JPH09194962A

JPH09194962A - Ｎｉ基超合金材のエレクトロスラグ再溶解用スラグおよび該超合金材のエレクトロスラグ再溶解方法

Info

Publication number: JPH09194962A
Application number: JP2193696A
Authority: JP
Inventors: Teruhiro Ito; 彰宏伊藤; Yoshiaki Ichinomiya; 義昭一宮; Shigeru Suzuki; 鈴木　　茂; Hitohisa Yamada; 人久山田; Iwao Asano; 岩生浅野; Kana Ueda; 奏上田
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1996-01-12
Filing date: 1996-01-12
Publication date: 1997-07-29

Abstract

(57)【要約】【課題】内部性状、表面肌ともに優れたＮｉ基超合
金ＥＳＲ鋳塊を得る。【解決手段】ＣａＦ₂：２０〜３５％、ＣａＯ：３
０〜５０％、Ａｌ₂Ｏ₃：１０〜３０％、ＴｉＯ₂：０〜
１５％、ＭｇＯ：０〜１０％を含有するスラグを用いて
低溶解速度でＮｉ基超合金材をエレクトロスラグ再溶解
する。【効果】低溶解速度での溶解によって偏析が防止さ
れ、また、スラグの適切な成分によって表面肌が良好に
保たれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｎｉ基超合金材の
エレクトロスラグ再溶解に用いられるスラグおよび該ス
ラグを用いたエレクトロスラグ再溶解方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンディスク材等に用いられる
Ｎｉ基超合金は、偏析傾向が強いため、エレクトロスラ
グ再溶解方法が積極的に採用されている。このエレクト
ロスラグ再溶解方法では、通常の溶解精錬法と同様に溶
融スラグが使用されているが、溶融スラグの電気抵抗熱
を熱源として電極を溶解して精錬を行うという特殊性を
有しており、スラグにもこの方法に適したものが選択さ
れている。上記スラグとして要求される性質としては、
電気抵抗が大きく、かつ温度による抵抗変化が小さく、
さらに、粘性・表面張力が適当で、良好な精錬性などを
有していることである。このような観点から、従来、Ｎ
ｉ基超合金をエレクトロスラグ再溶解方法により溶製す
る際には、ＣａＦ₂を主成分として、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃａ
Ｏ、ＴｉＯ₂、ＭｇＯを適当に配合したスラグが使用さ
れており、具体的には、重量％で、ＣａＦ₂：３５超〜
５０％、ＣａＯ：１０〜３０％未満、Ａｌ₂Ｏ₃：１０〜
３０％、ＴｉＯ₂：０〜１５％、ＭｇＯ：０〜１０％程
度のものが使用されている。

【０００３】ところで、ガスタービン材等に要求される
製品重量は益々大型化しており、偏析の発生防止に有効
なエレクトロスラグ再溶解方法においてもさらに偏析を
防止するための対策が重要になっている。大型材の偏析
低減にはエレクトロスラグ再溶解方法における低溶解速
度操業によって溶融プールを浅くすることが有効であ
り、再溶解する電極の大きさ（径）によって異なるが、
例えば、５００〜６５０ｍｍ径程度の電極を用いる大型
材では通常６５０ｋｇ超／時間程度の溶解速度でエレク
トロスラグ再溶解されているが、これをより低い溶解速
度で再溶解することにより偏析を低減させることが可能
になる。しかし、溶解速度を小さくすると鋳塊表面肌が
劣化するため鋳造割れが生じたり、操業が不安定にな
り、さらに低い溶解速度で再溶解した場合には上記偏析
とは別異の偏析が出現する。このため、従来は、清浄な
表面肌を維持したままで偏析を有効に防止する手段がな
く、内部性状と表面肌のいずれかを犠牲にした操業を強
いられていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したよう
に製品重量は益々大型化し、しかも要求される製品品質
は一層厳しくなっており、表面肌を劣化させることなく
偏析を有効に防止する手段の開発が望まれている。本発
明は、上記事情を背景としてなされたものであり、表面
肌、内部性状ともに優れたＮｉ基超合金材を製造するこ
とができるエレクトロスラグ再溶解用スラグおよびエレ
クトロスラグ再溶解方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明のＮｉ基超合金材エレクトロスラグ再溶解用スラ
グは、重量％で、ＣａＦ₂：２０〜３５％、ＣａＯ：３
０〜５０％、Ａｌ₂Ｏ₃：１０〜３０％、ＴｉＯ₂：０〜
１５％、ＭｇＯ：０〜１０％を含有することを特徴とす
る。また本発明のＮｉ基超合金材のエレクトロスラグ再
溶解方法は、Ｎｉ基超合金材をエレクトロスラグ再溶解
する際に、第１の発明のスラグを使用して低溶解速度で
Ｎｉ基超合金材を再溶解することを特徴とする。

【０００６】本発明でエレクトロスラグの対象となる材
料はＮｉを主成分とする各種のＮｉ基超合金材であり、
その多くはＣｒを含有する。これを含有量で示せば、Ｎ
ｉ：３９〜８０％、Ｃｒ：１０〜３０％を含有するもの
として示される。その他の成分としてはＣｏ、Ｍｏ、Ｎ
ｂ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ等が挙げられる。また、具体的に
はインコネル７０６、７１８（商標）を示すことができ
る。なお、具体例の成分範囲を示すと以下の通りであ
り、その他に不純物を含むことができる。また、その他
に微量の添加元素を含むこともできる。

【０００７】

【表１】

【０００８】本発明はいずれも、低溶解速度によるエレ
クトロスラグ再溶解方法を想定している。この溶解速度
は、再溶解する電極の大きさ（径）によっても異なり、
例えば、１００〜２５０ｍｍ径の電極では２６０ｋｇ／
時間未満（望ましくは２４０ｋｇ／時間以下）、３００
〜４５０ｍｍ径の電極では３５０ｋｇ／時間未満（望ま
しくは３３０ｋｇ／時間以下）、５００〜６５０ｍｍ径
の電極では、６５０ｋｇ／時間未満（望ましくは６００
ｋｇ／時間以下）の溶解速度を低溶解速度としている。

【０００９】本発明のスラグは、低溶解速度においても
表面肌が劣化しないように、適切な粘度、比電導度、融
点（低粘度、低融点、低比電導度）が得られるように成
分選定がなされている。以下に具体的な成分選定理由を
説明する。

【００１０】ＣａＦ₂：２０〜３５％ＣａＦ₂は比電導度および粘度を適切に調整するもので
あり、また粘度を低くして鋳塊肌を向上させる。このＣ
ａＦ₂の含有量が２０％未満であると、スラグの流動性
が低下し、スラグスキンの生成により鋳塊肌が悪化す
る。また、比電導度が小さくなりすぎてスラグの発熱量
が増大し、溶融プールが深くなって偏析の発生を助長す
る。さらに粘度が高くなって鋳塊肌が悪化する。一方、
３５％を越えて含有させると、比電導度が大きくなるた
めスラグの発熱量が不足して鋳塊肌が悪化する。したが
って、ＣａＦ₂含有量を２０〜３５％に限定する。な
お、同様の理由で下限を２５％、上限を３２％とするの
か望ましい。

【００１１】ＣａＯ：３０〜５０％ＣａＯは、スラグの溶融点を適切に調整して鋳塊肌を向
上させる。この含有量が３０％未満であるとＡｌ₂Ｏ₃含
有量とのバランスがくずれ、溶融点が上昇して鋳塊肌が
悪化する。また、５０％を超えても溶融点が上昇し、鋳
塊肌が悪化する。したがって、ＣａＯ含有量を３０〜５
０％に限定する。なお、同様の理由で下限を３５％、上
限を４０％とするのが望ましい。

【００１２】Ａｌ₂Ｏ₃：１０〜３０％Ａｌ₂Ｏ₃は電気伝導度を適切な範囲に調整するものであ
るが、含有量が１０％未満であると、電気伝導度が大き
くなりスラグの発熱不足が生じるとともに、ＣａＯ含有
量とのバランスがくずれて溶融点が上昇し、鋳塊肌が悪
化する。また、３０％を超えると粘度が上昇して鋳塊肌
が悪化するとともに溶融点も上昇して鋳塊肌が上昇す
る。したがってＡｌ₂Ｏ₃の含有量を１０〜３０％の範囲
に限定する。なお、同様の理由で下限を２０％、上限を
２５％に限定するのが望ましい。

【００１３】ＴｉＯ₂：０〜１５％適当量のＴｉＯ₂はＮｉ基超合金材に含まれる活性元素
（Ｔｉ）の歩留まりを向上させ、かつ安定させるので所
望により含有させる。ここで、ＴｉＯ₂が１５％を超え
るとＴｉＯ₂の還元により鋳塊中のＴｉ量が著しく増加
し、成分コントロールが困難になるため１５％を上限に
した。なお、上記作用を十分に得るためには６％以上の
含有が望ましく、また上記と同様の理由で上限を１２％
とするのが望ましい。

【００１４】ＭｇＯ：０〜１０％ＭｇＯは、Ｎｉ基超合金材に含まれる活性元素（Ｍｇ）
の歩留まりを向上させ、かつ安定させるので所望により
含有させる。この含有量が１０％を超えると、成分コン
トロールが困難になるとともにスラグの溶融点上昇と流
動性の低下により、スラグスキンが厚くなり鋳塊肌が悪
化するため上限を１０％とする。なお、上記作用を十分
に得るためには３％以上の含有が望ましく、また上記と
同様の理由で上限を６％とするのが望ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の好適な実施形態を
説明する。製造すべきエレクトロスラグ鋳塊の成分を目
的成分とし、成分の歩留まりを考慮して成分を選定した
Ｎｉ基超合金電極１を用意する。一方、水冷モールド２
にＣａＦ₂−ＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃三元系スラグまたはこれ
にＴｉＯ₂、ＭｇＯを加えた四元系以上のスラグ３を投
入し、このスラグ３に電極１の先端を浸漬して電極１と
水冷モールド２間にスラグ３を介して通電し、電極１を
溶融させる。溶融した成分はスラグ３の下方に溶融プー
ル４を形成し、これが徐々に凝固して鋳塊５を形成す
る。なお、溶融金属の凝固に伴って電極１を徐々に上昇
させて連続的な溶解、凝固を行う。

【００１６】上記したように、スラグは、通電路の一部
をなし、また、熱源として作用するものであり、鋳塊性
状に重大な影響を及ぼす。また、上記エレクトロスラグ
再溶解では、低溶解速度で電極が溶解されており、その
結果溶融プールが浅くなっている。上記スラグは、成分
調整により低粘度、低比電導度、低融点に調整されてお
り、上記した浅い溶融プールにおいても良好な鋳塊肌が
得られる。また、溶融プールが浅くなっているため、偏
析の発生も抑えられており、偏析がなく、内部性状に優
れた鋳塊が得られる。

【００１７】

【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。表２に
示される成分のインコネル７０６（商標）相当のＮｉ基
超合金材を常法により５９０ｍｍ径で、長さ６７００ｍ
ｍの円柱状電極に溶製し、一方、スラグとして表３に示
す発明材と比較材とを用意した。上記スラグを内径８５
０ｍｍの水冷モールドに装入し、このスラグに上記電極
を浸漬して、ホットスタート法により３７３ｋｇ／時間
の溶解速度でエレクトロスラグ再溶解を行い、径８５０
ｍｍ、長さ３３００ｍｍの鋳塊を得た。

【００１８】この鋳塊の表面肌および偏析の発生の程度
を目視で比較した。その結果、本発明のスラグを用いて
低溶解速度で再溶解した鋳塊は、偏析が殆どなくて内部
性状に優れており、また、表面肌も良好であった。一
万、比較材のスラグを用いた鋳塊では、低溶解速度での
再溶解により偏析の発生は抑制されているものの、表面
肌が不良であった。以上のように、本発明のスラグを用
いて低溶解速度でエレクトロスラグ再溶解を行うことに
より初めて、内部性状、表面肌ともに優れた鋳塊を得る
ことができる。

【００１９】

【表２】

【００２０】

【表３】

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の組成のス
ラグを用いて低溶解速度でエレクトロスラグ再溶解を行
うことにより、偏析の発生を防止できるとともに、表面
肌の良好な鋳塊を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すエレクトロスラグ
再溶解装置の概略図である。

【符号の説明】

１電極２水冷モールド３スラグ４溶融プール５鋳塊

【手続補正書】

【提出日】平成８年２月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山田人久北海道室蘭市茶津町４番地株式会社日本製鋼所内 (72)発明者浅野岩生北海道室蘭市茶津町４番地株式会社日本製鋼所内 (72)発明者上田奏北海道室蘭市茶津町４番地株式会社日本製鋼所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｎｉ基超合金材のエレクトロスラグ再溶
解に用いられるスラグであって、重量％で、ＣａＦ₂：
２０〜３５％、ＣａＯ：３０〜５０％、Ａｌ₂０₃：１０
〜３０％、ＴｉＯ₂：０〜１５％、ＭｇＯ：０〜１０％
を含有することを特徴とするＮｉ基超合金材エレクトロ
スラグ再溶解用スラグ
【請求項２】Ｎｉ基超合金材をエレクトロスラグ再溶
解する際に、請求項１記載のスラグを使用して低溶解速
度でＮｉ基超合金材を再溶解することを特徴とするＮｉ
基超合金材のエレクトロスラグ再溶解方法