(57)【要約】  本発明は、低合金鋼鋳塊を製造する方法であって、  ａ）真空アーク再溶融法により、電極の全てまたは一部を溶融するステップであって、電極は、溶融前に、鉄および炭素を含み、電極の溶融部分は、るつぼ内に収集され、このようにして、るつぼ内に溶融プールを形成するステップと；  ｂ）溶融プールと冷却流体との間の熱交換により、溶融プールを凝固させるステップであって、適用される熱交換は、ステップｂ）の間の４５μｍ／ｓ以下の平均凝固速度を付与し、低合金鋼の鋳塊を得るのに役立つステップと  を含む方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低合金鋼鋳塊（３０）を製造する方法であって、
ａ）真空アーク再溶融法により、電極（１）の全てまたは一部を溶融するステップであって、電極（１）は、溶融前に、鉄および炭素を含み、電極の溶融部分は、るつぼ（１０）内に収集され、このようにして、るつぼ（１０）内に溶融プール（２０）を形成するステップと；
ｂ）溶融プール（２０）と冷却流体との間の熱交換により、溶融プール（２０）を凝固させるステップであって、適用される熱交換は、ステップｂ）の間の４５μｍ／ｓ以下の平均凝固速度を付与し、低合金鋼の鋳塊（３０）を得るのに役立つステップと
を含む方法。
【請求項２】
炭素が、溶融前の電極（１）中に、０．０９％から１．００％の範囲内にある重量含量で存在することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
電極（１）がまた、溶融前に、０．１０％から５．５０％の範囲内にある重量含量のクロムを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
電極（１）がまた、溶融前に、５．００％以下の重量含量のモリブデンを含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
溶融前に、電極（１）が、
０．０９％から１．００％の範囲内にある重量含量の炭素；
６．００％以下の重量含量のマンガン；
５．５０％以下の重量含量のニッケル；
３．００％以下の重量含量のケイ素；
０．１０％から５．５０％の範囲内にある重量含量のクロム；
５．００％以下の重量含量のモリブデン；および
５．００％以下の重量含量のバナジウム
と共に、鉄を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
溶融プール（２０）の直径（ｄ）が、６５０ｍｍから１２００ｍｍの範囲内にあることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
溶融前に、電極（１）が、円筒状の形状であることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
ステップｂ）の間に付与される溶融プール（２０）の平均凝固速度が、４０μｍ／ｓ以下であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
ステップｂ）の間に付与される平均凝固速度が、９μｍ／ｓ以上であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
鉄および炭素を含む低合金鋼でできた部品（３０）であって、部品（３０）は、長手方向軸に沿って延在し、部品（３０）は、ＡＳＴＭ  Ｅ  ４５−１０規格の方法Ｄを使用して評価した場合、長手方向軸に沿った分析に対して、
０．５に等しい重大度レベルのＤ型介在物を含む領域の数が５未満である；
１に等しい重大度レベルのＤ型介在物を含む領域が得られない；および
０．５に等しい重大度レベルのＢ型介在物を含む領域が得られない
という結果が得られるような部品である部品（３０）。
【請求項１１】
ＡＳＴＭ  Ｅ  ４５−１０規格の方法Ｄを使用して評価された場合、部品の長手方向軸に沿って、および長手方向軸に垂直な２つの軸に沿って得られた３つの測定結果を総合すると、
０．５に等しい重大度レベルのＤ型介在物を含む領域の総数が１５以下である
という結果が得られることを特徴とする、請求項１０に記載の部品（３０）。
【請求項１２】
炭素が、０．０９％から１．００％の範囲内にある重量含量で存在することを特徴とする、請求項１０または１１に記載の部品（３０）。
【請求項１３】
０．０５％から５．００％の範囲内にある重量含量のクロムもまた含むことを特徴とする、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の部品（３０）。
【請求項１４】
５．００％以下の重量含量のモリブデンをさらに含むことを特徴とする、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の部品（３０）。
【請求項１５】
０．０９％から１．００％の範囲内にある重量含量の炭素；
５．００％以下の重量含量のマンガン；
５．００％以下の重量含量のニッケル；
３．００％以下の重量含量のケイ素；
０．０５％から５．００％の範囲内にある重量含量のクロム；
５．００％以下の重量含量のモリブデン；および
５．００％以下の重量含量のバナジウム
と共に、鉄を含むことを特徴とする、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の部品（３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低合金鋼鋳塊を製造する方法、およびそのような方法により得ることができる鋼部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
高レベルの交番応力を受ける高信頼性機械部品を作製する際、疲労強度特性を含む求められる特性を特徴付ける結果の全てを網羅する最小曲線を使用することにより、それらを設計することが必要となり得る。残念ながら、最小設計曲線は、平均値だけでなく、結果の分散にも依存する。これは、統計分析が全般的に考慮される航空学において使用される部品に特に該当する。したがって、結果の分散を低減することにより、最小設計曲線を高めることができ、結果として、例えば部品の重量の軽量化を可能とすることによって、より長い耐用期間を有するように、またはそれらが曝露され得る応力を増加させるように、それらの性能を改善することができる。有利には、結果の分散を低減することにより、使用される材料に関して、競合的な技術的差異および経済的な節約を得ることができる。
【０００３】
低サイクル疲労応力の間の寿命は、まず微小亀裂をもたらす金属材料内に存在する粒子の１つに対する開始の瞬間に消費されるエネルギー、次に亀裂の伝播に依存し得る。
【０００４】
適応力の欠如により、ある特定の粒子は早期亀裂を受け、開始エネルギーを低下させ、その後自らマトリックスに比べて寿命を低下させる可能性がある。粒子の性質、その形状、その個々のサイズ、その空間分布、および他の粒子とクラスタ化するその傾向は、全てこの開始エネルギーの低下に対して直接的影響を有し得る。欠陥の種類における分散は、開始エネルギーの低下における広い分散をもたらす可能性があり、結果として、それに応じて最小点を網羅する曲線をさらに低める可能性がある（平均を低め、標準偏差を増大させることにより）。
【０００５】
これは、具体的には鋼に、より具体的には再溶融された低合金鋼において該当し得る。排気された電気アーク炉内で（真空アーク再溶融法を使用して）金属を再溶融することにより、あるグレードの鋼を製造することが知られている。そのようなステップは、そのような再溶融の前に金属内にすでに存在していたある特定の粒子を濾過することにより、介在物清浄度を改善するのに役立つ。
【０００６】
低合金鋼により、硫化物および／または酸化物型の含有粒子の存在は、孤立しているか、凝集しているか、または整列しているかを問わず、低サイクル疲労寿命に対する影響を有し得る。現在行われている再溶融の前の操作は、そのような粒子が存在する可能性を最小限にしようとするものである。
【０００７】
それにもかかわらず、外来性の粒子、および低い溶解度の結果として冷却中に再形成する粒子の両方が残留し得る。
【０００８】
さらに、酸化物および硫化物の浮遊物を液体の表面に規則的に浮上させ、炉内のるつぼの中央から縁部に向かって移動させるために、可能な限り最も安定な再溶融法を実施することが望ましくなり得る。それにもかかわらず、各再溶融炉は、ある特定量の分散を示し、それによりこれらの欠陥のサイズの分散をもたらし、結果として、得られる製品の寿命に格差を生じさせている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
改善された寿命を示す低合金鋼部品を得ることができることが必要とされている。
【００１０】
機械的特性に関してより小さい格差を示す低合金鋼部品を得ることが必要とされている。
【００１１】
再溶融炉の不安定性の影響を低減することを可能にする、低合金鋼を製造する方法を得ることが必要とされている。
【００１２】
また、低合金鋼でできた部品を製造する新たな方法を有することが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的のために、第１の態様において、本発明は、低合金鋼鋳塊を製造する方法であって、
ａ）真空アーク再溶融法により、電極の全てまたは一部を溶融するステップであって、電極は、溶融前に、鉄および炭素を含み、電極の溶融部分は、るつぼ内に収集され、このようにして、るつぼ内に溶融プールを形成するステップと；
ｂ）溶融プールと冷却流体との間の熱交換により、溶融プールを凝固させるステップであって、適用される熱交換は、ステップｂ）の間の４５マイクロメートル毎秒（μｍ／ｓ）以下の平均凝固速度を付与し、低合金鋼の鋳塊を得るのに役立つステップと
を含む方法を提供する。
【００１４】
「低合金鋼」という用語は、５．００％超の重量含量で合金元素が存在しない鋼を意味するものとして理解されるべきである。換言すれば、低合金鋼において、鉄以外の化学元素のそれぞれは、５．００％以下の重量含量で存在する。
【００１５】
本発明の意味において、「溶融プール」という用語は、液体部分と最終的な鋳塊との間にあるペースト状部分と共に電極の溶融後に得られる液体部分を意味する。
【００１６】
「ステップｂ）の間の平均凝固速度」という用語は、ステップｂ）の間に凝固先端が移動する距離をステップｂ）の期間で除した割合を意味するように使用される。凝固先端は、最終的な鋳塊と溶融プールのペースト状ゾーンとの間の境界に相当する。凝固先端が移動した距離は、溶融プールの底部（すなわち、るつぼの底部に最も近接し、凝固先端と接触状態にある溶融プールの点）が移動した時のるつぼの長手方向軸に沿って測定された距離に等しい。ステップｂ）の期間は、溶融プールが凝固している期間である。
【００１７】
本発明は、有利には、サイズおよび整列が低減された介在物を示す低合金鋼鋳塊を得ることを可能にする。
【００１８】
本発明は、有利には、先行技術の方法により製造された鋳塊と比較してより小さい、製造中に得られる介在物の数の分散を示す低合金鋼鋳塊を得ることを可能にする。
【００１９】
本発明の方法により得られた鋳塊は、有利には、既知の方法により製造された鋳塊と比較して改善された機械的特性および寿命を示す。
【００２０】
本発明において、溶融プール内に存在する介在物の全てまたはいくつかが、凝固先端よりも速く溶融プールの表面に「上昇する」のに十分低い、溶融プールの凝固速度が付与される。したがって、本発明において、平均凝固速度は、溶融プール内に存在する介在物のいくつかまたは全ての浮上速度（すなわち、それらが溶融プールの表面に上昇する速度）未満となるように選択される。その結果、本発明は、有利には、介在物が溶融プールの表面における浮遊物として浮上することを可能にし、それらが最終的な鋳塊内に捕捉されるのを防止する。
【００２１】
溶融プール内で介在物が浮上またはデカンテーションされるメカニズムは、ナビエ−ストークス方程式を使用することにより説明され得る。例えば、介在物の浮上速度ｖｆは、以下の方程式により与えられる。
【００２２】
ｖｆ＝Ｋ．ｒ２．Δ（ρ）  （１）
式中、Ｋは、重力および所与の温度における動粘度に起因する加速定数を説明する物理定数であり、ｒは、介在物の半径であり、Δ（ρ）は、介在物の密度と溶融プールの密度との間の差である。
【００２３】
方程式（１）は、小さい介在物が、大きい介在物よりも、その半径の２乗に比例して表面に上昇するのに長い時間を要することを示している。さらに、方程式（１）は、密度差の増加が浮上速度を増加させることを示している。
【００２４】
介在物が溶融プールの表面に上昇するのに必要な時間に相当する、介在物が浮上するのに必要な時間ｔｆｌｏａｔは、以下の方程式を使用して推定され得る。
【００２５】
ｔｆｌｏａｔ＝ΔＤ／ｖｆ  （２）
式中、ΔＤは、介在物の初期位置と、介在物が溶融プールの表面にある位置との間の、るつぼの長手方向軸に沿って測定されるるつぼの底部からの距離の増加分である。
【００２６】
ステップｂ）の間に凝固速度が制御される様式により、溶融プール内に存在する介在物の全てまたはいくつかの浮上時間は、ステップｂ）の期間より短い。
【００２７】
実施において、ステップｂ）の間に付与される平均凝固速度は、有利には、溶融プール内に存在する非金属介在物の全てまたはいくつかの浮上速度より小さくなり得る。
【００２８】
ステップｂ）の間に付与される平均凝固速度は、有利には、溶融プール内に存在し、溶融プール内での結晶化に好適であるが、最終的な鋳塊内での結晶化には好適ではない介在物の浮上速度より小さくなり得る。具体的には、ステップｂ）の間に付与される平均凝固速度は、有利には、溶融プール内に存在するアルミナＡｌ２Ｏ３の浮上速度より、および／または式［（Ａｌ２Ｏ３）ｘ（ＣａＯ）ｙ］の石灰アルミナの浮上速度より小さくなり得る。
【００２９】
同様の密度のアルミナまたは石灰アルミナ介在物に対して、浮上速度、ひいては浮上時間は、同様となり得る。２マイクロメートル（μｍ）の介在物半径の場合、浮上期間は、例えば６０分（ｍｉｎ）未満となり得る。
【００３０】
したがって、例として、ステップｂ）の期間は、６０ｍｉｎ以上、例えば１００ｍｉｎであってもよい。
【００３１】
実施において、ステップｂ）の後、本発明の方法はまた、最終的な鋳塊内に存在する合金元素を均質化するための均質化ステップｃ）を含んでもよい。例として、ステップｃ）は、最終的な鋳塊をその溶融温度よりも低い温度での熱処理に供することを含んでもよい。
【００３２】
そのようなステップは、より高い含量の合金元素を有する領域からより低い含量の合金元素を有する領域に向かって合金元素を拡散させることができる限り、有利である。
【００３３】
実施において、ステップｃ）の後、本発明の方法はまた、鋳塊が高温である間に成形される成形ステップｄ）を含んでもよい。ステップｄ）は、例えばバーまたはシートの形態の鋳塊から半完成品を得るのに役立ち得る。
【００３４】
ステップｂ）の間に付与される平均凝固速度は、好ましくは、４０μｍ／ｓ以下、好ましくは３５μｍ／ｓ未満、好ましくは３０μｍ／ｓ未満、さらに特に好ましくは２５μｍ／ｓ未満であってもよい。
【００３５】
ステップｂ）の間にそのような平均凝固速度を付与することが特に有利である。具体的には、真空アーク再溶融法において、再溶融炉は、介在物の浮遊物が溶融プールの底部に送り返されることとなり得る不安定性を示し得る。そのような不安定性の存在は、それらの介在物が溶融プールの表面に上昇し、そこに滞留するのに必要な時間の長さの増加をもたらし得る。そのような平均凝固速度での操作により、有利には、溶融プールを凝固させるのに必要な時間と、介在物が表面に上昇するのに必要な時間との間の差をさらに増加させることができる。その結果、凝固がより遅く、したがって、溶融プールの底部に送り返されていた可能性のある任意の介在物に、表面に上昇するのに十分な時間が残されることとなるため、再溶融炉の不安定性の悪影響は有利に低減される。
【００３６】
したがって、溶融プール内に存在する介在物の全てまたはいくつかの浮上時間は、有利には、ステップｂ）の期間の３分の２、または実にその半分以下となり得る。
【００３７】
例として、溶融前の電極の直径は、６５０ミリメートル（ｍｍ）から１２００ｍｍの範囲内にあってもよい。
【００３８】
「電極の直径」という用語は、電極の長手方向軸に垂直に測定された電極の最大寸法として理解されるべきである。
【００３９】
好ましくは、溶融前、電極は円筒形状であってもよい。
【００４０】
円筒形電極の使用により、有利には、溶融後、本質的にるつぼの長手方向軸に沿って生じる溶融プール内での介在物の上昇移動を得ることができる。これは、有利には、介在物が溶融プールの表面により直接的に上昇するため、凝固後に最終的な鋳塊内に捕捉される介在物の量をさらに制限するのに役立つ。
【００４１】
本発明は、溶融前に円筒形状である電極を使用することに限定されない。具体的には、変形例において、溶融前、電極は、円錐形状または矩形平行六面体形状であってもよい。
【００４２】
例として、実施において、溶融プールの直径は、６５０ｍｍから１２００ｍｍの範囲内にあってもよい。溶融プールの直径はまた、７００ｍｍから９５０ｍｍの範囲内にあってもよい。溶融プールの直径はまた、６５０ｍｍから９５０ｍｍの範囲内にあってもよい。溶融プールの直径はまた、７００ｍｍから１２００ｍｍの範囲内にあってもよい。
【００４３】
逆の意味が示されない限り、溶融プールの直径は、るつぼの長手方向軸に垂直に測定されたその最大寸法に相当する。例えば、円筒形状のるつぼの場合、溶融プールの直径は、円筒の高さに垂直に測定される。溶融プールの直径は、るつぼの側壁の厚さを考慮せずに測定される。
【００４４】
好ましくは、ステップｂ）の間に付与される平均凝固速度は、９μｍ／ｓ以上、より好ましくは１４μｍ／ｓ以上であってもよい。
【００４５】
凝固速度に対するそのような値の使用は、ステップｂ）の間に特に少ない凝固微細偏析を得ることが可能となるため、有利である。これにより、有利には、最終的な鋳塊の機械的特性、例えばその靭性、またはその静的な機械的特性が等方的である範囲をさらに改善することができる。
【００４６】
さらに、鋳塊内に含有される微細偏析の数が多いほど、均質化ステップｃ）の潜在的期間がより長くなる。
【００４７】
結果として、そのような凝固速度値の使用はまた、有利には、例えば２００時間（ｈ）超の均質化期間を有する必要性を回避することによって、および場合によっては実に１００ｈ超の均質化期間を有するいかなる必要性も回避することによって、方法のより良好な工業的効率を得るのに役立つ。
【００４８】
したがって、そのような凝固速度の使用は、有利には、方法のコストを削減する、およびその生産性を改善するのに役立つ。
【００４９】
当業者の一般的知識は、ステップｂ）の間所望の凝固速度を得るように行われる冷却を適合させるのに十分である。
【００５０】
例として、冷却流体は、冷却液体であってもよい。実施において、ステップｂ）の間、熱交換を行うために、冷却液体と冷却ガスとを組み合わせて使用することが可能である。そのような状況において、冷却ガスは、ヘリウム、アルゴン、および窒素から選択され得る。
【００５１】
例として、冷却液体は、水、ポリマー流体、および溶融ナトリウムから選択され得る。冷却流体として使用される水は、場合によっては硬水軟化剤または抗菌剤等の添加剤を含んでもよい。
【００５２】
例として、冷却流体は、ステップｂ）の全てまたは一部の間、るつぼに対して相対的に移動してもよい。例として、熱交換を行うために使用される冷却流体の循環速度は、ステップｂ）の全てまたは一部の間、１０００リットル毎分（Ｌ／ｍｉｎ）以上であってもよく、好ましくは２０００Ｌ／ｍｉｎから６０００Ｌ／ｍｉｎの範囲内にあってもよい。
【００５３】
例えば、熱交換の開始前、冷却流体は、８０℃以下の温度であってもよい。
【００５４】
例えば、るつぼは、熱伝導性金属を含んでもよく、具体的には熱伝導性金属からなってもよい。例えば、るつぼは、銅または黄銅を含んでもよく、具体的には銅または黄銅からなってもよい。
【００５５】
実施において、溶融前、炭素が０．０９％から１．００％の範囲内にある重量含量で電極内に存在してもよい。
【００５６】
実施において、電極はまた、溶融前、０．１０％から５．５０％の範囲内にある重量含量のクロムを含んでもよい。
【００５７】
実施において、電極はまた、溶融前、５．００％以下の、例えば０．０５％から５．００％の範囲内にある重量含量のモリブデンを含んでもよい。
【００５８】
そのような重量含量でのこれらの元素の使用は、有利には、最終的な鋳塊に満足に足る機械的特性を与える。
【００５９】
実施において、溶融前、電極は、
０．０９％から１．００％の範囲内にある重量含量の炭素；
６．００％以下の、例えば０．０１０％から６．００％の範囲内にある重量含量のマンガン；
５．５０％以下の、例えば０．０１０％から５．５０％の範囲内にある重量含量のニッケル；
３．００％以下の、例えば０．０１０％から３．００％の範囲内にある重量含量のケイ素；
０．１０％から５．５０％の範囲内にある重量含量のクロム；
５．００％以下の、例えば０．０５％から５．００％の範囲内にある重量含量のモリブデン；
５．００％以下の、例えば０．００５％から５．００％の範囲内にある重量含量のバナジウム；および
任意選択で、１種または複数種の他の合金元素であって、総合的に３．００％以下の、例えば０．０１０％から３．００％の範囲内にある重量含量で存在する他の合金元素
と共に、鉄を含んでもよい。
【００６０】
実施において、溶融前、電極は、
０．０９％から１．００％の範囲内にある重量含量の炭素；
６．００％以下の、例えば０．０１０％から６．００％の範囲内にある重量含量のマンガン；
５．５０％以下の、例えば０．０１０％から５．５０％の範囲内にある重量含量のニッケル；
３．００％以下の、例えば０．０１０％から３．００％の範囲内にある重量含量のケイ素；
０．１０％から５．５０％の範囲内にある重量含量のクロム；
５．００％以下の、例えば０．０５％から５．００％の範囲内にある重量含量のモリブデン；
５．００％以下の、例えば０．００５％から５．００％の範囲内にある重量含量のバナジウム；および
任意選択で、１種または複数種の他の合金元素であって、総合的に３．００％以下の、例えば０．０１０％から３．００％の範囲内にある重量含量で存在する他の合金元素；および
１００．００％までの残部の鉄
の組成を示してもよい。
【００６１】
本発明はまた、鉄および炭素を含む低合金鋼でできた部品であって、部品は、長手方向軸に沿って延在し、部品は、ＡＳＴＭ  Ｅ  ４５−１０規格の方法Ｄを使用して評価した場合、長手方向軸に沿った分析に対して、
０．５に等しい重大度レベルのＤ型介在物を含む領域の数が５未満である；
１に等しい重大度レベルのＤ型介在物を含む領域が得られない；および
０．５に等しい重大度レベルのＢ型介在物を含む領域が得られない
という結果が得られるような部品である部品を提供する。
【００６２】
逆の意味が示されない限り、「薄い」介在物および「重い」介在物の両方が考慮される。
【００６３】
本発明のそのような部品は、有利には、先行技術の部品に比べて改善された疲労強度を示す。さらに、複数のこれらの部品が分析された場合、寿命に関して得られた結果の分散は、既知の方法により生成された部品の試料が示す分散よりも小さいことが分かる。
【００６４】
部品は、上述のような方法を実行することにより得ることができる。部品は、非金属介在物を含んでもよい。部品は、上述のステップｂ）の最後、または場合によっては上述のステップｃ）の最後に得られる鋳塊に相当し得る。部品はまた、上述のステップｄ）を実行した後に得られるような半完成品に相当し得る。
【００６５】
実施形態において、部品がＡＳＴＭ  Ｅ  ４５−１０規格の方法Ｄを使用して評価された場合、部品の長手方向軸に沿って、および長手方向軸に垂直な２つの軸に沿って得られた３つの測定結果を総合すると、
０．５に等しい重大度レベルのＤ型介在物を含む領域の総数が１５以下、好ましくは１０以下である
という結果を得ることができる。
【００６６】
実施形態において、炭素は、０．０９％から１．００％の範囲内にある重量含量で存在してもよい。
【００６７】
実施形態において、部品はまた、０．０５％から５．００％の範囲内にある重量含量のクロムを含んでもよい。
【００６８】
実施形態において、部品はまた、５．００％以下の、例えば０．０５％から５．００％の範囲内の重量含量のモリブデンを含んでもよい。
【００６９】
実施形態において、部品は、
０．０９％から１．００％の範囲内にある重量含量の炭素；
５．００％以下の、例えば０．００５％から５．００％の範囲内にある重量含量のマンガン；
５．００％以下の、例えば０．０１０％から５．００％の範囲内にある重量含量のニッケル；
３．００％以下の、例えば０．０１０％から３．００％の範囲内にある重量含量のケイ素；
０．０５％から５．００％の範囲内にある重量含量のクロム；
５．００％以下の、例えば０．０５％から５．００％の範囲内にある重量含量のモリブデン；
５．００％以下の、例えば０．００５％から５．００％の範囲内にある重量含量のバナジウム；および
任意選択で、１種または複数種の他の合金元素であって、総合的に３．００％以下の、例えば０．０１０％から３．００％の範囲内にある重量含量で存在する他の合金元素
と共に、鉄を含んでもよい。
【００７０】
実施形態において、部品は、
０．０９％から１．００％の範囲内にある重量含量の炭素；
５．００％以下の、例えば０．００５％から５．００％の範囲内にある重量含量のマンガン；
５．００％以下の、例えば０．０１０％から５．００％の範囲内にある重量含量のニッケル；
３．００％以下の、例えば０．０１０％から３．００％の範囲内にある重量含量のケイ素；
０．０５％から５．００％の範囲内にある重量含量のクロム；
５．００％以下の、例えば０．０５％から５．００％の範囲内にある重量含量のモリブデン；
５．００％以下の、例えば０．００５％から５．００％の範囲内にある重量含量のバナジウム；
任意選択で、１種または複数種の他の合金元素であって、総合的に３．００％以下の、例えば０．０１０％から３．００％の範囲内にある重量含量で存在する他の合金元素；および
１００．００％までの残部の鉄
の組成を示してもよい。
【００７１】
例として、本発明の部品は、以下に示す表１中に指定される割合で様々な合金元素を有してもよい。
【００７２】
【表１】
2017524828.tif 000003
【００７３】
有利には、部品は、円筒形状であってもよい。変形例において、および例として、部品は、円錐形状または矩形平行六面体形状であってもよい。
【００７４】
さらに別の態様において、本発明は、鉄および炭素を含み、上述のような方法を実行することにより得られるのに好適な低合金鋼部品を提供する。
【００７５】
例として、そのような部品は、上述の部品の場合と同じ重量含量で存在する同じ成分を有してもよい。
【００７６】
本発明の他の特性および利点は、限定されない例として示される本発明の具体的実施の以下の説明から、および添付の図面を参照して明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の方法の実施を示す線図である。
【図２】本発明の方法の実施を示す部分図である。
【発明を実施するための形態】
【００７８】
図１に示されるように、溶融される電極１は、るつぼ１０により画定される内側容積内に存在する。電極１は、空気中での調製または真空中での誘導による調製等の任意の従来の手段によって事前に調製されていてもよい。示されるように、溶融前、電極１は円筒形状であってもよい。上で説明されたように、溶融前にいくつかの他の形状を示す電極が使用された場合でも、本発明の範囲から逸脱しない。
【００７９】
例として、るつぼ１０は、銅でできている。るつぼ１０は、長手方向軸Ｘに沿って延在する。発電機Ｇは、るつぼ１０と電極１との間に電位差を付与する。示されるように、発電機Ｇの第１の端子は、電極１に接続されてもよく、発電機Ｇの第２の端子は、示されるように、るつぼ１０の底部１１に接続されてもよい。発電機Ｇによりるつぼ１０と電極１との間に付与された電位差は、真空が存在するギャップ２内に電気アーク３を生成するのに役立つ。これらの電気アーク３は、電極１を溶融し、ステップａ）を実行するのに役立つ。
【００８０】
電極１の溶融部分は、るつぼ１０内に収集され、このようにして溶融プール２０を形成する。溶融プール２０は、電極１のそばにある液体部分２１、および液体部分２１と鋳塊３０との間にあるペースト状部分２２を有する。鋳塊３０は、電極の溶融部分を冷却することにより得られる。凝固先端３４は、最終的な鋳塊３０と溶融プール２０との間にあり、ステップｂ）の間、溶融プール２０の自由表面に向かって移動する。るつぼ１０を連続的に冷却するように、また溶融プール２０を確実に凝固させるためにそれを冷却するように、水がるつぼ１０の周囲を流動する。
【００８１】
さらに、図１に示されるように、るつぼ１０の底部壁１４の側壁１２内に冷却チャネル１３が存在する。同様に溶融プール２０の凝固に寄与するために、冷却液体が冷却チャネル１３内を流動してもよい。
【００８２】
示されるように、ステップｂ）の間、鋳塊３０は、溶融プール２０とるつぼ１０の底部１１との間、および溶融プール２０とるつぼ１０の側壁１２との間に存在する。さらに、鋳塊３０の周囲表面３１の少なくとも一部は、るつぼ１０の側壁１２と接触している必要はなく、そこからギャップ３３だけ離れている。いくつかの状況において、冷却を改善するために、このギャップ３３内にガス（例えば、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ２）を注入することが可能である。
【００８３】
ステップｂ）の最後に、最終的な鋳塊３０は、円筒形状であってもよい。
【００８４】
図２は、本発明の方法のある特定の詳細を示す単純化された図である。溶融前、電極１は、介在物４０を含む。これらの介在物４０は、非金属介在物であってもよい。示されるように、溶融の間、電極１の端部１ａは、電気アーク３のエネルギーにより溶融される。溶融電極の液滴５が生成され、これがるつぼ１０により収集される。上で説明されたように、るつぼ１０は、水で冷却される。溶融プール２０は、るつぼ１０の内径に等しい直径ｄを有する。
【００８５】
示されるように、ステップｂ）の全てまたは一部を通して、溶融プール２０は、半球形状であってもよい。例として、そのような形状は、使用されるるつぼ１０が円筒形状である場合に得ることができる。溶融プール２０は、他の形状、例えば半卵型形状を有してもよい。そのような形状は、例えば、矩形平行六面体形状のるつぼを使用した場合に得ることができる。
【００８６】
溶融プール２０の自由表面２５と電極１との間の距離ｅは、有利には、ステップｂ）の間一定に維持される。この距離ｅは、電圧（Ｖ）を制御することにより、または液滴５の落下率に関連するパルスを制御することにより制御され得る。示された例において、ステップｂ）の間、電極１は、距離ｅを一定に維持するために、るつぼ１０の長手方向軸Ｘに沿って移動される。
【００８７】
電極１の溶融の間、液滴５が落下し、それらはるつぼ１０により収集される。液滴５は、電極１内に最初に存在していた介在物４０を含み得る。介在物４０が溶融プール２０に取り込まれたら、それらは溶融プール２０の底部２６（すなわち、るつぼの底部１１に最も近接し、凝固先端３４と接触している溶融プール２０の点）に向かって同伴され得る。
【００８８】
熱的観点から、溶融プール２０は、その周縁部分の温度より高い温度の軸部分を呈する。これは、溶融プール２０の底部２６から溶融プール２０の自由表面２５に、次いで溶融プール２０の縁部２７に向かって作用する浮力に応じて、自然対流をもたらす。この対流は、図２において、矢印２８ａおよび２８ｂにより表される。
【００８９】
再溶融の間、溶融プール２０の密度より低い密度の固体または液体介在物４０は、上で説明されたように、浮力のメカニズムの結果ある特定の速度で表面２５に上昇する傾向を有するようになる。
【００９０】
溶融プール２０の自由表面２５には、凝集した介在物４０で構成される集塊４１が存在する。これらの集塊４１は、鋳塊３０の周縁部に向かって同伴され、そこで凝結される。
【００９１】
図２において、るつぼ１０の底部１１から溶融プールの自由表面２５に向かって移動する凝固先端３４が確認され得る。凝固先端３４は、ステップｂ）の間、矢印３５により表されるように、るつぼ１０の長手方向軸Ｘに沿って移動する。示されるように、凝固先端３４は、ステップｂ）の全てまたは一部を通して、その形状を保持し得る。凝固先端３４が上昇する平均速度は、上で説明されたように、介在物４０の全てまたはいくつかが表面に上昇する速度より低くなるように制御される。溶融プール２０の底部２６が占める特定の位置Ｐ１およびＰ２が、図２に示されている。溶融プールの底部２６が移動する距離ｄ１は、るつぼ１０の長手方向軸Ｘに沿って測定される。
【００９２】
実施例
実施例１
Ｃ  ０．４２％、Ｍｎ  ０．８２％、Ｎｉ  １．８０％、Ｓｉ  １．７０％、Ｃｒ  ０．８０％、Ｍｏ  ０．４０％、Ｖ  ０．０８％および残部のＦｅ（パーセントは重量パーセントである）の化学組成を有する電極を、真空アーク再溶融法により溶融した。
【００９３】
溶融前、電極の直径は９２０ｍｍであった。
【００９４】
真空アーク再溶融の間適用された条件は、以下の通りであった。
【００９５】
印加電圧：２５ボルト（Ｖ）；
印加電流：９キロアンペア（ｋＡ）；および
パルス：１分当たり２５０の溶融電極の回路カットアウトによる液滴の生成。
【００９６】
これらの条件により、９．５キログラム毎分（ｋｇ／ｍｉｎ）に等しい溶融電極落下率を得ることができる。
【００９７】
溶融電極液滴は、９７５ｍｍの直径を有するるつぼ内に収集され、銅でできたるつぼ内で溶融プールを形成した。
【００９８】
その後、溶融プールと、入口において３８℃のサーモスタット制御温度で３０００Ｌ／ｍｉｎの速度で流動する水との間の熱交換、および２０ミリバール（ｍｂａｒ）のＨｅの連続注入により、溶融プールを凝固させた。
【００９９】
最終的な熱交換により、ステップｂ）の間、２４μｍ／ｓの平均凝固速度を付与することができた。
【０１００】
凝固後、Ｃ  ０．４１％、Ｍｎ  ０．８０％、Ｎｉ  １．８０％、Ｓｉ  １．７０％、Ｃｒ  ０．８０％、Ｍｏ  ０．４０％、Ｖ  ０．０８％および残部のＦｅ（パーセントは重量パーセントである）の化学組成を有する低合金鋳塊が得られた。
【０１０１】
ＡＳＴＭ  Ｅ  ４５−１０規格の方法Ｄを使用して介在物清浄度について得られた結果を、長手方向軸に沿った領域の数に関して以下に示す。
【０１０２】
【表２】
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【０１０３】
３つ全ての方向におけるＤ型介在物を含む領域の合計は、７であった。
【０１０４】
実施例２（比較）
Ｃ  ０．４２％、Ｍｎ  ０．８３％、Ｎｉ  １．８１％、Ｓｉ  １．７２％、Ｃｒ  ０．８５％、Ｍｏ  ０．３８％、Ｖ  ０．０９％および残部のＦｅ（パーセントは重量パーセントである）の化学組成を有する電極を、真空アーク再溶融法により溶融した。
【０１０５】
溶融前、電極の直径は５５０ｍｍであった。
【０１０６】
真空アーク再溶融の間適用された条件は、以下の通りであった。
【０１０７】
印加電圧：２５Ｖ；
印加電流：１１ｋＡ；および
パルス：１分当たり３３０の溶融電極の回路カットアウトによる液滴の生成。
【０１０８】
これらの条件により、１２ｋｇ／ｍｉｎ±０．６ｋｇ／ｍｉｎに等しい溶融電極落下率を得ることができる。
【０１０９】
溶融電極液滴は、６００ｍｍの直径を有するるつぼ内に収集され、銅でできたるつぼ内で溶融プールを形成した。
【０１１０】
その後、溶融プールと、入口において３８℃のサーモスタット制御温度で１５００Ｌ／ｍｉｎの速度で流動する水との間の熱交換により、ガス注入を行わずに溶融プールを凝固させた。
【０１１１】
最終的な熱交換により、ステップｂ）の間、４９μｍ／ｓの平均凝固速度を付与することができた。
【０１１２】
凝固後、Ｃ  ０．４１％、Ｍｎ  ０．８１％、Ｎｉ  １．８２％、Ｓｉ  １．７３％、Ｃｒ  ０．８５％、Ｍｏ  ０．３８％、Ｖ  ０．０９％および残部のＦｅ（パーセントは重量パーセントである）の化学組成を有する低合金鋳塊が得られた。
【０１１３】
ＡＳＴＭ  Ｅ  ４５−１０規格の方法Ｄを使用して介在物清浄度について得られた結果を、長手方向軸に沿った領域の数に関して以下に示す。
【０１１４】
【表３】
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【０１１５】
３つ全ての方向におけるＢ型またはＤ型の介在物を含む領域の合計は、８７であった。そのような鋳塊は、本発明の鋳塊の機械的特性を大きく下回る機械的特性を示す。
【０１１６】
「〜を含む／備える」という用語は、「少なくとも１つの〜を含む／備える」として理解されるべきである。
【０１１７】
「〜から〜の範囲内」という用語は、その限界値を含むものとして理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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