JPH07252576A - クロムまたはクロム合金鋳塊 - Google Patents

クロムまたはクロム合金鋳塊

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JPH07252576A
JPH07252576A JP4433394A JP4433394A JPH07252576A JP H07252576 A JPH07252576 A JP H07252576A JP 4433394 A JP4433394 A JP 4433394A JP 4433394 A JP4433394 A JP 4433394A JP H07252576 A JPH07252576 A JP H07252576A
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JP
Japan
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ingot
chromium
oxygen
concn
cast ingot
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Withdrawn
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JP4433394A
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English (en)
Inventor
Seiji Nishi
誠治 西
Hitoshi Matsuzaki
均 松崎
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 クロム鋳塊中の酸素濃度を0.06%以上、
窒素濃度を0.01%以下とする。 【効果】 溶製により製造された鋳塊は、鋳造欠陥のな
い大型のクロム鋳塊を得ることができる。従って大型製
品にも適用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はクロムまたはクロム合金
鋳塊に関するものであり、本発明のクロムまたはクロム
合金鋳塊は鋳造欠陥がなく、大型の鋳塊を製造し得るこ
とから、大型製品にも適用することができる等、広い用
途範囲で利用できる。
【0002】
【従来の技術】一般にクロムまたはクロム合金(以下、
クロムで代表することがある)は、融点が高く(例えば
クロム単体の場合1860℃)、また融点に近い温度で
の蒸気圧が高いことから、溶製することが難しいとされ
ている。この為これまでのクロム製品、例えばスパッタ
リングターゲット材料等は、主として電気分解で得られ
たクロム粉を原料とする粉末冶金法によって製造してい
た。
【0003】しかし、粉末冶金法では、金属粉末を焼結
して製造することから、製造される製品の大きさに限界
があった。従ってクロムが耐高温酸化性等の優れた特性
を具備しているにもかかわらず、主にスパッタリングタ
ーゲット材として用いられる程度の実用範囲でしかなか
った。
【0004】そこで本発明者等は、クロムの保有する耐
高温酸化性等の優れた特性をより広い用途、例えば構造
材等の大型製品等に適用すべく大型鋳塊の製造を試みた
ところ、まずクロムの溶解ステップについては、減圧ア
ルゴン雰囲気の下で溶解するとクロムの蒸発が抑制さ
れ、歩留まりのよい溶解が行えることを知見した。しか
し、この溶解されたクロム溶湯を用いて鋳造したとこ
ろ、鋳塊に内部割れが見出された。
【0005】そこでこの様な問題を解決し得る方法とし
て、かつて本願発明者らは特開平2−240247に示
すような、クロムの造塊方法を開発した。この方法は、
溶製されたクロムまたはクロム合金溶湯を減圧不活性雰
囲気下で鋳造するに際し、鋳型比が0.4〜1.1の造
塊用金型を用いる(但し、前記鋳型比は、造塊用金型の
造塊部容積に対する金型の壁部体積の比率による)とい
うものであった。そしてこの発明により、鋳造時、特に
注湯初期の抜熱が所望通りに行え、造塊後のクロム鋳塊
の内部割れを防止したクロムの造塊ができる様になり、
従ってかなり歩留良くクロムの鋳塊を得ることができ、
鋳造による大型製品の開発に有用な方途を与えることが
できる様になった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述の様に特開平2−
240247に開示した発明により、鋳塊の割れ防止が
達成されたが、鋳塊中には鋳造欠陥を生じることが避け
難く、鋳造欠陥を無くすことのできる鋳造技術としては
未解決の問題が多かった。本発明は以上の様な問題を解
決するためになされたものであって、鋳造欠陥のない、
または大幅に少ない鋳塊を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係るクロム鋳塊
(クロム合金鋳塊を含む、以下同じ)は、鋳塊中に0.
06wt%(以下wt%を単に%と記す)以上の酸素を
含むものである。更に窒素を0.01%以下に抑制する
のが望ましい。また鋳塊中のアルミニウム濃度は0.0
14%以下とすることが好ましい。上記クロム合金にお
ける合金成分としてはCu,Ni,Mo,W,Nb,T
a,Vよりなる群から選択される1種以上を挙げること
ができる。また本発明は酸素0.06%以上、窒素0.
01%以下のクロム鋳塊で、大型製品用である。あるい
はスパッタリングターゲット用のクロム鋳塊である。
【0008】
【作用】本発明者らは鋳造欠陥を無くすべく鋭意研究し
た結果、鋳塊の鋳造欠陥は、溶湯中の酸素量に密接な関
係があるとの知見を得た。また溶湯中の窒素量とも深い
関係があることが分った。
【0009】クロム鋳塊中の酸素量が0.06%未満の
場合は、溶融により製造された鋳造組織は柱状晶組織と
等軸晶組織の混層となる。このうちの柱状晶組織は結晶
粒が大きく、ミクロシュリンゲージ(微小な引け巣)と
いった鋳造欠陥を生じやすい。一方、クロム鋳塊中の酸
素量が0.06%以上の場合は、鋳造組織が全て等軸晶
組織となり、結晶粒も微細となって、鋳造欠陥が防止さ
れる。
【0010】含有される酸素量が多過ぎて0.2%を超
えると、クロム鋳塊中にクロム酸化物を主体とする多量
の非金属介在物が形成される。これをスパッタリングタ
ーゲットとして用いると、記録膜に用いた時の保持力を
悪くしたり、またスパッタ速度も遅くなる傾向がある。
また上記クロム鋳塊を構造材として用いると、破壊靭性
値の低下をもたらすので好ましくない。これらの悪影響
を考慮すると酸素量の上限を0.1%とする方が更に安
全である。次にアルミニウムとの関係について説明す
る。
【0011】図6は溶融クロム中のアルミニウムと酸素
との関係を表わしたグラフである。図6からも分る様
に、アルミニウム含有濃度が多くなると酸素濃度が少な
くなる。前述の様に本発明はクロム中の酸素濃度を0.
06%以上にすると鋳造欠陥のない鋳塊が得られる訳で
あるが、図6に示す様なアルミニウムと酸素の平衡関係
([%Al]2 ×[%O]3 =4.0×10-8)を利用
することで、酸素濃度の制御を行なうこともできる。即
ちアルミニウムを低減することで酸素濃度を多くでき
る。酸素濃度を0.06%以上とする為には、図6より
導き出せる様に、アルミニウム濃度を0.014%以下
とするのが良い。尚、鋳塊成分と溶湯成分は同一と考え
られるから、溶湯濃度を制御することによって本発明の
クロム鋳塊が製造される。
【0012】酸素濃度の制御方法としては原料を石灰る
つぼを用いて溶解することにより、制御できる。即ち、
温度一定の条件下では石灰るつぼの純CaOと融体のC
aO−Al23 が界面において平衡状態にあるためA
23 の活量が一定となる。従って2Al+3O=A
23 の平衡式により、Alを添加すればOが減少
し、Oを添加すればAl23 の形成に利用されない余
剰のO分が増加するから、これらにより酸素濃度の制御
ができる。尚クロムは酸素との親和力が強いことから通
常用いられるAl23 系やMgO系の一般的なるつぼ
を使用した場合では2Cr+Al23 →Cr23
2Alの反応が起こる。その結果当該るつぼが損傷を受
けるのでこの様な一般的なるつぼは用い難い。
【0013】また上述の様に酸素とアルミニウムの各含
有量を規定した原料を用いることによって制御しても良
い。また溶解に用いる原料が低酸素の場合には例えばC
23 といったクロム酸化物を添加すると良い。
【0014】テルミット法によって製造された原料は一
般にアルミニウムや酸素が過剰に混入している。これを
原料とするときは、石灰るつぼを用いて溶解することに
より原料中で生じたAl23 がるつぼのCaOに吸収
され、アルミニウム及び酸素を共に低減することができ
るが、あまりに低減し過ぎて酸素濃度が0.06%未満
とならない様にする為に、上述の様にクロム酸化物を適
宜添加すると良い。逆に酸素が多過ぎる場合は脱酸目的
でアルミニウムを添加しても良い。この様に原料によっ
て適宜処理を変更すれば良い。次に窒素の関係について
説明する。
【0015】溶湯中の窒素は、その量が多い場合、固溶
強化に寄与し、材料の変形抵抗を高める為、凝固時の割
れをもたらす。そこで窒素濃度は0.01%以下にする
こととした。窒素濃度の制御については、クロム溶湯中
の窒素を除くことが困難であるから、予め窒素量の低い
原料を用い、エアリーク等のない様に注意深く溶解して
窒素量が増加しない様にする必要がある。
【0016】クロム合金における合金成分としてはC
u,Ni,Mo,W,Nb,Ta,Vが挙げられ、この
様な合金成分を有するクロム合金であっても、また合金
成分を含まない純クロムであっても、上述の様に酸素濃
度や窒素濃度を制御することで欠陥のない鋳塊が得られ
る。尚、実操業において含有する合金成分の量としては
20%以下のものが挙げられる。
【0017】本発明により得られる鋳塊は大型とするこ
とができることから、構造材といった大型製品用とする
ことができる。また、薄膜形成用のスパッタリングター
ゲットとしても使用でき、この場合クロム鋳塊が微細組
織であるから均一なエロージョンが得られる。
【0018】
【実施例】本発明に係るクロム鋳塊の実施例(No.
1,2,3,6,7,8,10,11,13,15,1
6,17,19,20,22)及び比較例(No.4,
5,9,12,14,18,21)について、その成分
系及び含有する酸素濃度[%O]と窒素濃度[%N]を
下記表1に示す。図5はこれらクロム鋳塊No.1〜2
2の酸素濃度と窒素濃度についてプロットしたグラフで
ある。
【0019】
【表1】
【0020】次にこれら実施例及び比較例のクロム鋳塊
の製造方法について説明する。まずアルミニウム及び酸
素の濃度を種々調整してテルミット法によりクロム原料
を得た。このクロム原料20kgを石灰るつぼに入れ、
高周波誘導炉によって溶解し、酸素濃度及び窒素濃度を
上記表1に示す様に各々調整して鋳造した。酸素および
窒素濃度の調整は、原料として各々成分を調整したもの
を用いたり、溶解時にCr23 やアルミニウムを適宜
添加したりする等して行った。これらクロム鋳塊No.
1〜22についてそれぞれ数回実験を行ない内部の欠陥
有無を観察した。その結果を上記表1に合わせて示す。
【0021】表1から分かる様に酸素濃度を0.06%
以上とし、窒素濃度を0.01%以下としたものは、鋳
造欠陥のないクロム鋳塊であった。これに対し酸素濃度
が0.06%以上であっても、窒素濃度が0.01%超
になると一部に割れを認めるものがあった。従って酸素
濃度が0.06%以上でありさえすれば欠陥の減少に大
きく寄与するが、窒素濃度についても好ましくは0.0
1%以下とすることが推奨される。一方、酸素濃度0.
06%未満、窒素濃度0.01%超のものは鋳造欠陥が
みられ、不良な鋳塊であった。
【0022】図1に示す図面代用写真はクロム鋳塊N
o.2(実施例)のマクロ組織を示すものであり、該鋳
塊の断面である。図2はクロム鋳塊No.2の染色浸透
深傷試験の結果を表す断面図であり、図中、41は鋳塊
中の染色部分、40は鋳塊中の非染色部分である。
【0023】図1に見られる様に、本実施例のクロム鋳
塊No.2は結晶粒が微細で、等軸晶組織となってお
り、割れや欠陥がない。またクロム鋳塊No.2では図
2に表す様に染色部分は表面だけであり、鋳塊内部は染
色されておらず、鋳造欠陥がなく健全であることが分か
る。
【0024】一方図3に示す図面代用写真はクロム鋳塊
No.5(比較例)のマクロ組織を示すものであり、該
鋳塊の断面である。図4はその染色浸透深傷試験の結果
を表す断面図であり、図中、61は鋳塊の染色された部
分であり、即ち欠陥のある部分である。60は鋳塊の染
色されなかった部分である。
【0025】図3に見られる様に、比較例のクロム鋳塊
No.5には柱状晶組織が見られ、結晶粒が大きくなっ
ている。また図4に示す様にクロム鋳塊No.5では、
鋳塊内部に染色部分が見られ、内部に鋳造欠陥があるこ
とが分かる。
【0026】上記実施例ではクロム鋳塊のうちクロム合
金鋳塊としてはNo.8,11,13,16,17,1
9,20,22のもの、即ち合金成分がCu,Ni,M
o,Nb,W,Ta,Vのうちの1種を有するものを挙
げたが、クロム合金としてはこれらに限らず2以上の合
金成分を含んだクロム合金であっても良く、上述の様に
酸素濃度、また更に窒素濃度を制御することで欠陥のな
い鋳塊を得ることができる。従って夫々の用途に対応し
て純クロム並びに種々のクロム合金の鋳塊を、欠陥なく
大きな鋳塊として得ることができる。
【0027】
【発明の効果】以上の様に本発明に係るクロム鋳塊によ
れば、酸素濃度を0.06%以上としたから、あるいは
更に窒素濃度を0.01%以下としたから、溶製の方法
により得られた鋳塊は鋳造欠陥のないものとなる。そし
てそれは歩留まり良く製造できる。また本発明に係るク
ロム鋳塊は欠陥のない大型のものが得られるため、構造
材等の大型製品や、下水汚染溶融炉の炉内部材、加熱炉
・均熱炉のスキッドボタン等にも適用できる。また他の
用途として、薄膜形成用のスパッタリングターゲットと
しても使用でき、この場合クロム鋳塊が微細組織である
から、均一なエロージョンを得ることができる。
【0028】またこれらクロム鋳塊としては、クロムの
みの鋳塊及び種々のクロム合金の鋳塊が得られるから、
夫々のクロム鋳塊に対応した広範な用途に使用できる。
上記酸素濃度は、アルミニウムとの平衡関係を利用する
ことで、容易に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るクロム鋳塊(No.
2)のマクロ組織を示す図面代用写真。
【図2】本発明の一実施例に係るクロム鋳塊(No.
2)の染色浸透深傷試験結果を示す断面図。
【図3】比較例に係るクロム鋳塊(No.5)のマクロ
組織を示す図面代用写真。
【図4】比較例に係るクロム鋳塊(No.5)の染色浸
透深傷試験結果を示す断面図。
【図5】本発明の実施例及び比較例のクロム鋳塊につい
ての酸素濃度及び窒素濃度をプロットしたグラフ。
【図6】溶融クロム中のアルミニウムと酸素の関係を示
すグラフ。
【符号の説明】
40,60 染色された部分 41,61 染色されなかった部分
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年4月8日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0022
【補正方法】変更
【補正内容】
【0022】図1に示す図面代用写真はクロム鋳塊N
o.2(実施例)のマクロ組織を示すものであり、該鋳
塊の断面である。図2はクロム鋳塊No.2の染色浸透
傷試験の結果を表す断面図であり、図中、41は鋳塊
中の染色部分、40は鋳塊中の非染色部分である。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0024
【補正方法】変更
【補正内容】
【0024】一方図3に示す図面代用写真はクロム鋳塊
No.5(比較例)のマクロ組織を示すものであり、該
鋳塊の断面である。図4はその染色浸透傷試験の結果
を表す断面図であり、図中、61は鋳塊の染色された部
分であり、即ち欠陥のある部分である。60は鋳塊の染
色されなかった部分である。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】 本発明の一実施例に係るクロム鋳塊(No.
2)の染色浸透傷試験結果を示す断面図。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図4
【補正方法】変更
【補正内容】
【図4】 比較例に係るクロム鋳塊(No.5)の染色
浸透傷試験結果を示す断面図。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋳塊中の酸素濃度が0.06wt%以上
    であることを特徴とするクロムまたはクロム合金鋳塊。
  2. 【請求項2】 鋳塊中の窒素濃度が0.01wt%以下
    である請求項1に記載のクロムまたはクロム合金鋳塊。
  3. 【請求項3】 鋳塊中のアルミニウム濃度が0.014
    wt%以下である請求項1または2に記載のクロムまた
    はクロム合金鋳塊。
  4. 【請求項4】 上記クロム合金鋳塊は、クロムの合金成
    分としてCu,Ni,Mo,W,Nb,Ta,Vよりな
    る群から選択される1種以上を含有するものである請求
    項1ないし3のいずれかに記載のクロム合金鋳塊。
JP4433394A 1994-03-15 1994-03-15 クロムまたはクロム合金鋳塊 Withdrawn JPH07252576A (ja)

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