JPH046230A - 電子ビーム溶解による高清浄鋼の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、介在物の除去を促進させ、かつ介在物の軟質
化をはかり、介在物の極めて少ない高清浄鋼を製造する
ための電子ビーム溶解方法に関するものである。

（従来の技術） 電子ビーム溶解法は、電子ビーム照射の特性である超高
温・高真空下での溶解により不純物元素の蒸発除去が可
能であり、鋳塊の高純化、高清浄化が可能であると言わ
れている。

しかし、従来の電子ビーム溶解法は、ニオブ、チタン、
モリブデン等の高融点金属への適用が主体であり、鋼へ
の適用例は極めて少ない。

鋼への適用例としては、例えば （１）特開平１−２１２７２４号公報に記載されたよう
に、溶解エネルギーおよび溶解真空度を調整することに
より合金鋼の合金含有量を調整する方法 （２）ＮＫＫ技報、Ｎｏ、１２７（１９８９年）、Ｐ、
４３〜Ｐ、５２に記載されたように、鋼の電子ビーム溶
解では成分蒸発および介在物の除去が進行することを確
認したことが示されているにすぎず、介在物の除去に関
して定量的に示されている知見はない。

（発明が解決しようとする課題） 従来の技術から推測すると、電子ヒーム溶解法はその特
徴から、介在物の除去が進行することはわかっているが
、安定して高清浄鋼を製造するまでに到っていない。

本発明は、鋼の電子ビーム溶解において、溶解エネルギ
ー、溶解真空度、溶融プール表面積の調整を行い、かつ
溶解用素材の成分規制を行うことによって、安定して介
在物の極めて少ない高清浄鋼を製造することを目的とす
るものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、電子ビーム出力と溶解速度より求められる溶
解エネルギーをＩ　、　ＯＸ　１０３Ｋｃａｆｆ／Ｋｇ
以上とし、溶解真空度をＩ　、　Ｏｘ　ｌ　０−３Ｔｏ
ｒｒ以下とし溶解プール表面積を２００　ｃｍ”以上と
し、かつ溶解に供する溶解用素材の組成を［Ｃ］≧０．
０３％、　［Ａ１２］　　≦０　００５％、　［Ｓ］　
　≦０　０１％とすることを特徴とする電子ビーム溶解
による高清浄鋼の製造方法である。

次に本発明による電子ビーム溶解法の溶解条件および溶
解用素材の組成の限定理由について述べる。

第１図〜第３図は［Ｃ］≧０．０３％、［／ｌ］≦０．
００５％、［Ｓ］≦０．０１％を満足する鋼の電子ビー
ム溶解における溶解条件と介在物除去率の関係を示し、
第１図は溶解真空度１．０×ＩＯ″″３Ｔｏｒｒ以下、
溶融プール表面積２５０　ｃｍ’において、溶解用素材
に与えられたエネルギーと介在物除去率の関係を示す。

なお、溶解エネルギーは溶解時の電子ビーム出力と溶解
速度から１式により算出される。

Ｅ＝０．２３９　（ｃａｆ２／Ｊ）　ｘＰｘ６０　（ｎ
ｉｎ／Ｈｒ）ｘｉ／Ｖ・・・・　・１ ここでＥは溶解エネルギー（Ｋｃａ１２／Ｋｇ）、Ｐは
ビーム出力（ＫＷＨ）、Ｖは溶解用素材の溶解速度（Ｋ
ｇ／ｍ１ｎ）を示す。また、介在物除去率は２式により
算出される。

η（％）−（１−ヰ）ｘｉ　００・・・２ｒ ここで、ηは介在物除去率、Ｎｉは溶解用素材中の介在
物量、Ｎｆは溶解後鋳塊中の介在物量を示す。

第１図において溶解エネルギー１　ｘ　１０３ＫｃａＱ
／Ｋｇ以上において、介在物除去率が急激に向上する。

第２図は溶解エネルギーＩ　Ｘ　１０　”ＫｃａＱ／Ｋ
ｇ以上、溶融プール表面積２５０　ｃｎ＋”において溶
解真空度と介在物除去率の関係を示す。

第２図において、溶解真空度１　、　ＯＸ　１０　　’
Ｔｏｒｒ以下において、介在物除去率が急激に向上する
。

第３図は、溶解エネルギー１　ｘ　１０３ＫｃａＱ／Ｋ
ｇ以上、溶解真空度１　、　ＯＸ　１０−”Ｔｏｒｒ以
下において溶融プール表面積と介在物除去率の関係を示
す。

なお、溶融プール表面積とは、電子ビームの照射により
鋳型内に形成される溶融プールの気体と接している部分
の面積を云い、該面積は鋳型の大きさを変えることによ
って制御できる。

第３図において、溶融プール表面積２００　ｃｍ”以上
において介在物の除去率が急激に向上する。

第４図〜第６図は溶解エネルギーＩ　Ｏｘ１０３Ｋｃａ
（／Ｋｇ以上、溶解真空度１．　　Ｏｘ　Ｉ　０−３Ｔ
ｏｒｒ以下、溶融プール表面積２００　ｃｍ’以上の溶
解条件下での溶解用素材の組成と介在物除去率の関係を
示す。

第４図は溶解用素材の［Ｃ］濃度と介在物除去率の関係
を示す。図において［Ｃ］濃度０．０３％以上において
介在物除去率が急激に向上する。

第５図は溶解用素材の［Ａ＜２Ｕ！度と介在物除去率の
関係を示す。図において［１］濃度０．００５％以下に
おいて介在物除去率が急激に向上する。

第６図は溶解用素材の［Ｓ］濃度と介在物除去率の関係
を示す。図において［Ｓ］濃度０．０１％以下において
介在物除去率か急激に向上する。

以」二により、鋼の電子ビーム溶解法において、介在物
の除去を促進させ、高清浄鋼を得るためには、溶解エネ
ルギーを１、ＯＸ　１０３Ｘｃａ（１／Ｋｇ以上、溶解
真空度をｌ　、　ＯＸ　Ｉ　０−３Ｔｏｒｒ以下、溶融
プール表面積を２００　ｃｍ”以上とし、かつ溶解用素
材の組成を［Ｃコ≧０．０３％、［、ｌ］≦０．００５
％、［Ｓ］≦０．０１％とする必要がある。

（作　用） 第７図は電子ビーム溶解における介在物の除去機構の模
式図を示す。

図において、Ａは鋳型、Ｂは溶融層、Ｃは凝固層を示し
、■〜■は介在物の除去形態を示す。

電子ビーム溶解法における介在物除去は、（１）電子ビ
ーム溶解における脱酸反応の進行により、介在物中の［
０］が溶解中の［Ｃ］と結合してＣＯガスとして系外に
除去される機構 （２）介在物中の［Ｓ３が電子ビーム溶解の高温、高真
空によりＳ、或はＳＯｘガスとして系外に除去される機
構 （３）介在物が溶融プール内で浮上し、鋳型壁に捕択、
除去される機構の３つの機構が主体である。

この中で（２）（３）の機構は（１）の反応が増大され
るとさらに促進される。

電子ビーム溶解における脱酸反応はＣＯ脱ガス反応が主
体である。この反応は３式で示され、反応平衡定数に３
は４式で示される。

［Ｃ］　＋　［０］　−Ｃｏ（ｇ）・・・・・３Ｑｏｇ
Ｋ　３＝　＆ｏｇ［Ｐｃｏ／　ａ　ｃ−ａ　ｏ］　＝　
１１６０／Ｔ＋２．００３　・・・４ ここで、Ｐｃｏは雰囲気中の００分圧、ａｃおよびａｏ
は溶鋼中の［Ｃ］および［０］の活量、Ｔは溶鋼温度を
示す。

３．４式より脱酸反応を促進させ、溶解後の鋳塊中の「
０］濃度を下げるには、Ｐｃｏの低下、ａｃの増大およ
び温度の上昇が必要である。電子ビーム溶解での溶鋼温
度は溶解エネルギーに依存する。溶解エネルギーの増大
により溶鋼温度が上昇するために脱酸反応が促進され、
第１図に示すように溶解エネルギー１　、　　Ｏｘ　１
０３Ｋｃａ（！／Ｋｇ以上で介在物除去率が向上する。

溶解時の雰囲気中の００分圧は溶解真空度に依存する。

溶解真空度が低下すれば雰囲気中の００分圧が低下し脱
酸反応が促進されるために、第２図に示すように、溶解
真空度１　、　Ｏｘ　１０−３Ｔｏｒｒ以下で介在物除
去率が向上する。

溶鋼中の［Ｃ］の活１１　ａ　ｃは溶解用素材の［Ｃ］
濃度の増大と共に増大する。第４図に示すように、溶解
用素材の［Ｃ］濃度０．０３％以上で介在物除去率が向
上する。

第７図の介在物除去機構■は脱硫反応であり、この反応
はＣＯ脱ガス反応と同じように、高温・高真空はど進行
しやすいが、溶解用素材の［Ｓ］濃度に依存する。これ
は脱硫反応は脱酸反応に比へ反応速度が遅いことに起因
する。従って、第６図に示すように、溶解用素材の［Ｓ
］濃度０．０１％以下で介在物除去率が向上する。

第７図の介在物除去機構■は、溶融プール表面積が大き
いほど、溶融状態の保持時間が長いほど、さらに■の反
応が増大するほど大きくなる。これらの中で溶融プール
表面積の影響が最も大きい。

従って、第３図に示すように溶融プール表面積２００ａ
ｍ”以上で介在物除去率が向上する。

介在物の組成は溶解用素材の成分に依存する。

つまり、溶解用素材の［、ｌ］濃度が高いほど介在物中
の（ＡＱｔｏｉ）濃度が増大する。介在物中（ＡＩ２２
０３）濃度が高い場合、（ＡｆｆｔＯｓ）は安定な酸化
物であるために、介在物除去機構■の解離が進行しにく
い。また、（ＡＬＯ３）濃度が高いほど介在物は微粒化
するために、介在物の浮上分雌もしにくくなる。これら
の作用により、第５図に示すように、溶解用素材の［Ａ
ｆｆ］濃度０゜００５％以下で介在物除去率が向上する
。さらに介在物中の（Ａ１２ｔ０３）濃度が低いほど介
在物は軟質化するためにこの点からも溶解用素材の［Ａ
Ｃ］濃度は０．００５％以下にする必要がある。

（実施例） 介在物清浄性の要求される線径３０μｍφのステンレス
鋼極細線用素材の製造に電子ビーム溶解法を使用し、本
発明法を適用した実施例について説明する。

第１表に溶解用素材の組成、電子ビーム溶解条件、介在
物除去率および極細線伸線時の断線頻度について本発明
例と比較例を併せて示す。

なお、溶解用素材は真空誘導溶解法にて製造した素材を
用い溶解用素材の組成は介在物の除去に関係する成分の
み挙げている。

また、溶解後の鋳塊の極細線伸線までの工程は全て同一
とし、極細線伸線時の伸線量は３０μｍφ極細線伸線の
１回断線当たりの平均伸線量を示す。

本発明例は、いずれも８０％以上の介在物除去率が得ら
れ、伸線量も７．０Ｋｇ／断線以上であり、非常に高い
値が得られており、高清浄性が達成されている。

これに対し、比較例は介在物除去の条件を満足していな
いために、介在物除去率は６５％以下と低く、伸線量も
４．５Ｋｇ／断線以下と低く十分な高清浄化が達成され
ていない。

（発明の効果） 以上述べたよに、鋼の電子ビーム溶解法において、電子
ビーム溶解条件および溶解に供する素材の組成を調整す
る本発明によって、介在物の除去を促進させ、介在物清
浄性の非常に高い清浄鋼を製造することが可能になる。

このことにより、介在物清浄性の要求される極細線用素
材の供給が可能となり、しかも、伸線時の断線頻度も極
めて少なくなる。また、箔用素材の供給も可能となり、
介在物起因の表面疵も大幅に軽減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子ビーム溶解時の溶解エネルギーと介在物除
去率の関係を示す図、第２図は溶解真空度と介在物除去
率の関係を示す図、第３図は溶融プール表面積と介在物
除去率の関係を示す図、第４図は溶解用素材の［Ｃ］濃
度と介在物除去率の関係を示す図、第５図は溶解用素材
の”ｔｌ）ｌｌ［Ａ＋２］濃度と介在物除去率の関係を
示す図、第６図は溶解用素材の［Ｓ］濃度と介在物除去
率の関係を示す図、第７図は電子ビーム溶解法における
介在物の除去機構を示す模式図である。 第１図 Ａ・・・・・鋳型 Ｂ・・・・・溶融層 Ｃ・・・・・凝固層 シー４工渭レ−（−Ｃ人ＩＱ３ｋｃ代Ｑ、／に１）第２
ｒ！Ａ 第３Ａ ″＃＃ｆ＋阜安Ｈ’ｒＯｒｒ） ＄４＋−Ｊ７−＋しｊｋΔ凸λＮ（Ｃｍ２）第４図 研１〜惟〕組％） ＄５１１１ −ｄ樟っ閉結（４）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子ビーム出力と溶解速度より求められる溶解エ
   ネルギーを１．０×１０＾３Ｋｃａｌ／Ｋｇ以上とし、
   溶解真空度を１．０×１０＾−＾３Ｔｏｒｒ以下とし、
   溶解プール表面積を２００ｃｍ＾２以上とし、かつ電子
   ビーム溶解に供する溶解用素材の組成を［Ｃ］≧０．０
   ３％、［Ａｌ］≦０．００５％、［Ｓ］≦０．０１％と
   することを特徴とする電子ビーム溶解による高清浄鋼の
   製造方法。