JPS5940202B2 - 極低ｓ１快削鋼の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は低Ｓｉ快削鋼、特に鋼中のＳｉが０、００５以
下の被削性及び冷間加工性に優れた極低Ｓｉ快削鋼の製
造方法に関するものである。

快削鋼の種類としては従来より硫黄或は鉛を添加した硫
黄快削鋼或は鉛削鋼が最も一般的に知られており、又Ｃ
ａ１Ｔｉ、Ｚｒ等の特殊元素を添加したＣａ快削鋼、Ｔ
ｉ−Ｃａ快削鋼、Ｚｒ快削鋼等も近年になって製造、使
用されるようになった。

ところで、加工面で汎用性の高い鉛快削鋼が数年前から
環境衛生上の問題からその使用に制約を受始め、これに
伴って硫黄快削鋼が改めて認識されるに至った。

この硫黄快削鋼（Ｐ等の他元素を複合させたものを含む
月ま、適量のＭｎＳを鋼中に介在させ、このＭｎＳの内
部切欠効果によって被削性を高めるもので、その成分は
第１表のＪＩＳ規格に示す通りである。

以下、本発明を上記硫黄快削鋼を中心に詳述するが、本
発明はこれに限らず他の種類の快削鋼にも同様に適用で
きることはいうまでもない。

さて、快削鋼における被削性の評価は一般に工具寿命、
工具摩耗量、切削抵抗、切削処理性等によって行なわれ
るが、特に硫費央削鋼の場合、上記被剛性を向上させる
為には、鋼中のＭｎＳの形状をより大きく、且つより丸
くすることが肝要となる。

そして、さらにこのＭｎＳの形状を制御する手段として
は鋼中のＳｉ含有量を可及的に低く抑制することが有効
であるとされている。

一方、冷圧性（冷間圧造性）等の冷間加工性についても
鋼中のＳｉが低いほど良好となる。

従って、快削鋼を製造するに当っては、被削性と冷間加
工性の両面から鋼中のＳｉ含有量を低レベルに抑ｆｆ１
ｌＪ、保持することが極めて重要な技術的課題として位
置付けられる。

硫黄快削鋼の製造は、一般に転炉等の製鋼炉で精錬、溶
製された溶鋼をシャモット、ロウ石等の酸性レンガで内
張すされた取鍋に装入（出鋼）し、Ｆ ｅＭｎ −Ｆ
ｅ Ｓ ２、ＦｅＰ等の合金鉄を添加して脱酸、及び成
分調整を施した後、この溶鋼を鋳型に注入して鋼塊とな
し、これを圧延、二次加工するものであるが、従来鋼中
Ｓｉを低レベルに維持する為に上記製鋼並びに溶鋼処理
段階において、王として■低Ｓｉ合金鉄の使用、■製鋼
炉での８１の低減等の方案が採られている。

ところがこれらの対案によっても鋼中のＳｉ（組下Ｓｉ
値）を安定して（１０１０％以下にすることが困難であ
り、現実に０．００６〜０．０２６％というバラツキを
見せており、ましてや０．００５％以下の極低レベルを
達成、維持することは実操業では不可能であった。

そこで本発明者等は上記■、■の方案の限界に鑑み、特
に溶鋼の処理環境に着目して、種々実験、研究を積み重
ねたところ、溶鋼処理（保持、運搬を含む少過程で耐火
容器として用いられる取鍋の内張耐火物からのＳｉの混
入が鍋中Ｓｉの低下を阻害している原因であることを究
明した。

その結果、到達したのが本発明であり、その要旨は製鋼
炉で精錬、溶製された溶鋼を、内張り耐火壁の全部又は
一部が、Ａ１２０３−８ｉＯ２系耐火物（ＳｉＯ２含有
量３０％以下）、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ：、−８ｉ０２系耐
火物（ＳｉＯ２含有量３０％以下）、ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ
３５ｉ０２系耐火物（ＳｉＯ２含有量３０％以下）、Ｃ
ａＯ５１０２系耐火物（ＳｉＯ２含有量５０％以下）、
ＣａＯ−（ＶｇＯＳ ｉ０２系耐火物（ＳｉＯ２含有量
５０％以下）、ＭｇＯ−８ｉ０２系耐火物（ＳｉＯ２含
有量含有量６王 選択される１種以上の耐火物で構成された耐火容器に、
装入して処理を行なう硫黄快削鋼の製造方法に存する。

耐火物は一般に酸性、中性及び塩基性のいずれかに分類
されるが、酸性のものはシャモットやロウ石系に代表さ
れるようにＳｉＯ２の含有量が高いものが多く、又高ア
ルミナ系耐火物等の中性耐火物や、ドロマイト系耐火物
、マグネシア系耐火物等の塩基性耐火物にもＳｉＯ２が
配合されている。

そしてこれらの耐火物は、単一の酸化物のみから成るも
のではなく、通常２元系或は３元系の混合物として存在
している。

これらの混合物における各酸化物の結晶構成等について
は、周知の如く２元系或は３元系状態図を用いて説明さ
れているが、多元系の下においては、それらの混合比率
に応じて各種の共晶化合物が存在している。

従ってこの様な耐火物は、例えばアルミナ−シリカ系の
場合、Ａｔ２０３やＳｉＯ□等の単一酸化物（以下単味
結晶という）同志が適当な比率で混然一体化しているの
ではなく、単味結晶と共晶化合物の結晶（上記の例では
３Ａｔ２０３・２Ｓｉ０２：ムライト）が混合された状
態として存在する。

即ちＳｉＯ２について考えると、混合系の下では、Ｓｉ
Ｏ２の単味結晶として存在するだけでなく、３ＡＬ２０
３・２ＳｉＯ７や３ＣａＯ−８ｉＯ２等の共晶化合物と
して存在する。

しかるに従来、使用されているシャモット、ロウ行系耐
火物のようにＳｉＯ２含有量が７５〜８０％と高く、実
質的に単味結晶として存在する５ｉ０２は、極めて酸化
活性（本明細書では活量と称す）が高いので、特に硫黄
快削鋼の如きＭｎレベルが高い（０，７０％少溶鋼に接
すると、自ら還元されてＳｉとなり易く、５１０２＋２
Ｍｎ−＋８１＋２Ｍｎ０ で示される反応を起こしてＭｎを酸化し、Ｓｉが鋼中に
放出され一結局ＭｎＳの生成を抑制してしまう。

これに対して共晶化合物中におけるＳｉＯ２の活量は小
さく、遊離のＳｉとして溶鋼中に放出されることは極め
て少ない。

結局耐火物中のＳｉＯ２活量を小さくすることが低Ｓｉ
化達成の上で極めて重要であることが判り、耐火物中の
ＳｉＯ２活量を低下させることに主眼を置いて本研究を
行なった。

しかるに耐火物中にわずかでもＳｉＯ２単味結晶が存在
すると、その絶対量を溶鋼中のＳｉ量と比較した場合、
化学平衡論的には耐火物側の方が多くなるのは必然的で
あり、結局溶鋼中のＳｉ量を高める方向に作用する。

そこで本発明においては、ＳｉＯ２単味結晶が実質上存
在しない領域における組成の耐火物を用いることにした
。

又状態図自体から明白である様に、共晶化合物の融点は
一般に低く、溶鋼の取扱い（操業）温度において耐火物
が溶融する様な組成であってはならない。

この様なところから本発明においては、処理温度域で実
質的に５ｉ０２の単味結晶が存在しない組成の耐火物と
して本発明に係る前記耐火物を特定し、これらからなる
群から選択される少なくとも１種の耐火物によって耐火
容器を形成することとした。

そしてこの処理温度域とは実際の操業を考慮すると具体
的には１４６０’Ｃ−１７６０℃の温度範囲を指すもの
である。

次に上記多元系耐火物について本発明の条件を満足する
範囲を説明する。

第１〜３図は２元系、第４〜６図は３元系の各状態図を
示すが、図中の白丸は共晶化合物を意味し夫々その組成
を付記した。

尚第４〜６図では煩雑を避ける為に等温線の記載を省略
した。

まず第１図では３Ａ４０３・２ＳｉＯ２が形成される領
域のＳ ｉ ０２含有率は約３０％であり、Ａ４０３−
８ｉ０２系（即ちアルミナ系ルこおいては、３０％を超
えてＳｉＯ□を含有する組成にすると５ｔ０２の単味結
晶が存在Ｌ ＳｉＯ２活量が大きくなり本発明にとって
は不都合であることが判る。

従って本系統においてはＳｉＯ２含有率を３０％以下に
する必要がある。

同様の趣旨において、第２図のＣａＯ−８ｉ０２系では
ＳｉＯ２含有率を５０％以下とする必要があり、更に第
３図のＭｇＯ−８ｉ０２糸（マグネシア系）ではＳｉＯ
２含有率を６０％以下としなければならない。

第４図のＣａＯ−Ａ４０３５ｉｎ２系では各共晶化合物
Ｃａ（ｌ Ｓ １０２−ＣａＯＡ４０３ ・２８１０２
−３Ａ／！、２０３・２Ｓ１０２を結ぶラインより下側
の領域における組成を満足するものでなければならず、
ＳｉＯ３の限界含有率はＣａＯやＡｔ２０３の含有比率
によっても変化するが、少なくとも５０％以下とすべき
であり、特に確実には３０％以下とすることが望ましい
。

第５図のＣａＯ−ＭｇＯ５ｉｎ２系（ドロマイト系）で
は、各共晶化合物ＣａＯ−８ｉＯ２−Ｃａ０・２ＳｉＯ
２Ｍｇ（）ＳｉＯ２を結ぶラインより下側の領域におけ
る組成を満足するものでなければならず、５ｉ０２の限
界含有率はＣａＯやＭｇＯの含有比率によっても変化す
るが、少なくとも５０％以下とすべきである。

第６図のＭｇＯＡ４０３５ｉ０２系ではほぼ各共晶化合
物ＭｇＯＭｇＯ−８ｉＯ２−２・２Ａ４０３・５ Ｓ
ｉ ０２−３Ａ４０３・２ＳｉＯ３を結ぶラインより下
側の領域における組成を満足するものでなければならず
、ＳｉＯ２の含有率はＭｇＯやＡｔ２０３によっても変
化するが、少なくとも６０％以下とする必要があり、特
に確実には３０％以下とすることが望ましい。

上記の様な組成条件を満足する耐火物を用いる耐火容器
の種類については、特段の制限を受けないが、現状の製
鋼処理システムを考慮すると、取鍋やタンデイツンユ類
に適用した場合、特に顕著な効果を発揮する。

しかし例えば取鍋への適用を考慮するに当って、取鍋内
耐火壁の全面に上記組成の耐火物を張設することは、経
踪的な高負担を招く。

そこで実用上満足できる様な耐火物張設構造を見究める
べく、ＳｉＯ２活量の高いロウ石レンガ（ＳｉＯ２ニア
８％、Ａ４０３：２０％）とＳｉＯ２活量り低いアルミ
ナレンガ（Ｓｉ０２：１６’ＡＡ４，０３：８２％少と
を適当な比率で組合わせて６種類の取鍋耐火壁を構成し
、転炉で吹錬、溶製した溶鋼をこれらの取鍋に装入しＦ
ｅＭｎ、、ＦｅＳ２及びＦｅＰ等の合金鉄で脱酸、成分
調整を施し実際に硫黄快削鋼の製造試験を行なった。

第２表はこうして得られた快削鋼の化学成分（組下成分
）の分析値を示すものである。

（但し、Ｓｊ基以外平均値（Ｘ）） 第７図は、この製造試験に用いられた取鍋耐火壁の具体
的な構造（第２表１〜■に相”Ｕ）を示ム図中のハツチ
ング入りレンガは、本発明の耐火物組成を満足するアル
ミナレンガを用いた部分、点点入りレンガは本発明の組
成を満足しないロウ石レンガを用いた部分を示す。

第２表の結果から明らかなように、本発明の条件を満足
する耐火物を少なくとも６５％（具体的には取鍋側底部
少以上の面積に適用した場合（■〜■）鋼中のＳｉ含有
量は平均値で０．００６％以下、最大値でも０．００９
％以下、最少値では０．００３％以下となり、従来のも
の（Ｉ）と比較して極めて低いレベルが維持され、且つ
バラツキも非常に小さくなっており、さらにこれを８０
％以上とすれば０．００５％以下の極低Ｓｉレベルの快
削鋼が安定して得られることが判明する。

なお、鋼中のＳｉレベルの観点からすれば本発明の条件
を満たす耐火物を１００％としたもの（■υ が良いが
、使用後に取鍋底部に付層、固化したスラグやメタルの
剥離作業更には耐火物のコスト等を考慮すると、特に取
鍋底部に上記耐火物を適用しそれ以外は従来の耐火物で
構成したもの（Ｖ）がむしろ好ましいと言える。

さて、かかる製造試験によって得られた硫黄快削鋼をサ
ンプルとし、本発明によるもの（成分は、Ｃ： ０．０
８％、Ｍｎ ： １．１５％、Ｐ ： ０．０７２％、
Ｓ：０．３０８％、Ｓ言０−００３％、取鍋構造；第２
表Ｍ）と従来法によるもの（成分は、Ｃ： ０．０９％
、Ｍｎ：１．１３％、Ｐ ： ０．０７５％、Ｓ：０．
３１０％、Ｓｉ：０．００８％、取鍋構造；第２表Ｉ）
につき、被削性及び冷圧性の比較試験を行なった結果を
第８図及び第９図に示す。

第８図より工具摩耗量、仕上面荒さ共に切削個数が１０
００個以上となると従来材は次第に増加していくが本発
明材はほとんど変りがなく、本発明材の被削性が優れて
いることを物語っている。

又第９図から、無抱束、抱束を問わず本発明材が従来材
と比較し高圧縮率でも割れ発生が少なく、冷圧性が高い
ことが知れる。

以上、説明した通り、本発明によれば鋼中のＳｉ含有量
が０．０１％以下、特に０．００５％以下の極低Ｓｉ快
削鋼を比較的容易な手段によって安定して製造すること
ができ、従って被削性並びに冷間加工性に優れた快削鋼
が得られるという顕著な効果が提供される。

【図面の簡単な説明】 第１〜６図は状態図、第７図は取鍋における耐火壁の構
造例を示す模式図、第８図は快削鋼の被削性試験結果を
示すグラフ、第９図は同調の冷圧性試験結果を示すグラ
フである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内張り耐火物の全部又は一部力ζ Ａ１２０３−８
   ｉＯ２の系耐火物（Ｓ ｔ ０２含有量３０％以下）、
   ＣａＯＡｌ ２０３ Ｓ ｔ ０２系耐火物（Ｓ ｔ
   ０２含有量３０易以下）、Ｍｇ０−Ａ ｉ２０３−
   Ｓ ｉ ０２系耐火物（ＳｉＯ２含有量含有量３王 人物（ＳｉＯ３含有量５０％以下つ、Ｃ ａ ０−Ｍｇ
   Ｏ−８ ｉ ０２系耐火物（ＳｉＯ２含有量含有量５
   丁からなる群から選択される１棟以上の耐火物で構成さ
   れた耐火容器に、製銅炉でｍ溶製された溶鋼を装入して
   処理を行なうことを特徴とする極低Ｓｉ快削鋼の製造方
   法。