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JP2000144273A - 超耐熱合金の消耗電極式再溶解法 - Google Patents

超耐熱合金の消耗電極式再溶解法

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JP2000144273A
JP2000144273A JP11125655A JP12565599A JP2000144273A JP 2000144273 A JP2000144273 A JP 2000144273A JP 11125655 A JP11125655 A JP 11125655A JP 12565599 A JP12565599 A JP 12565599A JP 2000144273 A JP2000144273 A JP 2000144273A
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consumable electrode
resistant alloy
temperature
super heat
heat resistant
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Hiroshi Harada
衛司 原田
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Daido Steel Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、析出硬化型などの超耐熱合金の消
耗電極式再溶解法において、スポット状の偏析の生成を
防止するとともに、非金属介在物を巻き込む原因となる
消耗電極の割れを防止し、スポット状の偏析および非金
属介在物のない鋳塊を安定して製造する方法を提供する
こと。 【解決手段】 超耐熱合金の消耗電極式再溶解法におい
て、溶解した消耗電極材を円柱状などの鋳塊用鋳型に鋳
造し、外周から径の1/3まで凝固する以前に型抜きを
実施し、この消耗電極材の固相温度と固相温度より50
0℃低い温度との間の温度に予め加熱しておいた炉に装
入し、1時間以上保持して作製したものを消耗電極とし
て使用すること。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、析出硬化型などの
超耐熱合金の消耗電極式再溶解法に関する。
【0002】
【従来の技術】析出硬化型などの超耐熱合金は、真空誘
導炉などで溶解、鋳造して製造したものを消耗電極と
し、エレクトロスラグ再溶解法(以下、「ESR」とい
う。)、真空アーク再溶解法(以下、「VAR」とい
う。)などの消耗電極式再溶解法で溶解、凝固して製造
している。この製造方法で超耐熱合金、特に析出硬化型
のものを製造すると、鋳塊にスポット状の偏析が発生し
たり、場合によっては大きな非金属介在物が含まれるこ
とがある。このスポット状の偏析または大きな非金属介
在物が含まれている鋳塊を鍛造すると、このスポット状
の偏析、非金属介在物を起点とする割れが発生すること
があるという問題があった。
【0003】このスポット状の偏析は、消耗電極内部に
割れ(鋳造時および再溶解中に生成)があるため、再溶
解の際に溶解速度(M/R)が不均一になること(割れ
により熱伝導が悪くなるため、割れより溶解する側の部
分は溶解速度が早くなり、また割れより裏側にある部分
は溶解速度が遅くなるためである。)によって生成する
と推定されている。また非金属介在物は、ESR溶解の
際に消耗電極が割れて破片が欠け落ち、この破片がスラ
グを巻き込んだ状態で凝固されるためのものであると推
定されている。
【0004】上記スポット状の偏析が再溶解の際の溶解
速度の不均一によるものであることは、溶解速度が不均
一になった部分の鋳塊を切断すると、その断面にスポッ
ト状の偏析が存在することから確認されている。また、
ESRにおいて非金属介在物を巻き込む原因となってい
る消耗電極の割れは、再溶解中に消耗電極が破裂する破
裂音、消耗電極の時間当たりの溶解量、すなわち溶解速
度(M/R)、電気抵抗、電流などを観察していると、
M/Rが急に大きくなった後非常に小さくなるととも
に、電気抵抗および電流などが変化することからも消耗
電極が割れて欠け落ちていることなどで確認されてい
る。
【0005】この非金属介在物を巻き込む原因となって
いる消耗電極の割れを防止し、異常組織のない鋳塊を安
定して製造する方法として、再溶解する前に予め消耗電
極を均熱処理して脆いラーベス相を基地に溶解しておく
方法が特開平9─241767号公報に開示されてい
る。しかし、予め消耗電極を均熱処理したものを使用し
て再溶解しても、割れを十分防止することができず、ま
た均熱処理は消耗電極を高温に長時間保持する必要があ
るという欠点がある。また、均熱処理しても均熱処理す
る前の鋳造時に生成していた割れを無くすことができな
いので、割れが原因となるスポット状の偏析も防止する
ことができなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、析出硬化型
などの超耐熱合金の消耗電極式再溶解法において、スポ
ット状の偏析の生成を防止するとともに、非金属介在物
を巻き込む原因となる消耗電極の割れを防止し、スポッ
ト状の偏析および非金属介在物のない鋳塊を安定して製
造する方法を提供することを課題とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明者は、超耐熱合金の消耗電極を作製する際の
鋳造に着目し、鋳造後の冷却速度について研究していた
ところ、溶解した消耗電極材を鋳造し、半凝固状態から
加熱した炉の中に入れて一定時間保持した後炉冷する
と、通常の放冷材に比較してラーベス相が減少するとの
知見を得るともに、このようにして作製した消耗電極が
再溶解の際のM/Rが均一になり、スポット状の偏析が
発生しないとの知見を得て本発明をなしたものである。
【0008】すなわち、本発明の析出硬化型などの超耐
熱合金の消耗電極式再溶解法においては、超耐熱合金の
消耗電極式再溶解法において、溶解した消耗電極材を円
柱状または円錐状鋳塊用鋳型に鋳造し、外周から径の1
/3まで凝固(外周から中心方向に径の1/3まで凝固
すること、周辺全体から凝固するので、両側では径の2
/3凝固すること)する以前に型抜きを実施し、この消
耗電極材の固相温度と固相温度より500℃低い温度と
の間の温度に予め加熱しておいた炉に装入し、1時間以
上保持した後、冷却して作製したものを消耗電極として
使用することである。
【0009】
【発明の実施の形態】次に、本発明を詳細に説明する。
本発明を図1を参照して説明すると、析出硬化型などの
超耐熱合金を真空高周波炉などで溶解し、真空中で円柱
状または円錐状鋳塊用鋳型に鋳造し、外周から径の1/
3が凝固する以前(鋳込完了後約15〜30分後)に型
抜きを実施し、この消耗電極材の固相温度と固相温度よ
り500℃低い温度との間の温度(例えば、810〜9
00℃)保持された炉において1時間以上、例えば約6
〜9時間保持した後、その後炉の電源をオフにして炉冷
(例えば、約4〜10℃/hrの冷却速度)でそのまま
常温まで冷却するか、約400〜600℃まで冷却した
ところで炉から取り出して放冷するなどして冷却して作
製したものを消耗電極として使用する超耐熱合金の消耗
電極式再溶解法である。
【0010】本発明の消耗電極式再溶解法における、超
耐熱合金は、重量%で(以下同じ)、C:0.10%以
下、Si:1.00%以下、Mn:1.50%以下、N
i:25.0〜78.0%、Cr:12.00〜25.
0%、必要に応じて、Al+Ti:1.3%以上、Nb
+Ta:5.8%以下およびB:0.01%以下の1種
または2種以上を含み、更に必要に応じてMo:3.5
%以下、W:3.5%以下の1種または2種を含み、残
部がFeおよび不可避不純物である析出硬化型などのF
e−Ni−Cr基合金、Cr:18.0〜21.0%、
Co:2.0%以下、Fe:5.0%以下、Ti:1.
8〜2.7%、AI:0.5〜1.8%、残部がNiお
よび不可避不純物である析出硬化型のNi−Cr基合
金、C:0.030%以下、Ni:53.6〜54.9
%、Cr:15.0〜19.0%、Co:12.0〜1
8.5%、Mo:3.0〜6.0%、Al:2.0〜
4.3%、Ti:2.9〜5.0%、B:0.005〜
0.030%、W:1.5%以下、Zr:0.05%以
下からなる析出硬化型のNi−Cr─Co基合金、Co
基合金などである。
【0011】具体的には、JIS NCF718、NC
F750、NCF751およびNCF80A、A−28
6、Discaioy、V−57、Incoloy90
1、Nimonic80、InconelX750、U
dimet500〜710、Nivcoなどである。
【0012】本発明の析出硬化型などの超耐熱合金の消
耗電極式再溶解法における消耗電極式再溶解法は、上記
ESRおよびVAR、プラズマアーク再溶解法などであ
る。さらに、上記材料の固相温度は、その成分組成によ
って異なるが、約1250〜1400℃程度であり、固
相温度より500℃低い温度とは、約800〜900℃
程度である。
【0013】また、本発明は、外周から径の1/3まで
凝固する以前に鋳型から型抜きを実施し、その後固相温
度と固相温度より500℃低い温度との間の温度に予め
加熱しておいた炉に装入しているが、径の1/3が凝固
する以前に鋳型から型抜きを実施するのは、鋳造後放冷
したものと徐冷処理したものの各部位のラーベス相の面
積率を測定すると、図2に示すようになり、徐冷処理し
たもののラーベス相の面積率は放冷したものと比較する
と全体的に小さくなっており、径の1/3が凝固する以
前に型抜きし、その後徐冷すれば、ラーベス相の面積率
を小さくすることができる効果があるからである。この
鋳型から型抜きを実施する時期は、図2に示すように早
ければ早いほど好ましいが、型抜きを実施するには強度
が必要であるので、具体的には、周囲が50mm程度凝
固した状態になってからである。
【0014】
【作用】本発明は、外周から径の1/3まで凝固(両側
で径の2/3まで凝固)する以前に鋳型から型抜きを実
施し、その消耗電極をその固相温度と固相温度より50
0℃低い温度との間の温度、例えば810〜900℃に
保持された炉において1時間以上、好ましくは4時間以
上、さらに好ましくは6時間以上保持した後、冷却する
ことにより、再溶解中の溶解速度の変動、電極の欠落ち
を抑制または防止することができる。この理由は、上記
のように処理をすると、脆化相であるラーベス相の晶
出の低減、消耗電極凝固時の収縮に伴う割れの軽減お
よび熱応力の緩和がなされるので、再溶解中の割れの
起点となる消耗電極凝固時の熱応力および再溶解時の熱
応力による消耗電極内部の割れが発生せず、また割れが
発生しても、割れの進展が抑制(粒界に脆化相がないた
め)されるためであると推測される。
【0015】
【実施例】次に、本発明の超耐熱合金の消耗電極式再溶
解法の実施例を説明する。 実施例 下記表1に示す成分組成の消耗電極材料(固相温度12
60℃)を真空高周波誘導炉で溶製し、この溶湯を寸法
が約φ380mm×長さ2400mmの鋳型に真空中で
注入し、鋳込完了から約1.8分後に真空容器から鋳型
を取り出した。この時の消耗電極のトップの温度は12
70℃であった。その後外周から径の約1/7が凝固
(鋳込完了から約15分後、周囲が約50mm凝固)後
に鋳型から消耗電極を突き上げて取り出し(消耗電極の
トップの表面温度は980℃、ボトムの表面温度900
℃)、その6分後に843℃に加熱されていた炉に着床
した(消耗電極のトップの温度は975℃、ボトムの温
度997℃)。
【0016】
【表1】
【0017】炉の温度は、消耗電極が高温であったた
め、最高873℃まで上昇したが、4.3時間後に84
3℃になり、8.3時間後に炉の電源をオフにして炉冷
(6.5℃/hr)し、62.05時間後に496℃に
なったところで炉外に搬出し、放冷した。この消耗電極
をVAR法により溶解・凝固させて直径440mmの鋳
塊を得た。この再溶解中、約5%の溶解速度の変動が1
回あった。この鋳塊のM/R変動があった部分を切断し
てその断面を観察したが、スポット状の偏析は観察でき
なかった。
【0018】比較例 比較例として上記実施例と同じ成分組成の消耗電極材料
を同じ炉で溶製し、この溶湯を同じ温度から同じ鋳型に
真空中で注入し、鋳込完了から約1.8分後に真空容器
から鋳型を取り出し、鋳込完了から90分後に鋳型から
消耗電極を突き上げて取り出し、そのまま常温まで放冷
した。
【0019】この消耗電極を上記実施例と同じ条件でV
AR法により上記実施例のものとほぼ同じ大きさの鋳塊
を得た。この再溶解中、20%以上の溶解速度の変動が
6回あった。この鋳塊のM/R変動があった部分の1か
所を切断してその断面を観察したところ、スポット状の
偏析があることが観察された。
【0020】
【発明の効果】本発明の超耐熱合金の消耗電極式再溶解
法は、上記構成にしたことにより、再溶解中に消耗電極
が割れることがなく、またスポット状の偏析がない鋳塊
を安定して製造することができるという優れた効果を奏
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の超耐熱合金の消耗電極式再溶解法に使
用する消耗電極の鋳込み後の冷却の温度と時間の関係を
説明するための図である。
【図2】超耐熱合金製消耗電極の鋳造後放冷したものと
徐冷処理したものの各部位とラーベス相の面積率との関
係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22B 9/20

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超耐熱合金の消耗電極式再溶解法におい
    て、溶解した消耗電極材を鋳型に鋳造し、外周から径の
    1/3まで凝固する以前に型抜きを実施し、この消耗電
    極材の固相温度と固相温度より500℃低い温度との間
    の温度に予め加熱しておいた炉に装入し、1時間以上保
    持して作製したものを消耗電極として使用することを特
    徴とする超耐熱合金の消耗電極式再溶解法。
  2. 【請求項2】 上記超耐熱合金が析出硬化型の超耐熱合
    金であることを特徴とする請求項1記載の超耐熱合金の
    消耗電極式再溶解法。
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