＳレベルを継続して下げることを行った。
【００１３】
これに対し、本発明の方法では、ＬＦ精錬においてＳレベルを精錬の途中である程度高く保つ時間を設けて、終期にＳレベルを目標とする成分値以下にコントロールする方法であり、この結果非常に小さな介在物である径５０μｍ以下のものがこれまでの精錬方法よりも著しく減少させる方法である。
【００１４】
上記の課題を解決する本発明の手段は、請求項１の発明では、鋼の精錬工程において、精錬中に脱硫反応を一旦停滞させ、その間に溶鋼を撹拌して硫化物系介在物または酸化物系介在物同士を衝突させながら粒成長させて大型介在物を生成し、次いで脱硫剤を追加して所望の硫黄含有量の少ない鋼を得ることを特徴とする高清浄度鋼の精錬方法である。
【００１５】
請求項２の発明では、鋼の精錬工程は、高炉に続く転炉による精錬または電気炉に続く取鍋による精錬であることを特徴とする請求項１の手段の高清浄度鋼の精錬方法である。
【００１６】
請求項３の発明では、精錬中に脱硫反応を一旦停滞させる方法は、転炉あるいは取鍋による精錬に添加する造滓剤のうち脱硫反応を促進する造滓剤を減少することを特徴とする請求項１または２の手段の高清浄度鋼の精錬方法である。
【００１７】
請求項４の発明では、精錬中に脱硫反応を一旦停滞させることにより、溶鋼中のＳは１００〜１５０ｐｐｍに保持されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項の手段の高清浄度鋼の精錬方法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下の実施例を通じて説明する。ＳＵＪ鋼、ＳＣＭ鋼などの軸受鋼などの、高炉による製錬に続いて転炉により精錬し脱ガス処理して連続鋳造またはインゴット鋳造する工程、または電気炉による製錬に続いて取鍋により精錬し脱ガス処理して連続鋳造またはインゴット鋳造する工程において、転炉または取鍋による精錬中に脱硫反応を一旦停滞させ、その間に溶鋼を撹拌して硫化物系介在物または酸化物系介在物同士を衝突させながら粒成長させて大型介在物を生成し、次いで脱硫剤を追加して所望の硫黄含有量の少ない溶鋼を精錬し、これを造塊または連続鋳造することにより高清浄度鋼とする。
【００１９】
この場合、転炉または取鍋精錬において添加する石灰などの造滓剤のうち、脱硫反応を促進する造滓剤を少なくするものである。例えば、ホタル石ＣａＦ２やこれらを含有する合成フラックスからなる脱硫剤を、通常は０．６〜１．５ｋｇ／ｔ（溶鋼）のＣａＦ２を溶鋼に投入するが、その投入量の１／３倍のＣａＦ２を０．２〜０．５ｋｇ／ｔ（溶鋼）を投入すると、Ｓが所望の濃度にまで低減する前に脱硫反応が途中で停滞する。その投入量は一般には１／４〜２／５倍であれば良く、０．１５ｋｇ／ｔ（溶鋼）〜０．６０ｋｇ／ｔ（溶鋼）であればよい。
【００２０】
この停滞するときのＳ濃度はその下限値は１００ｐｐｍで上限は１５０ｐｐｍである。この濃度が低過ぎると溶鋼中のＳの個数が少ないことから、その間に溶鋼を撹拌しても溶鋼中での介在物粒子同士の凝集する頻度が小さくなり、結果として溶鋼中の介在物が大型化して十分に取り込まれきれずに、溶鋼中に残ることとなる。これは大型介在物を浮上分離させても、全介在物量からみればその一部を取り除くに過ぎないことを指している。従って、停滞させるときのＳ濃度には下限値が存在することとなる。なお、停滞は、介在物の成長のための時間を確保するためで１０分以上を必要とする。連続鋳造を行う場合は、マッチングなど操業上の問題があり、それに十分対応できるように時間が長いほどよい。
【００２１】
次いで脱硫剤を追加して所望の硫黄含有量の少ない鋼を得るために、前述したＣａＦ２の投入量を通常の量の２／３〜１倍の０．４〜１．５ｋｇ／ｔ（溶鋼）として精錬中の溶鋼に投入する。この溶鋼は大型介在物を一旦除去した後の影向であり、しかも精錬前の溶鋼に比べて大型介在物が出来にくい溶鋼でもある。この溶鋼に上記のように脱硫剤を精錬中の溶鋼に投入すると、概ね５０μｍ以下の小型の介在物が生成されることとなる。これを浮上分離させ、硫黄濃度を低減させてから後工程の連続鋳造や造塊工程に移行させる。このようにすると従来の鋼に比べて相対的に大型介在物と小型介在物の双方が少ない鋼が得られることとなる。
【００２２】
【実施例】
軸受鋼のＳＵＪ鋼の取鍋精錬における精錬時間（ＬＦ時間）と溶鋼中のＳ含有量の変化状態を本発明の方法の発明例と従来の一般的方法である比較例とについて図１のグラフにより示す。図１に見られるように発明例では、ＬＦ精錬を開始して約２０分後に一旦造滓剤のＣａＦ２の投入量を通常の１／３に減少しこの投入量の状態を約２０分継続してこの間に大型介在物を衝突浮上させた後、造滓剤のＣａＦ２の投入量をやや増やして通常の投入量の２／３〜１としてＬＦ精錬を続け、連続鋳造して鋼を得た。
【００２３】
上記で得られた鋼の製品中の介在物の径と介在物の個数を図２に示すグラフにより示す。図２に見られるように、３０〜４０μｍの介在物径の小型介在物の介在物個数が、発明例では比較例に比して略１／３だけ減少していることが分かる。
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本願発明は高清浄度鋼の溶製における転炉精錬あるいは取鍋精錬の開始後しばらく時間経過した時点で脱硫剤などの造滓剤の投入量を通常の約１／３に減少することにより一旦精錬を停滞させた後、再び脱硫剤などの造滓剤を２／３〜１倍に戻して精錬することにより、得られた鋼製品中の大型介在物のみならず３０〜４０μｍの小型介在物の個数を共に減少させて鋼清浄度鋼を得ることができるもので、本発明は従来の方法に比して優れた効果を奏する
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の発明例と従来方法の比較例の取鍋精錬における精錬時間と溶鋼中の硫黄含有量の変化状態を示すグラフの図である。
【図２】本発明方法の発明例と従来方法の比較例による鋼製品中の介在物径と介在物の個数を示すグラフの図である。
【図１】
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【図２】
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