JP2003293051A - 低融点金属および高融点金属を含有するTi合金の製造方法 - Google Patents

低融点金属および高融点金属を含有するTi合金の製造方法

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JP2003293051A
JP2003293051A JP2002098313A JP2002098313A JP2003293051A JP 2003293051 A JP2003293051 A JP 2003293051A JP 2002098313 A JP2002098313 A JP 2002098313A JP 2002098313 A JP2002098313 A JP 2002098313A JP 2003293051 A JP2003293051 A JP 2003293051A
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Kenji Fuda
賢治 附田
Tomoki Shibata
智樹 芝田
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Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Nb、Mo等の高融点金属を十分溶解または
Nb、Mo等の高融点金属を十分溶解するとともに、未
溶解の高融点金属もしくは高融点不純物を除去すること
ができる低融点金属および高融点金属を含有するTi母
合金等のTi合金の製造方法を提供すること。 【解決手段】 Al等の低融点金属、Nb、Mo等の高
融点金属およびTiからなる溶解原料をコールドクルー
シブル炉で溶解した後、炉内で凝固させることを特徴と
する低融点金属および高融点金属を含有するTi合金の
製造方法。 【効果】 炉壁等によって汚染されることないため、高
温で長時間溶解することができるので、高融点金属も十
分溶解して合金化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、低融点金属および
高融点金属を含有するTi合金の製造方法、詳細にはA
l等の低融点金属およびNb等の高融点金属を含有する
Ti母合金等のTi合金をコールドクルーシブル炉を用
いて製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、Nb、Mo等の高融点金属とAl
等の低融点金属からなる合金は、高融点金属の酸化物を
Al等の低融点金属で還元することにより、生成するA
lの酸化反応熱で自溶することによって製造されてき
た。この方法で製造された合金は全体が十分合金化され
ていないため、その後真空誘導溶解を行っているが、そ
れでも十分合金化されないので、鋳造してインゴットに
した後破砕し、合金化されていない高融点金属を選別し
て除去していた。
【0003】また、Al等の低融点金属およびNb、M
o等の高融点金属を含有するTi合金を製造する場合、
上記方法で合金化したAl等の低融点金属とNb、Mo
等の高融点金属との合金と、これにスポンジチタンを混
合して真空誘導溶解を行っているが、完全に合金化する
には長時間溶解をする必要があった。しかし、この溶解
では溶解金属を高温に長時間保持する必要があるため、
坩堝から不純物が混入して清浄度の高い合金を作ること
が困難であり、また坩堝が反応侵食されるために寿命が
持たず、長時間溶解も困難であった。そのため、Al等
の低融点金属とNb、Mo等の高融点金属との合金を製
造する場合と同様に十分合金化できず、鋳造してインゴ
ットにした後破砕し、合金化されていない高融点金属を
検知して分離・除去しているが、能率が悪くしかも完全
に分離・除去できるか信頼性に乏しかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、Nb、Mo
等の高融点金属を十分溶解またはNb、Mo等の高融点
金属を十分溶解するとともに、未溶解の高融点金属もし
くは高融点不純物を除去することができるAl等の低融
点金属およびNb、Mo等の高融点金属を含有するTi
合金の製造方法を提供することを課題とするものであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のAl等の低融点金属およびNb、Mo等の
高融点金属を含有するTi母合金等のTi合金の製造方
法においては、Al等の低融点金属、Nb、Mo等の高
融点金属およびTiからなる溶解原料をコールドクルー
シブル炉(「レビテーシッン溶解炉」と言う場合もあ
る。)で溶解し、この炉内で凝固させることである。
【0006】また、本発明のAl等の低融点金属および
Nb、Mo等の高融点金属を含有するTi母合金等のT
i合金の製造方法においては、Al等の低融点金属、N
b、Mo等の高融点金属およびTiの合金化する溶解原
料をコールドクルーシブル炉で溶解し、溶解を終了する
前に高周波コイルに流す電流を溶解していたときの電流
より小さい電流にすることと高周波コイルに流す電流を
これより大きくすることとを交互に繰り返し、その後炉
内で凝固させ、その後はインゴットを炉から取り出し、
底部の未凝固の高融点金属等が付着した部分を切除する
ことである。
【0007】
【作用】本発明のAl等の低融点金属およびNb、Mo
等の高融点金属を含有するTi母合金等のTi合金の製
造方法は、溶解原料をコールドクルーシブル炉で溶解す
るので、溶融した金属を炉壁に接触させないで溶解させ
ることができるため、長時間溶解を続けることができ
る。その結果、融点が高いため合金化され難いNb、M
o等も合金化することができる。
【0008】また、溶解を終了する前に高周波コイルに
流す電流を溶解していたときの電流より小さい電流にす
ることと高周波コイルに流す電流をこれより大きくする
こととを交互に繰り返すことにより、未溶解の高融点金
属および高融点不純物が炉底へ沈降、付着させることが
できるので、インゴットの底部を切除することにより、
未溶解の高融点金属および高融点不純物を含まないイン
ゴットを得ることができる。未溶解の高融点金属および
高融点不純物を炉底へ沈降するのは、溶解電流を低減す
ることにより、液体内を浮遊している未溶解の高融点金
属および高融点不純物が炉底へ沈降、付着する機会が与
えられるためである。
【0009】
【発明の実施の形態】次に、本発明のコールドクルーシ
ブル炉による低融点金属および高融点金属を含有するT
i合金の製造方法(以下、「本発明のTi合金の製造方
法」という。)を図面を参照して説明する。図1は、本
発明のTi合金の製造方法に用いるコールドクルーシブ
ル炉の概念図である。
【0010】まず、本発明のTi合金の製造方法に用い
るコールドクルーシブル炉(レビテーション溶解炉)に
ついて説明する。本発明のTi合金の製造方法に用いる
コールドクルーシブル炉は、図1に示すような真空排気
手段等の雰囲気調整手段5により内部を真空又は不活性
ガス雰囲気にすることができる雰囲気調整用容器2と、
この雰囲気調整用容器2の中に入っている水冷銅るつぼ
3及び高周波コイル4等とからなるもの、公知のコール
ドクルーシブル炉で高融点・高活性金属を含む合金等を
溶解することができるものである。
【0011】本発明のTi合金の製造方法の一つは、上
記コールドクルーシブル炉で低融点金属、高融点金属お
よびTiからなる溶解原料を溶解し、炉内で凝固させる
方法であるが、上記低融点金属は、Al、Mg、Sn等
である。また上記高融点金属は、Nb、Ta、Mo、W
等である。これらを含有するTi合金としては、8Al-1M
o-1V-Ti 、5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr-Ti、15Mo-5Zr-3Al-Ti
、6Al-4Sn-3.5Zr-3Mo-1Nb-Ti、6Al-5Zr-1W-Ti 、7Al-2
Mo-2.5Nb-2.5Ta-Ti等である。本発明のTi合金の製造
方法における溶解原料の溶解は、通常行われている高融
点の金属または合金の溶解方法と同様な方法で実施する
ことができる。
【0012】本発明のTi合金の製造方法のもう一つ
は、上記コールドクルーシブル炉で低融点金属、高融点
金属およびTiからなる溶解原料を溶解し、溶解を終了
する前に高周波コイルに流す電流を溶解していたときの
電流より小さい電流にすることと高周波コイルに流す電
流をこれより大きくすることとを交互に繰り返し、その
後凝固させる方法であるが、本発明のこの方法で溶解す
る低融点金属、高融点金属およびTi合金は、上記のも
のと同じである。
【0013】本発明のこの方法で溶解する場合の高周波
コイルに流す電流を溶解していたときの電流より小さい
電流にすることとは、溶解していたときに高周波コイル
に流す電流の10〜30%程度小さくすることである。
例えば、溶解していたときに高周波コイルから流す電流
がそのコールドクルーシブル炉の能力の100%であっ
たとすると、例えばその70〜90%にすることであ
る。その電流を流す時間は通常30秒〜2分程度であ
る。
【0014】さらに、高周波コイルに流す電流をこれよ
り大きくするとは、その前に高周波コイルに流していた
電流より大きくすることで、通常10〜30%大きくす
ることである。例えば、その前に高周波コイルに流して
いた電流が溶解していたときの電流の70〜90%であ
る場合には、100%にすることである。その電流を流
す時間は通常3〜7分程度である。また、高周波コイル
へ小さい電流を流すこととこれより大きい電流を流すこ
ととを交互に繰り返す回数は、合金の種類、加熱温度、
高融点金属および高融点不純物の大きさによって異なる
が、通常2〜5回程度である。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 実施例1 図1に示すようなコールドクルーシブル炉を用いて下記
表1の溶解前の欄に示す成分組成の合金用溶解原料の1
0kgおよびこれに径が0.01cm,0.1cmおよ
び1cmの純Nb粒を各10個ずつ添加し、下記表1に
示す各時間毎に溶解を止め、凝固完了後にインゴット
(直径150mm、高さ150mm)を切断して、未溶
解の純Nb粒が含まれていない部分の成分組成を分析す
るとともに、未溶解の純Nb粒の径を光学顕微鏡観察に
より測定し、10個の測定値を平均することにより求め
た。その結果を表1および表2に示す。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】上記表1の結果によると、酸素含有量は徐
々に増加していたが、他の元素は50,000秒(1
8.9時間)溶解してもほとんど変化せず、非汚染溶解
ができることが確認できた。また、表2の結果より、
0.01cmの純Nb粒は、1,000秒以内に、また
0.1cmおよび1cmの純Nb粒は、50,000秒
以内に溶解することが確認できた。
【0019】実施例2 上記実施例1で使用したと同じコールドクルーシブル炉
を用いて上記表1に記載したTi合金と同様なTi合金
の合金原料および高融点金属としてφ3mm、長さ3m
mのモリブデン(Mo)線100個からなる溶解原料を
30分間溶解した後インゴットにし、その後インゴット
底部をX線透過写真を撮影する方法によってインゴット
底部のMo線の数を測定した。上記と同様な溶解原料を
30分間溶解した後に1分間溶解電流を20%低減し、
5分間100%に電流を上昇させて溶解した後に溶解を
終了し、同様な方法でインゴット底部のMo線の数を測
定した。同様にして1分間溶解電流を20%低減し、5
分間100%に電流を上昇させて溶解するのを2回繰り
返し、3回繰り返し、4回繰り返した後に溶解を終了
し、同様な方法でインゴット底部のMo線の数を測定し
た。その結果を下記表3に示す。
【0020】
【表3】
【0021】上記表3の結果によると、溶解電流の低減
と溶解電流の上昇を繰り返す毎にMo線の沈降、付着個
数が増加し、3回繰り返すことによってMo線が全部炉
底へ沈降し、付着した。これより溶融金属中の未溶解の
高融点金属および高融点不純物が除去することができる
ことが分かった。
【0022】
【効果】本発明の低融点金属および高融点金属を含有す
るTi合金の製造方法、上記構成にすることにより、次
のような優れた効果を奏する。 (1)コールドクルーシブル炉で溶解することにより、
炉壁等によって汚染されることがないため、高温で長時
間溶解することができるので、高融点金属も十分溶解し
て合金化することができる。 (2)インゴットの底部に未溶解の高融点金属および高
融点不純物を集めることができるので、不純物が集まっ
ている底部を切除することによって成分組成が均一なイ
ンゴットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に使用するコールドクルーシブル炉の一
例の概念図である。
【符号の簡単な説明】
1 コールドクルーシブル炉 2 雰囲気調整用容器 3 水冷銅るつぼ 4 高周波コイル 5 雰囲気調整手段 6 溶融金属

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 低融点金属、高融点金属およびTiから
    なる溶解原料をコールドクルーシブル炉で溶解した後、
    炉内で凝固させることを特徴とする低融点金属および高
    融点金属を含有するTi合金の製造方法。
  2. 【請求項2】 低融点金属、高融点金属およびTiから
    なる溶解原料をコールドクルーシブル炉で溶解した後、
    溶解を終了する前に高周波コイルに流す電流を溶解して
    いたときの電流より小さい電流にすることと高周波コイ
    ルに流す電流をこれより大きくすることとを交互に繰り
    返し、その後炉内で凝固させることを特徴とする低融点
    金属および高融点金属を含有するTi合金の製造方法。
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