Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブおよびその製造方法
【課題】非延伸性非金属介在物の個数が低減された表面性状に優れるＦｅ−Ｎｉ合金スラブとその製造方法を提案する。
【解決手段】Ｎｉ：３０〜４５ｍａｓｓ％を含有し、好ましくはさらに、Ｓｉ：０．００１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．１〜０．７ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．０００１〜０．００５ｍａｓｓ％、Ｃａ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．０００５〜０．００７ｍａｓｓ％を含有するＦｅ−Ｎｉ合金スラブに、１１００〜１３７５℃の温度で、Ｎｉの拡散距離ＤＮｉが３９μｍ以上となる均質化熱処理を施して、スラブ内のＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成からなる非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数をスラブ内の全介在物個数の２０％以下に低減する。
【解決手段】Ｎｉ：３０〜４５ｍａｓｓ％を含有し、好ましくはさらに、Ｓｉ：０．００１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．１〜０．７ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．０００１〜０．００５ｍａｓｓ％、Ｃａ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．０００５〜０．００７ｍａｓｓ％を含有するＦｅ−Ｎｉ合金スラブに、１１００〜１３７５℃の温度で、Ｎｉの拡散距離ＤＮｉが３９μｍ以上となる均質化熱処理を施して、スラブ内のＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成からなる非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数をスラブ内の全介在物個数の２０％以下に低減する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャドウマスクやリードフレーム、バイメタル用低熱膨張材等の素材として用いられるＦｅ−Ｎｉ合金スラブとそのスラブの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｆｅ−Ｎｉ合金は、その有する熱膨張係数が小さいという特性を活かして、シャドウマスクやリードフレーム、バイメタル用低熱膨張材などとして広く用いられている。上記用途に用いられるＦｅ−Ｎｉ合金は、素材スラブを熱間圧延して板厚が２〜６ｍｍの熱延板にした後、各用途の要求寸法に応じて０．１〜１ｍｍの板厚に冷間圧延し、冷延製品板としている。
【０００３】
その後、そのＦｅ−Ｎｉ冷延板は、例えば、シャドウマスク用途では微細なエッチング加工を、また、リードフレーム用途では、微細な打抜き加工を施して、最終製品としている。しかし、上記のような微細加工が施されるＦｅ−Ｎｉ合金では、微量のＡｌ添加によって生成するＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３のスピネル系介在物やＡｌ２Ｏ３系介在物、あるいは、Ａｌ２Ｏ３を全く含まないＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２のシリケート系介在物の存在が大きな問題となっていた。というのは、これらの介在物は、融点が高くて延伸性に乏しいことから、圧延されても微細化されずに冷延後の鋼板表面に現れて線状欠陥となる。また、表面に現れずに内包されている場合でも、エッチング時にエッチング孔の形状不良を引き起こしたり、打抜き加工の際の断面形状を不均質化したりする。
【０００４】
そこで、これらの問題を解決するため、非延伸性の非金属介在物の生成を防止する技術が幾つか提案されている。例えば、特許文献１には、鋼材中の非金属介在物組成の制御に熱力学的な取扱い手法を取り入れ、Ａｌ２Ｏ３（コランダム構造）、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３（スピネル構造）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（オリビン構造）からなる硬質結晶相を有する有害介在物の抑制のための厳密な基準を与えて、鋼材の品質安定を図る技術が開示されている。また、特許文献２には、Ｎｉを３０〜５０重量％含有するＦｅ−Ｎｉ合金中の介在物を低融点化し、軟質化することで、圧延時において介在物起因の表面疵が発生するのを防止する技術を開示している。また、特許文献３には、熱延板中の非金属介在物を、ＪＩＳ Ｇ０５５５に規定されたＡ系あるいはＢ系に制御することで、延伸性に乏しい大型の非金属介在物を低減したシャドウマスク用Ｆｅ−Ｎｉ合金板の製造技術を開示している。
【０００５】
しかしながら、スピネルの生成量は、溶鋼中の酸素ポテンシャルが低いほど減少するため、スピネルの生成を抑制するには、溶鋼中の酸素量を高めに制御するのが好ましい。しかし、溶鋼中の酸素量を高くすると、逆に、シリケート系の介在物が多くなり、その結果として、溶鋼中の介在物の個数は却って増加してしまう。また、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル介在物の生成を防止するには、精練上、精緻な操業が必要となる。さらに、上記従来技術では、精練の時点で一度、非延伸性の介在物が生成されると、その非延伸性の介在物を低減したり、あるいは変質して無害化したりすることは不可能であったため、表面欠陥や内部欠陥の発生を回避することは困難であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、延伸性に欠ける非金属介在物を多く含むＦｅ−Ｎｉ合金スラブをそのまま熱間圧延し、冷間圧延しても、介在物は分断・微細化されずに、表面欠陥や内部欠陥を引き起こす原因となる。したがって、熱間圧延を行う前のＦｅ−Ｎｉ合金スラブは、非延伸性の非金属介在物が少ないほど好ましい。そこで、もし仮に製造されたＦｅ−Ｎｉ合金スラブが、非延伸性の非金属介在物を含んでいても、その非延伸性介在物を改質し、無害化することができれば、表面品質の向上や歩留り向上にとって極めて好ましいことである。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、製鋼でのスラブ製造条件に左右されることなく、非延伸性の介在物を含む非金属介在物の個数割合が低くて、表面品質に優れる冷延製品板を得ることができるＦｅ−Ｎｉ合金スラブと、そのスラブを安定して製造する方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブに存在し、冷延板の表面欠陥の原因となるだけでなく、シャドウマスク用途ではエッチング不良を、またリードフレーム用途では打抜き断面の不均質化をもたらす非延伸性の非金属介在物の個数割合を低減するため、製鋼段階での製造条件に限定することなく、特に、スラブの均質化熱処理条件をも含めて検討を重ねた。その結果、非金属介在物は、均質化熱処理を適正条件で施すことで変質することでき、したがって、非延伸性の介在物を含む非金属介在物の個数を低減し得ることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明は、Ｓｉ：０．００１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．１〜０．７ｍａｓｓ％、Ｎｉ：３０〜４５ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．０００１〜０．００５ｍａｓｓ％、Ｃａ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．０００５〜０．００７ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成からなる非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数が、スラブ内の全介在物個数の２０％以下であるＦｅ−Ｎｉ合金スラブである。
【００１０】
本発明の上記Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブ内の非金属介在物は、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、その平均組成はＭｎＯ：２０〜４０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：４５〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１５ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜１０ｍａｓｓ％で、かつそれら各酸化物の組成の総和が１００ｍａｓｓ％であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、Ｎｉ：３０〜４５ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するＦｅ−Ｎｉ合金スラブの製造方法において、上記Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブに、１１００〜１３７５℃の温度で、下記式；
ＤＮｉ＝（Ｄ・ｔ）１／２ （μｍ）
ここで、Ｄ：拡散係数（＝Ｄ０×ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ））
Ｄ０：振動数項（＝１．６３×１０８（μｍ２・ｓ−１））
Ｑ：γ−Ｆｅ中におけるＮｉ拡散の活性化エネルギー（＝２．７９×１０５（Ｊ・ｍｏｌ−１））
Ｒ：気体定数（＝８．３１（Ｊ・ｍｏｌ−１・Ｋ−１））
Ｔ：温度（Ｋ）
ｔ：焼鈍時間（ｓ）
で得られるＮｉの拡散距離ＤＮｉが３９μｍ以上となる均質化熱処理を施して、スラブ内のＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成からなる非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数をスラブ内の全介在物個数の２０％以下に低減することを特徴とするＦｅ−Ｎｉ合金スラブの製造方法を提案する。
【００１２】
本発明の製造方法における上記Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブは、上記Ｎｉに加えてさらに、Ｓｉ：０．００１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．１〜０．７ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．０００１〜０．００５ｍａｓｓ％、Ｃａ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．０００５〜０．００７ｍａｓｓ％を含有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の製造方法における上記Ｆｅ−Ｎｉスラブの均質化熱処理後の非金属介在物は、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、その平均組成はＭｎＯ：２０〜４０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：４５〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１５ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜１０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜１０ｍａｓｓ％で、かつそれら各酸化物の組成の総和が１００ｍａｓｓ％であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の製造方法における上記Ｆｅ−Ｎｉスラブの均質化熱処理前の非金属介在物は、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、その平均組成はＭｎＯ：０．５〜２０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：１０〜４５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：２０〜６０ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜２０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：５〜３０ｍａｓｓ％で、かつそれら各酸化物の組成の総和が１００ｍａｓｓ％であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の製造方法における上記Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブは、Ｎｉを３０〜４５ｍａｓｓ％含有する合金溶湯に、ＡＯＤ処理、ＶＯＤ処理およびＡＯＤ−ＶＯＤ処理のうちのいずれかの処理を施してＳｉ脱酸およびＭｎ脱酸後、ＣａＯ／ＳｉＯ２：１〜６、Ａｌ２Ｏ３：０．５〜１０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：２〜２０ｍａｓｓ％、Ｆ：１〜１５ｍａｓｓ％からなるＣａＯ−ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｆ系スラグを用いて溶製したものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、非延伸性の介在物を含む非金属介在物の個数割合が低く、かつ、表面性状に優れる冷延製品板を製造することができるＦｅ−Ｎｉ合金スラブを提供することができる。したがって、本発明のＦｅ−Ｎｉ合金スラブを用いることにより、表面品質のみならず、内部品質にも優れたシャドウマスクやリードフレームを安定して、かつ、安価に製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係るＦｅ−Ｎｉ合金スラブの成分組成について説明する。
Ｎｉ：３０〜４５ｍａｓｓ％
Ｎｉは、Ｆｅ合金の熱膨張特性に大きく影響を及ぼす元素であることが知られており、例えば、Ｎｉ含有量が３６ｍａｓｓ％近傍においては、室温での熱膨張係数が極小値（〜１×１０−６／℃）を示す。そこで、Ｆｅ−Ｎｉ合金は、この低熱膨張特性を活かして、シャドウマスクやバイメタルなどの熱膨張を嫌う用途に多く用いられている。また、Ｎｉが４２ｍａｓｓ％近傍では、ガラスやセラミックスの熱膨張係数（〜４×１０−６／℃）に近い値となることから、ガラス封着剤やリードフレーム材としても用いられている。このような要求特性を満たす必要性から、本発明のＦｅ−Ｎｉ合金は、Ｎｉの含有量を３０〜４５ｍａｓｓ％の範囲とする。
【００１８】
本発明のＦｅ−Ｎｉ合金スラブは、上記Ｎｉ以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物であるが、以下の成分を含有するのが好ましい。
Ｓｉ：０．００１〜０．２ｍａｓｓ％
Ｓｉは、溶鋼の脱酸に必要な元素であると共に、非金属介在物をＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御するのに必要な元素である。Ｓｉが０．００１ｍａｓｓ％未満では脱酸不足となり、また、介在物をＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御できなくなって、均質化熱処理後の非延伸性の介在物を含む非金属介在物の個数割合を全介在物個数の２０％以下に低減することが難しくなる。一方、０．２ｍａｓｓ％を超えて添加すると、熱膨張率が大きくなって要求特性に応えられなくなる。よって、本発明のスラブでは、Ｓｉの含有量を０．００１〜０．２ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、０．０１〜０．１９ｍａｓｓ％の範囲である。
なお、Ｓｉ添加に用いるＳｉ源としては、不純物元素の混入防止および製造原価低減の観点から、金属ＳｉやＦｅＳｉ合金を用いるのが好ましい。
【００１９】
Ｍｎ：０．１〜０．７ｍａｓｓ％
Ｍｎは、非金属介在物の組成を制御するのに必要な元素であり、０．１ｍａｓｓ％未満ではＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御することができなくなる。一方、Ｍｎは、熱膨張率を高める元素でもあり、０．７ｍａｓｓ％を超えると熱膨張率が大きくなり過ぎて、要求特性を満たすことができなくなる。そこで、本発明では、Ｍｎの含有量を０．１〜０．７ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは０．０１〜０．４ｍａｓｓ％の範囲である。
なお、Ｍｎ添加に用いるＭｎ源としては、不純物元素の混入防止および製造原価低減の観点から、金属ＭｎやＳｉＭｎを用いるのが好ましい。
【００２０】
Ａｌ：０．０００１〜０．００５ｍａｓｓ％
Ａｌは、非金属介在物の組成をＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御するために必要な元素であり、０．０００１ｍａｓｓ％未満では、均質化熱処理後に生成するＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２系シリケート組成の非延伸性介在物の個数割合を２０％以下に制御できなくなる。一方、過剰に添加すると、硬質で延伸性に乏しいスピネル系介在物を生成し、表面疵の原因ともなる。特に、０．００５ｍａｓｓ％を超えると、均質化熱処理前および熱処理後の介在物をＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御できなくなる。そこで、本発明では、Ａｌを０．０００１〜０．００５ｍａｓｓ％の範囲で含有させるのが好ましい。より好ましくは０．０００５〜０．００３ｍａｓｓ％の範囲である。
なお、Ａｌの含有量の制御に用いるＡｌ源としては、金属Ａｌを用いてもよいが、介在物組成制御の観点から、好ましくは、Ａｌを０．１〜２ｍａｓｓ％含有するＦｅＳｉ合金を用いるのが好ましい。
【００２１】
Ｃａ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％
Ｃａは、非金属介在物をＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御するために必要な元素であり、０．００００５ｍａｓｓ％以上含有させるのが好ましい。しかし、Ｃａは、０．００１ｍａｓｓ％を超えて添加すると、介在物中のＣａＯ濃度を上昇させて、耐食性、エッチング加工性に悪影響を与える。よって、本発明では、Ｃａの含有量は０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、０．００００５〜０．０００９ｍａｓｓ％の範囲である。
なお、Ｃａの含有量の制御に用いるＣａ源としては、Ｃａ歩留まり安定化の観点から、Ｃａを０．１〜２ｍａｓｓ％含有するＦｅＳｉ合金を用いるのが好ましい。
【００２２】
Ｍｇ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％
Ｍｇは、非金属介在物をＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御するために必要な元素であり、０．００００５ｍａｓｓ％以上含有させることが好ましい。しかし、必要以上に添加すると、延伸性に乏しく硬質なスピネル系介在物を生成して表面疵の発生原因ともなる。また、Ｃａ含有量が０．００１ｍａｓｓ％を超えると、均質化熱処理後に生成されるＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成を有する非延伸性介在物の個数割合を２０％以下に制御できなくなる。よって、本発明では、Ｍｇの含有量を０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、０．００００５〜０．０００９ｍａｓｓ％の範囲である。
【００２３】
ここで、Ｍｇ含有量の上記範囲への制御は、金属Ｍｇの添加による方法ではなく、Ｓｉがスラグ中のＭｇＯを還元する下記の反応を用いて行うのが好ましい。
Ｓｉ＋２（ＭｇＯ）＝（ＳｉＯ２）＋２Ｍｇ
ここで、括弧内はスラグ中の成分を、下線部は溶鋼中の成分を示す。
なお、スラグ中のＭｇＯを還元する上記反応は、Ｓｉ濃度を上述した本発明の範囲に制御することで達成でき、これにより、適量のＭｇを溶鋼中に供給することができる。
【００２４】
Ｃｒ：０．１ｍａｓｓ％以下
Ｃｒは、熱膨張率を上げる元素であり、できるだけ低減するのが望ましい。このような観点から、Ｃｒの含有量は０．１ｍａｓｓ％以下とする。より好ましくは、０．０９ｍａｓｓ％以下である。
【００２５】
Ｏ：０．０００５〜０．００７ｍａｓｓ％
Ｆｅ−Ｎｉ合金中に存在するＯには、合金中に固溶した状態で存在する酸素と、酸化物からなる非金属介在物として存在する酸素とがあり、通常、この両者の和を酸素含有量としている。本発明でも、両者の和を酸素含有量と規定し、その範囲を０．０００５〜０．００７ｍａｓｓ％に制限する。Ｏの含有量が０．０００５ｍａｓｓ％よりも低いと、溶鋼中のＭｇ含有量が０．００１ｍａｓｓ％を超えて高くなり、Ｆｅ−Ｎｉ合金中の非金属介在物は、硬質のＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネルが主体となる。そのため、均質化熱処理前のＦｅ−Ｎｉ合金スラブ中の非金属介在物をＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御できなくなる。一方、Ｏの含有量が０．００７ｍａｓｓ％を超えると、脱酸不足となり、均質化熱処理前および熱処理後の非金属介在物をＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御できなくなる。そこで、本発明では、Ｏの含有量を０．０００５〜０．００７ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは０．００１〜０．００５ｍａｓｓ％の範囲である。
なお、酸素含有量を上記範囲に制御するには、脱酸剤であるＳｉおよびＭｎの含有量を、上述した本発明の範囲に制御することで達成できる。上記Ｓｉ，Ｍｎ含有量の制御に加えてさらに、スラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２：スラグ中のＣａＯとＳｉＯ２のｍａｓｓ％比）を１〜６の範囲に制御するのがより好ましい。
【００２６】
次に、本発明のＦｅ−Ｎｉ合金スラブに含まれる非金属介在物について説明する。
均質化熱処理前の非金属介在物
均質化熱処理前のＦｅ−Ｎｉ合金スラブに含まれる非金属介在物は、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、かつ、その平均組成は、ＭｎＯ：５〜２０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：１０〜４５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：２０〜６０ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜２０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：５〜３０ｍａｓｓ％で、かつそれら各酸化物の組成の総和が１００ｍａｓｓ％であるのが好ましい。
以下、その限定理由について説明する。
【００２７】
ＭｎＯ：０．５〜２０ｍａｓｓ％
均質化熱処理前の介在物中のＭｎＯは、０．５〜２０ｍａｓｓ％の範囲であるのが好ましい。ＭｎＯが０．５ｍａｓｓ％未満あるいは２０ｍａｓｓ％を超えると、均質化熱処理後の非金属介在物中のＭｎＯを平均組成で２０〜４０ｍａｓｓ％の範囲に制御できなくなる。また、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合を２０％以下まで低減することができないからである。
【００２８】
ＳｉＯ２：１０〜４５ｍａｓｓ％
均質化熱処理前の介在物中のＳｉＯ２は、１０〜４５ｍａｓｓ％の範囲であるのが好ましい。ＳｉＯ２が１０ｍａｓｓ％未満では、均質化熱処理後のＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合を２０％以下まで低減できない。一方、４５ｍａｓｓ％を超えると、均質化熱処理後のＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合を２０％以下まで低減することができない。さらに、ＳｉＯ２が１０ｍａｓｓ％未満あるいは４５ｍａｓｓ％を超えると、均質化熱処理後の非金属介在物中のＳｉＯ２を平均組成で４５〜５５ｍａｓｓ％の範囲に制御することができないからである。
【００２９】
Ａｌ２Ｏ３：２０〜６０ｍａｓｓ％
均質化熱処理前の介在物中のＡｌ２Ｏ３は、２０〜６０ｍａｓｓ％の範囲であるのが好ましい。Ａｌ２Ｏ３が２０ｍａｓｓ％未満では、均質化熱処理後のＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合を２０％以下まで低減できない。一方、６０ｍａｓｓ％を超えると、均質化熱処理後のＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合を２０％以下まで低減することができない。また、Ａｌ２Ｏ３が２０ｍａｓｓ％未満あるいは６０ｍａｓｓ％を超えると、均質化熱処理後の非金属介在物中のＡｌ２Ｏ３を、平均組成で５〜１５ｍａｓｓ％の範囲に制御することができないからである。
【００３０】
ＣａＯ：１〜２０ｍａｓｓ％
均質化熱処理前の介在物中のＣａＯは、平均組成で１〜２０ｍａｓｓ％の範囲であるのが好ましい。ＣａＯが１ｍａｓｓ％未満あるいは２０ｍａｓｓ％を超えると、均質化熱処理後の非金属介在物中のＣａＯを平均組成で１〜１０ｍａｓｓ％の範囲に制御することができないからである。
【００３１】
ＭｇＯ：５〜３０ｍａｓｓ％
均質化熱処理前の介在物中のＭｇＯは、平均組成で５〜３０ｍａｓｓ％の範囲であるのが好ましい。ＭｇＯが５ｍａｓｓ％未満あるいは３０ｍａｓｓ％を超えると、均質化熱処理後のＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合を２０％以下に低減できない。また、均質化熱処理後の非金属介在物中のＭｇＯを平均組成で１〜１０ｍａｓｓ％の範囲に制御することができないからである。
【００３２】
なお、均質化熱処理前の介在物中のＭｎＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯおよびＭｇＯの平均組成をそれぞれ上記範囲に制御するには、溶鋼中のＭｎ，Ｓｉ，Ａｌ，ＣａおよびＭｇの組成を、それぞれ本発明が規定する範囲内に制御すればよい。
【００３３】
均質化熱処理前の非金属介在物における非延伸性介在物を含む個数割合
均質化熱処理前のＦｅ−Ｎｉスラブに含まれる非金属介在物は、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、かつ、その平均組成がＭｎＯ：５〜２０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：１０〜４５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：２０〜６０ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜２０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：５〜３０ｍａｓｓ％からなるものであればよく、たとえ、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合が１００％であったとしても、後述する均質化熱処理を施すことで、非延伸性の介在物を、延伸性のある介在物に変質させて無害化することができる。
【００３４】
ここで、本発明において、非金属介在物のうちのＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合とは、スラブ中に存在する大きさが３〜１００μｍの非金属介在物をランダムに抽出してＥＤＳ分析を行ったときに、個々の非金属介在物中に、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネルおよび／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケートからなる結晶相が晶出している非金属介在物の個数を、測定した介在物の全個数に対する割合として規定したものである。なお、上記測定する介在物個数は多いほどよく、７個以上が好ましい。より好ましくは、１０個以上、さらに好ましくは２０個以上である。
【００３５】
均質化熱処理後の非金属介在物の平均組成
次に、均質化熱処理後のＦｅ−Ｎｉ合金スラブに含まれる非金属介在物は、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、かつ、その平均組成は、ＭｎＯ：２０〜４０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：４５〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１５ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜１０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜１０ｍａｓｓ％で、かつそれら各酸化物の組成の総和が１００ｍａｓｓ％であるのが好ましい。
以下、その限定理由について説明する。
【００３６】
ＭｎＯ：２０〜４０ｍａｓｓ％
均質化熱処理後の介在物中のＭｎＯは、２０〜４０ｍａｓｓ％の範囲であるのが好ましい。ＭｎＯが２０ｍａｓｓ％未満あるいは４０ｍａｓｓ％を超えると、介在物の融点が上昇し、延伸性に欠ける非金属介在物となるため、最終製品板において、介在物起因の欠陥が顕著に発生するようになる。よって、ＭｎＯの含有量は２０〜４０ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。
【００３７】
ＳｉＯ２：４５〜５５ｍａｓｓ％
均質化熱処理後の介在物中のＳｉＯ２は、４５〜５５ｍａｓｓ％の範囲であるのが好ましい。ＳｉＯ２が４５ｍａｓｓ％未満あるいは５５ｍａｓｓ％を超えると、介在物の融点が上昇し、延伸性に欠ける非金属介在物となるため、最終製品板において、介在物起因の欠陥が顕著に発生するようになる。よって、ＳｉＯ２の含有量は４５〜５５ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。
【００３８】
Ａｌ２Ｏ３：５〜１５ｍａｓｓ％
均質化熱処理後の介在物中のＡｌ２Ｏ３は、５〜１５ｍａｓｓ％の範囲であるのが好ましい。Ａｌ２Ｏ３が５ｍａｓｓ％未満あるいは１５ｍａｓｓ％を超えると、介在物の融点が上昇し、延伸性に欠けた非金属介在物となり、最終製品板において介在物起因の欠陥をもたらす。また、Ａｌ２Ｏ３が５ｍａｓｓ％未満では、均質化熱処理後のＦｅ−Ｎｉ合金スラブに含まれるＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合を２０％以下まで低減できない。よって、Ａｌ２Ｏ３の含有量は５〜１５ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。
【００３９】
ＣａＯ：１〜１０ｍａｓｓ％
均質化熱処理後の介在物中のＣａＯは、１〜１０ｍａｓｓ％の範囲であるのが好ましい。ＣａＯが１ｍａｓｓ％未満あるいは１０ｍａｓｓ％を超えると、介在物の融点が上昇し、延伸性に欠けた非金属介在物となるため、最終製品において介在物起因の欠陥をもたらす。よって、ＣａＯの含有量は１〜１０ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。
【００４０】
ＭｇＯ：１〜１０ｍａｓｓ％
均質化熱処理後の介在物中のＭｇＯは、１〜１０ｍａｓｓ％の範囲であるのが好ましい。ＭｇＯが１ｍａｓｓ％未満あるいは１０ｍａｓｓ％を超えると、介在物の融点が上昇し、延伸性に欠けた非金属介在物となるため、最終製品において介在物起因の欠陥をもたらす。また、ＭｇＯが１０ｍａｓｓ％を超えると、均質化熱処理後のＦｅ−Ｎｉ合金スラブに含まれるＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合を２０％以下まで低減できない。よって、ＭｇＯの含有量は１〜１０ｍａｓｓ％の範囲が好ましい。
【００４１】
なお、均質化熱処理後の介在物組成をＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系の介在物とし、かつ、その平均組成を上記範囲に制御するには、溶鋼中におけるそれぞれの成分の組成を、本発明の範囲に制御した上で、さらに、以下の説明する均質化熱処理条件を満たすことで達成することができる。
【００４２】
均質化熱処理後に非延伸性非金属介在物を含む非金属介在物の個数割合：２０％以下
さらに、均質化熱処理後のＦｅ−Ｎｉ合金スラブに含まれる非金属介在物は、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合が２０％であることが必要である。上記個数割合が２０％を超えると、最終製品において、非延伸性の非金属介在物に起因する欠陥の発生が顕著となる。上記個数割合は、好ましくは１０％以下、さらに好ましくは０％である。
なお、上記個数割合の定義は、均質化熱処理前の非金属介在物の個数割合と同じ、ＥＤＳで分析を行った個数に対する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合である。
【００４３】
次に、本発明の特徴である、非金属介在物中に含まれる非延伸性介在物の個数割合を低減させるための均質化熱処理について説明する。
Ｎｉの拡散距離：ＤＮｉ≧３９μｍ
連続鋳造等で製造されたＦｅ−Ｎｉ合金スラブに、下記式；
ＤＮｉ＝（Ｄ・ｔ）１／２ （μｍ）
ここで、Ｄ：拡散係数（＝Ｄ０×ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ））
Ｄ０：振動数項（＝１．６３×１０８（ｍ２・ｓ−１））
Ｑ：γ−Ｆｅ中におけるＮｉ拡散の活性化エネルギー（＝２．７９×１０５（Ｊ・ｍｏｌ−１））
Ｒ：気体定数（＝８．３１（Ｊ・ｍｏｌ−１・Ｋ−１））
Ｔ：温度（Ｋ）
ｔ：焼鈍時間（ｓ）
定義されるＮｉの拡散距離ＤＮｉが３９μｍ以上となる均質化熱処理を施すことによって、介在物を変質させて、非金属介在物中に含まれる非延伸性の介在物の個数割合を低減させることができる。すなわち、ＤＮｉが３９μｍ未満の均質化熱処理では、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性の介在物を含む非金属介在物の個数を、全介在物個数の２０％以下に低減することができない。
【００４４】
次に、上記ＤＮｉ≧３９μｍとするための均質化熱処理温度、時間について説明する。
均熱温度：１１００〜１３７５℃
本発明において、非延伸性の非金属介在物の個数割合を低減させるために、熱間圧延する前のＦｅ−Ｎｉ合金スラブに施す均質化熱処理は、均熱温度が１１００〜１３７５℃の範囲のものであるのが好ましい。均熱温度が１１００℃未満では、非金属介在物のうちのＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合を２０％以下に低減させるのに必要なＤＮｉ：３９μｍ以上を実現するのに要する時間が長時間となり、工業的に製造することは難しい。一方、均熱温度が１３７５℃を超えると、スラブが熱で変形して圧延を行うことができなくなる。よって、均熱温度は１１００〜１３７５℃の範囲とする。因みに、ＤＮｉ＝３９μｍを達成するために所要時間は、１１００℃で１０８時間、１３７５℃で２時間である。
【００４５】
次に、本発明におけるＦｅ−Ｎｉ合金スラブの製造方法について説明する。
高清浄度のＦｅ−Ｎｉ合金スラブを製造するには、Ｆｅ−Ｎｉ合金の溶製は、溶解を電気炉で行い、その後、ＡＯＤ炉、ＶＯＤ炉あるいはＡＯＤ炉−ＶＯＤ炉のいずれかでＳｉおよびＭｎを添加して脱酸処理後、Ｎｉを３０〜４５ｍａｓｓ％含有する所定の成分組成を有する溶湯に成分調整するのが好ましい。そのときに用いるスラグは、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）：１〜６、Ａｌ２Ｏ３：２〜１０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：２〜２０ｍａｓｓ％、Ｆ：２〜１０ｍａｓｓ％のＣａＯ−ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｆ系スラグを用いるのが好ましい。その後、その合金溶湯を、鋳型に鋳造して造塊後、分塊圧延（あるいは鍛造）するか、あるいは、連続鋳造機で連続鋳造して、厚さが１００〜２００ｍｍのスラブとするのが好ましい。上記のようにして得たスラブは、その後、加熱炉でＮｉの拡散距離ＤＮｉが３９μｍ以上となる均質化熱処理を施すことで、非金属介在物中に含まれる非延伸性の介在物の個数割合が低減されたＦｅ−Ｎｉ合金スラブが得られる。なお、スラブを造塊法で製造する場合には、分塊圧延あるいは鍛造前の鋼塊加熱の段階で、上記均質化熱処理を施してもよい。
【００４６】
次に、上記Ｆｅ−Ｎｉ合金の溶製において用いるスラグについて説明する。
ＣａＯ／ＳｉＯ２：１〜６
ＡＯＤ炉およびＶＯＤ炉で用いるスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）を制御することは、溶鋼成分および非金属介在物の成分系を調整するのに有効な手段である。この（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が１未満では、ＳｉＯ２の活量が大きくて脱酸が不十分となり、一方、６を超えると、ＳｉＯ２の活量が著しく小さくなり、溶鋼中の酸素ポテンシャルが低くなり過ぎて、スラグから還元されるＡｌ，Ｃａ，Ｍｇが増えるため、溶鋼成分を本発明の範囲に制御することができなくなる。また、非金属介在物の成分も、（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が１未満では脱酸不足のため、一方、６を超えると酸素ポテンシャルの著しい低下によりＡｌ，Ｃａ，Ｍｇの酸化物成分に富んだ介在物となるため、本発明の均質化熱処理前の介在物組成に制御することができなくなる。よって、本発明においては、スラグ成分は塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）を１〜６の範囲に制限するのが好ましい。
【００４７】
Ａｌ２Ｏ３：０．５〜１０ｍａｓｓ％
スラグ中に含まれるＡｌ２Ｏ３は、均質化熱処理前および熱処理後の非金属介在物を、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御するのに有用な成分ある。しかし、Ａｌ２Ｏ３が０．５ｍａｓｓ％未満あるいは１０ｍａｓｓ％を超えると、介在物中のＡｌ２Ｏ３を２０〜６０ｍａｓｓ％の範囲に制御できなくなる。また、１０ｍａｓｓ％を超えるとアルミナ介在物が生成し、これはクラスター化しやすいため、表面疵の原因ともなる。従って、スラグ中のＡｌ２Ｏ３は０．５〜１０ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。
【００４８】
ＭｇＯ：２〜２０ｍａｓｓ％
スラグ中のＭｇＯは、均質化熱処理前および熱処理後の非金属介在物を、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御するのに有用な成分あり、ＭｇＯが２ｍａｓｓ％未満あるいは２０ｍａｓｓ％を超えると、介在物中のＭｇＯを５〜３０ｍａｓｓ％の範囲に制御できなくなる。よって、スラグ中のＭｇＯは２〜２０ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。
【００４９】
Ｆ：１〜１５ｍａｓｓ％
スラグ中のＦは、スラグの滓化および流動性を確保するために有効な成分であり、１〜１５ｍａｓｓ％の範囲で含有していることが好ましい。Ｆが１ｍａｓｓ％未満では、スラグの滓化がなされないため、溶鋼との反応が不十分となり、本発明に係る溶鋼成分とすることができなくなる。一方、Ｆが１５ｍａｓｓ％を超えると、スラグの粘性が著しく低下し、抜熱量の増大による安定操業が困難となる。
【実施例】
【００５０】
スクラップやＮｉなどのＦｅ−Ｎｉ合金の原料を６０ｔｏｎ電気炉で溶解し、次いで、ＡＯＤ処理、ＶＯＤ処理およびＡＯＤ→ＶＯＤ処理のいずれかの処理により脱炭、脱燐、脱クロム等を伴う酸化精錬を行い、表１のＮｏ．１〜１６に示す成分組成を有するＦｅ−Ｎｉ合金を溶製した。なお、上記ＡＯＤ処理あるいはＶＯＤ処理においては、酸化期のスラグを除去したのち、石灰石、螢石および珪砂のうちの１種または２種以上をフラックスとして添加し、スラグ成分を表１に示した塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯに調整したのち、Ｓｉ合金鉄を添加して溶鋼を脱酸した後、取鍋精錬装置で表１の成分組成となるよう溶鋼の微量成分の調整および温度調整を行った。
【００５１】
上記のようにして溶製したＦｅ−Ｎｉ合金は、その後、連続鋳造してスラブとし、表１に示した温度、時間の条件で、均質化熱処理を施した。なお、上記Ｆｅ−Ｎｉ合金の一部は、造塊後、分塊圧延または鍛造してスラブとしたが、その場合は、加熱炉で鋳塊を表１に示した温度、時間で加熱することにより均質化熱処理を施した。その後、上記スラブを、熱間圧延し、冷間圧延して最終製品の冷延板とし、冷延板の表面に発生した表面欠陥の有無を調査した。
なお、上記調査においては、Ｆｅ−Ｎｉ合金の成分組成およびスラグ組成の分析は、蛍光Ｘ線分析により定量分析した。また、一部の合金に記載される０．０００１ｍａｓｓ％未満のＣａ，Ｍｇの分析値は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析計）および鉄分離式フレームレス原子吸光法により測定したものである。
また、均質化熱処理前後の非金属介在物の組成は、ＥＤＳ（エネルギ−分散型分析装置）を用いて、Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブ中に存在する３〜１００μｍの大きさの介在物をランダムに１０箇所ずつ定量分析して、その平均組成を非金属介在物の組成とした。
また、非金属介在物中の非延伸性介在物の個数割合は、ＥＤＳ分析した上記非金属介在物１０箇所のうちで、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３やＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケートの存在が確認された介在物の個数をから求めた。
【００５２】
【表１】
【００５３】
上記測定の結果を表２にまとめて示した。表２から、本発明に適合するＦｅ−Ｎｉ合金スラブ（Ｎｏ．１〜１０）は、スラブ内に含まれる均質化熱処理前の非金属介在物が、平均組成がＭｎＯ：０．５〜２０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：１０〜４５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：２０〜６０ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜２０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：５〜３０ｍａｓｓ％からなるＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、ＤＮｉが３９μｍ以上となる均質化熱処理を施した後の非金属介在物は、その平均組成がＭｎＯ：２０〜４０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：４５〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１５ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜１０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜１０ｍａｓｓ％からなるＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、かつ、そのうちのＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成とＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合は全介在物の２０％以下となっている。その結果、上記均質化熱処理後のスラブを、熱間圧延し、冷間圧延しても、表面疵のない表面品質に優れたＦｅ−Ｎｉ合金冷延板を得ることができる。
なお、Ｎｏ．１７および１８の合金スラブは、均質化熱処理前の非金属介在物が本発明の範囲内でも、均質化熱処理条件が不適切であったために、所期した効果を得ることができなかった場合について示したものであり、Ｎｏ．１７は均熱温度が低すぎてＤＮｉ不足である例、Ｎｏ．１８は均熱温度が１４００℃と高過ぎたため、熱間圧延をすることができなかった例である。
【００５４】
なお、図１は、発明例のスラブ内の非金属介在物中の元素分布を、均質化熱処理前後で比較したものである。この図から、均質化熱処理後には、ＭｇやＡｌ，Ｓｉ，Ｍｎが介在物中に均一に分布し、非延伸性の介在物が延伸性の介在物に変質していることがわかる。
【００５５】
一方、非金属介在物がＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系でも、使用したスラグが不適切であったため、均質化熱処理前の介在物の平均組成が、ＭｎＯ：０．５〜２０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：１０〜４５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：２０〜６０ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜２０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：５〜３０ｍａｓｓ％の範囲から逸脱した比較例のスラブ（Ｎｏ．１１〜１６）では、たとえＤＮｉが３９μｍ以上となる均質化熱処理を施しても、スラブ内に含まれる非金属介在物は、その平均組成がＭｎＯ：２０〜４０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：４５〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１５ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜１０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜１０ｍａｓｓ％の範囲から逸脱したＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系となり、さらに、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成およびＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合が２０％超検出されている。そして、このような介在物を含むＦｅ−Ｎｉ合金スラブから得られる冷延板は、表面疵が顕著に発生し、表面品質の良好な製品板を得ることができなかった。
【００５６】
図２は、比較例のスラブ内の非金属介在物中の元素分布を、均質化熱処理前後で比較したものである。この図から、比較例の場合には、均質化熱処理後においても、ＭｇやＡｌ，Ｓｉ，Ｍｎが介在物中に不均一に分布し、非延伸性の介在物のままであることがわかる。
【００５７】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の技術は、シャドウマスクやリードフレーム等に用いられるＦｅ−Ｎｉ合金に限定されるものではなく、磁気ヘッドやシールドケース材等に用いられる軟磁性材料や、表面性状に優れたステンレス鋼板等のスラブにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明例のＦｅ−Ｎｉ合金スラブに含まれる非金属介在物の元素分布図であり、上段が均質化熱処理前、下段が均質化熱処理後である。
【図２】比較例のＦｅ−Ｎｉ合金スラブに含まれる非金属介在物の元素分布図であり、上段が均質化熱処理前、下段が均質化熱処理後である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６０】
【特許文献１】特開平０７−２９２４０９号公報
【特許文献２】特開平０６−０４１６８７号公報
【特許文献３】特開２００３−０７３７７９号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャドウマスクやリードフレーム、バイメタル用低熱膨張材等の素材として用いられるＦｅ−Ｎｉ合金スラブとそのスラブの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｆｅ−Ｎｉ合金は、その有する熱膨張係数が小さいという特性を活かして、シャドウマスクやリードフレーム、バイメタル用低熱膨張材などとして広く用いられている。上記用途に用いられるＦｅ−Ｎｉ合金は、素材スラブを熱間圧延して板厚が２〜６ｍｍの熱延板にした後、各用途の要求寸法に応じて０．１〜１ｍｍの板厚に冷間圧延し、冷延製品板としている。
【０００３】
その後、そのＦｅ−Ｎｉ冷延板は、例えば、シャドウマスク用途では微細なエッチング加工を、また、リードフレーム用途では、微細な打抜き加工を施して、最終製品としている。しかし、上記のような微細加工が施されるＦｅ−Ｎｉ合金では、微量のＡｌ添加によって生成するＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３のスピネル系介在物やＡｌ２Ｏ３系介在物、あるいは、Ａｌ２Ｏ３を全く含まないＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２のシリケート系介在物の存在が大きな問題となっていた。というのは、これらの介在物は、融点が高くて延伸性に乏しいことから、圧延されても微細化されずに冷延後の鋼板表面に現れて線状欠陥となる。また、表面に現れずに内包されている場合でも、エッチング時にエッチング孔の形状不良を引き起こしたり、打抜き加工の際の断面形状を不均質化したりする。
【０００４】
そこで、これらの問題を解決するため、非延伸性の非金属介在物の生成を防止する技術が幾つか提案されている。例えば、特許文献１には、鋼材中の非金属介在物組成の制御に熱力学的な取扱い手法を取り入れ、Ａｌ２Ｏ３（コランダム構造）、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３（スピネル構造）、２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（オリビン構造）からなる硬質結晶相を有する有害介在物の抑制のための厳密な基準を与えて、鋼材の品質安定を図る技術が開示されている。また、特許文献２には、Ｎｉを３０〜５０重量％含有するＦｅ−Ｎｉ合金中の介在物を低融点化し、軟質化することで、圧延時において介在物起因の表面疵が発生するのを防止する技術を開示している。また、特許文献３には、熱延板中の非金属介在物を、ＪＩＳ Ｇ０５５５に規定されたＡ系あるいはＢ系に制御することで、延伸性に乏しい大型の非金属介在物を低減したシャドウマスク用Ｆｅ−Ｎｉ合金板の製造技術を開示している。
【０００５】
しかしながら、スピネルの生成量は、溶鋼中の酸素ポテンシャルが低いほど減少するため、スピネルの生成を抑制するには、溶鋼中の酸素量を高めに制御するのが好ましい。しかし、溶鋼中の酸素量を高くすると、逆に、シリケート系の介在物が多くなり、その結果として、溶鋼中の介在物の個数は却って増加してしまう。また、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル介在物の生成を防止するには、精練上、精緻な操業が必要となる。さらに、上記従来技術では、精練の時点で一度、非延伸性の介在物が生成されると、その非延伸性の介在物を低減したり、あるいは変質して無害化したりすることは不可能であったため、表面欠陥や内部欠陥の発生を回避することは困難であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、延伸性に欠ける非金属介在物を多く含むＦｅ−Ｎｉ合金スラブをそのまま熱間圧延し、冷間圧延しても、介在物は分断・微細化されずに、表面欠陥や内部欠陥を引き起こす原因となる。したがって、熱間圧延を行う前のＦｅ−Ｎｉ合金スラブは、非延伸性の非金属介在物が少ないほど好ましい。そこで、もし仮に製造されたＦｅ−Ｎｉ合金スラブが、非延伸性の非金属介在物を含んでいても、その非延伸性介在物を改質し、無害化することができれば、表面品質の向上や歩留り向上にとって極めて好ましいことである。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、製鋼でのスラブ製造条件に左右されることなく、非延伸性の介在物を含む非金属介在物の個数割合が低くて、表面品質に優れる冷延製品板を得ることができるＦｅ−Ｎｉ合金スラブと、そのスラブを安定して製造する方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブに存在し、冷延板の表面欠陥の原因となるだけでなく、シャドウマスク用途ではエッチング不良を、またリードフレーム用途では打抜き断面の不均質化をもたらす非延伸性の非金属介在物の個数割合を低減するため、製鋼段階での製造条件に限定することなく、特に、スラブの均質化熱処理条件をも含めて検討を重ねた。その結果、非金属介在物は、均質化熱処理を適正条件で施すことで変質することでき、したがって、非延伸性の介在物を含む非金属介在物の個数を低減し得ることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明は、Ｓｉ：０．００１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．１〜０．７ｍａｓｓ％、Ｎｉ：３０〜４５ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．０００１〜０．００５ｍａｓｓ％、Ｃａ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．０００５〜０．００７ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成からなる非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数が、スラブ内の全介在物個数の２０％以下であるＦｅ−Ｎｉ合金スラブである。
【００１０】
本発明の上記Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブ内の非金属介在物は、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、その平均組成はＭｎＯ：２０〜４０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：４５〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１５ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜１０ｍａｓｓ％で、かつそれら各酸化物の組成の総和が１００ｍａｓｓ％であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、Ｎｉ：３０〜４５ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するＦｅ−Ｎｉ合金スラブの製造方法において、上記Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブに、１１００〜１３７５℃の温度で、下記式；
ＤＮｉ＝（Ｄ・ｔ）１／２ （μｍ）
ここで、Ｄ：拡散係数（＝Ｄ０×ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ））
Ｄ０：振動数項（＝１．６３×１０８（μｍ２・ｓ−１））
Ｑ：γ−Ｆｅ中におけるＮｉ拡散の活性化エネルギー（＝２．７９×１０５（Ｊ・ｍｏｌ−１））
Ｒ：気体定数（＝８．３１（Ｊ・ｍｏｌ−１・Ｋ−１））
Ｔ：温度（Ｋ）
ｔ：焼鈍時間（ｓ）
で得られるＮｉの拡散距離ＤＮｉが３９μｍ以上となる均質化熱処理を施して、スラブ内のＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成からなる非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数をスラブ内の全介在物個数の２０％以下に低減することを特徴とするＦｅ−Ｎｉ合金スラブの製造方法を提案する。
【００１２】
本発明の製造方法における上記Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブは、上記Ｎｉに加えてさらに、Ｓｉ：０．００１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．１〜０．７ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．０００１〜０．００５ｍａｓｓ％、Ｃａ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．０００５〜０．００７ｍａｓｓ％を含有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の製造方法における上記Ｆｅ−Ｎｉスラブの均質化熱処理後の非金属介在物は、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、その平均組成はＭｎＯ：２０〜４０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：４５〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１５ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜１０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜１０ｍａｓｓ％で、かつそれら各酸化物の組成の総和が１００ｍａｓｓ％であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の製造方法における上記Ｆｅ−Ｎｉスラブの均質化熱処理前の非金属介在物は、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、その平均組成はＭｎＯ：０．５〜２０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：１０〜４５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：２０〜６０ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜２０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：５〜３０ｍａｓｓ％で、かつそれら各酸化物の組成の総和が１００ｍａｓｓ％であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の製造方法における上記Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブは、Ｎｉを３０〜４５ｍａｓｓ％含有する合金溶湯に、ＡＯＤ処理、ＶＯＤ処理およびＡＯＤ−ＶＯＤ処理のうちのいずれかの処理を施してＳｉ脱酸およびＭｎ脱酸後、ＣａＯ／ＳｉＯ２：１〜６、Ａｌ２Ｏ３：０．５〜１０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：２〜２０ｍａｓｓ％、Ｆ：１〜１５ｍａｓｓ％からなるＣａＯ−ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｆ系スラグを用いて溶製したものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、非延伸性の介在物を含む非金属介在物の個数割合が低く、かつ、表面性状に優れる冷延製品板を製造することができるＦｅ−Ｎｉ合金スラブを提供することができる。したがって、本発明のＦｅ−Ｎｉ合金スラブを用いることにより、表面品質のみならず、内部品質にも優れたシャドウマスクやリードフレームを安定して、かつ、安価に製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係るＦｅ−Ｎｉ合金スラブの成分組成について説明する。
Ｎｉ：３０〜４５ｍａｓｓ％
Ｎｉは、Ｆｅ合金の熱膨張特性に大きく影響を及ぼす元素であることが知られており、例えば、Ｎｉ含有量が３６ｍａｓｓ％近傍においては、室温での熱膨張係数が極小値（〜１×１０−６／℃）を示す。そこで、Ｆｅ−Ｎｉ合金は、この低熱膨張特性を活かして、シャドウマスクやバイメタルなどの熱膨張を嫌う用途に多く用いられている。また、Ｎｉが４２ｍａｓｓ％近傍では、ガラスやセラミックスの熱膨張係数（〜４×１０−６／℃）に近い値となることから、ガラス封着剤やリードフレーム材としても用いられている。このような要求特性を満たす必要性から、本発明のＦｅ−Ｎｉ合金は、Ｎｉの含有量を３０〜４５ｍａｓｓ％の範囲とする。
【００１８】
本発明のＦｅ−Ｎｉ合金スラブは、上記Ｎｉ以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物であるが、以下の成分を含有するのが好ましい。
Ｓｉ：０．００１〜０．２ｍａｓｓ％
Ｓｉは、溶鋼の脱酸に必要な元素であると共に、非金属介在物をＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御するのに必要な元素である。Ｓｉが０．００１ｍａｓｓ％未満では脱酸不足となり、また、介在物をＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御できなくなって、均質化熱処理後の非延伸性の介在物を含む非金属介在物の個数割合を全介在物個数の２０％以下に低減することが難しくなる。一方、０．２ｍａｓｓ％を超えて添加すると、熱膨張率が大きくなって要求特性に応えられなくなる。よって、本発明のスラブでは、Ｓｉの含有量を０．００１〜０．２ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、０．０１〜０．１９ｍａｓｓ％の範囲である。
なお、Ｓｉ添加に用いるＳｉ源としては、不純物元素の混入防止および製造原価低減の観点から、金属ＳｉやＦｅＳｉ合金を用いるのが好ましい。
【００１９】
Ｍｎ：０．１〜０．７ｍａｓｓ％
Ｍｎは、非金属介在物の組成を制御するのに必要な元素であり、０．１ｍａｓｓ％未満ではＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御することができなくなる。一方、Ｍｎは、熱膨張率を高める元素でもあり、０．７ｍａｓｓ％を超えると熱膨張率が大きくなり過ぎて、要求特性を満たすことができなくなる。そこで、本発明では、Ｍｎの含有量を０．１〜０．７ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは０．０１〜０．４ｍａｓｓ％の範囲である。
なお、Ｍｎ添加に用いるＭｎ源としては、不純物元素の混入防止および製造原価低減の観点から、金属ＭｎやＳｉＭｎを用いるのが好ましい。
【００２０】
Ａｌ：０．０００１〜０．００５ｍａｓｓ％
Ａｌは、非金属介在物の組成をＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御するために必要な元素であり、０．０００１ｍａｓｓ％未満では、均質化熱処理後に生成するＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２系シリケート組成の非延伸性介在物の個数割合を２０％以下に制御できなくなる。一方、過剰に添加すると、硬質で延伸性に乏しいスピネル系介在物を生成し、表面疵の原因ともなる。特に、０．００５ｍａｓｓ％を超えると、均質化熱処理前および熱処理後の介在物をＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御できなくなる。そこで、本発明では、Ａｌを０．０００１〜０．００５ｍａｓｓ％の範囲で含有させるのが好ましい。より好ましくは０．０００５〜０．００３ｍａｓｓ％の範囲である。
なお、Ａｌの含有量の制御に用いるＡｌ源としては、金属Ａｌを用いてもよいが、介在物組成制御の観点から、好ましくは、Ａｌを０．１〜２ｍａｓｓ％含有するＦｅＳｉ合金を用いるのが好ましい。
【００２１】
Ｃａ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％
Ｃａは、非金属介在物をＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御するために必要な元素であり、０．００００５ｍａｓｓ％以上含有させるのが好ましい。しかし、Ｃａは、０．００１ｍａｓｓ％を超えて添加すると、介在物中のＣａＯ濃度を上昇させて、耐食性、エッチング加工性に悪影響を与える。よって、本発明では、Ｃａの含有量は０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、０．００００５〜０．０００９ｍａｓｓ％の範囲である。
なお、Ｃａの含有量の制御に用いるＣａ源としては、Ｃａ歩留まり安定化の観点から、Ｃａを０．１〜２ｍａｓｓ％含有するＦｅＳｉ合金を用いるのが好ましい。
【００２２】
Ｍｇ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％
Ｍｇは、非金属介在物をＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御するために必要な元素であり、０．００００５ｍａｓｓ％以上含有させることが好ましい。しかし、必要以上に添加すると、延伸性に乏しく硬質なスピネル系介在物を生成して表面疵の発生原因ともなる。また、Ｃａ含有量が０．００１ｍａｓｓ％を超えると、均質化熱処理後に生成されるＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成を有する非延伸性介在物の個数割合を２０％以下に制御できなくなる。よって、本発明では、Ｍｇの含有量を０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、０．００００５〜０．０００９ｍａｓｓ％の範囲である。
【００２３】
ここで、Ｍｇ含有量の上記範囲への制御は、金属Ｍｇの添加による方法ではなく、Ｓｉがスラグ中のＭｇＯを還元する下記の反応を用いて行うのが好ましい。
Ｓｉ＋２（ＭｇＯ）＝（ＳｉＯ２）＋２Ｍｇ
ここで、括弧内はスラグ中の成分を、下線部は溶鋼中の成分を示す。
なお、スラグ中のＭｇＯを還元する上記反応は、Ｓｉ濃度を上述した本発明の範囲に制御することで達成でき、これにより、適量のＭｇを溶鋼中に供給することができる。
【００２４】
Ｃｒ：０．１ｍａｓｓ％以下
Ｃｒは、熱膨張率を上げる元素であり、できるだけ低減するのが望ましい。このような観点から、Ｃｒの含有量は０．１ｍａｓｓ％以下とする。より好ましくは、０．０９ｍａｓｓ％以下である。
【００２５】
Ｏ：０．０００５〜０．００７ｍａｓｓ％
Ｆｅ−Ｎｉ合金中に存在するＯには、合金中に固溶した状態で存在する酸素と、酸化物からなる非金属介在物として存在する酸素とがあり、通常、この両者の和を酸素含有量としている。本発明でも、両者の和を酸素含有量と規定し、その範囲を０．０００５〜０．００７ｍａｓｓ％に制限する。Ｏの含有量が０．０００５ｍａｓｓ％よりも低いと、溶鋼中のＭｇ含有量が０．００１ｍａｓｓ％を超えて高くなり、Ｆｅ−Ｎｉ合金中の非金属介在物は、硬質のＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネルが主体となる。そのため、均質化熱処理前のＦｅ−Ｎｉ合金スラブ中の非金属介在物をＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御できなくなる。一方、Ｏの含有量が０．００７ｍａｓｓ％を超えると、脱酸不足となり、均質化熱処理前および熱処理後の非金属介在物をＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御できなくなる。そこで、本発明では、Ｏの含有量を０．０００５〜０．００７ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。より好ましくは０．００１〜０．００５ｍａｓｓ％の範囲である。
なお、酸素含有量を上記範囲に制御するには、脱酸剤であるＳｉおよびＭｎの含有量を、上述した本発明の範囲に制御することで達成できる。上記Ｓｉ，Ｍｎ含有量の制御に加えてさらに、スラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２：スラグ中のＣａＯとＳｉＯ２のｍａｓｓ％比）を１〜６の範囲に制御するのがより好ましい。
【００２６】
次に、本発明のＦｅ−Ｎｉ合金スラブに含まれる非金属介在物について説明する。
均質化熱処理前の非金属介在物
均質化熱処理前のＦｅ−Ｎｉ合金スラブに含まれる非金属介在物は、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、かつ、その平均組成は、ＭｎＯ：５〜２０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：１０〜４５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：２０〜６０ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜２０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：５〜３０ｍａｓｓ％で、かつそれら各酸化物の組成の総和が１００ｍａｓｓ％であるのが好ましい。
以下、その限定理由について説明する。
【００２７】
ＭｎＯ：０．５〜２０ｍａｓｓ％
均質化熱処理前の介在物中のＭｎＯは、０．５〜２０ｍａｓｓ％の範囲であるのが好ましい。ＭｎＯが０．５ｍａｓｓ％未満あるいは２０ｍａｓｓ％を超えると、均質化熱処理後の非金属介在物中のＭｎＯを平均組成で２０〜４０ｍａｓｓ％の範囲に制御できなくなる。また、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合を２０％以下まで低減することができないからである。
【００２８】
ＳｉＯ２：１０〜４５ｍａｓｓ％
均質化熱処理前の介在物中のＳｉＯ２は、１０〜４５ｍａｓｓ％の範囲であるのが好ましい。ＳｉＯ２が１０ｍａｓｓ％未満では、均質化熱処理後のＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合を２０％以下まで低減できない。一方、４５ｍａｓｓ％を超えると、均質化熱処理後のＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合を２０％以下まで低減することができない。さらに、ＳｉＯ２が１０ｍａｓｓ％未満あるいは４５ｍａｓｓ％を超えると、均質化熱処理後の非金属介在物中のＳｉＯ２を平均組成で４５〜５５ｍａｓｓ％の範囲に制御することができないからである。
【００２９】
Ａｌ２Ｏ３：２０〜６０ｍａｓｓ％
均質化熱処理前の介在物中のＡｌ２Ｏ３は、２０〜６０ｍａｓｓ％の範囲であるのが好ましい。Ａｌ２Ｏ３が２０ｍａｓｓ％未満では、均質化熱処理後のＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合を２０％以下まで低減できない。一方、６０ｍａｓｓ％を超えると、均質化熱処理後のＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合を２０％以下まで低減することができない。また、Ａｌ２Ｏ３が２０ｍａｓｓ％未満あるいは６０ｍａｓｓ％を超えると、均質化熱処理後の非金属介在物中のＡｌ２Ｏ３を、平均組成で５〜１５ｍａｓｓ％の範囲に制御することができないからである。
【００３０】
ＣａＯ：１〜２０ｍａｓｓ％
均質化熱処理前の介在物中のＣａＯは、平均組成で１〜２０ｍａｓｓ％の範囲であるのが好ましい。ＣａＯが１ｍａｓｓ％未満あるいは２０ｍａｓｓ％を超えると、均質化熱処理後の非金属介在物中のＣａＯを平均組成で１〜１０ｍａｓｓ％の範囲に制御することができないからである。
【００３１】
ＭｇＯ：５〜３０ｍａｓｓ％
均質化熱処理前の介在物中のＭｇＯは、平均組成で５〜３０ｍａｓｓ％の範囲であるのが好ましい。ＭｇＯが５ｍａｓｓ％未満あるいは３０ｍａｓｓ％を超えると、均質化熱処理後のＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合を２０％以下に低減できない。また、均質化熱処理後の非金属介在物中のＭｇＯを平均組成で１〜１０ｍａｓｓ％の範囲に制御することができないからである。
【００３２】
なお、均質化熱処理前の介在物中のＭｎＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯおよびＭｇＯの平均組成をそれぞれ上記範囲に制御するには、溶鋼中のＭｎ，Ｓｉ，Ａｌ，ＣａおよびＭｇの組成を、それぞれ本発明が規定する範囲内に制御すればよい。
【００３３】
均質化熱処理前の非金属介在物における非延伸性介在物を含む個数割合
均質化熱処理前のＦｅ−Ｎｉスラブに含まれる非金属介在物は、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、かつ、その平均組成がＭｎＯ：５〜２０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：１０〜４５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：２０〜６０ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜２０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：５〜３０ｍａｓｓ％からなるものであればよく、たとえ、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合が１００％であったとしても、後述する均質化熱処理を施すことで、非延伸性の介在物を、延伸性のある介在物に変質させて無害化することができる。
【００３４】
ここで、本発明において、非金属介在物のうちのＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合とは、スラブ中に存在する大きさが３〜１００μｍの非金属介在物をランダムに抽出してＥＤＳ分析を行ったときに、個々の非金属介在物中に、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネルおよび／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケートからなる結晶相が晶出している非金属介在物の個数を、測定した介在物の全個数に対する割合として規定したものである。なお、上記測定する介在物個数は多いほどよく、７個以上が好ましい。より好ましくは、１０個以上、さらに好ましくは２０個以上である。
【００３５】
均質化熱処理後の非金属介在物の平均組成
次に、均質化熱処理後のＦｅ−Ｎｉ合金スラブに含まれる非金属介在物は、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、かつ、その平均組成は、ＭｎＯ：２０〜４０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：４５〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１５ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜１０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜１０ｍａｓｓ％で、かつそれら各酸化物の組成の総和が１００ｍａｓｓ％であるのが好ましい。
以下、その限定理由について説明する。
【００３６】
ＭｎＯ：２０〜４０ｍａｓｓ％
均質化熱処理後の介在物中のＭｎＯは、２０〜４０ｍａｓｓ％の範囲であるのが好ましい。ＭｎＯが２０ｍａｓｓ％未満あるいは４０ｍａｓｓ％を超えると、介在物の融点が上昇し、延伸性に欠ける非金属介在物となるため、最終製品板において、介在物起因の欠陥が顕著に発生するようになる。よって、ＭｎＯの含有量は２０〜４０ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。
【００３７】
ＳｉＯ２：４５〜５５ｍａｓｓ％
均質化熱処理後の介在物中のＳｉＯ２は、４５〜５５ｍａｓｓ％の範囲であるのが好ましい。ＳｉＯ２が４５ｍａｓｓ％未満あるいは５５ｍａｓｓ％を超えると、介在物の融点が上昇し、延伸性に欠ける非金属介在物となるため、最終製品板において、介在物起因の欠陥が顕著に発生するようになる。よって、ＳｉＯ２の含有量は４５〜５５ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。
【００３８】
Ａｌ２Ｏ３：５〜１５ｍａｓｓ％
均質化熱処理後の介在物中のＡｌ２Ｏ３は、５〜１５ｍａｓｓ％の範囲であるのが好ましい。Ａｌ２Ｏ３が５ｍａｓｓ％未満あるいは１５ｍａｓｓ％を超えると、介在物の融点が上昇し、延伸性に欠けた非金属介在物となり、最終製品板において介在物起因の欠陥をもたらす。また、Ａｌ２Ｏ３が５ｍａｓｓ％未満では、均質化熱処理後のＦｅ−Ｎｉ合金スラブに含まれるＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合を２０％以下まで低減できない。よって、Ａｌ２Ｏ３の含有量は５〜１５ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。
【００３９】
ＣａＯ：１〜１０ｍａｓｓ％
均質化熱処理後の介在物中のＣａＯは、１〜１０ｍａｓｓ％の範囲であるのが好ましい。ＣａＯが１ｍａｓｓ％未満あるいは１０ｍａｓｓ％を超えると、介在物の融点が上昇し、延伸性に欠けた非金属介在物となるため、最終製品において介在物起因の欠陥をもたらす。よって、ＣａＯの含有量は１〜１０ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。
【００４０】
ＭｇＯ：１〜１０ｍａｓｓ％
均質化熱処理後の介在物中のＭｇＯは、１〜１０ｍａｓｓ％の範囲であるのが好ましい。ＭｇＯが１ｍａｓｓ％未満あるいは１０ｍａｓｓ％を超えると、介在物の融点が上昇し、延伸性に欠けた非金属介在物となるため、最終製品において介在物起因の欠陥をもたらす。また、ＭｇＯが１０ｍａｓｓ％を超えると、均質化熱処理後のＦｅ−Ｎｉ合金スラブに含まれるＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合を２０％以下まで低減できない。よって、ＭｇＯの含有量は１〜１０ｍａｓｓ％の範囲が好ましい。
【００４１】
なお、均質化熱処理後の介在物組成をＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系の介在物とし、かつ、その平均組成を上記範囲に制御するには、溶鋼中におけるそれぞれの成分の組成を、本発明の範囲に制御した上で、さらに、以下の説明する均質化熱処理条件を満たすことで達成することができる。
【００４２】
均質化熱処理後に非延伸性非金属介在物を含む非金属介在物の個数割合：２０％以下
さらに、均質化熱処理後のＦｅ−Ｎｉ合金スラブに含まれる非金属介在物は、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合が２０％であることが必要である。上記個数割合が２０％を超えると、最終製品において、非延伸性の非金属介在物に起因する欠陥の発生が顕著となる。上記個数割合は、好ましくは１０％以下、さらに好ましくは０％である。
なお、上記個数割合の定義は、均質化熱処理前の非金属介在物の個数割合と同じ、ＥＤＳで分析を行った個数に対する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合である。
【００４３】
次に、本発明の特徴である、非金属介在物中に含まれる非延伸性介在物の個数割合を低減させるための均質化熱処理について説明する。
Ｎｉの拡散距離：ＤＮｉ≧３９μｍ
連続鋳造等で製造されたＦｅ−Ｎｉ合金スラブに、下記式；
ＤＮｉ＝（Ｄ・ｔ）１／２ （μｍ）
ここで、Ｄ：拡散係数（＝Ｄ０×ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ））
Ｄ０：振動数項（＝１．６３×１０８（ｍ２・ｓ−１））
Ｑ：γ−Ｆｅ中におけるＮｉ拡散の活性化エネルギー（＝２．７９×１０５（Ｊ・ｍｏｌ−１））
Ｒ：気体定数（＝８．３１（Ｊ・ｍｏｌ−１・Ｋ−１））
Ｔ：温度（Ｋ）
ｔ：焼鈍時間（ｓ）
定義されるＮｉの拡散距離ＤＮｉが３９μｍ以上となる均質化熱処理を施すことによって、介在物を変質させて、非金属介在物中に含まれる非延伸性の介在物の個数割合を低減させることができる。すなわち、ＤＮｉが３９μｍ未満の均質化熱処理では、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性の介在物を含む非金属介在物の個数を、全介在物個数の２０％以下に低減することができない。
【００４４】
次に、上記ＤＮｉ≧３９μｍとするための均質化熱処理温度、時間について説明する。
均熱温度：１１００〜１３７５℃
本発明において、非延伸性の非金属介在物の個数割合を低減させるために、熱間圧延する前のＦｅ−Ｎｉ合金スラブに施す均質化熱処理は、均熱温度が１１００〜１３７５℃の範囲のものであるのが好ましい。均熱温度が１１００℃未満では、非金属介在物のうちのＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合を２０％以下に低減させるのに必要なＤＮｉ：３９μｍ以上を実現するのに要する時間が長時間となり、工業的に製造することは難しい。一方、均熱温度が１３７５℃を超えると、スラブが熱で変形して圧延を行うことができなくなる。よって、均熱温度は１１００〜１３７５℃の範囲とする。因みに、ＤＮｉ＝３９μｍを達成するために所要時間は、１１００℃で１０８時間、１３７５℃で２時間である。
【００４５】
次に、本発明におけるＦｅ−Ｎｉ合金スラブの製造方法について説明する。
高清浄度のＦｅ−Ｎｉ合金スラブを製造するには、Ｆｅ−Ｎｉ合金の溶製は、溶解を電気炉で行い、その後、ＡＯＤ炉、ＶＯＤ炉あるいはＡＯＤ炉−ＶＯＤ炉のいずれかでＳｉおよびＭｎを添加して脱酸処理後、Ｎｉを３０〜４５ｍａｓｓ％含有する所定の成分組成を有する溶湯に成分調整するのが好ましい。そのときに用いるスラグは、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）：１〜６、Ａｌ２Ｏ３：２〜１０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：２〜２０ｍａｓｓ％、Ｆ：２〜１０ｍａｓｓ％のＣａＯ−ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｆ系スラグを用いるのが好ましい。その後、その合金溶湯を、鋳型に鋳造して造塊後、分塊圧延（あるいは鍛造）するか、あるいは、連続鋳造機で連続鋳造して、厚さが１００〜２００ｍｍのスラブとするのが好ましい。上記のようにして得たスラブは、その後、加熱炉でＮｉの拡散距離ＤＮｉが３９μｍ以上となる均質化熱処理を施すことで、非金属介在物中に含まれる非延伸性の介在物の個数割合が低減されたＦｅ−Ｎｉ合金スラブが得られる。なお、スラブを造塊法で製造する場合には、分塊圧延あるいは鍛造前の鋼塊加熱の段階で、上記均質化熱処理を施してもよい。
【００４６】
次に、上記Ｆｅ−Ｎｉ合金の溶製において用いるスラグについて説明する。
ＣａＯ／ＳｉＯ２：１〜６
ＡＯＤ炉およびＶＯＤ炉で用いるスラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）を制御することは、溶鋼成分および非金属介在物の成分系を調整するのに有効な手段である。この（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が１未満では、ＳｉＯ２の活量が大きくて脱酸が不十分となり、一方、６を超えると、ＳｉＯ２の活量が著しく小さくなり、溶鋼中の酸素ポテンシャルが低くなり過ぎて、スラグから還元されるＡｌ，Ｃａ，Ｍｇが増えるため、溶鋼成分を本発明の範囲に制御することができなくなる。また、非金属介在物の成分も、（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が１未満では脱酸不足のため、一方、６を超えると酸素ポテンシャルの著しい低下によりＡｌ，Ｃａ，Ｍｇの酸化物成分に富んだ介在物となるため、本発明の均質化熱処理前の介在物組成に制御することができなくなる。よって、本発明においては、スラグ成分は塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）を１〜６の範囲に制限するのが好ましい。
【００４７】
Ａｌ２Ｏ３：０．５〜１０ｍａｓｓ％
スラグ中に含まれるＡｌ２Ｏ３は、均質化熱処理前および熱処理後の非金属介在物を、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御するのに有用な成分ある。しかし、Ａｌ２Ｏ３が０．５ｍａｓｓ％未満あるいは１０ｍａｓｓ％を超えると、介在物中のＡｌ２Ｏ３を２０〜６０ｍａｓｓ％の範囲に制御できなくなる。また、１０ｍａｓｓ％を超えるとアルミナ介在物が生成し、これはクラスター化しやすいため、表面疵の原因ともなる。従って、スラグ中のＡｌ２Ｏ３は０．５〜１０ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。
【００４８】
ＭｇＯ：２〜２０ｍａｓｓ％
スラグ中のＭｇＯは、均質化熱処理前および熱処理後の非金属介在物を、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系に制御するのに有用な成分あり、ＭｇＯが２ｍａｓｓ％未満あるいは２０ｍａｓｓ％を超えると、介在物中のＭｇＯを５〜３０ｍａｓｓ％の範囲に制御できなくなる。よって、スラグ中のＭｇＯは２〜２０ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。
【００４９】
Ｆ：１〜１５ｍａｓｓ％
スラグ中のＦは、スラグの滓化および流動性を確保するために有効な成分であり、１〜１５ｍａｓｓ％の範囲で含有していることが好ましい。Ｆが１ｍａｓｓ％未満では、スラグの滓化がなされないため、溶鋼との反応が不十分となり、本発明に係る溶鋼成分とすることができなくなる。一方、Ｆが１５ｍａｓｓ％を超えると、スラグの粘性が著しく低下し、抜熱量の増大による安定操業が困難となる。
【実施例】
【００５０】
スクラップやＮｉなどのＦｅ−Ｎｉ合金の原料を６０ｔｏｎ電気炉で溶解し、次いで、ＡＯＤ処理、ＶＯＤ処理およびＡＯＤ→ＶＯＤ処理のいずれかの処理により脱炭、脱燐、脱クロム等を伴う酸化精錬を行い、表１のＮｏ．１〜１６に示す成分組成を有するＦｅ−Ｎｉ合金を溶製した。なお、上記ＡＯＤ処理あるいはＶＯＤ処理においては、酸化期のスラグを除去したのち、石灰石、螢石および珪砂のうちの１種または２種以上をフラックスとして添加し、スラグ成分を表１に示した塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯに調整したのち、Ｓｉ合金鉄を添加して溶鋼を脱酸した後、取鍋精錬装置で表１の成分組成となるよう溶鋼の微量成分の調整および温度調整を行った。
【００５１】
上記のようにして溶製したＦｅ−Ｎｉ合金は、その後、連続鋳造してスラブとし、表１に示した温度、時間の条件で、均質化熱処理を施した。なお、上記Ｆｅ−Ｎｉ合金の一部は、造塊後、分塊圧延または鍛造してスラブとしたが、その場合は、加熱炉で鋳塊を表１に示した温度、時間で加熱することにより均質化熱処理を施した。その後、上記スラブを、熱間圧延し、冷間圧延して最終製品の冷延板とし、冷延板の表面に発生した表面欠陥の有無を調査した。
なお、上記調査においては、Ｆｅ−Ｎｉ合金の成分組成およびスラグ組成の分析は、蛍光Ｘ線分析により定量分析した。また、一部の合金に記載される０．０００１ｍａｓｓ％未満のＣａ，Ｍｇの分析値は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析計）および鉄分離式フレームレス原子吸光法により測定したものである。
また、均質化熱処理前後の非金属介在物の組成は、ＥＤＳ（エネルギ−分散型分析装置）を用いて、Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブ中に存在する３〜１００μｍの大きさの介在物をランダムに１０箇所ずつ定量分析して、その平均組成を非金属介在物の組成とした。
また、非金属介在物中の非延伸性介在物の個数割合は、ＥＤＳ分析した上記非金属介在物１０箇所のうちで、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３やＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケートの存在が確認された介在物の個数をから求めた。
【００５２】
【表１】
【００５３】
上記測定の結果を表２にまとめて示した。表２から、本発明に適合するＦｅ−Ｎｉ合金スラブ（Ｎｏ．１〜１０）は、スラブ内に含まれる均質化熱処理前の非金属介在物が、平均組成がＭｎＯ：０．５〜２０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：１０〜４５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：２０〜６０ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜２０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：５〜３０ｍａｓｓ％からなるＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、ＤＮｉが３９μｍ以上となる均質化熱処理を施した後の非金属介在物は、その平均組成がＭｎＯ：２０〜４０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：４５〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１５ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜１０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜１０ｍａｓｓ％からなるＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、かつ、そのうちのＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成とＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合は全介在物の２０％以下となっている。その結果、上記均質化熱処理後のスラブを、熱間圧延し、冷間圧延しても、表面疵のない表面品質に優れたＦｅ−Ｎｉ合金冷延板を得ることができる。
なお、Ｎｏ．１７および１８の合金スラブは、均質化熱処理前の非金属介在物が本発明の範囲内でも、均質化熱処理条件が不適切であったために、所期した効果を得ることができなかった場合について示したものであり、Ｎｏ．１７は均熱温度が低すぎてＤＮｉ不足である例、Ｎｏ．１８は均熱温度が１４００℃と高過ぎたため、熱間圧延をすることができなかった例である。
【００５４】
なお、図１は、発明例のスラブ内の非金属介在物中の元素分布を、均質化熱処理前後で比較したものである。この図から、均質化熱処理後には、ＭｇやＡｌ，Ｓｉ，Ｍｎが介在物中に均一に分布し、非延伸性の介在物が延伸性の介在物に変質していることがわかる。
【００５５】
一方、非金属介在物がＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系でも、使用したスラグが不適切であったため、均質化熱処理前の介在物の平均組成が、ＭｎＯ：０．５〜２０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：１０〜４５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：２０〜６０ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜２０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：５〜３０ｍａｓｓ％の範囲から逸脱した比較例のスラブ（Ｎｏ．１１〜１６）では、たとえＤＮｉが３９μｍ以上となる均質化熱処理を施しても、スラブ内に含まれる非金属介在物は、その平均組成がＭｎＯ：２０〜４０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：４５〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１５ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜１０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜１０ｍａｓｓ％の範囲から逸脱したＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系となり、さらに、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成およびＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成を有する非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数割合が２０％超検出されている。そして、このような介在物を含むＦｅ−Ｎｉ合金スラブから得られる冷延板は、表面疵が顕著に発生し、表面品質の良好な製品板を得ることができなかった。
【００５６】
図２は、比較例のスラブ内の非金属介在物中の元素分布を、均質化熱処理前後で比較したものである。この図から、比較例の場合には、均質化熱処理後においても、ＭｇやＡｌ，Ｓｉ，Ｍｎが介在物中に不均一に分布し、非延伸性の介在物のままであることがわかる。
【００５７】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の技術は、シャドウマスクやリードフレーム等に用いられるＦｅ−Ｎｉ合金に限定されるものではなく、磁気ヘッドやシールドケース材等に用いられる軟磁性材料や、表面性状に優れたステンレス鋼板等のスラブにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明例のＦｅ−Ｎｉ合金スラブに含まれる非金属介在物の元素分布図であり、上段が均質化熱処理前、下段が均質化熱処理後である。
【図２】比較例のＦｅ−Ｎｉ合金スラブに含まれる非金属介在物の元素分布図であり、上段が均質化熱処理前、下段が均質化熱処理後である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６０】
【特許文献１】特開平０７−２９２４０９号公報
【特許文献２】特開平０６−０４１６８７号公報
【特許文献３】特開２００３−０７３７７９号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ：０．００１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．１〜０．７ｍａｓｓ％、Ｎｉ：３０〜４５ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．０００１〜０．００５ｍａｓｓ％、Ｃａ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．０００５〜０．００７ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成からなる非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数が、スラブ内の全介在物個数の２０％以下であるＦｅ−Ｎｉ合金スラブ。
【請求項２】
上記Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブ内の非金属介在物は、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、その平均組成はＭｎＯ：２０〜４０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：４５〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１５ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜１０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜１０ｍａｓｓ％で、かつそれら各酸化物の組成の総和が１００ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項１に記載のＦｅ−Ｎｉ合金スラブ。
【請求項３】
Ｎｉ：３０〜４５ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するＦｅ−Ｎｉ合金スラブの製造方法において、上記Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブに、１１００〜１３７５℃の温度で、下記式で得られるＮｉの拡散距離ＤＮｉが３９μｍ以上となる均質化熱処理を施して、スラブ内のＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成からなる非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数をスラブ内の全介在物個数の２０％以下に低減することを特徴とするＦｅ−Ｎｉ合金スラブの製造方法。
記
ＤＮｉ＝（Ｄ・ｔ）１／２ （μｍ）
ここで、Ｄ：拡散係数（＝Ｄ０×ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ））
Ｄ０：振動数項（＝１．６３×１０８（μｍ２・ｓ−１））
Ｑ：γ−Ｆｅ中におけるＮｉ拡散の活性化エネルギー（＝２．７９×１０５（Ｊ・ｍｏｌ−１））
Ｒ：気体定数（＝８．３１（Ｊ・ｍｏｌ−１・Ｋ−１））
Ｔ：温度（Ｋ）
ｔ：焼鈍時間（ｓ）
【請求項４】
上記Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブは、上記Ｎｉに加えてさらに、Ｓｉ：０．００１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．１〜０．７ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．０００１〜０．００５ｍａｓｓ％、Ｃａ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．０００５〜０．００７ｍａｓｓ％を含有することを特徴とする請求項３に記載のＦｅ−Ｎｉ合金スラブの製造方法。
【請求項５】
上記Ｆｅ−Ｎｉスラブの均質化熱処理後の非金属介在物は、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、その平均組成はＭｎＯ：２０〜４０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：４５〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１５ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜１０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜１０ｍａｓｓ％で、かつそれら各酸化物の組成の総和が１００ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項３または４に記載のＦｅ−Ｎｉ合金スラブの製造方法。
【請求項６】
上記Ｆｅ−Ｎｉスラブの均質化熱処理前の非金属介在物は、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、その平均組成はＭｎＯ：０．５〜２０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：１０〜４５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：２０〜６０ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜２０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：５〜３０ｍａｓｓ％で、かつそれら各酸化物の組成の総和が１００ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項３〜５に記載のＦｅ−Ｎｉ合金スラブの製造方法。
【請求項７】
上記Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブは、Ｎｉを３０〜４５ｍａｓｓ％含有する合金溶湯に、ＡＯＤ処理、ＶＯＤ処理およびＡＯＤ−ＶＯＤ処理のうちのいずれかの処理を施してＳｉ脱酸およびＭｎ脱酸後、ＣａＯ／ＳｉＯ２：１〜６、Ａｌ２Ｏ３：０．５〜１０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：２〜２０ｍａｓｓ％、Ｆ：１〜１５ｍａｓｓ％からなるＣａＯ−ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｆ系スラグを用いて溶製したものであることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載のＦｅ−Ｎｉ合金スラブの製造方法。
【請求項１】
Ｓｉ：０．００１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．１〜０．７ｍａｓｓ％、Ｎｉ：３０〜４５ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．０００１〜０．００５ｍａｓｓ％、Ｃａ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．０００５〜０．００７ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成からなる非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数が、スラブ内の全介在物個数の２０％以下であるＦｅ−Ｎｉ合金スラブ。
【請求項２】
上記Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブ内の非金属介在物は、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、その平均組成はＭｎＯ：２０〜４０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：４５〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１５ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜１０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜１０ｍａｓｓ％で、かつそれら各酸化物の組成の総和が１００ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項１に記載のＦｅ−Ｎｉ合金スラブ。
【請求項３】
Ｎｉ：３０〜４５ｍａｓｓ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するＦｅ−Ｎｉ合金スラブの製造方法において、上記Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブに、１１００〜１３７５℃の温度で、下記式で得られるＮｉの拡散距離ＤＮｉが３９μｍ以上となる均質化熱処理を施して、スラブ内のＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３スピネル組成および／またはＭｎＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２シリケート組成からなる非延伸性介在物を含む非金属介在物の個数をスラブ内の全介在物個数の２０％以下に低減することを特徴とするＦｅ−Ｎｉ合金スラブの製造方法。
記
ＤＮｉ＝（Ｄ・ｔ）１／２ （μｍ）
ここで、Ｄ：拡散係数（＝Ｄ０×ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ））
Ｄ０：振動数項（＝１．６３×１０８（μｍ２・ｓ−１））
Ｑ：γ−Ｆｅ中におけるＮｉ拡散の活性化エネルギー（＝２．７９×１０５（Ｊ・ｍｏｌ−１））
Ｒ：気体定数（＝８．３１（Ｊ・ｍｏｌ−１・Ｋ−１））
Ｔ：温度（Ｋ）
ｔ：焼鈍時間（ｓ）
【請求項４】
上記Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブは、上記Ｎｉに加えてさらに、Ｓｉ：０．００１〜０．２ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．１〜０．７ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．０００１〜０．００５ｍａｓｓ％、Ｃａ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％、Ｍｇ：０．００００５〜０．００１ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．０００５〜０．００７ｍａｓｓ％を含有することを特徴とする請求項３に記載のＦｅ−Ｎｉ合金スラブの製造方法。
【請求項５】
上記Ｆｅ−Ｎｉスラブの均質化熱処理後の非金属介在物は、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、その平均組成はＭｎＯ：２０〜４０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：４５〜５５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１５ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜１０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：１〜１０ｍａｓｓ％で、かつそれら各酸化物の組成の総和が１００ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項３または４に記載のＦｅ−Ｎｉ合金スラブの製造方法。
【請求項６】
上記Ｆｅ−Ｎｉスラブの均質化熱処理前の非金属介在物は、ＭｎＯ−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ−ＭｇＯ系であり、その平均組成はＭｎＯ：０．５〜２０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２：１０〜４５ｍａｓｓ％、Ａｌ２Ｏ３：２０〜６０ｍａｓｓ％、ＣａＯ：１〜２０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：５〜３０ｍａｓｓ％で、かつそれら各酸化物の組成の総和が１００ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項３〜５に記載のＦｅ−Ｎｉ合金スラブの製造方法。
【請求項７】
上記Ｆｅ−Ｎｉ合金スラブは、Ｎｉを３０〜４５ｍａｓｓ％含有する合金溶湯に、ＡＯＤ処理、ＶＯＤ処理およびＡＯＤ−ＶＯＤ処理のうちのいずれかの処理を施してＳｉ脱酸およびＭｎ脱酸後、ＣａＯ／ＳｉＯ２：１〜６、Ａｌ２Ｏ３：０．５〜１０ｍａｓｓ％、ＭｇＯ：２〜２０ｍａｓｓ％、Ｆ：１〜１５ｍａｓｓ％からなるＣａＯ−ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｆ系スラグを用いて溶製したものであることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載のＦｅ−Ｎｉ合金スラブの製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１５９４３７（Ｐ２０１０−１５９４３７Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４９５（Ｐ２００９−４９５）
【出願日】平成２１年１月６日（２００９．１．６）
【出願人】（０００２３２７９３）日本冶金工業株式会社 (84)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月６日（２００９．１．６）
【出願人】（０００２３２７９３）日本冶金工業株式会社 (84)
【Ｆターム（参考）】
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