JP2003094151A

JP2003094151A - Ｎｉ基合金用連続鋳造用パウダーおよび連続鋳造方法

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Publication number: JP2003094151A
Application number: JP2001285038A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Todoroki; 秀和轟; Teruaki Ishii; 照彰石井; Kenji Mizuno; 建次水野; Atsuya Hongo; 敦哉本郷
Original assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Priority date: 2001-09-19
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2003-04-02
Anticipated expiration: 2021-09-19
Also published as: JP3574428B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ブレークアウト等の事故がなく、安定した連
続鋳造が可能で、表面性状に優れたスラブを得ること。【解決手段】Ｎｉを３０ｗｔ％以上含み残部がＦｅと
不可避的不純物とからなるＮｉ基合金用パウダーであっ
て、このパウダーは、ＣａＯ：３０〜４０ｗｔ％、Ｓｉ
Ｏ_２：３０〜４０ｗｔ％、Ｎａ_２Ｏ：１０〜２０ｗｔ
％、Ａ１_２Ｏ_３：１０ｗｔ％以下、Ｆ：５〜１０ｗｔ
％、骨材としてのＣを１〜５ｗｔ％含有し、塩基度が
０．８≦ＣａＯ／ＳｉＯ_２≦１．２で、１３００℃にお
ける粘度が１〜４ｐｏｉｓｅ、凝固温度が１０００〜１
３００℃であり、さらに鋳型と凝固シェルとの間に流入
したときに、鋳型に接する側が結晶化する特性を有する
Ｎｉ基合金用連続鋳造用パウダーと、このパウダーを用
いる連続鋳造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｎｉ基合金の連続
鋳造用パウダーと、表面欠陥のないＮｉ基合金スラブを
連続鋳造する方法に閲するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｎｉを３０％以上含むＮｉ基合金には、
３６ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金、４２ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合
金、４５ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金（パーマロイＢ）、５
０．５ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金、７６．５ｗｔ％Ｎｉ−１
５．５ｗｔ％Ｃｒ−６．５ｗｔ％Ｆｅ合金（Ｉｎｃｏｎ
ｅ１６００）、７７ｗｔ％Ｎｉ−４ｗｔ％Ｍｏ−５ｗｔ
％Ｃｕ−Ｆｅ合金（パーマロイＣ）、９９．５ｗｔ％Ｎ
ｉ合金（Ｎｉ２０１）等がある。これらの合金は、組織
がオーステナイト単相であるため、凝固時にＰ、Ｓなど
の不純物がデンドライトの樹間に濃化しやすく、割れや
すいという欠点がある。こうした割れは、縦割れあるい
は横割れといった形で現れることが多く、最悪の場合
は、ブレークアウトして鋳造停止になることもあった。
したがって、Ｎｉ基合金は従来、普通造塊により鋳造さ
れることが多かった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】Ｎｉを３０ｗｔ％以上
含むＮｉ基合金は、これを連続鋳造するとき、連続鋳造
用パウダーの粘度、凝固温度、結晶性が適正でないと、
メニスカスにて不均一冷却を招き、その結果、デプレッ
ションや縦割れ、横割れ、ブリーディング等の表面欠陥
を発生するという間題点があった。

【０００４】本発明は、従来技術が抱えている上述した
間題点を解決できる技術を開発することにあり、特に、
上述した間題点を引き起こさないような性質を有する連
続鋳造用パウダーを提供すること、およびこのパウダー
を用いて円滑に連続鋳造する方法を提案することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】発明者らは、まず、Ｎｉ
を３０ｗｔ％以上含有するＮｉ基合金を鋳造するに必要
な連続鋳造用パウダーの条件（物性）を、熱分析等の凝
固試験を通して検討した。その結果、対象としているＮ
ｉ基合金、すなわち、３６％Ｎｉ−Ｆｅ合金、４２％Ｎ
ｉ−Ｆｅ合金、４５％Ｎｉ−Ｆｅ合金（パーマロイ
Ｂ）、５０．５％Ｎｉ−Ｆｅ合金、７６．５Ｎｉ−１
５．５Ｃｒ−６．５％−Ｆｅ合金（インコネル６００）
７７Ｎｉ−４Ｍｏ−５Ｃｕ−Ｆｅ合金（パーマロイ
Ｃ）、９９．５％Ｎｉ合金（Ｎｉ２０１）などの液相線
温度は、低いもので１４００℃程度、高いもので１４７
０℃程度であることがわかった。このことから、１３０
０℃における粘度が１〜４ｐｏｉｓｅ、凝固温度が１０
００〜１３００℃で、さらに、このパウダーが鋳型と凝
固シェルとの間に流入した際に、図１に示すように、鋳
型に接する側が所定の厚みで速やかに結晶化する特性を
兼ね備えていれば、本発明が対象とするＮｉ基合金を、
表面欠陥を発生させることなく円滑に鋳造できることが
わかった。

【０００６】なお、発明者らの研究によると、鋳型と凝
固シェルとの間に流入したパウダーが、ガラス質になる
と、表面欠陥を生じ易くなる理由は、ガラス質の酸化物
や酸フッ化物は、ある有限の粘度に由来して、鋳型との
密着を悪くし、この両者は不均一な接触を招きその結果
として、上述した不均一冷却を引き起こすためと考えら
れる。

【０００７】そこで、発明者らは、表面欠陥の発生を阻
止するのに有効なパウダーの特性、とくに、パウダー組
成、そのときの粘度、および凝固温度等について検討し
た。その結果、発明者らは、好ましいパウダーの組成と
しては、ＣａＯ：３０〜４０ｗｔ％、ＳｉＯ_２：３０〜
４０ｗｔ％、Ｎａ_２Ｏ：１０〜２０ｗｔ％、Ａ１
_２Ｏ _３：１０ｗｔ％以下、Ｆ：５〜１０ｗｔ％を含有す
る成分組成のものがよく、塩基度が０．８≦ＣａＯ／Ｓ
ｉＯ_２≦１．２を満足し、かつ粘度：１〜４ｐｏｉｓ
ｅ、凝固温度：１０００〜１３００℃である物性を示す
パウダーが有効であるとの知見を得た。

【０００８】さらに、かかるパウダーについて、これを
実機にて使用し、種々の条件で試験鋳造を行った。その
結果、かかるパウダー中にはさらに、骨材としてのＣを
１〜５ｗｔ％含有すると、パウダーの溶融速度を適正に
制御できることがわかった。

【０００９】次に、Ｎｉ基合金溶湯の連続鋳造に当って
は、上記のパウダーを用いることを前提として、合金溶
湯過熱度を適正に制御することも必要であることがわか
った。それは、合金溶湯の過熱度が５℃未満では、浸漬
ノズル内で地金が凝固し、ノズル閉塞し、一方、その過
熱度が５０℃を超える場合は、連続鋳造機内で凝固が完
了しないばかりでなく、時にはブレークアウトすること
もあった。したがって、溶湯の過熱度は５〜５０℃が好
ましいことがわかった。

【００１０】本発明は正に、上記の知見ならびに試験結
果に基づき開発されたものであって、その要旨とすると
ころは、Ｎｉを３０ｗｔ％以上含み残部がＦｅと不可避
的不純物とからなるＮｉ基合金用パウダーであって、こ
のパウダーは、ＣａＯ：３０〜４０ｗｔ％、ＳｉＯ_２：
３０〜４０ｗｔ％、Ｎａ_２Ｏ：１０〜２０ｗｔ％、Ａ１
_２Ｏ_３：１０ｗｔ％以下、Ｆ：５〜１０ｗｔ％、骨材と
してのＣを１〜５ｗｔ％含有する成分組成を有し、かつ
塩基度が０．８≦ＣａＯ／ＳｉＯ_２≦１．２を満足し、
１３００℃における粘度が１〜４ｐｏｉｓｅ、凝固温度
が１０００〜１３００℃であり、さらに鋳型と凝固シェ
ルとの間に流入したときに、鋳型に接する側が結晶化す
る特性を有する点の構成にある。

【００１１】なお、本発明において、鋳型と凝固シェル
との間に流入したパウダーの結晶相の厚みは、流入パウ
ダートータルの厚みの５〜９０％を占めるような厚さに
する（残り室温にてガラス相）ことが好ましい。

【００１２】また、本発明は、Ｎｉを３０％以上含み残
部がＦｅと不可避的不純物とからなるＮｉ基合金を、連
続鋳造機で鋳造する際、合金溶湯の過熱度が５〜５０℃
となる条件下で、上記パウダーを用いて鋳造することを
特徴とするＮｉ基合金の連続鋳造方法を提案する。

【００１３】

【発明の実施の形態】上述したように、本発明に係る連
続鋳造用パウダーは、実験を通して開発されたものであ
り、基本的に、CaＯ−SiＯ_２−Na_２Ｏ−Al_２Ｏ_３−Ｆ系
から構成されており、1300℃における粘度が1〜4pois
e、凝固温度が1000〜1300℃という特性を有し、かつ凝
固時に結晶化することが特徴である。以下、本発明のか
かるパウダーの物性と性質を上記のように限定した理由
について説明する。

【００１４】1300℃における粘度：1〜4poise パウダー粘度は、これが1poise未満と低すぎたり、4poi
seを超えるような高さのものでは、デプレッション、縦
割れ、ブリーディング等の表面欠陥を発生し、スラブの
研削量が増加して歩留りが低下する。しかも、最悪の場
合には、ブレークアウトを引き起こす。このことから、
1300℃における粘度は1〜4poiseとする。好ましくは1.2
〜3.7poise、より好ましくは1.5〜2.5poiseである。

【００１５】凝固温度：1000〜1300℃ 凝固温度は、これが1000℃未満と低すぎたり、1300℃を
超えて高すぎたりすると、デプレッション、縦割れ、ブ
リーディング等の表面欠陥を発生し、スラブの研削量が
増加して歩留りが低下する。最悪の場合にはブレークア
ウトを引き起こす。このことから、凝固温度は1000〜13
00℃とする。好ましくは1030〜1280℃、より好ましくは
1050〜1250℃である。

【００１６】結晶化挙動酸化物あるいは酸フッ化物は一般に、凝固の際に、結晶
化する場合とガラス化する場合とがある。溶融したパウ
ダーは、鋳造中に凝固シェルと銅鋳型間に流入して、少
なくともその一部が凝固し凝固層を生成する。このと
き、パウダーがガラス化することなく結晶化すれば、パ
ウダーフイルムが均一に形成されるようになり、スラブ
の均一冷却が実現される。従って、パウダーの特性とし
て、凝固時に少なくとも鋳型に接する側が所定の厚みで
結晶化することが必要とされる。なお、パウダーが凝固
する際に生成する該結晶相の組成は、カスピダイン（3C
aＯ・2SiＯ_２・CaＦ_２）、ネフェリン（Na_２Ｏ・Al_２Ｏ
_３・2SiＯ_２）、フッ化ナトリウム(NaF)のうちのいずれ
か１種または２種以上となることが望ましい。

【００１７】かかる凝固層のうちの鋳型に接する側に生
成する結晶相の厚み（割合）は、凝固層トータル厚みの
5〜90%を占める厚みとする。ただし、このような凝固に
する理由は、結晶相の割合が5%未満であると、ほとんど
ガラスとしての挙動を示すため、上述した理由により不
均一冷却を起こす。逆に、90%を超える場合、溶融パウ
ダーのトータル厚みが薄くなり、凝固シェルの潤滑を悪
くする。これらの場合、いずれも、表面欠陥をもたらす
危険性がきわめて高くなる。したがって、本発明に係る
パウダーの性質としては、鋳型／凝固シェル間に流入し
たパウダーの結晶相の割合が、トータルの厚みの5〜90%
を占めるようなものにする。この性質については、Ca
O，SiO_２，Al_３O_２，Na_２O，F含有量を適正化すること
により制御できる。好ましくは10〜80%、さらに好まし
くは15〜75%である。なお、鋳型／凝固シェル間に流入
したパウダーのトータル厚みに関しては、特に限定する
必要はないが、0.5〜3mmが好ましい。

【００１８】次に、本発明に係るパウダーの組成を上記
のように限定した理由を説明する。ＣａＯ：３０〜４０
ｗｔ％、ＳｉＯ_２：３０〜４０ｗｔ％、Ｎａ_２Ｏ：１０
〜２０ｗｔ％、Ａ１_２Ｏ_３：１０ｗｔ％以下、Ｆ：５〜
１０ｗｔ％；これらの成分は、いずれも、上記した物性
値ならびに結晶化挙動を達成するために必要である。こ
のうち、Al_２Ｏ_３は、含まなくても、物性値および結晶
化挙動を適正範囲とすることができるため、10％以下と
した。その他のCaＯやSiＯ_２，Na_２ＯおよびFについて
は、凝固温度，粘度，結晶化挙動を適正なものにするた
め、それぞれ上記の範囲内に制御することとした。

【００１９】塩基度：0.8≦CaＯ／SiＯ_２≦1.2 パウダーは、塩基度が低い（＜0.8）とガラス化し易く
なるとともに、粘度も高くなる傾向にあり、物性値の調
整が難くなる。また、塩基度が1.2超の場合は、上記の
物性値を得ることができない。したがって、塩基度の範
囲は0.8以上1.2以下とした。好ましくは、0.85以上1.15
以下である。

【００２０】骨材としてのＣ：1〜5ｗｔ％Ｃは、パウダーの溶融速度を制御するために添加される
ものであり、1ｗｔ％未満では、溶融が速すぎて、過剰
流入を引き起こし、デプレッション、縦割れ、ブリーデ
ィング等の表面欠陥を発生し、スラブ歩留りが低下す
る。最悪の場合は、ブレークアウトを引き起こす。逆
に、Ｃが5ｗｔ％を超えて高い場合は、溶融速度が遅く
なりすぎて、流入が追いつかず、デプレッション、縦割
れ、ブリーディング等の表面欠陥を引き起こし、スラブ
歩留りが低下する。最悪の場合は、ブレークアウトを引
き起こす。

【００２１】また、本発明は、上記パウダーを用いてＮ
ｉ基合金を連続鋳造する方法を提案する。以下にその詳
細と、それぞれの限定理由を説明する。本発明の対象鋼
種は、Ｎｉ基合金であり、Ｎｉを３０ｗｔ％以上含有す
るＮｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金、あるいはＮ
ｉ−Ｍｏ−Ｃｕ−Ｆｅ合金である。たとえば、Ｎｉ：３
０ｗｔ％以上、残部Ｆｅであり、その他にＣｒ：１〜２
０ｗｔ％、Ｍｏ：３〜６ｗｔ％以下、Ｃｕ：３〜６ｗｔ
％以下、Ｓｉ：２ｗｔ％以下、Ｍｎ：２ｗｔ％以下、
Ｂ：１００ｐｐｍ以下のうち、１種または２種以上を含
むものでもよい。とくに３６ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金、４
２ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金、４５ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金
（パーマロイＢ）、５０．５ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金、７
６．５ｗｔ％Ｎｉ−１５．５ｗｔ％Ｃｒ−６．５ｗｔ％
Ｆｅ合金（インコネル１６００）、７７ｗｔ％Ｎｉ−４
ｗｔ％Ｍｏ−５ｗｔ％Ｃｕ−Ｆｅ合金（パーマロイ
Ｃ）、９９．５ｗｔ％Ｎｉ合金（Ｎｉ２０１）が適合す
る。

【００２２】なお、上記合金中には、ＴｉならびにＡｌ
は不可避的に混入する場合を除き、少なくとも積極的に
添加する成分ではない。ただし、脱酸のためにごく少量
のＡｌ（０．０２ｗｔ％未満）を含有すること、および
０．０８ｗｔ％未満のＴｉを含有してもよい。Ｎｉは、
組織をオーステナイト安定にするため、さらには、磁気
特性，熱膨張率を用途に応じて適正な値に制御するため
に、必要な元素であり、３０ｗｔ％以上とした。

【００２３】上記Ｎｉ基合金溶湯の過熱度を５〜５０℃
の条件下で溶融し、上記パウダーを用いて連続鋳造する
ことにより、表面性状が良好で研削歩留りに優れるスラ
ブを得る。このスラブは、デンドライト１次および２次
アーム間隔が１ｍｍ以下の凝固組織を持ち、その後のソ
ーキングによる偏析低減性に優れているものである。な
お、この連続鋳造の際、鋳造開始のごく初期に、溶融を
助ける意味合いで、発熱性のパウダーを添加してもよ
い。

【００２４】合金溶湯の過熱度：5〜50℃ 溶湯の過熱度が5℃未満になると、溶湯が浸漬ノズル内
で凝固してノズル閉塞を引き起こし、鋳造不可となる。
逆に、過熱度が50℃を超えて高い場合は、凝固シェルの
成長が遅れるため、ブレークアウトを引き起こす危険性
がある。そのため、溶湯過熱度は5〜50℃に限定する。
好ましくは、10〜45℃、より好ましくは、15〜40℃とす
る。

【００２５】

【実施例】表１〜３に発明例を示し、表４に比較例を示
す。いずれも、６０ｔあるいは１８ｔ電気炉で純ニッケ
ル、鉄屑、フェロクロム、ステンレス屑等の原料を溶解
し、ＡＯＤあるいはＶＯＤのいずれか一方または両方を
用いて精錬し、その後、連続鋳造機で鋳造した。鋳造し
た合金種は、３６ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金、４２ｗｔ％Ｎ
ｉ−Ｆｅ合金、４５ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金（パーマロイ
Ｂ）、５０．５ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金、７６．５ｗｔ％
Ｎｉ−１５．５ｗｔ％Ｃｒ−６．５ｗｔ％Ｆｅ合金（Ｉ
ｎｃｏｎｅ１６００）、７７ｗｔ％Ｎｉ−４ｗｔ％Ｍｏ
−５ｗｔ％Ｃｕ−Ｆｅ合金（パーマロイＣ）、９９．５
ｗｔ％Ｎｉ合金（Ｎｉ２０１）である。

【００２６】ここで、各項目の評価方法は以下の通りで
ある。溶湯成分蛍光Ｘ線分析装置により定量分析した。表１に示す成分
の他に、Ｓｉ＋Ｍｎなど残部成分としてのＦｅも含まれ
ている。連続鋳造用パウダー成分Ｃは燃焼法により、その他の成分は化学分析により定量
分析した。表１中に示す各成分の合計が１００ｗｔ％未
満となっているのは、これらの成分以外にも、ＭｇＯ、
Ｆｅ_２Ｏ_３等の不可避的不純物を含むためである。粘度回転円筒法により測定した。すなわち、鉄ルツボ中にパ
ウダーを入れ、縦型抵抗炉内で溶解し、その後鉄製のロ
ーターを挿入、回転することで、粘度を測定した。凝固温度上掲の粘度測定の際、温度を降下していくと粘度値が急
激に変移する点がある。この変移点を凝固温度とした。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】

【表４】

【００３１】上記試験結果からわかるように、本発明例
についてはいずれも、表面欠陥を発生することなく鋳造
できた。さらに、スラブの研削歩留りも９０％以上と良
好な結果であった。

【００３２】これに対して、表４に示した比較例では、
各々本発明の範囲を外れるものがあるため、何らかの欠
陥を生じてしまった。Ｎｏ．２５においては、塩基度が
低く、粘度が高いのに加えて、結晶相が全く無かったた
めに、縦割れが発生し、研削歩留りが悪化してしまっ
た。Ｎｏ．２６では、塩基度が高く、粘度が高いのに加
えて、結晶相の割合が９７．６％と高すぎたため、ブリ
ーディングを発生してしまった。その結果、研削歩留り
が悪化してしまった。Ｎｏ．２７では、やはり、塩基度
が低く、結晶相が全く無かったために、縦割れが発生
し、研削歩留りが悪化してしまった。Ｎｏ．２８では、
Ｃ含有量が高すぎたため、溶融が追いつかず、凝固シェ
ル／鋳型間への溶融パウダーの流入量が少なすぎて、潤
滑不足となり、ブレークアウトしてしまった。Ｎｏ．２
９では、溶湯過熱度が低すぎて、ノズル閉塞を起こして
しまった。Ｎｏ．３０では、溶湯過熱度が高すぎたた
め、凝固シェルの成長が十分でなく、ブレークアウトし
てしまった。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、Ｎｉ基合金の連続
鋳造に、本発明に係る上記パウダーを用いることで、ブ
レークアウト等の事故がなくなり、安定した連続鋳造が
可能となる。さらに、鋳造スラブは表面性状に優れてい
るため、研削歩留りが良好となり、生産性の向上、さら
には、製造コストの低減が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】連続鋳造後のパウダーフィルムの断面を示す写
真である。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｂ２２Ｄ 11/111 Ｂ２２Ｄ 11/111 Ｃ２２Ｃ 19/05 Ｃ２２Ｃ 19/05 Ｚ 38/00 ３０２ 38/00 ３０２Ｚ (72)発明者水野建次神奈川県川崎市川崎区小島町４番２号日本冶金工業株式会社川崎製造所内 (72)発明者本郷敦哉神奈川県川崎市川崎区小島町４番２号日本冶金工業株式会社川崎製造所内Ｆターム(参考） 4E004 JA00 MB14 NC09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎｉを３０ｗｔ％以上含み残部がＦｅと
不可避的不純物とからなるＮｉ基合金用パウダーであっ
て、このパウダーは、ＣａＯ：３０〜４０ｗｔ％、Ｓｉ
Ｏ_２：３０〜４０ｗｔ％、Ｎａ_２Ｏ：１０〜２０ｗｔ
％、Ａ１_２Ｏ_３：１０ｗｔ％以下、Ｆ：５〜１０ｗｔ
％、およびＣを１〜５ｗｔ％含有してなる成分組成を有
し、かつ塩基度が０．８≦ＣａＯ／ＳｉＯ_２≦１．２を
満足し、１３００℃における粘度が１〜４ｐｏｉｓｅ、
凝固温度が１０００〜１３００℃であり、さらに鋳型と
凝固シェルとの間に流入したときに鋳型に接する側が結
晶化する特性を有することを特徴とするＮｉ基合金用連
続鋳造用パウダー。
【請求項２】上記結晶相の厚みは、鋳型と凝固シェル
との間に流入したパウダートータル厚みの５〜９０％で
あることを特徴とする請求項１に記載のＮｉ基合金用連
続鋳造用パウダー。
【請求項３】Ｎｉを３０ｗｔ％以上含み残部がＦｅと
不可避的不純物とからなるＮｉ基合金を、連続鋳造機で
鋳造する際、過熱度を５〜５０℃に保持してなる合金溶
湯を、請求項１あるいは２に記載の連続鋳造用パウダー
を用いて鋳造することを特徴とするＮｉ基合金の連続鋳
造方法。