【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
〔産業上の利用分野〕
本発明は耐疲労性の良い高Siばね用清浄鋼を製
造する方法に関し、詳細には介在物の微細化を達
成することのできる溶鋼処理方法に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
鋼材に対する要求特性は、適用分野別に益々細
かく且つより厳格なものとなつてきている。高Si
ばね用清浄鋼もその例外ではなく、例えばエンジ
ン用の弁ばね用鋼は使用環境の苛酷化に対応する
必要があるところから特に耐疲労性についての要
求特性が厳しくなる傾向にある。この様な要請に
対しては非金属介在物の混入比率を減少し、また
個々の介在物にあつてはそれを微細化するという
ことで対応してきたが、従来の製鋼技術ではこれ
以上の要求に応じきれないという状況になつてき
ている。
高Siばね用清浄鋼における介在物の微細化手段
については、次の２通りに分類することができ
る。
(A) 取鍋れんがの高級化、スラグコントロールの
実施、雰囲気コントロールの実施等によつて溶
鋼の再酸化を抑制し、更に強撹拌による溶綱処
理を付加して脱酸生成物の浮上分離を促進する
方法。この方法はAI脱酸鋼に対して特に有効
な手段と考えられており、各社で実施されてい
る。
(B) 脱酸生成物の組成をコントロールすることに
より、熱間圧延に対して延性を示す介在物とす
る方法。この方法であれば熱間圧延を受けたと
きに介在物も圧延されるので、介在物による不
都合が大幅に軽減される。尚この分類に属する
技術としては、特開昭53−76916（主としてスチ
ールコード用鋼の清浄化に関するもの）、特開
昭58−130215（主として薄板ばね材用ステンレ
ス鋼の脱酸に関するもの）、特公昭52−17490
（粗粒炭素鋼線材の介在物制御に関するもの）、
特公昭54−7252（炭素鋼の介在物をスペサライ
ト組成にして伸線性を高めるもの）、特公昭57
−35243（スチールコード用鋼の製造に際しCaO
含有フラツクスを吹込むもの）等が知られてい
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明者等は、介在物の圧延性を高めるという
方向の研究をかねてより進めており、前項で(B)に
分類した技術に関し、更に新しい手法を提供する
ことによつて高Siばね用清浄鋼に対する高度な要
求特性に応じようとするものである。
〔問題点を解決する為の手段〕
本発明は、
Ｃ：0.50〜0.70％
Si：1.00〜2.50％
Mn：0.40〜1.50％
を必須的に含有する高Siばね用清浄鋼を、造滓剤
の添加を伴う溶鋼処理を経て製造するに当たり、
溶鋼処理終了時のスラグ組成が下記条件範囲を満
足する様に溶鋼処理操業を行なう点に要旨が存在
するものである。
CaO＋SiO2≧65％
CaO／SiO2≦0.8
Al2O3／SiO2≦0.34
〔作用〕
まず本発明の対象鋼であるが、JIS G4801で規
定されるばね鋼々材の成分組成、特にSUP６，
SUP７等のシリコンマンガン鋼に注目し、これ
らの各鋼材における成分組成を総合的に判断し、
機械的性質（耐力、引張強さ、伸び、絞り及び硬
さ等）が良好でなければならないという条件を考
慮しつつ下記の様に定めた。即ち下記成分組成を
満足しないものはばね鋼として使用する訳にはい
かない。
Ｃ：0.50〜0.70％
Si：1.00〜2.50％
Mn：0.40〜1.50％
尚上記以外の合金成分としては、Cr（1.20％ま
で）、Mo，Ｖ，Nb，Ti，Cu，Ni，Ｂ，Ｎ，Ｏ
等（いずれも0.5％まで）を含むことができ、ま
た不純物として微量のＰ，Ｓ，Sb，As等を含む
ことは許容されるべきである。
上記鋼種では、数ppmオーダーのAlが混入し
ているだけでも、そのAlの存在に基づいて非延
性なAl2O3が形成される。一方本発明の鋼種では
前述の如くSi及びMnを多く含んでいるので、溶
鋼中の酸素ポテンシヤルを高めてやればSiO2−
MnO系の介在物が多く形成され、その結果とし
てAl2O3の生成量が拮抗的に少なくなつたり、或
は生成したAl2O3が他の介在物によつて希釈さ
れ、Al2O3に基づく不都合が軽減されるのではな
いかとの期待が持たれる。この様なところから溶
鋼中に酸素を供給する為の造滓剤の添加が考えら
れるが、酸素供給能力が高過ぎる場合には介在物
総量の増大を招くので、酸素供給能力が比較的低
いSiO2系、またはSiO2−CaO系のフラツクスを
添加するのが適切であろうと考えられた。
ところで本発明の溶鋼処理においてはArバブ
リング方式、DH型真空処理法、RH型真空処理
法、取鍋精錬法（ASEA−SKF法、VAD法、LF
法）等が適用でき、勿論これらの組合わせ適用も
可能であるが、いずれにせよこれらの処理炉を用
いるに当たり、前チヤージとして例えばAl脱酸
鋼の処理を行なつている場合は、耐火壁にAl2O3
が付着し、これが本発明の溶鋼処理に際してスラ
グに移り、更に解離して溶鋼中Alが増大してく
る。そしてこのAlが溶鋼中で酸化されると非延
性のAl2O3が形成されて欠陥原因となるが、前記
考察に従つて本発明のスラグコントロールを行な
つている場合はスラグの酸素ポテンシヤルが高ま
つている為、スラグから溶鋼中へのAl2O3の解離
反応（下記反応式における右向きの反応）
（Al2O3）〔Al〕＋〔Ｏ〕
が抑制される。
本発明は上記の如き理論的考察並びに予測に基
づいてスラグコントロールの方向を定めたが、該
コントロールの基準時点としては、取鍋耐火壁等
に付着している前チヤージからのスラグ或は該耐
火壁自体を構成する煉瓦成分の溶損混入があるこ
とを考慮し、溶鋼処理終末期とした。該終末期に
おけるスラグ組成は、前記考察で述べた様に酸素
ポテンシヤルがある程度高いものでなければなら
ない。そこで同じく前記した様にCaOやSiO2を
多く含むフラツクス（例えばウオラストナイト或
は単なる機械的混合物）を添加して溶鋼処理を行
なうが、そうして形成されるスラグは当然にCaO
とSiO2の比率が高いものになる。そしが65％以
上となる様な制御を行なうことによつてはじめて
本発明の目的を達成する為の地盤が形成されたこ
とになる。
尚上記の他のスラグ構成々分としては、20％以
上のMgO、10％以下のMnO、５％以下のFeO等
が含まれていても差支えはない。
一方スラグ成分相互の関係、具体的に言うなら
ばCaO／SiO2及びAl2O3／SiO2で表わされる各存
在比は、本発明の目的達成にとつてもつとも直接
的で重大な影響を示す。即ちCaO／SiO2はスラ
グの塩基性指数となるもので、この比率が0.8を
超えると塩基性バランスが酸性側に移行し、スラ
グ中のAl2O3が溶鋼中へ解離して溶鋼中のAlを増
大させ所期の目的を達成する上で障害となる。一
方Al2O3／SiO2はスラグ中におけるAl2O3の存在
比率指標となるもので、この値が0.34を超えると
スラグ中のAl2O3が相対的に多くなつて溶鋼中へ
移行する危険が増大し、やはり本発明にとつては
障害となる。
〔実施例〕
第１表に示す２種のSi−Mn脱酸鍋を準備した。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for manufacturing clean steel for high-Si springs with good fatigue resistance, and more particularly to a method for treating molten steel that can achieve the miniaturization of inclusions. [Prior Art] The characteristics required for steel materials are becoming increasingly detailed and strict depending on the field of application. High Si
Clean steel for springs is no exception; for example, steel for valve springs for engines has a tendency to have particularly strict requirements for fatigue resistance, as they must be able to cope with increasingly harsh environments in which they are used. We have responded to these demands by reducing the proportion of non-metallic inclusions and by making individual inclusions finer, but conventional steelmaking technology cannot meet even more demands. We are now in a situation where we are no longer able to respond to these demands. Means for reducing inclusions in clean steel for high-Si springs can be classified into the following two types. (A) Re-oxidation of molten steel is suppressed by upgrading ladle bricks, implementing slag control, and implementing atmosphere control, etc. Furthermore, by adding molten steel treatment using strong stirring, the deoxidized products are floated and separated. How to promote. This method is considered to be particularly effective for AI deoxidized steel, and is being implemented by various companies. (B) A method of controlling the composition of the deoxidized product to produce inclusions that exhibit ductility during hot rolling. With this method, inclusions are also rolled away during hot rolling, so inconveniences caused by inclusions are greatly reduced. Technologies that fall into this category include JP-A-53-76916 (mainly related to cleaning steel for steel cords), JP-A-58-130215 (mainly related to deoxidizing stainless steel for thin plate spring materials), Kosho 52-17490
(related to inclusion control in coarse-grained carbon steel wire),
Special Publication No. 54-7252 (Includes in carbon steel made into spesalite composition to improve wire drawability), Special Publication No. 1987-7252
−35243 (CaO during production of steel for steel cords)
(injecting flux) are known. [Problems to be solved by the invention] The present inventors have been conducting research in the direction of improving the rollability of inclusions, and intend to provide a new method for the technology classified as (B) in the previous section. By doing so, we aim to meet the highly required properties for clean steel for high-Si springs. [Means for Solving the Problems] The present invention provides a high-Si spring clean steel that essentially contains C: 0.50 to 0.70%, Si: 1.00 to 2.50%, and Mn: 0.40 to 1.50%. When manufacturing through molten steel processing with addition,
The gist is to carry out the molten steel processing operation so that the slag composition at the end of the molten steel processing satisfies the following condition range. CaO + SiO 2 ≧65% CaO / SiO 2 ≦0.8 Al 2 O 3 /SiO 2 ≦0.34 [Operation] First, the steel targeted by the present invention is the chemical composition of spring steel specified by JIS G4801, especially SUP6,
Focusing on silicon manganese steel such as SUP7, we comprehensively judged the composition of each of these steel materials,
Considering the condition that mechanical properties (yield strength, tensile strength, elongation, reduction of area, hardness, etc.) must be good, the following was determined. That is, a material that does not satisfy the following composition cannot be used as spring steel. C: 0.50-0.70% Si: 1.00-2.50% Mn: 0.40-1.50% Alloy components other than the above include Cr (up to 1.20%), Mo, V, Nb, Ti, Cu, Ni, B, N, O
(all up to 0.5%), and it should be allowed to contain trace amounts of P, S, Sb, As, etc. as impurities. In the steel types mentioned above, even if only a few ppm of Al is mixed, non-ductile Al 2 O 3 is formed due to the presence of Al. On the other hand, since the steel of the present invention contains a large amount of Si and Mn as mentioned above, if the oxygen potential in the molten steel is increased, SiO 2 −
Many MnO-based inclusions are formed, and as a result, the amount of Al 2 O 3 produced is competitively reduced, or the generated Al 2 O 3 is diluted by other inclusions, causing Al 2 O It is hoped that the inconveniences based on 3 will be alleviated. From this point of view, it is possible to add a slag forming agent to supply oxygen to molten steel, but if the oxygen supply capacity is too high, the total amount of inclusions will increase. It was thought that it would be appropriate to add 2 -based or SiO 2 -CaO-based flux. By the way, in the molten steel processing of the present invention, Ar bubbling method, DH type vacuum treatment method, RH type vacuum treatment method, ladle refining method (ASEA-SKF method, VAD method, LF method)
Of course, it is also possible to apply a combination of these methods, but in any case, when using these processing furnaces, for example, when processing aluminum deoxidized steel as a pre-charge, it is necessary to to Al2O3
is deposited, transferred to slag during the molten steel treatment of the present invention, and further dissociated, increasing Al in the molten steel. When this Al is oxidized in molten steel, non-ductile Al 2 O 3 is formed, which causes defects. However, if the slag control of the present invention is carried out in accordance with the above considerations, the oxygen potential of the slag will increase. Therefore, the dissociation reaction of Al 2 O 3 from the slag into the molten steel (rightward reaction in the reaction equation below) (Al 2 O 3 )[Al]+[O] is suppressed. The present invention has determined the direction of slag control based on the above-mentioned theoretical considerations and predictions, but the reference point for this control is the slag from the pre-charge adhering to the ladle refractory wall, etc. or the refractory wall. Considering that the brick components that make up the wall itself may be mixed in by erosion, the final stage of molten steel treatment was selected. The slag composition at the terminal stage must have a somewhat high oxygen potential, as mentioned in the discussion above. Therefore, as mentioned above, molten steel is treated by adding a flux containing a lot of CaO or SiO2 (for example, wollastonite or a simple mechanical mixture), but the slag that is formed in this way naturally contains CaO2.
and SiO 2 ratio is high. The foundation for achieving the object of the present invention will be established only by performing control such that the deflection is 65% or more. There is no problem even if the other slag components mentioned above include 20% or more of MgO, 10% or less of MnO, 5% or less of FeO, etc. On the other hand, the relationship between the slag components, specifically the abundance ratios expressed by CaO/SiO 2 and Al 2 O 3 /SiO 2 , have a direct and significant influence on achieving the objective of the present invention. . In other words, CaO/SiO 2 is the basicity index of slag, and when this ratio exceeds 0.8, the basicity balance shifts to the acidic side, and Al 2 O 3 in the slag dissociates into the molten steel. This increases Al and becomes an obstacle to achieving the desired purpose. On the other hand, Al 2 O 3 /SiO 2 is an indicator of the abundance ratio of Al 2 O 3 in slag, and if this value exceeds 0.34, relatively more Al 2 O 3 in slag will be transferred to molten steel. This increases the risk of this, which is also an obstacle to the present invention. [Example] Two types of Si-Mn deoxidizing pans shown in Table 1 were prepared.
【表】
上記鋼種を転炉吹錬またはアーク溶解した後、
取鍋に移し、ウオラストナイト、またはそれに若
干の無機酸化物を修飾的に添加したフラツクスを
加え、溶鋼の撹拌処理を行なつた。第２表はその
結果を示すものであり、本発明の条件を満足しな
いNo.２、３、５、９では粒径の大きい介在物が多
く×印の評価となつた。一方本発明の条件を満足
するNo.１、４、６、７、８は介在物の粒径が全般
的に小さくなり、◎印の評価となつた。
尚第２表に示した実験のうちNo.１〜４について
介在物タイプを調べたところ第３表の通りであ
り、No.２とNo.３はAl2O3の多いＤタイプが多く、
No.１とNo.４はAl2O3の少ないＡタイプが多かつ
た。
又同じくNo.１〜No.４について、製造された鋼製
棒材の介在物厚さを調べたところ、第１図（表層
部）及び第２図の如き結果を得た。即ち本発明を
満足するNo.１、４では介在物厚さが明らかに小さ
いものであつた。
又上記棒材25ｇを切り取り酸溶解したものにつ
いて20μｍ以上の介在物数を計算したところ第３
図に示す様な成績が得られ（ｎ数＝４）、やはり
本発明を満足するものは良好な結果を示してい
る。又耐疲労性の向上効果を確認する目的で
SWOSC−Ｖの中村式回転曲げ疲労試験（線径：
4.5mmφ、試験応力：80Kgｆ／mm2）を行なつた結
果によると、No.２、３、５、９のものでは２×
106〜６×107回目当たりで介在物起点又は表面起
点の割れが認められたが、No.１、４、６、７、８
のものでは108回を越えてから表面起点の割れが
見られたに過ぎない。[Table] After converter blowing or arc melting the above steel types,
The molten steel was transferred to a ladle, wollastonite or a flux prepared by adding some inorganic oxide as a modification to it was added, and the molten steel was stirred. Table 2 shows the results. In Nos. 2, 3, 5, and 9, which did not satisfy the conditions of the present invention, there were many inclusions with large particle diameters, resulting in an evaluation of x. On the other hand, in Nos. 1, 4, 6, 7, and 8, which satisfied the conditions of the present invention, the particle size of the inclusions was generally small and was evaluated as ◎. Of the experiments shown in Table 2, the types of inclusions in Nos. 1 to 4 were investigated, and the results are as shown in Table 3. In Nos. 2 and 3, there were many D types containing a lot of Al 2 O 3 ;
In No. 1 and No. 4, there were many A types with low Al 2 O 3 . Similarly, regarding No. 1 to No. 4, when the thickness of inclusions in the manufactured steel bars was examined, the results as shown in Fig. 1 (surface layer portion) and Fig. 2 were obtained. That is, in Nos. 1 and 4, which satisfied the present invention, the thickness of inclusions was clearly small. In addition, when we calculated the number of inclusions of 20 μm or more for the 25 g of the above bar material cut out and dissolved in acid, we found that
The results shown in the figure were obtained (n number = 4), and the results satisfying the present invention were also good. In addition, for the purpose of confirming the effect of improving fatigue resistance.
SWOSC-V Nakamura type rotating bending fatigue test (wire diameter:
According to the results of No. 2 , 3, 5, and 9, 2×
10 6 ~ 6×10 Cracks originating from inclusions or from the surface were observed at the 7th hit, but Nos. 1, 4, 6, 7, and 8
In this case, cracks originating from the surface were only observed after 108 cycles.
【表】【table】
【表】
〔発明の効果〕
本発明は上記の様に構成されているので、高Si
ばね用清浄鋼におけるAl2O3系介在物が減少し、
且つ介在物粒径も小さくなつた。従つて圧延時の
介在物の延性が向上し、耐疲労特性の向上が期待
される。[Table] [Effects of the invention] Since the present invention is configured as described above, high Si
Al 2 O 3 inclusions in clean steel for springs are reduced,
In addition, the particle size of inclusions also became smaller. Therefore, it is expected that the ductility of the inclusions during rolling will be improved and the fatigue resistance properties will be improved.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１，２図は介在物厚さの分布を示すグラフ、
第３図は20μｍ以上の介在物数を示すグラフであ
る。
Figures 1 and 2 are graphs showing the distribution of inclusion thickness;
FIG. 3 is a graph showing the number of inclusions of 20 μm or more.