JPS5877743A - ニオビウムを含有する合金鋼の造塊法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ニオビウムを含有する合金鋼の造塊合金鋼を
鋳型に鋳込み、鋳塊を製造すると鋳塊本体の中心部近傍
に■形状の偏析部及び空隙部が生じる。金型鋳込みの場
合には直径５００ｍａφ以上の大型鋳塊に生じやすい。

空隙部をザク状欠陥ともいう。これら、の欠陥が生じて
も鍛造品を製造鍛造品は、鍛造時に圧力が加えられた方
向の機械的性質、特に伸び、絞りがそれと直角方向より
も著しく小さくなるという欠点がある。ニオビウムを含
有する合金鋼の鋳塊は造塊時にニオビウムの共晶炭化物
が生成しやすく、これが伸び、絞り等を下げる原因と見
られている。

ニオビウムを含有する合金鋼脣に９〜１２重量％のクロ
ムを含むいわゆる１２クロム鋼は、！公昭４０−４１３
７号公報に記載されているように高温で使用する鍛造品
として有用である。従って、生成するニオビウムの共晶
炭化物を除去或いは共晶炭化物の生成に基づく機械的性
質の低下を防止する方法を見出すことは有意義である。

本発明の目的は、ニオビウムを含有する合金鋼の造塊に
おいて、ニオビウムの共晶炭化物が存在しない造塊法を
提供するにある。

本発明は、ニオビウムを含有する合金鋼の溶湯ヲ鋳型に
射込み、その際に生成するニオビウム共晶炭化物を鋳型
の半径方向の中心部近傍に集め、前記共晶炭化物を上方
に浮上させ、鋳塊押湯部に移動しながら造塊するもので
ある。

ニオビウムを含有する合金鋼の金型鋳込みにおいては、
鋳塊本体の高さＨと鋳塊本体のほぼ１／２の高さの位置
における直径りとの比Ｈ／Ｄが１以下からなる一塊を得
ることによって上記目的が達成される。かかる金型鋳込
みによって得られた一塊は、機械的性質においてもニオ
ビウムの共晶炭化物が生成するものよシも著しくすぐれ
ることが確認された。鋳塊本体の高さＨと鋳塊本体のは
ソ１／２の高さの位置における直径りとの比Ｈ／Ｄを以
下、高径比と呼ぶ。

鋳塊は、第１図に示すように本体部分と押湯部２とから
なる。本体部分すなわち鋳塊本体１は、鋳塊が鋳型か−
ら抜けやすいように一般に逆テーパ状を有する。鋳塊本
体１の１／２の高さの位置における直径りは、鋳塊本体
の平均的な直径である。

矢印３は鍛造時の加圧方向を示している。−塊本体の半
径方向の断面すなわち■−■断面は、第２図の（イ）、
←）、（ハ）に示すように一般に円形、波形の円形成い
は円形に近い矩形を有する。従って、円と仮定して直径
りを求めることができる。

ニオビウムを含有する合金鋼の鋳塊においてニオビウム
の共晶炭化物は、鋳塊のどの部分に存在するのかを確認
するために、実際に直径りが約５００ｗｎφの鋳塊を作
って調べてみた。その結果、Ｖ偏析部の近傍に集中して
存在することが確認された。そこで、次に何故、Ｖ偏析
部近傍にニオビウムの共晶炭化物が集中して存在するか
を、鋳塊の凝固終了時間及び凝固終了時の温度勾配を計
算によって求めることによって調べてみた。第３図は、
高比径が１．３５、重量が約１００トンの金型鋳込みに
よる１２クロム鋼鋳塊の所定の位置における凝固終了時
間（ｈｒ）を示したものである。

−８雫 ５牡枇図中の数字は凝固終了時間（ｈｒ）を示し、曲線
は所定の時間にその曲線の位置まで鋳塊が凝固したこと
を示している。第４図はかかる鋳塊における凝固終了時
の温度勾配を示したものである。図中の数字の単位はＣ
／（７）である。第３図から明らかなように、−塊本体
の中心部近傍には凝固終了線間の間隔の広い部分が存在
し、他の部分にくらべて凝固が加速されていることがわ
かる。

の温度勾配が小さい。前述のモデルの鋳塊におけるＶ偏
析、ザク状欠陥及びニオし゛ラムの共晶炭化物は、鋳塊
本体の中心部の温度勾配３ｃ／ｃＷ１で囲まれた領域に
発生した。このように凝固終了時の温度勾配が小さいと
ころは、凝固１１．４縮するときに周囲から溶湯が十分
に補給さｊ＋ｉ、欠陥の発生部となる。

以上の点から、ニオビウムの」゛晶炭化物が存在しない
ようにするには、鋳゛塊の中心部の加速凝固領域をなく
し、中心部に温度勾配の小さい領域を作らないことが必
要である。これを達成する一手段として金型鋳込みの場
合には、高径比が１以下からなる鋳塊を得ることが必要
となる。また他の手段として、鋳型の周囲を金型、底部
を砂型とし、鋳型底部からの冷却を遅らせる−ことが必
要となる。

本発明を適用するニオビウム入シ合金鋼としては、特公
昭４０−４１３７号公報に記載された成分組成の１２ク
ロム鋼がある。出願人は１２クロム鋼のなかでも、炭素
と窒素の合計が０．１５〜０．３％、シソコン０．５％
以下、マンガン０．４〜１％、クロム９〜１２％、モリ
ブデン０．７〜１．５％、バナジウム０．１５〜０．３
％、ニオビウム０．０２〜０．１５％、残部鉄或聾はこ
れにニッケルを１％以下含有したものがタービンロータ
シャフト材として好適であることを見出している。本発
明はかかる１２クロム合金鋼塊の造塊法としてきわめて
好適である。

第５図は高径比１．０の約１００トンの１２％クロム鋼
塊の金型鋳込みにおける凝固終了線と凝固終了時間（ｈ
ｒ）である。これから明らかなように鋳塊中心部の凝固
終了線間の間隔は第３図の場合よりも著しく狭くなって
いる。第６図は同一鋳塊の凝固終了時の温度勾配（Ｃ／
ｃｒｎ）であるが、鋳塊の中心部には第４図に見られた
ように温度勾配の小さい小領域は存在しない。かかる高
径比１．０は鋳塊中心部にＶ偏析及びザク状欠陥を発生
させない限界の高径比であシ、高径比が１．０よシ大き
い場合にＶ偏析及びザク状欠陥が発生し、１．０以下で
はＶ偏析及びザク状欠陥が発生せず、ニオビウムの共晶
炭化物も存在しないことが明らかとなった。高径比が小
さくなるにしたがって前記欠陥は発生しにくくなり、内
部品質も良好になるが、高径比が小さくなると形状的に
その後の鍛造作業が峻しくなる。鍛造作業上からは、高
径比はは’ｆ　０．５が限界値である。本発明ではニオ
ビウム炭化物の存在しない高径比として１．０〜０．５
を推奨する。

次に実施例について述べる。ＣＯ，１７％、Ｓ１０．３
５％、Ｍｎ０．７５％、Ｃｒ１１．０％ＩＭＯ１，０％
、Ｖｏ、２％、ＮｉＯ，５％、ＮＯ，０６％、残部ｐｅ
よりなる１２クロム鋼の高径比０．８、約１３トンの鋳
塊を金型鋳込みによって造塊した。

マクロ腐食試験の結果、少量のミクロポロシティ微な健
全な鋼塊であった。

次に高径比α９６．約１００トンの前述と同一′成分組
成の１２％クロム鋼塊を金型鋳込みによって造塊し、そ
れからタービンロータシャフｉｆ製造した。熱処理後、
中心部から採取した試料について、鍛造時に圧力を加え
た方向の常温め機械的性質を測定した結果、引張強さ９
３ｋｇｆ／■２．０．０２％オフセット降伏強さ７０　
ｋｇ　ｆ　／ｒｒａｎ”以上、伸び１５％以上、絞９４
０％以上の値が得られた。

ミクロ組織的にもニオビウム共晶炭化物は存在せず、健
全性のすぐれたタービンロータシャフトが得られた。

その他、低合金鋼にニオビウムを添加して共晶炭化物の
発生を調べたが、高径比１，０〜０．５ではニオビウム
の共晶炭化物が存在しないことが明らかになった。

以上、本発明によればニオビウムを含む合金鋼の造塊に
おいて、ニオビウム共晶炭化物が存在しない鋳塊を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、鋳塊の形状を示す正面図、第２図ケ）。 （ロ）、（つは第１図の■−■断面図、第３図は高径比
１．３５の１２クロム＠−塊の凝固終了時間と凝固終了
線を示す説明図、第４図は前述の鋳塊について凝固終了
時の温度勾配を示す説明図、第５図は高径比１．０の１
２クロム鋼鋳塊の凝固終了時間とぶ固終了線を示す説明
図及び第６図は前述の鋼塊について凝固終了時の温度勾
配を示す説明図である。 １・・・鋳塊本体、２・・・押湯部、３・・・鍛造時の
加圧方Ｍ　　ノ　図 弔２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ニオビウムを含有する合金鋼の溶湯ヲ鋳型に鋳込み
   、生成したニオビウム共晶炭化物を鋳型の半径方向の中
   心部近傍に集め、前記共晶炭化物を鋳塊上部へ浮上させ
   鋳塊の押湯部に移動しながら凝固を進めることを特徴と
   するニオビウムを含有する合金鋼の造塊法。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記溶湯を金型に
   鋳込み、−塊本体の篩さＨと鋳塊本体のほぼ１／２の高
   さの位置における直径りとの比ルΦが１以下からなる鋳
   塊を製造することを特徴とするニオビウムを含有する合
   金鋼の造塊法。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記合金鋼のニオ
   ビウム含有量が０．０２重量％以上からなることを特徴
   とするニオビウムを含有する合金鋼の造塊法。 ４、特許請求の範囲第２項において、前記鋳塊本体の直
   径りが５００ｍｍφ以上からなることを特徴とするニオ
   ビウムを含有する合金鋼の造塊法。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記合金鋼がクロ
   ムを９〜１２重量％、ニオビラムラ０．０２〜０．１５
   重量％含有する１２クロム鋼からなることを特徴とする
   ニオビウムを含有する合金鋼の造塊法。