JPH06136469A - Ni−Fe基超耐熱合金鋳塊の製造方法 - Google Patents

Ni−Fe基超耐熱合金鋳塊の製造方法

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JPH06136469A
JPH06136469A JP4308054A JP30805492A JPH06136469A JP H06136469 A JPH06136469 A JP H06136469A JP 4308054 A JP4308054 A JP 4308054A JP 30805492 A JP30805492 A JP 30805492A JP H06136469 A JPH06136469 A JP H06136469A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 偏析傾向の大きいNi−Fe基超耐熱合金
をしようする場合にも、偏析が少なくて高品質の鋳塊が
得られる製造方法を提供する。 【構成】 Ni−Fe基超耐熱合金を中空電極を用い
たエレクトロスラグ再溶解により製造する。電極の中空
部の断面積を、中空部を含む電極全断面積に対し、0.
04〜0.9の比率とするのが望ましい。また、円筒状
中空電極では、電極内径が外径に対し、0.2〜0.9
5の比率からなり、電極の外径が、鋳型内径に対し、
0.4〜0.95の比率からなるのが望ましい。 【効果】 エレクトロスラグ再溶解時に偏析の発生が
有効に防止され、マクロ偏析がなく、しかも表面肌に優
れたNi−Fe基超耐熱合金鋳塊が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、Ni−Fe基超耐熱
合金鋳塊をエレクトロスラグ再溶解により溶製する製造
方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】インコネル(商標、以下同じ)718合
金やインコネル706合金で代表されるNi−Fe基超
耐熱合金鋳塊を得る場合には、内部性状を改善するため
にエレクトロスラグ再溶解(以下、ESRという)によ
り溶製される場合があり、特に大型の鋳塊では偏析の発
生を防止するためにESRが有効に利用されている。E
SR法は、中実電極から溶融スラグへの通電により発生
するジュール熱で電極を溶融させてスラグ下に滴下さ
せ、この鋳型内溶融金属プールを指向性凝固させること
により良好な肌と内部性状を有する鋳塊を得る方法であ
る。このような良質な鋳塊を得るためには、適切なスラ
グ温度を維持しながら溶融金属プールを制御する必要が
あり、電極送入速度、電圧、電流、スラグ浴の深さ、ス
ラグ組成、フィルレイショ(電極径/鋳型径)などの因
子によって適切なESR条件を決定しなければならな
い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、Ni−Fe基
合金のような超合金では、多量の合金元素を含有するた
め、偏析に対する感受性が非常に高く、一般に大型材よ
りも偏析が生じにくいとされる比較的小さい鋳塊を製造
する場合であっても、ESR法を適用し、なおかつ前述
したような制御を適当に行ってもフレッケル状やストリ
ーク状のマクロ偏析がESR鋳塊に出現し易く、良好な
性能を有する製品が得られないという問題がある。ま
た、Ni−Fe基超耐熱合金の中でもインコネル718
合金のESR鋳塊は、表面肌が悪く鍛造割れを発生しや
すい。そのため、鋳塊外表面を機削りして平滑にした
後、鍛造を行っている。しかし、この方法では、鋳塊表
層の緻密層が除去されるため、外皮の除去により熱間加
工性が劣化するという問題があり、また、高品質部分が
活用できない、鋳塊歩留りが低下するという問題もあ
る。この発明は上記事情を背景としてなされたものであ
り、偏析傾向が大きいNi−Fe基超合金の鋳塊を製造
する際にも、偏析が少なく、しかも表面肌の良好な鋳塊
を得ることができる製造方法を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願発明のNi−Fe基超耐熱合金鋳塊の製造方法
は、重量%で、Ni :39〜55%、Cr :14.5〜
21%、Al :0.2〜0.8%、Ti :0.65〜2
%、Nb :2.5〜5.5%、B:0.006%以下
と、所望によりMo :2.8〜3.3%を含有し、残部
がFe 及び不可避的不純物からなる中空電極を用いてエ
レクトロスラグ再溶解を行うことを特徴とする。その場
合、電極の中空部の断面積が、中空部を含む電極全断面
積に対し、0.04〜0.9の比率からなる中空電極を
用いるのが望ましい。また円筒状中空電極の場合には、
電極内径が外径に対し、0.2〜0.95の比率からな
り、そしてこの該電極の外径が、鋳型内径に対し、0.
4〜0.95の比率からなるのが望ましい。なお、本願
発明のESR用電極は、目的とする用途などに従って、
Ni−Fe基超耐熱合金の範ちゅうから選定されるもの
であり、その組成が具体的に限定されるものではない。
【0005】
【作用】マクロ偏析のない良好な内部性状のESR鋳塊
を製造するためには溶融金属プールを浅く皿状にするこ
とが不可欠であり、これが深くなると、凝固組織の緻密
化が妨げられて組織が粗大化しやすく、また逆V偏析な
どのマクロ偏析が発生しやすい。しかし、鋳塊が限界の
大きさ以上になると良好な肌を確保しつつマクロ偏析が
生成しない程度の浅いプールにすることは困難である。
例えばESR電極の形状の影響を考えてみると、フィル
レイショが小さい場合は溶融スラグ中央部での発熱量が
多く、電流が凝固した鋳塊中に多く流れてジュール発熱
も多くなり、プールは深くなる傾向にある。一方、フィ
ルレイショが大きいと溶融スラグ全体で発熱し、電流は
鋳型へ流れる割合が増えるのでプールは浅くなる傾向に
ある。しかし、フィルレイショを大きくする後者の方法
でも、偏析が生成しない程に十分に浅いプールにするこ
とは容易ではない。しかるに本願発明によれば、電極中
心部直下から鋳塊内を流れる電流が少なくなり、中心部
の溶融プールの深さが浅くなって、全体としてプール形
状が平坦化され、偏析の発生を抑制する。また、鋳型近
傍で、通電量が増えてスラグの温度が高くなり、得られ
る鋳塊肌が良好になる。
【0006】なお、本発明の電極の製造法は特に限定さ
れないが、例えば要求されるガス成分や不純物成分に応
じて大気中あるいは真空中で溶解、精錬、造塊した中空
鋳塊や、中実鋳塊を孔明けしたもの、鋳塊を板状に加工
して板曲げし溶接したもの、中空電極の分割材を組み立
て溶接したものなどを用いて目的の中空電極を得ること
ができる。このようにして製造される電極の外形は、円
柱形状の他に、角柱形状やその他の異形形状とすること
ができる。そして、電極に形成される孔は、通常は電極
の中心部に位置するが、完全に中心に位置するものに限
定されるものではなく、ほぼ中心である芯部に形成され
るものであればよい。
【0007】また、孔の形状は特に限定されないが、通
常は電極外壁と相似形の断面形状に形成される。例え
ば、円柱形状の電極に丸孔を形成し、角柱形状の電極
に、角孔を形成する。この孔は通常は、電極の両端に貫
通させるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、
ESR操業初期または終期では、中実部を溶融させるよ
うに、電極の一端または両端で孔が閉塞しているもので
あってもよい。また、孔は軸心方向に沿って同一断面形
状を有する直孔状に形成するのが通常であるが、軸方向
位置によっては異形断面としてもよく、例えば、孔の内
面形状を軸心方向に沿ってテーパー状とすることも考え
られる。また、孔は通常は電極の芯部に一つを形成する
が、複数形成する可能性もある。
【0008】このようにして形成される孔は、その断面
積が、電極外壁内側の全断面積に対し、0.04〜0.
9の比率からなるのが望ましい。これを円柱電極におけ
る丸孔で考えれば、孔の径が、電極の外径に対し、0.
2〜0.95の比率からなるのが望ましい。上記の比が
下限未満であると、溶融金属プールの形状変化に及ぼす
影響が小さく、十分な溶融プール平坦化の効果が認めら
れない。また、上限を越えると、必要鋳塊重量を得るた
めの電極長さが増大し、実操業への適用が困難になるた
め、断面積比で0.04〜0.9、径の比で0.2〜
0.95の範囲を望ましいものとした。さらには、この
電極の外径が、鋳型内径に対し、0.4〜0.95の比
率からなるのが望ましい。上記比が0.4未満であると
必要鋳塊重量を得るための電極長さが増大し、実操業へ
の適用が困難になる。また比が0.95を越えると、鋳
型と電極との間隔が狭くなり、鋳型または電極の昇降に
おいて鋳型と電極が接触する可能性があり、実操業への
適用が困難になるおそれがあるため、上記比が0.4〜
0.95の範囲内にあるのを望ましいものとした。
【0009】
【実施例】表1に示す組成のNi−Fe基超耐熱合金を
常法により溶製し、さらに中子を用いて中心に丸孔を有
する円柱状電極に鋳造した。なお、電極の製造に際して
は、表2に示すように電極の内径/外径比を変えて、2
種の電極を実施例の電極とした。また、従来法により中
子を用いることなく鋳造した中実電極を比較例の電極と
して用意した。これらの電極はほぼ同じ電極断面積(孔
部は除く)とし、同一組成の電極を用いた実施例と比較
例とでは、溶解速度がほぼ同じになるようにESR条件
を設定した。
【0010】
【表1】
【0011】
【表2】
【0012】これらのESR用電極を用いて、表2に示
す鋳型、溶解速度で、ESRを行った。得られたESR
鋳塊を鍛造して丸棒とした後、端部端面をマクロ腐食し
てマクロ偏析を評価するとともに鋳塊肌を評価して、そ
の結果を表2に示した。この結果、表2に示すとおり、
中実電極を用いた場合に、鋳塊肌は不良であり、内部性
状では軽微なマクロ偏析が生成していた。これに対し、
中空電極を用いたものでは大型の鋳塊でも、鋳塊肌、内
部性状ともに著しく改善されており、良質なESR鋳塊
が得られた。
【0013】
【発明の効果】以上説明したように本願発明によれば、
中空電極を用いてESR鋳塊を製造するので、溶融プー
ル形状が浅くなって平坦化され、偏析の生成が抑止さ
れ、偏析感受性の高いNi−Fe基超耐熱合金でも偏析
がなく、しかも表面肌が良好な高品質の鋳塊が得られる
効果がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 19/03 Z 30/00 33/04 H

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、Ni :39〜55%、Cr :
    14.5〜21%、Al :0.2〜0.8%、Ti :
    0.65〜2%、Nb :2.5〜5.5%、B:0.0
    06%以下を含み、残部がFe 及び不可避的不純物から
    なる中空電極を用いてエレクトロスラグ再溶解を行うこ
    とを特徴とするNi−Fe基超耐熱合金鋳塊の製造方法
  2. 【請求項2】 請求項1の組成にさらに、Mo :2.8
    〜3.3%を含有し、残部がFe 及び不可避的不純物か
    らなる中空電極を用いてエレクトロスラグ再溶解を行う
    ことを特徴とするNi−Fe基超耐熱合金鋳塊の製造方
  3. 【請求項3】 電極の中空部の断面積が、中空部を含む
    電極全断面積に対し、0.04〜0.9の比率からなる
    中空電極を用いてエレクトロスラグ再溶解を行うことを
    特徴とする請求項1または2記載のNi−Fe基超耐熱
    合金鋳塊の製造方法
  4. 【請求項4】 円筒状からなる中空電極において、該電
    極内径が外径に対し、0.2〜0.95の比率からな
    り、さらに該電極の外径が、鋳型内径に対し、0.4〜
    0.95の比率からなる中空電極を用いてエレクトロス
    ラグ再溶解を行うことを特徴とする請求項1または2記
    載のNi−Fe基超耐熱合金鋳塊の製造方法
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