JPH04103741A - 軸受鋼の製造方法 - 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、破壊抵抗性が高く安定していて、成形が容易
な軸受鋼鋼材の製造に関わり、特に、高炉・転炉・連続
鋳造工程による、軸受鋼の製造方法に関する。

［従来技術］ 軸受用鋼は、耐摩耗性の鋼材として高炭素クロム軸受鋼
鋼材がＪＩＳ化されていて、そのなかでもＳＵＪ　２が
最も多く使用されている。

軸受鋼の最大の最終使用先は、自動車用であって、その
要求性能は単に長寿命だけでなく、耐高負荷　耐高衝撃
性・耐高速度そして何にもまして高信頼性である。

高信頼性を達成する方法として、破壊の起点となる酸化
物系と窒化物系の硬質介在物について、総量を少なく、
最大径を小さく、組成を変形容易なものにすること（即
ぢ清浄性が高い鋼材を造ること）が、研究され実用化さ
れてきた。現在の介在物の管理レベルは、Ｔ、Ｏで１０
　ｐｐｍ程度、Ｎて３０　ｐｐｍ程度、Ｔ１で２０　ｐ
ｐｍ程度となっている。そして、その製造法は、連続鋳
造法で中心偏析を管理する方法が造塊法で最大偏析部を
切り落とす方法より優っていることも認知されていて、
「連続鋳造に鋳込むまでに如何に清浄性が高い溶鋼を経
済的に造るか」を開発する必要が明確になってきた。

また、軸受製造者の軸受鋼鋼材への品質要求は、軸受製
造者のインハウスの工程として確立されている、棒や線
として圧延後の熱処理や多様化した塑性加工　機械加工
前後の熱処理工程を規格化したときに信頼度の高い安定
作業ができる素材が望まれてきた。

清浄度の高い軸受鋼の量産型の製造方法として、電気炉
で製造する方法としては、原料を厳選して炉底出鋼型の
炉でスラグを巻き込まずに出鋼する方法（特開平１−３
０６５４２号公報）が知られ、転炉で製造する方法とし
て、予備処理溶銑を用いてクロム源を転炉炉中に添加し
てＴ１の低い溶鋼とし、炉外精錬でＴ、Ｏを１０　ｐｐ
＋ｎ以下にして連続鋳造する方法（特公昭６３−３１５
２５号公報）、溶銑予備処理や溶鋼のアルカリ金属化合
物処理によりＰの低い鋼とする方法（特公昭６３−３１
５２５号公報、特開昭６２−２９４１５０号公報）、そ
の他Ｎを低減する方法等が知られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来の方法で清浄度の高い溶鋼を得ようとした
場合には、Ｔ、Ｏを下げようとするために取鍋精錬の条
件を還元性の強いスラグとする結果として、必然的に溶
鋼の含有Ｓが低下してしまい、介在物が殆ど酸化物系と
なってしまうという欠点があった。

この場合、塑性加工中・機械加工中の介在物周辺の変形
は介在物に拘束されるために、ミクロな局部的に残留応
力が高い加工になるという害があり、塑性加工　機械加
工中の容易さについても快削成分であるＳが低すぎるた
めに工具の耐用が低く切り粉の処理等が困難であるとい
う害がある。

そして、経済的　保険的な側面でも、従来の技術思想で
ある、ｒＴ、ＯとＴ１とＮをひたすら下げることにより
ＬＩＯ寿命が１０８回以上とする」理想的な軸受鋼の材
質よりも、塑性加工　機械加工とその基礎となる熱処理
の信頼性も含めて最終の仕上がり製品がバラツキのない
使用結果を与えることが真に必要なことであると考えは
じめられており、このためには塑性加工・機械加工とそ
の基礎となる熱処理の信頼性確保のために快削性と熱処
理安定性の向上が強く望誌れてきた。

［課題を解決するための手段］ 本発明の方法は、 １ヒートが２００トッ以上の精錬炉で、Ｐが０．０１０
％以下の脱りん溶銑を用いて精錬し、吹錬終点でＣ：　
０．８〜１．０％、　Ｃｒ　：　１．３〜１．４％とし
、次いで、アークプロセス処理で強攪拌して均質な溶鋼
と十分平衡に達したスラグを形成し、次いでＲ）（脱ガ
ス処理をし、連続鋳造する軸受鋼の製造方法において、 （１）Ｎ吸収防止のために８１脱酸出鋼をし、出鋼時の
スラグは除滓して、スラグ脱酸用のスラグ（ａＳｉＯ２
≦０．００１　）を生成すること、（２）トランプエレ
メントは、Ｐ≦１ｏ　ｏ　ｐｐｍＮ　≦５０　ｐｐｍ　
、　Ｔ　ｉ　≦２０　ｐｐｍ　、　Ｃｕ≦０．０３％、
Ｎｉ≦０．０３％、　Ｖ≦Ｑ　　０２％、Ｂ≦５ｐｐｍ
　、　Ｎ　ｂ≦０．００５％、Ｃａ≦５ｐｐｍ　、Ｈ≦
１．５ｐｐｍ、およびＳｎ、Ｓｂ、Ａｓ　　ＺｒＴａ、
Ｃｏはおのおの≦ｏ、ｏｉ％の溶鋼となすこと、 （３）介在物の清浄化と形態制御として、連続鋳造開始
時点の溶鋼成分で、Ｔ、○≦１０ｐｐｍ　　Ｓ＝７０〜
１２０ＰＰｍ　、Ｓｏ　１．ＡＩ≦０．０４０％、、Ｓ
ｉ＝０．１５〜０．３０％Ｎ≦５０　ｐｐｍＴｉ≦２０
ｐｐ閣であること、 （４）溶鋼温度の上限は、１６９０″Ｃ（転炉出鋼時＞
、１５７０℃（アークプロセス終了時）１５２０℃（Ｒ
Ｈ終了時）であること、（５）Ｓの調整は、脱ガスで行
うこと、（６）取鍋の耐火物のＳｉＯ□含有量は１５％
以下であり、取鍋処理終了時のスラグ中の（ＳｉＯ２）
含有量が８％以下であるスラグを載置したまま連続鋳造
を行うこと、 （７）連続鋳造中においては、スタート時ＴＤ内雰囲気
０□≦０，１％以下の無酸化鋳込みをし、垂直連ｉ機で
断面３５０Ｘ　４５０以上の大型鋳型に鏡遺し、鋳型内
および凝固末期部分を電磁攪拌し、モールド内の溶鋼過
熱度を１５〜２５℃とし、鋳造速度を０．４〜０．７ｍ
／分とすることを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の製造
方法。

［作用］ これらの条件のうち、主要なものの理由をのべると、 ■中心偏析の最大濃化部分の最汚染部の組成制御のため
に、最も濃化の著しい元素であるＰの低減が最も重要で
あり、Ｐを０．０１０％以下にすることが必要である。

このためには、実用的な量産技術のうちで最も低いＰ値
を与える溶銑予備処理方法を使用する。

■軸受製造者のインハウスの工程管理の繁雑さを低める
ために、大型炉による吹錬トドランプエレメントの制限
をする。

■連続鋳造開始時点の溶鋼成分で、 Ｔ、０≦１０ｐｐｍ　、　Ｓ＝　７０〜１２０ｐｐｍ、
Ｓｏｌ、ＡＩ≦０．０４０％　、Ｓｉ＝０．１５〜０．
３０％、Ｎ≦５０ｐｐ＋ａ、Ｔｉ≦２０　Ｐｐｍ　とす
ることにより介在物の清浄化と形態制御をすることが出
来るので、 このために溶鋼温度の上限を１６９０℃（転炉出鋼時）
、１５７０℃（アークプロセス終了時）１５２０℃（Ｒ
Ｈ終了時）とし、 スラグ脱酸用のスラグ（ａＳｉＯｚ≦０．００１）を生
成して処理する。

溶鋼温度を上昇すると、耐火物の解離などにより溶鋼中
の平衡酸素量がますので、温度の上限を定める。

［実施例］ 製造条件の絞り込みを、取鍋精錬での介在物の低減の千
ａ試験により行った。

■スラグと溶鋼の平衡による介在物の低減について 溶鋼中のＴｏｔａｌ、　［○コを低減することが酸化物
系介在物の総量を低減する基本であり、高炭素クロム軸
受鋼の成分が含有する脱酸元素の濃度においては、Ｔｏ
ｔａｌ、　ＣＯ］の低低限界は４ｐｐｍ以下まで到達が
可能であることが確認された。そして、温度を低くしな
いと溶解酸素量が増して介在物増加の害があることと、
ａ　５１０２≦０．００１であっても共存するＡＩによ
りＣａ　Ｏ−Ａ　Ｉ　２０５ＳｉＯ２基本系のスラグ中
のＳｉＯ２成分が還元されて、介在物が増加してこの平
衡が成り立つ（即ちＡｌ２Ｏ，系介在物は、ａ５１０２
を低減しないと次第に増えてしまう）ことも同時に確認
された。これを第７図に示す。

このスラグ中の（ＳｉＯ２）の還元による溶鋼中のＴｏ
ｔａｌ−［０］の低低限界は、第８図（ｂ＞に示すよう
に、（ＳｉＯｚ）が８％以下であればＴｏｔａｌ、　［
Ｏ］は１０ｐｐ■にできることが確認された、そして、
スラグと溶鋼との平衡に到達する時間を早めるには、上
吹きと底吹きとを併用して、攪拌エネルギー密度を高め
ることが有効なことを、第８図（ｃ）に示すように確認
した。

実用的には、流動性のあるスラグとするために、ＣａＦ
２の添加は避けられないが、耐火物の急激な溶損を防止
することと、ＣａＦ２の添加量は２５％以下であれば良
い。

（Ｓｊ、Ｏｚ）の源として、取鍋の耐火物は無視できぬ
影響を持ち、耐火物中のＳ　ｉ　０２含有量は、１５％
以下にすればよいことを、第９図に示すように確認した
。

また、溶鋼中の［Ｔｉ］は、凝固過程で硬質のＴｉＮや
ＴｉＯ２を析出するので、管理下に置かねばならぬが、
造滓剤と耐火物の成分を厳選することによりアークプロ
セスの攪拌するスラグ中の（ＴｉＯ２）を０．５％以下
にした条件において、アークロセスの処理時間が９０分
以内であれば［Ｔｉ］のピックアップは１５ｐｐｍ以下
であって、実用的には害がないことを、第１０図に示す
ように確認した。

また、このスラグ中の（ＴｉＯ２）の最大の源は取鍋の
煉瓦であって、取鍋の煉瓦中のＴｌＯ２含有量は１．０
％以内とすればよいことを、第２図により確認した。

■ガス攪拌による介在物の浮上分離について真空脱ガス
の処理溶鋼に予めガスを加圧溶解せしめておいた場合、
介在物の浮上分離効果が高いということは特開平１−１
８８６１９号公報に開示されているが、攪拌を伴う３種
の取鍋精錬法アークプロセス（ＡＰ）・ガスインジェク
ション（ＧＩ）・ＲＨ脱ガス（ＲＨ＞−について介在物
の浮上分離の効率を第１１図に示すように比較し、ＲＨ
法を採用した。

以下に本発明を２５０トン転炉−アークプロセスーＲＨ
脱ガスー竪型連続鋳造で第１図に示すような工程で製造
した実施例を述べる。

第１図において、１は高炉であり、２は溶銑予備処理設
備であり、３は上底吹き転炉であり、４はスラグ除去装
置（機械式）であり、５はアークプロセス装置（上底吹
き併用）、６はＲＨ脱ガス装置であり、７は連続鋳造機
であり、８は加熱炉であり、９は分塊ミルであり、１０
はホットスカーファ−１１１はビレットミルである。ビ
レットは、疵検査と疵取の後、棒鋼あるいは線材に圧延
される。

（第１実施例） Ｔｉ、Ｎ、Ｐの低減のために、脱りん溶銑を用い、酸化
精錬による溶解酸素を低減するためにアークプロセスを
用いて出鋼温度を１７００℃以下にし、出鋼はＳ１キル
トで行い、低酸素とするために強還元性のａＳｉＯ２＝
　０．００１のＣａＯ−Ａ１２０１Ｓｉ０２基本系のス
ラグでアークプロセス処理をし、アークプロセスにおけ
る強攪拌直後にＲＨ脱ガス処理をして強攪拌に伴う介在
物の凝気・合体による浮上分離の促進により介在物の総
量を低減し、連続鋳造で無酸化鋳造と偏析対策鋳造を行
って、鋳片断面内の最大濃化を低減せしめて、大ロット
の高清浄度鋳片を製造する方法である。製造の経過は、
第１表、第２表および第３表に記載した。

（転炉工程） 溶銑予備処理は、２５０トン溶銑鍋に高炉から受銑後、
酸素を浴面に吹き付けながら不活性ガスをキャリヤーガ
スとして浸漬ランスにより脱りんフラックスを吹込む方
法で、Ｐ　＝　０．０１０％、Ｓ＝０．０３０％の溶銑
を得た。

低コストのクロムを用い、かつＴｉを増加させないため
に、珪素源とともに高炭素フエロクロムを添加し、スラ
グ量を確保して酸化精錬した。終点Ｃは、溶鋼中に過剰
な酸素が持ち込まれるのを防ぐために、製品Ｃに少量の
加炭で良い程度を狙い、出鋼温度を１７００℃以下とし
て、熱源の不足分は炭材（本実施例ではコークスだが、
他の炭材でも良い〉で補った。

吹錬終点における溶鋼中の酸素量は、１１００ｐｐであ
った。

出鋼は、酸化精錬製のスラグ中のクロムを回収しかつ窒
素の吸収を防止するために、出鋼後の取鍋内をシリコン
脱酸状態にした。

取鍋は、スラグライン部にＭｇＯ−〇質レンガ（＠ｇＯ
：８０％、　Ｃ：］２２％を使用し、敷は、Ｓｉｎ２含
有量が少な（Ｔｉ○２含有量も少ない高Ａｌ２Ｏ。

質レンｌｊ　（５ｊＯ２＝　１３％、ＴｉＯ□＝　０．
６％）および−殻壁部にはＳｉＯ２含有量の少ない高Ａ
ｌ２Ｏ，質レンガ（Ｓｉ０２＝１４％）を使用した。

（アークプロセス） 溶鋼のスラグ脱酸を制御された条件で行うために、取鍋
内の量と成分の不明瞭な酸化精錬製のスラグを機械式除
滓機（スラグドラッガー）で除滓し、基本的に強還元性
のａｓ１０２≦０．００１のＣａ０−Ａｌ２Ｏ２−３ｉ
０２のスラグでＴ、Ｆｅ＋ＭｎＯ≦０．５％とするため
に、焼き石灰、アルミナおよび蛍石を添加した。

第８図（ａ）に示すＣａｏ　　Ａ　Ｉ　２０ｇ−３ｉ０
２系（疑似三元系）状態図は、ａｓ１０２≦０．００１
のスラグを生成する条件を確認するためにアークプロセ
スで試験したスラグの成分を示すが、ＣａＦ２を５％以
上添加し、ＣａＯ＋ＭｇＯ≧６５％、かつ、Ｓｉ０２≦
１０％とすることにより、ａｓ１０２　　≦０．００１
のスラグが出来る。この第１実施例でＣａＦ２を２２％
添加したのは、スラグ−メタル反応が効率良く行われる
ように流動性の高いスラグとするためである。

アークプロセス処理時間は、９３分行った。前半４０分
は、底吹きと上吹きの強攪拌を行い、後半の５３分は底
吹きの攪拌を行った。

溶鋼中の［Ｔ、Ｏ］は、処理開始時の１１００ｐｐから
、処理終了時の８　ｐｐｍまで変化したが、この間の変
化の経路を、ｓｏｌ、ＡＩ、ａｏ、温度の変化とともに
第３図に示す、処理の初期に造滓剤（ホタルイシ、石灰
、アルミナ、および金属アルミニウム）を添加し、溶存
酸素は処理開始後２０分で２　ｐｐｍに安定し、溶鋼中
の全酸素量は、処理開始後８０分で１ｏｐｐｍに低下し
た。成分の粗調整が完了し、温度の調整が完了したらア
ークプロセスを終了とした。

（ＲＨ脱ガス） 溶鋼成分の最終仕上げと、加圧減圧精錬による介在物の
低減のために、アークプロセス終了の溶鋼をＲＨ脱ガス
処理した。溶鋼中の［Ｔ、Ｏ］の推移は、第４図に示す
通りである。溶鋼中の全酸素量は、見掛は上微小な変化
しかないか、この間に行なった成分の微調整により新規
に発生した脱酸生成物は介在物として増えることなく、
第１１図に示す機構により懸濁物の浮上分離作用が起き
ていることを現している。

（連続Ｓ造） 完全垂直型で、モールド断面が４００Ｘ５２０Ｉｌ１ｍ
の連続鋳造機を用いた。

取鍋のスライディングノズルにエアシールパイプを使用
し、注入流は空気から遮断した。タンデイツシュへの注
入開始時には、タンデイツシュ内をＡｒガスで置換して
、空気からの汚染を防止した。

タンデイツシュの容量は２４トツ、深さ６６０＋ａｍで
、４ストランドにＴ字型に湯を分配し、堰は２重（主層
＋サブ堰）である。モールド断面は、４００　Ｘ　５２
０　ｍｍ、鋳造速度は０．５３ｍ／分である。

溶鋼の過熱度は、モールド内で１５〜２５℃であった。

電磁攪拌は、モールド部分と最終凝固部とに適用した。

断気無酸化鋪込みにより新規の酸化物の生成を防止し、
温度の管理と電磁攪拌により偏析を低減した。

（製品介在物のレベル） 上記の方法で製造した鋳片を、５５ｍｍφに圧延して、
ＡＳＴＭ法により介在物の検査をした結果を第５図に示
す。

（第２実施例） 第１実施例と同様な方法で、３０ヒートの製造を行い、
その素鋼成分の結果を第６図に示す。

（第３実施例〉 第１実施例と同様な方法で、素鋼の全酸素レベルの異な
る第４表に示す４ヒートの軸受鋼の製造を行い、それを
スラスト型試験機により転勤疲労試験を行った。

第４表：試験材成分表 従来材とのＬＩＯ寿命の比較を第２図に示す。本発明の
方法が、従来材のレベルと比較して、高位に安定した成
績を与えることを示している。

［発明の効果］ 高炉−転炉法に、スラグと攪拌の条件を制御したアーク
プロセスならびにＲＨ脱ガスとを併用した取鍋精錬と、
中心偏析対策をした竪型連続鋳造操業とを組み合わせた
製造方法により、全酸素量が１０　ｐｐ＋ｓ以下で、転
勤疲労寿命が従来材に比較して高位に安定した軸受ＩＲ
錆片の製造が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を示す概略図、第２図は本発明の
第３実施例による転勤疲労寿命の結果を示す図５第３図
は本発明の第１実施例のアークプロセスの説明図、第４
図は本発明の第１実施例における全酸素量の推移を示す
図、第５図は本発明の第１実施例における介在物の状態
別の存在量を示す図、第６図は本発明の第２実施例を示
す図、第７図は本発明の予備試験により得られた温度と
溶存酸素の関係の図、第８図は本発明の予備試験により
得られたアークプロセスの条件と結果を示す図であり、
第８図（ａ）はＣａＯ−Ａ１２０３Ｓ１０２系（疑似三
元系）状態図中に　ａｓｌ。２と試験溶解でえられたス
ラグの実績成分をプロットした図、第８図（ｂ）は試験
溶解でえられたスラグの実績成分と溶鋼中の全酸素量と
の関係を示す図、第８図（ｃ）は試験溶解における攪拌
エネルギー密度とスラグ中の（ＳｉＯ２）還元反応速度
定数との関係を示す図、第９図は試験溶解での取鍋耐火
物の材質とビレット中の全酸素量との関係を示す図、第
１０図は試験溶解でのアークプロセス処理時間と溶鋼中
ＪＴｉｉのピックアップの関係を示す図、第１１図は攪
拌方法の違いによる介在物の減少作用の差を示す図てあ
って、第１１図（ａ）は粒径別の減少率の差を示し、第
１１図（ｂ）は攪拌エネルギー密度側の介在物除去速度
定数の差を示す図、第１２図は軸受鋼の改善の歴史を示
す説明図である。 １　・高炉、２・・・溶鉄予備処理設備、３−上底吹き
転炉、４・・・スラグ除去装置（機械式）、５・アーク
プロセス装置（上底吹き併用ｉ６−・、ＲＨ脱ガス装置
、７・・連続鋳造機、８・・加熱炉、９・・・分塊ミル
、１０・・ホットスカーファ−２１１・・・ビレットミ
ル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ヒートが２００トン以上の精錬炉で、Ｐが０．０１
   ０％以下の脱りん溶銑を用いて精錬し、吹錬終点でＣ：
   ０．８〜１．０％、Ｃｒ：１．３〜１．４％とし、次い
   で、アークプロセス処理で強攪拌して均質な溶鋼と十分
   平衡に達したスラグを形成し、 次いでＲＨ脱ガス処理をし、連続鋳造する軸受鋼の製造
   方法において、 （１）Ｎ吸収防止のためにＳｉ脱酸出鋼をし、出鋼時の
   スラグは除滓して、スラグ脱酸用のａ＿Ｓ＿ｉ＿Ｏ＿＿
   ＿２≦０．００１のスラグを生成すること、 （２）トランプエレメントは、Ｐ≦１００ｐｐｍ、Ｎ≦
   ５０ｐｐｍ、Ｔｉ≦２０ｐｐｍ、Ｃｕ≦０．０３％、Ｎ
   ｉ≦０．０３％、Ｖ≦０．０２％、Ｂ≦５ｐｐｍ、Ｎｂ
   ≦０．００５％、Ｃａ≦５ｐｐｍ、Ｈ≦１．５ｐｐｍお
   よびＳｎ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｃｏはおのおの≦
   ０．０１％の溶鋼となすこと、 （３）介在物の清浄化と形態制御として、連続鋳造開始
   時点の溶鋼成分で、Ｔ．Ｏ≦１０ｐｐｍ、Ｓ＝７０〜１
   ２０ｐｐｍＳｏｌ．Ａｌ≦０．０４０％、Ｓｉ＝０．１
   ５〜０．３０％Ｎ≦５０ｐｐｍ、Ｔｉ≦２０ｐｐｍであ
   ること、 （４）溶鋼温度の上限は、１６９０℃（転炉出鋼時）、
   １５７０℃（アークプロセス終了時）、１５２０℃（Ｒ
   Ｈ終了時）であること、 （５）Ｓの調整は、脱ガスで行うこと、 （６）取鍋の耐火物のＳｉＯ＿２含有量は１５％以下で
   あり、取鍋処理終了時のスラグ中の（ＳｉＯ＿２）含有
   量が８％以下であるスラグを載置したまま連続鋳造を行
   うこと、 （７）連続鋳造中においては、スタート時ＴＤ内雰囲気
   Ｏ＿２≦０．１％以下の無酸化鋳込みをし、垂直連鋳機
   で断面３５０×４５０以上の大型鋳型に鋳造し、鋳型内
   および凝固末期部分を電磁攪拌し、モールド内の溶鋼過
   熱度を１５〜２５℃とし、鋳造速度を０．４〜０．７ｍ
   ／分とすることを特徴とする高炭素クロム軸受鋼の製造
   方法。