JPS6034614B2 - エレクトロスラグ再溶解法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明ェレクトロスラグ再溶解法に係り、特にアルミニ
ウムや硫黄の含有変動の少ない均質なアルミニウム及び
／又は硫黄含有鋼若しくは合金を与え得るェレクトロス
ラグ再溶解法に関するものである。

時効硬化の如き材質特性の賦与や窒化などの為に意図的
にアルミニウム（ＡＩ）を含有せしめ、また被削性の改
善等の為に意図的に硫黄（Ｓ）を含有せしめた鋼や合金
において、非金属介在物の除去、銭塊組織の健全化（結
晶組織の微細化）などの目的で、一旦大気溶解して得ら
れた銭塊を再び溶解せしめる必要性が生じる場合がある
。

従来より、このような場合における再溶解法としては、
ェレクトロスラグ再溶解法（ＥＳＲ法）と真空アーク溶
解法の二通りの方法が実用化されてきているが、両者の
比較において、真空アーク溶解により得られる銭塊には
肌手入れが必要で、そのため歩留りがＥＳＲ法の約９４
％に比べて８５％と悪くなるところから、得られる銭塊
の表面手入れの省略や歩留りなどの観点においてＥＳＲ
法の優位性が認められている。しかしながら、通常のェ
レクトロスラグ再溶解法を上記の如きＡＩやＳを含む銅
若し〈は合金に適用すると、再溶解の過程において、Ｎ
の酸化や脱硫が著しく進行して落陽中のＡＩやＳが奪わ
れ、到底目的とする組成の鋼塊や合金鏡塊を得ることが
出釆なかったのである。そこで、従来から、かくの如き
ＡＩやＳを含有する鋼若しくは合金をェレクトロスラグ
再溶解する際における問題に対する解決策として、次の
ようなものが提案されている。

即ち、先ず、ＡＩの成分変動対策としては、【１｝アル
ゴンなどの不活性ガスを供給してＡＩの酸化を防止する
、ｔ２｝スラグ中のＳｉ０２等、還元され易い酸化物を
極力低減せしめる、糊消耗電極として用いられる母材に
付着しているスケールを予めグラインダにより除去して
おく、等があり、またＳの成分変動対策としては、袴開
昭４９一６２３１１号公報記載の如きＣａＦ２／山２０
３／Ｍｇ○系スラグを使用する方法、特開昭５０−５３
２１７号公報記載の極さ電極（母材）中に含まれるＳの
２〜４倍量のＳ分を含有せしめたスラグを用いる方法な
どである。しかしながら、本発明者らが種々検討したと
ころによると、これらの解決法にあっても、得られる再
溶解銭塊中におけるＡＩの変動やＳの変動は容易に解消
され得ず、依然として母材の再溶解過程においてＡＩや
Ｓの無視し得ない損失が惹起されたり、該再溶解銭塊の
底部と頭部との間のＡＩ舎量、Ｓ舎量に差を生じたりす
る問題が惹起され、ェレクトロスラグ再溶解法における
ＡＩ変動、Ｓ変動の問題が充分に解決されているとは言
えないことが明らかとなったのである。

ここにおいて、本発明者らは、かかる事情に鑑みて更に
検討を進めた結果、易融性と流動性とに富み、また非金
属介在物膨潤能力に優れていることなどから、従来より
スラグの主成分として無条件に用いられている弗化カル
シウム（ＣａＦ２）が前記ＮやＳの変動に大きな影響を
もたらしており、そしてこのような従来のＣａＦ２ベー
スのスラグを弗化マグネシウム（ＭｇＦ２）ベースに変
えることにより、鋼あるいは合金中のＡＩおよび／また
はＳ量の変動を効果的に抑制し得ることを見い出し、本
発明に到達したのである。

従って、本発明の目的とするところは、ェレクトロスラ
グ再溶解において鋼中あるいは合金中のＮおよび／また
はＳの含有量の変動を著しく抑制せしめ、得られる再溶
解銭塊の特に底部と頭部間の成分変動を極めて少なくし
得る方法を提供することにあって、そのために、山およ
び／またはＳを含有する鋼若し〈は合金のェレクトロス
ラグ再溶解に際して、スラグ成分として少なくとも４５
％のＭが２を含むスラグを用いるようにしたことにある
のである。

かくの如く、本発明に従って、従来のＣａｐ２ベースの
スラグに代えてＭｇＦ２べ−スのスラグを用いることに
より、再溶解過程におけるＡＩやＳの損失も著しく抑制
され得、また得られる再溶解銭塊中のＮ量、Ｓ量の変動
が著しく少なくされ得て、均質な鏡塊が得られることと
なったのであるが、何故にこのようにＭｇＦ２ベースの
スラグを使用した場合に優れた効果が得られるのか、未
だその理由は具体的に解明されていない。

しかしながら、いずれにしても単にＭｇＦ２ベースのス
ラグを用いることによって銭塊中のＡＩ舎量やＳ舎量を
容易に安定化、均一化することが出来ることとなったこ
とは、工業上極めて有益であることは事実である。なお
、ここで、かくの如き本発明において再溶解せしめられ
る材料とは、前述したように材料特性などを改善せしめ
るために所定量のＮおよび／またはＳを含有せしめた鋼
若しくは合金であって、これらは一般に公知の通常の溶
解法に従って造擁されたものである。

そして、かかる鋼若しくは合金中には、通常、所定の性
能を得るために、ＡＩが約０．１程度から数％程度、ま
たＳは約０．０１％程度から約０．２％程度、含有せし
められているのである。そして、かかる含ＡＩおよび／
またはＳ鋼若しくは合金は消耗電極として用いられ、従
来と同様にしてェレクトロスラグ再溶解せしめられるこ
ととなるのであるが、本発明にあっては、その際にＭｇ
Ｆ２ベースのスラグを用いるところに特徴を有している
。

即ち、ＭｇＦ２の含有割合（重量基準。以下同じ）が少
なくとも４５％以上、好ましくは５０〜８０％のスラグ
を用いるものである。なお、かかるスラグ成分としての
Ｍが２は従来のＣａＦ２と同機な優れた非金属介在物膨
潤能力を有し、また易融性や流動性に富んでおり、スラ
グ主成分として好適なものであるが、またその所定量の
存在によって本発明の目的が良好に達成され得るのであ
る。また、本発明にあっては、かかるＭｇＦ２ベースの
スラグに、更にスラグ成分として５〜４０％の酸化アル
ミニウム（ＡＩ２０３）が好適に含有せしめられる。こ
のＮ２０３はスラグの電気的な比抵抗を増す上において
重要であり、その所定量の存在により再溶解操作がやり
易くなり、平滑で美麗な鋳塊肌が確保され得る他、母材
（再溶解材料）中のＮが酸化物となるのを抑制し、換言
すればＡＩの損失を抑制してＡＩの歩留りの向上を図り
得る効果を発揮する。なお、ＡＩ２０３量が４０％を越
えるようになると、スラグ融点が高くなって、溶解がや
りにくくなる。さらに、かくの如き本発明に係るＭｇＦ
２ベースのスラグには、母材中に含まれるＡＩ及び／又
はＳの量に応じて、約７％を越えない量のＡＩ（単体）
及び／又は約５％越えない量のＳ（単体）がそれぞれ含
有せしめられることが望ましい。

ＡＩは得られる再溶解錆塊中の釘の変動を防止して高位
安定化せしめ、また同様にＳも得られる再溶解鏡塊中の
Ｓの変動を防止して高位安定化せしめる。その他、本発
明のスラグには、必要に応じて公知のスラグ成分が含有
せしめられる。

例えば、含Ｎ材料を母材とする場合には、脱硫のために
公知の酸化カルシウム（ＣａＯ）が含有せしめられるこ
ととなる。また、スラグ中のＭｇの酸化を防ぐこと等の
ために酸化マグネシウム（Ｍ処）も好適に含有せしめら
れるのである。これらのその他のスラグ配合成分は不純
物をも含めて合計量で約７％程度以下の割合で用いられ
ることとなる。なお、本発明にあっては、本発明の目的
を著しく阻実しない限りにおいて、従来から用いられて
いるＣａＦ２もまたスラグ成分として或程度含有せしめ
ることが可能である。かくの如き組成のスラグを用いた
所定の母材に対するェレクトロスラグ再溶解には、本発
明にあっては、通常の溶解操作条件が適用されることと
なり、一般に大気中或は不活性雰囲気中において再溶解
が行なわれるのである。

そして、このようなェレクトロスラグ再溶解手法に従っ
て得られた鋼魂や合金銭塊には、従来のェレクトロスラ
グ再溶解法にて得られる非金属介在物除去効果や銭塊組
織の健全化効果、更には錆肌の平滑、美麗化などの効果
が同機に達成されていることは勿論、ＡＩ及び／又はＳ
の偏折が著しく改善されており、それ故錆塊内でそれら
が均一に分散した、底部と頭部との間のＡＩ変動、Ｓ変
動の少ない均質な銭塊と為し得たのである。

以下にいくつかの実施例を示し、本発明を更に具体的に
明らかにするが、本発明がかかる実施例の記載によって
何等の制約をも受けるものではないことは言うまでもな
いところである。なお、実施例中の百分率は全べて重量
基準によるものである。実施例 １ Ｃ＝０．１２％、Ｓｉ＝０．４０％、Ｍｎ＝１．６０％
、ＡＩ＝１．００％及びＳ＝０．１２０％含む、大気溶
解して得られた鋼塊を消耗電極として用い、Ｍ餌２＝７
１．５％、山２０３＝２０％、Ｓ：３．５％及びＮ＝５
％からなるスラグＡまたは該スラグＡのＭｇＦ２成分を
従来のＣａＦ２に代えたのみのスラグＢの存在下に、ェ
レクトロスラグ再溶解炉にて、電流密度１０２Ａ／めで
溶解せしめた。

得られた鋼塊中のＳ含量並びにＡＩ含量を、該鋼塊の底
部（恥ｔ）位置、１／３位置、２／３位置、頭部（Ｔｏ
ｐ）位置においてそれぞれ求め、その結果を第１図及び
第２図に示した。

なお、それらの図のＡ，Ｂの記号は使用スラグの記号に
対応するものである。第１図及び第２図の結果より明ら
かなように、本発明に従うＭｇＦ２をベースとしたスラ
グＡを用いた場合において、鋼塊中の底部−頭部間のＳ
変動及びＮ変動は極めて少なく、しかもＳ含量及びＡＩ
含量は高位安定化しており、従って母材中のＳ，Ｎの損
失が抑制されつつ、再溶解鋼塊中にＳ，山が効果的に導
入されて均質な鋼塊が得られているのである。

これに対し、従来の如きＣａｐ２をベースとしたスラグ
Ｂを用いた場合にあってはＳ，ＡＩとも底部一顧部間に
おいて著しい含量変動が認められており、また再溶解鋼
塊中に導入される量においても相当低下しており、それ
らの成分の損失が惹起されているのが認められるのであ
る。実施例 ２ Ｃ＝０．１２％、Ｓｉ＝０．４％、Ｍｎ＝１．６０％及
びＮ＝１．００％を含む鋼塊を消耗電極として用い、実
施例１と同様にしてェレクトロスラグ再溶解せしめた。

使用したスラグは実施例１のものと同機なＭｇＦ２一Ａ
Ｉ２０３系、ＣａＦ２・‐Ｎ２０３系のものであるが、
ＡＩ配合率を５％と２％に代えた二つの場合についてそ
れぞれ実験した。得られた再溶解鋼塊の頭部ＡＩ舎量と
底部ＡＩ合 ．量との関係を第３図ａ，ｂにそれぞれ示
すが、それらの図より明らかな如く、本発明に従うＭｇ
Ｆ２−Ｎ２０３系スラグを用いた場合〔第３図ｂ〕にお
いて理想線（破線）に近い頭部ＡＩ舎量と底部ＡＩ含量
の関係が得られ、また鋼魂のＡＩ含量が高位安定してい
ることが認められる。

なお、これらの図において、０は２％山配合スラグの場
合の結果を示し、０は５％ＡＩ配合スラグの場合の結果
を示している。実施例 ３ Ｓを約０．１２％含有せしめた鋼塊を実施例１と同機に
してェレクトロスラグ再溶解せしめた。

ついで、この得られた鋳塊を分析した結果、本発明に従
うＭｇＦ２ベースのスラグＡを用いた場合には該銭塊の
底部、頭部とも約０．１１５％のＳ含量を示し、全体的
に均質な銭塊となっていることを認めた。一方、従来の
ＣａＦ２をベースとしたスラグＢを用いた場合には、底
部が約０．０４５％、頭部が約０．０７０％のＳ含量を
示す、Ｓ変動の著しい且つＳ含量のレベルが著しく低い
不均質な銭塊が得られた。

実施例 ４ Ａ！２０３＝２０％、ＣａＦ２＝２０％、ＭｇＦ２＝５
１．５％、Ｓ＝３．５％、Ｎ＝５％からなるスラグを用
いること以外は実施例１の条件を採用して、ェレクトロ
スラグ再溶解せしめた。

得られた鋼魂のＳ含量は底部で０．０７５％、頭部で０
．０８５％を示し、Ｓ変動の少ないものであった。

また、ＡＩ舎量も底部で０．９５％、頭部で１．０５％
を示し、変動の著しく少ないものであった。実施例 ５
Ｎｉ／Ｃｒ／Ｍｏ／ＡＩ＝７７／２１／３／０．２１（
％）並びにＮｉ／Ｃｒ／Ｎ＝６５／３２ノ３．０４（％
）なる組成の二種のＮｉ基耐熱合金に対して、それぞれ
Ｎ２０３／ＭｇＦ２／ＡＩ＝２０／７９／１（％）及び
１５／７９／６（％）なる組成のスラグを用い、ェレク
トロスラグ再溶解を行なった。

得られた成品（合金鏡塊）中の底部と頭部の平均Ｎ分析
値は、前者の場合で０．１８％、後者の場合で３．１２
％を示し、該成品中においてＡＩが高位安定化せしめら
れていることが認められた。

【図面の簡単な説明】 第１図及び第２図はそれぞれ実施例１で求められた鋼塊
中のＳ変動及びＡＩ変動を示すグラフ、第３図ａ，ｂは
それぞれ実施例２で求められたＣａＦ２一Ｎ２０３系ス
ラグ及びＭｇＦ２一Ｎ２０３系スラグを用いた場合にお
ける頭部ＡＩ舎量と底部ＡＩ含量との関係を示すグラフ
である。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルミニウムおよび／または硫黄を含有する鋼若し
   くは合金をエレクトロスラグ再溶解するに際して、スラ
   グ成分として少なくとも４５％の弗化マグネシウムを含
   むスラグを用いることを特徴とするエレクトロスラグ再
   溶解法。 ２ 前記スラグが、更に５〜４０％の酸化アルミニウム
   をスラグ成分として含む特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ３ 前記スラグが、更に約７％を越えない量でアルミニ
   ウムをスラグ成分として含み、アルミニウム含有する鋼
   若しくは合金が再溶解せしめられる特許請求の範囲第１
   項または第２項記載の方法。 ４ 前記スラグが、更に約５％越えない量で硫黄をスラ
   グ成分として含み、硫黄を含有する鋼若しくは合金が再
   溶解せしめられる特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の方法。 ５ 前記スラグが、更に約７％を越えない量のアルミニ
   ウムと約５％を越えない量の硫黄とをスラグ成分として
   それぞれ含み、アルミニウム及び硫黄を含有する鋼若し
   くは合金が再溶解せしめられる特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の方法。