(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出鋼溶鋼を真空脱ガス処理に際して介在物を除去することにより高清浄度鋼を製造する方法において、前記出鋼溶鋼にMgＯ、CaＯ、Al2O3 を主成分とする混合フラックスを添加して、SiO2を１０wt％以下、MgＯを１５〜２５wt％、Al2O3 を３０〜４５wt％およびCaＯを３５〜５０wt％含有する組成のスラグを生成させ、次いで、このようなスラグ成分に調整した取鍋内溶鋼を不活性ガスによる攪拌処理を行い、その後ＲＨ真空脱ガス処理を行うことを特徴とする高清浄度鋼の溶製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高清浄度鋼の溶製方法に関し、とくに介在物量の低減と微細化に有効な転炉出鋼溶鋼の精製技術を提案する。
なお、本発明は、軸受材料やＳＣ材などとして用いられる高清浄度鋼の製造に適用される方法である。
【０００２】
【従来の技術】
軸受材料などに用いられる高清浄度鋼を溶製する方法としては、アーク加熱を行いながら長時間攪拌 (ＬＦ法) した後、真空脱ガス処理を行う方法や、特開昭57−73118 号公報に開示されているような、いわゆるＲＨ真空脱ガス処理を長時間行う方法などが知られている。しかし、これらの方法では、全酸素濃度の低下は達成されるものの、粗大な (＞10〜20μm)酸化物系介在物を含有していることから、例えば、軸受材料に適用される転動疲労寿命試験を行うと、必ずしもよい結果 (長寿命) が得られないという問題があった。
【０００３】
その他、高清浄度鋼を溶製する方法としては、特開平 1−222012号公報に開示されているような、溶鋼にCa−Siを添加して介在物の形態制御を行う方法や、特開平４−333359号公報に開示されているような、金属Mgを添加して介在物の形態制御を行う方法もある。しかし、これらの方法はCaやMgを合金や単体のまま添加しているため、CaやMgの濃度が局所的に高くなる部分があり、その部分ではCaＯやMgＯ濃度の高い粗大な介在物が不可避に生成し、これが前記転動疲労寿命を低下させる原因となっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来技術は、鋼中酸素濃度の低下には有効でも、軸受鋼の転動疲労寿命が向上しないとか、CaＯやMgＯ濃度が局部的に高く粗大な介在物の生成を阻止できないという課題を抱えていた。
そこで、本発明の目的は、従来技術が抱えている上述した課題を解決できる技術を提案すること、とくに鋼中介在物量が少なくかつ介在物粒径の小さい長疲労寿命の高清浄度鋼を製造するための溶製技術を提案することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上掲の目的実現に向けた研究において、発明者らは、軸受鋼などの分野において必要とされる長疲労寿命特性を有する高清浄度鋼の溶製に当たっては、鋼中介在物量を低下させるとともに、粗大な介在物を減少させることが重要であるとの知見を得た。とくに、Al2O3 やこのAl2O3 を主成分としてCaＯやMgＯを含む粗大な介在物を減少させることが重要であることがわかった。
このような課題に対して本発明では、転炉から取鍋に出鋼した溶鋼に、MgＯ、CaＯ、Al2O3 を主成分とする混合フラックスを添加し、このことによってSiO2を１０wt％以下、MgＯを１５〜２５wt％、Al2O3 を３０〜４５wt％およびCaＯを３５〜５０wt％含有するスラグを調整し、このようなスラグを生成させた取鍋内溶鋼を不活性ガスによる攪拌処理を行い、その後ＲＨ脱ガス処理を行うようにしたことを特徴とする高清浄度鋼を溶製する方法を提案する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
一般に、高清浄度鋼を溶製する場合、介在物の吸収能を増加させるために、スラグ中のCaＯ／Al2O3 を大きくすることが有効であると考えられてきた。しかし、発明者らの研究によれば、鋼中に残留する粗大な介在物というのは、多くはAl2O3 またはこのAl2O3 とともにCaＯやMgＯを含む介在物であり、これが軸受鋼などの転動疲労寿命を悪くする原因であり、そのような介在物を減少させることこそが高清浄度鋼を得るポイントであることがわかった。
また、この研究を通じ、CaＯを含む鋼中介在物におけるCaＯ濃度は、スラグ中CaＯ濃度に比べると非常に低く、それ故にスラグの巻き込みにより生成したものではないと推定された。また、スラグ中の組成と介在物形態の調査において、スラグ中のCaＯ濃度が高すぎる場合に限って、鋼中介在物の含有が認められることもわかった。こうした一連の実験結果により、発明者らは、粗大介在物を生成させることなく、疲労寿命特性に優れた高清浄度鋼を溶製するための最適スラグ組成を開発したのである。
【０００７】
さて、本発明の高清浄度鋼の溶製方法において、上述した所要の成分組成に調整されたスラグを有する溶鋼を不活性ガスで攪拌し、その後引き続きＲＨ真空脱ガス処理を行うと、精製溶鋼中には微細なMgＯ・Al2O3 系介在物を生成させることができ、所期した清浄度の高い溶鋼を得ることができる。
【０００８】
ここで、上記生成スラグ中のMgＯ濃度が低すぎると、介在物中にAl2O3 を生成し、その介在物の一部が粗大な介在物として存在するため、寿命の低下を引き起こす。また、MgＯの濃度が高すぎる場合、スラグ中に固相部分が多くなり、フラックスが有効利用されないばかりでなく、介在物の吸収能が減少し清浄性の悪化、寿命の低下を引き起こす。一方、SiO2濃度が高すぎる場合も、SiO2による再酸化で溶鋼の清浄性が低下し、また、CaＯ濃度が高すぎる場合には、Al2O3 −CaＯ系の粗大な介在物を生成することとなる。
従って、清浄性が高く粗大な介在物が存在しない高清浄度鋼の製造というのは、CaＯ、MgＯ、SiO2濃度をともに規制したスラグを用いて溶製することが必要である。
【０００９】
【実施例】
本発明の実施例を説明する。ここでは、Ｃ＝0.98〜1.03wt％、Si＝0.2 〜0.3 wt％、Cr＝1.3 〜1.6 wt％、Al＝0.02〜0.05wt％の転炉出鋼後の溶鋼 180〜200 ｔ用いて実験を行った。その結果を比較例とともに表１に示す。
実施例では、上記溶鋼を転炉から取鍋に出鋼した後、フラックスを 2.5〜3.0 ｔ添加した。このフラックスの組成は、CaＯを30〜40wt％、Al2O3 を40〜50wt％、MgＯを15〜30wt％含むものを用いた。上記フラックスを添加しスラグを生成させるための溶鋼の攪拌には、Arガス流量3 〜3.5 Nm3/min で４〜８分処理し、その後ＲＨ真空脱ガス装置で30分間処理を行った。実施例のスラグ組成は表１に示すとおり、SiO2＝７〜９wt％、MgＯ＝15〜21wt％、CaＯ＝36〜49wt％であった。
【００１０】
比較例では、添加フラックスとして、CaＯを40wt％、Al2O3 を40wt％、MgＯを20wt％含むものを1.5 t 添加し、スラグ生成後のSiO2濃度が12wt％と高かったもの (比較例１) 、CaＯが60wt％、Al2O3 が40wt％のスラグを3t添加し、MgＯ濃度が低かった場合 (比較例２) である。
一方、実施例においては、溶鋼中全酸素量は4 〜6 ppm と低く、かつ介在物粒径を測定したところ、320 mm2 あたりの最大径は、全て10μm 以下であった。一方、比較例１では、SiO2濃度が高かったため、全酸素量が12ppm と高くなった。また、320 mm2 あたりの最大介在物粒径も12.5μm と大きかった。また、比較例２においては、全酸素量は６ppm と低かったが、最大介在物径は15μm と大きかった。この介在物はCaＯを含有していることが確認された。
このように、各実施例の方法を用いることにより、全酸素量が低く、最大介在物粒径が小さな高清浄度鋼が溶製できることが確かめられた。
【００１１】
【表１】
0003896709.tif 000002
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、介在物量が少なくかつ介在物粒径の小さな高清浄度鋼の溶製が可能となった。