JP2007162071A - チタンインゴットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、チタンインゴットの製法に関するもので、チタン合金を安価に製造することを目的する。
【解決手段】本発明は、チタン切粉や切削屑のみを原料とし、前記のチタン切粉や切削屑を成型してブリケット１を構成する。前記ブリケットの境界線２をスポット溶接して電極を構成する際に、前記スポット溶接の位置を境界線上およびその境界線から外れた部位に２点以上の溶接点３を配置する。このような溶接点を通常品に比べて増加させることにより、電極全体の強度低下を効果的に抑制することができる。その結果、前記電極を真空アーク溶解することにより安価なチタンインゴットを効率良く溶製することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、チタンインゴットの製造方法に関し、特に、チタンスクラップで構成した溶解用電極の製造方法に関する。

チタンインゴットは、従来クロール法で製造されたスポンジチタンを圧縮成形してブリケットとし、次いで、これらの複数のブリケットを溶接接合して溶解用電極を構成している。このように構成された一次電極を真空アーク溶解もしくは電子ビーム溶解することでチタンインゴットが製造されている。
このような方法で溶製されるインゴットの原料は、純度の高いスポンジチタン（いわゆる、CPグレードチタン、以下「A級チタン材」と呼ぶ場合がある。）であるが、インゴットの加工工程で発生した切粉や鍛造屑あるいは切削屑（以下、本願では、「B級チタン材」と呼ぶ場合がある。）が発生して蓄積する。

これらのB級チタン材はその表面が酸化膜や窒化膜で覆われており、また、不純物も多く含まれていることが多いため、B級チタン材のみでブリケットを構成して溶解用電極を構成しても、ブリケット間の密着強度が部分的に不足して電極の一部が脱落する場合があった。

このような問題に対して、いわゆる純度の低いB級チタン材を中心部に配置し、その外周部に純度の良いA級チタン材を配置したブリケットを成形し、このブリケットにより溶解用電極を構成してチタンインゴットを効率よく溶製することができる技術が特許文献１および特許文献２に公開されている。

近年インゴット製造に係る費用の更なるコストダウンが求められておりこのためにはB級チタン材をなるべく多量に配合したブリケットを原料としたチタンインゴットを溶製する方法が好ましいとされる。

このような観点に対して、経済性を追求するにはB級チタン材を５０％以上用いることが望ましいという記載が特許文献３に開示されている。しかしながら、当該文献には前述したようなブリケットの構成方法に関する課題解決手段が開示されておらずこれを具体的に実施する状況は難しい。

また、チタンインゴット溶解用電極の構成方法に関する技術が特許文献４に開示されているが、B級チタン材で構成したブリケットの溶接方法に関する技術の開示は見られない。

以上述べたように、安価なチタンインゴットの製造を目的としたいわゆる純度の低いB級チタン材から構成された真空アーク溶解あるいは電子ビーム溶解用電極の製造方法が望まれている。

特開２００３−２２１６２６号（本文） 特開２００３−２２１６２９号（本文） 特開昭５３−０７３４０２号 （本文） 特開２００４−２０６９００号（本文）

本発明は、チタンインゴットを安価に製造することを目的とし、特にB級チタン材で構成したブリケットを確実に溶接接合して構成された電極を溶解してチタンインゴットを製造する方法の提供を目的としている。

かかる実情に鑑みて鋭意検討を重ねてきたところ、B級チタン材で構成したブリケット間の境界線およびその近傍に２個以上の溶接点を配置して構成することにより、A級チタン材のブリケットのみで構成した電極と遜色のない強度を有したチタンインゴットが得られることを見出し本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、チタンインゴットの製造方法であって、該インゴットの原料となる電極を構成するブリケットがチタンスクラップもしくはスポンジチタンを配合したチタンスクラップで構成されており、該ブリケット同士が密着配置されている境界線およびその近傍に２個以上の溶接点を配置することを特徴とするものである。

このように構成したブリケットを用いることで、従来強度が不足して電極の構成が難しいとされてきたチタンスクラップのみを用いた溶解用電極を構成することができる。その結果、安価なチタン材を原料とすることができ、従来に比べてチタンインゴットをより安価に製造することができる。

本発明によれば、A級チタン材に比べて安価なB級チタン材を溶解原料に用いることができ、その結果、従来に比べて安価なチタンインゴットを製造することができる。

本発明の最良の実施形態について図面を用いて以下に説明する。
図1は本発明を実施するための好適なブリケットの構成例を表している。

本発明に用いるブリケットは、不純物を多く含んだB級チタン材から構成することができる。ここでいうB級チタン材とは、前記したように切粉や鍛造屑あるいは切削屑のみならず、商用スポンジチタンの規格から外れたスポンジチタンを含める場合がある。

これらのB級チタン材は、切削油や粉塵が付着して、また、表面には酸化膜や窒化膜が形成されているため、ブリケット成形するに先立って酸洗しておくことが好ましい。
付着の状況にもよるが、塩酸あるいは硝酸で付着の大半を溶解除去することが可能である。また、フッ酸で処理すればB級チタン材の表面に形成されている酸化物あるいは窒化物まで溶解除去することができる。酸洗処理した後は、水洗乾燥して表面の清澄なチタン材を準備することができる。

このような表面な清澄なB級チタン材は、次いで、破砕整粒しておくことが好ましい。粒度は、２ｍｍ〜１３ｍｍの範囲に整粒しておくことが好ましい。このような粒度範囲に整粒しておくことで、優れた強度を有するブリケットを形成することができる。

前記した整粒下限以下まで破砕すると、比表面積が増加して、表面の再酸化を招き好ましくない。一方、整粒上限以上の大きさであるとブリケット成形する際に成形圧力が低下せず好ましくない。

本発明にチタンスクラップ材の中でも切粉を用いる場合には、その幅は３〜１０ｍｍ、厚みは０．１〜１ｍｍの範囲にあるものを選別して用いることが好ましい。また、これらの切粉の中でも、旋盤あるいはフライス盤を用いて検索したカール状あるいはループ状の切粉を用いることが好ましい。

このようなカール状あるいはループ状の切粉を用いることでプレス成形したときの成形圧を低いレベルに抑制することができる。
前記したような条件で準備されたB級チタン材は、プレス成形してブリケットを成形することができる。ブリケット断面の形状は、かまぼこ型あるいは半円形に成形することが好ましいが、これ以外の断面形状に成形しても良い。

プレス成形されたブリケットの見かけ密度は、 ３．０ ｇ／ｃｍ^３ 〜 ３．５ ｇ／ｃｍ^３の範囲に加圧成形することが好ましい。ブリケットの見かけ密度が前記下限値以下であると、ブリケットの強度が不足して電極を構成することが困難となる。一方、ブリケットの見かけ密度が前記上限値以上である場合には、溶解中に除去される不純物の揮発能が低下して好ましくない。このため、前記した密度範囲にブリケットを成形することが好ましい。

本発明を実施する範囲において、前記ブリケットを成形する際に要する成形応力は、
２５００Kg／ｃｍ^２〜３０００ Kg／ｃｍ^２の範囲で行うことが好ましい。ブリケットの大きさは、長径が２００〜５００ｍｍ、 短径が１００〜３００ｍｍの範囲で選択することが実用上好ましい。

前記したB級チタン材に対してスポンジチタンを配合することでブリケットの強度を低下させることなく低い成形圧力でブリケットを成形することができる。

スポンジチタンの配合割合は、 １ｗｔ％〜５ｗｔ％が好ましい範囲とされる。前記の比率が増えると安価なチタン材を利用する経済効果が低減する。一方、スポンジチタンの比率が少ないと結合効果が発揮されずブリケットの強度改善効果が望めない。

前記B級チタン材に配合するスポンジチタンは、クロール法で製造されたＡ級スポンジチタン（いわゆる商用スポンジチタン）を用いることができるが、場合によっては、規格外のスポンジチタンを用いることもできる。

前記スポンジチタンの粒径は、ブリケットの成形性を高める上で、１０メッシュ〜１／２”の粒度範囲に調整しておくことが好ましい。
前記の方法で成形したブリケットは、長さ２５０ｍｍ〜３５０ｍｍ、縦１５０ｍｍ〜２５０ｍｍ、横２５０ｍｍ〜４００ｍｍの範囲が好ましい。

前記の方法で成形されたブリケットは、断面方向と長手方向に適宜組み合わせることでＶＡＲ溶解用一次電極を構成することができる。前記ブリケットは、溶接により相互に接合される。図１は、本発明にしたがって、４個のブリケットに対して接合した時の溶接状況を表している。

まずは、縦と横方向の境界線２が交差した点の近傍に中心溶接点３を形成させる。中心溶接点の大きさは、４個のブリケットの面積に対して、１０％〜１５％の範囲に保持さされるように形成することが好ましい。

次いで、本発明においては、中心溶接点３の上下に、別の溶接点を追加して形成させることが好ましい。前記上下の溶接点は既に形成させた中心溶接点３と一部が重複するように形成することが好ましい。 このように溶接点の一部を相互に重複させることで溶解用電極として充分な強度を維持することができる。

このようにブリケットの境界線上から外れた領域にも溶接点を設けることを本発明の特徴としている。また、溶接点の溶接深さは、溶接点の直径に対して３０％〜５０％の範囲に形成することが好ましい。このような範囲に形成することで、溶解用電極として充分な強度を維持することができる。

なお、前記した上下の溶接点は、ブリケットを組み合わせて構成した電極の長手方向と整合する方向に配置することが好ましい。このような溶接点を配置することで電極の自重を効果的に保持することができるという効果を奏する。

前記したブリケットの溶接は、ＴＩＧ溶接機により人手で行っても良いが、内部を不活性雰囲気に保持したタンク溶接機内において実施することもできる。溶接時における待機の巻き込みを極端に嫌う場合には、後者のタンク溶接機内で実施することが好ましい。

図２は、図１に示した溶接点を水平方向に更に１個ずつ追加配置した例を表している。このような配置をとることで、ブリケット相互の結合力をより一層上昇させることができる。図３は、図２に示した溶接点に、更に、鉛直および水平方向に孤立溶接点４を増加させた例を表している。この実施態様にいては、孤立溶接点４は、図２で示した溶接点と重複していないことを特徴とするものである。 このように溶接点を配置する
ことで４個のブリケット全体を均等に相互に結合させることができる。

図４は、更に別の好ましい態様を表している。図４では、溶接点３および溶接点３と重複部を持たない４個の孤立溶接点４から構成されている。このような配置とすること
で、ブリケットを相互に結合させることができる。

以上述べた本発明に係る方法によりB級チタン材あるいはスポンジチタンを添加したB級チタン材で構成したブリケットにより溶解用電極を構成することができる。該溶解用電極は、真空アーク溶解あるいは電子ビーム溶解に充分耐え得る強度を有している。

［実施例１］
１．チタン材
チタン材の切粉を酸洗して表面を清澄にした後、次に示すような所
定のサイズに破砕整粒した。
１）旋盤切粉 ； １００ 重量 ％ （幅； ３ ｍｍ〜 １０ ｍｍ）

２．ブリケット
前記破砕整粒されたチタン切粉を金型に投入して成形し、次のブリケットを得た。
１）形状 ； かまぼこ型
２）寸法 ； 長さ ３２０ｍｍ ｘ 幅 ２７０ ｍｍ ｘ 厚み １６０ mm
３）成形圧力 ； ３０００ Kg／ｃｍ^２
４）見かけ密度； ３．０ ｇ／ｃｍ^３ 〜 ３．２ ｇ／ｃｍ^３

３．電極構成
１）一次電極 ； 長さ ３９００ ｍｍ 、 径 ３００ ｍｍ
２）一次電極 ； 重量 １０００ Kg
４．溶解結果
前記の条件でチタンブリケットを成形しこれを図１に示した方法
で構成した電極を構成してチタンインゴットを真空アーク溶解した。
この工程を５回繰り返したが、溶接後の該電極を移動する際や傾
倒させる際においては電極の一部が脱落することは無かった。

また、溶解中の電極の落下事故は一度もなく、最後まで安定し
た溶解操業を継続することができた。
［比較例１］
図１に示した溶接点の配置を中心溶接点３のみを形成して電
極を構成する以外は実施例１と同様に電極を構成し、次いで真
空アーク溶解を実施した。そして、計３本のインゴットを溶製した。
しかしながら、第２回目で電極の落下事故が発生したので操業
の中断を強いられた。

本発明は、チタンインゴットの安価な製造方法を提供するものであり、とりわけ、チタンスクラップを原料とした溶解用電極の製法に好適に利用できる。

本発明に係る好ましい態様例 本発明に係る好ましい態様例 本発明に係る好ましい態様例 従来例

符号の説明

なし

Claims (7)

1. チタン材からなるブリケットで溶解用電極を構成し、該電極内で密着配置されるブリケット間の境界線上およびその境界線上から外れた部位に２個以上の溶接点を配置した電極を用いることを特徴とするチタンインゴットの製造方法。
2. 前記境界線上に設けた溶接点の周囲を囲むように溶接点を配置した電極を用いることを特徴とする請求項１記載のチタンインゴットの製造方法。
3. 前記チタン材が、チタンスクラップで構成されていることを特徴とする請求項１記載のチタンインゴットの製造方法。
4. 前記チタン材がチタンスクラップおよびスポンジチタンから構成されていることを特徴とする請求項１〜２記載のチタンインゴットの製造方法。
5. 前記チタンスクラップが、切粉、鍛造片、切削屑および商用規格から外れたスポンジチタンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のチタンインゴットの製造方法。
6. 前記チタンスクラップの切粉の幅が３〜１０ｍｍ、長さが１００ｍｍ以下であり、かつカール状であることを特徴とする請求項５記載のチタンインゴットの製造方法。
7. 前記溶解用電極が、真空アーク溶解に用いられることを特徴とする請求項１〜６記載のチタンインゴットの製造方法。