JPH01503047A - バイメタル品を製造する方法 - 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】 バイメタル品を製造する方法 技術分野 本発明は電気冶金に係り、特にバイメタル品に関する。

背景技術 スラグ層下の電極が鋳型内に配置された中空インゴットの画室で規定された空間 内で再溶解されるエレクトロスラグ再溶解の方法が当業界で知られている。電極 材料がインゴットの材料と異なるように選択される（例えばジャーナル（“５ｔ ａｈ　１ｕｎｄ　Ｅｉｓｅｎ”、　Ｎｏ、１７＊　１９７５．　Ｆｒ１ｔｚ　Ｈ ａｃｈｓｔｅｉｎ、、ＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｓｈｃｅＭ６ｇ１ｉｃｈｋｅｉｔｅ ｎ　ｚｕｒ　Ｖｅｒｂｅｓｓｅｒｕｎｇ　ｄｅｒ　Ｅｉｇｅｎｓｃｈａ−ｆｔｅ ｎｓｃｈｗｅｒｅｒ　５ｃｈａ＋１ｅｄｅｓｔｆｉｃｋｅ　ａｕｓ　５ｔａｈ１ ．）を参照。）この方法は以下の理由からバイメタル複合材料例えば鉄・銅のよ うな金属の製造を不可能にする。

−バイメタル複合材料の必要な２次層を形成せずにインゴットが溶解するニ ー　インゴットの部分溶解で遷移領域が形成されバイメタル複合材の大きさに相 当する：更にいかなる大きさの遷移領域の存在でも層間接合の品質をそこなう。

エレクトロスラグ鋳造によってバイメタル品を製造する以下の方法が知られてい る。

バイメタル品の第１層を構成する造形スリーブにおいて、スラグ浴をセットし、 消耗電極からオーバーレイ材料をエレクトロスラグ鋳造によりスリーブと接合す る。この材料はバイメタル品の第２層を構成する（Ａ、　Ｌ、　Ａｎｄｒｅｅｖ 、　Ｇ、　Ｓ、Ａｎｄｒｅｅｖａ。

Ｌ、　Ａ、　Ｖｏｌｋｈｏｎｓｋｙ、　Ｖ、　Ｂ、Ｇｕｔｋ　ｉｎ、　Ｍ、　Ａ 、Ｋ　ｉｓｓｅｌｍａｎ、　Ｓ、Ｖ、　Ｏｒ　Ｉｏｖ、　ＡA　Ｌ。

Ｔｓｉｋｅｒｍａｎ、”Ｅｌｅｋｔｒｏｓｈｌａｋｏｖｏｅ　ｌｉｔ’ｅ　ｂｉ ｍｅｔａｌｌｉｃｈｅｓｋｉｋｈｚｅｇｏｔｏｖｏｋ　（ｓｔａドーｍｅｄ’　 ）″、　Ｐ、　１５−１７．“Ｅｌｅｋｔｒｏｔｅｋｈｎｉｃｈｅｓｋａｙａｐ ｒｏｒｏｙｓｈｌｅｎｎｏｓｔ”　、　Ｅｌｅｋｔｒｏｔｅｒｍｉｙａ　Ｎｏ、 ６　（２４）＋　１９８０．　Ｍｏｓｃｏｗ／ｉｎ　Ｒｕ５ｓｉａｎ／）。

この公知方法はバイメタル品に高性能の接合が達成されない。というのはエレク トロ鋳造の電力の種々の特性が未知であり、造形スリーブの加熱温度制御がなさ れていないからである。

この方法は稀少非鉄金属を節約することをしない。製品はわずかな強度を有し、 従って所定の耐用性を持たない。

発明の開示 本発明はバイメタル品を提供するものであり、エレクトロスラグ鋳造の最適パラ メータを選択することによりバイメタル品の層間接合の品質を著しく向上する。

前記目的はスラグ浴がバイメタル品の第１層を構成する造形スリーブ内にセット され、前記バイメタル品の第２層を構成する消耗電極からオーバーレイされる金 属がエレクトロスラグ鋳造により前記スリーブと接合されるエレクトロスラグ鋳 造によってバイメタル品を製造する方法において、本発明によれば該造形スリー ブの温度がエレクトロスラグ鋳造工程でスラグ浴領域で連続的に測定され前記温 度が該スラグ浴の電力を変えることにより前記造形スリーブの金属の融点の０、 ６−０．９内に維持され、もしも該造形スリーブの温度がその金属の融点の０． ６より低くなるならば前記電力が増大せしめられ、もしも前記温度が該造形スリ ーブの金属の融点の０、９より高くならば該電力が低下せしめられる。

エレクトロスラグ鋳造の開始前造形スリーブの下部を該スラグの融点の１．０− １．２の範囲から選択された温度で加熱し、該造形スリーブの下部の周囲の平均 値の０．２−０．４に等しい高さで加熱するのが好ましい。

前記バイメタル品の２つの接合全表面を増大させるために任意形状の溝を該造形 スリーブの内面に設けることができる。

前記消耗電極の融点より高い融点の材料からなる少なくとも１つの構造部材を前 記造形スリーブにより規定された領域に導入することが好ましい。

前記エレクトロスラグ鋳造後、１つの構造部材又は複数の構造部材を除かれこの 場合核部材を加熱することが好ましい。

前記構造部材をエレクトロスラグ鋳造工程で冷却することが好ましい。

中に非冷却仕切りを配置することにより画室を造形スリーブに設は空室で分割さ れた２つの画室で前記再溶解を行ない次に空室を溶融金属で充填することが好ま しい。

中空バイメタル品を製造する際、前記中空造形スリーブの内面を加熱し前記消耗 電極の材料を造形スリーブの外面にオーバーレイすることが好ましい。

図面の簡単な説明 本発明を添付図面に基づいた典型的な実施例の記載により更に説明する。

第１図は本発明に係るバイメタル品を製造する方法を実施する装置のプロセス略 図であり； 第２図は上記装置のＡ部拡大図であり；第３図は該装置の上面図であり； 第４図は本発明に係るいくつかの消耗電極を有する上記装置の上面図であり： 第５図は本発明の方法によって製造されたバイメタル品であり： 第６図は本発明に係るバイメタル品を製造する他の装置の縦断面図であり： 第７図は同装置の上面図であり： 第８図は本発明の方法によって製造されたバイメタル品である。

発明を効果的に実施するための最良の形態。

エレクトロスラグ鋳造によってバイメタル品を製造する方法は以下の通りである 。

鋼製非空冷造形スリーブ１　（第１図）にスラグ溶２をセットし銅製の１本の消 耗電極又は数本の消耗電極３をエレクトロスラグ鋳造によって再溶解する。その 結果バイメタル品４“鋼−銅”を成形し、第４外層をスリーブ１の鋼から形成し 銅の第２内層を消耗電極３のオーバーレイ金属とする。

エレクトロスラグ鋳造工程において、スリーブ１の温度ｔ。

は感温素子５によってスラグ浴の領域内で連続的に測定されスリーブを製造する 金属の溶融点ｔ２の０．６−０．９に保持される。例えば溶融点ｔ２が１４５０ ℃に等しいと従来考えられている鋼からスリーブ１が作られるならばスリーブ１ の温度ｔ１は８７０ないし１３０５℃に保持される。

全工程の電力が個々に異なる場合、スリーブ１の温度がその金属の融点の０．９ を超える必要があり、スリーブ１を介して部分溶解又は全溶解が起こり、これは バイメタル複合材の層間に好ましくない転移領域を示すことになり、また電極３ の液体金属の流出に関連した緊急事態にもつながる。

スリーブ１の温度が融点の０．６より低くなるならば電極の金属の凝固のために ２つの金属がバイメタルに接合しない。

すなわちスリーブ１の金属に電極３の金属が拡散できないのである。

スラグ浴２の電力を変えることによりスリーブ１の前記温度範囲を維持すること が最も有利である。このためスリーブ１の温度ｔ１が１２の０．６より低くなっ た時に該電力を上げ、温度ｔ、がｔ２の０．９より大になった時に下げる。これ は従来法、例えばエレクトロスラグ鋳造設備（図示せず）の電圧変圧器の電圧を 変えることにより行なわれる。

効率を上げるためそしてエレクトロスラグ鋳造を開始する前にバイメタル品の品 質を向上させるためにスリーブ１の低部を従来法、例えば、ガスバーナー又は電 気加熱により加熱する。加熱されているスリーブ１の該部分の高さｈ＋はその低 部のスリーブ１の平均周囲長の０．２−０．４に等しい。従って例えば直径０． ５ｍの円筒品を作る場合、スリーブ１が予熱される高さｈｌは０．３１４−０． ６２８ｍになる。

加熱温度ｔ、がスラグの融点ｔ４の１．０−１．２に等しいことがこれまでわか っている。例えば“鋼−銅”バイメタルを鋳造する際、融点ｔ４が９００℃に等 しいスラグを用い；次にスリーブ１の加熱温度を８００−９６０℃の範囲から選 択する。

この温度へのスリーブ１の予熱はバイメタルへの該層の高品質接合が可能となり 、その結果として高品質金属の歩留りを増大させる。

２つの金属をバイメタルに接合する全表面を増大させるために任意形状の溝、例 えばスリーブ１の内面（第２図）にブラインドホールを設ける。そのような表面 の増大により電極３（第１図）の金属の拡散をかなり増大させる。

融点ｔ、が消耗電極３の融点より高い材料からなる少なくとも１つの構造材９は 消耗電極３の融点がスリーブ１と電極３で規定された領域８内に導入されるもの より高い部材９は例えばｔ、が１０００℃である黒鉛で製造してもよい。

エレクトロスラグ鋳造が実施された後、一つ又はいくつかの部材９を除きその分 空間となる。

鋳造を実施する前部材９は所定の形状に従って製造されるべきバイメタル品のデ ザインで配置され稀少の非鉄金属が節約される。

部材９を従来法によりエレクトロスラグ鋳造工程で冷却し、これにより使用条件 をゆるくし寿命を長くする。部材９はくり返し用いることができる。

部材９の材料はバイメタル積層の第２内層の金属と化学的に反応しないし該金属 を汚染しない。

エレクトロスラグ鋳造の終了時部材９を従来法で加熱しそれで該製品からその除 去を容易にする。これは鋳造工程でバイメタル積層の内層の凝固時の熱収縮の結 果として部材９が圧縮を又は締付けを受ける。

これは鋳造工程をより信頼性あるものとする。

第４図は中空バイメタル品を鋳造するための他の工程略図を示す。

造形スリーブ１０を造形スリーブ１１の内側に同軸上に配置する。スリーブ１０ と１１で規定された空間を仕切り１２によって個々の画室１３と１４に分割する 。空室１４により分けられた画室１３内で先ず消耗電極１５を再溶解し、次に消 耗電極１６を再溶解用の画室１４に配置する。

その結果中空バイメタル品１７を製造（第５図）する。外壁及び内壁１８及び仕 切り１９を一つの金属例えば鋼で作り、その中間を他の金属２０例えば銅、青銅 、しんちゅうで充填する。

画室１３と１４を溶融金属で充填する好ましい方法により、信頼性あるものにす ることができる、というのは仕切り１２を介する溶解が除かれるからである。

エレクトロスラグ鋳造の工程図の一実施例を第６図、第７図に示す。

装置は中にスラグ浴２２をセットする拡大上部を有し、電極を溶解する造形スリ ーブ２１　（第６図）を具備する。スリーブ２１は中空でコア２４を有する。ス リーブ２１は各々電極２３を有する個々の画室２５を具備する。

インゴット２７をスリーブ２１の下部２６に形成する。コア２４（第６図）の内 側にヒーター２８を配置し、ビーム３０を上に設ける台２９にしっかりと接続す る。ビーム３゜を、スリーブ２１の画室２５を配する支持体３１と接続する。

画室２５をベッド３２上に配置する。

消耗電極２３を溶解するための広い部分及び得られるバイメタルの層の一つを構 成するインゴット２７を形成するための狭い部分を有する画室２５内のスラグ浴 ２２で消耗電極を溶解する。インゴット２７の内面をコア２４上に形成し得られ るバイメタルの第２層を構成する。コア２４の内面を台２９上に設けたヒーター ２８によりスリーブ２１の上端高さで加熱する。

装置を以下のように動作する。

該工程の始めにスラグ浴２２で溶解される電極２３をインゴット２７に入れる。

スリーブ２１の外面を冷却し、再溶解中に生じる熱歪をまず取り除く。

コア２４を冷却しない限り、鋳造工程でコアが強＜　（６００−８００℃）加熱 される。それにもか＼ゎらずコアのオーバーヒートはバイメタルの接合層の高品 質を達成するために該工程の初期段階で特に不十分である。鋳造中ヒーター２８ をコア２４に対して動かす。コア２４の内面をスリーブ２１の上端で加熱する。

第８図は第６図、第７図で示された装置で製造されたバイメタル品の上断面図を 示す。この品２３は一つの金属からなる中空円筒でその外面に他の金属からなる 突起３４を設ける。

この突起３４の形状はスリーブ２１の画室２５の形状に対応しているが任意でよ い。

本発明をその実施態様の特定の実施例で説明する。

実施例１ 非冷却スリーブでスラグ浴をセットし一つの銅電極をその中で再溶解する、スリ ーブの温度はｔ　＋　＝　８７０℃である。その結果として内層が銅で外層が鋼 であるバイメタル鋼−銅積層に作る。

実施例２ 実施例１と同じ方法を実施する。

スリーブの温度をｔ　、　＝１３００℃にする。

実施例３ 鋼スリーブの下部をその周囲の０．２に等しい高さで加熱する。

円筒スリーブの直径ｄ　＝　０．５　ｍでは加熱高さが０．３１４ｍである。ス リーブを加熱する温度は８００℃である。スリーブ内にセットされたスラグ浴は 融点が８００℃のスラグからなる。

銅消耗電極をスリーブを再溶解する。スリーブ温度はｔ１＝　１０００℃である 。

製品は内層が銅からなるバイメタル積層“鋼−銅”からなる。

実施例４ 実施例３に記載したように該方法を行なう、スリーブの下部を加熱する温度は９ ６０℃である。

実施例５ 実施例３に記載したように該方法を行なう、スリーブの下部加熱温度は９００℃ である。

本発明は異なった工程図により以下の利点を供する。

−異なった金属対から任意の形状のバイメタル品の製造ニー　バイメタル層の高 品質接合の提供；−良質金属の歩留り増加と稀少非鉄金属の節約−本方法は装置 を何ら変えずに金属のエレクトロスラグ再溶解装置（プラント）で簡単な方法で 実現される。

産業上の利用可能性 本発明は金属のエレクトロスラグ及び真空再溶解とその鋳造に用いられる。

国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．スラグ浴がバイメタル品の第１層を構成する造形スリーブ内にセットされ、 前記バイメタル品の第２層を構成する消耗電極からオーバーレイされる金属がエ レクトロスラグ鋳造により前記スリーブと接合されるエレクトロスラグ鋳造によ ってバイメタル品を製造する方法において、該造形スリーブの温度がエレクトロ スラグ鋳造工程でスラグ浴領域で連続的に測定され前記温度が該スラグ浴の電力 を変えることにより前記造形スリーブの金属の融点の０．６−０．９内に維持さ れ、もしも該造形スリーブの温度がその金属の融点の０．６より低くなるならぼ 前記電力が増大せしめられ、もしも前記温度が該造形スリーブの金属の融点の０ ．９より高くならば該電力が低下せしめられることを特徴とするバイメタル品を 製造する方法。
2. ２．エレクトロスラグ鋳造の開始前造形スリーブの下部を該スラグの融点の１． ０−１．２の範囲から選択された温度で加熱し、該造形スリーブの下部の周囲の 平均値の０．２−０．４に等しい高さで加熱することを特徴とする請求の範囲第 １項記載の方法。
3. ３．前記バイメタル品の２つの接合全表面を増大させるために任意形状の溝を該 造形スリーブの内面に設けることを特徴とする請求の範囲第２項記載の方法。
4. ４．前記消耗電極の融点より高い融点の材料からなる少なくとも１つの構造部材 を前記造形スリーブにより規定された領域に導入することを特徴とする請求の範 囲第１−３項のいずれか１項に記載の方法。
5. ５．前記エレクトロスラグ鋳造後、１つの構造部材又は複数の構造部材を除くこ とを特徴とする請求の範囲第４項記載の方法。
6. ６．前記構造部材をエレクトロスラグ鋳造工程で冷却することを特徴とする請求 の範囲第４項記載の方法。
7. ７．前記構造部材をエレクトロスラグ鋳造の完了時に加熱することを特徴とする 請求の範囲第４−６項いずれか１項に記載の方法。
8. ８．中に適当な仕切りを配置することにより画室を造形スリーブに設け空室で分 割された２つの画室で前記再溶解を行ない次に空室を溶融金属で充填することを 特徴とする請求の範囲第１−７項のいずれか１項に記載の方法。
9. ９．中空バイメタル品を製造する際、前記中空造形スリーブの内面を加熱し前記 消耗電極の材料を造形スリーブの外面にオーバーレイすることを特徴とする請求 の範囲第２項記載の方法。