JPS63112043A - 電子ビ−ム溶解における鋳塊の製造方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、電子ビーム溶解法におけるステンレス鋼、超
合金、特殊鋼、高融点金属及びそれらを含む合金などの
鋳塊の製造方法に関するものである。

従来の技術 従来の電子ビーム溶解は、「鉄と鋼」マｏ１．６３Ｐ、
２０１０〜Ｐ、２０２７に記載されているように、電子
ビームにより材料を溶解し、水冷銅鋳型内で鋳造し、間
欠引抜により鋳塊を製造するものである。

なお、電子ビーム溶解では通常の連続鋳造と異なり、パ
ウダーは使用せず、鋳型のオシレーションは実施されて
いない。

電子ビーム溶解は、高温・高真空による不純元素の揮発
を特徴とし、鋳塊の高純化が可能である。

発明が解決しようとする問題点 従来の電子ビーム溶解では溶融プールへのビーム照射、
溶解材料の溶融滴下、間欠引抜により、溶融プールの波
立ちが発生し、メニスカス部の乱れにより、鋳片に第２
図に示すような大きな湯じわ１１が発生し、また溶湯が
鋳型と鋳片の間に流れ込むことにより、二玉肌１２が多
発するという問題がある。本発明は、電子ビーム溶解に
おいて、このような湯じわや二・玉肌のない表面性状の
良好な鋳塊の製造方法を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段・作用 本発明は、電子ビーム溶解において、内面上部に低熱電
導材料を被覆した水冷銅鋳型を用い、該被覆部に溶融プ
ールを保持しながら凝固殻が形成されたのちに冷却して
鋳造することを特徴とする。

以下、図面により本発明をさらに詳しく説明する。

第１図に示すように、水冷銅鋳型ｌの内面上部に低熱電
導材料を被覆した被覆部２を形成し、溶湯の凝固開始点
５を湯面Ｂよりも下にして、溶融プール３を被覆部２に
保持する。

また、凝固開始点５は被覆部２の下端７よりも上とし、
凝固殻４が形成されたのちに冷却して鋳造する。

本発明によれば、被覆部２の断熱作用により溶湯は緩冷
却され、凝固開始点５が湯面６よりも下となるため、湯
面６の波立ちの影響が防止される。また、凝固殻４は被
覆部２で形成されたのちに水冷銅鋳型１と直接接触して
冷却されるため、初期凝固殻の収縮が緩和される。湯面
Ｂの波立ちによる凝固殻４の先端のメニスカス部の乱れ
に起因する鋳塊の表面の湯じわを防止するために、凝固
開始点５は湯面６から１０＋ｓ層以上離すことが望まし
い、また、初期凝固殻の割れを防止し、さらに初期凝固
殻と鋳型の間の溶湯の流れ込みに起因する鋳塊の二玉肌
を防止するために、凝固開始点は被覆部２の下端７から
２ｈｍ以上離すことが望ましい。

従来の水冷銅鋳型では、抜熱量が大きく凝固が湯面です
でに開始され、また凝固収縮による鋳片の鋳型からの剥
離が早いためその部分に溶湯が流れ込むことにより起る
と考えられる。また、通常の連続鋳造では特開昭５３−
４５８２８号公報、特開昭５２−５４８２２号公報に記
載されているように鋳型の長寿命化あるいは鋳型内壁の
滴発生を抑制することによる鋳片表面欠陥の防止を目的
として水冷銅鋳型の内面にクロムまたはニッケルメッキ
層を設けているものがある。しかし、このメッキ層厚み
は、たかだか１ｍｍ以下のものであるから、本発明のよ
うな溶湯を緩冷却して凝固開始点を湯面下に下げて鋳塊
を製造する技術とは異なり、鋳塊の表面欠陥を改善する
ことは出来ない。

たとえば、純チタンの電子ビーム溶解における抜熱量と
鋳塊の表面欠陥深さの関係を示すと、第３図のようにな
る。水冷銅鋳型で直接冷却した場合の抜熱量は、約７０
ｃａｆｌ　／ｃｒｎ’　＠　ｓｅｃであるのに対して、
ニッケルメッキをｌｓｍ厚み被覆した場合の抜熱量は、
約８０ｃａｉｌ／ｃｍ’　＊　ｓｅｃであるから、この
程度のメッキでは鋳塊の表面欠陥を防止するにはほとん
ど効果がない。

従って、電子ビーム溶解において表面性状の良好な鋳塊
を製造するためには、抜熱量を従来よりも大幅に低下さ
せることが必要となる。しかし、単にメッキ層を厚くし
て抜熱量を低下させたのでは、凝固殻の生成が遅れて鋳
造が困難となる。

本発明において鋳型内面を被覆する低熱伝導材料は低熱
伝導率をもつ金属またはセラミックであり、金属として
はニッケル、クロム等があげられ、またセラミックの場
合は溶融金属により溶損または還元されないことが必要
であり、鋼の溶解ではマグネシア、ベリリア、カルシア
、ポロンナイトライド、サイアロン等があげられ、チタ
ン・チタン合金の溶解ではマグネシア、ベリリア、カル
シア等があげられる。これら被覆材料の熱伝導率を表１
に示す。

被覆材料の厚みは、第２図の説明で述べた従来の湯じわ
や二玉肌を生ずる凝固をなくすることを可能とし、鋳塊
の表面性状を良好にするために、１００℃での熱伝導率
が０．１から０．２ｃａｉ　／ｃｍ　＊５ｅｃｅ”ｃの
ものであれば約２から５１程度、０．０１から０．０５
ｃａｉ　／ｃｍ　＊　ｓｅａ　＊　℃のものであれば約
０．５から２ｍｍ程度とすることが望ましい。

また、被覆部の鋳型上部からの長さは、前述したように
湯面の波立ちの影響を受けずに表面性状の良好な鋳塊を
製造するには、約３（１１１＋ｗ以上とすることが望ま
しい。

なお、鋳型長が十分長くとれる場合は、鋳型内面全体に
低熱伝導材料を被覆してもよい、その場合は凝固殻は鋳
型から引抜かれた後に冷却される。

本発明において、対象となる溶解材料としては、たとえ
ばステンレス鋼では５ＩＪＳ　３０４　、５ｔｌＳ３１
Ｂ　、　ＳＯＳ　４３０など、超合金ではＩｎｃｏｎｅ
ｌ　８２５、Ｉｎｃｏｌｏｙ　８２５など、特殊鋼では
ＳＮＣ４１５、ＳＮ０Ｍ８１５など、高起点金属ではＴ
ｉ、　Ｎｂなど、高融点金属を含む合金ではＴｉ−８ｊ
Ｖｊ−４Ｖ合金、Ｗｂ−Ｔｉ合金などがあげられる。

実施例１〜５、比較例１〜２ 鋳型サイズは２８０ｍｍφのものを用い、鋳塊を製造し
た。その条件及び結果を表２に示す。なお表面欠陥深さ
は鋳塊全長１ｍにおいて表面欠陥が発生しなくなるまで
の表面切削量により、測定した。

（以下余白） 発明の効果 本発明により電子ビーム溶解において、表面性状の良好
な鋳塊を製造することができるので、鋳塊の表面切削量
を著しく低減することができ、また表面切削を省略する
ことができ、歩留向上、作業能率向上に著しい効果を発
揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の説明断面図、第２図は従来法による鋳
塊の表面欠陥を示す説明図、第３図は鋳造時の抜熱量と
鋳塊の表面欠陥深さとの関係を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電子ビーム溶解において、内面上部に低熱伝導材料を被
   覆した水冷銅鋳型を用い、該被覆部に溶融プールを保持
   しながら凝固殻が形成されたのちに冷却して鋳造するこ
   とを特徴とする電子ビーム溶解における鋳塊の製造方法
   。