JPH05263121A - 高炭素高清浄溶鋼の製造方法 - Google Patents

高炭素高清浄溶鋼の製造方法

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JPH05263121A
JPH05263121A JP6395592A JP6395592A JPH05263121A JP H05263121 A JPH05263121 A JP H05263121A JP 6395592 A JP6395592 A JP 6395592A JP 6395592 A JP6395592 A JP 6395592A JP H05263121 A JPH05263121 A JP H05263121A
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JP
Japan
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molten steel
mns
inclusions
less
carbon
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JP6395592A
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Shinya Kitamura
信也 北村
Hidehiro Kuwatori
英宏 鍬取
Shinji Sasagawa
真司 笹川
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は伸長介在物の少ない高炭素高清浄溶
鋼を提供する。 【構成】 Cを0.51〜1.50%含有する溶鋼を、
大気精錬炉で溶製後、未脱酸もしくは弱脱酸状態で出鋼
後、真空度1Torr以下での真空処理により溶解酸素
を30ppm以下とし、次いでAlを0.005〜0.
015%、Siを0.1〜0.8%の範囲で添加し、そ
の後にMnを添加することにより、最終凝固部に晶出す
るMnSの晶出核となる2次脱酸生成物数を減少させ、
かつ酸化物中のMnO濃度を低下させ、MnSの晶出を
抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は伸長介在物の少ない高炭
素高清浄溶鋼の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】鋼材における伸長介在物は種々の分野で
材質上の問題となっている。例えば、軌条においてはコ
ーナー部のシェリング損傷の起点として伸長介在物の存
在が問題であることが知られており、その低減が望まれ
ている。伸長介在物としては、アルミナを主成分とする
ものが群列状に連なった形態をとるものや、シリケート
を主体として線状に伸長したものの如き酸化物系介在物
に加え、同様に線状に伸長した形態を呈するMnSも問
題を引き起こすことが知られている。
【0003】このうちMnSは、凝固の進展に伴い樹枝
状晶の晶間にMnやSが濃厚偏析した結果、樹枝状晶樹
間の最終凝固部において、固相側で溶解度積を越えて析
出するものであり、特に炭素を0.51%以上含有する
鋳片の場合に、その析出は避け難いものであった。つま
り、この場合にはオーステナイト凝固(γ凝固)である
がゆえにSの凝固偏析が極めて大きい上に、オーステナ
イト中のMnSの溶解度積が小さいため、炭素が0.5
0%以下でフェライト凝固(δ凝固)する場合と比較す
るとMnSの析出が極めて生じ易いという不利さによる
ものである。
【0004】これに対して、従来技術では対処すること
が困難であり、実施されていた事例はないが、以下の方
法を用いることが一般的である。 Al濃度を0.001%以下になるように徹底的に
低下させる方法。 S濃度を低下させることによりMnSの析出を抑制
する方法。 特開昭63−227748号公報に開示されている
高強度ばね用鋼線の製造方法や、特開昭52−2979
6号公報や「鉄と鋼」第66巻354ページ以降に開示
されている方法と同様にCaを添加する方法。
【0005】しかし、の方法の様にAlを極限まで低
下させSi脱酸を強化する方法によってのみではアルミ
ナ系介在物は低下させ得ても、シリケート系の伸長介在
物が増加するという問題が生じ、の方法によってのみ
ではMnSを低下させるためには、S濃度を20ppm
以下にする必要があるため大幅な経済性、生産性の低下
を招くという問題があった。さらに、アルミナ系、Mn
Sのすべてを低下させるためには、との両方を同時
に実施する必要があるため、酸素ポテンシャルが充分に
は低下させ得ないSiキルド鋼で極低硫化させる必要が
あるという、一層の技術的困難さを伴うことになる。
【0006】一方、の方法を適用した場合には、溶鋼
中でのCaSの粗大析出によるCaS系の群列状介在物
が発生する場合があり、効果としては極めて不安定なも
のでしかなかった。ここで、アルミキルド鋼を対象とし
て提案された、特開昭52−29796号公報や「鉄と
鋼」第66巻354ページ以降に開示されている方法の
条件は、生成されるカルシウムアルミネートのS吸収能
が高い上に、この酸化物が凝固末期も安定して分解しに
くいため、物質バランスに基づいて、添加したCaの中
で酸素もしくは酸化物と結合してカルシウムアルミネー
トの生成に消費される分を差し引き、残りを有効Caと
見なして添加量を決定したものである。しかし、この条
件に基づき軌条向け鋳片に添加した場合には、酸化物周
囲にCaSが粗大に析出するため、CaS系の群列状介
在物が発生する傾向が特に強いことに加えて、カルシウ
ムアルミネートの融点が低いために伸長介在物となり易
いという問題が生じ、適用することが困難であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、Al濃度や
S濃度を徹底的に低下させる方法における、シリケート
系の伸長介在物の増加やSiキルド鋼の脱硫による経済
性、生産性の低下という問題や、特開昭63−2277
48号公報、特開昭52−29796号公報および「鉄
と鋼」第66巻354ページ以降に開示されている方法
におけるCaS系の群列状介在物の発生や伸長カルシウ
ムアルミネート系介在物の生成という問題を解決する高
炭素シリコンキルド高清浄溶鋼の製造方法を提供するも
のである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、Cを0.51〜1.50%含有する高炭素溶鋼
を、転炉あるいは電気炉等の大気精錬炉において溶製
し、未脱酸状態もしくは弱脱酸状態で出鋼後、真空度1
Torr以下での真空処理を施し、溶解酸素濃度を30
ppm以下とし、次いでAlを0.005〜0.015
%の範囲で、Siを0.10〜0.80%の範囲で添加
し、さらにその後にMnを添加することを特徴とする高
炭素高清浄溶鋼の製造方法にある。このことにより、伸
長介在物が少ない高炭素シリコンキルド高清浄溶鋼の製
造を実現し、例えば耐シェリング損傷特性に優れた軌条
を提供することができる。ここで、Al、Si、Mnの
順に添加することが好ましい。
【0009】
【作用】本発明は、MnSの析出に対してMnO濃度の
高い2次脱酸生成物の存在が、極めて大きな役割を果た
すことの発見に基づくものである。つまり、MnSは、
凝固の進展に伴い樹枝状晶の晶間にMnやSが濃厚偏析
した結果、樹枝状晶樹間の最終凝固部において、固相側
で溶解度積を越えて析出するものであるが、この時、M
nSが容易に析出するためには晶出の核となる物質が存
在する必要がある。これに対して、SiO2 やMnO系
の酸化物のうちの一部は、MnSと同様に、凝固の進展
に伴い樹枝状晶の晶間にMnやSi、Oが濃厚偏析し、
最終凝固部においてその溶解度積を越えて析出するもの
であり、2次脱酸生成物と呼ばれている。このような酸
化物は溶解度積がMnSよりも小さいためMnSよりも
先に析出する上に、析出する場所が最終凝固部のため、
引き続いて析出するMnSの析出核として作用する。し
たがって、2次脱酸生成物が多い場合には、最終凝固部
でMnSが容易に析出するのに対して、逆に2次脱酸生
成物が少ない場合には、最終凝固部で溶解度積を越えた
としてもMnSは析出できず、過飽和に固溶した状態で
凝固せしめることが可能となる。
【0010】さらに、2次脱酸生成物としては、MnO
濃度が高い酸化物がMnSの析出核として作用し易いと
いう知見も得られた。このような技術的見地に立脚した
MnSの析出抑制方法としては、第一の項目としては、
2次脱酸生成物を減少させるために、1次脱酸力を強化
して凝固前の溶解酸素を低下させることであり、第二の
項目としては、2次脱酸生成物の組成をMnO濃度の低
いものとすることである。
【0011】このうち、第一の項目である2次脱酸生成
物の減少については、数多くの実験により、凝固前の溶
解酸素を5ppm以下に低下させる必要のあることが明
らかになった。しかし、これを成し遂げるために、未脱
酸状態でAlの如き強脱酸元素を用いた場合にはAl2
3 系の介在物が多量に生成し、群列状の有害伸長介在
物となることが知られている。これに対して、高炭素鋼
はその材質特性上、炭素が0.51%以上含まれるた
め、真空処理を施すことにより(1)式の反応、いわゆ
るカーボン脱酸が進むという性質を有している。
【0012】〔C〕+〔O〕=CO …… (1) 本発明者による検討の結果、カーボン脱酸のみで酸素濃
度をアルミキルド鋼と同等レベルまで低下させることは
できないが、真空度1Torr以下での真空処理を実施
することにより酸素濃度を30ppm以下とした後、A
lを0.005〜0.015%の範囲で添加すれば、多
量のAl2 3 系の群列状伸長介在物の生成は防止さ
れ、かつ凝固前の酸素を5ppm以下に低下させること
ができるという知見が得られた。
【0013】ここで、Cが0.51%未満の場合には、
(1)式によるカーボン脱酸に充分に作用せず、また
1.50%超の場合には、軌条としての材質特性が得ら
れないため、C含有量を0.51〜1.50%とした。
また、Alが0.005%未満の場合には、凝固前の酸
素を5ppm以下に低下させることができず、0.01
5%超の場合には、多量のAl2 3 系の群列状伸長介
在物が生成するため、Alは0.005〜0.015%
の範囲とした。図1は軌条におけるMnS長さとアルミ
ナ系群列状介在物の長さに対するAlの影響を示したも
のであるが、上記濃度範囲に適正値が存在していること
がわかる。
【0014】一方、第二の項目である、2次脱酸生成物
組成に対してはMnの添加時期が重要な要素である。通
常の脱酸は脱酸力の弱い順番に添加するため、軌条材の
場合には、Mn、Si、Alの順となる。しかし、Mn
は熱力学的にはSiやAlよりも酸素との親和力が弱い
ため、最初にMnを添加することにより一時的にはMn
Oが生成されるものの、SiやAlにより還元され、最
終的にはMnOは存在しなくなると考えられていた。と
ころが、本発明者らは詳細に微細な酸化物組成を調査し
た結果、このような順番で合金を添加した場合には、酸
化物中にMnOが残存していることを発見した。これ
は、SiやAlが添加される前に生成された溶融球状の
MnOが、その後、溶鋼内部でSi、Alと反応する場
合、酸化物外周部にSiO2 やAl2 3 の固相が析出
するため、その後のMnOの還元速度が極めて小さくな
るためである。このようにして生成された、外部にSi
2やAl2 3 の濃度が高く、内部にMnO濃度の高
い領域を持つ酸化物は、内部領域のサルファイドキャパ
シティーが高いため、周囲の溶鋼から酸化物周囲にSが
拡散し集積し易く、したがって最終凝固部でMnSが析
出し易い特性を有することとなる。
【0015】これを回避するためには、最初にMnOを
生成させないことが重要となり、本発明の如く、Siや
Alという脱酸力の強い元素をすべて添加し終わった後
に、Mnを投入することが必須となる。ここで、Alを
前記の理由により0.005〜0.015%の範囲とし
たため、Siは0.10〜0.80%の範囲とした。つ
まり、Siが0.10%未満の場合には、溶解酸素濃度
が充分に低下しない状態でMnが添加されるため、酸化
物中にMnOが含まれるという問題が生じ、またSiが
0.80%超では、酸化物中のSiO2 濃度が高くな
り、有害な伸長シリケートが生成するという問題を生じ
る。図2は軌条におけるMnS長さとシリケート系伸長
介在物の長さに対するSiの影響を示したものである
が、上記濃度範囲に適正値が存在していることがわか
る。
【0016】
【実施例】実施例は以下の工程での溶製結果である。3
50トン規模の上底吹き転炉により炭素濃度が0.70
〜0.90%、硫黄濃度が0.010%以下の溶鋼を精
錬した後、脱酸剤を添加しない状態でDHを用いて真空
処理を施し、その後、Si、Al、Mnを添加した。
【0017】このようにして溶製した溶鋼を連続鋳造機
により鋳片(約250〜400mm角)とした後、軌条
圧延した。軌条における介在物調査は、軌条頭面より1
0mm下部で、側面より10〜25mm内部の面を切り
出した15mm角の断面全体を100倍の光学顕微鏡に
より観察し、介在物の最大長さを評価した。ここで、ア
ルミナ系介在物の場合は群列状に連なっているものは、
個々の介在物長さではなく、それらを連続した1個のも
のと見なして長さを評価した。それぞれの介在物がMn
S、アルミナ系、シリケート系のいずれに対応するか
は、代表的なものをEPMAで分析した結果に基づき形
状や色調の特徴を整理し、多くの場合には光学顕微鏡で
の形状や色調の特徴により判断した。軌条での介在物
は、試料中の最長介在物長さが、500μm以上を×、
499〜251μmを○、250μm以下を◎とした。
また、評価の項は軌条での耐シェリング損傷特性を示し
ている。結果を表1、2に示す。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】
【発明の効果】本発明により、MnS系伸長介在物、ア
ルミナ系群列状介在物、シリケート系伸長介在物のいず
れの種類の介在物も減少させることが可能となり、50
0μm以上の有害介在物が存在しなくなることにより高
炭素高清浄溶鋼の製造が可能となり、例えば耐シェリン
グ損傷特性に優れた高清浄軌条の提供が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】軌条におけるMnS長さとアルミナ系群列状介
在物の長さに対するAlの影響を示した図である。
【図2】軌条におけるMnS長さとシリケート系伸長介
在物の長さに対するSiの影響を示した図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Cを0.51〜1.50%含有する高炭
    素溶鋼を、転炉あるいは電気炉等の大気精錬炉において
    溶製し、未脱酸状態もしくは弱脱酸状態で出鋼後、真空
    度1Torr以下での真空処理を施し、溶解酸素濃度を
    30ppm以下とし、次いでAlを0.005〜0.0
    15%の範囲で、Siを0.10〜0.80%の範囲で
    添加し、さらにその後にMnを添加することを特徴とす
    る高炭素高清浄溶鋼の製造方法。
JP6395592A 1992-03-19 1992-03-19 高炭素高清浄溶鋼の製造方法 Withdrawn JPH05263121A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08291317A (ja) * 1995-04-20 1996-11-05 Nippon Steel Corp 中炭素Alキルド鋼の製造方法
WO2010050238A1 (ja) 2008-10-31 2010-05-06 新日本製鐵株式会社 耐摩耗性および靭性に優れたパーライト系レール
US8469284B2 (en) 2009-02-18 2013-06-25 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Pearlitic rail with excellent wear resistance and toughness
US8747576B2 (en) 2009-06-26 2014-06-10 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Pearlite-based high carbon steel rail having excellent ductility and process for production thereof
US10995396B2 (en) 2016-05-19 2021-05-04 Nippon Steel Corporation Rail

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