JPS6050853B2

JPS6050853B2 - 合金の溶解精錬法及びその鋳造法

Info

Publication number: JPS6050853B2
Application number: JP52064774A
Authority: JP
Inventors: 忠司梅田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-06-03
Filing date: 1977-06-03
Publication date: 1985-11-11
Also published as: JPS53149802A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は新規な合金の溶解精錬法及びその鋳造法に係り
、特に鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）およびコバルト
（Ｃｏ）の１種以上を主成分とする合金からなる精密鋳
造品を製造するのに好適な新規な溶解精錬法及び鋳造法
に関する。

Ｃを含有するＦｅ、ＮｉおよびＣｏの１種又は２種以上
を主成分とする合金は原則的には大気中溶解と大気中鋳
造が可能である。

しカル大気溶解中に硅素（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、
クロム（Ｃｒ）など１は酸化されて酸化物を生成し、る
つぼや炉材の溶損生成物とともに微細なスラグ粒となつ
て溶湯中に懸濁する。滑かな鋳肌と高い寸法精度が要求
され、鋳肌のまま使用される精密鋳造品はとくにスラグ
粒が鋳肌面にスラグ疵となつて現われた場合・は致命的
な不良原因となる。これを改善する方法として溶解炉の
湯面をアルゴンガスなどの不活性ガスにてカバーして溶
解するのもそのひとつである。

しかし保護カバーによつて湯面を常に同じように管理徹
底するのが困難てある。溶解から鋳造までを一貫して真
空中で行う真空溶解真空鋳造法がある。

これは溶解と鋳造を１０−３〜１０−４Ｔ０ｒｒ程度の
真空中で行うので合金元素の酸化は殆んど起らない。し
かしこの方法では装入される地金材料が再溶解されて、
そのまま鋳造されるのて装入地金は、非金属介在物の少
ない材料を吟味しなければならない。また使用するるつ
ぼ或いは炉のライニングが溶損して非金属介在物になる
危険性が高いのて充分に吟味しなければならないととも
に高温真空雰囲気中における熱解離に対しての配慮も必
要となる。

さらにＭｎ，Ｃｒなど真空中で蒸発しやすい元素は、溶
解材料を炉中に装入した後、溶解から鋳込までの間真空
中に晒らされるので、成分の蒸発が．起こり、含有量に
変動が生ずる。

このため成分の分析および合金元素の追加など、成分調
整の手間が必要となる。真空溶解真空鋳造法で、非金属
介在物の少ない溶湯を得るには、まず大規模な溶解鋳造
設備を設乏置しなければならないこと、装入地金、るつ
ぼなども十分吟味した準備を要し、さらに蒸発しやすい
元素の含有量の調整が困難である。

本発明の目的は、非金属介在物が少なく、大気溶解した
溶湯の組成よりその組成変動の少ない合３金の溶解精錬
法及びその鋳造法を提供するにある。

特に、精密鋳造品を製造するに好適な溶解精錬法及びそ
の鋳造法を提供するにある。本発明は、炭素を含む合金
を誘導炉で大気溶解することによつて酸素を富化した溶
湯を形成し、３該溶湯を真空中で誘導炉で加熱して前記
炭素と酸素との反応による沸騰が生じる１〜１００Ｔ０
ｒｒの圧力下に保持し前記溶湯中の非金属介在物を浮上
させ精錬することを特徴とする合金の溶解精錬法にある
。

４ｆ所定
の配合割合の溶解原料をまず、大気中にて、誘導炉で溶
解し、大気中の酸素を自然富化させる誘導炉によつて溶
融させることによつて溶湯中に十分に酸素を含有させる
ことができる。次に、誘導炉で加熱しながら合金中に含
有されている炭素と溶落した溶湯中の酸素とが反応して
活発な沸騰が起こる真空中、具体的には１〜１０ｍ０ｒ
ｒに減圧し、沸騰を生じさせる。この沸騰により酸素ガ
スが減少するほか、水素ガス、窒素ガスも減少するとと
もに、反応ガスによる沸騰と誘導炉による加熱によつて
溶解素材中にあつた非金属介在物および合金元素が酸化
して生じた酸化物およびるつぼなどの溶損により生じた
生成物なＪどのスラグの浮揚除去が溶湯中よりまんべん
なく盛んに進行する。そして浮揚の過程において当初は
微細であつたスラグ粒が凝集肥大し湯面に浮遊してくる
。しかる後このスラグはスラグ掻棒で容易に取除くこと
ができる。本発明の溶解精錬法は、以下の特長を有する
。

（１）装入原料中の非金属介在物量にとくに制限されず
、極端な場合は、砂粒が付着していても溶解作業で除去
できる可能性があり、溶解原料の管理が容易である。（
２）使用するるつぼ或いはライニング材は通常の大気溶
解用のもので良く、溶損により多少のスラグが発生して
も溶解作業で除去でき、るつぼ又はライニングの管理が
容易である。

（３）溶湯を真空中に晒す際の圧力は沸騰反応が生じる
１〜１００Ｔ０ｒｒて良く、保持時間も１吟間以下で充
分であるので、Ｍｎ，Ｃｒなどの蒸発しやすい元素の損
失も実質的には無視できる程度に少なく、成分調整が容
易である。

大気中溶解後の真空排気は既に述べたとおり１〜１００
Ｔ０ｒｒとする。

沸騰による溶湯の飛散を防止し、合金組成の調整を容易
にするには１Ｔ０ｒｒ以上が必要である。沸騰現象を容
易にし、短時間で処理するには１００Ｔ０ｒｒ以下とす
る。本発明の合金は炭素が０．０踵量％以上含有せしめ
ることが有効で、これ未満にＣ量をコントロールするの
が非常に困難となる。

沸騰に要するＣ量は０．０１重量％で十分てあるが、こ
れ以下のＣ量にコントロールすることは困難となる。本
発明は誘導炉で加熱しながら真空排気して沸騰反応が生
じる１〜１００Ｔ′０ｒｒの圧力下に保持し、溶湯中の
非金属介在物を浮上させた後、その溶湯をその圧力より
も高い圧力にして鋳型に注湯するもので、高圧力下で鋳
込むことにより鋳込み時の佛騰反応を防止し、健全な鋳
物を形成するものてある。

本発明の真空排気による沸騰反応は１紛間位で完了でき
るが、完全に終了したか否かの判断が困難である。従つ
て沸騰反応が生じている際中に鋳込むと不健全なインゴ
ットを製造することになるので、鋳込時は沸騰反応時よ
りも高い圧力とすることにより沸騰反応を押えることが
でき、よつて健全な鋳物を製造できる。本発明の溶解精
錬法及び鋳造法はＦｅ，ＮｉおよびＣＯの少なくとも１
種を主成分とする合金に対し好適で、特に重量でＣＯ．
２〜０．６％、Ｎｉ２Ｏ％以下、Ｃｒ２Ｏ〜３０％、Ｍ
ＯｌＯ％以下を含有するＣＯ基合金、ＣＯ．Ｏ２〜０．
２０％、Ｎｌ６〜２０％、Ｃｒｌ５〜３０％を含有する
オーステナイト鋼、ＣＯ．ｌ〜０．３％、クロム１５〜
２５％、ＭＯ２Ｏ％以下、ＷｌＯ％以下、■１％以下、
Ｆｅ３Ｏ％以下を含有するＮｉ基合金に対し好適てある
。

実施例１第１図は本発明の溶解精錬法及びその鋳造法に適用した
溶解鋳造装置の断面構成図である。

真空容器１は、固定容器２と可動容器３とからなつてお
り、連結部４にて連結されている。固定容器２には排気
装置５が接続されており、容器の内部には誘導溶解炉６
と鋳型７が設置されている。誘導溶解炉６は傾動装置を
備えることがてきる。８は、゜溶解電源への接続線、９
は可動容器３を移送するレールである。

第２図は、固定容器２から可動容器３を引き離し誘導炉
で大気溶解する断面構成図である。

このように各々の容器を開放すれば大気溶解が可能てあ
り、また原料の追加装入も行える。真空溶解に移行する
場合には、真空容器１を第１図の状態に戻す。鋳造時は
誘導溶解炉６を傾動し、鋳型７に溶湯を鋳込めばよい。
誘導溶解炉６の傾動は外部から操作できるようにしてお
く。第１図及び第２図に示した高周波誘導炉にて重量１
００ｋｇのＣＯ基合金の鋳物を製造した。

るつぼにはアルミナ製を用い、鋳型を口ストワックス法
によつて製作した。第１表は大気中で溶解し鋳造した場
合と、大気溶解した後その溶湯を同様に高周波誘導炉に
て加熱しながら１Ｔ０ｒｒで３分間保持して沸騰させた
場合および８０Ｔ′０ｒｒで３分間保持して沸騰させた
後、いずれも１００Ｔ０ｒｒにして鋳造した本発明のも
のと、従来の１０−４Ｔ０ｒｒの真空中でａ溶解し鋳造
した場合の原料配合割合と得られた合金組成（重量％）
を示したものである。特に本発明及び大気溶解法で溶解
したものは、鋳込む前にスラグを除去し、鋳込みを行つ
た。表に示す如く本発明の溶解および鋳造法は大勿中溶
解したものの組成とほとんど変化なく、成分のコントロ
ールが非常に容易であつた。

さらにオ発明の１Ｔ０ｒｒて１扮間保持した場合の組成
は上述の３分間保持したものとほとんど同じ組成であり
、成分調整が容易であつた。従来の真空溶解法では蒸発
しやすいＭｎおよびＣｒは時間とともに急速に減少する
ためそれらの成分調整が困難であつた。

鋳込後の鋳肌を観察した結果、大気中溶解ではスラグの
巻込みによると思われる凸凹が表面に多数見られたが、
本発明では全く滑らかな肌を示し、真空溶解法によるも
のと遜色のないものであつた。実施例２実施例１と同様に重量１００ｋ９のＮｊ基合金およびＦ
ｅ基合金について大気中溶解、真空溶解及び本発明法で
溶解精錬し鋳造を行つた。

第２表に得られた鋳物の化学組成を示す。なお、本発明
法の鋳込時の圧力は１００Ｔ０ｒｒである。表に示す如
く、本発明法は大気中溶解したものの合金組成とほとん
＊８ど同一であり、合金組成の調整を容易に行うことが
できた。従来の真空溶解法では特に蒸発しやすいＣｒ及
びＭｎ量が急速に低下するためそれらの成分調整が困難
であつた。鋳込後の鋳肌は大気中溶解ではスラグの巻込
みによる表面疵が多数見られたが、本発明法では表面疵
が全く見られず、真空溶解法によるものよりも滑らかな
表面を有していた。また、本発明法によるものは溶湯面
に形成されるスラグが従来の大気中溶解によるものより
多かつた。

これは、大気溶解後減圧下に保持することによる沸騰に
よつて非金属介在物が除去されたためと理解される。実
施例３実施例１と同様に高周波誘導炉を用い、重量１００ｋ９
のＣＯ基合金について従来法の大気溶解及び３本発明法
の溶解精錬し、口ストワックス法によつて鋳物を製造し
た。

本発明法は誘導炉て大気溶解※した後、同じく誘導加熱
しながら１Ｔ０ｒｒで３分間保持し、次いで１００Ｔ０
ｒｒにして鋳造を行つたものてある。第３表は溶解した
鋳物のＣＯ基合金の目標組成（重量％）である。

第４表は、得られた鋳物の表面状況によつて不良率を調
べた結果である。

不合格は、鋳肌の表面に直径０．５Ｔｎ：Ｉ！Ｌ以上の
スラグ欠陥又は砂噛みが生じ４イたものをいう。表に示
す如く、本発明法によつて製造した鋳物は大気溶解した
ものの約３紛の１で、その不良率がきわめて小さいこと
がわかる。

目標の成分組成に対しその調整はきわめて容易であつた
。実施例４実施例３と同様に４％ＮＩ入り１３％Ｃｒステンレス鋼
の鋳物（ポンプ用インペラ）を製造した。

鋳物の表面にスラグ欠陥又は砂噛み等が発生したものの
補修個所数によつて従来法と本発明法との比較を行つた
のが第５表である。表に示す如く、本発明法によるもの
は従来の大気溶解・大気鋳造したものに比らべ製品１個
当りの補修個所数が約１吟の１と顕著に補修個所が少な
い。

また、目標の成分組成に対しその調整がきわめて容易で
あつた。

以上、本発明の溶解精錬法及び鋳造法によれば非金属介
在物がきわめて少なく表面疵のない不良率の少ない健全
な鋳物が得られるとともに、合金組成の調整が容易であ
つた。

特に共晶炭化物を有するＣＯ基合金の精密鋳造品の製造
にきわめて好適であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の溶解および鋳造法の実施
するための装置およびその作業段階を示す断面構成図て
ある。１・・・・・・真空容器、２・・・・・・固定容器、３
・・・・・・可動容器、４・・・・・・連結部、５・・
・・・・排気装置、６・・・・・・溶解炉、７・・・・
・・鋳造、１０・・・・・・溶湯。

Claims

【特許請求の範囲】１炭素を含む合金を誘導炉で大気溶解することによつ
て酸素を富化した前記合金の溶湯を形成し、該溶湯を真
空中で誘導炉で加熱しながら前記炭素と酸素との反応に
よる沸騰が生じる１〜１００Ｔｏｒｒの圧力下に保持し
前記溶湯中の非金属介在物を浮上せしめ精錬することを
特徴とする合金の溶解精錬法。２前記合金は、鉄、ニッケルおよびコバルトの１種以
上を主成分とするものからなる特許請求の範囲第１項記
載の合金の溶解精錬法。３前記合金は重量で炭素０．２〜０．６％、Ｎｉ２０
％以下、クロム２０〜３０％、モリブデン１０％以下を
含有し、残部コバルトからなる特許請求の範囲第１項記
載の合金の溶解精錬法。４前記合金は重量で炭素０．０２〜０．２０％、ニッ
ケル６〜２０％、クロム１５〜３０％を含有し、残部鉄
からなる特許請求の範囲第１項記載の合金の溶解精錬法
。５前記合金は重量で炭素０．１〜０．３％、クロム１
５〜２５％、モリブデン２０％以下、タングステン１０
％以下、バナジウム１％以下、鉄３０％以下を含有し、
残部ニッケルからなる特許請求の範囲第１項記載の合金
の溶解精錬法。６炭素を含む合金を誘導炉で大気溶解することによつ
て酸素を富化した前記合金の溶湯を形成し、該溶湯を真
空中で誘導炉で加熱しながら前記炭素と酸素との反応に
よる沸騰が生じる１〜１００Ｔｏｒｒの圧力下に保持し
、前記溶湯中の非金属介在物を浮上せしめて精錬し、次
いでその溶湯を前記圧力よりも高い圧力下で鋳型に注湯
することを特徴とする合金の鋳造法。７前記注湯時の圧力を１０〜５００Ｔｏｒｒとする特
許請求の範囲第６項記載の合金の鋳造法。