【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
【発明の目的】[Purpose of the invention]
（産業上の利用分野）
この発明は、ガスタービン、大型蒸気タービン、航空宇
宙機器、原子力設備などの各種構造体の素材として使用
される耐熱材料や、工具鋼、高速度工具鋼、ロール鋼、
軸受鋼などの鋼においてとくに優れた耐用寿命などが要
求される材料など、高度の品質を要求される高級金属を
溶解鋳造するのに利用される真空誘導溶解鋳造法に関す
るものである。
（従来の技術）
従来、この種の高品質の高級金属を溶解鋳造する方法と
しては、真空誘導溶解鋳造法、真空アーク再溶解鋳造法
、エレクトロスラグ再溶解鋳造法などがあり、それぞれ
に長所および短所を有していた。
これらのうち、真空誘導溶解鋳造法は、真空タンク内に
設置した真空誘導溶解炉により、真空（１（１” 〜１
０−’Ｔｏ ｒ ｒ）ないし減圧不活性ガス奪回％ （
１００〜２００Ｔｏ ｒｒ）下で原材料を溶解し、同真
空タンク内において真空（１０’ 〜１０−３Ｔｏ ｒ
ｒ）ないし減圧不活性ガス雰囲気（１００〜２００Ｔ
ｏｒｒ）下でパウダー類を使用しないまま裸湯鋳造する
のが一般的である。
（発明が解決しようとする課題）
このような真空誘導溶解鋳造法では、上述したようにパ
ウダー類を使用しないまま裸湯鋳造を行うのが一般的で
あったため、溶湯と鋳型内面とが直接的に接触すること
となり、鋳型内面との接触による温度低下等によって湯
じわや湯かむすなどの鋳造欠陥が発生しやすく、また鋳
型劣化等によって鋳肌不良などの鋳造欠陥が発生しやす
く、表面品質の劣ったものになりやすいという問題点が
あった。
そこで、通常の大気鋳造で行われているように、パウダ
ー類を使用して、上述した鋳造欠陥の発生を防止しよう
とすることも考えられなくはないが、真空（１０−１〜
１０−’Ｔｏ ｒ ｒ）ないし減圧不活性ガス雰囲気（
１００〜２００Ｔｏｒｒ）下の鋳造においてパウダー類
を使用すると、Ｃ−Ｏ反応あるいは［Ｈ］起因と思われ
るブローホールがパウダー付着部に発生し、肌荒れを生
じやすく、表面品質および内部品質は逆に低下してしま
うという問題点があった。
このように、従来の真空誘導溶解鋳造法では、表面品質
の劣ったものになりやすく、鋳造後のグラインダ等によ
る削り量が多くなり、減耗率が高いものになりやすいと
いう課題を有していた。
（発明の目的）
この発明は、このような従来の課題を解決するためにな
されたもので、鋳造後の鋳塊の表面品質および内部品質
がともに良好であり、グラインダ等による削り量が少な
くてすむため減耗率を低いものにすることが可能である
真空溶解鋳造法を提供することを目的としている。(Industrial Application Field) This invention is applicable to heat-resistant materials used as materials for various structures such as gas turbines, large steam turbines, aerospace equipment, and nuclear equipment, as well as tool steel, high-speed tool steel, roll steel,
This invention relates to vacuum induction melting and casting, which is used to melt and cast high-grade metals that require a high level of quality, such as materials that require particularly excellent service life in steel such as bearing steel. (Prior art) Conventionally, methods for melting and casting this type of high-quality high-grade metal include vacuum induction melting and casting, vacuum arc remelting and casting, and electroslag remelting and casting, each of which has its own advantages and disadvantages. It had disadvantages. Among these, the vacuum induction melting and casting method uses a vacuum induction melting furnace installed in a vacuum tank to create a vacuum (1 (1" to 1")
0-'Torr) or reduced pressure inert gas recapture% (
The raw materials are melted under vacuum (10' to 10-3 Torr) in the same vacuum tank.
r) or reduced pressure inert gas atmosphere (100-200T
It is common to perform bare hot water casting without using powder under the conditions of (orr). (Problem to be solved by the invention) In such a vacuum induction melting casting method, as mentioned above, bare metal casting is generally performed without using powder, so the molten metal and the inner surface of the mold are directly connected. Contact with the inner surface of the mold can easily cause casting defects such as wrinkles and boiling due to the temperature drop caused by contact with the inner surface of the mold, and casting defects such as poor casting surface can easily occur due to mold deterioration. There was a problem in that the quality was likely to be inferior. Therefore, it is possible to try to prevent the above-mentioned casting defects by using powders, as is done in normal atmospheric casting, but vacuum casting (10-1 to
10-'Torr) or reduced pressure inert gas atmosphere (
When powders are used in casting under conditions (100 to 200 Torr), blowholes, which are thought to be caused by C-O reactions or [H], occur in the powder adhesion area, which tends to cause rough skin, and the surface quality and internal quality deteriorate. There was a problem with this. As described above, the conventional vacuum induction melting casting method tends to result in poor surface quality, a large amount of scraping by grinders, etc. after casting, and a high wear rate. . (Objective of the Invention) This invention was made to solve these conventional problems, and the ingot after casting has good surface quality and internal quality, and the amount of scraping by a grinder etc. is small. The purpose of the present invention is to provide a vacuum melting and casting method that can reduce the rate of wear and tear.
【発明の構成】[Structure of the invention]
（課題を解決するための手段）
この発明は、タンク内に設置した真空誘導溶解炉により
、真空ないし減圧不活性ガス雰囲気下で原材料を溶解し
、同タンク内で鋳造を行う方法において、鋳造時には前
記タンク内を４００Ｔｏｒｒ以上の不活性ガス雰囲気に
し且つ被覆用パウダーを使用して鋳造を行うようにした
ことを特徴としており、このような鋳造法を従来の課題
を解決するための手段としたものである。
この発明が適用される真空誘導溶解炉の構造はとくに限
定されず、例えば、内部に溶解室と鋳型室とをもつ密閉
タンク、前記溶解室に設置され且つ誘導コイルを備えた
炉体、前記鋳型室に設置される上注鋳型または下注鋳型
、真空排気系、不活性ガス供給系、電源、原料装入装置
などを備えたものが用いられる。
また、原料の装入方法についてもとくに限定されず、冷
材装入法（コールドチャージ〕や溶融金属装入法（ホッ
トチャージ）などが採用される。
さらに、原料そのものの材質においてもとくに限定され
ず、各種の工具鋼、ロール鋼や軸受鋼あるいはその他の
鋼が適用され、かつまたＮｉ基などの耐熱合金などにも
適用される。そして、例えばＡｉ、Ｔｉ含有鋼などのよ
うに大気中鋳込みでは酸化被膜が形成されやすいものに
適用すると有効である。
さらにまた、この発明に係る真空誘導溶解鋳造法におい
ては、鋳造時にはタンク内を４００Ｔｏｒｒ以上の不活
性ガス雰囲気にし且つ被覆用パウダーを使用して鋳造を
行うが、この場合、雰囲気圧力が４００Ｔｏ ｒ ｒ未
満であると、被覆用パウダーの反応が生じて鋳肌の品質
を低下させるので、４００Ｔｏｒｒ以上とする必要があ
る。そして、鋳造時に雰囲気圧力を４００Ｔｏｒｒ以上
とするのに用いる不活性ガスとしては、通常はアルゴン
ガスが用いられ、その他、窒素ガスなどの不活性なガス
が適宜選択して用いられる。
また、前記被覆用パウダーの鋳型内への設置に際しては
、鋳型底部への入れ置き方式としたり、鋳型内部への吊
り下げ方式としたりすることが可能であり、適宜選定し
て採用することが望ましい、また、鋳造に際しては、鋳
型温度を５０〜１３０℃程度にしておくことも必要に応
じて望ましい、すなわち、鋳型温度が低すぎると湯じわ
による鋳肌不良を生じやすく、鋳型温度が高すぎるとボ
イリングの跡と思われる穴状（あばた状）の欠陥ができ
やすくなるためである。
この被覆用パウダーとしては、５ｉ０２゜Ｃａｏ 、Ａ
１２０３などを主成分とし、その他Ｆｅ２Ｏ３などを含
むものが使用され、Ｃ−０反応によるボイリングの発生
を抑制するためには、Ｔ−Ｃ（）−タル炭素）量が０．
５％以下のものを使用することが望ましい、また、被覆
用パウダーの使用量が多すぎると、無滓化残存パウダー
の発生量が多くなり、鋳塊に無滓化パウダーが付着して
品質の低下したものとなりやすいので、被覆用パウダー
は適量使用することが望ましい。
（作用）
タンク内に設置した真空誘導溶解炉内に原材料を装入し
、真空（１０−’ 〜ｌ ０−３Ｔｏ ｒ ｒ）ないし
減圧不活性ガス雰囲気（１００〜２００Ｔｏｒｒ）下に
おいて原材料を溶解し、例えば真空下での溶解の場合に
は溶は落ち直前の突沸減少を防ぐため、投入電力の調整
、不活性ガス導入などの操作を適宜行う。
この真空誘導溶解においては、溶鋼等の溶融金属が真空
ないし減圧下において長時間保持されるので、Ｃ−Ｏ反
応、脱ガス反応、蒸発、耐火物反応など、真空（減圧）
精錬に関係する反応が進行する。
この真空誘導溶解後には鋳型内への出鋼を行うが、この
出鋼に際しては、タンク内部の圧力を４００Ｔｏ ｒ
ｒ以上の不活性ガス雰囲気にすると共に、鋳型内に被覆
用パウダーを設置しておく。
この状態で出鋼を開始して、溶鋼等の溶融金属を鋳型内
に供給し、溶融金属表面を被覆用パウダーにより被覆し
ながら、そして溶融金属と鋳型内面との間に被覆用パウ
ダーを介在させながら、すなわち、溶融金属と鋳型内面
との間の直接的な接触を防止しながら、鋳型内に溶融金
属を順次供給していく。
このとき、タンク内部の圧力は、４００Ｔｏｒｒ以上の
不活性ガス雰囲気となっているノテ、従来の真空（１０
−’−１０−’Ｔｏ ｒ ｒ）ないし減圧不活性ガス雰
囲気（１００〜２００Ｔｏｒｒ）下での鋳造の場合のよ
う′にＣ−ｏ反応や脱［Ｈ］反応などによるボイリング
に起因する被覆用パウダーの巻き込みがなくなり、パウ
ダー付着部にプローホ２ルが発生するという不具合がな
くなり、この結果、この発明に係る真空誘導溶解鋳造法
では、鋳造時の被覆用パウダーによる湯面被膜が良好で
かつ鋳造後における鋳塊の表面肌も良好なものとなる。
（実施例）
タンク内に設置した真空誘導溶解炉内に１５．５％Ｃｒ
−０，７％Ａｌ−２，５％Ｔｉ−７，０％Ｆｅ−１，０
％Ｎｂ−ＮｉよりなるＮｉ基合金原材料を装入し、真空
下（約１Ｏ−２Ｔｏｒｒ）において前記原材料を溶解し
て、１．３ｔｏｎ鋳塊製造用の溶融金属を溶製した。
次いで、タンク内部にアルゴンガスを送り込んで各タン
ク内部を第１表に示すように１００Ｔｏｒｒ、２００Ｔ
ｏｒｒ、５００Ｔｏｒｒおよび７００Ｔｏｒｒにし、ま
た、鋳型としては注入管を通して鋳型内に溶融金属を鋳
込む下注ぎ鋳型を用い、一部の鋳型内には、Ｔ−Ｃ：０
．２％。
５ｉ０２：３８％、ＡＪ１２０３：５％、ＣａＯ：４４
％、Ｆｅ２Ｏ３：２％、その他：１０．８％からなる被
覆用パウダー（滓化温度；１１６０℃、これを「パウダ
ーＡ」とする、）ト、Ｔ−Ｃ：０．１％、５ｉ０２：５
４％＋ Ａ １２０３ ： ７％、Ｃａｂ：３０％、
Ｆｅ２Ｏ３：３％、その他：５．９％からなる被覆用パ
ウダー（滓化温度：１２２０℃、これを「パウダーＢ」
とする、）とを入れ置きまたは吊り下げにより同じく第
１表に示す組み合わせで設置した状態で鋳造を行い、鋳
造時における湯面被膜状況を観察すると共に、鋳造後の
鋳塊肌を調べた。この結果を同じく第１表に示す、なお
、第１表において、０は著しく良好であったこと、Ｏは
良好であったこと、Ｘは不良であったことを示す。
第１表に示す結果より明らかなように、真空ないし減圧
下での裸湯鋳造を行った陽、１（従来例）の場合には、
溶融金属と鋳型内面とが直接的に接触するため、湯じわ
や湯かむり等による鋳肌不良が発生していた。
また、鋳造圧力を１００Ｔｏｒｒとしかつ被覆用パウダ
ーを入れ置きにより使用した勤、２（比較例）および鋳
造圧力を２００Ｔｏｒｒとしかつ被覆用パウダーを吊り
下げにより使用した陽、５（比較例）の場合にはいずれ
も全面ブローが発生し、鋳塊肌の良好なものを得ること
ができなかった。
これに対し、鋳造時圧力を５００Ｔｏｒｒ。
７００Ｔｏｒｒとしかつ被覆用パウダーを使用した陽、
３．４．６，７，８．の場合には、鋳造時の湯面被覆状
況が著しく良好であり、被覆用パウダーの入れ置き量が
多目である陽、３では底部にパウダー付着がみられたも
のの、被覆用パウダーの入れ養き量が適切であるＮｏ、
６．７．８では鋳塊底部にパウダーの巻込みがない著し
く良好な鋳塊肌のものを得ることができた。また、被覆
用パウダーの入れ置きを全〈実施しないＮｏ、 ４では
、鋳塊最底部でのパウダー効果は認められなかった。し
たがって、被覆用パウダーの入れ置き量が多目である崩
、３のように底部にパウダー付着がないようにするとと
もに鋳塊底部でのパウダー効果を発揮させるためには、
Ｎｏ、６．７．８に示すようにパウダーの入れ置き量お
よび吊り下げ量をいずれも適量にすることが好ましいこ
とが確かめられた。
このようにして得た各鋳塊において、グラインダ仕上げ
を行った際の崩、１鋳塊の減耗量は約７％であったのに
対し、崩、４鋳塊の減耗量は約１．５％であり、グライ
ンダ仕上げの際の減耗量をかなり少なくでき、これに伴
ってグライダ俺率を大幅に向上させることが可能となっ
た。(Means for Solving the Problems) This invention is a method in which raw materials are melted in a vacuum or reduced pressure inert gas atmosphere in a vacuum induction melting furnace installed in a tank, and casting is performed in the same tank. The casting method is characterized in that the inside of the tank is made into an inert gas atmosphere of 400 Torr or more and a coating powder is used for casting, and such a casting method is used as a means to solve the conventional problems. It is. The structure of the vacuum induction melting furnace to which this invention is applied is not particularly limited, and includes, for example, a closed tank having a melting chamber and a mold chamber therein, a furnace body installed in the melting chamber and equipped with an induction coil, and the mold. A mold equipped with a top pouring mold or a bottom pouring mold installed in the chamber, a vacuum exhaust system, an inert gas supply system, a power source, a raw material charging device, etc. is used. In addition, there are no particular limitations on the method of charging raw materials, and cold charging methods (cold charging), molten metal charging methods (hot charging), etc. It is applied to various tool steels, roll steels, bearing steels, and other steels, as well as heat-resistant alloys such as Ni-based alloys. It is effective when applied to materials where an oxide film is likely to be formed.Furthermore, in the vacuum induction melting casting method according to the present invention, an inert gas atmosphere of 400 Torr or more is created in the tank during casting, and a coating powder is used. In this case, if the atmospheric pressure is less than 400 Torr, a reaction of the coating powder will occur and the quality of the casting surface will deteriorate, so it is necessary to set the atmospheric pressure to 400 Torr or more. As the inert gas used to increase the pressure to 400 Torr or more, argon gas is usually used, and other inert gases such as nitrogen gas are appropriately selected and used. When installing it, it is possible to place it at the bottom of the mold or suspend it inside the mold, and it is desirable to select and use it as appropriate. It is also desirable to keep the temperature between 50 and 130 degrees Celsius as necessary.In other words, if the mold temperature is too low, casting surface defects are likely to occur due to wrinkles, while if the mold temperature is too high, holes that appear to be traces of boiling may occur. This is because (pocket-like) defects are likely to occur.As the powder for this coating, 5i02゜Cao, A
1203 as the main component and other substances such as Fe2O3 are used, and in order to suppress the occurrence of boiling due to the C-0 reaction, the amount of T-C()-tal carbon) is 0.
It is desirable to use less than 5% coating powder. If too much coating powder is used, a large amount of non-slag residual powder will be generated, and the non-slag powder will adhere to the ingot, resulting in poor quality. Since the coating powder tends to deteriorate, it is desirable to use an appropriate amount of the coating powder. (Function) Raw materials are charged into a vacuum induction melting furnace installed in a tank, and the raw materials are melted under a vacuum (10-' to 10-3 Torr) or a reduced pressure inert gas atmosphere (100 to 200 Torr). For example, in the case of melting under vacuum, operations such as adjusting the input power and introducing an inert gas are performed as appropriate in order to prevent the melt from decreasing due to bumping just before it drops. In this vacuum induction melting, molten metal such as molten steel is held under vacuum or reduced pressure for a long time, so the vacuum (reduced pressure)
Reactions related to smelting proceed. After this vacuum induction melting, the steel is tapped into the mold. During this tapping, the pressure inside the tank is set to 400 Torr.
In addition to creating an inert gas atmosphere of R or higher, coating powder is placed in the mold. In this state, tapping is started, molten metal such as molten steel is supplied into the mold, the surface of the molten metal is coated with the coating powder, and the coating powder is interposed between the molten metal and the inner surface of the mold. In other words, the molten metal is sequentially supplied into the mold while preventing direct contact between the molten metal and the inner surface of the mold. At this time, the pressure inside the tank is either an inert gas atmosphere of 400 Torr or more, or a conventional vacuum (10
-'-10-'Torr) or in the case of casting under a reduced pressure inert gas atmosphere (100 to 200 Torr)' Coating powder caused by boiling due to Co reaction or de[H] reaction, etc. As a result, in the vacuum induction melting and casting method according to the present invention, the coating powder during casting can form a good surface coating on the surface of the molten metal. The surface texture of the ingot also becomes good. (Example) 15.5% Cr was placed in a vacuum induction melting furnace installed in a tank.
-0,7%Al-2,5%Ti-7,0%Fe-1,0
%Nb-Ni was charged, and the raw material was melted under vacuum (approximately 10-2 Torr) to produce molten metal for producing a 1.3 ton ingot. Next, argon gas was sent into the tank to control the inside of each tank at 100 Torr and 200 T as shown in Table 1.
orr.
．． 2%. 5i02: 38%, AJ1203: 5%, CaO: 44
%, Fe2O3: 2%, others: 10.8% (slag temperature: 1160 ° C., this is referred to as "powder A"), T-C: 0.1%, 5i02:5
4% + A 1203: 7%, Cab: 30%,
Coating powder consisting of Fe2O3: 3% and others: 5.9% (slag temperature: 1220°C, this is "Powder B")
Casting was carried out with the following combinations shown in Table 1 set up or suspended, and the condition of the molten metal surface coating during casting was observed, and the ingot surface after casting was examined. The results are also shown in Table 1. In Table 1, 0 indicates extremely good, O indicates good, and X indicates poor. As is clear from the results shown in Table 1, in case 1 (conventional example) where bare hot water casting was performed under vacuum or reduced pressure,
Since the molten metal and the inner surface of the mold come into direct contact, defects in the casting surface due to water wrinkles, boiling, etc. have occurred. In addition, in the case of No. 2 (comparative example) in which the casting pressure was 100 Torr and the coating powder was used in a suspended manner, and in the case of No. 5 (comparative example) in which the casting pressure was 200 Torr and the coating powder was used in a hanging manner. In all cases, blowing occurred on the entire surface, and it was not possible to obtain ingots with good skin. On the other hand, the pressure during casting was 500 Torr. 700 Torr and using coating powder,
3.4.6,7,8. In case 3, the surface coating condition during casting was extremely good and a large amount of coating powder was put in, and in case 3, powder adhesion was observed at the bottom, but the amount of coating powder was not enough. No. where the amount is appropriate;
In No. 6.7.8, an extremely good ingot surface with no powder entrapped at the bottom of the ingot could be obtained. In addition, in No. 4, where no coating powder was placed, no powder effect was observed at the bottom of the ingot. Therefore, in order to prevent the powder from adhering to the bottom of the ingot and to exhibit the powder effect at the bottom of the ingot, as shown in step 3, where a large amount of coating powder is placed,
As shown in No. 6.7.8, it was confirmed that it is preferable to set the amount of powder to be placed and the amount of powder to be suspended to an appropriate amount. For each ingot obtained in this way, when finishing with a grinder, the amount of loss for one ingot was approximately 7%, while the amount of loss for four ingots was approximately 1.5%. %, the amount of wear during grinder finishing can be considerably reduced, and along with this, it has become possible to significantly improve the glider wear rate.
【発明の効果】【Effect of the invention】
以上説明してきたように、この発明に係る真空誘導溶解
鋳造法では、タンク内に設置した真空誘導溶解炉により
、真空ないし減圧不活性ガス雰囲気下で原材料を溶解し
、同タンク内で鋳造を行う方法において、鋳造時には前
記タンク内を４００Ｔｏｒｒ以上の不活性ガス雰囲気に
し且つ被覆用パウダーを使用して鋳造を行うようにした
ものであるから、鋳造後における鋳塊の表面品質および
内部品質がともに良好であり、グラインダ等による削り
量が少なくて済むため減耗率を低いものにすることが可
能であり、グラインダ能率を向上させることができると
ともに鋳塊歩留りを大幅に向上させることができるとい
う著大なる効果がもたらされる。
特許出願人 大同特殊鋼株式会社
代理人弁理士 小 塩 豊As explained above, in the vacuum induction melting and casting method according to the present invention, raw materials are melted in a vacuum or reduced pressure inert gas atmosphere in a vacuum induction melting furnace installed in a tank, and casting is performed in the same tank. In this method, during casting, the inside of the tank is made into an inert gas atmosphere of 400 Torr or more and the coating powder is used for casting, so that both the surface quality and internal quality of the ingot after casting are good. This is a significant improvement in that it is possible to reduce the wear rate because only a small amount of material is removed by the grinder, etc., and the efficiency of the grinder can be improved, as well as the ingot yield can be greatly improved. effect is brought about. Patent applicant: Daido Steel Co., Ltd. Representative patent attorney: Yutaka Oshio