JPS6250047A - 連続鋳造方法 - 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】 ［産業上の利用分！？］ 本発明は電子ビーム溶解法と組合わせた金属の連続鋳造
方法に関し、殊に連続鋳造工程で鋳片表面に形成される
引抜き傷やオフシレージョンマーク等の表面傷をなくし
て表面をｆ消化し、以後の圧延工程で生ずるクラック等
の欠陥を防止する技術に関するものである。

［従来の技術］ 高真空技術や高出力電子ビーム利用技術に関する近年の
５１展はめざましいものがあり、金属分野においても高
合金鋼や活性金属或は高融点合金等の溶解・鋳造に電子
ビーム溶解法と連続鋳造法を組合わせた力Ｖ：が広く採
用される様になってきている。

例えば第４図は゛電子ビーム溶解法を組合わせた公知の
連続鋳造法を例示する概略説明図であり。

図中１は真空溶解装置本体、２は電子ビーム照射装置、
３は水冷鋳型、４は原料金７４０ンド、５は鋳片引抜き
部材、６は鋳片、Ｂは電子ビーム、Ｍは溶融金属を夫々
示す０図示する如く装置本体ｌ内は図示しない真空ポン
プによって吸引され高真空状態に保たれる。そして該装
置本体ｌ内には水冷鋳型が配置され、その下部に鋳片引
抜き部材５が設けられると共に、該水冷鋳型３の上方部
には該鋳型３の上方開口部を指向する様に電子ビーム照
射装置２が取付けられる。金属の溶解・鋳造を行なうに
当たっては、予め準備しておいた原料金属ロッド４を水
冷鋳型３の一ヒ方開ロ部側へ突出しつつこれに電ｆ−ビ
ームＢを照射することにより、原料金属ロッド４を溶解
させる。溶融金属Ｍは水冷鋳型３内で冷却され、外周側
から凝固しつつ引抜部材５によって連続的若しくは断続
的に下方へ引抜かれていく、鋳片６の断面形状は水冷鋳
型３の幾何学的形状を工夫することにより任意の形状と
することができる。

この種の電子ビーム溶解・鋳造法は、従来からＴｉやＴ
ｉ合金の如き特殊金属の溶解や鋳造に用いられてきたＶ
ＡＲ（真空アーク再溶解）法、ＶＩＭ　（真空誘導溶解
）法、ＥＳＲ（エレクトロスラグ溶解）法、ＰＡＭ（プ
ラズマアーク溶解）法等に比べて多くの特徴を有してい
るが、その理由の１つに、電磁場制御により電子ビーム
を自在に走査させることができ、中空インゴットの様な
異形断面の鋳片でも容易に鋳造できるといった点が挙げ
られる。しかも上記ＶＡＲ法やＶＩＭ法等では原料金属
を溶解した後バッチ的に鋳造し、これを鍛造、分塊等の
工程を経てスラブ等の圧延素材を製造するが、電子ビー
ム溶解・鋳造法では直接スラブ等の圧延素材まで鋳造す
ることができる。この様なところから最近ではＴｉやＴ
ｉ合金或は高合金鋼の如き高級金属材の溶解中鋳造にも
電ｆ−ビーム溶解・鋳造法が実用化されはじめている。

［発１！１１が解決しようとする問題点］電子ビーム溶
解拳鋳造法では、水冷鋳型内で凝固した鋳片を順次下方
へ引抜いて行くが、この引抜き法には連続式と間欠式（
断続式）がある、ｉ！Ｊ！続式を採用した場合は、凝固
シェルが七分成長しない状態で引抜かれる為、凝固シェ
ルが局部的に破損して溶湯が鋳片表面に浸み出し、Ｍ片
表面が荒れ易い、これに対し断続式では、凝固シェルが
ある程度成長した時点で間欠的に引抜かれる為、凝固シ
ェルの破損（それに伴う鋳片の表面荒れ）という問題は
生じ難いが、断続的に引抜き力が加わる為鋳片表面の周
期的なオフシレージョンマークが入ってくる。しかも連
続式及び断続式の如何を問わず、鋳片表面に微細な引抜
き傷が生じることは避けられない、ちなみに第５図は、
電子ビーム溶解・鋳造法を採用しＴｉ合金を断続的に引
抜いた場合の鋳片表面の凹凸模様を断面拡大的に示した
ものであり１表面には全面に亘って微細な引抜き傷が見
られる他、周期的に大きなオフシレージョンマークが生
じている。

この様に表面傷の入った鋳片をそのまま熱間圧延等に付
すと、該表面傷が残って圧延製品の表面傷として表われ
たり或はクラック等の欠陥原因となる為、そのままで圧
延に供する訳にはいかない、その為従来例では、第６図
に示す如く連続鋳造後盾定長さに切断したスラブ８の表
面を、切削片９等による機械加工に付して荒れた表層部
を切削除去し、しかる後熱間圧連装２１１Ｏ等に送って
いる。

しかしながらこの機械的研削工程で生ずる歩留りロスは
３〜５％程度あり、とくにＴｉやＴｉ合金をはじめとす
る非常に高価な金属材料の場合この歩留りロスは軽視し
得す、研削工程の付加による工程数の増大及び生産効率
の低下ともあいまって製品コストを高める大きな要因と
なっている。

本発明はこの様なＳ情にｊｒ［Ｉしてなされたものであ
って、その目的は、電子ビーム溶解・鋳造法によって得
られる鋳片の表面傷を簡単な手段で解消し、表面研削加
工等を行なわなくとも平滑な表面を有し、そのままでも
圧延処理等を支障なく行ない得る様な鋳片を得ることの
できる技術を提供しようとするものである。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明に係る連続鋳造法の構成は電子ビーム溶解装置内
で溶解した溶融金属を、該装置内に設けた水冷鋳型に通
して連続的若しくは断続的に引抜いて行く連続鋳造方法
において、引抜かれた高温状態の鋳片表面に電子ビーム
を照射して鋳片表面を溶融させた後、直ちに表面整形ロ
ール間に通すところに要旨を有するものである。

［作用］ 本発明の基本的な構成は、第４図に示した従来の電子ビ
ーム溶解・鋳造法とほぼ同一であるが、本発明では鋳片
の表面傷を、鋳片引抜きの最終工程で同時に解消できる
様に構成されており、しかも表面傷解消処理は、電子ビ
ーム溶解・鋳造装置本体内に形成される真空をそのまま
利用し、Ｉｉつ鋳片の保有熱をも有効に活用して効率良
く遂行し得る様に工夫している。即ち本発明では例えば
第１図に示す如く、前記第４図と同様に構成された電子
ビーム溶解・鋳造装置本体ｌにおける水冷鋳型３の下方
部に、鋳片６の表層部に向けて電子ビーム照射装ｆｆ１
ｌｌ、１１を配設する他、該電子ビーム照射位置の下部
に、鋳型６を挟んで一対の表面整形用ロールＲ，Ｒを配
置している。

面図では鋳型６を挟んで左右に一対の電子ビーム照射装
ａｔｔ、、ｔｔ及び表面整形用ロールＲ，Ｒを配置した
例を示したが、更に紙面貫通方向に同様の電子ビーム照
射装置及び表面整形用ロールを設けることも有効である
。そして該電子ビーム照射装置１１．１１から高温状態
の鋳片６に向けてその表層部に電子ビームを照射するこ
とによって、表層部のみを再溶融させる。この再溶融処
理により、鋳片６の表面は一旦再溶融して流延するが、
その直下部に配置された表面整形用ロールＲ，Ｈによる
挟圧力を受けて凸部の溶融金属は四部側へ押し流される
結果、表面の凹凸はモ均化されて丑滑な表面性状を得る
ことができる。

従ってこの鋳片をそのまま熱間圧延に供した場合でも、
圧延品の表面に鋳片由来の表面欠陥ができたり或はクラ
ック等を生ずる恐れはなくなる。また本発明における鋳
片表面の加熱溶融は、装置本体１内の真空をそのまま利
用した電子ビーム照射によって行なうことができ、しか
も水冷鋳型から抜出された後の高温状態の鋳片保有熱を
そのまま利用して行なうことができるので電子ビーム照
射装置１１の出力を必要最小限に抑えることができ、装
置設計面及び熱経済面のいずれから見ても極めて効率の
良い方法である。また電子ビームは偏向コイルによって
自由方向に走査させることができるので、異形断面の鋳
片であっても表面全域を容易且つ均等に加熱することが
でき、その後の表面整形用ロールＲ，Ｈによる挟圧によ
って鋳片表面を簡単且つ確実に平滑化することができる
。

第２図は本発明を実施する際のより具体的な制御法を示
したものであり、鋳片の材質や表面荒さの程度更には表
面温度等に応じて電子ビームの出力を適正に制御し、鋳
片の表面傷を確実に消去できる様に構成している。即ち
第２図において、１２は測温センサー、１３は表面粗度
検知センサーを示し、これらにより検知された鋳片６の
表面温度及び表面粗度は逐次演算部１４へ送られる。こ
の演算部１４には、鋳片素材の融点、比熱、溶解熱等の
物性の他、予備実験により求めておいた表面荒さ、表面
温度、表層部溶融に要するビーム出力等の関係を記憶さ
せておき、該演算部１４で鋳片６の表面温度及び表面粗
度実測値と記憶しておいた前述のデータを比較演算し、
表面の平滑化に必要なビーム出力を割り出してビーム出
力制御器１５に伝える。そしてこの信号は該ビーム出力
制御器１５からビーム照射装置１１へ伝えられ、設定さ
れた当該出力の電子ビームが鋳片６表面へ照射される。

但し上記の方法では鋳片表面温度や表面粗度の測定位置
とビーム照射位置が異なっている為、両者の間に若干の
時間的ずれが出てくる。そこで本例では鋳片６の引抜き
側に引抜速度検知器１６を設けることにより該速度を測
定して演算部１４へ入力し、丑記時間差によるビーム出
力（１の誤差を解消し得る様に構成している。

この場合、鋳片６の引抜速度自体の違いによって生じる
必要ビーム出力値の変動を、演算部１４におけるビーム
出力値の、１９定要素としてＭＩ込めば一層好ましい結
果が得られる。更に図示する如く表面整形用ロールＲの
下方部にも表面粗度検知センサー１３ｂを設置し、表面
上滑化後の改善度合いを演算部１４ヘフイードバツクし
てビーム出力や表面整形用ロールＲの押付は力を微調整
する様にすれば、表面平滑化の１］的をより確実に果た
すことができる。尚表面粗度検知センサーとしては非接
触状態で検知可能なレーザ式粗さ検知センサーが好まし
く、また温度検知センサーとしては、やはり非接触状態
で検知可能な２色温度計や輻射温度計が適している。ま
た表面整形用ロールＲは水冷構造とし、表面平滑化後直
ちに冷却し得る様に構成するのがよい。

本発明は例えば以上の様に構成−されるが、その要旨と
するところは、電子ビーム溶解・鋳造装置本体の真空と
鋳型から引抜かれた直後の鋳片保有熱を利用し、最小限
の電子ビーム出力で鋳片表面を再溶融した後表面整形用
ロールによって平滑化するところにあり、この様な要旨
を逸脱しない限度であれば装置本体や鋳型等の形状・構
造はもとより表面処理の為の電子ビーム出力の制御機構
等は必要に応じて任意に変更することができ、それらは
すべて本発明の技術的範囲に包含されるものである。

［実施例］ 電子ビーム溶解・鋳造法により断続式引抜法を採用して
得たＴｉスラブ（表面性状は第５図の通り：１８０Ｘ５
０ｍ票）を使用し、本発明を模擬した下記の方法で表面
平滑化試験を行なった。

即ち上記Ｔｉスラブを実験用電子ビーム溶解炉内へ水平
に載置し、スラブ表面に２０ＫＷの電子ビームを数分間
照射して、２色温度計により測定した表面温度が約１２
００℃となるま・で予熱する。引続いて電子ビーム出力
を３０ＫＷに高めてスラブ表面を溶融状態とした。この
ときの表面温度は約１７５０℃であった。その後表面の
溶融したスラブを銅製の水冷ロールに通し、表面を平滑
化すると共に冷却し、得られたスラブの表面粗さを調べ
た結果は第３図（Ａ）に示す通りであり、表面処理前の
最大表面窪みが８００　）ｚｍ程度であったものが、表
面処理により３０ｇｍ程度にまで平滑化され、且つ微細
な凹凸も激減していることが確認された。

尚第３図（Ｂ）は表面整形用ロールによる挟圧を省略し
た他は上記と同様にして得たスラブの表面性状を示した
ものであり１表面粗さの最大値は未処理の８００　ＪＬ
ｍ程度に対し１１００Ｂ程度まで減少しているものの、
本発明の表面平滑化効果に比べると若干劣ることが分か
る。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、その効果を要約す
れば次の通りである。

（０水冷鋳型から引抜かれた直後の電子ビーム処理で表
面傷を激減乃至解消し平滑化することができるので、以
後表面研削処理等を行なわなくともそのままで熱間圧延
に供することができ、研削ロスによる歩留り低下が防止
されるばかりでなく生産性も高めることができる。殊に
本発明では鋳片表面を一旦再溶融した後整形用ロールで
挟圧する方法を採用しているので、鋳片表面に相当大き
な凹凸がある場合でも確実に平滑化することができる。

■電子ビーム処理に必要とされる高真空雰囲気は溶解・
鋳造装置本体の高真空をそのまま利用することができる
。また整形用ロールは遊転式として鋳片表面に小さな力
で押付けるだけでよく積極回転設備に要する負担が少な
くてすむ。

■水冷鋳型から抜出された直後の鋳片保有熱を表面加熱
の為の予熱源として利用することができるので、電子ビ
ーム出力も必要最小限に抑えらる。

■鋳造後の表面研削を省略し得るところから。

素材金属の溶解から鋳造、表面処理及び熱間圧延を連続
化することもでき、生産性を飛躍的に高めることができ
る。しかも鋳片の表面傷が解消されているので熱間圧延
製品の品質に対する信頼性も向トする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す概略断面説明図、第２図
は表面平滑の為の電子ビーム出力のより具体的な制御例
を示す説明図、第３図（Ａ）は本発明法により得た鋳片
の表面性状を示す図、第３図（Ｂ）は表面整形用ロール
のみを省略した場合の鋳片の表面性状を示す図、第４図
は公知の電子ビーム溶解・鋳造法を例示する概略断面説
明図、第５図は従来法で得た鋳片の表面性状を示す図、
第６図は従来法で得たスラブの後処理例を示す略図であ
る。 １・・・電子ビーム溶解装置本体 ２・・・電子ビーム照射装置 ３・・・水冷鋳型　　　　　　４・・・原料金屈ロッド
５・・・鋳片引抜部材　　　　６・・・鋳片１１・・・
電子ビーム照射装置　１２・・・測温センサー１３・・
・表面粗度検知センサー １４・・・演算部 １５・・・ビーム出力制御器　　Ｍ・・・溶融金属Ｂ・
・・電子ビーム Ｒ・・・表面整形用ロール

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電子ビーム溶解装置内で溶解した溶融金属を、該装置内
   に設けた水冷鋳型に通して連続的若しくは断続的に引抜
   いて行く連続鋳造方法において、引抜かれた高温状態の
   鋳片表面に電子ビームを照射して鋳片表面を溶融させた
   後、直ちに表面成形ロール間に通すことを特徴とする連
   続鋳造方法。