JP2007113038A - Method for producing low carbon sulfur free-cutting steel - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for melting a free-cutting steel comprising no Pb, having high Mn and O contents, and having excellent machinability, hot workability, carburizing properties or the like at high reliability at a low cost. <P>SOLUTION: (1) In the method for producing a low carbon sulfur free-cutting steel, a steel comprising 0.05 to 0.15% C, ≤0.03% Si, 0.9 to 2.0% Mn, 0.01 to 0.20% P, 0.40 to 0.70% S, 0.008 to 0.025% O and 0.003 to 0.030% N, and the balance Fe with impurities is subjected to ladle refining using slag in which the content of CaO and the content of MgO satisfy the relation of 25%≤(%CaO)+(%MgO)≤40% and 0.4≤(%MgO)/ä(%CaO)+(%MgO)}≤0.75. (2) In the method in the (1), instead of a part of Fe, one or more selected from ≤0.100% Te, ≤1.25% Cr, ≤0.60% Ni and ≤0.40% Mo can be incorporated therein. Further, preferably, the content of MnO in the slag is controlled to 25 to 40%, and the content of S in the slag is controlled to ≤5%. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、被削性、熱間加工性、浸炭特性などの部品特性に優れる快削鋼を安定かつ安価に製造するために、取鍋を用いた精錬操作において添加するスラグの成分組成および量を調整する低炭素硫黄快削鋼の製造方法に関する。   The present invention is a composition and amount of slag added in a refining operation using a ladle in order to stably and inexpensively produce free-cutting steel having excellent part characteristics such as machinability, hot workability, and carburization characteristics. The present invention relates to a method for producing low-carbon sulfur free-cutting steel.

近年、環境問題に対応するために、従来の鉛（Ｐｂ）を含有する快削鋼からＰｂを実質的に含有しない低炭素硫黄快削鋼が求められるようになってきた。このような低炭素硫黄快削鋼は、Ｐｂを含有しない代わりに鋼中のＳ含有率を高めることにより被削性を改善するものであり、従来の規格を超えた高いＳ含有率の鋼およびその製造方法の開発が望まれている。   In recent years, in order to cope with environmental problems, low-carbon sulfur free-cutting steel that does not substantially contain Pb has been demanded from conventional free-cutting steel containing lead (Pb). Such low-carbon sulfur free-cutting steel improves machinability by increasing the S content in the steel instead of containing Pb, and has a high S content exceeding conventional standards and Development of the manufacturing method is desired.

従来の低炭素硫黄快削鋼の合金組成範囲は、一般に、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１５％、Ｓｉ：０．０３％以下、Ｍｎ：０．６〜１．２％、Ｐ：０．０１〜０．２０％、Ｓ：０．１５〜０．４０％、Ｎ：０．００３〜０．０３０％の範囲にあり、さらに被削性を高めるためにＰｂ：０．０５〜０．４０％を含み、残部がＦｅからなるものであった。また、このような鋼成分組成を基本として被削性を安定化させるために、ＭｎＳ系介在物を粗大化させることが有効とされており、そのためにはＯ（酸素）：０．００８〜０．０２０％を含有させることが好ましいとされてきた。   The alloy composition range of conventional low carbon sulfur free-cutting steel is generally mass%, C: 0.01 to 0.15%, Si: 0.03% or less, Mn: 0.6 to 1.2%, P: 0.01 to 0.20%, S: 0.15 to 0.40%, N: 0.003 to 0.030%, and in order to further improve machinability, Pb: 0.05 It contained ˜0.40%, and the balance was made of Fe. Further, in order to stabilize machinability based on such a steel component composition, it is effective to coarsen MnS inclusions. For that purpose, O (oxygen): 0.008 to 0 It has been preferred to contain 0.020%.

しかし、鋼中にＰｂを含有せずに従来と同程度の被削性を発揮させるためには、鋼中に従来よりも多量に、かつ粗大なＭｎＳ系介在物が分散している必要がある。さらには、介在物の形態制御に重要な役割を果たすＯを従来鋼程度の含有率で維持したまま、ＭｎおよびＳともに従来よりも高い含有率にする必要がある。しかし、溶鋼に単純にＭｎを添加しただけでは溶鋼中のＯと反応してしまうため、Ｏ含有率を維持したままＭｎ含有率のみ高くすることは非常に困難である。   However, in order to exhibit the same machinability as before without containing Pb in the steel, it is necessary that a larger amount of coarse MnS inclusions are dispersed in the steel than in the past. . Furthermore, it is necessary to make both Mn and S higher than conventional contents while maintaining O, which plays an important role in the form control of inclusions, at the same content as conventional steel. However, if Mn is simply added to the molten steel, it reacts with O in the molten steel, so it is very difficult to increase only the Mn content while maintaining the O content.

このような状況の中で、特許文献１〜３などには、従来のＭｎおよびＳ含有率を上回る低炭素硫黄快削鋼についての技術が開示されている。さらに、ＭｎおよびＳ含有率の高い低炭素硫黄快削鋼を安定かつ確実に製造するためには、その溶鋼段階での製鋼方法も見直す必要性が生じてきている。従来の低炭素硫黄快削鋼の製造方法としては、例えば特許文献４に開示された方法が公知である。この方法は、スラグ中のＭｎＯ含有率と鋼中のＭｎ含有率を制御することによって、鋼中のＯ含有率を調整することを特徴とする低炭素硫黄快削鋼の製造方法である。   Under such circumstances, Patent Literatures 1 to 3 and the like disclose techniques for low-carbon sulfur free-cutting steel that exceeds conventional Mn and S contents. Furthermore, in order to stably and reliably produce a low carbon sulfur free-cutting steel having a high Mn and S content, it is necessary to review the steelmaking method at the molten steel stage. As a conventional method for producing low-carbon sulfur free-cutting steel, for example, a method disclosed in Patent Document 4 is known. This method is a method for producing a low-carbon sulfur free-cutting steel characterized by adjusting the O content in steel by controlling the MnO content in slag and the Mn content in steel.

しかし、特許文献４において示された鋼中のＯ含有率、Ｍｎ含有率およびスラグ中のＭｎＯモル比の関係式によれば、鋼中のＭｎ含有率が１．５質量％の場合、鋼中のＯ含有率を２００ｐｐｍにするためには、スラグ中のＭｎＯモル比を０．７４以上にすることが必要となり、これでは製鋼スラグとして適さないばかりでなく、多くのＭｎ損失が生じる。さらに、従来の製鋼条件を用いる限り、溶鋼中のＳ含有率の増加に伴って溶鋼中へのＳの添加歩留りは悪化し、コスト増大を招くのみならず、Ｓ含有率の制御は極めて困難になると予想されるが、この点についても全く配慮されていない。   However, according to the relational expression of O content in steel, Mn content and MnO molar ratio in slag shown in Patent Document 4, when the Mn content in steel is 1.5 mass%, In order to make the O content of 200 ppm, it is necessary to set the MnO molar ratio in the slag to 0.74 or more, which is not suitable as a steelmaking slag and causes a lot of Mn loss. Furthermore, as long as the conventional steelmaking conditions are used, the yield of addition of S into the molten steel deteriorates with an increase in the S content in the molten steel, which not only increases the cost, but also makes it difficult to control the S content. Although this is expected, this point is not considered at all.

また、このようなＳ含有率の高い鋼（以下、「高Ｓ含有鋼」とも記す）を基本として、Ｔｅを添加する場合の鋼の製造方法については報告などが殆どないため、高価な添加元素であるＴｅを有効かつ高い制御性のもとに鋼中に含有させる鋼の溶製方法については、全く未知の状態であった。   In addition, based on such a steel having a high S content (hereinafter, also referred to as “high S content steel”), there is almost no report on the manufacturing method of steel when Te is added. The method for melting steel in which Te is contained in steel under effective and high controllability was completely unknown.

特開２０００−１６０２８４号公報（特許請求の範囲および段落［０００５］）JP 2000-160284 A (claims and paragraph [0005]) 特開２００４−１６９０５２号公報（特許請求の範囲および段落［０００９］〜［００１３］）JP 2004-169052 A (claims and paragraphs [0009] to [0013]) 特開２００５−５４２２７号公報（特許請求の範囲および段落［００２８］〜［００３８］）JP 2005-54227 A (claims and paragraphs [0028] to [0038]) 特開平９−３１５２２号公報（特許請求の範囲、段落［０００６］および［００２８］）JP-A-9-31522 (claims, paragraphs [0006] and [0028])

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その課題は、被削性、熱間加工性、浸炭特性などの部品特性に優れる快削鋼を、高い信頼性と経済性のもとに製造するために、高Ｍｎ含有率、高Ｓ含有率および高Ｏ含有率を同時に満足することのできる鋼の精錬方法を提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and the problem is that a free cutting steel having excellent component characteristics such as machinability, hot workability, carburization characteristics, high reliability and economic efficiency. Therefore, the present invention provides a steel refining method that can simultaneously satisfy a high Mn content, a high S content, and a high O content.

溶鋼中のＯ含有率およびＭｎ含有率を高濃度に維持するには、スラグ中のＭｎＯ含有率を高くすればよい。また、本快削鋼において、溶鋼中のＳは切削の起点となるＭｎＳ系介在物を形成するために必要であることから、溶鋼中に高濃度で存在することが要求される。したがって、スラグの性質としては、脱硫の起こりにくい低塩基度のスラグが求められる。このため、Ｏ含有率およびＭｎ含有率を高く維持するためには、ＭｎＯ活量を高めることのできる高塩基度が要求され、一方、Ｓ含有率を高く維持するためには低塩基度とする必要があるという、相反する性質のスラグが要求されることになる。   In order to maintain the O content and the Mn content in the molten steel at a high concentration, the MnO content in the slag may be increased. Further, in the present free-cutting steel, S in the molten steel is necessary for forming MnS inclusions that are the starting points of cutting, and therefore it is required to be present in the molten steel at a high concentration. Therefore, as a property of the slag, slag having a low basicity that hardly causes desulfurization is required. For this reason, in order to maintain the O content and the Mn content high, a high basicity capable of increasing the MnO activity is required, while in order to maintain the S content high, the basicity is set to a low basicity. The slag of the contradictory property that is necessary is required.

また、一般に高価な金属マンガンまたは低炭素フェロマンガンなどを添加することにより溶鋼中のＭｎ含有率を調整しているが、現状のスラグ組成では、Ｍｎ歩留りが悪く、添加したＭｎがスラグに吸収されてしまう問題がある。さらに、現状のスラグ組成では、取鍋スラグラインにおける耐火物の溶損問題も生じている。   In addition, the Mn content in the molten steel is generally adjusted by adding expensive metal manganese or low carbon ferromanganese. However, with the current slag composition, the Mn yield is poor and the added Mn is absorbed by the slag. There is a problem. Furthermore, in the present slag composition, there is a problem of refractory melting in the ladle slag line.

そこで、本発明者らは、上記の問題を解決するために検討および研究を行った結果、下記の（ａ）〜（ｄ）の新しい知見を得て、本発明を完成させた。   Therefore, as a result of studies and studies to solve the above problems, the present inventors have obtained the following new findings (a) to (d) and completed the present invention.

（ａ）スラグ中のＣａＯ成分をＭｇＯ成分により置換することにより、スラグの塩基度を低下させることなく脱硫能を低下させることができる。   (A) By replacing the CaO component in the slag with the MgO component, the desulfurization ability can be lowered without lowering the basicity of the slag.

（ｂ）スラグ中のＭｎＯ活量を上昇させることにより、溶鋼中のＯ含有率を高く維持することができる。   (B) By increasing the MnO activity in the slag, the O content in the molten steel can be maintained high.

（ｃ）媒溶剤の添加量を低減することにより、溶鋼中のＯ含有率を高く維持でき、溶鋼からスラグへのＳおよびＭｎの移行による損失（ロス）を低減することができる。さらに、耐火物の溶損も抑制される。   (C) By reducing the addition amount of the solvent, the O content in the molten steel can be maintained high, and loss due to the transfer of S and Mn from the molten steel to the slag can be reduced. Furthermore, the refractory is prevented from being melted.

（ｄ）スラグ中のＣａＯ成分をＭｇＯ成分により置換することにより、取鍋スラグラインにおけるＭｇＯ含有耐火物の保護も可能となる。   (D) By replacing the CaO component in the slag with the MgO component, the MgO-containing refractory in the ladle slag line can be protected.

本発明は、上記の知見に基いて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（６）に示す低炭素硫黄快削鋼の製造方法にある。   This invention is completed based on said knowledge, The summary exists in the manufacturing method of the low carbon sulfur free-cutting steel shown to following (1)-(6).

（１）質量％でＣ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．０３％以下、Ｍｎ：０．９〜２．０％、Ｐ：０．０１〜０．２０％、Ｓ：０．４０〜０．７０％、Ｏ（酸素）：０．００８〜０．０２５％、Ｎ：０．００３〜０．０３０％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなる鋼を製造するにあたり、取鍋精錬を行う際のスラグ中のＣａＯ含有率およびＭｇＯ含有率が下記（１）式および（２）式により表される関係を満足するスラグを用いる低炭素硫黄快削鋼の製造方法。   (1) By mass%: C: 0.05 to 0.15%, Si: 0.03% or less, Mn: 0.9 to 2.0%, P: 0.01 to 0.20%, S: 0 .40 to 0.70%, O (oxygen): 0.008 to 0.025%, N: 0.003 to 0.030%, with the balance being used to produce steel composed of Fe and impurities. The manufacturing method of the low carbon sulfur free cutting steel using the slag in which the CaO content rate and MgO content rate in the slag at the time of pot refining satisfy | fill the relationship represented by following (1) Formula and (2) Formula.

２５％≦（％ＣａＯ）＋（％ＭｇＯ）≦４０％ ・・・・・（１）
０．４≦（％ＭｇＯ）／｛（％ＣａＯ）＋（％ＭｇＯ）｝≦０．７５ ・・・（２）
ここで、（％ＣａＯ）および（％ＭｇＯ）は、それぞれスラグ中のＣａＯおよびＭｇＯの含有率（質量％）を表す。 25% ≦ (% CaO) + (% MgO) ≦ 40% (1)
0.4 ≦ (% MgO) / {(% CaO) + (% MgO)} ≦ 0.75 (2)
Here, (% CaO) and (% MgO) represent the content (mass%) of CaO and MgO in the slag, respectively.

（２）前記Ｆｅの一部に代えて、さらに質量%で、Ｔｅ：０．１００％以下を含有する鋼を製造する前記（１）に記載の低炭素硫黄快削鋼の製造方法。   (2) The method for producing a low-carbon sulfur free-cutting steel according to (1), wherein a steel containing Te: 0.100% or less in mass% is further substituted for a part of the Fe.

（３）前記Ｆｅの一部に代えて、さらに質量%で、Ｃｒ：１．２５％以下、Ｎｉ：０．６０％以下およびＭｏ：０．４０％以下のうちの１種以上を含有する鋼を製造する前記（１）または（２）に記載の低炭素硫黄快削鋼の製造方法。   (3) In place of a part of the Fe, the steel further contains one or more of Cr: 1.25% or less, Ni: 0.60% or less, and Mo: 0.40% or less in mass%. The manufacturing method of the low carbon sulfur free cutting steel as described in said (1) or (2) which manufactures.

（４）前記スラグ中のＭｎＯ含有率が下記（３）式により表される関係を満足するスラグを用いる前記（１）〜（３）のいずれかに記載の低炭素硫黄快削鋼の製造方法。   (4) The method for producing a low-carbon sulfur free-cutting steel according to any one of (1) to (3), wherein a slag satisfying the relationship represented by the following expression (3) is used for the MnO content in the slag. .

２５％≦（％ＭｎＯ）≦４０％ ・・・・（３）
ここで、（％ＭｎＯ）は、スラグ中のＭｎＯ含有率（質量％）を表す。 25% ≦ (% MnO) ≦ 40% (3)
Here, (% MnO) represents the MnO content (% by mass) in the slag.

（５）前記スラグ中のＳ含有率が下記（４）式により表される関係を満足するスラグを用いる前記（１）〜（４）のいずれかに記載の低炭素硫黄快削鋼の製造方法。   (5) The method for producing a low-carbon sulfur free-cutting steel according to any one of (1) to (4), wherein the S content in the slag satisfies the relationship represented by the following formula (4): .

（％Ｓ）≦５．０％ ・・・・（４）
ここで、（％Ｓ）は、スラグ中のＳ含有率（質量％）を表す。 (% S) ≦ 5.0% (4)
Here, (% S) represents the S content (mass%) in the slag.

（６）１回の取鍋精錬で添加する媒溶剤の総量が２〜５ｋｇ／ｔ−溶鋼である前記（１）〜（５）のいずれかに記載の低炭素硫黄快削鋼の製造方法。   (6) The method for producing low-carbon sulfur free-cutting steel according to any one of (1) to (5), wherein the total amount of the solvent added in one ladle refining is 2 to 5 kg / t-molten steel.

本発明において、「取鍋精錬」とは、予め粗精錬された溶鋼を取鍋などの別の精錬装置へ導き、より高い品質を付与するために行う冶金操作を意味し、例えば、脱硫、脱燐、脱ガス、脱酸、脱炭、温度調整などの操作を含む。   In the present invention, “ladder refining” refers to a metallurgical operation performed in order to lead a previously refined molten steel to another refining apparatus such as a ladle and to give higher quality. Including operations such as phosphorus, degassing, deoxidation, decarburization, and temperature control.

「媒溶剤」とは、ＣａＯ、ＳｉＯ2、ＭｎＯ、ＭｇＯなどのスラグ形成成分を含む造滓剤を意味する。 The “medium solvent” means a slag-forming agent containing a slag-forming component such as CaO, SiO 2 , MnO, MgO.

なお、明細書の以下の記載において、成分組成を表す含有率の「％」は、特に断らない限り、「質量％」を意味するものとする。   In the following description of the specification, “%” of the content ratio representing the component composition means “mass%” unless otherwise specified.

本発明の方法によれば、低炭素硫黄快削鋼の製造法において、取鍋精錬でのスラグ成分組成またはスラグ量を調整することにより、従来は困難とされていた溶鋼中Ｏ含有率およびＳ含有率の高い精度での制御を安価に且つ確実に実現し、Ｐｂ含有快削鋼に代えてＰｂ非添加快削鋼を高い経済性と信頼性のもとに製造できる。   According to the method of the present invention, in the method for producing low-carbon sulfur free-cutting steel, by adjusting the slag component composition or the amount of slag in ladle refining, the O content in molten steel and S, which has been conventionally difficult, are adjusted. Control with high accuracy of content can be realized inexpensively and reliably, and Pb-free free-cutting steel can be manufactured with high economic efficiency and reliability in place of Pb-containing free-cutting steel.

本発明は、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．０３％以下、Ｍｎ：０．９〜２．０％、Ｐ：０．０１〜０．２０％、Ｓ：０．４０〜０．７０％、Ｏ：０．００８〜０．０２５％、Ｎ：０．００３〜０．０３０％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなる鋼を製造するにあたり、取鍋精錬を行う際のスラグとしてＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＭｎＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＦｅＯおよびＳからなり、スラグ中のＣａＯ含有率およびＭｇＯ含有率が前記（１）式および（２）式により表される関係を満足するスラグを用いることを特徴とする低炭素硫黄快削鋼の製造方法である。以下に、本発明の内容についてさらに詳細に説明する。 In the present invention, C: 0.05 to 0.15%, Si: 0.03% or less, Mn: 0.9 to 2.0%, P: 0.01 to 0.20%, S: 0.40 ˜0.70%, O: 0.008 to 0.025%, N: 0.003 to 0.030%, with the balance being ladle refining when producing steel consisting of Fe and impurities The slag is composed of CaO, MgO, SiO 2 , MnO, Al 2 O 3 , FeO and S, and the relationship in which the CaO content and MgO content in the slag are expressed by the above formulas (1) and (2) A method for producing a low-carbon sulfur free-cutting steel characterized by using slag that satisfies the requirements. Hereinafter, the contents of the present invention will be described in more detail.

（１）溶鋼−スラグ間反応の調整
本発明者らは前記のような新しい知見に基づいて発明を具体化させるために、溶鋼−スラグ間反応を詳細に検討し、考察した。その結果、下記の方法を採用することにより、低炭素快削鋼を安定的にかつ安価に製造できることが判明した。 (1) Adjustment of reaction between molten steel and slag In order to embody the invention based on the above-described new knowledge, the inventors examined and considered the reaction between molten steel and slag in detail. As a result, it was found that low carbon free-cutting steel can be manufactured stably and inexpensively by adopting the following method.

１）従来、快削鋼の溶製において、スラグ中にはＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＭｎＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＦｅＯ、Ｓなどが含まれており、ＣａＯ成分が３０〜４０％程度、ＭｇＯ成分が３〜５％程度含有されている。ＭｇＯは、ＣａＯと同様に塩基性のスラグを形成するため、従来のスラグ成分中のＣａＯをＭｇＯにより一部置換しても、置換前と同程度のＭｎＯ活量の高い塩基性スラグが得られる。 1) Conventionally, in melting of the free-cutting steel, the slag CaO, MgO, SiO 2, MnO , Al 2 O 3, FeO, are included, such as S, CaO component is about 30 to 40%, MgO About 3 to 5% of ingredients are contained. Since MgO forms a basic slag like CaO, even if CaO in a conventional slag component is partially substituted with MgO, a basic slag having a high MnO activity comparable to that before substitution can be obtained. .

２）一方、ＭｇＯの脱硫能はＣａＯよりも弱い。このため、ＣａＯをＭｇＯにより一部置換することにより、スラグの脱硫能を弱めることができる。   2) On the other hand, the desulfurization ability of MgO is weaker than that of CaO. For this reason, the desulfurization ability of slag can be weakened by partially replacing CaO with MgO.

３）取鍋耐火物のスラグとの接触部にはＭｇＯ−Ｃ質の耐火物が使用されている。このため、精錬反応中に取鍋耐火物からＭｇＯ成分が溶出することがしばしば問題となる。ここで、スラグ中のＭｇＯ含有率を増加させると、取鍋耐火物からのＭｇＯの溶出が抑制されるので、取鍋耐火物の溶損を低減することができる。   3) A MgO-C refractory is used at the contact portion of the ladle refractory with the slag. For this reason, it is often a problem that the MgO component is eluted from the ladle refractory during the refining reaction. Here, since the elution of MgO from the ladle refractory is suppressed when the MgO content in the slag is increased, the melting loss of the ladle refractory can be reduced.

４）本発明の対象鋼種は、溶鋼中に高濃度のＯを確実に含有させる必要がある。鋼の溶製において、溶鋼中のＯ含有率を決定する最も主要な反応は、Ｍｎ脱酸反応であり、溶鋼中の高いＯ含有率を達成するためには、スラグ中に充分なＭｎＯが含有されており、かつ同じ含有率であっても、ＭｎＯ活量が高いことが必要である。   4) The target steel type of the present invention needs to contain a high concentration of O in the molten steel. In the melting of steel, the most important reaction that determines the O content in the molten steel is the Mn deoxidation reaction. In order to achieve a high O content in the molten steel, sufficient MnO is contained in the slag. Even if the content is the same, the MnO activity needs to be high.

５）スラグ中に高い活量のＭｎＯが存在すると、Ｍｎ脱酸平衡により、金属Ｍｎを添加しても、スラグ中へのＭｎの移動速度が遅くなり、ＭｎＯとしてスラグ中にロスするＭｎ量が減少する。   5) When a high activity of MnO is present in the slag, even if the metal Mn is added due to the Mn deoxidation equilibrium, the Mn transfer rate into the slag is slow, and the amount of Mn lost in the slag as MnO is reduced. Decrease.

６）スラグ中に高濃度のＳが存在すると、ＳがＭｎＯの活量を低下させる要因となることから、溶鋼中の高いＯ含有率を達成するための障害となりうる。   6) When a high concentration of S is present in the slag, S becomes a factor for reducing the activity of MnO, which may be an obstacle to achieving a high O content in the molten steel.

７）従来の快削鋼の溶製において、取鍋精錬の初期に５．０〜７．０ｋｇ／ｔ−溶鋼の媒溶剤が添加されている。取鍋精錬における媒溶剤の役割としては、スラグ形成による精錬反応の安定化および溶鋼温度の低下防止が挙げられるが、本発明の対象鋼の溶製においては、脱Ｍｎ、脱硫などの精錬反応は、むしろ必要最小限の範囲で起こればよい。このため、媒溶剤の添加量を低減することにより、溶鋼からスラグへのＳの移行およびＭｎロスを低減することができる。また、スラグによる耐火物の溶損を防止することも可能である。   7) In melting of conventional free-cutting steel, a medium solvent of 5.0 to 7.0 kg / t-molten steel is added at the initial stage of ladle refining. The role of the solvent in ladle refining includes stabilization of the refining reaction by slag formation and prevention of decrease in molten steel temperature, but in the melting of the target steel of the present invention, refining reactions such as de-Mn and desulfurization are not Rather, it only has to happen within the minimum necessary range. For this reason, the transfer of S from molten steel to slag and Mn loss can be reduced by reducing the addition amount of the solvent. It is also possible to prevent the refractory from being melted by the slag.

上記の検討および考察から、本発明の対象である低炭素硫黄快削鋼の溶製においては、鋼成分組成ならびに取鍋精錬時のスラグ成分組成およびスラグ量の調整が不可欠であるとの知見を得て、その適正範囲を明確化することにより、本発明を完成するに至った。   Based on the above considerations and considerations, in the melting of low-carbon sulfur free-cutting steel that is the subject of the present invention, the knowledge that the adjustment of the steel component composition and the slag component composition and slag amount during ladle refining is essential. The present invention was completed by clarifying the appropriate range.

（２）鋼成分組成の限定理由および好ましい範囲
Ｃ：０．０５〜０．１５％
Ｃは、鋼の強度や靱性を得るために必要な元素である。快削性を最重要特性とする快削鋼にあって、必要な引張り強度および疲労強度を得るには、その含有量を０．０５％以上とする必要がある。一方、その含有量が０．１５％を超えて高くなると、快削鋼の基本的特性である母材の加工性が悪化する。上記の理由から、Ｃ含有量の適正範囲を０．０５〜０．１５％とした。なお、好ましくは、０．０７〜０．１０％の範囲である。 (2) Reason for limitation of steel composition and preferred range C: 0.05 to 0.15%
C is an element necessary for obtaining the strength and toughness of steel. In free-cutting steel having free-cutting properties as the most important characteristic, in order to obtain necessary tensile strength and fatigue strength, the content needs to be 0.05% or more. On the other hand, when the content exceeds 0.15%, the workability of the base material, which is a basic characteristic of free-cutting steel, deteriorates. For the above reason, the appropriate range of the C content is set to 0.05 to 0.15%. In addition, Preferably, it is 0.07 to 0.10% of range.

Ｓｉ：０．０３％以下
Ｓｉは、鋼の脱酸作用および固溶強化作用を有する元素である。後述するとおりの鋼中Ｏ含有率を確保するには、Ｓｉ含有率を０．０３％以下とする必要がある。 Si: 0.03% or less Si is an element having a deoxidizing action and a solid solution strengthening action of steel. In order to secure the O content in steel as described later, the Si content needs to be 0.03% or less.

Ｍｎ：０．９〜２．０％
Ｍｎは、鋼中でＳと結合してＭｎＳを形成し、鋼の被削性を高めるとともに、脱酸元素としても機能する。Ｍｎは、ＭｎＳを形成することにより、圧延時における脆性亀裂発生の原因となるＦｅＳの生成を抑制する。そのためには、Ｍｎを０．９％以上を含有する必要がある。しかし、その含有量が２．０％を超えて高くなると、脱酸作用が強くなり、本発明の要件であるＯ含有率０．００８％以上を安定して得ることが難くなる。上述の理由から、Ｍｎ含有率の適正範囲を０．９〜２．０％とした。なお、Ｍｎ含有率の好ましい範囲は、１．４５〜１．６５％である。 Mn: 0.9 to 2.0%
Mn combines with S in steel to form MnS, thereby improving the machinability of the steel and also functions as a deoxidizing element. Mn suppresses the formation of FeS that causes brittle cracks during rolling by forming MnS. For that purpose, it is necessary to contain 0.9% or more of Mn. However, when the content exceeds 2.0%, the deoxidation action becomes strong, and it becomes difficult to stably obtain an O content of 0.008% or more, which is a requirement of the present invention. For the above reason, the appropriate range of Mn content is set to 0.9 to 2.0%. In addition, the preferable range of Mn content is 1.45 to 1.65%.

Ｐ：０．０１〜０．２０％
Ｐは、粒界に偏析して鋼を脆化させる傾向を有する元素であり、被削性を向上させる作用も有する。上記の効果はＰ含有率が０．０１％以上において得られる。一方、Ｐは鋼の靱性劣化や延性低下をもたらす元素でもあるので、その上限は０．２％以下とする必要がある。Ｐは、０．２％以下の範囲であれば、固溶強化作用を有する元素であり、材料としての必要強度を考慮してその含有率を調整することができる。またＰは、鉄鉱石やスクラップに随伴して持ち込まれる場合が多く、脱燐あるいは加燐は、製造コストを上昇させる要因となるので、これらを考慮して含有率を決定する必要がある。このような理由から、Ｐ含有率の適正範囲を０．０１〜０．２０％とした。なお、Ｐ含有率の好ましい範囲は、は、０．０６〜０．０９％である。 P: 0.01-0.20%
P is an element that has a tendency to segregate at grain boundaries and embrittle the steel, and also has an effect of improving machinability. The above effect is obtained when the P content is 0.01% or more. On the other hand, since P is an element that causes toughness deterioration and ductility reduction of steel, the upper limit thereof needs to be 0.2% or less. P is an element having a solid solution strengthening action within a range of 0.2% or less, and the content can be adjusted in consideration of the required strength as a material. In addition, P is often brought along with iron ore and scrap, and dephosphorization or phosphorus addition increases the production cost. Therefore, it is necessary to determine the content rate in consideration of these. For this reason, the appropriate range of the P content is set to 0.01 to 0.20%. In addition, the preferable range of P content is 0.06 to 0.09%.

Ｓ：０．４０〜０．７０％
鋼中のＳは、ＭｎＳを形成して鋼の被削性を高める上で必須の元素である。Ｐｂを含有しない状態で従来のＰｂを含有する快削鋼に匹敵する被削性を得るためには、Ｓ含有量を０．４０％以上とする必要がある。しかしながら、Ｓ含有量が０．７０％を超えて高くなると、圧延時における割れの発生が顕著となり、機械的特性が著しく劣化する。上記の理由から、Ｓ含有率の適正範囲を０．４０〜０．７０％とした。Ｓ含有率の好適な範囲は、０．４５〜０．６０％である。 S: 0.40 to 0.70%
S in steel is an essential element for forming MnS and improving the machinability of steel. In order to obtain machinability comparable to that of conventional free-cutting steel containing Pb without containing Pb, the S content needs to be 0.40% or more. However, when the S content exceeds 0.70%, cracking during rolling becomes remarkable and the mechanical properties are significantly deteriorated. For the above reason, the appropriate range of S content is set to 0.40 to 0.70%. The suitable range of S content is 0.45-0.60%.

Ｏ（酸素）：０．００８〜０．０２５％
鋼中のＯは、酸化物系介在物としてＭｎＳと共存し、被削性に対して有用な効果をもたらす。すなわち、酸化物系介在物としてＭｎＳと共存すると、ＭｎＳは比較的粗大な球状を呈し、鋼材の圧延後もあまり伸展せず、その（長さ／幅）の値が比較的１．０に近く、またクラスター化しない形状を保つ。このような形状の介在物は、切削時に脆化の基点となり、被削性の著しい改善をもたらす。また、切削工具先端での構成刃先の形状を適切に形成することにより、仕上げ面粗さの改善をももたらす。このような効果は、Ｏ含有率が０．００８％以上において享受できる。一方、Ｏ含有率が０．０２５％を超えて高くなると、酸化物系介在物の存在が鋼材表面の品質に悪影響を及ぼす。上記の理由から、Ｏ含有率の適正範囲を０．００８〜０．０２５％とした。なお、本快削鋼では、ＭｎＳの形成量が多いため、それに見合うＯ含有率が必要であり、その好適な範囲は、従来より高い０．０１５〜０．０２３％の範囲である。 O (oxygen): 0.008 to 0.025%
O in steel coexists with MnS as an oxide inclusion, and has a useful effect on machinability. That is, when coexisting with MnS as an oxide inclusion, MnS exhibits a relatively coarse spherical shape and does not extend much after rolling of the steel material, and its (length / width) value is relatively close to 1.0. And keep the shape without clustering. Inclusions having such a shape serve as a base point for embrittlement during cutting, resulting in a significant improvement in machinability. Further, by appropriately forming the shape of the constituent cutting edge at the tip of the cutting tool, the finished surface roughness is also improved. Such an effect can be enjoyed when the O content is 0.008% or more. On the other hand, if the O content exceeds 0.025%, the presence of oxide inclusions adversely affects the quality of the steel surface. For the above reason, the appropriate range of the O content is set to 0.008 to 0.025%. In this free-cutting steel, since the amount of MnS formed is large, an O content corresponding to it is necessary, and the preferred range is 0.015 to 0.023%, which is higher than the conventional range.

なお、本発明において、Ｏ含有率とは、鋼中の溶存酸素量および介在物中に含まれる酸素量の総和である全酸素含有率（Ｔ．［Ｏ］）を意味する。   In addition, in this invention, O content rate means the total oxygen content rate (T. [O]) which is the sum total of the amount of dissolved oxygen in steel, and the amount of oxygen contained in inclusions.

Ｎ：０．００３〜０．０３０％
Ｎは、鋼中で窒化物を形成して結晶粒界に偏在し、ＭｎＳとともに被削性の向上に寄与する元素である。その作用を確実なものとするためには、Ｎ含有率を０．００３％以上とする必要がある。一方、Ｎの含有量が０．０３０％を超えて高くなると、窒化物が粗大化し、かえって工具の摩耗を顕在化させる。そこで、Ｎ含有率の適正範囲を０．００３〜０．０３０％とした。なお、Ｎ含有率の好ましい範囲は、０．００７〜０．０１５％である。 N: 0.003-0.030%
N is an element that forms nitrides in the steel, is unevenly distributed at the grain boundaries, and contributes to improvement of machinability together with MnS. In order to ensure the effect, the N content needs to be 0.003% or more. On the other hand, when the N content exceeds 0.030%, the nitride becomes coarse, and the wear of the tool becomes apparent. Therefore, the appropriate range of N content is set to 0.003 to 0.030%. In addition, the preferable range of N content rate is 0.007 to 0.015%.

次に、任意添加元素の成分組成の範囲について説明する。   Next, the range of the component composition of the arbitrarily added element will be described.

Ｔｅ：０．１００％以下
Ｔｅは、鋼の熱間加工時にＭｎＳが延伸されるのを抑制してＭｎＳのアスペクト比（「長さ／幅」の値）を比較的小さい値に維持し、被削性を高める作用を有する元素である。含有してもしなくてもよいが、Ｔｅを０．０１０％以上含有することにより、上記の効果を得ることができる。しかしながら、Ｔｅ含有率が過度に高くなると、熱間加工性の低下を招き、特に、その含有率が０．１００％を超えると、熱間加工性の低下が著しくなる。したがって、Ｔｅを含有させる場合は、その含有率を０．０１０％以上０．１００％以下の範囲とすることが好ましい。 Te: 0.100% or less Te suppresses the stretching of MnS during hot working of steel, maintains the aspect ratio of MnS (the value of “length / width”) at a relatively small value, It is an element that has the effect of improving machinability. Although it does not need to be contained, the above effect can be obtained by containing 0.010% or more of Te. However, when the Te content is excessively high, hot workability is deteriorated. In particular, when the content exceeds 0.100%, the hot workability is significantly reduced. Therefore, when Te is contained, the content is preferably in the range of 0.010% or more and 0.100% or less.

Ｃｒ：１．２５％以下、Ｎｉ：０．６０％以下およびＭｏ：０．４０％以下のうち１種以上
Ｃｒ、ＮｉおよびＭｏは、いずれも鋼の焼き入れ性を高める作用を有する元素であり、これらの元素を含有することにより、浸炭後の焼き入れ性が向上する。これらの元素は、含有してもしなくてもよいが、Ｃｒ、ＮｉおよびＭｏのうち１種以上を、各０．０４％以上含有することにより、上記の効果を得ることができる。しかし、Ｃｒについては１．２５％を超えて、Ｎｉについては０．６０％を超えて、また、Ｍｏについては０．４０％を超えて多量に含有されると、鋼の強度が上昇し、それに伴って被削性が低下する。また、これらの元素を必要以上に含有することは、快削鋼の製造コスト上昇に繋がる。したがって、これらの元素を含有させる場合は、Ｃｒについては０．０４％以上１．２５％以下の範囲、Ｎｉについては０．０４％以上０．６０％以下の範囲、また、Ｍｏについては０．０４％以上０．４０％以下の範囲とすることが好ましい。 One or more of Cr: 1.25% or less, Ni: 0.60% or less, and Mo: 0.40% or less Cr, Ni, and Mo are all elements that have the effect of enhancing the hardenability of steel. By containing these elements, the hardenability after carburizing is improved. These elements may or may not be contained, but the above effect can be obtained by containing at least 0.04% of one or more of Cr, Ni and Mo. However, if the Cr content exceeds 1.25%, the Ni content exceeds 0.60%, and the Mo content exceeds 0.40%, the strength of the steel increases. Along with this, machinability decreases. Moreover, containing these elements more than necessary leads to an increase in the production cost of free-cutting steel. Therefore, when these elements are contained, the range of 0.04% to 1.25% for Cr, the range of 0.04% to 0.60% for Ni, and the range of 0.04% to 0.60% for Mo. It is preferable to be in the range of 04% or more and 0.40% or less.

なお、各元素のさらに好ましい含有率の範囲は、Ｃｒ：０．０４〜０．５０％、Ｎｉ：
０．０４〜０．０５％およびＭｏ：０．０４〜０．３０％である。 In addition, the range of the more preferable content rate of each element is Cr: 0.04-0.50%, Ni:
0.04 to 0.05% and Mo: 0.04 to 0.30%.

（３）スラグ成分組成およびスラグ量の適正範囲
本発明の重要な構成要素は、転炉などの製鋼炉から取鍋への出鋼段階および取鍋におけるスラグ精錬段階の状態の規定にある。ここで、スラグ精錬とは、溶鋼が取鍋に収容され、スラグによる精錬が行われていることを意味する。なお、通常の取鍋でのスラグ精錬においては、スラグによる精錬作用を期待して積極的にスラグ−メタル反応を起こす条件が与えられている。しかし、スラグの精錬作用により溶鋼中の有効成分もスラグ中に吸収されるおそれがあるため、本発明においてスラグに要求される条件、すなわち、溶鋼の保温を含め、高Ｏ含有率および高Ｓ含有率を達成でき、かつ取鍋の溶損を低減できるためのスラグ成分組成およびスラグ量の範囲を規定することとした。 (3) Appropriate range of slag component composition and slag amount An important constituent element of the present invention is the regulation of the state of the steelmaking stage from a steelmaking furnace such as a converter to the ladle and the state of the slag refining stage in the ladle. Here, slag refining means that molten steel is accommodated in a ladle and refining by slag is performed. In addition, in the slag refining in a normal ladle, conditions for positively causing a slag-metal reaction are given in anticipation of the refining action by the slag. However, since the active ingredient in the molten steel may be absorbed into the slag by the refining action of the slag, the conditions required for the slag in the present invention, that is, including the heat retention of the molten steel, the high O content and the high S content The range of the slag component composition and the amount of slag that can achieve the rate and can reduce the melting loss of the ladle was decided.

そこで、本発明の効果を調査するために、スラグ−メタル反応の詳細を調査できる実験炉を使用し、調査実験を行った。実験には溶鋼を１０ｋｇ、スラグを３００ｇ用い、１５７０〜１６２０℃、Ａｒガス雰囲気下において、初期スラグの成分組成を変化させて実験を行った。一定時間間隔で溶鋼およびスラグを採取し、初期スラグ組成が溶鋼およびスラグ組成の経時変化に及ぼす効果を調査した。表１に、調査実験に用いた初期スラグの成分組成の範囲を示した。   Therefore, in order to investigate the effect of the present invention, a research experiment was conducted using an experimental furnace capable of investigating the details of the slag-metal reaction. In the experiment, 10 kg of molten steel and 300 g of slag were used, and the composition of the initial slag was changed in an Ar gas atmosphere at 1570 to 1620 ° C. The molten steel and slag were sampled at regular time intervals, and the effect of the initial slag composition on the temporal change of the molten steel and slag composition was investigated. Table 1 shows the range of the component composition of the initial slag used in the investigation experiment.

Figure 2007113038
Figure 2007113038

１）硫黄分配比に及ぼすスラグ中のＣａＯとＭｇＯの総含有率の効果
図１は、スラグ中の（％ＣａＯ＋％ＭｇＯ）と硫黄分配比（Ｌｓ）の関係を示す図である。同図において、硫黄分配比（Ｌｓ）は、スラグ中（％Ｓ）を鋼中［％Ｓ］で除した値を意味する。 1) Effect of Total Content of CaO and MgO in Slag on Sulfur Distribution Ratio FIG. 1 is a diagram showing the relationship between (% CaO +% MgO) and sulfur distribution ratio (Ls) in slag. In the figure, the sulfur distribution ratio (Ls) means a value obtained by dividing the slag (% S) by the steel [% S].

同図に示されるとおり、スラグ中の（％ＣａＯ）と（％ＭｇＯ）との和が４０％程度以下の範囲においては、硫黄分配比（Ｌｓ）に及ぼす効果は見られないが、上記の和が４０％程度を超えて大きくなると、Ｌｓの値は急激に増大する。鋼中のＳ含有率を高く維持するためには、Ｌｓの値は高くても１０以下、できれば７．５以下であることが好ましい。一方、スラグ中にはＣａＯおよびＭｇＯが総含有率で少なくとも２５％程度は含まれることから、スラグ中のＣａＯとＭｇＯの総含有率の適正範囲を下記（１）式により規定される範囲とした。   As shown in the figure, when the sum of (% CaO) and (% MgO) in the slag is about 40% or less, the effect on the sulfur distribution ratio (Ls) is not seen, but the above sum When the value exceeds about 40%, the value of Ls increases rapidly. In order to keep the S content in the steel high, the value of Ls is preferably 10 or less, preferably 7.5 or less, at most. On the other hand, since the total content of CaO and MgO is at least about 25% in the slag, the appropriate range of the total content of CaO and MgO in the slag is the range specified by the following formula (1). .

２５％≦（％ＣａＯ）＋（％ＭｇＯ）≦４０％ ・・・・・（１）
２）スラグ中のＣａＯをＭｇＯにより置換することによる効果
図２は、スラグ中の（％ＭｇＯ）／｛（％ＣａＯ）＋（％ＭｇＯ）｝と硫黄分配比（Ｌｓ）との関係を示す図である。 25% ≦ (% CaO) + (% MgO) ≦ 40% (1)
2) Effect of substituting CaO in slag with MgO FIG. 2 is a graph showing the relationship between (% MgO) / {(% CaO) + (% MgO)} and sulfur distribution ratio (Ls) in slag. It is.

同図に示されるとおり、スラグ中のＣａＯとＭｇＯの総含有率に対するＭｇＯ含有率の比の値が高くなるにしたがい、Ｌｓの値は急速に低下した後、上記の比の値が０．４程度以上においてＬｓの低下効果は飽和する。しかしながら、（％ＭｇＯ）／｛（％ＣａＯ）＋（％ＭｇＯ）｝の値が過度に高くなり、ＣａＯの存在比率が低下し過ぎると、スラグの融点が上昇し、スラグが溶融しなくなることから、これらを考慮してスラグ中のＣａＯとＭｇＯの総含有率に対するＭｇＯ含有率の比の適正範囲を下記（２）式により規定される範囲とした。   As shown in the figure, as the value of the ratio of the MgO content to the total content of CaO and MgO in the slag increases, the value of the above ratio decreases to 0.4 after the value of Ls rapidly decreases. Above this level, the Ls reduction effect is saturated. However, if the value of (% MgO) / {(% CaO) + (% MgO)} becomes excessively high and the abundance ratio of CaO decreases too much, the melting point of the slag increases and the slag does not melt. In consideration of these, the appropriate range of the ratio of the MgO content to the total content of CaO and MgO in the slag was set to a range defined by the following equation (2).

０．４≦（％ＭｇＯ）／｛（％ＣａＯ）＋（％ＭｇＯ）｝≦０．７５ ・・・（２）
３）スラグ中のＭｎＯ含有率の効果
図３は、スラグ中の（％ＭｎＯ）と鋼中の全酸素含有率（Ｔ．［Ｏ］）との関係を示す図である。 0.4 ≦ (% MgO) / {(% CaO) + (% MgO)} ≦ 0.75 (2)
3) Effect of MnO content in slag Fig. 3 is a diagram showing the relationship between (% MnO) in slag and the total oxygen content (T. [O]) in steel.

同図に示されるとおり、スラグ中ＭｎＯ含有率の増加とともに溶鋼中全酸素含有率（Ｔ．［Ｏ］）は増加するが、溶鋼中のＴ．［Ｏ］は少なくとも８０ｐｐｍ、できれば１５０ｐｐｍ以上であることが好ましい。また、Ｔ．［Ｏ］は、鋼の清浄度を維持する観点から、２３０ｐｐｍ以下とすることが好ましい。このため、スラグ中のＭｎＯ含有率は下記（３）式により表される範囲とすることが好ましい。   As shown in the figure, the total oxygen content (T. [O]) in the molten steel increases as the MnO content in the slag increases. [O] is preferably at least 80 ppm, preferably at least 150 ppm. T. [O] is preferably set to 230 ppm or less from the viewpoint of maintaining the cleanliness of the steel. For this reason, it is preferable to make MnO content rate in slag into the range represented by following (3) Formula.

２５％≦（％ＭｎＯ）≦４０％ ・・・・（３）
４）スラグ中Ｓ含有率の効果
図４は、スラグ中の（％Ｓ）と鋼中の全酸素含有率（Ｔ．［Ｏ］）との関係を示す図である。 25% ≦ (% MnO) ≦ 40% (3)
4) Effect of S content in slag Fig. 4 is a diagram showing the relationship between (% S) in slag and the total oxygen content (T. [O]) in steel.

同図に示された結果から、スラグ中Ｓ含有率が低い領域では、Ｓにより全酸素含有率（Ｔ．［Ｏ］）は比較的高めに維持されているが、スラグ中Ｓ含有率が５％を超えて高くなると、Ｔ．［Ｏ］の制御性は低下し、鋼中のＳ歩留りも低下することがわかる。したがって、スラグ中のＳ含有率は下記（４）により表される範囲とすることが好ましい。   From the results shown in the figure, in the region where the S content in the slag is low, the total oxygen content (T. [O]) is maintained relatively high by S, but the S content in the slag is 5 %, The T.V. It can be seen that the controllability of [O] is reduced and the S yield in the steel is also reduced. Accordingly, the S content in the slag is preferably in the range represented by the following (4).

（％Ｓ）≦５．０％ ・・・・（４）
なお、スラグ中Ｓ含有率のさらに好ましい範囲は、３．０％以下である。 (% S) ≦ 5.0% (4)
In addition, the more preferable range of S content rate in slag is 3.0% or less.

本発明の低炭素硫黄快削鋼の製造方法の効果を確認するため、溶鋼量８０トン（ｔ）の容量を有する転炉−取鍋精錬−連続鋳造プロセスを用いて製造試験を行い、その結果を評価した。目標とした鋼成分組成は、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．０３％以下、Ｍｎ：０．９〜２．０％、Ｐ：０．０１〜０．２０％、Ｓ：０．４０〜０．７０％、Ｔ．Ｏ：０．００８〜０．０２５％、Ｎ：０．００３〜０．０３０％の範囲である。また、任意添加元素として、Ｔｅ、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏのうち１種以上を添加した。得られた溶鋼の成分組成を表２に示す。   In order to confirm the effect of the production method of the low carbon sulfur free cutting steel of the present invention, a production test was performed using a converter-ladle refining-continuous casting process having a capacity of molten steel of 80 tons (t), and the result Evaluated. The target steel composition is as follows: C: 0.05 to 0.15%, Si: 0.03% or less, Mn: 0.9 to 2.0%, P: 0.01 to 0.20%, S : 0.40 to 0.70%, T.I. O: 0.008 to 0.025%, N: 0.003 to 0.030%. Further, one or more of Te, Ni, Cr, and Mo were added as optional additional elements. Table 2 shows the composition of the obtained molten steel.

Figure 2007113038
Figure 2007113038

転炉においてＣ：０．０１〜０．０５％程度にまで脱炭された溶鋼は、取鍋底部に攪拌用ガスを導入できる多孔質耐火物を備えた取鍋へ出鋼された。出鋼時にＭｎ合金鉄などの合金鉄を添加して成分調整を行った。また、スラグ量およびスラグ組成の調整方法として、転炉から出鋼後に除滓したのち、所定量の生石灰および珪砂を、また、ＭｇＯ源としてドロマイトおよびＭｇＯ含有レンガ屑を媒溶剤として添加した。   In the converter, the molten steel decarburized to C: 0.01 to 0.05% was put into a ladle equipped with a porous refractory that can introduce a stirring gas to the bottom of the ladle. Components were adjusted by adding alloy iron such as Mn alloy iron at the time of steel production. Further, as a method for adjusting the slag amount and the slag composition, after removing from the converter after steel removal, a predetermined amount of quick lime and silica sand were added, and dolomite and MgO-containing brick scraps were added as a medium solvent as an MgO source.

図５は、媒溶剤添加量と溶鋼温度低下速度との関係を示す図である。同図の結果から、媒溶剤添加量が多い領域では温度低下の抑制効果が飽和しているが、媒溶剤添加量が低下して２．０ｋｇ／ｔ−溶鋼以下になると、保温効果が低減し、溶鋼温度低下速度が急激に増大することが明らかである。一方、媒溶剤添加量が多すぎると、添加した合金成分がスラグ中に移行し、ロス量が増加する。したがって、取鍋精錬において添加する媒溶剤の総量は、２〜５ｋｇ／ｔ−溶鋼の範囲とすることが好ましい。   FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the addition amount of the solvent and the molten steel temperature decrease rate. From the results in the figure, the effect of suppressing temperature decrease is saturated in the region where the amount of solvent addition is large, but when the amount of solvent addition decreases to 2.0 kg / t-molten steel or less, the heat retention effect decreases. It is clear that the molten steel temperature decrease rate increases rapidly. On the other hand, when there is too much solvent addition amount, the added alloy component will transfer in slag and a loss amount will increase. Therefore, the total amount of the solvent added in the ladle refining is preferably in the range of 2 to 5 kg / t-molten steel.

この際の媒溶剤添加量は、溶鋼１ｔ当たり２〜５ｋｇとした。その後、これらを電気的加熱が可能な取鍋精錬装置に搬送、収容して、その炉底からＡｒガスによる攪拌を行いながら取鍋スラグ精錬を実施した。   At this time, the addition amount of the solvent was 2 to 5 kg per 1 ton of molten steel. Then, these were conveyed and accommodated in a ladle refining apparatus capable of electrical heating, and ladle slag refining was performed while stirring with Ar gas from the bottom of the furnace.

この時、出鋼後の取鍋中の溶鋼成分組成および取鍋中のスラグ成分組成を確認するため、所定時間が経過した段階で溶鋼およびスラグ分析サンプルを採取し、それらの成分組成を調査した。途中、必要に応じて所期の溶鋼成分組成となるように鋼の成分調整を行い、また目標の溶鋼温度となるように通電加熱を行った。なお、このようにして得られた溶鋼は連続鋳造機に搬送され、連続鋳造された。   At this time, in order to confirm the composition of the molten steel in the ladle and the composition of the slag in the ladle after steelmaking, samples of the molten steel and slag analysis were taken at the stage where a predetermined time had passed, and their composition was investigated. . In the middle of the process, the steel components were adjusted as necessary to obtain the desired molten steel composition, and current heating was performed to achieve the target molten steel temperature. In addition, the molten steel obtained in this way was conveyed to the continuous casting machine, and was continuously cast.

精錬開始時のスラグ中ＣａＯ、ＳｉＯ2、ＭｎＯ、ＭｇＯ、Ｓ含有率、（ＣａＯ＋ＭｇＯ）総含有率およびＭｇＯ／（ＣａＯ＋ＭｇＯ）の値、ならびに媒溶剤添加量、黄鉄鉱石使用量、精錬後の溶鋼中のＴ．［Ｏ］含有率、金属Ｍｎ使用量および耐火物溶損量を表３および前記表２に示した。 CaO, SiO 2 , MnO, MgO, S content in slag at the start of refining, (CaO + MgO) total content and value of MgO / (CaO + MgO), addition amount of solvent, amount of pyrite ore, in molten steel after refining T. Table 3 and Table 2 show the [O] content, the amount of metal Mn used, and the refractory erosion amount.

Figure 2007113038
Figure 2007113038

試験番号１および２は、スラグ成分組成中の（％ＣａＯ）＋（％ＭｇＯ）または（％ＭｇＯ）／｛（％ＣａＯ）＋（％ＭｇＯ）｝の値が第１発明の（１）式または（２）で規定する範囲を満足しない比較例についての試験であり、また、試験番号３〜１２は、本発明の範囲を満足する本発明例である。   In Test Nos. 1 and 2, the value of (% CaO) + (% MgO) or (% MgO) / {(% CaO) + (% MgO)} in the slag component composition is the formula (1) of the first invention or This is a test for a comparative example that does not satisfy the range specified in (2), and test numbers 3 to 12 are examples of the present invention that satisfy the scope of the present invention.

比較例の試験である試験番号１および２では、前記（１）式または（２）式の関係が満足されなかったことから、スラグ−メタル間のＳ分配比（Ｌｓ）が高くなりすぎ、鋼中Ｓ含有率が低下した。   In the test numbers 1 and 2 which are tests of the comparative example, the relationship of the formula (1) or (2) was not satisfied, so the S distribution ratio (Ls) between the slag and the metal became too high, and the steel Medium S content decreased.

これに対して、本発明例についての試験である試験番号３〜１２では、Ｓ分配比が低く維持されたことから、鋼中のＳ含有率が高い値に制御された。   On the other hand, in test numbers 3 to 12, which are tests on the examples of the present invention, the S distribution ratio was kept low, so the S content in the steel was controlled to a high value.

さらに、本発明例において、スラグ中ＣａＯをＭｇＯに置換して（％ＭｇＯ）／｛（％ＣａＯ）＋（％ＭｇＯ）｝の値を上昇させた試験番号３〜５では、精錬後の溶鋼中Ｏ含有率は若干低下するものの、スラグの脱硫能が低下することから、Ｓ源としての黄鉄鉱鉱石使用量を低減することができた。また、スラグ中のＭｇＯ含有率が高いことから、耐火物の溶損も抑制されている。   Further, in test examples 3 to 5 in which the value of (% MgO) / {(% CaO) + (% MgO)} was increased by replacing CaO in the slag with MgO in the inventive examples, Although the O content was slightly reduced, the desulfurization ability of slag was lowered, so the amount of pyrite ore used as the S source could be reduced. Moreover, since the MgO content in the slag is high, the refractory is prevented from being melted.

また、媒溶剤の添加量を減少させた試験番号６および７では、溶鋼の大きな温度低下を起こすことなく、黄鉄鉱使用量と金属Ｍｎ使用量が従来よりも少ない条件で溶製を行うことができ、さらに、耐火物溶損量を低減することが可能となった。   In addition, in Test Nos. 6 and 7 in which the addition amount of the solvent was reduced, melting can be performed under conditions where the amount of pyrite used and the amount of metal Mn used are lower than before without causing a large temperature drop of the molten steel. Furthermore, it has become possible to reduce the amount of refractory erosion.

そして、（％ＭｇＯ）／｛（％ＣａＯ）＋（％ＭｇＯ）｝の値を上昇させ、かつ媒溶剤の添加量を減少させた試験番号８〜１２では、スラグ組成を調整したことによる溶鋼中のＴ．［Ｏ］の低下量を最小限に抑えた上で、スラグ量を減少させたことによる黄鉄鉱使用量および金属Ｍｎ使用量の削減、ならびに耐火物溶損量の低減という顕著な効果が得られた。   And in the test numbers 8-12 which raised the value of (% MgO) / {(% CaO) + (% MgO)} and decreased the addition amount of the solvent, in the molten steel by adjusting the slag composition T. A remarkable effect of reducing the amount of pyrite used and metal Mn used by reducing the amount of slag while minimizing the amount of decrease in [O], as well as reducing the amount of refractory erosion was obtained. .

本発明の方法によれば、低炭素硫黄快削鋼の製造法において、取鍋精錬でのスラグ成分組成またはスラグ量を調整することにより、従来は困難とされていた溶鋼中のＯ含有率およびＳ含有率の高精度制御を安価に且つ確実に実現し、Ｐｂ含有快削鋼に代えてＰｂを含有しない快削鋼を高い経済性と信頼性のもとに製造することができる。したがって、本発明の低炭素硫黄快削鋼の製造方法は、Ｐｂ非添加快削鋼の製造分野において、高品質の快削鋼を安価に溶製できる精錬方法として広範に適用できる技術である。   According to the method of the present invention, in the method for producing low-carbon sulfur free-cutting steel, by adjusting the slag component composition or the amount of slag in ladle refining, the O content in molten steel, which has been conventionally difficult, and High-accuracy control of the S content can be realized at low cost and with certainty, and free-cutting steel that does not contain Pb can be manufactured with high economic efficiency and reliability in place of the Pb-containing free-cutting steel. Therefore, the method for producing low-carbon sulfur free-cutting steel of the present invention is a technique that can be widely applied as a refining method capable of melting high-quality free-cutting steel at low cost in the field of producing Pb-free free-cutting steel.

スラグ中の（％ＣａＯ＋％ＭｇＯ）と硫黄分配比（Ｌｓ）との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between (% CaO +% MgO) and sulfur distribution ratio (Ls) in slag. スラグ中の（％ＭｇＯ）／（％ＣａＯ＋％ＭｇＯ）と硫黄分配比（Ｌｓ）との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between (% MgO) / (% CaO +% MgO) and sulfur distribution ratio (Ls) in slag. スラグ中の（％ＭｎＯ）と鋼中の全酸素含有率（Ｔ．［Ｏ］）との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between (% MnO) in slag, and the total oxygen content rate (T. [O]) in steel. スラグ中の（％Ｓ）と鋼中の全酸素含有率（Ｔ．［Ｏ］）との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between (% S) in slag, and the total oxygen content rate (T. [O]) in steel. 媒溶剤添加量と溶鋼温度低下速度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a solvent addition amount and molten steel temperature fall rate.

Claims (6)

質量％でＣ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．０３％以下、Ｍｎ：０．９〜２．０％、Ｐ：０．０１〜０．２０％、Ｓ：０．４０〜０．７０％、Ｏ（酸素）：０．００８〜０．０２５％、Ｎ：０．００３〜０．０３０％を含有し、残部はＦｅおよび不純物からなる鋼を製造するにあたり、取鍋精錬を行う際のスラグ中のＣａＯ含有率およびＭｇＯ含有率が下記（１）式および（２）式により表される関係を満足するスラグを用いることを特徴とする低炭素硫黄快削鋼の製造方法。
２５％≦（％ＣａＯ）＋（％ＭｇＯ）≦４０％ ・・・・・（１）
０．４≦（％ＭｇＯ）／｛（％ＣａＯ）＋（％ＭｇＯ）｝≦０．７５ ・・・（２）
ここで、（％ＣａＯ）および（％ＭｇＯ）は、それぞれスラグ中のＣａＯおよびＭｇＯの含有率（質量％）を表す。 C: 0.05 to 0.15% by mass%, Si: 0.03% or less, Mn: 0.9 to 2.0%, P: 0.01 to 0.20%, S: 0.40 It contains 0.70%, O (oxygen): 0.008-0.025%, N: 0.003-0.030%, and the balance is made from ladle refining to produce steel consisting of Fe and impurities. A method for producing a low-carbon sulfur free-cutting steel, characterized by using slag in which the CaO content and MgO content in the slag satisfy the relationship represented by the following formulas (1) and (2).
25% ≦ (% CaO) + (% MgO) ≦ 40% (1)
0.4 ≦ (% MgO) / {(% CaO) + (% MgO)} ≦ 0.75 (2)
Here, (% CaO) and (% MgO) represent the content (mass%) of CaO and MgO in the slag, respectively. 前記Ｆｅの一部に代えて、さらに質量%で、Ｔｅ：０．１００％以下を含有する鋼を製造することを特徴とする請求項1に記載の低炭素硫黄快削鋼の製造方法。   2. The method for producing a low-carbon sulfur free-cutting steel according to claim 1, wherein a steel containing Te: 0.100% or less in mass% is further produced instead of a part of the Fe. 前記Ｆｅの一部に代えて、さらに質量%で、Ｃｒ：１．２５％以下、Ｎｉ：０．６０％以下およびＭｏ：０．４０％以下のうちの１種以上を含有する鋼を製造することを特徴とする請求項1または２に記載の低炭素硫黄快削鋼の製造方法。   In place of a part of the Fe, a steel containing one or more of Cr: 1.25% or less, Ni: 0.60% or less, and Mo: 0.40% or less in mass% is manufactured. The method for producing a low-carbon sulfur free-cutting steel according to claim 1 or 2. 前記スラグ中のＭｎＯ含有率が下記（３）式により表される関係を満足するスラグを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の低炭素硫黄快削鋼の製造方法。
２５％≦（％ＭｎＯ）≦４０％ ・・・・（３）
ここで、（％ＭｎＯ）は、スラグ中のＭｎＯ含有率（質量％）を表す。 The method for producing a low-carbon sulfur free-cutting steel according to any one of claims 1 to 3, wherein a slag satisfying the relationship represented by the following formula (3) is used for the MnO content in the slag.
25% ≦ (% MnO) ≦ 40% (3)
Here, (% MnO) represents the MnO content (% by mass) in the slag. 前記スラグ中のＳ含有率が下記（４）式により表される関係を満足するスラグを用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の低炭素硫黄快削鋼の製造方法。
（％Ｓ）≦５．０％ ・・・・（４）
ここで、（％Ｓ）は、スラグ中のＳ含有率（質量％）を表す。 The method for producing a low-carbon sulfur free-cutting steel according to any one of claims 1 to 4, wherein slag in which the S content in the slag satisfies the relationship represented by the following formula (4) is used.
(% S) ≦ 5.0% (4)
Here, (% S) represents the S content (mass%) in the slag. １回の取鍋精錬で添加する媒溶剤の総量が２〜５ｋｇ／ｔ−溶鋼であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の低炭素硫黄快削鋼の製造方法。
The method for producing a low-carbon sulfur free-cutting steel according to any one of claims 1 to 5, wherein the total amount of the solvent added in one ladle refining is 2 to 5 kg / t-molten steel.
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