JP2756490B2 - Ni基合金の薄板の製造方法 - Google Patents

Ni基合金の薄板の製造方法

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JP2756490B2 JP1304642A JP30464289A JP2756490B2 JP 2756490 B2 JP2756490 B2 JP 2756490B2 JP 1304642 A JP1304642 A JP 1304642A JP 30464289 A JP30464289 A JP 30464289A JP 2756490 B2 JP2756490 B2 JP 2756490B2
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    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B3/00Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
    • B21B3/02Rolling special iron alloys, e.g. stainless steel

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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,Ni中に26〜29重量%のMoおよび4〜7重量
%のFeを含有したNi基合金の薄板の製造方法に関するも
のである。
〔従来の技術〕
Ni中に26〜29重量%のMoおよび4〜7重量%のFeを含
有させたNi基合金,具体的にはNi:66〜68重量%,Mo:26
〜29重量%,Fe:4〜7重量%から実質的になるNi基合金
は,商標名ハステロイBと呼ばれる合金に属し,必要に
応じてCo,Cr,Si,Mnなどの元素も2.5重量%以内の範囲で
添加される。本合金は耐熱性および耐食性に優れ,高温
高圧のハロゲン化合物含有環境などの過酷な腐蝕環境用
材料として有用なことから例えば各種の化学工業用プラ
ントの装置材料として用いられている。
従来,このハステロイBの薄板を製造するには先ず鋳
造によって鋳塊を製造し,この鋳塊から熱間での圧延を
繰り返す方法が採用されている。特開昭62−187506号公
報には,熱間圧延を行なう前に長時間の熱処理を施すこ
とが有益であると教示している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ハステロイBの薄板の製造技術には次のような問題が
付随した。
ハステロイBは高耐熱性に優れるが,このことは換言
すれば高温強度が高いことを意味し,この合金自身の熱
間加工性は極めて悪い。さらに,ハロステロイBはその
鋳造のさいに鋳片にマクロ偏析に伴なって粗大な析出物
(金属間化合物)が生成し易い。これによって脆化が起
こり,熱間圧延中に耳割れなどの割れの発生を招きやす
い。
このように本合金は高温強度が高くかつ耳割れが生じ
やすいので,熱間圧延での圧下率を大きくすることがで
きない。従って,鋳塊から薄板を得るためには,小さな
圧下率で熱間圧延を何度となく繰り返さなければならな
い。また圧延中に材料の温度が下がるため,一定圧延回
数ごとに加熱炉に材料を戻さねばならない。圧延回数を
多く必要とすることは,この加熱炉に戻す回数も必然的
に多くなることを意味する。
このようなことから,従来の鋳塊から熱間圧延によっ
てハステロイBの薄板を製造する場合には著しく多い工
程と多大のエネルギーを必要とし,製造コスト高を招い
ていた。
本発明の目的は,このようなハステロイBの薄板製造
技術上の問題を解決すべく,熱間圧延前の長時間熱処理
並びに熱間圧延工程自身を省略し,この省略によっても
従来技術と同等の品質を有する薄板を製造しようとする
ものである。
〔問題点を解決する手段〕
前記の目的を達成せんとする本発明の要旨とするとこ
ろは,Ni中に26〜29重量%のMoおよび4〜7重量%のFe
を含有したNi基合金の薄板を製造するにさいし,互いに
反対方向に回転する対向配置された一対の内部冷却ロー
ルの円周面に接して該合金の湯溜りを形成し,この湯溜
りの内の溶湯から該ロール対の円周面上に形成される該
合金の凝固シエルを該ロール対の間隙を経て5mm以下の
薄板に連続鋳造し,得られた薄板を1150〜1300℃で0.5
時間以上の熱処理を施し,次いで目標板厚まで冷間圧延
することを特徴とする。そのさい,ロール対による鋳造
は,鋳造温度を鋳片の厚み中心部まで柱状晶となる温度
に制御し,また板幅L(mm)当りの荷重P(kgf)が10
(kgf/mm)以下となるように,両ロールによって鋳片に
与える荷重を制御する。
〔発明の詳述〕 これまで,ハステロイBの熱間加工時に生じる割れ防
止に関しては多くの研究がなされまた改善がなされてき
た。しかし,ハステロイBの薄板を鋳造によって直接的
に製造した報告はなく,従ってこの場合に得られる板の
品質に関する調査研究は見当たらない。
発明者等は,ハステロイBをいわゆる双ロール式連鋳
機を用いて直接薄板を製造することを試みた。その結
果,後述のような数々の知見を得た。なお,双ロール式
連鋳機は良く知られているように,互いに反対方向に回
転する一対の内部冷却ロールを所定の間隙を開けて軸を
平行にして対向配置し,通常はロール軸と直角方向の一
対のサイドダムをロール対の両側方に配置してロール円
周面上に湯溜り空間を形成し,この湯溜り空間に溶融金
属を連続注入すると共に,この注入された溶融金属が回
転するロールの円周面で冷却されて形成する円周面上の
凝固シエルをロール対の間隙で圧着圧延することによっ
て薄板を直接的に製造する連続鋳造装置であり,細部に
ついては様々な提案がなされているが,双ロールの円周
面で形成される凝固シエルを双ロールの最狭隙部で連続
的に圧着圧延することは変わりはない。
本発明者らは,かような双ロール式連鋳機を用いてハ
ステロイBの鋳造実験を重ね,鋳造板の品質改善に努め
たが,偏析が完全に抑制された鋳片を製造することはこ
の双ロール法でも無理があることがわかった。すなわ
ち,湯溜り内の該合金溶湯がロール円周面で冷却されて
凝固シエルを生成するさい,さらにはロール間隙で該凝
固シエルが冷却ロールで冷却圧延されるさいに,この合
金では偏析が発生し易い。この偏析の程度は冷却速度に
も関係し,冷却速度が遅い場合の薄板の厚み中心部にお
いて偏析に起因した析出物(金属間化合物)が生成する
ことがわかった。しかし,この偏析が発生することはあ
っても,ハステロイBの薄板が双ロール式連鋳機で直接
的に製造できることは確認された。
そこで,この双ロール式鋳機で製造された薄板の析出
物を熱処理によって低減すべく,析出物に及ぼす熱処理
条件の影響を調べた。その代表結果を第1図および第2
図に示した。両図は,後記実施例で示した双ロール式連
鋳機を使用し,鋳片厚み2mm,鋳造速度30m/min,鋳造温度
1450℃でNi≒67%,Mo≒28%,Fe≒5%のハステロイB
(以下の第3図〜第4図も同様の合金を供試材料とし
た)を連続鋳造し,得られた鋳片を熱処理温度(第1
図)と熱処理時間(第2図)を変えて熱処理したときの
析出物の面積率を示したものである。第1図と第2図か
ら,1150℃以上の熱処理温度で0.5時間以上熱処理すれ
ば,析出物は殆んど消失させることができることがわか
る。
したがって,ハステロイBを双ロール式連鋳機で鋳造
して得た薄板を温度1150℃以上,時間0.5時間以上の条
件のもとで熱処理すれば,析出物が消失する。ただし,1
300℃を超える高温で長時間加熱することは酸化スケー
ルを発生させるという点で好ましくないので,1150〜130
0℃の温度範囲で0.5時間以上熱処理するのが実際的であ
る。
さらに,鋳造して得た薄板の凝固組織と析出物量との
関係を調査した結果,興味深い事実がわかった。すなわ
ち板厚中心部に等軸晶が生成している場合には,その等
軸晶の幅(板厚方向の幅)が広い領域では析出物は少な
く,等軸晶の幅が狭いか或いは殆んど等軸晶が無い領域
では析出物が極端に多く存在するのである。一方,板厚
中心部まで柱状晶が成長している場合は,等軸晶を有す
る板厚中心部に観察されたような析出物の不均一分布は
認められなかった。このことは,板厚中心部まで柱状晶
が成長するような鋳造条件,ひいては等軸晶が生成しな
うような鋳造条件を採用すれば析出物の不均一性を回避
できることを意味している。これは鋳造温度の管理によ
って達成できる。
第3図は,双ロール式連鋳機の湯溜りにタンデッシュ
から本合金を連続注入する場合に,タンデッシュ内溶湯
温度(鋳造温度)を変え,得られた移板の板厚中心部の
組織と,凝固シエル噛み込み欠陥の発生数を調べた結果
を示したものである。第3図において は板厚中心部に柱状晶に混じって等軸晶が現れた場合,
○印は等軸晶が実質的に現れず柱状晶だけとなった場合
を示している。この結果から,鋳造温度が1450℃以上と
なると柱状組織が得られることがわかる。一方,双ロー
ル式連鋳機では溶湯の鋳造温度が低いほどサイドダム内
面に凝固シエルが発生し,その凝固シエルがロール円周
面に生成する健全な鋳片の表面に不定期に噛み込まれ,
これに起因した表面欠陥が発生しやすい。第3図は鋳造
温度とこの凝固シエル噛み込み欠陥の発生数との関係も
併せて示してあるが,凝固シエル噛み込み欠陥は1450℃
以下で発生しており,この温度は等軸晶生成開始温度と
ほぼ一致している。すなわち,鋳造温度を1450℃以上に
維持すれば,凝固シエル噛み込み欠陥が防止され且つ鋳
片組織も柱状晶となるので析出物の不均一性を回避でき
ることがわかる。
第4図は,双ロールの円周面で形成される両凝固シエ
ルが双ロールの間隙を通過するさいに付与される圧下荷
重を変えた場合(双ロールによる凝固シエルの圧延荷重
を変化させ,ロードセルによってその圧延荷重を測定)
に,得られた薄板の表面に生成する冷却むら(薄板が均
一に冷却されないことによる薄板表面に生成する模様)
に基づく表面割れ状況を調べた結果を示したものであ
る。第4図から,板幅L(mm)当りの荷重P(kgf)が1
0(kgf/mm)以下となるように両ロールによって鋳片に
与える荷重を制御して鋳造すれば冷却むらによる割れは
ほぼ完全に抑制できることがわかる。
このようにして,本発明によるとハステロイ合金を溶
湯から直接的に薄板が製造でき,そのさい溶湯温度並び
に圧延負荷を適正に制御すれば析出物に不均一性と冷却
むらを回避できることが明らかとなった。そして,双ロ
ール式連鋳機で板厚を5mm以下の如き薄い板厚のものを
直接的に製造すれば,もはや板厚を大きく減少させる必
要はなくかつ該熱処理を得た薄板は析出物が消失してい
るので冷間圧延が可能で,目標板厚にまでの板厚減少と
製品寸法および表面性状の良好な薄板製品を製造するこ
とができる。
〔実施例〕
互いに反対方向に回転する直径400mm,幅300mmの水冷
銅ロール2本を軸を平行にして且つ水平にして対向配置
し,このロール対の両サイドに耐火物製の一対のサイド
ダムを配置してロール円周面とこれらのサイドダムとで
囲われる空間を湯溜り空間とし,ロールギヤップを2.0m
m,溶湯量を300kgとして,鋳造速度を30m/min,鋳造温度
と圧延荷重(P/L)を第1表に示すように制御してハス
テロイBの連続鋳造を行った。供試合金の組成はNi≒67
%,Mo≒28%,Fe≒5%であった。
得られた薄板を第1表に示す温度と時間で熱処理し,
冷間圧延前の薄板の品質調査を行い,その結果を第1表
に併記した。
第1表に見られるように,ヒートNo.1〜5の本発明例
によれば良好な品質のハステロイBの薄板が熱間圧延を
省略して得られた。これに対して熱処理温度が低い比較
例6では残存析出物量が多く,鋳造温度が低い比較例7
では凝固シエル噛み込み欠陥の発生数が多く,また圧延
荷重が高い比較例8では冷却むら割れ噛数が多くなって
いる。
またヒートNo.9は造塊法による従来法を実施した場合
の例を示したもので,鋳塊厚みが120mmとなる扁平鋳型
に300kgのハステロイBの溶湯を鋳込み,得られた鋳塊
を1200℃で2時間均熱処理した後,表面の研削を行い熱
間圧延に供した。ハステロイBは熱間変形抵抗が著しく
高いため,2.0mmの厚みまで圧延するのち60パス必要とし
た。さらにその間の熱補償のため1250℃に保持した加熱
炉に材料を10回戻す必要があった。得られた薄板は,若
干の耳割れが生じた他は良好であった。
以上のように,本発明によれば,難熱間加工性材料の
ハステロイ合金を,熱間圧延工程を省略して良品質の薄
板が製造可能となり,省設備,省エネルギーおよび省力
化が達成され,この分野に多大の貢献ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は双ロール式連鋳機で製造したハステロイの薄板
の熱処理温度と析出物の面積率との関係図,第2図は同
じく熱処理時間と析出物の面積率との関係図,第3図は
双ロール式連鋳機での鋳造温度と鋳片組織および凝固シ
エル噛み込み欠陥発生数との関係図,第4図は,双ロー
ル式連鋳機での圧延荷重を板幅で除した値P/Lと冷却む
ら割れとの関係図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C22F 1/00 630 C22F 1/00 630K 640 640A 640B 640D 641 641A 681 681 691 691B

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Ni中に26〜29重量%のMoおよび4〜7重量
    %のFeを含有したNi基合金の薄板を製造するにさいし,
    互いに反対方向に回転する対向配置された一対の内部冷
    却ロールの円周面に接して該合金の湯溜りを形成し,こ
    の湯溜り内の溶湯から該ロール対の円周面上に形成され
    る該合金の凝固シエルを該ロール対の間隙を経て5mm以
    下の薄板に連続鋳造し,得られた薄板を1150〜1300℃で
    0.5時間以上の熱処理を施し,次いで目標板厚まで冷間
    圧延することを特徴とするNi基合金の薄板の製造方法。
  2. 【請求項2】ロール対による鋳造は,その鋳造温度を鋳
    片の厚み中心部まで柱状晶となる温度に制御して実施す
    る請求項1に記載の薄板の製造方法。
  3. 【請求項3】ロール対による鋳造は,板幅L(mm)当り
    の荷重P(kgf)が10(kgf/mm)以下となるように,両
    ロールによって鋳片に与える荷重を制御しながら実施す
    る請求項1または2に記載の薄板の製造方法。
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