JP2021030247A - Premelt flux for electroslag remelting method - Google Patents

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Daisuke Okada
大輔 岡田
慧 平田
Satoshi Hirata
慧 平田
田中 孝明
Takaaki Tanaka
孝明 田中
厚徳 小山
Atsunori Koyama
厚徳 小山
瑞治 松吉
Mizuharu Matsuyoshi
瑞治 松吉
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    • C22B9/18Electroslag remelting

Abstract

To provide a premelt flux for an electroslag remelting method excellent in dissolution stability and moisture absorption inhibition.SOLUTION: A content of a CaO crystal phase in the premelt flux is 1.0 mass% or less. The premelt flux may include a CaF2 crystal phase and a Ca12Al14O32F2 crystal phase. Preferably, the total content of the CaF2 crystal phase and the Ca12Al14O32F2 crystal phase is 90.0% or more. The premelt flux can be obtained by melting and mixing a flux raw material containing the CaO crystal phase of 15 mass% or more and 30 mass% or less, the CaF2 crystal phase of 30 mass% or more and 45 mass% or less, and an Al2O3 crystal phase of 30 mass% or more and 45 mass% or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、エレクトロスラグ再溶解法(ESR)において使用されるプリメルトフラックスに関する。 The present invention relates to a premelt flux used in the electroslag redissolving method (ESR).

エレクトロスラグ再溶解法は、積層凝固法の1つである。エレクトロスラグ再溶解法では、電気炉等で得られた母材が鋳型に装入される。この母材が電極として用いられ、溶融スラグに通電がなされる。この溶融スラグの抵抗熱(ジュール熱)により、電極自体が溶融する。溶融金属は、液滴となってスラグ中を通過する。この通過により、溶融金属は精錬される。溶融金属は、鋳型内で順次凝固する。これにより、偏析の少ない鋳塊が得られる。この鋳塊は、高い品質が要求される部材の材料として使用される。エレクトロスラグ再溶解法の一例が、特開2009−167511公報に開示されている。 The electroslag redissolving method is one of the laminated solidification methods. In the electroslag remelting method, the base material obtained in an electric furnace or the like is charged into a mold. This base material is used as an electrode, and the molten slag is energized. The resistance heat (Joule heat) of this molten slag melts the electrode itself. The molten metal becomes droplets and passes through the slag. By this passage, the molten metal is refined. The molten metal is sequentially solidified in the mold. As a result, an ingot with less segregation can be obtained. This ingot is used as a material for members that require high quality. An example of the electroslag redissolving method is disclosed in JP-A-2009-167511.

近年のエレクトロスラグ再溶解法では、いわゆるコールドスタート法が主に採用されている。コールドスタート法では、鋳型内にフラックス(固体)が投入される。このフラックスがアーク熱で溶解されて、スラグが得られる。 In recent electroslag remelting methods, the so-called cold start method is mainly adopted. In the cold start method, a flux (solid) is charged into the mold. This flux is melted by arc heat to obtain slag.

特開昭63−36966号公報には、エレクトロスラグ再溶解法に使用されるプリメルトフラックスが開示されている。このプリメルトフラックスは、複数種の原料フラックスが溶融及び混合され、凝固させられて得られる。プリメルトフラックスでは、その特性が事前に調整されている。従ってこのプリメルトフラックスは、コールドスタート法に特に適している。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-369666 discloses a premelt flux used in the electroslag redissolving method. This premelt flux is obtained by melting and mixing a plurality of types of raw material fluxes and solidifying them. The properties of premelt flux are pre-adjusted. Therefore, this premelt flux is particularly suitable for the cold start method.

特開2009−167511公報JP-A-2009-167511 特開昭63−36966号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-369666

フラックスには、通電開始直後に安定して溶解する特性が必要である。フラックスにはさらに、鋳塊の白点割れを生じさせにくいことが必要である。白点割れは、鋳塊の水素脆化によって生じる。この水素は、フラックス中の水分に起因する。従ってフラックスには、吸湿抑制性が必要である。 The flux needs to have the property of being stably dissolved immediately after the start of energization. The flux also needs to be less prone to white spot cracking in the ingot. White spot cracking is caused by hydrogen embrittlement of the ingot. This hydrogen is due to the moisture in the flux. Therefore, the flux needs to have a moisture absorption inhibitory property.

本発明の目的は、溶解安定性及び吸湿抑制性に優れた、エレクトロスラグ再溶解法のためのプリメルトフラックスの提供にある。 An object of the present invention is to provide a premelt flux for an electroslag remelting method, which is excellent in dissolution stability and moisture absorption inhibitory property.

本発明に係るプリメルトフラックスでは、CaO結晶相の含有率は、1.0質量%以下である。 In the premelt flux according to the present invention, the content of the CaO crystal phase is 1.0% by mass or less.

このプリメルトフラックスが、CaF結晶相及びCa12Al1432結晶相を含んでもよい。好ましくは、CaF結晶相及びCa12Al1432結晶相の合計含有率は、90.0質量%以上である。 This premelt flux may include a CaF 2 crystal phase and a Ca 12 Al 14 O 32 F 2 crystal phase. Preferably, the total content of the CaF 2 crystal phase and the Ca 12 Al 14 O 32 F 2 crystal phase is 90.0% by mass or more.

好ましくは、CaF結晶相の含有率は、30質量%以上50質量%以下である。好ましくは、Ca12Al1432結晶相の含有率は、50質量%以上70質量%以下である。 Preferably, the content of the CaF 2 crystal phase is 30% by mass or more and 50% by mass or less. Preferably, the content of the Ca 12 Al 14 O 32 F 2 crystal phase is 50% by mass or more and 70% by mass or less.

本発明に係るプリメルトフラックスは、溶解安定性に優れる。さらにこのフラックスは、吸湿抑制性に優れる。このプリメルトフラックスが用いられたエレクトロスラグ再溶解法では、鋳塊の白点割れが生じにくい。 The premelt flux according to the present invention is excellent in dissolution stability. Further, this flux is excellent in suppressing moisture absorption. In the electroslag remelting method using this premelt flux, white spot cracking of the ingot is unlikely to occur.

図1は、本発明の一実施形態に係るプリメルトフラックスが用いられたエレクトロスラグ再溶解法のための設備が示された概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing equipment for an electroslag remelting method using a premelt flux according to an embodiment of the present invention.

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on preferred embodiments with reference to the drawings as appropriate.

図1に示された製造設備は、鋳型2及び電源4を有している。鋳型2は、定盤6を有している。鋳型2には、消耗電極8が装入される。この消耗電極8は、エレクトロスラグ再溶解法によって得られる鋳塊の、母材である。この母材8は、電気炉等で製作されうる。母材8と定盤6との間に電源4によって電圧がかけられる。これにより、母材8と定盤6との間が通電する。通電によりスラグ10においてジュール発熱が生じる。これにより母材8が溶融し、液滴となる。液滴は、スラグ10中を降下する。このとき液滴は、スラグ10によって精錬される。具体的には、非金属介在物等が、液滴から除去される。液滴からは、固相12、固液共存相14及び液相16が形成される。固相12が徐々に成長し、鋳塊が得られる。スラグ10による精錬を経ているので、この鋳塊には不純物が少ない。固相12が徐々に成長して鋳塊が得られるので、この鋳塊には偏析が少ない。この鋳塊は高品質である。 The manufacturing equipment shown in FIG. 1 has a mold 2 and a power supply 4. The mold 2 has a surface plate 6. The consumable electrode 8 is charged into the mold 2. The consumable electrode 8 is a base material of an ingot obtained by the electroslag remelting method. The base material 8 can be manufactured in an electric furnace or the like. A voltage is applied between the base material 8 and the surface plate 6 by the power supply 4. As a result, electricity is supplied between the base material 8 and the surface plate 6. Joule heat generation is generated in the slag 10 by energization. As a result, the base material 8 is melted into droplets. The droplet descends in the slag 10. At this time, the droplets are refined by the slag 10. Specifically, non-metal inclusions and the like are removed from the droplets. A solid phase 12, a solid-liquid coexisting phase 14, and a liquid phase 16 are formed from the droplets. The solid phase 12 gradually grows and an ingot is obtained. Since it has been refined with slag 10, there are few impurities in this ingot. Since the solid phase 12 gradually grows to obtain an ingot, this ingot has little segregation. This ingot is of high quality.

スラグ(液体)は、プリメルトフラックス(固体)が溶融することで得られる。このプリメルトフラックスは、組成物である。典型的には、この組成物は、CaO結晶相、CaF結晶相及びCa12Al1432結晶相(CaAl16F結晶相)を含んでいる。この組成物がさらに、MgO結晶相又はSiO結晶相を含んでもよい。プリメルトフラックスが、CaF結晶相を含まない組成を有してもよい。プリメルトフラックスが、Ca12Al1432結晶相を含まない組成を有してもよい。 Slag (liquid) is obtained by melting the premelt flux (solid). This premelt flux is a composition. Typically, the composition comprises a CaO crystal phase, a CaF 2 crystal phase and a Ca 12 Al 14 O 32 F 2 crystal phase (Ca 6 Al 7 O 16 F crystal phase). This composition may further contain an MgO crystal phase or a SiO 2 crystal phase. The premelt flux may have a composition that does not contain the CaF 2 crystal phase. The premelt flux may have a composition that does not contain the Ca 12 Al 14 O 32 F 2 crystal phase.

CaO結晶相は、結晶質である。このCaO結晶相の融点は、2572℃である。一方、CaF結晶相の融点は1418℃であり、Ca12Al1432結晶相の融点は1371℃である。CaO結晶相の融点は、高い。CaO結晶相を多量に含むプリメルトフラックスがコールドスタート法に使用されると、高温に達しないかぎり、プリメルトフラックスは完全には溶解しない。このプリメルトフラックスは、溶解安定性に劣る。 The CaO crystalline phase is crystalline. The melting point of this CaO crystal phase is 2572 ° C. On the other hand, the melting point of the CaF 2 crystal phase is 1418 ° C., and the melting point of the Ca 12 Al 14 O 32 F 2 crystal phase is 1371 ° C. The melting point of the CaO crystal phase is high. When a premelt flux containing a large amount of CaO crystal phase is used in the cold start method, the premelt flux is not completely dissolved unless it reaches a high temperature. This premelt flux is inferior in dissolution stability.

CaF結晶相及びCa12Al1432結晶相に比べ、CaO結晶相は吸湿しやすい。CaO結晶相を多量に含むプリメルトフラックスは、水分を含みやすい。このプリメルトフラックスから得られたスラグが用いられたエレクトロスラグ再溶解法では、水分に起因した水素の影響で、鋳塊に白点割れが生じやすい。 Compared with the CaF 2 crystal phase and the Ca 12 Al 14 O 32 F 2 crystal phase, the CaO crystal phase is more likely to absorb moisture. The premelt flux containing a large amount of CaO crystal phase tends to contain water. In the electroslag remelting method using slag obtained from this premelt flux, white spot cracks are likely to occur in the ingot due to the influence of hydrogen caused by moisture.

溶解安定性及び白点割れ抑制の観点から、プリメルトフラックスにおけるCaO結晶相の含有率は1.0質量%以下が好ましく、0.6質量%以下がより好ましく、0.4質量%以下が特に好ましい。プリメルトフラックスが、CaO結晶相を実質的に含まない組成を有してもよい。 From the viewpoint of dissolution stability and suppression of white spot cracking, the content of the CaO crystal phase in the premelt flux is preferably 1.0% by mass or less, more preferably 0.6% by mass or less, and particularly preferably 0.4% by mass or less. preferable. The premelt flux may have a composition that is substantially free of the CaO crystal phase.

プリメルトフラックスにおけるCaF結晶相及びCa12Al1432結晶相の合計含有率は、90.0質量%以上が好ましく、95.0質量%以上がより好ましく、96.0質量%以上が特に好ましい。 The total content of the Ca F 2 crystal phase and the Ca 12 Al 14 O 32 F 2 crystal phase in the premelt flux is preferably 90.0% by mass or more, more preferably 95.0% by mass or more, and 96.0% by mass or more. Is particularly preferable.

プリメルトフラックスにおけるCaF結晶相の含有率は、30質量%以上50質量%以下が好ましく、35質量%以上45質量%以下が特に好ましい。プリメルトフラックスにおけるCa12Al1432結晶相の含有率は、50質量%以上70質量%以下が好ましく、55質量%以上65質量%以下が特に好ましい。 The content of the CaF 2 crystal phase in the premelt flux is preferably 30% by mass or more and 50% by mass or less, and particularly preferably 35% by mass or more and 45% by mass or less. The content of the Ca 12 Al 14 O 32 F 2 crystal phase in the premelt flux is preferably 50% by mass or more and 70% by mass or less, and particularly preferably 55% by mass or more and 65% by mass or less.

プリメルトフラックスがMgO結晶相又はSiO結晶相を含む場合、MgO結晶相及びSiO結晶相の合計含有率は5.0質量%以下が好ましく、4.0質量%以下が特に好ましい。 When the premelt flux contains an MgO crystal phase or a SiO 2 crystal phase, the total content of the MgO crystal phase and the SiO 2 crystal phase is preferably 5.0% by mass or less, and particularly preferably 4.0% by mass or less.

典型的には、このプリメルトフラックスの出発原料は、CaOフラックス、CaFフラックス及びAlフラックスである。これらのフラックスが溶融され混合されて、混合物が得られる。この混合物が凝固して、プリメルトフラックスが得られる。 Typically, the starting materials for this premelt flux are CaO flux, CaF 2 flux and Al 2 O 3 flux. These fluxes are melted and mixed to give a mixture. The mixture solidifies to give the premelt flux.

好ましい出発原料の組成は、下記の通りである。
CaO結晶相:15質量%以上30質量%以下
CaF結晶相:30質量%以上45質量%以下
Al結晶相:30質量%以上45質量%以下
The preferred starting material composition is as follows.
CaO crystalline phase: 15% by weight to 30% by weight CaF 2 crystal phase: 30 wt% to 45 wt% or less Al 2 O 3 crystal phase: 30 wt% to 45 wt% or less

出発原料が、MgO結晶相又はSiO結晶相を含んでもよい。この場合のMgO結晶相及びSiO結晶相の合計含有率は5.0質量%以下が好ましく、4.0質量%以下が特に好ましい。 The starting material may include an MgO crystal phase or a SiO 2 crystal phase. In this case, the total content of the MgO crystal phase and the SiO 2 crystal phase is preferably 5.0% by mass or less, and particularly preferably 4.0% by mass or less.

本発明に係るプリメルトフラックス製造方法は、
(1)15質量%以上30質量%以下のCaO結晶相、30質量%以上45質量%以下のCaF結晶相、及び30質量%以上45質量%以下のAl結晶相を含むフラックス原料を準備する工程
(2)このフラックス原料を溶融して混合物を得る工程
並びに
(3)この混合物を凝固させる工程
を含む。この製造方法により、高品質なプリメルトフラックスが得られうる。
The method for producing a premelt flux according to the present invention is
(1) 15% by weight to 30% by weight of CaO crystalline phase, flux material containing 45% by weight to 30% by weight of CaF 2 crystalline phase, and 45 wt% 30 wt% or more of the following Al 2 O 3 crystalline phase (2) The step of melting the flux raw material to obtain a mixture and (3) the step of solidifying the mixture are included. By this manufacturing method, high quality premelt flux can be obtained.

本発明に係る金属製品製造方法は、
(1)母材を準備する工程、
(2)CaO結晶相の含有率が1.0質量%以下であるプリメルトフラックスから得られたスラグが用いられたエレクトロスラグ再溶解法により、上記母材から鋳塊を得る工程
及び
(3)上記鋳塊に塑性加工を施す工程
を含む。この製造方法により、高品質な金属製品が得られうる。
The metal product manufacturing method according to the present invention
(1) Process of preparing the base material,
(2) A step of obtaining an ingot from the base metal by an electroslag remelting method using slag obtained from a premelt flux having a CaO crystal phase content of 1.0% by mass or less and (3). The step of plastic working the ingot is included. By this manufacturing method, high quality metal products can be obtained.

このプリメルトフラックスが用いられたエレクトロスラグ再溶解法により、様々な材質の鋳塊が得られうる。鋳塊の典型的な材質として、工具鋼及び機械構造用合金鋼が挙げられる。 Ingots of various materials can be obtained by the electroslag remelting method using this premelt flux. Typical materials for ingots include tool steels and alloy steels for machine structures.

以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。 Hereinafter, the effects of the present invention will be clarified by Examples, but the present invention should not be construed in a limited manner based on the description of these Examples.

[実施例1]
25質量%のCaO結晶相、45質量%のCaF結晶相及び30質量%のAl結晶相含むフラックス原料を溶融及び混合して、実施例1のプリメルトフラックスを得た。このプリメルトフラックスの主成分は、CaF結晶相及びCa12Al1432結晶相であった。このプリメルトフラックスにおけるCaO結晶相の含有率は、0.4質量%であった。
[Example 1]
A flux raw material containing 25% by mass of CaO crystal phase, 45% by mass of CaF 2 crystal phase and 30% by mass of Al 2 O 3 crystal phase was melted and mixed to obtain the premelt flux of Example 1. The main components of this premelt flux were a CaF 2 crystal phase and a Ca 12 Al 14 O 32 F 2 crystal phase. The content of the CaO crystal phase in this premelt flux was 0.4% by mass.

[実施例2−8並びに比較例1及び2]
溶融温度及び混合条件を変更した他は実施例1と同様にして、実施例2−8並びに比較例1及び2のプリメルトフラックスを得た。このプリメルトフラックスにおけるCaO結晶相の含有率が、下記の表1に示されている。
[Examples 2-8 and Comparative Examples 1 and 2]
The premelt fluxes of Examples 2-8 and Comparative Examples 1 and 2 were obtained in the same manner as in Example 1 except that the melting temperature and the mixing conditions were changed. The content of the CaO crystal phase in this premelt flux is shown in Table 1 below.

[溶解試験]
5gのプリメルトフラックスを円柱状に成形し、試験片を得た。この試験片の、直径は15mmであり、高さは10mmであった。この試験片を炉に投入し、炉の温度を1℃/minの速度で高めた。試験片を目視で観察し、溶解が完了したときの温度を測定した。この結果が、下記の表1に示されている。
[Dissolution test]
5 g of premelt flux was formed into a columnar shape to obtain a test piece. The test piece had a diameter of 15 mm and a height of 10 mm. This test piece was put into a furnace and the temperature of the furnace was raised at a rate of 1 ° C./min. The test piece was visually observed and the temperature at which the melting was completed was measured. The results are shown in Table 1 below.

[ESR]
下記の条件下で、エレクトロスラグ再溶解法による鋳塊の製造を行った。
母材の質量:2t以上15t以下
鋼種:工具鋼又は機械構造用合金鋼
プリメルトフラックスの投入量:90kg以上350kg以下
300回のエレクトロスラグ再溶解法において生じた、プリメルトフラックスの溶解不良による工程の停止、及び鋳塊の白点割れの回数をカウントした。この結果が、下記の表1に示されている。
[ESR]
The ingot was produced by the electroslag redissolving method under the following conditions.
Base metal mass: 2t or more and 15t or less Steel type: Tool steel or alloy steel for machine structure Premelt flux input amount: 90 kg or more and 350 kg or less Process due to poor dissolution of premelt flux caused by 300 times electroslag remelting method The number of stops and white spot cracking of the ingot was counted. The results are shown in Table 1 below.

表1の評価結果より、本発明の優位性は明らかである。 From the evaluation results in Table 1, the superiority of the present invention is clear.

本発明に係るプリメルトフラックスは、種々の鋼塊の製造に適している。 The premelt flux according to the present invention is suitable for producing various ingots.

2・・・鋳型
4・・・電源
6・・・定盤
8・・・母材(消耗電極)
10・・・スラグ
12・・・固相
14・・・固液共存相
16・・・液相
2 ... Mold 4 ... Power supply 6 ... Surface plate 8 ... Base material (consumable electrode)
10 ... Slag 12 ... Solid phase 14 ... Solid-liquid coexisting phase 16 ... Liquid phase

Claims (3)

CaO結晶相の含有率が1.0質量%以下である、エレクトロスラグ再溶解法のためのプリメルトフラックス。 A premelt flux for an electroslag redissolving method in which the CaO crystal phase content is 1.0% by mass or less. CaF結晶相及びCa12Al1432結晶相を含んでおり、CaF結晶相及びCa12Al1432結晶相の合計含有率が90.0質量%以上である請求項1に記載のプリメルトフラックス。 Claim that the CaF 2 crystal phase and the Ca 12 Al 14 O 32 F 2 crystal phase are contained, and the total content of the CaF 2 crystal phase and the Ca 12 Al 14 O 32 F 2 crystal phase is 90.0% by mass or more. The premelt flux according to 1. CaF結晶相の含有率が30量%以上50質量%以下であり、Ca12Al1432結晶相の含有率が50質量%以上70質量%以下である請求項2に記載のプリメルトフラックス。 The pre according to claim 2, wherein the content of the CaF 2 crystal phase is 30% by mass or more and 50% by mass or less, and the content of the Ca 12 Al 14 O 32 F 2 crystal phase is 50% by mass or more and 70% by mass or less. Melt flux.
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