JP2005023346A - 熱間加工性に優れたＮｉ基合金の精錬方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】表面品質の良好なＮｉ基合金を得ること、そのために熱間加工性の良好なＮｉ基合金を有利に製造する技術を確立すること、そしてそのために、合金中のＭｇ濃度、Ｃａ濃度、酸素濃度およびＳ濃度を精度良く制御するための精錬方法を提案することにある。
【解決手段】原料をまず電気炉等で溶解した後、ＭｇＯ系耐火物を用いた二次精錬用容器に出鋼して除滓し、続く二次仕上げ精錬においては、酸素吹精したのち脱酸し、石灰石、螢石、アルミナ、マグネシアのうち１種または２種以上からなるスラグ成分を添加して、生成するスラグ組成を、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３の質量濃度比（ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３）を０．２〜２．０、マグネシア濃度を１〜１８ ｍａｓｓ％に調整することにより、溶融合金中のＭｇ濃度が０．００５〜０．０４ ｍａｓｓ％で、Ｃａ濃度が０．０００５〜０．０４ ｍａｓｓ％で、酸素濃度が３〜５０ ｍａｓｓ％となるようにすると共に、Ｓ濃度を０．００４ ｍａｓｓ％以下になるようにする熱間加工性に優れたＮｉ基合金の精錬方法。
【選択図】 図１
【解決手段】原料をまず電気炉等で溶解した後、ＭｇＯ系耐火物を用いた二次精錬用容器に出鋼して除滓し、続く二次仕上げ精錬においては、酸素吹精したのち脱酸し、石灰石、螢石、アルミナ、マグネシアのうち１種または２種以上からなるスラグ成分を添加して、生成するスラグ組成を、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３の質量濃度比（ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３）を０．２〜２．０、マグネシア濃度を１〜１８ ｍａｓｓ％に調整することにより、溶融合金中のＭｇ濃度が０．００５〜０．０４ ｍａｓｓ％で、Ｃａ濃度が０．０００５〜０．０４ ｍａｓｓ％で、酸素濃度が３〜５０ ｍａｓｓ％となるようにすると共に、Ｓ濃度を０．００４ ｍａｓｓ％以下になるようにする熱間加工性に優れたＮｉ基合金の精錬方法。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間加工性に優れたＮｉ基合金の精錬方法に係り、特にＡｌ含有量の高いＮｉ基合金の二次精錬方法に特徴を有する精錬方法を提案する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、Ｎｉ基合金は、電気炉で一次精錬した後、ＡＯＤやＶＯＤ等の二次精錬設備で脱炭などの酸化処理を行い、その後、還元もしくは脱酸処理する二次仕上げ精錬を施して精錬する方法、あるいは全工程を真空誘導炉で処理する方法などで溶製されている。
【０００３】
従来、かかるＮｉ基合金の中には、従来、Ｍｇを０．００５〜０．０４ ｍａｓｓ％含有させることにより、熱間加工後の表面品質を向上させようとする技術がある（特許文献１、２）。これらの従来技術は、そのＭｇの濃度を制御する方法として、溶融合金中にＭｇを添加することとしている。しかしながら、Ｍｇは、蒸気圧が高く、作業上も安全面で問題があり、また、このＭｇは活性であるため、添加方式では濃度管理ならびに歩留りの点で問題があった。しかも、これら従来技術の場合、添加の歩留りが悪いので、高価なＭｇを大量に使用する必要が生じ、経済的でないという問題があった。
【０００４】
これに対し、上述した問題点のないＮｉ含有合金の例として、例えば、高Ａｌ含有ステンレス鋼があるが、特許文献３として示す従来技術の場合、凝固時のＭｇガス放出により、健全な鋼塊が得られないことが指摘されており、また、特許文献４として示すものでは、真空処理時のＭｇガス放出により処理時間が長くかかるという問題点が指摘されている。ただし、これらの従来技術では、Ｍｇのピックアップ対策の１つとして、スラグ中のＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３比を制御する方法を提案しているものの、Ｍｇを不純物元素として、それの低下を目指す技術である。
その他、特許文献５として示す方法では精錬容器内張りレンガ材質のアルミナを９５ ％以上とすることにより、スラグへのＭｇＯの混入を抑え、溶鋼中Ｍｇピックアップを防止することが開示されているが、この材質は特殊材であることから、チャンスフリーで溶製することはできず、高価であるため、コストアップの原因となっていた。
【０００５】
【特許文献１】：特開２００２−１４６４５９号公報
【特許文献２】：特開平８−７１６７９号公報
【特許文献３】：特開平１１−２７９６２３号公報
【特許文献４】：特開２０００−１０４１１２号公報
【特許文献５】：特開平３−１５８４０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、表面品質の良好なＮｉ基合金を得ること、そのために必要な熱間加工性の良好なＮｉ基合金を有利に製造する技術を確立すること、そしてそのために、合金中のＭｇ濃度、Ｃａ濃度、酸素濃度およびＳ濃度を精度良く制御するための精錬方法を提案することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、Ｎｉ基合金中のＭｇ濃度に及ぼす影響を知るために種々の実験を行った。この実験の１つは、アルゴン雰囲気に調整された容器内に、１０ ｋｇ容量のＭｇＯ製るつぼを設置した高周波誘導加熱炉を使用し、前記るつぼ内に電解Ｎｉを収容して溶解し、得られた合金溶湯に種々の組成のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−Ｆ 系スラグ゛を添加し、その後金属Ａｌを添加した。Ａｌ濃度は０．０１〜５％の範囲内で、調整した。得られた合金の成分分析を行った。その後、旋盤加工して８ｍｍΦの引張り試験片を作製して、熱間圧延を想定した高温引張り実験を行った。
【０００８】
その結果、合金の化学成分は、Ｍｇ濃度が０．００５〜０．０４ ｍａｓｓ％、Ｃａ濃度が０．０００５〜０．０４ ｍａｓｓ％、酸素濃度が３〜５０ ｍａｓｓ ｐｐｍ、Ｓ濃度が０．００４ ｍａｓｓ％以下の時に、優れた熱間加工性を有することが確かめられた。また、この時のスラグの組成について、サンプリングして調べたところ、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３質量濃度比が０．２〜２．０、マグネシア濃度が１〜１８ ｍａｓｓ％の時に、上記したＭｇ濃度、Ｃａ濃度、酸素濃度、Ｓ濃度の範囲を満足することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
即ち、本発明は、Ａｌ含有Ｎｉ基合金の精錬に当たり、原料をまず電気炉で溶解した後、ＭｇＯ系耐火物を用いた二次精錬用容器に出鋼して除滓し、続く二次仕上げ精錬においては、酸素吹精したのちＡｌにより脱酸し、石灰石、螢石、アルミナ、マグネシアのうち１種または２種以上からなるスラグ成分を添加して、生成するスラグ組成を、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３の質量濃度比（ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３）を０．２〜２．０、マグネシア濃度を１〜１８ ｍａｓｓ％に調整することにより、溶融合金中のＭｇ濃度が０．００５〜０．０４ ｍａｓｓ％になるようにする方法、Ｃａ濃度が０．０００５〜０．０４ ｍａｓｓ％になるようにする方法、酸素濃度が３〜５０ ｍａｓｓ％になるようにする方法、さらには、Ｓ濃度が０．００４ ｍａｓｓ％以下となるようにする方法を特徴とする、熱間加工性に優れたＮｉ基合金の精錬方法を提案するものである。
【００１０】
なお、本発明において上記の精錬方法の実施によって得られるＮｉ基合金としては、Ａｌを０．０１〜５ｍａｓｓ％を含有するものであるもの、Ｃ：０．３ ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：０．５ ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：２ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：３ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：４０ ｍａｓｓ％以下、Ｆｅ：３ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：２ｍａｓｓ％以下、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなるものであるもの、Ｃ：２ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：２ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０３ ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：３０ ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：１ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：２ｍａｓｓ％以下、Ｆｅ：２０ ｍａｓｓ％以下、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなるものにすることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の精錬方法では、まず、電気炉にて、純金属ニッケルやスクラップ、銅、フェロクロム、金属クロムなどを溶解してＮｉ基合金の粗溶湯を得る。その後、このＮｉ基合金の粗溶湯を、ＭｇＯ系耐火物を用いた二次精錬用容器内に出鋼して望ましくは除滓を行う。その後、前記二次精錬用容器を用いるＶＯＤまたはＡＯＤあるいはその両方での二次仕上げ精錬において、Ｃを除去するための酸素吹精（酸化精錬）を行い、その後、脱酸と成分調整（Ａｌ添加を含む）などを目的とした精錬を行うと共に、Ａｌ含有量の調整（Ａｌ添加）を行う。
なお、本発明において用いる上記二次精錬用容器のＭｇＯ含有耐火物とは、ドロマイト、マグネシアカーボン、マグネシアアルミナカーボン、マグネシアクロム煉瓦などのライニングをいう。
【００１２】
上記二次仕上げ精錬において、Ａｌを添加して脱酸する過程において、石灰石、螢石、アルミナ、マグネシアのうちの１種または２種以上からなるスラグ成分を添加し、後述するようなスラグ組成の調整を行う。なお、この場合において、マグネシア源をスラグ成分として用いない場合でも、ＭｇＯ含有耐火物中のマグネシアがＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系スラグあるいはＣａＯ − Ａｌ２Ｏ３ − Ｆ系スラグ中に溶解することで、ＣａＯ − Ａｌ２Ｏ３ − ＭｇＯ系スラグあるいはＣａＯ − Ａｌ２Ｏ３ − ＭｇＯ − Ｆ系スラグが形成される。もちろん、マグネシア源としてＭｇＯを積極的に添加しても構わない。このようにして、スラグ中に添加されたＭｇＯが、下記の（１）式の反応式によって還元され、該溶融合金中に供給されるものと考えられる。
３ＭｇＯ（スラグ）＋２Ａｌ（メタル）＝ Ａｌ２Ｏ３（スラグ）＋ ３Ｍｇ（メタル）…（１）
【００１３】
上記（１）式からわかるように、スラグからのＭｇの供給を制御するには、スラグ中のアルミナの活量とマグネシアの活量を適正な値に制御することが必要である。図１にＣａＯ − Ａｌ２Ｏ３系スラグにおけるアルミナの１６００℃における活量を示す。この図より、スラグ中のアルミナ濃度の増加に伴い、アルミナの活量が増加していくことがわかる。図２は、２．５ ｍａｓｓ ％のＡｌを含有する溶融Ｎｉ基合金において、Ｍｇをスラグから還元反応により添加した実験の結果を示す。ここで、スラグ中のＭｇＯ濃度は１０ ｍａｓｓ％とし、溶鋼温度は１５５０ ℃として実験した。なお、この図は、反応３０分後の分析値をプロットした図であるが、この図により、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３比の増加に伴い、すなわち、スラグ中のアルミナ濃度の減少に伴い、溶融Ｎｉ基合金中のＭｇが（１）式に従い増加することがわかる。
以上のことから、Ａｌを含有する溶融Ｎｉ基合金において、Ｍｇ濃度を制御するためには、ＭｇＯを含有するスラグのＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３比を制御すればよいことがわかった。
【００１４】
次に、スラグ中のＣａＯについてもまた、上述したと同様に、下記（２）式の反応に従い還元され、該溶融Ｎｉ基合金中に供給される。
３ＣａＯ（スラグ）＋ ２Ａｌ（メタル）＝ Ａｌ２Ｏ３（スラグ）＋３Ｃａ（メタル）…（２）
【００１５】
上記（２）式に示したＣａＯの還元反応についても、ＭｇＯの還元反応と同様に、スラグ中のＣａＯの活量とアルミナの活量を制御することで、溶融合金中に供給するＣａ濃度を制御でき、そして図３に示すとおり、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３比が０．２〜２．０、好ましくは０．３〜１．９、Ｃａ濃度を０．０００５〜０．０４ ｍａｓｓ％、好ましくは０．０００５〜０．０２ ｍａｓｓ％に制御可能であることがわかる。
【００１６】
また、上記Ｎｉ基合金溶湯は、その後、普通造塊あるいは連続鋳造により凝固させて鋼片とするが、このとき、熱間加工性に有害となるＳついては、該溶融Ｎｉ基合金中のＭｇあるいはＣａと（３）、（４）式のように反応し、硫化物として固着される。このように、熱間加工性に有害なＳを無害な硫化物の形態に制御することで、熱間加工性が改善できる。
Ｃａ（メタル）＋Ｓ（メタル）＝ ＣａＳ（硫化物） …（３）
Ｍｇ（メタル）＋Ｓ（メタル）＝ ＭｇＳ（硫化物） …（４）
【００１７】
以下に、本発明に係る精錬方法について詳細に説明する。
一般に、ＭｇはＮｉ基合金の熱間加工性を阻害するＳと結合し、ＭｇＳを形成し、Ｓを無害化する作用のある元素である。その作用効果は、０．００５ ｍａｓｓ％以上としたときに発揮される。一方、このＭｇを０．０４ ｍａｓｓ％を超えて過剰に添加してもＳの無害化効果が飽和するため、経済的でない上に、ＭｇＮｉ２のような低融点の金属間化合物を生成して、逆に熱間加工性を悪化させる。そのため、Ｎｉ基合金中のＭｇの含有量は０．００５〜０．０４ ｍａｓｓ％とする。好ましくは０．００７〜０．０３５ ｍａｓｓ％、より好ましくは、０．０１ ｍａｓｓ％〜０．０３ ｍａｓｓ％とする。
【００１８】
Ｎｉ基合金中のＣａもＭｇ同様に、熱間加工性を阻害するＳと結合し、ＣａＳを形成して、Ｓを無害化する元素である。その効果は、０．０００５ ｍａｓｓ％以上の含有量のとき顕著である。一方、このＣａ量が０．０４ ｍａｓｓ％を超えて過剰に添加してもＳ無害化の効果が少なく、経済的でない上に、溶接性を悪化させる。そのため、Ｃａは０．０００５ ｍａｓｓ％〜０．０４ ｍａｓｓ％とする。好ましくは０．０００７ ｍａｓｓ％〜０．０３ ｍａｓｓ％、より好ましくは０．００１ ｍａｓｓ％〜０．０２ ｍａｓｓ％とする。
【００１９】
Ｎｉ基合金中のＳは、０．００４ ｍａｓｓ％を超えると粒界への硫化物の析出によって、熱間加工性を悪化させ、熱間加工後に、表面に割れなどの欠陥が発生し、表面品質を悪くして、歩留り低下させる。そのため、Ｎｉ基合金中のＳは０．００４ ｍａｓｓ％以下とする。好ましくは０．００３ ｍａｓｓ％以下、より好ましくは０．００２ ｍａｓｓ％以下とする。
【００２０】
Ｎｉ基合金中のＯは、５０ ｍａｓｓ ｐｐｍを超えると、該合金中の介在物量が多くなり、表面品質に悪影響を及ぼす。また、脱酸が不充分になってしまうので、スラグメタル間において起こる脱硫反応も十分に進行せず、Ｓ含有量が０．００４ ｍａｓｓ％を超えて熱間加工性の低下を招き、割れが発生するおそれがある。一方、Ｏが３ ｍａｓｓ ｐｐｍより低いと、脱酸が効きすぎた状態となるために、スラグ中のＭｇＯの還元反応が進行しすぎてしまい、Ｍｇが０．０４ ｍａｓｓ％を超えてしまうため、熱間加工性が悪化する。同様に、スラグ中のＣａＯの還元反応も進行しすぎてしまい、Ｃａが０．０４ ｍａｓｓ％を越えてしまうため、溶接性が悪化してしまう。そのためにＯは、３〜５０ ｍａｓｓ ｐｐｍとする。好ましくは、４〜４５ ｍａｓｓ ｐｐｍが好適であり、より好ましくは５〜４０ ｍａｓｓ ｐｐｍである。
【００２１】
Ｎｉ基合金中のＡｌは、Ｎｉ基合金の耐酸化性を向上したり、ガンマプライム相を析出して、合金の硬度を上げるために必要な元素である。場合によっては、脱酸元素としても必要となる。本発明では、これらの特性を満足させるために、Ｎｉ基合金中のＡｌ濃度の範囲を０．０１〜５ ｍａｓｓ％とする。
【００２２】
上述したＮｉ基合金の二次仕上げ精錬過程において、上述した組成のＮｉ基合金を得るためには、Ａｌの添加を伴う脱酸時、またその後に生成する二次精錬スラグのＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３比を、上述したように０．２〜２．０に、調整するが、これは合金中のＭｇおよびＣａ濃度を制御する上で極めて重要な作業である。それはもし、この二次精錬スラグのＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３質量濃度比が２．０を超えると、スラグ中のＡｌ２Ｏ３の活量が低下し、またＭｇＯの活量が高くなって、上記（１）式に従い溶融合金中にＭｇが過剰に還元さる結果、Ｍｇ濃度が高くなって、熱間加工性が悪化するためである。
【００２３】
一方、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３質量濃度比が０．２より低いとＭｇの還元が不十分となるだけででなく、スラグの脱硫能が低下して、脱硫不足となり、溶融合金中のＳ濃度が０．００４ ｍａｓｓ％以下にならず、熱間加工性が悪くなる。また、同様にＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３比が２．０を超えると、Ｃａが過剰に供給されて、溶接性が悪化する。一方、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３質量濃度比が０．２より低いと、Ｃａの還元が十分に行われないばかりか、スラグの脱硫能が低下して、脱硫不足となり、合金中のＳ濃度が０．００４ ｍａｓｓ％以下に低下せず、熱間加工性が悪くなる。
そのため、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３質量濃度比は、０．２〜２．０以下、好ましくは０．３〜１．９、より好ましくは、０．３〜１．５、さらに好ましくは、０．４〜１．３とする。
【００２４】
また、上記二次精錬スラグ中のＭｇＯ濃度も、Ｎｉ基合金中のＭｇ濃度を制御する上で重要な支配因子である。このスラグ中ＭｇＯ濃度が１８ ｍａｓｓ％を超えて高くなると、溶融合金中にＭｇが過剰に還元し、Ｍｇのピックアップが起こり、熱間加工性が著しく低下する。しかも、スラグの融点の上昇を通じてスラグ流動不足を招き、脱硫能が低下することに伴うＳ起因の熱間加工性の悪化を招く。
スラグ中のＭｇＯ濃度が１％よりも低いと、ＭｇをＮｉ基合金中に０．００５ ｍａｓｓ％以上供給することができなくなる。そのため、二次精錬スラグ中のＭｇＯ濃度は、１ｍａｓｓ％〜１８ ｍａｓｓ％とする。好ましくは３ｍａｓｓ％〜１５ ｍａｓｓ％、より好ましくは、４ｍａｓｓ％〜１３ ｍａｓｓ％とする。
【００２５】
なお、本発明に係る精錬方法によって製造されるＮｉ基合金は、Ｎｉを３０ ｍａｓｓ％以上、とくに６０ ｍａｓｓ％以上含有する合金の製造に適用すると有効である。特にモネル合金やインコネル６０１の製造方法として有効である。例えば、モネル合金の化学成分は、Ｃ：０．３ ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：０．５ ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：２ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：３ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：４０ ｍａｓｓ％以下、Ｆｅ：３ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：２ｍａｓｓ％以下、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなるもの、例えば、代表組成が３０ ｍａｓｓ％ Ｃｕ − ０．０３ ｍａｓｓ％Ａｌ − ０．０１ ｍａｓｓ％Ｍｇ − Ｎｉであるモネル４００（ＪＩＳ鋼種名：ＮＷ４４００）や、代表組成が３０ ｍａｓｓ％Ｃｕ − ３ｍａｓｓ％Ａｌ − ０．５ ｍａｓｓ％Ｔｉ − ０．０２ ｍａｓｓ％Ｍｇ − ＮｉであるモネルＫ−５００（ＪＩＳ鋼種名：ＮＷ５５００）などが対象なる。この場合において、上記インコネル６０１（ＪＩＳ鋼種名：ＮＣＦ６０１）の化学成分は、Ｃ：２ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：２ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０３ ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：３０ ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：１ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：２ｍａｓｓ％以下、Ｆｅ：２０ ｍａｓｓ％以下、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなり、代表組成は２３ ｍａｓｓ％Ｃｒ − １５ ｍａｓｓ％Ｆｅ − １．５ ｍａｓｓ％Ａｌ − ０．０１ ｍａｓｓ％Ｍｇ − Ｎｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基合金の溶製技術として有効である。
【００２６】
【実施例】
次に実施例を提示して本発明の構成および作用効果をより明らかにするが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。
電気炉で純Ｎｉ、ステンレス屑、フェロニッケル、銅、場合によっては、フェロクロム、金属Ｃｒなどを溶解した後、溶湯をＭｇＯ系耐火物（ドロマイトまたはマグネシアクロム質レンガ）を用いた一次精錬用容器内に出鋼した後、除滓した。その後、前記二次精錬用容器内Ｎｉ基合金の一次精錬溶湯をＶＯＤによる二次仕上げ精錬段階において、Ｃを除去する目的で酸素吹精して酸化精錬を行った。その後、脱酸と合金成分の添加を目的としてＡｌを投入し、引続き石灰石、螢石、アルミナあるいはマグネシア源としてマグネシアあるいはドロマイトレンガ屑の一種又は２種以上を添加して、スラグ成分を調整して、脱硫を行った。さらに、Ａｌ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎなどの成分元素を厳密に調整し、最終的に普通造塊あるいは、連続鋳造機を用いて鋼片を得た。普通造塊の場合には、熱間鍛造を行い、スラブとした。その後、いずれの場合のスラブも表面を研削し、さらに、熱間圧延を実施し合金板を製造した。
【００２７】
表１に、得られたＮｉ基合金（モネル合金）の化学成分、二次仕上げ精錬時のスラグの組成を示す。表２には、他のＮｉ基合金（インコネル６０１合金）の化学成分、二次仕上げ精錬時のスラグ組成を示す。そして、表１記載の合金（モネル合金）のスラブ表面性状および圧延後の割れの状況について評価した結果を、表３にまとめて示す。また、表４は、表２記載のＮｉ基合金（インコネル６０１合金）のスラブ表面性状および圧延後の割れの状況について評価した結果を示している。
合金の化学成分および二次仕上げ精錬時のスラグ組成は、蛍光Ｘ線分析装置を用いて定量分析を行い、合金の酸素濃度は不活性ガスインパルス融解赤外線吸収法で定量分析を行った。スラブ表面の割れの有無は、スラブ表面を研削した後に、浸透探傷試験（ＰＴ）を行い評価した。圧延後の割れの有無は、表面のスケールを除去した後に、目視により確認したものである。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
【表３】
【００３１】
【表４】
【００３２】
表１〜４に示す結果からわかるように、本発明の範囲を外れる条件で製造した比較例の合金は、スラブ表面で割れが観察されたり、あるいはその後の熱間圧延において割れが発生し、その割れ部はトリミングができないほど大きいため屑化になった。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る精錬方法によれば、Ａｌを含有するＮｉ基合金の熱間加工性を改善するために必要なＭｇおよびＣａ濃度の制御を、二次仕上げ精錬のスラグ成分の制御により簡便に行うことができるから、従来の方法よりも精度よく、かつ低コストで行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣａＯ − Ａｌ２Ｏ３系スラグ中のアルミナの活量を示すグラフである。
【図２】２．５ ｍａｓｓ％のＡｌを含有する溶融Ｎｉ基合金におけるＭｇのスラグからの添加の実験結果を示すグラフである。
【図３】２．５ ｍａｓｓ％のＡｌを含有する溶融Ｎｉ基合金におけるＣａのスラグからの添加の実験結果を示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間加工性に優れたＮｉ基合金の精錬方法に係り、特にＡｌ含有量の高いＮｉ基合金の二次精錬方法に特徴を有する精錬方法を提案する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、Ｎｉ基合金は、電気炉で一次精錬した後、ＡＯＤやＶＯＤ等の二次精錬設備で脱炭などの酸化処理を行い、その後、還元もしくは脱酸処理する二次仕上げ精錬を施して精錬する方法、あるいは全工程を真空誘導炉で処理する方法などで溶製されている。
【０００３】
従来、かかるＮｉ基合金の中には、従来、Ｍｇを０．００５〜０．０４ ｍａｓｓ％含有させることにより、熱間加工後の表面品質を向上させようとする技術がある（特許文献１、２）。これらの従来技術は、そのＭｇの濃度を制御する方法として、溶融合金中にＭｇを添加することとしている。しかしながら、Ｍｇは、蒸気圧が高く、作業上も安全面で問題があり、また、このＭｇは活性であるため、添加方式では濃度管理ならびに歩留りの点で問題があった。しかも、これら従来技術の場合、添加の歩留りが悪いので、高価なＭｇを大量に使用する必要が生じ、経済的でないという問題があった。
【０００４】
これに対し、上述した問題点のないＮｉ含有合金の例として、例えば、高Ａｌ含有ステンレス鋼があるが、特許文献３として示す従来技術の場合、凝固時のＭｇガス放出により、健全な鋼塊が得られないことが指摘されており、また、特許文献４として示すものでは、真空処理時のＭｇガス放出により処理時間が長くかかるという問題点が指摘されている。ただし、これらの従来技術では、Ｍｇのピックアップ対策の１つとして、スラグ中のＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３比を制御する方法を提案しているものの、Ｍｇを不純物元素として、それの低下を目指す技術である。
その他、特許文献５として示す方法では精錬容器内張りレンガ材質のアルミナを９５ ％以上とすることにより、スラグへのＭｇＯの混入を抑え、溶鋼中Ｍｇピックアップを防止することが開示されているが、この材質は特殊材であることから、チャンスフリーで溶製することはできず、高価であるため、コストアップの原因となっていた。
【０００５】
【特許文献１】：特開２００２−１４６４５９号公報
【特許文献２】：特開平８−７１６７９号公報
【特許文献３】：特開平１１−２７９６２３号公報
【特許文献４】：特開２０００−１０４１１２号公報
【特許文献５】：特開平３−１５８４０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、表面品質の良好なＮｉ基合金を得ること、そのために必要な熱間加工性の良好なＮｉ基合金を有利に製造する技術を確立すること、そしてそのために、合金中のＭｇ濃度、Ｃａ濃度、酸素濃度およびＳ濃度を精度良く制御するための精錬方法を提案することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、Ｎｉ基合金中のＭｇ濃度に及ぼす影響を知るために種々の実験を行った。この実験の１つは、アルゴン雰囲気に調整された容器内に、１０ ｋｇ容量のＭｇＯ製るつぼを設置した高周波誘導加熱炉を使用し、前記るつぼ内に電解Ｎｉを収容して溶解し、得られた合金溶湯に種々の組成のＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−Ｆ 系スラグ゛を添加し、その後金属Ａｌを添加した。Ａｌ濃度は０．０１〜５％の範囲内で、調整した。得られた合金の成分分析を行った。その後、旋盤加工して８ｍｍΦの引張り試験片を作製して、熱間圧延を想定した高温引張り実験を行った。
【０００８】
その結果、合金の化学成分は、Ｍｇ濃度が０．００５〜０．０４ ｍａｓｓ％、Ｃａ濃度が０．０００５〜０．０４ ｍａｓｓ％、酸素濃度が３〜５０ ｍａｓｓ ｐｐｍ、Ｓ濃度が０．００４ ｍａｓｓ％以下の時に、優れた熱間加工性を有することが確かめられた。また、この時のスラグの組成について、サンプリングして調べたところ、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３質量濃度比が０．２〜２．０、マグネシア濃度が１〜１８ ｍａｓｓ％の時に、上記したＭｇ濃度、Ｃａ濃度、酸素濃度、Ｓ濃度の範囲を満足することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
即ち、本発明は、Ａｌ含有Ｎｉ基合金の精錬に当たり、原料をまず電気炉で溶解した後、ＭｇＯ系耐火物を用いた二次精錬用容器に出鋼して除滓し、続く二次仕上げ精錬においては、酸素吹精したのちＡｌにより脱酸し、石灰石、螢石、アルミナ、マグネシアのうち１種または２種以上からなるスラグ成分を添加して、生成するスラグ組成を、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３の質量濃度比（ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３）を０．２〜２．０、マグネシア濃度を１〜１８ ｍａｓｓ％に調整することにより、溶融合金中のＭｇ濃度が０．００５〜０．０４ ｍａｓｓ％になるようにする方法、Ｃａ濃度が０．０００５〜０．０４ ｍａｓｓ％になるようにする方法、酸素濃度が３〜５０ ｍａｓｓ％になるようにする方法、さらには、Ｓ濃度が０．００４ ｍａｓｓ％以下となるようにする方法を特徴とする、熱間加工性に優れたＮｉ基合金の精錬方法を提案するものである。
【００１０】
なお、本発明において上記の精錬方法の実施によって得られるＮｉ基合金としては、Ａｌを０．０１〜５ｍａｓｓ％を含有するものであるもの、Ｃ：０．３ ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：０．５ ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：２ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：３ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：４０ ｍａｓｓ％以下、Ｆｅ：３ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：２ｍａｓｓ％以下、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなるものであるもの、Ｃ：２ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：２ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０３ ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：３０ ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：１ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：２ｍａｓｓ％以下、Ｆｅ：２０ ｍａｓｓ％以下、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなるものにすることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の精錬方法では、まず、電気炉にて、純金属ニッケルやスクラップ、銅、フェロクロム、金属クロムなどを溶解してＮｉ基合金の粗溶湯を得る。その後、このＮｉ基合金の粗溶湯を、ＭｇＯ系耐火物を用いた二次精錬用容器内に出鋼して望ましくは除滓を行う。その後、前記二次精錬用容器を用いるＶＯＤまたはＡＯＤあるいはその両方での二次仕上げ精錬において、Ｃを除去するための酸素吹精（酸化精錬）を行い、その後、脱酸と成分調整（Ａｌ添加を含む）などを目的とした精錬を行うと共に、Ａｌ含有量の調整（Ａｌ添加）を行う。
なお、本発明において用いる上記二次精錬用容器のＭｇＯ含有耐火物とは、ドロマイト、マグネシアカーボン、マグネシアアルミナカーボン、マグネシアクロム煉瓦などのライニングをいう。
【００１２】
上記二次仕上げ精錬において、Ａｌを添加して脱酸する過程において、石灰石、螢石、アルミナ、マグネシアのうちの１種または２種以上からなるスラグ成分を添加し、後述するようなスラグ組成の調整を行う。なお、この場合において、マグネシア源をスラグ成分として用いない場合でも、ＭｇＯ含有耐火物中のマグネシアがＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３系スラグあるいはＣａＯ − Ａｌ２Ｏ３ − Ｆ系スラグ中に溶解することで、ＣａＯ − Ａｌ２Ｏ３ − ＭｇＯ系スラグあるいはＣａＯ − Ａｌ２Ｏ３ − ＭｇＯ − Ｆ系スラグが形成される。もちろん、マグネシア源としてＭｇＯを積極的に添加しても構わない。このようにして、スラグ中に添加されたＭｇＯが、下記の（１）式の反応式によって還元され、該溶融合金中に供給されるものと考えられる。
３ＭｇＯ（スラグ）＋２Ａｌ（メタル）＝ Ａｌ２Ｏ３（スラグ）＋ ３Ｍｇ（メタル）…（１）
【００１３】
上記（１）式からわかるように、スラグからのＭｇの供給を制御するには、スラグ中のアルミナの活量とマグネシアの活量を適正な値に制御することが必要である。図１にＣａＯ − Ａｌ２Ｏ３系スラグにおけるアルミナの１６００℃における活量を示す。この図より、スラグ中のアルミナ濃度の増加に伴い、アルミナの活量が増加していくことがわかる。図２は、２．５ ｍａｓｓ ％のＡｌを含有する溶融Ｎｉ基合金において、Ｍｇをスラグから還元反応により添加した実験の結果を示す。ここで、スラグ中のＭｇＯ濃度は１０ ｍａｓｓ％とし、溶鋼温度は１５５０ ℃として実験した。なお、この図は、反応３０分後の分析値をプロットした図であるが、この図により、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３比の増加に伴い、すなわち、スラグ中のアルミナ濃度の減少に伴い、溶融Ｎｉ基合金中のＭｇが（１）式に従い増加することがわかる。
以上のことから、Ａｌを含有する溶融Ｎｉ基合金において、Ｍｇ濃度を制御するためには、ＭｇＯを含有するスラグのＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３比を制御すればよいことがわかった。
【００１４】
次に、スラグ中のＣａＯについてもまた、上述したと同様に、下記（２）式の反応に従い還元され、該溶融Ｎｉ基合金中に供給される。
３ＣａＯ（スラグ）＋ ２Ａｌ（メタル）＝ Ａｌ２Ｏ３（スラグ）＋３Ｃａ（メタル）…（２）
【００１５】
上記（２）式に示したＣａＯの還元反応についても、ＭｇＯの還元反応と同様に、スラグ中のＣａＯの活量とアルミナの活量を制御することで、溶融合金中に供給するＣａ濃度を制御でき、そして図３に示すとおり、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３比が０．２〜２．０、好ましくは０．３〜１．９、Ｃａ濃度を０．０００５〜０．０４ ｍａｓｓ％、好ましくは０．０００５〜０．０２ ｍａｓｓ％に制御可能であることがわかる。
【００１６】
また、上記Ｎｉ基合金溶湯は、その後、普通造塊あるいは連続鋳造により凝固させて鋼片とするが、このとき、熱間加工性に有害となるＳついては、該溶融Ｎｉ基合金中のＭｇあるいはＣａと（３）、（４）式のように反応し、硫化物として固着される。このように、熱間加工性に有害なＳを無害な硫化物の形態に制御することで、熱間加工性が改善できる。
Ｃａ（メタル）＋Ｓ（メタル）＝ ＣａＳ（硫化物） …（３）
Ｍｇ（メタル）＋Ｓ（メタル）＝ ＭｇＳ（硫化物） …（４）
【００１７】
以下に、本発明に係る精錬方法について詳細に説明する。
一般に、ＭｇはＮｉ基合金の熱間加工性を阻害するＳと結合し、ＭｇＳを形成し、Ｓを無害化する作用のある元素である。その作用効果は、０．００５ ｍａｓｓ％以上としたときに発揮される。一方、このＭｇを０．０４ ｍａｓｓ％を超えて過剰に添加してもＳの無害化効果が飽和するため、経済的でない上に、ＭｇＮｉ２のような低融点の金属間化合物を生成して、逆に熱間加工性を悪化させる。そのため、Ｎｉ基合金中のＭｇの含有量は０．００５〜０．０４ ｍａｓｓ％とする。好ましくは０．００７〜０．０３５ ｍａｓｓ％、より好ましくは、０．０１ ｍａｓｓ％〜０．０３ ｍａｓｓ％とする。
【００１８】
Ｎｉ基合金中のＣａもＭｇ同様に、熱間加工性を阻害するＳと結合し、ＣａＳを形成して、Ｓを無害化する元素である。その効果は、０．０００５ ｍａｓｓ％以上の含有量のとき顕著である。一方、このＣａ量が０．０４ ｍａｓｓ％を超えて過剰に添加してもＳ無害化の効果が少なく、経済的でない上に、溶接性を悪化させる。そのため、Ｃａは０．０００５ ｍａｓｓ％〜０．０４ ｍａｓｓ％とする。好ましくは０．０００７ ｍａｓｓ％〜０．０３ ｍａｓｓ％、より好ましくは０．００１ ｍａｓｓ％〜０．０２ ｍａｓｓ％とする。
【００１９】
Ｎｉ基合金中のＳは、０．００４ ｍａｓｓ％を超えると粒界への硫化物の析出によって、熱間加工性を悪化させ、熱間加工後に、表面に割れなどの欠陥が発生し、表面品質を悪くして、歩留り低下させる。そのため、Ｎｉ基合金中のＳは０．００４ ｍａｓｓ％以下とする。好ましくは０．００３ ｍａｓｓ％以下、より好ましくは０．００２ ｍａｓｓ％以下とする。
【００２０】
Ｎｉ基合金中のＯは、５０ ｍａｓｓ ｐｐｍを超えると、該合金中の介在物量が多くなり、表面品質に悪影響を及ぼす。また、脱酸が不充分になってしまうので、スラグメタル間において起こる脱硫反応も十分に進行せず、Ｓ含有量が０．００４ ｍａｓｓ％を超えて熱間加工性の低下を招き、割れが発生するおそれがある。一方、Ｏが３ ｍａｓｓ ｐｐｍより低いと、脱酸が効きすぎた状態となるために、スラグ中のＭｇＯの還元反応が進行しすぎてしまい、Ｍｇが０．０４ ｍａｓｓ％を超えてしまうため、熱間加工性が悪化する。同様に、スラグ中のＣａＯの還元反応も進行しすぎてしまい、Ｃａが０．０４ ｍａｓｓ％を越えてしまうため、溶接性が悪化してしまう。そのためにＯは、３〜５０ ｍａｓｓ ｐｐｍとする。好ましくは、４〜４５ ｍａｓｓ ｐｐｍが好適であり、より好ましくは５〜４０ ｍａｓｓ ｐｐｍである。
【００２１】
Ｎｉ基合金中のＡｌは、Ｎｉ基合金の耐酸化性を向上したり、ガンマプライム相を析出して、合金の硬度を上げるために必要な元素である。場合によっては、脱酸元素としても必要となる。本発明では、これらの特性を満足させるために、Ｎｉ基合金中のＡｌ濃度の範囲を０．０１〜５ ｍａｓｓ％とする。
【００２２】
上述したＮｉ基合金の二次仕上げ精錬過程において、上述した組成のＮｉ基合金を得るためには、Ａｌの添加を伴う脱酸時、またその後に生成する二次精錬スラグのＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３比を、上述したように０．２〜２．０に、調整するが、これは合金中のＭｇおよびＣａ濃度を制御する上で極めて重要な作業である。それはもし、この二次精錬スラグのＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３質量濃度比が２．０を超えると、スラグ中のＡｌ２Ｏ３の活量が低下し、またＭｇＯの活量が高くなって、上記（１）式に従い溶融合金中にＭｇが過剰に還元さる結果、Ｍｇ濃度が高くなって、熱間加工性が悪化するためである。
【００２３】
一方、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３質量濃度比が０．２より低いとＭｇの還元が不十分となるだけででなく、スラグの脱硫能が低下して、脱硫不足となり、溶融合金中のＳ濃度が０．００４ ｍａｓｓ％以下にならず、熱間加工性が悪くなる。また、同様にＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３比が２．０を超えると、Ｃａが過剰に供給されて、溶接性が悪化する。一方、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３質量濃度比が０．２より低いと、Ｃａの還元が十分に行われないばかりか、スラグの脱硫能が低下して、脱硫不足となり、合金中のＳ濃度が０．００４ ｍａｓｓ％以下に低下せず、熱間加工性が悪くなる。
そのため、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３質量濃度比は、０．２〜２．０以下、好ましくは０．３〜１．９、より好ましくは、０．３〜１．５、さらに好ましくは、０．４〜１．３とする。
【００２４】
また、上記二次精錬スラグ中のＭｇＯ濃度も、Ｎｉ基合金中のＭｇ濃度を制御する上で重要な支配因子である。このスラグ中ＭｇＯ濃度が１８ ｍａｓｓ％を超えて高くなると、溶融合金中にＭｇが過剰に還元し、Ｍｇのピックアップが起こり、熱間加工性が著しく低下する。しかも、スラグの融点の上昇を通じてスラグ流動不足を招き、脱硫能が低下することに伴うＳ起因の熱間加工性の悪化を招く。
スラグ中のＭｇＯ濃度が１％よりも低いと、ＭｇをＮｉ基合金中に０．００５ ｍａｓｓ％以上供給することができなくなる。そのため、二次精錬スラグ中のＭｇＯ濃度は、１ｍａｓｓ％〜１８ ｍａｓｓ％とする。好ましくは３ｍａｓｓ％〜１５ ｍａｓｓ％、より好ましくは、４ｍａｓｓ％〜１３ ｍａｓｓ％とする。
【００２５】
なお、本発明に係る精錬方法によって製造されるＮｉ基合金は、Ｎｉを３０ ｍａｓｓ％以上、とくに６０ ｍａｓｓ％以上含有する合金の製造に適用すると有効である。特にモネル合金やインコネル６０１の製造方法として有効である。例えば、モネル合金の化学成分は、Ｃ：０．３ ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：０．５ ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：２ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：３ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：４０ ｍａｓｓ％以下、Ｆｅ：３ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：２ｍａｓｓ％以下、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなるもの、例えば、代表組成が３０ ｍａｓｓ％ Ｃｕ − ０．０３ ｍａｓｓ％Ａｌ − ０．０１ ｍａｓｓ％Ｍｇ − Ｎｉであるモネル４００（ＪＩＳ鋼種名：ＮＷ４４００）や、代表組成が３０ ｍａｓｓ％Ｃｕ − ３ｍａｓｓ％Ａｌ − ０．５ ｍａｓｓ％Ｔｉ − ０．０２ ｍａｓｓ％Ｍｇ − ＮｉであるモネルＫ−５００（ＪＩＳ鋼種名：ＮＷ５５００）などが対象なる。この場合において、上記インコネル６０１（ＪＩＳ鋼種名：ＮＣＦ６０１）の化学成分は、Ｃ：２ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：２ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０３ ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：３０ ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：１ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：２ｍａｓｓ％以下、Ｆｅ：２０ ｍａｓｓ％以下、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなり、代表組成は２３ ｍａｓｓ％Ｃｒ − １５ ｍａｓｓ％Ｆｅ − １．５ ｍａｓｓ％Ａｌ − ０．０１ ｍａｓｓ％Ｍｇ − Ｎｉおよび不可避的不純物からなるＮｉ基合金の溶製技術として有効である。
【００２６】
【実施例】
次に実施例を提示して本発明の構成および作用効果をより明らかにするが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。
電気炉で純Ｎｉ、ステンレス屑、フェロニッケル、銅、場合によっては、フェロクロム、金属Ｃｒなどを溶解した後、溶湯をＭｇＯ系耐火物（ドロマイトまたはマグネシアクロム質レンガ）を用いた一次精錬用容器内に出鋼した後、除滓した。その後、前記二次精錬用容器内Ｎｉ基合金の一次精錬溶湯をＶＯＤによる二次仕上げ精錬段階において、Ｃを除去する目的で酸素吹精して酸化精錬を行った。その後、脱酸と合金成分の添加を目的としてＡｌを投入し、引続き石灰石、螢石、アルミナあるいはマグネシア源としてマグネシアあるいはドロマイトレンガ屑の一種又は２種以上を添加して、スラグ成分を調整して、脱硫を行った。さらに、Ａｌ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎなどの成分元素を厳密に調整し、最終的に普通造塊あるいは、連続鋳造機を用いて鋼片を得た。普通造塊の場合には、熱間鍛造を行い、スラブとした。その後、いずれの場合のスラブも表面を研削し、さらに、熱間圧延を実施し合金板を製造した。
【００２７】
表１に、得られたＮｉ基合金（モネル合金）の化学成分、二次仕上げ精錬時のスラグの組成を示す。表２には、他のＮｉ基合金（インコネル６０１合金）の化学成分、二次仕上げ精錬時のスラグ組成を示す。そして、表１記載の合金（モネル合金）のスラブ表面性状および圧延後の割れの状況について評価した結果を、表３にまとめて示す。また、表４は、表２記載のＮｉ基合金（インコネル６０１合金）のスラブ表面性状および圧延後の割れの状況について評価した結果を示している。
合金の化学成分および二次仕上げ精錬時のスラグ組成は、蛍光Ｘ線分析装置を用いて定量分析を行い、合金の酸素濃度は不活性ガスインパルス融解赤外線吸収法で定量分析を行った。スラブ表面の割れの有無は、スラブ表面を研削した後に、浸透探傷試験（ＰＴ）を行い評価した。圧延後の割れの有無は、表面のスケールを除去した後に、目視により確認したものである。
【００２８】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
表１〜４に示す結果からわかるように、本発明の範囲を外れる条件で製造した比較例の合金は、スラブ表面で割れが観察されたり、あるいはその後の熱間圧延において割れが発生し、その割れ部はトリミングができないほど大きいため屑化になった。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る精錬方法によれば、Ａｌを含有するＮｉ基合金の熱間加工性を改善するために必要なＭｇおよびＣａ濃度の制御を、二次仕上げ精錬のスラグ成分の制御により簡便に行うことができるから、従来の方法よりも精度よく、かつ低コストで行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣａＯ − Ａｌ２Ｏ３系スラグ中のアルミナの活量を示すグラフである。
【図２】２．５ ｍａｓｓ％のＡｌを含有する溶融Ｎｉ基合金におけるＭｇのスラグからの添加の実験結果を示すグラフである。
【図３】２．５ ｍａｓｓ％のＡｌを含有する溶融Ｎｉ基合金におけるＣａのスラグからの添加の実験結果を示すグラフである。
Claims (7)
- Ａｌ含有Ｎｉ基合金の精錬に当たり、原料をまず電気炉等で溶解した後、ＭｇＯ系耐火物を用いた二次精錬用容器に出鋼して除滓し、続く二次仕上げ精錬においては、酸素吹精したのち脱酸し、石灰石、螢石、アルミナ、マグネシアのうち１種または２種以上からなるスラグ成分を添加して、生成するスラグ組成を、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３の質量濃度比（ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３）を０．２〜２．０、マグネシア濃度を１〜１８ ｍａｓｓ％に調整することにより、溶融合金中のＭｇ濃度が０．００５〜０．０４ ｍａｓｓ％になるようにすることを特徴とする、熱間加工性に優れたＮｉ基合金の精錬方法。
- Ａｌ含有Ｎｉ基合金の精錬に当たり、原料をまず電気炉等で溶解した後、ＭｇＯ系耐火物を用いた二次精錬用容器に出鋼して除滓し、続く二次仕上げ精錬においては、酸素吹精したのち脱酸し、石灰石、螢石、アルミナ、マグネシアのうち１種または２種以上からなるスラグ成分を添加して、生成するスラグ組成を、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３の質量濃度比（ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３）を０．２〜２．０、マグネシア濃度を１〜１８ ｍａｓｓ％に調整することにより、溶融合金中のＭｇ濃度が０．００５〜０．０４ ｍａｓｓ％となるようにすると共に、Ｃａ濃度が０．０００５〜０．０４ ｍａｓｓ％になるようにすることを特徴とする、熱間加工性に優れたＮｉ基合金の精錬方法。
- Ａｌ含有Ｎｉ基合金の精錬に当たり、原料をまず電気炉等で溶解した後、ＭｇＯ系耐火物を用いた二次精錬用容器に出鋼して除滓し、続く二次仕上げ精錬においては、酸素吹精したのち脱酸し、石灰石、螢石、アルミナ、マグネシアのうち１種または２種以上からなるスラグ成分を添加して、生成するスラグ組成を、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３の質量濃度比（ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３）を０．２〜２．０、マグネシア濃度を１〜１８ ｍａｓｓ％に調整することにより、溶融合金中のＭｇ濃度が０．００５〜０．０４ ｍａｓｓ％で、Ｃａ濃度が０．０００５〜０．０４ ｍａｓｓ％となるようにすると共に、酸素濃度が３〜５０ ｍａｓｓ％になるようにすることを特徴とする、熱間加工性に優れたＮｉ基合金の精錬方法。
- Ａｌ含有Ｎｉ基合金の精錬に当たり、原料をまず電気炉等で溶解した後、ＭｇＯ系耐火物を用いた二次精錬用容器に出鋼して除滓し、続く二次仕上げ精錬においては、酸素吹精したのち脱酸し、石灰石、螢石、アルミナ、マグネシアのうち１種または２種以上からなるスラグ成分を添加して、生成するスラグ組成を、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３の質量濃度比（ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３）を０．２〜２．０、マグネシア濃度を１〜１８ ｍａｓｓ％に調整することにより、溶融合金中のＭｇ濃度が０．００５〜０．０４ ｍａｓｓ％で、Ｃａ濃度が０．０００５〜０．０４ ｍａｓｓ％で、酸素濃度が３〜５０ ｍａｓｓ％となるようにすると共に、Ｓ濃度を０．００４ ｍａｓｓ％以下になるようにすることを特徴とする、熱間加工性に優れたＮｉ基合金の精錬方法。
- Ｎｉ基合金は、Ａｌを０．０１〜５ｍａｓｓ％を含有するものであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１に記載された熱間加工性に優れたＮｉ基合金の精錬方法。
- Ｎｉ基合金は、Ｃ：０．３ ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：０．５ ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：２ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：３ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：４０ ｍａｓｓ％以下、Ｆｅ：３ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：２ｍａｓｓ％以下、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなるものであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１に記載された熱間加工性に優れたＮｉ基合金の精錬方法。
- Ｎｉ基合金は、Ｃ：２ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：２ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０３ ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ：３０ ｍａｓｓ％以下、Ｃｕ：１ｍａｓｓ％以下、Ｔｉ：２ｍａｓｓ％以下、Ｆｅ：２０ ｍａｓｓ％以下、残部Ｎｉおよび不可避的不純物からなるものであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１に記載された熱間加工性に優れたＮｉ基合金の精錬方法。
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