(57)【要約】【課題】介在物量を低減させて、耐熱衝撃特性に優れた鋳鋼品を製造することができる鋳鋼品の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る鋳鋼品の製造方法は、高周波誘導炉でＡｒガスを流して攪拌しながら溶解した鋳鋼品の溶湯を得て、得られたその溶湯に対して、１００Ｔｏｒｒ以下で１０分間〜３０分間保持して、Ａｒガスにより撹拌しながら真空脱ガス処理を施す。ここで、真空脱ガス処理に際してのＡｒガスの流量としては、０．１Ｌ／ｍｉｎ〜１．０Ｌ／ｍｉｎとすることが好ましい。この製造方法で得られる鋳鋼品は、介在物量が０．１％未満である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波誘導炉でＡｒガスを流して攪拌しながら溶解した鋳鋼品の溶湯を得て、得られた該溶湯に対して、１００Ｔｏｒｒ以下で１０分間〜３０分間保持し、Ａｒガスにより撹拌しながら真空脱ガス処理を施す
耐熱衝撃特性を有する鋳鋼品の製造方法。
【請求項２】
０．１Ｌ／ｍｉｎ〜１０Ｌ／ｍｉｎの流量のＡｒガスを用いて、前記溶湯を撹拌する
請求項１に記載の耐熱衝撃特性を有する鋳鋼品の製造方法。
【請求項３】
窒素ガスを吹き込まない
請求項１又は２に記載の耐熱衝撃特性を有する鋳鋼品の製造方法。
【請求項４】
前記鋳鋼品に含まれる介在物量が、０．１％未満である
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の耐熱衝撃特性を有する鋳鋼品の製造方法。
【請求項５】
前記鋳鋼品は、
Ｃ：０．２０ｗｔ％〜０．５０ｗｔ％、Ｓｉ：≦２．００ｗｔ％、Ｍｎ：≦２．００ｗｔ％、Ｐ：≦０．０４０ｗｔ％、Ｓ：≦０．０４０ｗｔ％、Ｎｉ：１１．００ｗｔ％〜２８．００ｗｔ％、Ｃｒ：２３．００ｗｔ％〜３７．００ｗｔ％含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、
さらにＮｉ：３３．００ｗｔ％以上である場合には、Ｗ：１．００ｗｔ％〜６．００ｗｔ、Ｃｏ：２．００ｗｔ％〜１７．００ｗｔ％を含有してなる
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の耐熱衝撃特性を有する鋳鋼品の製造方法。
【請求項６】
前記鋳鋼品は、
Ｃ：０．１５ｗｔ％〜０．４０ｗｔ％、Ｓｉ：≦０．５０ｗｔ％、Ｍｎ：≦１．００ｗｔ％、Ｐ：≦０．０４０ｗｔ％、Ｓ：≦０．０４０ｗｔ％、Ｆｅ：≦１０．００ｗｔ％、Ｃｒ：３２．００ｗｔ％〜３６．００ｗｔ％、Ｗ：４．００ｗｔ％〜１７．００ｗｔ％を含有し、残部がＮｉ及び不可避不純物からなる
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の耐熱衝撃特性を有する鋳鋼品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐熱衝撃特性に優れた鋳鋼品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造品の製造に必要となる金属溶湯には、水素ガスや、酸化物をはじめとする非金属介在物が含まれることが多い。例えば、金属溶湯中に水素ガスが多く存在すると、鋳造品にガスポロシティー等の欠陥を生じさせ、また、酸化物等が含まれると、鋳造品中において介在物となる。
【０００３】
このような欠陥や介在物は、どちらも鋳造品の破壊の起点となって、材料の耐熱衝撃性が大きく損なわれることとなり、製品組立の溶接施工時において溶接割れの主な原因となってしまう。また、繰り返しの温度変動を伴う使用環境下においては、同様の理由により、短寿命となる原因となってしまう。
【０００４】
このため、鋳造品中に水素ガスや非金属介在物が多く含まれるのは、製品の品質上好ましくなく、製品品質の低下を防ぐ方法が求められている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、金属溶湯中の水素ガスや酸化物等の非金属介在物を除去するために、真空中に設置した保持炉において、溶湯中にＡｒ等の不活性ガスを導入して撹拌し、微細に分散させた不活性ガスに金属溶湯内の水素や非金属介在物を吸着させて除去するＶＯＤ（ｖａｃｕｕｍ  ｏｘｙｇｅｎ  ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）法が開示されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された方法は、窒素の濃度を精度よく調整しながら、介在物の低減を促進することを目的としており、そのことから、窒素ガスによる還流を必須の条件としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−２２４４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、介在物量を低減させて、耐熱衝撃特性に優れた鋳鋼品を製造することができる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、Ａｒガスを流して攪拌しながら溶解した鋳鋼品の溶湯を、所定の条件に保持して、Ａｒガスにより撹拌しながら真空脱ガス処理を施すことで、上述した課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
（１）本発明の第１の発明は、高周波誘導炉でＡｒガスを流して攪拌しながら溶解した鋳鋼品の溶湯を得て、得られた該溶湯に対して、１００Ｔｏｒｒ以下で１０分間〜３０分間保持して、Ａｒガスにより撹拌しながら真空脱ガス処理を施す、耐熱衝撃特性を有する鋳鋼品の製造方法であり。
【００１１】
（２）本発明の第２の発明は、第１の発明において、０．１Ｌ／ｍｉｎ〜１．０Ｌ／ｍｉｎの流量のＡｒガスを用いて、前記溶湯を撹拌する、耐熱衝撃特性を有する鋳鋼品の製造方法である。
【００１２】
（３）本発明の第３の発明は、第１又は第２の発明において、窒素ガスを吹き込まない、耐熱衝撃特性を有する鋳鋼品の製造方法である。
【００１３】
（４）本発明の第４の発明は、第１乃至第３のいずれかの発明において、前記鋳鋼品に含まれる介在物量が、０．１％未満である、耐熱衝撃特性を有する鋳鋼品の製造方法である。
【００１４】
（５）本発明の第５の発明は、第１乃至第４のいずれかの発明において、前記鋳鋼品は、Ｃ：０．２０ｗｔ％〜０．５０ｗｔ％、Ｓｉ：≦２．００ｗｔ％、Ｍｎ：≦２．００ｗｔ％、Ｐ：≦０．０４０ｗｔ％、Ｓ：≦０．０４０ｗｔ％、Ｎｉ：１１．００ｗｔ％〜２８．００ｗｔ％、Ｃｒ：２３．００ｗｔ％〜３７．００ｗｔ％含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、さらにＮｉ：３３．００ｗｔ％以上である場合には、Ｗ：１．００ｗｔ％〜６．００ｗｔ、Ｃｏ：２．００ｗｔ％〜１７．００ｗｔ％を含有してなる、耐熱衝撃特性を有する鋳鋼品の製造方法である。
【００１５】
（５）本発明の第５の発明は、第１乃至第４のいずれかの発明において、前記鋳鋼品は、Ｃ：０．１５ｗｔ％〜０．４０ｗｔ％、Ｓｉ：≦０．５０ｗｔ％、Ｍｎ：≦１．００ｗｔ％、Ｐ：≦０．０４０ｗｔ％、Ｓ：≦０．０４０ｗｔ％、Ｆｅ：≦１０．００ｗｔ％、Ｃｒ：３２．００ｗｔ％〜３６．００ｗｔ％、Ｗ：４．００ｗｔ％〜１７．００ｗｔ％を含有し、残部がＮｉ及び不可避不純物からなる、耐熱衝撃特性を有する鋳鋼品の製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、介在物量を効果的に低減させることができ、耐熱衝撃特性に優れた鋳鋼品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】熱衝撃試験に用いる試験片の形状を示す図である。
【図２】実施例、比較例で得られた試料のそれぞれの顕微鏡観察像である。
【図３】実施例１及び比較例１の熱衝撃試験の結果を示すグラフ図である。
【図４】実施例２及び比較例２の熱衝撃試験の結果を示すグラフ図である。
【図５】実施例３及び比較例３の熱衝撃試験の結果を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の具体的な実施形態（以下、「本実施の形態」という）について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。
【００１９】
本実施の形態に係る鋳鋼品の製造方法は、耐熱衝撃特性を有する鋳鋼品の製造方法である。具体的に、この製造方法では、先ず、高周波誘導炉でＡｒガスを吹き込んで攪拌しながら溶解することによって鋳鋼品の溶湯を得る。そして、得られたその溶湯に対して、１００Ｔｏｒｒ以下で、Ａｒガスを用いて撹拌しながら１０〜３０分間保持することによって、真空脱ガス処理を施す。
【００２０】
真空脱ガス処理は、例えば、公知の真空脱ガス処理装置を用いて行うことができる。例えば、真空脱ガス処理装置としては、特に限定されないが、溶湯が装入される取鍋と、真空状態として取鍋に装入した溶湯内のガス成分や酸化物の除去を行う真空槽とを備える。また、真空槽の下部には、不活性ガスであるＡｒガスを吹き込む吹き込み口が設けられ、真空槽の上部には、真空槽内のガスを排気する排気口が設けられている。
【００２１】
真空脱ガス処理装置に装入する溶湯は、所望とする組成の鋳鋼品となるように秤量した金属材料を、高周波誘電炉を用いて溶解させることによって得ることができる。このとき、溶解に際しては、誘電炉内に装入された金属材料に対して、不活性ガスであるＡｒガスを吹き込むことによって十分に撹拌させながら行う。このように、金属材料を溶解して溶湯とする際においても、Ａｒガスを吹き込んで撹拌しながら行うことで、溶湯に含まれる水素ガス等のガス成分や、酸化物成分をより効果的に除去することができる。
【００２２】
高周波誘電炉としては、特に限定されず、公知のものを用いることができる。
【００２３】
次に、溶解して得られた鋳鋼品の溶湯に対して、真空脱ガス処理を施す。この真空脱ガス処理においては、１００Ｔｏｒｒ以下に真空引きして維持し、Ａｒガスを用いて溶湯を攪拌しながら、１０分間〜３０分間保持することによって行う。
【００２４】
なお、溶解炉である高周波誘電炉と、真空脱ガス処理装置とをそれぞれ用意し、溶解炉にて溶湯を得た後、その溶湯を真空脱ガス処理装置の取鍋内に装入して、真空脱ガス処理を行うようにすることができるが、溶解炉に真空脱ガス処理装置を具備させ、溶解して溶湯を得た後にそのまま（取鍋等に移すことなく）、真空脱ガス処理を行うようにしてもよい。このように、溶解炉に真空脱ガス処理装置を具備させ、得られた溶湯に対してそのまま真空脱ガス処理を行うことで、効率的な操業が可能となる。また、取鍋に移送させる際のガス成分や酸化物の混入も防ぐことができ、より効果的に、介在物量を低減した鋳鋼品を得ることができる。
【００２５】
真空脱ガス処理においては、真空槽内を１００Ｔｏｒｒ以下の真空度に保持して行う。また、好ましくは５０Ｔｏｒｒ以下とし、より好ましくは３０Ｔｏｒｒ以下とする。このように、真空度として１００Ｔｏｒｒ以下に保持して処理することによって、介在物を効果的に除去することができる。具体的に、真空脱ガス処理においては、例えば、真空槽の上部に設けられた排気口から真空槽内のガスを排気してその内部を略真空の状態とする。
【００２６】
真空状態の保持時間としては、１０分間〜３０分間とする。このような保持時間で真空度を１００Ｔｏｒｒ以下に保持して真空脱ガス処理を施すことによって、介在物を効果的に除去することができる。
【００２７】
また、真空脱ガス処理においては、真空槽の下部に設けられた吹き込み口を介してＡｒガスの吹き込みを行うことによって、Ａｒガスを溶湯内で循環させるようにし、それにより、溶湯を攪拌させる。このように、真空引き中において、Ａｒガスを吹き込んで攪拌しながら真空脱ガス処理を施すことによって、溶湯に含まれる水素ガス等のガス成分や、酸化物成分を効果的に除去することができる。
【００２８】
Ａｒガスの流量としては、特に限定されないが、０．１Ｌ／ｍｉｎ〜１０Ｌ／ｍｉｎ程度とすることが好ましく、０．３Ｌ／ｍｉｎ〜５．０Ｌ／ｍｉｎ程度とすることがより好ましく、０．５Ｌ／ｍｉｎ〜１．０Ｌ／ｍｉｎ程度とすることが特に好ましい。Ａｒガスの流量が０．１Ｌ／ｍｉｎ未満であると、溶湯を十分に撹拌することができず、溶湯中のガス成分や酸化物等を除去することができない可能性がある。一方で、Ａｒガスの流量が１０Ｌ／ｍｉｎより多いと、それ以上にガス成分や酸化物等を除去する効果は高まらず、また、溶湯から飛沫が生じて炉体にダメージを与えることで装置寿命が短くなり、コストが上昇する可能性がある。
【００２９】
ここで、この鋳鋼品の製造方法においては、溶湯内にＮ２（窒素）ガスを吹き込まない（還流させない）。真空脱ガス処理において、例えばＡｒガスと共に、あるいはＡｒガスに代えて、Ｎ２ガスを吹き込んだ場合、溶湯の攪拌能力は高まると考えられるが、溶湯に窒素成分が含有されることになり、得られる鋳鋼品の組成に影響する。
【００３０】
本実施の形態においては、具体的には、Ｃ：０．２０ｗｔ％〜０．５０ｗｔ％、Ｓｉ：≦２．００ｗｔ％、Ｍｎ：≦２．００ｗｔ％、Ｐ：≦０．０４０ｗｔ％、Ｓ：≦０．０４０ｗｔ％、Ｎｉ：１１．００ｗｔ％〜２８．００ｗｔ％、Ｃｒ：２３．００ｗｔ％〜３７．００ｗｔ％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなり、さらにＮｉ：３３．００ｗｔ％以上においては、Ｗ：１．００ｗｔ％〜６．００ｗｔ、Ｃｏ：２．００ｗｔ％〜１７．００ｗｔ％を含有する耐熱性を有する鋳鋼品を製造する。
【００３１】
また、他の組成例としては、Ｃ：０．１５ｗｔ％〜０．４０ｗｔ％、Ｓｉ：≦０．５０ｗｔ％、Ｍｎ：≦１．００ｗｔ％、Ｐ：≦０．０４０ｗｔ％、Ｓ：≦０．０４０ｗｔ％、Ｆｅ：≦１０．００ｗｔ％、Ｃｒ：３２．００ｗｔ％〜３６．００ｗｔ％、Ｗ：４．００ｗｔ％〜１７．００ｗｔ％を含有し、残部がＮｉ及び不可避不純物からなる鋳鋼品を製造することができる。
【００３２】
さて、本実施の形態に係る製造方法においては、高周波誘導炉でＡｒガスを流して攪拌しながら溶解した鋳鋼品の溶湯を、１００Ｔｏｒｒ以下で、Ａｒガスを用いて撹拌しながら１０〜３０分間保持して真空脱ガス処理を施すことで、例えば上述した組成を有するものであって、介在物量を有効に低減させた鋳鋼品を得ることができる。そして、鋳鋼品において、介在物量が少ないことから、破壊の起点が少なく、したがって、耐衝撃性、耐熱性を有する鋳鋼品となる。
【００３３】
具体的に、この製造方法により得られる鋳鋼品においては、介在物量が０．１％未満である。介在物量は、例えば、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５５に規定されている「鋼の非金属介在物の顕微鏡試験方法」に基づき、顕微鏡観察像から得られる介在物の面積から測定することができる。
【００３４】
また、上述したように、この製造方法により得られる鋳鋼品は、耐熱性を有するものである。「耐熱性」とは、繰り返しの温度変動を伴う使用環境下においても、その耐衝撃性を維持する性質をいい、これにより、鋳鋼品が長寿命化する。なお、この鋳鋼品の特性を、耐熱衝撃特性ともいう。
【００３５】
この耐熱衝撃特性は、例えば以下に示す熱衝撃試験によって実施することができる。なお、「熱衝撃」とは、一体構造物（例えば鋳鋼品）に濃度勾配が発生して、大きな熱応力がそれに伴って発生することをいう。
［熱衝撃試験］
図１に示すような偏心リングを試験片として用い、加熱×２０分→水冷×１５秒の急熱、急冷の熱サイクル試験を実施して、その後の試験片の割れの発生状況を確認する。熱サイクル試験における加熱温度としては、鋳鋼品の目的とする使用温度に応じて適宜設定することができる。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明の実施例を示してより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００３７】
［実施例］
ＪＩＳ規格の「ＳＣＨ１３」と「ＳＣＨ２２」、米国ＢＬＡＷ−ＫＮＯＸ社製の「ＮＡ２２Ｈ」の３つの金属材料を用いた。実施例では、高周波誘導炉で金属材料を、Ａｒガスを吹き込んで攪拌しながら溶解した溶湯を、１００Ｔｏｒｒ以下で、Ａｒガスを用いて撹拌しながら１０分間保持して、流量を０．５Ｌ／ｍｉｎに調整したＡｒガスを溶湯に吹き込んで撹拌して真空脱ガス処理を施した。
【００３８】
試料は、鋳放し寸法が直径３０ｍｍ、長さ３００ｍｍとなるよう砂型にて鋳造して鋳鋼品とした。
【００３９】
［比較例］
比較例では、「ＳＣＨ１３」、「ＳＣＨ２２」、及び「ＮＡ２２Ｈ」の３つの金属材料を溶解して、得られた溶湯に対して真空脱ガス処理を行うことなく鋳造した。
【００４０】
試料は、実施例１と同様に、鋳放し寸法が直径３０ｍｍ、長さ３００ｍｍとなるよう砂型にて鋳造して鋳鋼品とした。
【００４１】
下記表１に、実施例、比較例にて得られた鋳鋼品の成分分析の結果を示す。
【００４２】
【表１】
2017179404.tif 000003
【００４３】
［評価］
（介在物量の測定）
実施例１〜３、比較例１〜３で得られた試料に基づいて、介在物量の測定を行った。下記表２に、測定結果をまとめて示す。なお、介在物量は、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５５に規定されている「鋼の非金属介在物の顕微鏡試験方法」に基づいて行った。図２は、実施例、比較例で得られた試料のそれぞれの顕微鏡観察像である。
【００４４】
【表２】
2017179404.tif 000004
【００４５】
表２に示すように、いずれの材質においても、実施例の介在物量は、比較例の介在物量より５０％以上低減されていた。
【００４６】
（熱衝撃試験）
実施例１〜３、比較例１〜３で得られた試料について熱衝撃試験を行った。熱衝撃試験は、得られた試料を用いて、図１に示す形状の試験片（偏心リング）を作製し、下記表３の条件サイクルで加熱、冷却を行い内部熱応力を生じさせ、割れの発生状況を観察した。
【００４７】
【表３】
2017179404.tif 000005
【００４８】
下記表４に、実施例１及び比較例１（ＳＣＨ１３）のサイクル数に対する割れの発生件数の結果を示し、下記表５に、実施例２及び比較例２（ＳＣＨ２２）のサイクル数に対する割れの発生件数を示し、下記表６に、実施例３及び比較例３（ＮＡ２２Ｈ）のサイクル数に対する割れの発生件数を、それぞれ示す。また、図３〜図５は、表４〜表６に示す結果をグラフ化したものである。
【００４９】
【表４】
2017179404.tif 000006
【００５０】
【表５】
2017179404.tif 000007
【００５１】
【表６】
2017179404.tif 000008
【００５２】
表４〜表６、図３〜図５に示したように、いずれの材質においても、実施例の試料では割れが発生するサイクル数が多かった。このことから、実施例のように、高周波誘導炉で金属材料を、Ａｒガスを流して攪拌しながら溶解した溶湯を用いて、所定の条件で真空脱ガス処理を施すことによって、介在物量を有効にて減らすことができ、耐熱衝撃特性に優れた鋳鋼品を得ることができることが分かった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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