JPH1099962A - 鋳塊の製造方法 - Google Patents
鋳塊の製造方法Info
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- JPH1099962A JPH1099962A JP8259391A JP25939196A JPH1099962A JP H1099962 A JPH1099962 A JP H1099962A JP 8259391 A JP8259391 A JP 8259391A JP 25939196 A JP25939196 A JP 25939196A JP H1099962 A JPH1099962 A JP H1099962A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ひけ巣やザグ巣など主に鋳塊上部に形成され
る鋳造欠陥を防止して歩留向上を図るとともに、鋳塊内
部に生成する逆Ｖ偏析を抑制する鋳塊の製造方法を提供
する。 【解決手段】 合金溶湯を鋳型内に鋳込む鋳塊の製造方
法であって、定盤上に載置された鋳型内に前記合金溶湯
を鋳込んだ後、前記合金溶湯上にプラズマ電極の端部を
近接し、プラズマ発熱により前記合金溶湯の固相率が10
〜50%の温度になるように制御するとともに、少なくと
も前記プラズマ電極の端部を前記鋳型内壁寄りで作動さ
せ、その温度域で一定時間保持する工程と、前記温度域
を保持しながら前記プラズマ電極の端部を前記鋳型の軸
心方向に移動させる工程からなる鋳塊の製造方法であ
る。
る鋳造欠陥を防止して歩留向上を図るとともに、鋳塊内
部に生成する逆Ｖ偏析を抑制する鋳塊の製造方法を提供
する。 【解決手段】 合金溶湯を鋳型内に鋳込む鋳塊の製造方
法であって、定盤上に載置された鋳型内に前記合金溶湯
を鋳込んだ後、前記合金溶湯上にプラズマ電極の端部を
近接し、プラズマ発熱により前記合金溶湯の固相率が10
〜50%の温度になるように制御するとともに、少なくと
も前記プラズマ電極の端部を前記鋳型内壁寄りで作動さ
せ、その温度域で一定時間保持する工程と、前記温度域
を保持しながら前記プラズマ電極の端部を前記鋳型の軸
心方向に移動させる工程からなる鋳塊の製造方法であ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高品質の大型鋳塊
の造塊方法に係る鋳塊の製造方法に関するものである。
の造塊方法に係る鋳塊の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、10トン以上の大型鋳塊について
は、凝固収縮に伴う偏析、ザク巣等の欠陥を防止するた
めに鋳塊の頭部に押湯部を設け、押湯の保温のために発
熱剤を装入するなど、各種の工夫がなされている。ま
た、合金溶湯面上に溶融スラグを装入し、そのスラグ内
に電極端部を浸漬して、電極と合金溶湯との間、あるい
は複数電極間に電流を流しスラグの抵抗発熱を利用して
合金溶湯上部を加熱する造塊技術が知られており、通称
エレクトロスラグホットトップ法（別名ＥＳＨＴ法、あ
るいはＥＳＴ法）と呼ばれている。この方法は、オース
トリアＶＥＷ社によって開発され（特公昭４７−３９８
１７号)、その実例が報告(Electric Furnance Proceedi
ng VoL.33.Dec 1975 P185〜189)されている。その後、
スラグの組成を工夫した提案(例えば特公昭５９−３１
４２６号，日本金属学会会報 第23巻第4号(1984) P282,
283)などホットトップ法に関して多くの改良がなされて
いる。
は、凝固収縮に伴う偏析、ザク巣等の欠陥を防止するた
めに鋳塊の頭部に押湯部を設け、押湯の保温のために発
熱剤を装入するなど、各種の工夫がなされている。ま
た、合金溶湯面上に溶融スラグを装入し、そのスラグ内
に電極端部を浸漬して、電極と合金溶湯との間、あるい
は複数電極間に電流を流しスラグの抵抗発熱を利用して
合金溶湯上部を加熱する造塊技術が知られており、通称
エレクトロスラグホットトップ法（別名ＥＳＨＴ法、あ
るいはＥＳＴ法）と呼ばれている。この方法は、オース
トリアＶＥＷ社によって開発され（特公昭４７−３９８
１７号)、その実例が報告(Electric Furnance Proceedi
ng VoL.33.Dec 1975 P185〜189)されている。その後、
スラグの組成を工夫した提案(例えば特公昭５９−３１
４２６号，日本金属学会会報 第23巻第4号(1984) P282,
283)などホットトップ法に関して多くの改良がなされて
いる。
【０００３】エレクトロスラグホットトップ法（以下代
表してＥＳＨＴ法と記す）の基本的な鋳造技術は、別容
器内で溶解された溶湯を鋳型内に注湯し、押湯枠内の合
金溶湯面上に装入された溶融スラグ内に電極の端部を浸
漬して電流を流し、抵抗発熱によって、通常、溶湯の液
相線以上の温度に加熱をすることにより、合金溶湯上部
を最後に凝固させて鋳塊上部に形成されるひけ巣、ザク
巣などの鋳塊頭部の凝固収縮に伴う欠陥を抑制すること
にある。そして、上記電極を複数本用いる場合には、一
般に冷却速度が大きい溶湯上部の外周側に電極を固定し
て立設することにより、溶湯上部の早期凝固が防止され
ている。上記手段は、例えば大型の鋳塊によって製造さ
れるタービンロータなどの製造で実用化され、対象合金
としては、Ｃｒ−Ｎｉ−Ｍｏ鋼、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ鋼等、
炭素が0.3%程度の構造用鋼などがある。
表してＥＳＨＴ法と記す）の基本的な鋳造技術は、別容
器内で溶解された溶湯を鋳型内に注湯し、押湯枠内の合
金溶湯面上に装入された溶融スラグ内に電極の端部を浸
漬して電流を流し、抵抗発熱によって、通常、溶湯の液
相線以上の温度に加熱をすることにより、合金溶湯上部
を最後に凝固させて鋳塊上部に形成されるひけ巣、ザク
巣などの鋳塊頭部の凝固収縮に伴う欠陥を抑制すること
にある。そして、上記電極を複数本用いる場合には、一
般に冷却速度が大きい溶湯上部の外周側に電極を固定し
て立設することにより、溶湯上部の早期凝固が防止され
ている。上記手段は、例えば大型の鋳塊によって製造さ
れるタービンロータなどの製造で実用化され、対象合金
としては、Ｃｒ−Ｎｉ−Ｍｏ鋼、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ鋼等、
炭素が0.3%程度の構造用鋼などがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
ＥＳＨＴ法は、ひけ巣やザク巣などの鋳造欠陥を抑制す
る目的から、スラグの加熱温度を合金溶湯の液相線温度
以上の温度に保持した後、冷却することによって、溶湯
の上部の早期凝固を抑えていた。ところが、工具鋼等、
特にＣが0.5%以上、かつＣを除く炭化物形成元素の合計
が5%以上を含有するＦｅを主体とする高炭素高合金鋼等
においては、固液共存域の温度範囲が、低Ｃの低合金鋼
と比較して一般に広くなり、ザク巣欠陥よりも凝固途中
の固液共存域での溶湯の対流等による逆Ｖ偏析と呼ばれ
る欠陥の方が、鋼塊の品質に大きな影響を与える問題が
ある。
ＥＳＨＴ法は、ひけ巣やザク巣などの鋳造欠陥を抑制す
る目的から、スラグの加熱温度を合金溶湯の液相線温度
以上の温度に保持した後、冷却することによって、溶湯
の上部の早期凝固を抑えていた。ところが、工具鋼等、
特にＣが0.5%以上、かつＣを除く炭化物形成元素の合計
が5%以上を含有するＦｅを主体とする高炭素高合金鋼等
においては、固液共存域の温度範囲が、低Ｃの低合金鋼
と比較して一般に広くなり、ザク巣欠陥よりも凝固途中
の固液共存域での溶湯の対流等による逆Ｖ偏析と呼ばれ
る欠陥の方が、鋼塊の品質に大きな影響を与える問題が
ある。
【０００５】そのため、上記のような高炭素高合金鋼の
造塊にＥＳＨＴ法を適用すると、ザク巣欠陥に対しては
良い効果を与えるが、鋳型内で溶湯の上部と下部の温度
差が大きくなって凝固過程で生じる溶湯の対流が大きく
なり、逆Ｖ偏析の出現を助長するため、逆効果であると
いわれていた。本発明の目的は、ひけ巣やザグ巣など主
に鋳塊上部に形成される鋳造欠陥を防止して歩留向上を
図るとともに、鋳塊内部に生成する逆Ｖ偏析を抑制する
鋳塊の製造方法を提供することである。
造塊にＥＳＨＴ法を適用すると、ザク巣欠陥に対しては
良い効果を与えるが、鋳型内で溶湯の上部と下部の温度
差が大きくなって凝固過程で生じる溶湯の対流が大きく
なり、逆Ｖ偏析の出現を助長するため、逆効果であると
いわれていた。本発明の目的は、ひけ巣やザグ巣など主
に鋳塊上部に形成される鋳造欠陥を防止して歩留向上を
図るとともに、鋳塊内部に生成する逆Ｖ偏析を抑制する
鋳塊の製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】フレミング、メフラビア
ンらによって、提示された逆Ｖ偏析の発生する条件は、
下記に示す式（１）を満足する場合に起こると言われて
いる。 （Ｖ・∇Ｔ）／ε＜−１ ・・・（１） ここで、流速ベクトル：Ｖ、温度勾配：∇Ｔ、温度変化
率：εである。合金溶湯の凝固中においては、溶湯が低
温側から高温側に向かって流動している場合に、その流
れに伴う温度変化率Ｖ・∇Ｔが、その温度変化率εより
も大きくなる条件下では再溶解が起き、通常、液相成分
の多い(solute-rich)部分が発生すると説明されてい
る。流速ベクトルＶについては、その大きさを小さくで
きれば、式（１）の左辺の値は、他のパラメータ∇Ｔ、
ε等が一定であるとすると、その絶対値は小さくでき、
偏析の発生を抑えることができる。
ンらによって、提示された逆Ｖ偏析の発生する条件は、
下記に示す式（１）を満足する場合に起こると言われて
いる。 （Ｖ・∇Ｔ）／ε＜−１ ・・・（１） ここで、流速ベクトル：Ｖ、温度勾配：∇Ｔ、温度変化
率：εである。合金溶湯の凝固中においては、溶湯が低
温側から高温側に向かって流動している場合に、その流
れに伴う温度変化率Ｖ・∇Ｔが、その温度変化率εより
も大きくなる条件下では再溶解が起き、通常、液相成分
の多い(solute-rich)部分が発生すると説明されてい
る。流速ベクトルＶについては、その大きさを小さくで
きれば、式（１）の左辺の値は、他のパラメータ∇Ｔ、
ε等が一定であるとすると、その絶対値は小さくでき、
偏析の発生を抑えることができる。
【０００７】次に流速ベクトルＶの大きさを小さくする
ためには、固液共存域の凝固中流動特性として、固相が
増すにしたがって、通常固相率の２乗から６乗に比例し
て、流動が抑えられる。発明者が高炭素高合金鋼につい
て詳細に検討を行なった結果、鋳型内に注湯した合金溶
湯の上部温度、すなわち押湯部の湯面近傍の温度を、少
なくとも逆Ｖ偏析が発生するまでの時間帯（ほぼ、鋳塊
の直径の２／３が凝固するまでの時間帯）において固相
率で30%程度になるように保持することで、ザク巣欠陥
に対する効果を著しく高めるとともに、従来のＥＳＨＴ
法の場合よりも流動を抑えて逆Ｖ偏析の発生を大幅に低
減することができることがわかった。
ためには、固液共存域の凝固中流動特性として、固相が
増すにしたがって、通常固相率の２乗から６乗に比例し
て、流動が抑えられる。発明者が高炭素高合金鋼につい
て詳細に検討を行なった結果、鋳型内に注湯した合金溶
湯の上部温度、すなわち押湯部の湯面近傍の温度を、少
なくとも逆Ｖ偏析が発生するまでの時間帯（ほぼ、鋳塊
の直径の２／３が凝固するまでの時間帯）において固相
率で30%程度になるように保持することで、ザク巣欠陥
に対する効果を著しく高めるとともに、従来のＥＳＨＴ
法の場合よりも流動を抑えて逆Ｖ偏析の発生を大幅に低
減することができることがわかった。
【０００８】すなわち本発明の第１発明は、合金溶湯を
鋳型内に鋳込む鋳塊の製造方法であって、定盤上に載置
された鋳型内に前記合金溶湯を鋳込んだ後、前記合金溶
湯上にプラズマ電極の端部を近接し、プラズマ発熱によ
り前記合金溶湯の固相率が10〜50%の温度になるように
制御するとともに、少なくとも前記プラズマ電極の端部
を前記鋳型内壁寄りで作動させ、その温度域で一定時間
保持する工程と、前記温度域を保持しながら前記プラズ
マ電極の端部を前記鋳型の軸心方向に移動させる工程か
らなることを特徴とする鋳塊の製造方法である。
鋳型内に鋳込む鋳塊の製造方法であって、定盤上に載置
された鋳型内に前記合金溶湯を鋳込んだ後、前記合金溶
湯上にプラズマ電極の端部を近接し、プラズマ発熱によ
り前記合金溶湯の固相率が10〜50%の温度になるように
制御するとともに、少なくとも前記プラズマ電極の端部
を前記鋳型内壁寄りで作動させ、その温度域で一定時間
保持する工程と、前記温度域を保持しながら前記プラズ
マ電極の端部を前記鋳型の軸心方向に移動させる工程か
らなることを特徴とする鋳塊の製造方法である。
【０００９】また、第２発明は合金溶湯を鋳型内に鋳込
む鋳塊の製造方法であって、定盤上に載置された鋳型内
に前記合金溶湯を鋳込んだ後、前記合金溶湯上にスラグ
を装入し、前記スラグ面上にプラズマ電極の端部を近接
し、プラズマ発熱により前記合金溶湯の固相率が10〜50
%の温度になるように制御するとともに、少なくとも前
記プラズマ電極の端部を前記鋳型内壁寄りで作動させ、
その温度域で一定時間保持する工程と、前記温度域を保
持しながら前記プラズマ電極の端部を前記鋳型の軸心方
向に移動させる工程からなることを特徴とする鋳塊の製
造方法である。上記第１発明または第２発明の方法を適
用して、特に偏析軽減の効果が大きい合金溶湯は、少な
くとも重量%でＣ 0.5%以上、かつＣを除く炭化物形成元
素の合計が5%以上を含有するＦｅ基の組成である。
む鋳塊の製造方法であって、定盤上に載置された鋳型内
に前記合金溶湯を鋳込んだ後、前記合金溶湯上にスラグ
を装入し、前記スラグ面上にプラズマ電極の端部を近接
し、プラズマ発熱により前記合金溶湯の固相率が10〜50
%の温度になるように制御するとともに、少なくとも前
記プラズマ電極の端部を前記鋳型内壁寄りで作動させ、
その温度域で一定時間保持する工程と、前記温度域を保
持しながら前記プラズマ電極の端部を前記鋳型の軸心方
向に移動させる工程からなることを特徴とする鋳塊の製
造方法である。上記第１発明または第２発明の方法を適
用して、特に偏析軽減の効果が大きい合金溶湯は、少な
くとも重量%でＣ 0.5%以上、かつＣを除く炭化物形成元
素の合計が5%以上を含有するＦｅ基の組成である。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に本発明の鋳塊の製造方法にお
ける作用、および数値限定理由について説明する。本発
明の鋳塊の製造方法は、例えば従来のＥＳＨＴ法が黒鉛
電極により抵抗加熱を利用するのに対して、本発明では
プラズマ加熱を用いる点に一つの特徴がある。本発明の
製造方法では、鋳型内の溶湯の流動を抑制するため、溶
湯上部を比較的低温で加熱する必要があるので、従来の
ＥＳＨＴ法の目的の一つである溶湯上部の精錬効果が期
待薄である。したがって、本発明方法では、鋳型内の溶
湯上部にスラグを使用しないか、使用しても少量でよ
く、例えば不活性ガスプラズマ加熱によりクリーンな雰
囲気で凝固を完了させることができる。このように本発
明方法は、スラグを使用しないか、使用しても少量です
むのでスラグに接触することによって侵食される部分が
皆無か、または少部分となるため、鋳型内壁部あるいは
耐火断熱材料の損傷が軽微になる利点がある。また、プ
ラズマ電極は、ＥＳＨＴ法に用いる黒鉛電極に比較して
移動による電流、電圧等の変動が小さく、電極の回転や
回動する操作がし易い利点もある。
ける作用、および数値限定理由について説明する。本発
明の鋳塊の製造方法は、例えば従来のＥＳＨＴ法が黒鉛
電極により抵抗加熱を利用するのに対して、本発明では
プラズマ加熱を用いる点に一つの特徴がある。本発明の
製造方法では、鋳型内の溶湯の流動を抑制するため、溶
湯上部を比較的低温で加熱する必要があるので、従来の
ＥＳＨＴ法の目的の一つである溶湯上部の精錬効果が期
待薄である。したがって、本発明方法では、鋳型内の溶
湯上部にスラグを使用しないか、使用しても少量でよ
く、例えば不活性ガスプラズマ加熱によりクリーンな雰
囲気で凝固を完了させることができる。このように本発
明方法は、スラグを使用しないか、使用しても少量です
むのでスラグに接触することによって侵食される部分が
皆無か、または少部分となるため、鋳型内壁部あるいは
耐火断熱材料の損傷が軽微になる利点がある。また、プ
ラズマ電極は、ＥＳＨＴ法に用いる黒鉛電極に比較して
移動による電流、電圧等の変動が小さく、電極の回転や
回動する操作がし易い利点もある。
【００１１】さらに本発明の製造方法を、固液共存域の
温度範囲が広い高炭素高合金鋼の造塊だけでなく、低炭
素のステンレス鋼やＦｅ−Ｎｉ系合金など、鋳型内の溶
湯流動に係わる偏析防止を目的として適用すれば、得ら
れる鋳塊上部には炭素の増加や鋳造欠陥がなく、高品質
の鋳塊を歩留よく製造することができる。鋳型内に注湯
された合金の溶湯は、液相線以上の高温状態であるが、
注湯直後から接触する鋳型内面や底部の定盤側から内部
に向かって凝固が進行する。一方、溶湯上部は、湯面
上、または鋳込み直後に溶湯面上に装入したスラグ上に
プラズマ電極の端部を近接し、電流を流してプラズマ加
熱しながら鋳型内壁寄りで作動させ、一定時間保持する
工程によって、溶湯上部全面が早期に凝固しないように
する。この際プラズマ加熱は、合金溶湯の固相率が10〜
50％の温度になるように、比較的低温度で制御すること
が重要である。
温度範囲が広い高炭素高合金鋼の造塊だけでなく、低炭
素のステンレス鋼やＦｅ−Ｎｉ系合金など、鋳型内の溶
湯流動に係わる偏析防止を目的として適用すれば、得ら
れる鋳塊上部には炭素の増加や鋳造欠陥がなく、高品質
の鋳塊を歩留よく製造することができる。鋳型内に注湯
された合金の溶湯は、液相線以上の高温状態であるが、
注湯直後から接触する鋳型内面や底部の定盤側から内部
に向かって凝固が進行する。一方、溶湯上部は、湯面
上、または鋳込み直後に溶湯面上に装入したスラグ上に
プラズマ電極の端部を近接し、電流を流してプラズマ加
熱しながら鋳型内壁寄りで作動させ、一定時間保持する
工程によって、溶湯上部全面が早期に凝固しないように
する。この際プラズマ加熱は、合金溶湯の固相率が10〜
50％の温度になるように、比較的低温度で制御すること
が重要である。
【００１２】プラズマによる加熱保持温度が合金溶湯の
固相率10%未満では、溶湯上部の温度が高すぎ凝固途中
の溶湯の流動を十分制御できなくなって逆Ｖ偏析の防止
効果が得られなくなる。また、合金溶湯の固相率が50%
を越える加熱温度では、溶湯上部の温度が低下しすぎ
て、ひけ巣やザク巣が発生する原因になる。したがっ
て、加熱する温度は、合金溶湯の固相率10〜50%の温度
範囲とする。
固相率10%未満では、溶湯上部の温度が高すぎ凝固途中
の溶湯の流動を十分制御できなくなって逆Ｖ偏析の防止
効果が得られなくなる。また、合金溶湯の固相率が50%
を越える加熱温度では、溶湯上部の温度が低下しすぎ
て、ひけ巣やザク巣が発生する原因になる。したがっ
て、加熱する温度は、合金溶湯の固相率10〜50%の温度
範囲とする。
【００１３】なお、溶湯上部のうちの外周部は、鋳型内
面からの抜熱により湯面中央部に比較して凝固が進行し
易く、そのため注湯直後から凝固後半にかけて実施する
プラズマ加熱は、電極の端部を鋳型の内壁寄りで作動さ
せる必要がある。この際、使用する単数または複数本の
電極は、鋳型の内壁を損傷させない程度に近付けるとと
もに、特定位置に固定せずに回転ないし回動するごとく
作動させて湯面外周部が早期に凝固しないようにする必
要がある。一方、溶湯上部の中央部は抜熱量が少ないた
め、また後述する図１に鋳塊を製造する装置の断面の一
例を示すように、プラズマトーチ炎保護カバーによって
保温されるので早期に凝固することはない。このように
合金溶湯を金型に注湯した後、湯面上またはスラグ上の
鋳型内壁寄りでプラズマ加熱を行なう第１の工程を経た
後、逆Ｖ偏析の発生に起因する流動が鎮静化する凝固過
程の後半には、電極の端部を鋳型の軸心方向に移動させ
る第２の工程を経て、鋳塊上部の軸心部を最終的に凝固
させる。
面からの抜熱により湯面中央部に比較して凝固が進行し
易く、そのため注湯直後から凝固後半にかけて実施する
プラズマ加熱は、電極の端部を鋳型の内壁寄りで作動さ
せる必要がある。この際、使用する単数または複数本の
電極は、鋳型の内壁を損傷させない程度に近付けるとと
もに、特定位置に固定せずに回転ないし回動するごとく
作動させて湯面外周部が早期に凝固しないようにする必
要がある。一方、溶湯上部の中央部は抜熱量が少ないた
め、また後述する図１に鋳塊を製造する装置の断面の一
例を示すように、プラズマトーチ炎保護カバーによって
保温されるので早期に凝固することはない。このように
合金溶湯を金型に注湯した後、湯面上またはスラグ上の
鋳型内壁寄りでプラズマ加熱を行なう第１の工程を経た
後、逆Ｖ偏析の発生に起因する流動が鎮静化する凝固過
程の後半には、電極の端部を鋳型の軸心方向に移動させ
る第２の工程を経て、鋳塊上部の軸心部を最終的に凝固
させる。
【００１４】また、鋳型上部には、高温の溶湯やスラグ
あるいはプラズマアークに長時間さらされるので、耐火
断熱材料を鋳型上部の内面に内張りするか、または鋳型
上に耐火断熱材料製の押湯枠を載置して、鋳型内の溶湯
上部が鋳型により抜熱されて早期に凝固するのを防止す
るとともに、通常使用される金属製金型の損傷を合わせ
て防止するのがよい。このようにして得られた鋳塊は、
逆Ｖ偏析が大幅に減少し、しかもひけ巣やザク巣が著し
く低減された高品質なものである。
あるいはプラズマアークに長時間さらされるので、耐火
断熱材料を鋳型上部の内面に内張りするか、または鋳型
上に耐火断熱材料製の押湯枠を載置して、鋳型内の溶湯
上部が鋳型により抜熱されて早期に凝固するのを防止す
るとともに、通常使用される金属製金型の損傷を合わせ
て防止するのがよい。このようにして得られた鋳塊は、
逆Ｖ偏析が大幅に減少し、しかもひけ巣やザク巣が著し
く低減された高品質なものである。
【００１５】なお、合金の固相率は、溶解する合金組成
と同じ化学成分のものを予め少量溶解して試験片を作成
し、これを示差熱量計（ＤＳＣ）を用いて、凝固に伴う
潜熱の発生を測定することにより、潜熱の発生と固相の
増加は比例すると仮定して、固相率と温度の関係を求め
ることができる。その他、例えば市販されている各種合
金元素の熱力学的計算から求められるソフトウェア（商
品名：ThermoーCalcなど）を用いて合金の固相率と温度
の関係を求めることができる。また、合金溶湯の固相率
は上記方法によって予め求めた固相率に対応する温度を
知り、溶湯上部の温度を実測しながら温度変化に合わせ
て電極を作動させるのが望ましい。本発明方法は、合金
溶湯の固液共存の温度範囲が広いJIS規格の冷間工具鋼
のうち、特にＳＫＤ１、ＳＫＤ１１、ＳＫＤ１２、また
はこれらの改良材である、Ｃ 0.5%以上、かつＣを除く
炭化物形成元素の合計が5%以上を含有する高炭素合金鋼
などの造塊に適している。
と同じ化学成分のものを予め少量溶解して試験片を作成
し、これを示差熱量計（ＤＳＣ）を用いて、凝固に伴う
潜熱の発生を測定することにより、潜熱の発生と固相の
増加は比例すると仮定して、固相率と温度の関係を求め
ることができる。その他、例えば市販されている各種合
金元素の熱力学的計算から求められるソフトウェア（商
品名：ThermoーCalcなど）を用いて合金の固相率と温度
の関係を求めることができる。また、合金溶湯の固相率
は上記方法によって予め求めた固相率に対応する温度を
知り、溶湯上部の温度を実測しながら温度変化に合わせ
て電極を作動させるのが望ましい。本発明方法は、合金
溶湯の固液共存の温度範囲が広いJIS規格の冷間工具鋼
のうち、特にＳＫＤ１、ＳＫＤ１１、ＳＫＤ１２、また
はこれらの改良材である、Ｃ 0.5%以上、かつＣを除く
炭化物形成元素の合計が5%以上を含有する高炭素合金鋼
などの造塊に適している。
【００１６】以下に本発明の鋳塊の製造方法を実施例に
基づいて説明する。 （実施例１）図１は本発明の鋳塊を製造する装置の断面
の一例を示す模式図である。図１に示す装置の加熱手段
に用いるプラズマ加熱は、合金溶湯４が汚染されないよ
うに例えばＡｒガス等の不活性ガスを用い、また鋳型２
の上部には、プラズマ電極６が挿通できる貫通孔を設
け、さらに回転または回動が可能な案内部材８を有する
プラズマ電極炎保護カバー３を載置して、大気の混入を
遮断させるとともに、効率の高い加熱を行なうのがよ
い。
基づいて説明する。 （実施例１）図１は本発明の鋳塊を製造する装置の断面
の一例を示す模式図である。図１に示す装置の加熱手段
に用いるプラズマ加熱は、合金溶湯４が汚染されないよ
うに例えばＡｒガス等の不活性ガスを用い、また鋳型２
の上部には、プラズマ電極６が挿通できる貫通孔を設
け、さらに回転または回動が可能な案内部材８を有する
プラズマ電極炎保護カバー３を載置して、大気の混入を
遮断させるとともに、効率の高い加熱を行なうのがよ
い。
【００１７】用いた鋳型は、平均内径が1000mmの10トン
鋳塊用のものを使用し、本発明のうち、スラグを用いる
方法によって造塊した。造塊に用いた合金は、1.5%Ｃ、
12%Ｃrを主成分とする高炭素高合金鋼で、別容器のアー
ク炉により溶解した溶湯を鋳型２に注湯し、100kgのＣ
ａＯ−ＡｌＯ−ＣａＦ系の溶融したスラグ５を溶湯面上
に装入した。次いで、プラズマ電極６をスラグ上に近接
し、回転径750mmφの円状の位置で電極の端部を回転し
た。続いてこのスラグ温度を約1370℃に保持するよう
に、約700〜800kwの電源で４時間通電し、その後電極近
傍のスラグ温度を1370℃に保ちながら、プラズマ電極の
端部を２時間かけて徐々に中央プラズマ電極６’の位置
まで、回転させながら移動させて鋳塊を製造した。な
お、スラグ温度1370℃は、前述した示差熱量計（ＤＳ
Ｃ）により得られた合金溶湯の固相率30%に相当する温
度である。
鋳塊用のものを使用し、本発明のうち、スラグを用いる
方法によって造塊した。造塊に用いた合金は、1.5%Ｃ、
12%Ｃrを主成分とする高炭素高合金鋼で、別容器のアー
ク炉により溶解した溶湯を鋳型２に注湯し、100kgのＣ
ａＯ−ＡｌＯ−ＣａＦ系の溶融したスラグ５を溶湯面上
に装入した。次いで、プラズマ電極６をスラグ上に近接
し、回転径750mmφの円状の位置で電極の端部を回転し
た。続いてこのスラグ温度を約1370℃に保持するよう
に、約700〜800kwの電源で４時間通電し、その後電極近
傍のスラグ温度を1370℃に保ちながら、プラズマ電極の
端部を２時間かけて徐々に中央プラズマ電極６’の位置
まで、回転させながら移動させて鋳塊を製造した。な
お、スラグ温度1370℃は、前述した示差熱量計（ＤＳ
Ｃ）により得られた合金溶湯の固相率30%に相当する温
度である。
【００１８】（実施例２）実施例１で実施したものと同
じ装置を用い、スラグを使用しないこと以外は、同じ方
法で鋳塊を製造した。
じ装置を用い、スラグを使用しないこと以外は、同じ方
法で鋳塊を製造した。
【００１９】（比較例１）上記実施例１と同じ装置を用
い、プラズマ電極の配置を中心に固定したままで鋳造し
た以外は、同じ方法で鋳塊を製造して比較材とした。
い、プラズマ電極の配置を中心に固定したままで鋳造し
た以外は、同じ方法で鋳塊を製造して比較材とした。
【００２０】（従来例１）実施例１と同じ鋳型を用い、
同一組成の高炭素高合金鋼の溶湯を注湯した後、実施例
１と同一組成のスラグを300kg溶湯面上に装入し、この
スラグ内に黒鉛電極２本を浸漬して、抵抗発熱により溶
湯上部の加熱温度を1480℃になるように調整しながら造
塊した。
同一組成の高炭素高合金鋼の溶湯を注湯した後、実施例
１と同一組成のスラグを300kg溶湯面上に装入し、この
スラグ内に黒鉛電極２本を浸漬して、抵抗発熱により溶
湯上部の加熱温度を1480℃になるように調整しながら造
塊した。
【００２１】（従来例２）上記実施例と同一の寸法の定
盤と鋳型を用い、鋳型に実施例１と同一組成の合金溶湯
を注湯後、50kgの保温剤を溶湯面上に装入しただけで造
塊して従来法による鋳塊を製造して従来例とした。図２
は、本発明方法の実施例１、２比較例１および従来例
１、２によって、同じ合金の溶湯を同一寸法の鋳型で造
塊した鋳塊を、それぞれ押湯部を除いた残りの全長を下
部から上部にわたって１２等分に輪切り状に切断し、各
横断面について、100mm×100mmの単位面積当たりの粒状
逆Ｖ偏析個数を目視でカウントし、その平均値をプロッ
トしたものである。なお、実施例１のスラグを用いたも
のと、実施例２のスラグを使用しなかった逆Ｖ偏析の調
査結果は、ほぼ同一カウント数であった。
盤と鋳型を用い、鋳型に実施例１と同一組成の合金溶湯
を注湯後、50kgの保温剤を溶湯面上に装入しただけで造
塊して従来法による鋳塊を製造して従来例とした。図２
は、本発明方法の実施例１、２比較例１および従来例
１、２によって、同じ合金の溶湯を同一寸法の鋳型で造
塊した鋳塊を、それぞれ押湯部を除いた残りの全長を下
部から上部にわたって１２等分に輪切り状に切断し、各
横断面について、100mm×100mmの単位面積当たりの粒状
逆Ｖ偏析個数を目視でカウントし、その平均値をプロッ
トしたものである。なお、実施例１のスラグを用いたも
のと、実施例２のスラグを使用しなかった逆Ｖ偏析の調
査結果は、ほぼ同一カウント数であった。
【００２２】図２から、スラグを使用、またはスラグを
使用しないで鋳型内に注湯した溶湯上部を、従来より低
温でプラズマ加熱して得られた実施例１および２の鋳塊
は、従来のＥＳＨＴ法で造塊した従来例１に比較して逆
Ｖ偏析の発生が著しく抑制されている。このように、特
に溶湯上部の温度を従来より低温に制御するとともに、
鋳型に注湯後の初期の段階で、プラズマ電極の端部を鋳
型内壁寄りで回転させて一定時間保持した後、鋳型の軸
心方向に移動させる本発明方法は、比較例１のように湯
面中央部のみを低温でプラズマ加熱する方法より、さら
に逆Ｖ偏析防止効果を高めることがわかる。
使用しないで鋳型内に注湯した溶湯上部を、従来より低
温でプラズマ加熱して得られた実施例１および２の鋳塊
は、従来のＥＳＨＴ法で造塊した従来例１に比較して逆
Ｖ偏析の発生が著しく抑制されている。このように、特
に溶湯上部の温度を従来より低温に制御するとともに、
鋳型に注湯後の初期の段階で、プラズマ電極の端部を鋳
型内壁寄りで回転させて一定時間保持した後、鋳型の軸
心方向に移動させる本発明方法は、比較例１のように湯
面中央部のみを低温でプラズマ加熱する方法より、さら
に逆Ｖ偏析防止効果を高めることがわかる。
【００２３】また、上記本発明法による実施例１および
２の鋳塊上部の押湯相当部を調査した結果、大きいひけ
巣やザク巣欠陥は認められず概ね健全な鋼塊であり、製
品として使用できるものであった。一方、比較例１の鋳
塊は、溶湯上部の軸心部を低温で加熱したため、鋳型内
面寄り側の凝固が早期に始まり易く、その結果、ザク巣
はほとんど認められなかったが、少量のひけ巣が発生
し、また逆Ｖ偏析も実施例１，２に比較して大きいもの
であった。また従来例１の鋳塊は、鋳造欠陥が比較的少
ないものの、かなりの量の逆Ｖ偏析が認められた。ま
た、従来例２の鋳塊の上部は、大きなひけ巣が発生し、
その周辺には多孔質状のザク巣が観察されるだけでな
く、逆Ｖ偏析も顕著であることがわかる。
２の鋳塊上部の押湯相当部を調査した結果、大きいひけ
巣やザク巣欠陥は認められず概ね健全な鋼塊であり、製
品として使用できるものであった。一方、比較例１の鋳
塊は、溶湯上部の軸心部を低温で加熱したため、鋳型内
面寄り側の凝固が早期に始まり易く、その結果、ザク巣
はほとんど認められなかったが、少量のひけ巣が発生
し、また逆Ｖ偏析も実施例１，２に比較して大きいもの
であった。また従来例１の鋳塊は、鋳造欠陥が比較的少
ないものの、かなりの量の逆Ｖ偏析が認められた。ま
た、従来例２の鋳塊の上部は、大きなひけ巣が発生し、
その周辺には多孔質状のザク巣が観察されるだけでな
く、逆Ｖ偏析も顕著であることがわかる。
【００２４】
【発明の効果】本発明方法によれば、偏析の少ない比較
的大きい鋳塊を高歩留で製造することが可能となる。特
に10トン以上の高炭素高合金鋼のように固液共存域の温
度範囲が広い合金の逆Ｖ偏析の低減に有効な他、鋳型内
の溶湯流動に起因する偏析低減に効果を発揮する。
的大きい鋳塊を高歩留で製造することが可能となる。特
に10トン以上の高炭素高合金鋼のように固液共存域の温
度範囲が広い合金の逆Ｖ偏析の低減に有効な他、鋳型内
の溶湯流動に起因する偏析低減に効果を発揮する。
【図１】本発明の鋳塊を製造する装置の断面の一例を示
す模式図である。
す模式図である。
【図２】本発明による実施例１，２および比較例１，従
来例１，２の各造塊法で得られた鋳塊の高さ方向の位置
と、逆Ｖ偏析の欠陥個数との関係を示す図である。
来例１，２の各造塊法で得られた鋳塊の高さ方向の位置
と、逆Ｖ偏析の欠陥個数との関係を示す図である。
１ 定盤、２ 鋳型、３ プラズマ電極炎保護カバー、
４ 合金溶湯、５ スラグ、６ プラズマ電極、７ 電
源、８ 案内部材、９ 耐火断熱材料
４ 合金溶湯、５ スラグ、６ プラズマ電極、７ 電
源、８ 案内部材、９ 耐火断熱材料
Claims (3)
- 【請求項１】 合金溶湯を鋳型内に鋳込む鋳塊の製造方
法であって、定盤上に載置された鋳型内に前記合金溶湯
を鋳込んだ後、前記合金溶湯上にプラズマ電極の端部を
近接し、プラズマ発熱により前記合金溶湯の固相率が10
〜50%の温度になるように制御するとともに、少なくと
も前記プラズマ電極の端部を前記鋳型内壁寄りで作動さ
せ、その温度域で一定時間保持する工程と、前記温度域
を保持しながら前記プラズマ電極の端部を前記鋳型の軸
心方向に移動させる工程からなることを特徴とする鋳塊
の製造方法。 - 【請求項２】 合金溶湯を鋳型内に鋳込む鋳塊の製造方
法であって、定盤上に載置された鋳型内に前記合金溶湯
を鋳込んだ後、前記合金溶湯上にスラグを装入し、前記
スラグ面上にプラズマ電極の端部を近接し、プラズマ発
熱により前記合金溶湯の固相率が10〜50%の温度になる
ように制御するとともに、少なくとも前記プラズマ電極
の端部を前記鋳型内壁寄りで作動させ、その温度域で一
定時間保持する工程と、前記温度域を保持しながら前記
プラズマ電極の端部を前記鋳型の軸心方向に移動させる
工程からなることを特徴とする鋳塊の製造方法。 - 【請求項３】 合金溶湯は、少なくとも重量%で、Ｃ 0.
5%以上、かつＣを除く炭化物形成元素の合計が5%以上を
含有するＦｅ基の組成である請求項１または２に記載の
鋳塊の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8259391A JPH1099962A (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | 鋳塊の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8259391A JPH1099962A (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | 鋳塊の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1099962A true JPH1099962A (ja) | 1998-04-21 |
Family
ID=17333494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8259391A Pending JPH1099962A (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | 鋳塊の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1099962A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021221530A1 (ru) * | 2020-04-29 | 2021-11-04 | Vigdorchikov Oleg Valentinovich | Способ получения слитков низкоуглеродистого феррохрома и устройство для его осуществления |
-
1996
- 1996-09-30 JP JP8259391A patent/JPH1099962A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021221530A1 (ru) * | 2020-04-29 | 2021-11-04 | Vigdorchikov Oleg Valentinovich | Способ получения слитков низкоуглеродистого феррохрома и устройство для его осуществления |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |