JP2588895B2 - 金属のエレクトロスラグ再溶融法 - Google Patents
金属のエレクトロスラグ再溶融法Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/16—Remelting metals
- C22B9/18—Electroslag remelting
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、出発金属の少なくとも50重量％を少なくと
も１つの導電性の消耗性電極、特に酸素親和性の合金成
分を有する消耗性電極の形で溶融スラグプールを通過さ
せて再溶融してブロックを形成することよりなる金属の
エレクトロスラグ再溶融法に関する。
も１つの導電性の消耗性電極、特に酸素親和性の合金成
分を有する消耗性電極の形で溶融スラグプールを通過さ
せて再溶融してブロックを形成することよりなる金属の
エレクトロスラグ再溶融法に関する。
従来の技術 エレクトロスラグ再溶融法では、金属出発材料を液状
もしくは溶融スラグプールを通過させて再溶融してイン
ゴットまたはブロックを形成する方法であり、該方法で
は前記インゴットまたはブロックの表面上に液状帯域、
いわゆる溶融メタルプールが保持される。この場合、ブ
ロックは静止状態で（いわゆる定置鋳型中に）保持され
るか、または連続的に（いわゆる押出鋳型から）取り出
すことができる。出発材料は、消耗性電極の形でも、ま
た塊状物または粒状物の形でも加えることができる。溶
融およびプロセス熱は液状スラグの電気抵抗により発生
せしめられ、その際電流供給は消耗性電極によってもま
た（粒状の出発材料の場合）特殊な非消耗性電極によっ
ても行うことができる。一般に、ブロックおよび／また
は鋳型が対電極である。エレクトロスラグ再溶融法を選
択的に直流電圧または交流電圧で実施することは公知で
ある。
もしくは溶融スラグプールを通過させて再溶融してイン
ゴットまたはブロックを形成する方法であり、該方法で
は前記インゴットまたはブロックの表面上に液状帯域、
いわゆる溶融メタルプールが保持される。この場合、ブ
ロックは静止状態で（いわゆる定置鋳型中に）保持され
るか、または連続的に（いわゆる押出鋳型から）取り出
すことができる。出発材料は、消耗性電極の形でも、ま
た塊状物または粒状物の形でも加えることができる。溶
融およびプロセス熱は液状スラグの電気抵抗により発生
せしめられ、その際電流供給は消耗性電極によってもま
た（粒状の出発材料の場合）特殊な非消耗性電極によっ
ても行うことができる。一般に、ブロックおよび／また
は鋳型が対電極である。エレクトロスラグ再溶融法を選
択的に直流電圧または交流電圧で実施することは公知で
ある。
西ドイツ国特許出願公開第1483646号明細書から、エ
レクトロスラグ再溶融法をまた減圧下に、すなわち1bar
を下廻る圧力下に実施することも公知である。この場合
にはもっとも、電流供給のために常に非消耗性電極が配
設されている。
レクトロスラグ再溶融法をまた減圧下に、すなわち1bar
を下廻る圧力下に実施することも公知である。この場合
にはもっとも、電流供給のために常に非消耗性電極が配
設されている。
高い要求を有する被加工部材を、特に航空機用エンジ
ンの円板状回転部材用の超合金から製造するためは、ユ
ーザーから、インゴットを公知の真空再溶融法（VAR）
により製造することが要望される。それというのも、真
空下での再溶融は、極めて低いガス含有率を有する比較
的純粋なブロックを生じるからである。VAR法では方向
性を持った凝固によりブロックが一般にマクロ偏折不含
であるという事実にもかかわらず、例えば“小斑（Frec
kles）”、リング模様（Ringmuster）および“白点（Wh
ite spots）”のような若干の代表的な偏折現象がブロ
ック中に生じることがある。“小斑”およびリング模様
のような偏折現象は溶融パラメータを慎重に調整するこ
とにより程度の差こそあれ制御することができるが、
“白点”の形成は溶融条件と無関係であると思われる。
最近実施した調査により、“白点”の形成は凝固フロン
トにおける不規則な凝固条件の結果でないことが判明し
た。“白点”の成分は、以下のように推定することがで
きる： イ）溶融中に鋳造消耗性電極から落下する樹枝状結晶よ
りなるスケルトン、 ロ）いわゆる“クラウン”（Krone）”からブロック上
縁に落下する粒子（“クラウン”は、蒸気および飛沫が
凝縮ないしは凝固したことによる溶融メタルプール上方
の薄い鋭角の縁部である）、 ハ）溶融メタルプールの凝固縁部からの粒子の溶出。
ンの円板状回転部材用の超合金から製造するためは、ユ
ーザーから、インゴットを公知の真空再溶融法（VAR）
により製造することが要望される。それというのも、真
空下での再溶融は、極めて低いガス含有率を有する比較
的純粋なブロックを生じるからである。VAR法では方向
性を持った凝固によりブロックが一般にマクロ偏折不含
であるという事実にもかかわらず、例えば“小斑（Frec
kles）”、リング模様（Ringmuster）および“白点（Wh
ite spots）”のような若干の代表的な偏折現象がブロ
ック中に生じることがある。“小斑”およびリング模様
のような偏折現象は溶融パラメータを慎重に調整するこ
とにより程度の差こそあれ制御することができるが、
“白点”の形成は溶融条件と無関係であると思われる。
最近実施した調査により、“白点”の形成は凝固フロン
トにおける不規則な凝固条件の結果でないことが判明し
た。“白点”の成分は、以下のように推定することがで
きる： イ）溶融中に鋳造消耗性電極から落下する樹枝状結晶よ
りなるスケルトン、 ロ）いわゆる“クラウン”（Krone）”からブロック上
縁に落下する粒子（“クラウン”は、蒸気および飛沫が
凝縮ないしは凝固したことによる溶融メタルプール上方
の薄い鋭角の縁部である）、 ハ）溶融メタルプールの凝固縁部からの粒子の溶出。
もう１つの“白点”源は、本発明者の独自の経験によ
れば、鋳造電極が極めてしばしば茎状結晶に沿い裂開す
る超合金よりなる場合、この鋳造電極に由来する粒子よ
りなることもあり得る。従って、VARブロックにおける
前記欠陥をなくすことは、全く不可能でないとしても極
めて困難である。
れば、鋳造電極が極めてしばしば茎状結晶に沿い裂開す
る超合金よりなる場合、この鋳造電極に由来する粒子よ
りなることもあり得る。従って、VARブロックにおける
前記欠陥をなくすことは、全く不可能でないとしても極
めて困難である。
前述のESU法（エレクトロスラグ再溶融法）の場合、
再溶融は、その温度が一般に超合金の液状化温度を300
℃以上上廻る過熱スラグプールの下で行われる。樹枝状
スケルトン、または電極から破断された粒子は、必然的
に過熱スラグを経て落下し、かつその結果、これが溶融
メタルプールに到達する前に十分な溶融時間を有する。
またESU法の場合、ブロック上縁部にクラウンは形成さ
れない。その結果、ESU法は“白点”の形成も惹起しな
い。
再溶融は、その温度が一般に超合金の液状化温度を300
℃以上上廻る過熱スラグプールの下で行われる。樹枝状
スケルトン、または電極から破断された粒子は、必然的
に過熱スラグを経て落下し、かつその結果、これが溶融
メタルプールに到達する前に十分な溶融時間を有する。
またESU法の場合、ブロック上縁部にクラウンは形成さ
れない。その結果、ESU法は“白点”の形成も惹起しな
い。
ESU法から得られるブロックはVAR法から得られるブロ
ックと少なくとも同程度に良好であるが、ユーザーは超
合金の場合には通常、航空機用エンジンの回転円板を製
造するためのVAR法の使用を要求する。この理由は、常
用のESU法の場合材料のガス抜きが行われないだけでな
く、さらに若干の場合には付加的なガス吸収が危惧され
なければならないことにある。この場合、最も危険であ
るのは水素および窒素である。
ックと少なくとも同程度に良好であるが、ユーザーは超
合金の場合には通常、航空機用エンジンの回転円板を製
造するためのVAR法の使用を要求する。この理由は、常
用のESU法の場合材料のガス抜きが行われないだけでな
く、さらに若干の場合には付加的なガス吸収が危惧され
なければならないことにある。この場合、最も危険であ
るのは水素および窒素である。
もう１つの極めて大きい危険は、金属、とくに酸素親
和性合金成分が周囲の空気中酸素により酸化することに
よる酸化物および酸化物封入部の形成である。これら酸
素親和性合金成分は、元素のアルミニウム、硼素、チタ
ン、ジルコニウム等である。この場合、このような合成
成分が酸化されることにより相応する欠陥が生じる。
和性合金成分が周囲の空気中酸素により酸化することに
よる酸化物および酸化物封入部の形成である。これら酸
素親和性合金成分は、元素のアルミニウム、硼素、チタ
ン、ジルコニウム等である。この場合、このような合成
成分が酸化されることにより相応する欠陥が生じる。
発明が解決しようとする問題点 従って、本発明の課題は、冒頭に記載した方法におい
て、酸化が阻止され、ガス抜きが行われ、かつ“小斑”
も、リング模様も、また“白点”も生じない方法を提供
することである。この場合全く決定的なのは、当該の課
題で全ての部分課題に関して同時に解決されることであ
る。
て、酸化が阻止され、ガス抜きが行われ、かつ“小斑”
も、リング模様も、また“白点”も生じない方法を提供
することである。この場合全く決定的なのは、当該の課
題で全ての部分課題に関して同時に解決されることであ
る。
問題点を解決するための手段 前記課題は、冒頭に記載した形式の方法において本発
明により、 ａ）再溶融工程を減圧下に実施し、 ｂ）スラグとして、少なくとも80重量％が、2000℃を上
廻る沸点を有する酸化物よりなる酸化物形スラグを使用
し、かつ ｃ）このスラグを交流により加熱する ことにより解決される。
明により、 ａ）再溶融工程を減圧下に実施し、 ｂ）スラグとして、少なくとも80重量％が、2000℃を上
廻る沸点を有する酸化物よりなる酸化物形スラグを使用
し、かつ ｃ）このスラグを交流により加熱する ことにより解決される。
不活性ガスまたは希ガスよりなる保護ガス雰囲気を使
用する限り、最高900mbarの圧力で作業することができ
る。真空を使用する際には、200〜10-2mbarの圧力範囲
内で作業するが特に有利である。全ての場合溶融メタル
の十分なガス抜きが行われ、かつ電極金属および合金成
分のそれぞれの酸化が有効に排除され、しかもESU法
の、良好なブロック表面、冶金学的作業に関する利点、
および“白点”の回避を放棄する必要はない。
用する限り、最高900mbarの圧力で作業することができ
る。真空を使用する際には、200〜10-2mbarの圧力範囲
内で作業するが特に有利である。全ての場合溶融メタル
の十分なガス抜きが行われ、かつ電極金属および合金成
分のそれぞれの酸化が有効に排除され、しかもESU法
の、良好なブロック表面、冶金学的作業に関する利点、
および“白点”の回避を放棄する必要はない。
この場合、また極めて特に重要なのがスラグ組成であ
る。例えば文献から、高い弗素割合を有するスラグから
混合物からは、弗素化合物と酸化物形スラグ成分との化
学反応により連続的にガス状の弗素化合物が流出するこ
とは公知である。このような高い弗素割合を有するスラ
グを真空下に使用した場合、分圧の降下により反応が他
の揮発性弗化物を形成する方向へ移動し、その結果工程
がプロセス制御が困難となる。
る。例えば文献から、高い弗素割合を有するスラグから
混合物からは、弗素化合物と酸化物形スラグ成分との化
学反応により連続的にガス状の弗素化合物が流出するこ
とは公知である。このような高い弗素割合を有するスラ
グを真空下に使用した場合、分圧の降下により反応が他
の揮発性弗化物を形成する方向へ移動し、その結果工程
がプロセス制御が困難となる。
本発明により、少なくとも80重量％が、2000℃を上廻
る沸点を有する酸化物成分よりなるスラグを使用した場
合、スラグ組成が安定に維持される。特に挙げられるの
は、例えばCaO,Al2O3およびMgOからなる純粋な酸化物混
合物である。この場合特に有利には、CaOとAl2O3がそれ
ぞれ48重量％およびMgOが４重量％依存していてもよ
い。
る沸点を有する酸化物成分よりなるスラグを使用した場
合、スラグ組成が安定に維持される。特に挙げられるの
は、例えばCaO,Al2O3およびMgOからなる純粋な酸化物混
合物である。この場合特に有利には、CaOとAl2O3がそれ
ぞれ48重量％およびMgOが４重量％依存していてもよ
い。
本発明による方法の利点は以下の通りである： 1.交流を使用することにより、所望の冶金学的反応が良
好に制御され、かつ再溶融ブロック中の小斑形成を促進
する同一方向の磁界が回避される。
好に制御され、かつ再溶融ブロック中の小斑形成を促進
する同一方向の磁界が回避される。
2.真空を使用することにより、水素および窒素の影響が
排除され、かつスラグおよび金属の酸化が回避される。
排除され、かつスラグおよび金属の酸化が回避される。
3.酸化物形の反応性スラグを使用することにより、VAR
法の場合よりも十分な純度が達成される。
法の場合よりも十分な純度が達成される。
4.“白点”が回避される。
実施例 以下に、本発明を実施例につき詳読する。
例： インコネル（Inconel）718（チタニウムおよびアルミ
ニウムを高含有率で含有するニッケルベース合金）より
成り、かつ長さ500mmおよび直径90mmを有する消耗性電
極を、内径150mmを有する水冷形の定置鋳型中で再溶融
させてブロックを形成した。ブロック上のスラグプール
の高さは70mmであった。スラグは、それぞれ48重量％が
CaOとAl2O3、および４重量％がMgOより成っていた。電
極を、電圧35Vおよび電流強さ2300Aで作動させた。真空
５×10-1mbar下で再溶融時間15分後に、電極は残滓にな
るまで消耗した。冷却後に鋳型から取出したブロック
は、清浄平滑な表面を有し、かつ全く“クラウン”を有
していなかった。断面像は、ブロックがその全長および
その全直径にわたり小斑、白点およびリング模様不含で
あることを示した。合金組成は極めて十分に電極組成に
相当していた、すなわちアルミニウムおよびチタニウム
の焼損が全く認められなかった。
ニウムを高含有率で含有するニッケルベース合金）より
成り、かつ長さ500mmおよび直径90mmを有する消耗性電
極を、内径150mmを有する水冷形の定置鋳型中で再溶融
させてブロックを形成した。ブロック上のスラグプール
の高さは70mmであった。スラグは、それぞれ48重量％が
CaOとAl2O3、および４重量％がMgOより成っていた。電
極を、電圧35Vおよび電流強さ2300Aで作動させた。真空
５×10-1mbar下で再溶融時間15分後に、電極は残滓にな
るまで消耗した。冷却後に鋳型から取出したブロック
は、清浄平滑な表面を有し、かつ全く“クラウン”を有
していなかった。断面像は、ブロックがその全長および
その全直径にわたり小斑、白点およびリング模様不含で
あることを示した。合金組成は極めて十分に電極組成に
相当していた、すなわちアルミニウムおよびチタニウム
の焼損が全く認められなかった。
Claims (4)
- 【請求項１】出発金属の少なくとも50重量％を少なくと
も１つの導電性の消耗性電極の形で溶融スラグプールを
通過させて再溶融してブロックを形成することよりなる
金属のエレクトロスラグ再溶融法において、 ａ）再溶融工程を減圧下に実施し、 ｂ）スラグとして、少なくとも80重量％が、2000℃を上
廻る沸点を有する酸化物よりなる酸化物形スラグを使用
し、かつ ｃ）このスラグを交流により加熱する ことを特徴とする金属のエレクトロスラグ再溶融法。 - 【請求項２】200〜10-2mbarの真空を選択する、特許請
求の範囲第１項記載の金属のエレクトロスラグ再溶融
法。 - 【請求項３】再溶融工程を不活性ガス雰囲気下で最高90
0mbarの圧力で実施する、特許請求の範囲第１項記載の
金属のエレクトロスラグ再溶融法。 - 【請求項４】１〜100Hzの交流周波数を選択する、特許
請求の範囲第１項記載の金属のエレクトロスラグ再溶融
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3619293.7 | 1986-06-07 | ||
| DE3619293A DE3619293C2 (de) | 1986-06-07 | 1986-06-07 | Verfahren zum Elektroschlackeumschmelzen von Metallen, insbesondere von solchen mit sauerstoffaffinen Legierungsbestandteilen |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63259031A JPS63259031A (ja) | 1988-10-26 |
| JP2588895B2 true JP2588895B2 (ja) | 1997-03-12 |
Family
ID=6302575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62139091A Expired - Fee Related JP2588895B2 (ja) | 1986-06-07 | 1987-06-04 | 金属のエレクトロスラグ再溶融法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4726840A (ja) |
| EP (1) | EP0249050B1 (ja) |
| JP (1) | JP2588895B2 (ja) |
| AT (1) | ATE65551T1 (ja) |
| DE (2) | DE3619293C2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5332197A (en) * | 1992-11-02 | 1994-07-26 | General Electric Company | Electroslag refining or titanium to achieve low nitrogen |
| GB2302551B (en) * | 1995-06-22 | 1998-09-16 | Firth Rixson Superalloys Ltd | Improvements in or relating to alloys |
| EP1029094A1 (en) * | 1997-10-22 | 2000-08-23 | General Electric Company | Method for dissolution of nitrogen-rich inclusions in titanium and titanium alloys |
| US6113666A (en) * | 1998-08-11 | 2000-09-05 | Jaroslav Yurievich Kompan | Method of magnetically-controllable, electroslag melting of titanium and titanium-based alloys, and apparatus for carrying out same |
| KR20020086910A (ko) * | 2000-02-23 | 2002-11-20 | 제너럴 일렉트릭 캄파니 | 감압 주조 시스템 및 방법 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1483646A1 (de) * | 1965-06-11 | 1969-09-25 | Suedwestfalen Ag Stahlwerke | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Gussbloecken,vorzugsweise Stahlbloecken |
| BE795856A (fr) * | 1972-02-24 | 1973-08-23 | Air Liquide | Perfectionnement au procede de raffinage electrique par laitier dit "procede e.s.r." |
| GB1374149A (en) * | 1972-03-24 | 1974-11-13 | British Iron Steel Research | Electroslag refining apparatus |
| US3759311A (en) * | 1972-04-04 | 1973-09-18 | Allegheny Ludlum Steel | Arc slag melting |
| US4117253A (en) | 1977-03-01 | 1978-09-26 | Wooding Corporation | High integrity atmosphere control of electroslag melting |
-
1986
- 1986-06-07 DE DE3619293A patent/DE3619293C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1986-08-15 US US06/896,937 patent/US4726840A/en not_active Expired - Lifetime
-
1987
- 1987-05-15 DE DE8787107038T patent/DE3771586D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1987-05-15 AT AT87107038T patent/ATE65551T1/de not_active IP Right Cessation
- 1987-05-15 EP EP87107038A patent/EP0249050B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1987-06-04 JP JP62139091A patent/JP2588895B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3619293A1 (de) | 1987-12-10 |
| ATE65551T1 (de) | 1991-08-15 |
| DE3771586D1 (de) | 1991-08-29 |
| US4726840A (en) | 1988-02-23 |
| EP0249050B1 (de) | 1991-07-24 |
| JPS63259031A (ja) | 1988-10-26 |
| EP0249050A1 (de) | 1987-12-16 |
| DE3619293C2 (de) | 1993-10-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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