JPH073350A - 真空アーク再溶解法 - Google Patents
真空アーク再溶解法Info
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- JPH073350A JPH073350A JP14462593A JP14462593A JPH073350A JP H073350 A JPH073350 A JP H073350A JP 14462593 A JP14462593 A JP 14462593A JP 14462593 A JP14462593 A JP 14462593A JP H073350 A JPH073350 A JP H073350A
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Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 真空アーク再溶解において発生するホワイト
・スポットや巨大凝集介在物群を著しく防止できる改良
法を提供する。 【構成】 真空または減圧不活性ガス雰囲気に調整され
たタンク内の水冷モールド中で消耗電極を下部から上部
に向かって連続的に再溶解する真空アーク再溶解法にお
いて、前記消耗電極の横断面積Ａeとモールド内部の横
断面積Ａiの比Ａe/Ａiを0.75以上、または消耗電極径Ｄ
eとモールド内径Ｄiの比Ｄe/Ｄiを0.866以上とすること
を特徴とする真空アーク再溶解法。
・スポットや巨大凝集介在物群を著しく防止できる改良
法を提供する。 【構成】 真空または減圧不活性ガス雰囲気に調整され
たタンク内の水冷モールド中で消耗電極を下部から上部
に向かって連続的に再溶解する真空アーク再溶解法にお
いて、前記消耗電極の横断面積Ａeとモールド内部の横
断面積Ａiの比Ａe/Ａiを0.75以上、または消耗電極径Ｄ
eとモールド内径Ｄiの比Ｄe/Ｄiを0.866以上とすること
を特徴とする真空アーク再溶解法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、航空機用部品材料、原
子力発電プラント用部品材料等の製造に使用される真空
アーク再溶解法(以下ＶＡＲ法と略す)の改良に関するも
のである。
子力発電プラント用部品材料等の製造に使用される真空
アーク再溶解法(以下ＶＡＲ法と略す)の改良に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】ＶＡＲ法は、徹底した真空精錬と積層凝
固により鋳塊の品質と信頼性を高めるための優れたプロ
セスであり、広く航空機用部品材料、原子力発電プラン
ト用材料など苛酷な条件に対する抵抗力または十分なる
信頼性が要求される材料の製造に供されている。さらに
詳細にＶＡＲ法の利点を説明するならば、ＶＡＲ法では
真空タンク内の容積が小さく、また真空タンク内に耐火
物が存在しないため、タンク内圧力が非常に低く、通常
操作圧力を10のマイナス3乗torr以下にできる。また耐
火物を用いないことによって酸化物系非金属介在物の混
入を極少にできる。
固により鋳塊の品質と信頼性を高めるための優れたプロ
セスであり、広く航空機用部品材料、原子力発電プラン
ト用材料など苛酷な条件に対する抵抗力または十分なる
信頼性が要求される材料の製造に供されている。さらに
詳細にＶＡＲ法の利点を説明するならば、ＶＡＲ法では
真空タンク内の容積が小さく、また真空タンク内に耐火
物が存在しないため、タンク内圧力が非常に低く、通常
操作圧力を10のマイナス3乗torr以下にできる。また耐
火物を用いないことによって酸化物系非金属介在物の混
入を極少にできる。
【０００３】また電極中の非金属介在物は高温、高真空
下で解離されるか、解離しないものは融液プール中で浮
上分離され、融液の回転、対流等により周辺部に押しや
られモールド近傍のチル晶に捕捉されるがこの部分は、
抜塊・冷却後、旋削、研削等により除去可能である。さ
らに普通造塊法と異なり、プール形状が常に一定である
ため、鋳塊の組織は鋳塊のボトム部、トップ部のごく一
部を除いては均一であり、不均一部は加工工程中に切断
除去される。
下で解離されるか、解離しないものは融液プール中で浮
上分離され、融液の回転、対流等により周辺部に押しや
られモールド近傍のチル晶に捕捉されるがこの部分は、
抜塊・冷却後、旋削、研削等により除去可能である。さ
らに普通造塊法と異なり、プール形状が常に一定である
ため、鋳塊の組織は鋳塊のボトム部、トップ部のごく一
部を除いては均一であり、不均一部は加工工程中に切断
除去される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述のようにＶＡＲ法
は、数々の優れた利点を持つ反面、超耐熱合金等ではホ
ワイト・スポットと呼ばれる特有の偏析や、数μm径の
微細介在物が無数に凝集して数mm径の巨大凝集介在物群
を形成することがある。これらの鋳塊中の欠陥の成因に
ついては、いまだ不明な点もあるが、K.O.Yuら（Journa
l of Metals Jan.（1986) P.40-50)、A.Mitchell(High
temperature alloys for Gas Turbines and other appl
ications,1986,PartI,P.679-696)の報告によれば、図２
に示すようにＶＡＲプロセス中のメニスカス周辺では金
属蒸気の蒸着や融液飛沫によりモールドに接してクラウ
ンと呼ばれるバリ６が生成したり、シェルフと呼ばれる
チル晶の張り出し７が成長したりする。これらがＶＡＲ
プロセス中のアーク不安定等により部分的に切り取られ
て融液プール４中に落下し、その大なるものは場合によ
っては、プール４の保有熱で再溶融せずマッシー・ゾー
ン５に捕捉されて鋳塊内に残留し、ホワイト・スポット
になると言われている。さらに、前記巨大凝集介在物群
は、電極中に存在した非金属介在物が融液プール４中で
浮上し、これがプール４内溶湯の対流および誘導磁界に
よる回転等によって、メニスカス周辺に押しやられる過
程で凝集し、シェルフ７に捕捉され、これらがシェルフ
７と一緒にプール４中に落下し鋳塊３内に残留したもの
と推定される。
は、数々の優れた利点を持つ反面、超耐熱合金等ではホ
ワイト・スポットと呼ばれる特有の偏析や、数μm径の
微細介在物が無数に凝集して数mm径の巨大凝集介在物群
を形成することがある。これらの鋳塊中の欠陥の成因に
ついては、いまだ不明な点もあるが、K.O.Yuら（Journa
l of Metals Jan.（1986) P.40-50)、A.Mitchell(High
temperature alloys for Gas Turbines and other appl
ications,1986,PartI,P.679-696)の報告によれば、図２
に示すようにＶＡＲプロセス中のメニスカス周辺では金
属蒸気の蒸着や融液飛沫によりモールドに接してクラウ
ンと呼ばれるバリ６が生成したり、シェルフと呼ばれる
チル晶の張り出し７が成長したりする。これらがＶＡＲ
プロセス中のアーク不安定等により部分的に切り取られ
て融液プール４中に落下し、その大なるものは場合によ
っては、プール４の保有熱で再溶融せずマッシー・ゾー
ン５に捕捉されて鋳塊内に残留し、ホワイト・スポット
になると言われている。さらに、前記巨大凝集介在物群
は、電極中に存在した非金属介在物が融液プール４中で
浮上し、これがプール４内溶湯の対流および誘導磁界に
よる回転等によって、メニスカス周辺に押しやられる過
程で凝集し、シェルフ７に捕捉され、これらがシェルフ
７と一緒にプール４中に落下し鋳塊３内に残留したもの
と推定される。
【０００５】ホワイト・スポットにせよ巨大凝集介在物
群にせよいずれも航空機部品や原子力プラント部品にと
っては致命的な欠陥であり、製品の強度、信頼性に与え
る影響は大きい。本発明はこれらの欠陥を防止しうるＶ
ＡＲ法の改良法を提供し、それによって製品の信頼性を
向上することを目的としている。
群にせよいずれも航空機部品や原子力プラント部品にと
っては致命的な欠陥であり、製品の強度、信頼性に与え
る影響は大きい。本発明はこれらの欠陥を防止しうるＶ
ＡＲ法の改良法を提供し、それによって製品の信頼性を
向上することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、真空または減
圧不活性ガス雰囲気に調整されたタンク内の水冷モール
ド中で消耗電極を下部から上部に向かって連続的に再溶
解する真空アーク再溶解法において、前記消耗電極の横
断面積Ａeとモールド内部の横断面積Ａiの比Ａe/Ａiを
0.75以上、または消耗電極径Ｄeとモールド内径Ｄiの比
Ｄe/Ｄiを0.866以上とすることを特徴とする真空アーク
再溶解法である。この真空アーク再溶解法に用いる消耗
電極は超耐熱合金、またはマルエージング鋼であること
が望ましい。なお、上記のＤe/Ｄi比 0.866は、断面積
比であるＡe/Ａiの値 0.75を径比に換算した値である。
圧不活性ガス雰囲気に調整されたタンク内の水冷モール
ド中で消耗電極を下部から上部に向かって連続的に再溶
解する真空アーク再溶解法において、前記消耗電極の横
断面積Ａeとモールド内部の横断面積Ａiの比Ａe/Ａiを
0.75以上、または消耗電極径Ｄeとモールド内径Ｄiの比
Ｄe/Ｄiを0.866以上とすることを特徴とする真空アーク
再溶解法である。この真空アーク再溶解法に用いる消耗
電極は超耐熱合金、またはマルエージング鋼であること
が望ましい。なお、上記のＤe/Ｄi比 0.866は、断面積
比であるＡe/Ａiの値 0.75を径比に換算した値である。
【０００７】
【作用】本発明においては、消耗電極横断面積Ａeのモ
ールド内部の横断面積Ａiに対する比Ａe/Ａi（以下、こ
の比をフィル・レシオと記す)が大きくなることによっ
て、アークによる熱供給がメニスカス周辺にまで十分ゆ
きわたるようになる結果、シェルフの発達が抑制され、
シェルフがアークによって切り取られにくくなり、さら
には万一切り取られたとしても切り取られたシェルフの
塊が小さいため、融液プール中で再溶融するので、鋳塊
内に残留する危険性がほとんどなくなり、ホワイト・ス
ポットや巨大凝集介在物群が著しく減少すると考えられ
る。フィル・レシオが0.75未満では、上記の効果が得ら
れないため、Ａe/Ａi比を0.75以上に限定する。また、
本発明を従来法との比較の観点から言えば、例えば第３
版鉄鋼便覧II 「製銑・製鋼」(日本鉄鋼協会編,丸善株式会
社発行,昭和54年) P736には、フィル・レシオに関して
「その道は鋼塊とともに大きくなり、200mmφで0.60〜0.
75,800mmφで0.80〜0.85程度である」との記述がある
が、この場合のフィル・レシオは径比であるため、本発
明にならって断面積比で記述すると200mmφで0.36〜0.5
6,800mmφで0.64〜0.72となる。また、「鋼の真空溶解お
よび真空脱ガス法の進歩」(日本鉄鋼協会,特殊鋼部会編
日本鉄鋼協会発行,昭和44年) P53に「一般に電極径は坩
堝径より約25%小さくとられている」なる記述があり、こ
の場合も断面積比では約0.56となる。したがって、本発
明における断面積比でのフィル・レシオ0.75以上という
値は、公知技術に対してはるかに大きいことがわかる。
ールド内部の横断面積Ａiに対する比Ａe/Ａi（以下、こ
の比をフィル・レシオと記す)が大きくなることによっ
て、アークによる熱供給がメニスカス周辺にまで十分ゆ
きわたるようになる結果、シェルフの発達が抑制され、
シェルフがアークによって切り取られにくくなり、さら
には万一切り取られたとしても切り取られたシェルフの
塊が小さいため、融液プール中で再溶融するので、鋳塊
内に残留する危険性がほとんどなくなり、ホワイト・ス
ポットや巨大凝集介在物群が著しく減少すると考えられ
る。フィル・レシオが0.75未満では、上記の効果が得ら
れないため、Ａe/Ａi比を0.75以上に限定する。また、
本発明を従来法との比較の観点から言えば、例えば第３
版鉄鋼便覧II 「製銑・製鋼」(日本鉄鋼協会編,丸善株式会
社発行,昭和54年) P736には、フィル・レシオに関して
「その道は鋼塊とともに大きくなり、200mmφで0.60〜0.
75,800mmφで0.80〜0.85程度である」との記述がある
が、この場合のフィル・レシオは径比であるため、本発
明にならって断面積比で記述すると200mmφで0.36〜0.5
6,800mmφで0.64〜0.72となる。また、「鋼の真空溶解お
よび真空脱ガス法の進歩」(日本鉄鋼協会,特殊鋼部会編
日本鉄鋼協会発行,昭和44年) P53に「一般に電極径は坩
堝径より約25%小さくとられている」なる記述があり、こ
の場合も断面積比では約0.56となる。したがって、本発
明における断面積比でのフィル・レシオ0.75以上という
値は、公知技術に対してはるかに大きいことがわかる。
【０００８】
【実施例】本発明の詳細を実施例によって説明する。平
均内径20インチ(508mm)のモールドを使用して、Ａl,Ｔ
i,Ｎbを含有する超耐熱合金のInconel 718(Inconel 718
は商品名である)およびＡl,Ｔiを含有するマルエージン
グ鋼の消耗電極を種々の平均径に旋削した後、一定溶解
速度(単位時間中に溶解した消耗電極の重量)でＶＡＲに
よる再溶解実施した。消耗電極およびＶＡＲ鋳塊１本当
りの重量は大旨一定である。
均内径20インチ(508mm)のモールドを使用して、Ａl,Ｔ
i,Ｎbを含有する超耐熱合金のInconel 718(Inconel 718
は商品名である)およびＡl,Ｔiを含有するマルエージン
グ鋼の消耗電極を種々の平均径に旋削した後、一定溶解
速度(単位時間中に溶解した消耗電極の重量)でＶＡＲに
よる再溶解実施した。消耗電極およびＶＡＲ鋳塊１本当
りの重量は大旨一定である。
【０００９】ＶＡＲ後の鋳塊を、規定の熱処理を施し、
分塊鍛造によってブルームとし、定尺に切断した後、型
打ち鍛造を行ないディスク形状にした。これを機械加工
によって規定の削り代を除去して最終製品とした。最終
製品を塩化第二鉄水溶液に浸漬してマクロ腐食組織を現
出させ、ホワイト・スポットの有無を確認した。さら
に、水浸超音波探傷によって検査を行ない、欠陥が認め
られた場合、その部分を切り出し、マクロ腐食によって
ホワイト・スポットの有無を確認するとともに、光学顕
微鏡、走査型電子顕微鏡による調査に供して凝集介在物
群による欠陥があるかどうかを確認した。こうして、鋳
塊１本当りのホワイト・スポットおよび凝集介在物群に
よる欠陥個数(合計個数)がフィル・レシオによってどの
ように変化するかを調べた。図１にその結果を示す。
分塊鍛造によってブルームとし、定尺に切断した後、型
打ち鍛造を行ないディスク形状にした。これを機械加工
によって規定の削り代を除去して最終製品とした。最終
製品を塩化第二鉄水溶液に浸漬してマクロ腐食組織を現
出させ、ホワイト・スポットの有無を確認した。さら
に、水浸超音波探傷によって検査を行ない、欠陥が認め
られた場合、その部分を切り出し、マクロ腐食によって
ホワイト・スポットの有無を確認するとともに、光学顕
微鏡、走査型電子顕微鏡による調査に供して凝集介在物
群による欠陥があるかどうかを確認した。こうして、鋳
塊１本当りのホワイト・スポットおよび凝集介在物群に
よる欠陥個数(合計個数)がフィル・レシオによってどの
ように変化するかを調べた。図１にその結果を示す。
【００１０】図１に明らかな通り、Inconel 718および
マルエージング鋼ともに同じ傾向がみられ、フィル・レ
シオが0.75未満では、ＶＡＲ鋳塊１本当りの、ホワイト
・スポットおよび巨大凝集介在物群欠陥の合計欠陥個数
が激増している。これに対して、フィル・レシオが0.75
以上の時には、Inconel 718、マルエージング鋼いずれ
もＶＡＲ鋳塊１本当りの、ホワイト・スポットおよび巨
大凝集介在物群欠陥の合計欠陥個数は著しく減少してお
り、本発明方法がＶＡＲ鋳塊の品質を飛躍的に向上させ
得ることが認められる。本発明において、前述の作用の
観点からすればフィル・レシオは大きければ大きいほど
良いということになるが、それによって消耗電極とモー
ルドの間隔(以下モールド・ギャップと記す)が狭くな
り、消耗電極と湯面との間隔(以下アーク・ギャップと
記す)より狭い場合、消耗電極とモールドの間にアーク
が発生する所謂サイド・アーク現象をひき起こすおそれ
がある。サイド・アークは鋳塊の品質に大きな悪影響を
及ぼすばかりでなく、モールドの溶損および冷却水の侵
入により水蒸気爆発にもつながる危険なものである。し
たがって、フィル・レシオはモールド・ギャップがアー
ク・ギャップ以下にならないように定める必要がある
が、アーク・ギャップは鋼種、炉の制御能力等によって
異なる。
マルエージング鋼ともに同じ傾向がみられ、フィル・レ
シオが0.75未満では、ＶＡＲ鋳塊１本当りの、ホワイト
・スポットおよび巨大凝集介在物群欠陥の合計欠陥個数
が激増している。これに対して、フィル・レシオが0.75
以上の時には、Inconel 718、マルエージング鋼いずれ
もＶＡＲ鋳塊１本当りの、ホワイト・スポットおよび巨
大凝集介在物群欠陥の合計欠陥個数は著しく減少してお
り、本発明方法がＶＡＲ鋳塊の品質を飛躍的に向上させ
得ることが認められる。本発明において、前述の作用の
観点からすればフィル・レシオは大きければ大きいほど
良いということになるが、それによって消耗電極とモー
ルドの間隔(以下モールド・ギャップと記す)が狭くな
り、消耗電極と湯面との間隔(以下アーク・ギャップと
記す)より狭い場合、消耗電極とモールドの間にアーク
が発生する所謂サイド・アーク現象をひき起こすおそれ
がある。サイド・アークは鋳塊の品質に大きな悪影響を
及ぼすばかりでなく、モールドの溶損および冷却水の侵
入により水蒸気爆発にもつながる危険なものである。し
たがって、フィル・レシオはモールド・ギャップがアー
ク・ギャップ以下にならないように定める必要がある
が、アーク・ギャップは鋼種、炉の制御能力等によって
異なる。
【００１１】本発明になるＶＡＲ法はその作用から言っ
て、どのような鋼種にも適用できるものであるが、ホワ
イト・スポットはＶＡＲ鋳塊周辺のチル晶(シェルフ)が
ＮbやＴiが欠乏しているために起る現象であり、巨大凝
集介在物群は本発明者らの研究ではＡl2Ｏ3とＴiＮが混
在しているものがほとんどであるから、Ａl、Ｔi、Ｎb
などの元素を多量に含む超耐熱合金やマルエージング鋼
のＶＡＲに威力を発揮するものである。
て、どのような鋼種にも適用できるものであるが、ホワ
イト・スポットはＶＡＲ鋳塊周辺のチル晶(シェルフ)が
ＮbやＴiが欠乏しているために起る現象であり、巨大凝
集介在物群は本発明者らの研究ではＡl2Ｏ3とＴiＮが混
在しているものがほとんどであるから、Ａl、Ｔi、Ｎb
などの元素を多量に含む超耐熱合金やマルエージング鋼
のＶＡＲに威力を発揮するものである。
【００１２】
【発明の効果】本発明によれば、フィル・レシオを0.75
以上に規制することによって、アークがメニスカス周辺
に十分行きわたるため、ホワイト・スポットや巨大凝集
介在物群の原因となるシェルフの成長を抑制し、ＶＡＲ
鋳塊の品質が飛躍的に向上すると共に、不良部の廃却な
どを少なくするためコスト・ダウンにも大きく貢献する
ものである。
以上に規制することによって、アークがメニスカス周辺
に十分行きわたるため、ホワイト・スポットや巨大凝集
介在物群の原因となるシェルフの成長を抑制し、ＶＡＲ
鋳塊の品質が飛躍的に向上すると共に、不良部の廃却な
どを少なくするためコスト・ダウンにも大きく貢献する
ものである。
【図１】本発明の根拠ならびに効果を示す実験結果の説
明図である。
明図である。
【図２】ＶＡＲプロセス中のメニスカス周辺の状況を示
す概念図である。
す概念図である。
１ 消耗電極、２ モールド、３ 鋳塊 ４ 融液プー
ル、５ マッシー・ゾーン、６ クラウン、７ シェル
フ
ル、５ マッシー・ゾーン、６ クラウン、７ シェル
フ
Claims (2)
- 【請求項１】 真空または減圧不活性ガス雰囲気に調整
されたタンク内の水冷モールド中で消耗電極を下部から
上部に向かって連続的に再溶解する真空アーク再溶解法
において、前記消耗電極の横断面積Ａeとモールド内部
の横断面積Ａiの比Ａe/Ａiを0.75以上、または消耗電極
径Ｄeとモールド内径Ｄiの比Ｄe/Ｄiを0.866以上とする
ことを特徴とする真空アーク再溶解法。 - 【請求項２】 消耗電極が超耐熱合金、またはマルエー
ジング鋼であることを特徴とする請求項１に記載の真空
アーク再溶解法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14462593A JP3541956B2 (ja) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | 真空アーク再溶解法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14462593A JP3541956B2 (ja) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | 真空アーク再溶解法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH073350A true JPH073350A (ja) | 1995-01-06 |
| JP3541956B2 JP3541956B2 (ja) | 2004-07-14 |
Family
ID=15366394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14462593A Expired - Fee Related JP3541956B2 (ja) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | 真空アーク再溶解法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3541956B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09241767A (ja) * | 1996-03-08 | 1997-09-16 | Hitachi Metals Ltd | 超耐熱合金の消耗電極式再溶解法 |
| JP2010116581A (ja) * | 2008-11-11 | 2010-05-27 | Toho Titanium Co Ltd | 真空アーク溶解炉を用いたチタンインゴットの溶製方法 |
| WO2018052135A1 (ja) * | 2016-09-15 | 2018-03-22 | 日立金属株式会社 | メタルマスク用素材およびその製造方法 |
-
1993
- 1993-06-16 JP JP14462593A patent/JP3541956B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09241767A (ja) * | 1996-03-08 | 1997-09-16 | Hitachi Metals Ltd | 超耐熱合金の消耗電極式再溶解法 |
| JP2010116581A (ja) * | 2008-11-11 | 2010-05-27 | Toho Titanium Co Ltd | 真空アーク溶解炉を用いたチタンインゴットの溶製方法 |
| WO2018052135A1 (ja) * | 2016-09-15 | 2018-03-22 | 日立金属株式会社 | メタルマスク用素材およびその製造方法 |
| CN109715834A (zh) * | 2016-09-15 | 2019-05-03 | 日立金属株式会社 | 金属掩模用原材料及其制造方法 |
| JPWO2018052135A1 (ja) * | 2016-09-15 | 2019-06-27 | 日立金属株式会社 | メタルマスク用素材およびその製造方法 |
| CN109715834B (zh) * | 2016-09-15 | 2021-06-15 | 日立金属株式会社 | 金属掩模用原材料及其制造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3541956B2 (ja) | 2004-07-14 |
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