JPH05331523A - 軸受鋼用溶鋼の精錬方法 - Google Patents

軸受鋼用溶鋼の精錬方法

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JPH05331523A
JPH05331523A JP14274692A JP14274692A JPH05331523A JP H05331523 A JPH05331523 A JP H05331523A JP 14274692 A JP14274692 A JP 14274692A JP 14274692 A JP14274692 A JP 14274692A JP H05331523 A JPH05331523 A JP H05331523A
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JP
Japan
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steel
refining
molten steel
bearing
concentration
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JP14274692A
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San Nakato
參 中戸
Seiji Nabeshima
誠司 鍋島
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 介在物が少なく転動疲労寿命の長い軸受用鋼
を精錬する技術を確立すること。 【構成】 C:0.80〜1.20wt%を含有する粗溶鋼を、ま
ず合成フラックス介在下の真空精錬装置にて〔C〕によ
る予備脱酸を行ない、その後かかる予備脱酸溶鋼中にAl
を添加して脱酸すること。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低酸素溶鋼の精錬, と
くに介在物が少なく転動疲労寿命特性に優れた軸受鋼の
精錬方法に関しての提案である。
【0002】
【従来の技術】軸受鋼の転動疲労寿命は、図1に示すよ
うに、鋼中全〔O〕濃度が強く影響することが知られて
おり、さらにこの鋼中〔O〕濃度がたとえ低くても、20
μm以上の酸化物系(Al2O3系) 介在物があると寿命を著
しく低下することも既知である。一般に軸受鋼は、特開
昭62−294150号公報に開示されているように、精錬容器
内の溶鋼に対し、この精錬容器の底部から不活性ガスを
供給して溶鋼を撹拌しつつ精錬用フラックスを供給する
と共に、必要に応じて上部から酸化性のガスを吹付けて
酸化精錬を行い、次いでスラグを除去してからガス撹拌
を行いつつ塩基性スラグ存在下で電極加熱により溶鋼の
温度を調整しつつ還元精錬を行い、その後、真空脱ガス
処理を施すという精錬方法によって製造されている。こ
のような既知精錬方法では、鋼中〔O〕濃度が比較的高
い還元精錬の初期に、Alを添加して脱酸を行なうので、
精錬後の溶鋼中に20μm以上の Al2O3系介在物が残り易
い。このように、鋼中に20μm以上の Al2O3系介在物が
製品軸受に残留すると、この鋼の転動疲労寿命は著しく
低下する。
【0003】また、鋼中〔O〕濃度を下げて高級軸受用
鋼を精錬する方法としては、特開平1−252722号公報に
開示されている、RH法による高級軸受鋼の処理方法が
ある。この特開平1−252722号公報に開示は、取鍋ライ
ニング材を特定し、昇熱用酸素吹込み量の制限、昇熱剤
負荷後の還流時間の調整、RH処理前の取鍋への合成フ
ラックスの添加等の対策により、〔Al〕の酸化損失の減
少、鋼中全〔O〕量の減少を達成しようとする技術であ
る。しかしながら、この既知技術の場合、〔O〕濃度の
高い粗溶鋼の状態でAl添加を行って脱酸をするので、上
記従来技術と同じように、鋼中に、20μm以上のAl 2O3
系介在物が残留し易いという問題点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記各従来技術の説明
から判るように、軸受用鋼などの転動疲労寿命は、鋼中
の全〔O〕濃度に比例すると共に、さらに酸化物系介在
物の影響が大きいので、たとえ全〔O〕濃度が小さくと
も20μm以上の Al2O3系介在物があると、その寿命は著
しく短くなるのである。しかしながら、このことは、本
発明者らの研究によれば、脱酸方法, すなわち溶鋼中へ
のAlの添加方法に問題があるからであり、たとえば、鋼
中の全〔O〕濃度やスラグ中の(FeO)、(MnO)、
(SiO2)濃度が高い状態でAlを添加した場合に溶鋼中の
Al2O3 が多くなり、ひいては鋼中全〔O〕濃度も相対的
に高くすることになる。また、この場合には20μm以上
のAl2O3 も鋼中に多くなる。本発明の目的は、上記従来
技術が抱えている上述した問題点を克服して、介在物が
少なく転動疲労寿命の長い軸受用鋼を精錬する技術を確
立することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的の実現には、精
錬段階において、溶鋼の〔O〕レベルに応じて脱酸の方
法を切り換えることが有効であることを突き止め、本発
明方法に想到した。すなわち、本発明は、C:0.80〜1.
20wt%を含有する粗溶鋼を、まず、真空精錬装置にて
〔C〕による予備脱酸を行ない、その後かかる予備脱酸
溶鋼中にAlを添加して脱酸することを特徴とする軸受鋼
用溶鋼の精錬方法である。
【0006】なお、本発明精錬方法の実行によって得ら
れる軸受鋼の成分組成は、C:0.80〜1.20wt%、Si:0.
10〜0.60wt%、Mn:0.20〜0.80wt%、Cr:0.30〜2.0 wt
%、Mo:0.50wt%以下、Al:0.007 〜0.050 wt%、O:
10ppm 以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からな
ると共に、製品丸棒で調査する介在物のうち、粒子径が
20μm以上のAl2O3 系介在物の量が1ケ/100mm2未満の
鋼である。
【0007】
【作用】図2は、C:1.0 wt%, Si:0.25wt%、Mn:0.
40wt%、Cr:1.35wt%、Mo:0.02wt%の化学組成を有す
る軸受用鋼の〔C〕−〔O〕平衡を示す図である。
〔C〕=1.0 %の上記組成の溶鋼と平衡するフリー
〔O〕濃度は、Pco=760 torrでは約50ppm であるが、
Pco=10torrでは1ppm 以下である。従って、この図か
ら判るように、〔C〕による真空脱酸を行なった場合、
極めて低いフリー〔O〕濃度鋼が理論的には達成可能で
あり、このような低いフリー〔O〕濃度溶鋼にAlを添加
すれば、溶鋼中で生成するAl2O3 の粒子数が少なくな
り、かつ、粒子径が20μm以上となるような大型のAl2O
3 粒子の生成が著しく減少すると予想される。
【0008】なお、Al2O3 粒子径を20μm未満とするた
めのAl添加時のフリー〔O〕濃度および取鍋スラグ中の
(FeO+MnO)の濃度は、それぞれ20ppm 以下、1.0 wt
%以下に維持することが望ましい。その理由は、前者の
場合、フリー〔O〕濃度が20ppm を超えると、Al脱酸後
のAl2O3 粒子が増すので、その分20μm以上のAl2O3
増加しやすいためであり、一方後者の場合、取鍋スラグ
中の( FeO+MnO) 濃度が1.0 wt%を超えると、この
(FeO+MnO)が溶鋼中のAlと反応し、Al2O3 を生成す
るからである。
【0009】また、本発明者らの研究によると、Al2O3
の粒子径が20μm未満でかつその数が被検面積100 mm2
当たり 0.5ケ以下、より望ましくは 0.2ケ以下になる
と、従来の軸受鋼の転動疲労寿命は10倍以上に向上する
ことも判った。
【0010】
【実施例】溶銑予備処理を行った低〔P〕,低〔S〕濃
度の高炉溶銑を用い、転炉にて脱炭精錬を行った。この
精錬時、軸受鋼を製造するべく、転炉内および/または
出鋼後の取鍋内でSi, Mn, Crなどの合金を添加して成分
組成を調整した。この精錬に当たっては、取鍋内に流出
する転炉スラグの量を極力少なくし、精錬用取鍋内には
合成フラックスを添加した。出鋼量は200t, 出鋼温度は
1640℃であり、前記合成フラックスの添加量は2.5tであ
った。なお、この合成フラックスの組成は、CaO 80%−
CaF2 20 %のもの用いた。また、取鍋の耐火物はハイア
ルミナとした。
【0011】上記精錬で得た粗溶鋼を、還流式真空脱ガ
ス装置を用いて、真空脱ガス処理を行った。処理時の真
空度は2torr以下、処理時間は30min 、処理後の溶鋼温
度は1600℃であった。引き続いて、この溶鋼を電極加熱
式精錬炉 (LF装置)を用いて加熱しつつ取鍋の底部に
設置したポーラスプラグからArガスを吹き込み溶鋼を撹
拌した。処理時間は50min であった。このとき、溶融し
た取鍋スラグの上にAlのショットを添加し、スラグ中に
溶融したAlを溶鋼に徐々に拡散させ、所望の〔Al〕濃度
とした。なお、Al添加前のフリー〔O〕濃度は15ppm 以
下であった。なお、Alを添加する前の取鍋スラグの(Fe
O)と(MnO)の濃度は両者の合計で 0.6%以下、ま
た、(SiO2)の濃度は10%以下であった。
【0012】これに対して、比較例として、真空下での
〔O〕による脱酸ではなく、まず先に、LF装置を用い
て上記合成フラックスで精錬を行い、引き続いて還流式
真空脱ガス処理装置を用い、真空槽内溶鋼中にAlを添加
し、真空脱ガス処理を行った。この比較精錬時のAl添加
前のフリー〔O〕濃度は50〜100ppmであった。
【0013】得られた本発明適合例の鋼の成分組成
は、C=1.0 wt%, Si=0.27wt%, Mn=0.40wt%, Cr=
1.35wt%, Al=0.022 wt%, P=0.015 wt%, S=0.00
3 wt%, 〔O〕=5ppm を示すものが得られた。 比較例の鋼の成分組成は、C=1.0 wt%, Si=0.25wt
%, Mn=0.38wt%, Cr=1.37wt%, Al=0.020 wt%, P
=0.018 wt%, S=0.003 wt%, 〔O〕=5ppmとほぼ
同じ組成であった。
【0014】次に、上記各溶鋼を連続鋳造して400 mm×
560 mmのブルーム鋳片とし、直ちに圧延して 150mm× 1
50mmのビレットとし、さらに圧延して直径60mmの丸棒を
得た。丸棒の全〔O〕濃度はいずれも5ppm 以下であっ
た。20μm以上の大型介在物を丸棒の断面で顕微鏡にて
調べたが、被検面積100mm2当たりに換算して、実施例で
は 0.2個以下と著しく少なかったが、比較例では、1 〜
3 個と多かった。次いで、これらの鋼のサンプルについ
て、転動疲労寿命をスラスト型転動疲労試験機で調べ
た。その結果、実施例は比較例の10倍以上の転動疲労寿
命が得られた。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Al
2O3 系介在物含有量の極めて少ない低酸素含有溶鋼を容
易に精製できるので、転動疲労寿命特性に優れた軸受用
鋼を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】鋼中全〔O〕量に及ぼす転動疲労寿命に及ぼす
影響を示すグラフである。
【図2】軸受用鋼の〔O〕−〔C〕平衡の説明図であ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C:0.80〜1.20wt%を含有する粗溶鋼
    を、まず、真空精錬装置にて〔C〕による予備脱酸を行
    ない、その後かかる予備脱酸溶鋼中にAlを添加して脱酸
    することを特徴とする軸受鋼用溶鋼の精錬方法。
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