JPS6119725A - Preparation of metal material - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To prepare a metal material extremely reduced in segregation, by a method wherein a molten metal is flowed down to be introduced into a vacuum container while a specific amount or more of gas is contained in said molten metal and converted to liquid droplets by the expansion of the gas to be deposited on a solid collector. CONSTITUTION:A molten metal 1 such as 13% Cr stainless steel is placed in an H2-gas or N2-gas atmosphere and at least 5ppm or more of this gas is contained in the molten metal 1. This molten metal 1 is introduced into a tandish 2 and flowed down into a vacuum spray tank 4 from a nozzle 5. The flowing-down molten metal stream is formed into small liquid droplets 7 by the expansion of the H2- or N2-gas contained therein in the spray tank evacuated to 200Torr or less and deposited on a dish shaped collector 8 made of refractory such as alumina. In this case, the position of the solid collector 8 is moved up and down to adjust the distance from the nozzle 5 and the metal liquid droplets are successively deposited on the collector 8 in such a state that only the surface part of each droplet is melted or semi-melted but the interior thereof is coagulated to enable the formation of a deposited metal material 9 extremely reduced in componential segregation.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶融金属を減圧脱ガス処理により液・滴化し
これを順次に溶着させていくことで所定の□”偏析の少
ない金属材料°１を製造する方法に関し、さらには液滴
被着体の形態に応じて金属−非金属複合材料をも直接製
造し得る方法についての提案である。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Field of Application] The present invention is capable of producing a predetermined □” metal material with low segregation by turning molten metal into liquids and droplets by degassing under reduced pressure and sequentially welding them. This is a proposal regarding a method for manufacturing 1, and also a method for directly manufacturing a metal-nonmetal composite material depending on the form of the droplet adherend.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、偏析の少ない金属材料を得るには、まず溶融金属
を鋳造し、この鋳造物を強度の熱間加工を施して製造す
る方法が代表的なものである。この従来技術は、鋳造の
ままだと、合金成分の偏析が大きく、結晶組織も粗大で
あり、空孔などの鋳造欠陥が存在するために健全な金属
材料とは云えない。そこで、その鋳造物をさらに熱間で
加工（圧延、鍛造、押出など）して偏析を軽減し、結晶
組紬を微細にし、鋳造欠陥を除去することとし”でいた
のである。このような目的を達成するための熱間加工は
、相当強度なものでなければならず、したがって加工用
工具の損傷が激しく、金属材料の製造コストに占める工
具費用の割合が極めて大きいという問題点があった。し
かも、熱間加工さ−・れな後の金属材料の部分部分をい
ずれも健全にすすることは困難で、鋳造時の欠陥が残存
したものや、熱間加工によって新たに発生する欠陥など
のため、材料として使用できる部分が限定され、いわゆ
る歩止りが低いという弱点が避けられなかった。Conventionally, a typical method for obtaining a metal material with low segregation is to first cast a molten metal and then subject the cast product to intense hot working. In this conventional technology, if the metal is left as cast, the alloy components are highly segregated, the crystal structure is coarse, and there are casting defects such as pores, so it cannot be said to be a sound metal material. Therefore, it was decided to further hot-process the cast material (rolling, forging, extrusion, etc.) to reduce segregation, make the crystalline pongee finer, and eliminate casting defects. The hot working required to achieve this requires considerable strength, resulting in severe damage to the working tools, which poses a problem in that tooling costs account for an extremely large proportion of the manufacturing cost of metal materials. Moreover, it is difficult to clean all parts of the metal material after hot working, and defects such as residual defects from casting or new defects caused by hot working may occur. Therefore, the parts that can be used as materials are limited, and the weak point of so-called low yield cannot be avoided.

以上のような問題点を克服して、強度の熱間加工を経ず
に偏析の少ない金属材料を製造する方法として、オスブ
レー法が知られている。この既知技術は、＠霧鋳造法の
一種であって、特公昭５４−２９９８５号および特公昭
５６−１２２２０号１公報に記載されているごとく、ま
ず溶融金属をガスアトマイズし、得られた溶融金属液滴
を捕集して、偏析の少ない金へ材料を得ようという方法
である。この方法（オスブレー法）によれば、通常の鋳
造法にくらべて溶融金九の冷却が迷いため、１金属材料
中の偏析は溶融金属液滴の大きさ程度以内に限定される
。しがも材料全域にわたって鋳造欠陥が少ないから、強
度の熱間加工を必要とけずに、偏析の少ない金属材料を
高歩止りで製造することができる、 ・〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、オスブレー法を、従来の鋳造−熱間加工法に代
わる工業的な金属材料製造法として実用化するには、つ
ぎのような問題点があった。The Osbrey method is known as a method for overcoming the above-mentioned problems and producing metal materials with less segregation without undergoing intense hot working. This known technology is a type of @ mist casting method, and as described in Japanese Patent Publication No. 54-29985 and Japanese Patent Publication No. 56-12220 1, molten metal is first gas atomized, and the resulting molten metal liquid is The method is to collect the droplets and obtain material for gold with less segregation. According to this method (Osbrey method), cooling of the molten metal is slow compared to the normal casting method, and therefore segregation in one metal material is limited to within the size of a molten metal droplet. However, since there are few casting defects throughout the material, it is possible to produce a metal material with little segregation at a high yield without requiring intense hot working. [Problems to be solved by the invention] However, the following problems have been encountered in putting the Osbrey method into practical use as an industrial method for producing metal materials in place of the conventional casting-hot working method.

第１の問題点は、生産性が低いことが挙げられる。生産
性を上げるために溶融金属の単位時間当りの供給量をあ
まりに大きくすると、溶融金属をアトマイズガスによっ
て液滴状に砕き噴霧粒子を得ることが固辞になる。すな
わち、効率の良いアトマてズ（粉化）のためには、溶融
金属流の直径として１０〜２０ｗｎ程度が上限であり、
生産速度が極めて限定されたものとなる。The first problem is that productivity is low. If the amount of molten metal supplied per unit time is increased too much in order to increase productivity, it becomes difficult to break the molten metal into droplets with an atomizing gas to obtain spray particles. That is, for efficient atomization (powderization), the upper limit of the diameter of the molten metal flow is about 10 to 20 wn;
Production speed is extremely limited.

第２の問題点は、アトマイズガスによって溶融金属が汚
染されて金属材料の清浄度が悪化することである。たと
えば、ガスとして酸素や空気を用いる場合は、溶融金属
の酸化が起り、金属材料中に酸化物系介在物として残っ
て欠陥となる。窒化を用いる場合は、窒化物を形成した
り、窒素が溶解残存したりして、　　１金属材料の種類
によっては、その性状に悪影響を及ぼすことが知られて
いる。このようなガスにょる・汚染は、カスを大量に使
用するほど著しくなる。The second problem is that the atomized gas contaminates the molten metal, deteriorating the cleanliness of the metal material. For example, when oxygen or air is used as the gas, oxidation of the molten metal occurs, and oxide inclusions remain in the metal material, resulting in defects. When nitriding is used, it is known that nitrides may be formed or nitrogen may remain dissolved, which may adversely affect the properties of some metal materials. Such gas contamination becomes more serious as a large amount of waste is used.

従って、かかるオスブレー法では対象とする金属材料に
よって使用するガスが限定され、汚染を防止するために
は、アルゴンなどの高価な不活性ガスを使わざるを得な
いので製造コストが高くなる。−第３の問題点は、溶融
金属のアトマイズおよびアトマ・ｆズ粉の捕集時にガス
が巻込まれ、金属材料中に空孔となって残る問題点があ
る。これはとりわけ、アルゴンなどの不活性ガスを用い
た時には重大である。というのはアルゴンなどの不活性
Ｉ・）ガスは金属中に溶解しないために、金属材料中に
空孔として残存しやすく、シかも圧延や鍛造、押出しな
どを掩しても該空孔が圧着せず、重大な欠陥として残る
からである。Therefore, in the Osbrey method, the gases to be used are limited depending on the target metal material, and in order to prevent contamination, expensive inert gas such as argon must be used, resulting in high manufacturing costs. - The third problem is that gas is drawn in during atomization of molten metal and collection of atomized powder and remains as pores in the metal material. This is particularly important when using inert gases such as argon. This is because inert gases such as argon do not dissolve in metals, so they tend to remain as pores in metal materials, and even when rolled, forged, extruded, etc., the pores are compressed. This is because it remains as a serious defect.

本発明の目的は、上述したようなオスブレー法１のもつ
問題点が解消でき、しがも強度の熱間加工を経るまでも
なく偏析の少ない金属材料を安価にかつ能率よく製造す
る方法を提供することにある。The purpose of the present invention is to provide a method for inexpensively and efficiently manufacturing a metal material with little segregation, which eliminates the problems of the Osbrey method 1 as described above, and does not require high-strength hot working. It's about doing.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明り、上記オスブレー法のように不活性ガ□・・”
スを噴射エネルギーを利用して溶融金属を液滴化するの
ではなく、基本的には溶融金属中に溶解含有させたガス
を減圧雰囲気に導いて急速な膨張とそれにつづいて起る
放出作用の過程で液滴化させるという点の構成に特徴が
ある。In the present invention, like the above-mentioned Osbrey method, the inert gas...
Instead of using jet energy to turn the molten metal into droplets, basically the gas dissolved in the molten metal is introduced into a reduced pressure atmosphere to cause rapid expansion and subsequent release. It is characterized by its structure in that it is turned into droplets during the process.

かかる課題解決手段としては、溶融金属中に、その溶融
金属に対して溶解度を有するガス成分を５　ｐｐｍ以上
含有せしめたのち、そのガス含有溶融金属の流れを２０
０）ル以下、望ましくは８０）ル以下の減圧雰囲気中に
導入しガスの膨張放出作用を利用して該溶融金属がら液
滴を生成させ、該液滴を固体補集体上に順次に溶着させ
て捕集し、しかも、液滴が飛行中に適度に冷却されて、
堆積層の表層部のみが溶融または半溶融状態にあり、内
部は凝固状態にあるように、該飛行距離（および固体捕
集体の冷却）を選ぶことによって、偏析が少なく、シか
も清浄で空孔の少ない金属材料を製造することである。To solve this problem, the molten metal is made to contain 5 ppm or more of a gas component that has solubility in the molten metal, and then the flow of the gas-containing molten metal is reduced to 20 ppm or more.
The molten metal is introduced into a reduced pressure atmosphere of 0) or less, preferably 80) or less, and the molten metal is introduced into a reduced pressure atmosphere using the expansion and release action of the gas, and the droplets are sequentially welded onto the solid aggregate. In addition, the droplets are cooled appropriately during flight.
By selecting the flight distance (and the cooling of the solid collector) so that only the surface layer of the deposited layer is in a molten or semi-molten state, and the interior is in a solidified state, segregation is small and the pores are clean and pore-free. The aim is to manufacture metal materials with less

〔作用〕[Effect]

以下本発明方法の内容について、製造過程に従・って詳
しく説明する。The content of the method of the present invention will be explained in detail below according to the manufacturing process.

第１の段階は、溶融金属にガス成分を溶解含有させる工
程であるＯこれは次工程で溶融金属力）ら含有させたガ
スを放出させ液滴を生成させるために必須である。ガス
成分としては、対象とする溶゛融金属に対して溶解する
ものであればよく、たとえば水素や窒素、−酸化炭素な
どである０ガス種類の選定は、第１に溶融金属中に溶解
させることが原理的、工業的に容易であるかどうか、第
２に液滴形成に効果的であるかどうか、第８に液滴形゛
′□成後に、含有せしめたガス成分が液滴から除去され
やすいかどうかなどの基準によって、対象金属材料の種
類に応じて選ぶ。The first step is a step of dissolving and containing a gas component in the molten metal. This is essential in order to release the contained gas from the molten metal and generate droplets in the next step. The gas component may be anything as long as it dissolves in the target molten metal, such as hydrogen, nitrogen, carbon oxide, etc.The selection of the gas type first involves dissolving it in the molten metal. Second, whether it is effective in forming droplets; and Eighth, whether the contained gas components are removed from the droplets after droplet formation. The selection is made according to the type of target metal material, based on criteria such as whether or not it is easily damaged.

溶融金属中にガス成分を溶解含有させる方法としては次
のような方法を採用する。一番簡単な方゛法は、溶融金
属がその原料ないしは通常の溶解雰囲気から、自然にガ
ス成分を取り入れている場合である。たとえば、とくに
脱ガス処理を施してＪ、ｚない溶融鉄には５　ｐｌ）ｍ
程度の水素を含有してし）るのが普通である。また、溶
融金属中に含有させる□べきガスの溶解雰囲気濃度を高
めることによって溶融金属中の含有ガス量を増加させる
ことができ５゜たとえば、溶解雰囲気を１気圧の純水素
とすｔば、溶融鉄中に約４０　ｐｐｍの水素を含有させ
る二とができる。もちろん圧力を上昇させれば含有・量
は増加し、水素の場合は含有量が圧力の平方根に比例す
ることが知られている０さらに、溶融金属中にガスを吹
込むことによっても、溶融金属中のガス含有量が増加す
る。なお、次の減圧工程で溶融金属をガスの膨張放出に
より液滴化するため・に必要な溶融金属中ガス含有量の
下限は、溶融金属やガス成分の種類によっても異なって
くるが、本発明者らの実験によれば、水素を５　ｐｐｍ
以上溶鉄中に含有させた場合に、該溶鉄の液滴化を達ピ
することができた。The following method is used to dissolve and contain gas components in the molten metal. The simplest method is when the molten metal naturally takes up gaseous components from its raw material or from the usual melting atmosphere. For example, for molten iron that has not been particularly degassed, 5 pl) m
It is normal to contain some amount of hydrogen. In addition, the amount of gas contained in the molten metal can be increased by increasing the concentration of the gas in the molten metal in the dissolved atmosphere. It is possible to contain approximately 40 ppm of hydrogen in iron. Of course, if the pressure is increased, the content/amount will increase, and in the case of hydrogen, it is known that the content is proportional to the square root of the pressure.0 Furthermore, by blowing gas into the molten metal, The gas content inside increases. Note that the lower limit of the gas content in the molten metal required to turn the molten metal into droplets by expansion and release of gas in the next pressure reduction step varies depending on the type of molten metal and gas components, but the present invention According to their experiments, 5 ppm of hydrogen
When contained in the molten iron as described above, it was possible to achieve dropletization of the molten iron.

第２段階では、ガス成分を溶解含有させた溶融金属流れ
を、減圧雰囲気中に導く。この工程で溶融金属はガスの
膨張と放出：すなわち激しい脱ガス現象を惹起するが、
その脱ガス作用の放出エネルギーによって液滴化が達成
される。なお、かか′□・る液滴化は溶融金属流が減圧
雰囲気にさらされた□直後に、脱ガスに伴ってひき起こ
されるが、いったん液滴となった溶融金属が落下する間
に２次的な砕化に伴う液滴化を起こす場合もある。In the second stage, the molten metal stream containing dissolved gaseous components is introduced into a reduced pressure atmosphere. During this process, the molten metal expands and releases gas, which causes intense degassing.
Droplet formation is achieved by the released energy of the degassing action. Note that the formation of droplets is caused by degassing immediately after the molten metal stream is exposed to a reduced pressure atmosphere, but once the molten metal has turned into droplets and falls, Droplet formation may occur due to subsequent fragmentation.

要するに本発明法は、溶融金属を液滴化するエネルギー
を、オスプレー法のようなガス流の運動エネルギーに頼
らず、脱ガス化のエネルギーによっているので、その砕
化挙動は単位時間あたりの溶融金属流の供給量に大きく
左右されることがなく、量産化が容易である。しかも、
溶融金属の液滴が減圧雰囲気にさらされるため、脱ガス
効果が大きく、粉化のために溶融金属に含有させたガス
成分はもとより、その他のガス成分の除去も同時に進行
するから、汚染の少ない清浄な金属材料が得られる。In short, in the method of the present invention, the energy for turning the molten metal into droplets is not dependent on the kinetic energy of the gas flow as in the Osprey method, but is based on the energy of degassing. It is not greatly influenced by the amount of water supplied, and mass production is easy. Moreover,
Since the molten metal droplets are exposed to a reduced pressure atmosphere, the degassing effect is large, and not only the gas components contained in the molten metal for powdering, but also other gas components are removed at the same time, resulting in less contamination. A clean metal material can be obtained.

ｒ１１１記溶融金属の流れを作るには、たとえば溶解炉
から溶融金属をタンディツシュに導き、タンディツシュ
下部のノズルから溶融金属を落下させる方法があるが、
溶融金属の流れの作り方によって本発明法の本質が左右
されないことは明らかであ°る。従って他の方法、たと
えば、電子ビームでイ１ンゴットを溶解して溶融金属流
を形成することも、その溶融金属にカス成分が含有され
ている限り、有効である。r111 To create a flow of molten metal, for example, there is a method of guiding molten metal from a melting furnace to a tundish and letting the molten metal fall from a nozzle at the bottom of the tundish.
It is clear that the essence of the method of the present invention is not influenced by the method of creating the flow of molten metal. Therefore, other methods, such as melting the ingot with an electron beam to form a molten metal stream, are also effective as long as the molten metal contains a waste component.

この工程の主たる要件である減圧雰囲気の圧力。The main requirement for this process is the pressure of the reduced pressure atmosphere.

としては、２００）ル以下、より望ましくは８０トル以
下がよい。圧力が２００トルを超えると、溶融金属の脱
ガスが不十分で、溶融金属の砕化が起りに＜＜、その結
果通常の鋳造法と同様、溶融金属が液滴に分割されるこ
となく捕集されるのでジ□いわゆる鋳造欠陥として大き
な空孔が金属材料中に残ることが判った。また圧力が低
いほど脱ガスが激しく、溶融金属の液滴化が容易である
とともに、最終的に金属材料成品に残存するガス含有量
も低減することができる。圧力を８０トル以下に１すれ
ば、たとえば８５　、ｐｐｍの水素を含有させた溶融鉄
を脱ガスにより液滴化させて、水素含有量を５　ｐｐｍ
以下とすることができる。It is preferably 200 Torr or less, more preferably 80 Torr or less. If the pressure exceeds 200 torr, degassing of the molten metal is insufficient and fragmentation of the molten metal occurs, resulting in the molten metal being captured without being broken up into droplets, as in conventional casting methods. It has been found that large pores remain in the metal material as so-called casting defects. Furthermore, the lower the pressure, the more intense the degassing is, the easier it is to turn the molten metal into droplets, and the gas content ultimately remaining in the metal product can be reduced. If the pressure is lowered to 80 torr or less, for example, molten iron containing 85 ppm of hydrogen is turned into droplets by degassing, and the hydrogen content is reduced to 5 ppm.
It can be as follows.

第３段階では、溶融金属の液滴を固体捕集体：すなわち
製作すべき形態に拘束される固体対象物上に堆積させて
捕集する。ここでの工程は型の中１に堆積・ｈｉｊ集す
る場合も許容される。In the third stage, the droplets of molten metal are deposited and collected on a solid collector: a solid object that is constrained to the form to be produced. In this step, it is also possible to deposit and collect the material in the mold.

この工程において重要なことは、堆積・捕集の位置を、
溶融金属液滴の凝固挙動に応じて定めることである。す
なわち、液滴の飛行距離が短がすぎると、堆積した液滴
は容易に凝固せず、通常の鋳造と同様の偏析がおこりや
すい。一方、飛行距離が速すぎると、液滴が堆積する前
に凝固してしまうので、互いに結合していない粉末状の
集合体となったり、空孔率の大きい多孔質となったりし
−で、使用に耐える金属材料が得られない。要するに飛
行距離を選ぶことにより、順次に溶着させ堆積層を次第
に肥厚化さる間に、堆積中の金属の表層部のみが溶融状
態または半溶融状態にあり、内部は凝固状態にあるよう
に抜熱を制御することでζ空孔と偏析のない金属材料を
製造するのである。What is important in this process is the position of deposition and collection.
It is determined according to the solidification behavior of molten metal droplets. That is, if the flying distance of the droplets is too short, the deposited droplets will not solidify easily, and segregation similar to normal casting will likely occur. On the other hand, if the flight distance is too fast, the droplets will solidify before they are deposited, resulting in a powdery aggregate that is not bonded to each other, or a porous structure with a high porosity. Metal materials that can withstand use cannot be obtained. In short, by selecting the flight distance, heat is removed so that only the surface layer of the metal being deposited is in a molten or semi-molten state, while the inside is in a solidified state, while the deposited layer is gradually thickened by successive welding. By controlling this, metal materials free of ζ vacancies and segregation can be produced.

凝固の制御は、このように液滴の飛行距離の調節、即ち
液滴飛行中の冷却によって行われるはか、固体捕集体を
水やガスによって冷却することによっても可能である。Coagulation can be controlled not only by adjusting the flight distance of the droplets, that is, by cooling the droplets during flight, but also by cooling the solid collector with water or gas.

とくに大型の金属材料を製造■°するに際しては、液滴
が順次に固体捕集体に溶着して堆積成長する間、常に最
表面の凝固を適切に制御するために、固体捕集体による
冷却能を時間とともに変化させたり、液滴の堆積速度を
時間とともに変化させたり、固体捕集体を移動させて、
□液滴の飛行距離を時間とともに変化させたりすること
が有効である。In particular, when manufacturing large-sized metal materials, the cooling ability of the solid collector is required to properly control the solidification of the outermost surface while the droplets sequentially weld to the solid collector and grow. change over time, change the droplet deposition rate over time, move the solid collector,
□It is effective to change the flight distance of droplets over time.

本発明法では、液滴を固体捕集体に順次に溶着させる際
、捕集体の表面に到達した液滴の堆積物の凝固を、堆積
物の表面のみが溶融または半溶融状態で、堆積物の内部
（固体捕集体側）では凝固状態となるように制御するが
、以下にその凝固制御に関連する具体的なパラメータの
選定につき詳述する。In the method of the present invention, when droplets are sequentially welded onto a solid collector, the solidification of the droplet deposit that has reached the surface of the collector is performed while only the surface of the deposit is in a molten or semi-molten state. The inside (on the solid collector side) is controlled to be in a solidified state, and the selection of specific parameters related to the solidification control will be detailed below.

第１に、タンディシュ、における溶融金属の温度は、ノ
ズルが閉塞しない程度になるべく低くすることが望まし
い。First, it is desirable that the temperature of the molten metal in the tundish be as low as possible to avoid clogging the nozzle.

υ タンディシュ内溶融金属のスーパーヒートが大きすぎる
と、経済的に不利であるばかりか、溶着後に健全な凝固
シェルを成長させるために飛行距”′°離を長くする必
要があり、そのために装置が大き゛くなること、および
捕集される金属の歩出りが低下する欠点が生ずる。本発
明者らの紗験によれば、ノズル部におけるスーパーヒー
トをＩＩＩθ℃程度とすれはノズル閉Ｉなく溶融金属を
落下させることができる。（しかもこの場合、凝固熱に
くらべて５０℃冷却に要する抜熱かが無視できる。）第
２に、ノズルの径は、生成しだ液滴の補集体への溶着速
度にも関連することであるが、これをあまりに太くする
と、溶着中の全屈堆積物からの□゛□固体捕集体を経由
する抜熱量が不足し、堆積物中に熱を蓄１１”１して、
堆積物の内部をＵ固状前に保つことが困難になる。経験
的に、ノズル径が１０前以下であれは、固体捕集体を弾
制冷却せずに、堆積金属から十分な抜熱がおこる。ノズ
ル径が１０゛關を昭える場合は、固体捕集体を水冷など
により強制冷１３１する必要がある。しかし、ノズル径
がＦ３５　ｍｎをシイ１えると、通常は水冷によっても
十分な抜熱ができｔ釘い。υ If the superheat of the molten metal in the tundish is too large, it is not only economically disadvantageous, but also requires a longer flight distance in order to grow a healthy solidified shell after welding, which makes the equipment This has the disadvantage of increasing the size of the metal and reducing the yield of the collected metal.According to the experiments conducted by the present inventors, if the superheat at the nozzle is about IIIθ℃, the nozzle will not close and melt. (Moreover, in this case, the heat removal required for cooling to 50°C can be ignored compared to the heat of solidification.) Secondly, the diameter of the nozzle is determined by the diameter of the nozzle, which allows the droplets to collect This is related to the welding speed, but if it is made too thick, the amount of heat removed from the total bending deposit during welding via the □゛□ solid collector will be insufficient, and heat will be accumulated in the deposit. 1 and then
It becomes difficult to maintain the inside of the deposit at a pre-solid state. Experience has shown that if the nozzle diameter is 10 mm or less, sufficient heat is removed from the deposited metal without ballistic cooling of the solid collector. If the nozzle diameter exceeds 10 degrees, it is necessary to forcefully cool the solid collector 131 by water cooling or the like. However, when the nozzle diameter exceeds F35 mm, sufficient heat removal is normally possible even with water cooling.

第３に、飛？−Ｊ’　Ｔｈｌ’、　ｎＱ　、すなわちノ
ズルと固体捕集体との距離は、原則としてっぎの方針に
よって定。Thirdly, fly? -J'Thl', nQ, that is, the distance between the nozzle and the solid collector, is determined in principle according to the following policy.

める。溶融金属は、ノズルからの落下と同時に力スを放
出して液滴化し、その液滴が盾１体捕集体に向う落下（
飛行）の過程で、雰囲気ガスへの対流による抜熱および
噴霧槽への輻射による抜熱によって冷却される。槽内の
圧力が低い場合は後者が支配的であり、液滴の直径をａ
ｙｓとすると、液滴からの抜熱量はＦｅ系およびＮｉ系
合金では、約０−１ｄ　　０ＥＬＩ／ＢｅＯとなる。単
位質量当り凝固熱は、約７　ｏ　ｃａｌ／ｇ　Ｎ　した
がって液滴１個あたり、約　Ｄ゛０．２５ｄ　　Ｏａ！
であるから、ｄ：１酌の液滴の落下速度を２　ｍ　／ｓ
ｅａとすると、約５ｍの落下距離により凝固する。しか
し、溶着前に完全に凝固してしまうと、堆積金属が多孔
質になってしまうので、落下中の凝固旭は１０〜５（１
％の範囲とすべきで１ある。したがって、落下距離は０
．５〜２．５ｍが望ましいことがわかる。凝固に要する
残りの抜熱は、固体対象物８を経由して行い、必要に応
じてこれを強制冷却する。Melt. When the molten metal falls from the nozzle, it releases force and turns into droplets, and the droplets fall toward the shield collector (
During the flight (flight), the aircraft is cooled by heat removal through convection into the atmospheric gas and heat removal into the spray tank through radiation. When the pressure inside the tank is low, the latter is dominant, and the droplet diameter is a
ys, the amount of heat removed from the droplet is approximately 0-1d0ELI/BeO for Fe-based and Ni-based alloys. The heat of solidification per unit mass is about 7 ocal/g N, so per droplet is about D゛0.25d Oa!
Therefore, d: The falling speed of a droplet of 1 cup is 2 m/s
If ea, solidification occurs after a fall distance of about 5 m. However, if it completely solidifies before welding, the deposited metal will become porous, so the solidification rate during falling will be 10 to 5 (1
It should be in the range of 1%. Therefore, the falling distance is 0
．． It can be seen that 5 to 2.5 m is desirable. The remaining heat required for solidification is removed via the solid object 8, which is forcibly cooled as necessary.

堆積金属材料の量が多いときは、堆積の初めと終わりと
で、凝固制御のパラメータを変更する必１要の生ずる場
合がある。すなわち、堆積の進行とともに堆積物および
固体捕集体を通しての堆積物表面の冷却効率が低下して
くる。したがって、時間とともに飛行距離を増大させ、
落下中の抜熱量を大きくすることによって捕うことが有
効となる。When the amount of deposited metal material is large, it may be necessary to change solidification control parameters at the beginning and end of the deposition. That is, as the deposition progresses, the cooling efficiency of the deposit surface through the deposit and the solid collector decreases. Therefore, increasing flight distance over time,
It is effective to catch it by increasing the amount of heat removed during falling.

そのためには、固体捕集体を除々にノズルから遠ざける
機構を採用するが、飛行距跡の可変範囲はおおむね前述
の０．５〜２．５ｍとする。For this purpose, a mechanism is adopted in which the solid collector is gradually moved away from the nozzle, and the variable range of the flight path is approximately 0.5 to 2.5 m as described above.

上述のようにして捕集された金属材料は、固体Ｉ捕集体
から取りはずすことによって、偏析が少なく、清浄で、
しがも空孔などの欠陥の少ない金属材料が得られる。By removing the metal material collected as described above from the solid I collector, it becomes clean with less segregation.
However, a metal material with fewer defects such as vacancies can be obtained.

また、本発明は固体捕集体に金属の堆積層を形成させる
べく溶着させることにより、異種金属あ□るいは金属−
非金属の接合した複合材料を製造することも司能である
。さらに、溶融金属流を２種以上間時に、あるいは交互
に堆積させることにより、異種金属が互いに分散したり
、“層状に重なった状態の金ｋ）材料を製造することや
、溶融金属液□滴の堆積・捕集と同時に、金属、非金属
の粒子や繊維などを供給して、金属材料中に含有させる
ことも可能である。そしてさらに、固体捕集体を移動さ
せて、溶融金属液滴がら、細長い、あるいは面積の大き
い金属材料や、管状の金属材料を製造することにも応用
できる。In addition, the present invention enables dissimilar metals or metal-
It is also capable of producing composite materials made of bonded non-metals. Furthermore, by depositing two or more types of molten metal streams at the same time or alternately, different types of metals can be dispersed with each other, or a layered gold material can be produced, or a droplet of molten metal can be produced. At the same time as the deposition and collection of molten metal droplets, it is also possible to supply metal or non-metal particles or fibers and incorporate them into the metal material.Furthermore, by moving the solid collector, the molten metal droplets can be collected. It can also be applied to manufacturing elongated or large-area metal materials, as well as tubular metal materials.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明の金属材料製造法を、第１図に示す製造装置
を使った例で説明する。Next, the metal material manufacturing method of the present invention will be explained using an example using the manufacturing apparatus shown in FIG.

まずガス成分を含有する溶融金属１が、タンディツシュ
２に供給される。タンディツシュ２の下部には、排気口
８を介して強制排気することによって所定の減圧雰囲気
に維持された噴霧槽４が配置されており、この噴霧槽４
の上部とノズ／Ｉ１５を介して連通している。ノズル５
がら流出する溶廻金属の落下流６は、含有ガスの膨張・
放出作用により砕かれ溶融金属液滴７となる。ががる液
滴７を固体捕集体８に向けて飛行させ捕集することに　
　　。First, molten metal 1 containing gas components is supplied to tundish 2 . A spray tank 4 that is maintained at a predetermined reduced pressure atmosphere by forced exhaust through an exhaust port 8 is arranged at the bottom of the tundish 2.
It communicates with the upper part of the nozzle/I15. Nozzle 5
The falling flow 6 of the molten metal flowing out is caused by the expansion and expansion of the contained gas.
It is broken into molten metal droplets 7 by the ejection action. The loose droplets 7 are flown towards the solid collector 8 and collected.
.

よって、そこに順次に溶着させていき、所定厚の金属堆
積物９：すなわち目的の金属材料を得るの　□である。Therefore, the metal deposit 9 of a predetermined thickness is obtained by sequentially depositing the metal material thereon.

上記ＩＩ目籍槽づ・は必要に応じて水冷する。また、液
滴７のｙｌし行距錐を調節するため、固体捕集体８は上
下に不名動できる購造とする。固体捕集体８の形状は、
目的とする堆積物９の形状に適合するようなものを選ぶ
。The above II index tank is cooled with water if necessary. In addition, in order to adjust the travel cone of the droplet 7, the solid collector 8 is made to be able to move vertically. The shape of the solid collector 8 is
Select one that matches the shape of the desired deposit 9.

また、上記固体捕集体８の内部には水を流して強制冷却
を行うことができる形式とする。In addition, the solid collector 8 is configured to allow forced cooling by flowing water inside the solid collector 8.

〔本発明操業例１〕 １３重量係のＱｒを含む５ＵＳ４０５ステンレ　；リス
鋼組成の合金を、誘導加熱炉中の窒素雰囲気の５とで溶
解し、溶Ｍ雰囲気をいったん水素で置換してから、Ｐ５
び窒素雰囲気とした。この操作により、浴俤゛９中に水
素３５　ｐｐｍ　、窒素２６０　Ｐｐｍを含有させ得た
ことが確かめられた。つづいてこの溶゛鋼約１０ｋｇを
タンディツシュに移し、直径７納のノズル孔から、１ト
ルに排気した噴震槽内に落下させた。ノズル孔における
溶銅温度は１５６０°Ｃであった。浴６コ４は噴霧槽内
で液滴化し、ノズルの下刃位Ｖ；に槓かれたアルミナ製
の皿状捕集型上に、１堆稍捕集できた。アルミナ捕集型
は上下動可能な櫂水冷された鋼製台上に設訂され、捕集
中２　ｃｍ　／ｓｅ。[Operation example 1 of the present invention] 5US405 stainless steel containing 13% Qr by weight; An alloy of lithium steel composition was melted in a nitrogen atmosphere in an induction heating furnace, and the molten M atmosphere was once replaced with hydrogen, and then P5
and a nitrogen atmosphere. It was confirmed that by this operation, 35 ppm of hydrogen and 260 ppm of nitrogen could be contained in the bath. Subsequently, approximately 10 kg of this molten steel was transferred to a tundish and dropped through a nozzle hole with a diameter of 7 mm into a seismic tank evacuated to 1 torr. The temperature of the molten copper in the nozzle hole was 1560°C. The baths 6 and 4 were turned into droplets in the spray tank, and one droplet was collected on an alumina dish-shaped collection mold that was squeezed by the lower blade position V of the nozzle. The alumina collection type was set up on a water-cooled steel platform with a paddle that could be moved up and down, and the collection rate was 2 cm/se.

の速度で下方移動させた。その結果、捕集開始時の液滴
飛行距離はｏ、ｓｍ、終了時には１．４ｍであった。得
られた金属堆積物成品は平均空孔率０，８チに緻密化し
ており、しかも内部にはガストラップの場合に見られる
直径１０μｍ以上の空孔は全く検出されず、結晶粒は等
友釣でＡＳＴＭ粒度番号４に相当し、偏析はほとんど見
られなかった。It was moved downward at a speed of As a result, the droplet flight distance at the start of collection was o, sm, and at the end was 1.4 m. The obtained metal deposit product was dense with an average porosity of 0.8 cm, and no pores with a diameter of 10 μm or more, which are found in the case of gas traps, were detected inside, and the crystal grains were equidistant. This corresponded to ASTM particle size number 4, and almost no segregation was observed.

また成品中のガス成分分析値は、水素１　ｐｌ）ｍ以下
ζ′窒素２２０　ｐｐｍ　１酸素４　ｏ　ｐｐｍであっ
て、きわめて清浄度が高いものであった。Further, the gas component analysis values in the product were as follows: hydrogen 1 pl) m or less ζ' nitrogen 220 ppm 1 oxygen 4 o ppm, indicating extremely high cleanliness.

〔本発明操業例２〕 噴膨槽内の圧力を０．５〜５００トルの範囲の種々の値
としたことを除き、上記操業例１と同一の製□造条件で
ステンレス鋼堆積物を製造し、噴霧槽内圧力と、成品密
度および残存水素量との関係を調べた。第２図に、噴霧
槽内の圧力と、成品の見掛の密度比（真密度に対する値
）との関係を示す。[Operation Example 2 of the Invention] Stainless steel deposits were manufactured under the same manufacturing conditions as Operation Example 1 above, except that the pressure in the blowing tank was varied to various values in the range of 0.5 to 500 torr. Then, the relationship between the pressure inside the spray tank, the product density, and the amount of residual hydrogen was investigated. FIG. 2 shows the relationship between the pressure in the spray tank and the apparent density ratio (value relative to true density) of the finished product.

圧力の憎加に伴なって密度が減少する傾向が明ら　□°
かであるうこれは、ｊｆｌｌ述したように、圧力が高い
１と溶Ｓ（〜の液滴化が困難になるため、溶鋼が液滴と
して溶賠堆１Ｌ１４されずに、通常の＠造法と同様に粗
大な溶狗流となって捕集されるため、成品中に鋳造欠陥
、すなわち粗大空孔が残った結果である。There is a clear tendency for the density to decrease as pressure is applied □°
This is because, as mentioned above, it is difficult to form droplets of 1 and molten S (~) under high pressure, so the molten steel is not deposited as droplets, but instead is deposited using the normal @ production method. This is the result of casting defects, that is, coarse pores, remaining in the finished product because it is collected as a coarse molten stream.

第２図から明らかなように、このような空孔は噴霧キ、
：η内圧力が２θ０トル紮超えると生成されるから、圧
力は２００１−ルを上限とすればよいことが確められた
。As is clear from Fig. 2, such pores cause the spray
: η is generated when the internal pressure exceeds 2θ0 Torr, so it was confirmed that the upper limit of the pressure should be 2001 Torr.

また第３図に、この操業例のもとての噴霧槽内゛□゛圧
力と残留水素量との関係を示した。水素お・は圧力とと
もに増加するが、圧力が１０トル以下では、きわめて低
い水素Ｍ　（２ｐｐｍ以下）が安定して得られている。Further, FIG. 3 shows the relationship between the pressure inside the spray tank and the amount of residual hydrogen in this operation example. Hydrogen (M) increases with pressure, but extremely low hydrogen (2 ppm or less) is stably obtained at pressures below 10 Torr.

したかつて金属材料成品の清浄性をとくにｙＩ（視する
には、噴７ｉ格内圧力を１０トル以□下とすることによ
り、さらに好ましい結果が伜られることか痛められた。In the past, it was found that the cleanliness of metal products was particularly affected by reducing the internal pressure of the nozzle 7i to 10 torr or less, which deteriorated the more favorable results.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明によれは偏析や空孔の少ない
金属月別および金椙基複合利料奈安価に□かつ能率的に
Ｗ１４造することができる。As explained above, according to the present invention, W14 can be produced inexpensively and efficiently using metal materials and gold-based composite materials with less segregation and porosity.

４・図面の簡童な！ｉ１！明 第１図は、本発明金属材料製造方法に用いる装置の概略
を示すＭｙｉ面図、 第２図は、噴ｎ杓内田と金属材料成品の見掛の密度比と
の関係を示すグラフ、 第８図は、噴霧槽内圧力と金属材料成品中の残留水素量
１との関係を示すグラフである。4. Simple drawings! i1! Fig. 1 is a MyI plane view showing the outline of the apparatus used in the method for manufacturing metal materials of the present invention; Fig. 2 is a graph showing the relationship between the injection molding area and the apparent density ratio of the metal material product; FIG. 8 is a graph showing the relationship between the internal pressure of the spray tank and the residual hydrogen amount 1 in the metal material product.

１・・・溶融金属　　　　　２・・・タンディツシュ８
・・・排気口　　　　　　４・・・噴霧槽５・・・ノズ
ル　　　　　　６・・・溶融金属落下流７・・・溶融金
属の液滴　　８・・・捕集体９・・・金属堆積物。1... Molten metal 2... Tanditsh 8
...Exhaust port 4...Spray tank 5...Nozzle 6...Falling molten metal stream 7...Droplets of molten metal 8...Collector 9...Metal deposit.

第１図 １．４武− 第２図 ０　　　１００　　　２００　　３００　　４０ｏ６０
００責ｓ糟内圧ｈ（Ｔｏｒｒ）Figure 1 1.4 - Figure 2 0 100 200 300 40o60
00 Responsibility h (Torr)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １、溶融金属中に溶解性のある５ｐｐｍ以上のガス成分
を含有させ、そのガス含有溶融金属を圧力２００トル以
下の減圧雰囲気内に導入し、該溶融金属中含有ガスの放
出を図ることによって液滴を生成させ、その液滴を固体
捕集体に向け飛行させ順次に溶着させながら所定の凝固
堆積層を形成することを特徴とする金属材料の製造方法
。 ２、上記堆積層の形成を、液滴の飛行距離および固体捕
集体の冷却によつて、表層部のみが溶融または半溶融状
態を呈し固体捕集体側内部は、凝固状態にあるように順
次に溶着させていく方法により達成することを特徴とす
る特許請求の範囲１に記載の方法。[Claims] 1. Contain 5 ppm or more of a soluble gas component in the molten metal, introduce the gas-containing molten metal into a reduced pressure atmosphere of 200 torr or less, and remove the gas contained in the molten metal. 1. A method for producing a metal material, which comprises generating droplets by discharging the material, and forming a predetermined solidified deposited layer by flying the droplets toward a solid collector and sequentially welding them. 2. The above deposited layer is formed in a sequential manner depending on the flight distance of the droplets and the cooling of the solid collector so that only the surface layer is in a molten or semi-molten state and the inside of the solid collector is in a solidified state. The method according to claim 1, characterized in that the method is achieved by a method of welding.