JP2018135583A - Ｎｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金のＮｂ濃縮方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸素含有率が溶解前より低く、且つＮｂが濃縮されたＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金を得る。
【解決手段】本発明のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金のＮｂ濃縮方法は、酸素を０．１質量％以上含有すると共に、Ａｌを３０〜７０質量％、Ｎｂを１〜１５質量％、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａの何れか１種以上を合計で０〜１５質量％含有するＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料を、真空度が５×１０^−２〜１×１０^−３Ｐａ、溶解時の投入熱量が１０００〜２０００ｋＷ／ｈ／ｍ^２の条件で、電子ビーム溶解法によって溶解し、溶解保持後のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料に含まれる酸素含有率の目標値（質量％）に対して、所定の関係式から求められる値Ｃ_ＯおよびＣ_Ｎｂがそれぞれ前述した目標値になるような５分以上の溶解時間Ｔ（分）を求め、求められた溶解時間Ｔ（分）に亘って溶解を保持するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸素含有率が高いＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料（以下、単に溶解原料と表記することがある）を、電子ビーム溶解法によって溶解することで、溶解保持後のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金中の酸素含有率が溶解前より低く、且つＮｂが溶解前より濃縮されたＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金を得ることができるＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金のＮｂ濃縮方法に関するものである。

近年、軽量、高耐食性、高比強度といった特性を活かし、航空機や自動車などの輸送機用の金属素材としてＴｉ−Ａｌ系合金の需要が高まりつつある。これらのＴｉ−Ａｌ系合金には耐酸化性を向上させるために、高価な金属でもあるＮｂが合金元素として含有されていることが多い。
このようにＴｉ−Ａｌ系合金スクラップ中にＮｂが含まれている場合は、Ｎｂが高価な上に、多種多様な用途、需要が存在するため、従来からＮｂが含まれたＴｉ−Ａｌ系合金スクラップからＮｂを回収、精製、濃縮して再利用したいというニーズが存在していた。

但し、Ｔｉ−Ａｌ系合金スクラップ中にはＮｂの品質に悪影響を与える酸素が多量に含まれているため、Ｔｉ−Ａｌ系合金スクラップ中のＮｂを再利用するためには、多量の酸素を除去する必要がある。
また、Ｔｉ−Ａｌ系合金自体も非常に活性であるため、製造工程で発生したＴｉ−Ａｌ系合金スクラップにも酸素などの不純物が多量に含まれている。このようにＴｉ−Ａｌ系合金スクラップ中に一度取り込まれた不純物を除去することは困難である。そのため、従来からＴｉ−Ａｌ系合金スクラップを再利用することは困難であるとされていた。

上述したようにＴｉ中に一旦固溶した酸素を除去することは容易ではなく、Ｔｉ中から酸素を除去する取り組み自体も少ない。しかし、少ない取り組みの中から一例を挙げれば、以下に示すような先行技術が存在する。
例えば、特許文献１には、Ｎｂなどの高融点金属を合金成分として含むチタン合金の製造方法が開示されている。この特許文献１の方法は、Ｎｂなどの高融点金属とＴｉとからなる母合金をあらかじめ調製し、次いで調整した母合金をチタン材に添加して溶製する方法となっている。

また、特許文献２には、チタンの脱酸方法に関する発明が開示されている。この特許文献２の方法は、酸素を含有するチタン原料を、アルミニウム或いは珪素を単独でもしくは組み合わせて添加した状態で電子ビーム溶解して、酸素をアルミニウム或いは珪素の酸化物として気相脱酸する方法となっている。

特開２００７−５６３６３号公報 特開平３−２４３７３２号公報

ところで、特許文献１のチタン合金の製造方法は、Ｔｉと共にＮｂなどの高融点金属を溶解してチタン合金を製造する方法を記載するのみであり、Ｔｉ−Ａｌ系合金中でＮｂを濃縮する方法については記載も示唆もされていない。
また、特許文献２のチタンの脱酸方法には、電子ビーム溶解によるチタンの脱酸に関する方法は記載されているが、特許文献１と同様にＴｉ−Ａｌ系合金中でＮｂを濃縮する方法については記載も示唆もされていない。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたもので、酸素含有率が高いＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料を、電子ビーム溶解法によって溶解することで、酸素含有率が溶解前より低く、且つＮｂが濃縮されたＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金を得ることができるＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金のＮｂ濃縮方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するため、本発明のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金のＮｂ濃縮方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金のＮｂ濃縮方法は、酸素を０．１質量％以上含有すると共に、Ａｌを３０〜７０質量％、Ｎｂを１〜１５質量％、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａの何れか１種以上を合計で０〜１５質量％含有するＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料を、真空度が５×１０^−２〜１×１０^−３Ｐａ、溶解時の投入熱量が１０００〜２０００ｋＷ／ｈ／ｍ^２の条件で、電子ビーム溶解法によって溶解し、溶解保持後のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料に含まれる酸素含有率の前記目標値（質量％）、およびＮｂ含有率の目標値（質量％）を予め決定し、式（１）から求められる値Ｃ_Ｏおよび下記式（２）から求められる値Ｃ_Ｎｂがそれぞれ目標値になるような５分以上の溶解時間Ｔ（分）を求め、求められた溶解時間Ｔ（分）に亘って溶解を保持することを特徴とする。
［数１］
Ｃ_Ｏ＝０．０２１ｅ^{０．０４０４Ｔ}・・・式（１）
Ｃ_Ｎｂ＝Ｙ×（０．５８ｌｎ（Ｔ）＋０．４４）・・・式（２）
但し、Ｃ_Ｏは溶解保持後のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金中の酸素含有率（質量％）、Ｔは溶解時間（分）、Ｃ_Ｎｂは溶解保持後のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金中のＮｂ含有率（質量％）、Ｙは溶解前のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料中のＮｂ含有率（質量％）である。

また、本発明のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金のＮｂ濃縮方法は、酸素を０．１質量％以上含有すると共に、Ａｌを３０〜５０質量％、Ｎｂを３〜１０質量％、Ｍｎ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔａの何れか１種以上を合計で０〜１５質量％含有するＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料を、真空度が５×１０^−２〜１×１０^−３Ｐａ、溶解時の投入熱量が１０００〜２０００ｋＷ／ｈ／ｍ^２の条件で、電子ビーム溶解法によって溶解し、７〜４０分溶解保持することを特徴とする。

本発明のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金のＮｂ濃縮方法によると、酸素含有率が高いＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料を、電子ビーム溶解法によって溶解することで、酸素含有率が溶解前より低く、且つＮｂが濃縮されたＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金を得ることができる。
例えば、真空度を５×１０^−２〜１×１０^−３Ｐａ、溶解時の投入熱量を１０００〜２０００ｋＷ／ｈ／ｍ^２という条件の電子ビーム溶解法を７〜４０分に亘って行って溶解を保持すれば、酸素含有率が０．１質量％未満と低く、且つＮｂ含有率が溶解前の初期濃度（溶解前のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料中のＮｂ含有率）の１５０％以上に濃縮されたＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金を得ることができる。

電子ビーム溶解によるＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金中のＮｂ濃度（含有率）の時間ごとの変化を示すグラフ図である。 電子ビーム溶解によるＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金の酸素濃度（含有率）の時間ごとの変化を示すグラフ図である。

本発明者らは、Ｎｂが含まれた酸素含有率が高いＴｉ−Ａｌ系合金スクラップなどのＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料を用いて、酸素含有率が溶解原料よりも低く、且つＮｂが濃縮されたＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金を得ることができるＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金のＮｂ濃縮方法を見出すため、鋭意検討を行った。
その結果、Ｎｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料を溶解する方法として電子ビーム溶解法を採用した上で、溶解時の密閉容器内の真空度、並びに溶解時の投入熱量を適正な範囲とし、更には溶解保持時間を適正な範囲の時間とすることで、酸素含有率が溶解前より低く、且つＮｂが濃縮されたＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金を作製することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。

以下、本発明を実施形態に基づいて、図を基に詳細に説明する。
本実施形態のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金のＮｂ濃縮方法は、酸素を０．１質量％以上含有すると共に、Ａｌを３０〜７０質量％、Ｎｂを１〜１５質量％、Ｍｎ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔａの何れか１種以上を合計で０〜１５質量％含有するＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料を、真空度が５×１０^−２〜１×１０^−３Ｐａ、溶解時の投入熱量が１０００〜２０００ｋＷ／ｈ／ｍ^２の条件で、電子ビーム溶解法によって溶解し、溶解保持後のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料に含まれる酸素含有率の目標値（質量％）、およびＮｂ含有率の目標値（質量％）を予め決定し、更に溶解保持後のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金中の酸素含有率およびＮｂ含有率が目標値となるような５分以上の溶解時間Ｔ（分）を求め、求められた溶解時間Ｔ（分）（適正な溶解時間）に亘って溶解を保持する方法となっている。

次に、本実施形態のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金のＮｂ濃縮方法を構成する各要件について説明する。
（Ｎｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系溶解原料の成分組成）
・酸素：０．１質量％以上
本実施形態のＮｂ濃縮方法に用いられるＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料は、Ｎｂが含まれたＴｉ−Ａｌ系合金スクラップなどの原料であり、低品位で酸素含有率が高いものとなっている。これらの原料は、表面が酸化するなどして、少なくても０．１質量％の酸素が含有されている。よって、本発明のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金のＮｂ濃縮方法に用いるＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料には、酸素含有率を０．１質量％以上のものが用いられる。
・Ａｌ：３０〜７０質量％
航空機用のエンジン部品などで使用されているＴｉ−Ａｌ系合金としては、通称ＧＥ合金と呼称されるＴｉ−３３質量％Ａｌ−４．８質量％Ｎｂ−２．７質量％Ｃｒ合金が代表的である。このようなＴｉ−Ａｌ系合金には、上述したものの他、Ｔｉ−３３質量％Ａｌ−６質量％Ｎｂ−１．４質量％Ｔａ合金のような合金を含めても良い。本発明では、このようなＡｌの含有量が高いＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金を製造した場合に生じるスクラップから、Ｎｂが濃縮されたＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金を回収するものとなっている。そのため、本発明のＮｂ濃縮方法に用いられるＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料中のＡｌ含有率の下限を３０質量％とした。

一方、Ｎｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料はチタン合金でもあり、Ｔｉを多量に含んでいる。しかも、この原料にはＮｂも含有されているため、Ａｌの含有率には上限がある。よって、Ｎｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料中のＡｌ含有率の上限を７０質量％としている。以上のことから、Ｎｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料中のＡｌの含有率は、３０〜７０質量％の範囲とした。
・Ｎｂ：１〜１５質量％
Ｎｂは、Ｔｉ−Ａｌ系合金の耐酸化性向上や各種機械特性制御のため、Ｔｉ−Ａｌ系合金に添加される。Ｎｂの添加量が少なすぎると、これらの効果を奏することができなくなる。しかし、高融点金属であるＮｂを多量に添加すると、融点上昇により局所的な溶融部が形成され、製造するＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ合金の均質性が低下してしまう。よって、Ｎｂの含有率は、１〜１５質量％の範囲とした。
・Ｍｎ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔａの何れか１種以上：合計で０〜１５質量％
上述したＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料には、Ｍｎ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔａの何れかを１種以上：合計で０〜１５質量％含有させることができる。これら成分を含有させることで、Ｎｂ添加とは異なる合金としての特性、例えば延性などの特性を向上させることが可能となる。

また、残部はＴｉおよび不可避的不純物である。
（電子ビーム溶解）
次に、上述した電子ビーム溶解法について説明する。
電子ビーム溶解法は、密閉可能な容器内に収容されたＴｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料に対して、容器内に設けられた電子ビームガンから電子ビームを供給して、原料を溶解する方法となっている。一般的には、電子ビームガンで、電子を１０ｋＶ程度の加速電圧で加速し、容器内に設けられた坩堝内の原料に向かって電子ビームを照射し、坩堝内の原料を溶解させる。この容器内は、真空ポンプなどを用いて低圧（真空）に排気されている。

上述した電子ビーム溶解法では、容器内の真空度、原料に供給される投入熱量（総熱量）、溶解時間（ビーム照射時間）などの条件を用いて、原料の溶解が行われている。
・真空度：５×１０^−２〜１×１０^−３Ｐａ
本実施形態の溶解では、Ｔｉ−Ａｌ多元系合金溶解原料の溶解法としては低い真空度、具体的には溶解時の密閉容器内を５×１０^−２〜１×１０^−３Ｐａの真空度としている。真空度を５×１０^−２Ｐａ以下とした理由は、電子ビーム溶解を低真空（５×１０^−２Ｐａ超）で行うことは装置上難しいからである。また、真空度を１×１０^−３Ｐａ以上とした理由は、より高真空（１×１０^−３Ｐａ未満）にすること自体は可能であるが、排気に長時間を要し、生産性の観点から好ましくないからである。
・投入熱量：１０００〜２０００ｋＷ／ｈ／ｍ^２
上述した３つの電子ビーム溶解法の条件のうち、溶解時の投入熱量は、１０００〜２０００ｋＷ／ｈ／ｍ^２の範囲とされている。溶解時の投入熱量が１０００ｋＷ／ｈ／ｍ^２より低い場合は、Ｎｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料を溶解することができない。よって、溶解時の投入熱量の下限は１０００ｋＷ／ｈ／ｍ^２とした。

一方、溶解時の投入熱量が２０００ｋＷ／ｈ／ｍ^２より高くなると、溶湯の湯面の振動によりスプラッシュが発生し、歩留の低下を招くことに繋がることが予想されるため、溶解時の投入熱量の上限は２０００ｋＷ／ｈ／ｍ^２とした。
・溶解時間（溶解保持時間）
上述した３つの電子ビーム溶解法の条件のうち、溶解時間は、「Ｎｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料中に含有される酸素を如何に低減するか」及び／又は「Ｎｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料中に含有されるＮｂを如何に濃縮するか」によって最適な値が変動するものとなっており、そのために以下に示す式（１）及び式（２）を用いて算出されるものとなっている。そして、このような関係に基づいて溶解時間を求め、求められた溶解時間に亘って溶解を行うことが、本発明のＮｂ濃縮方法の特徴となっている。

具体的には、電子ビーム溶解を終えた後のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金中の酸素含有率およびＮｂ含有率は、下記式（１）および（２）に示すように、電子ビーム溶解開始後の溶解保持時間（溶解時間Ｔ）に依存する。本発明では、式（１）から求められる酸素含有率Ｃ_Ｏおよび式（２）から求められるＮｂ含有率Ｃ_Ｎｂが、それぞれ目標値になるようにして、５分以上溶解を保持する。
「数２」
Ｃ_Ｏ＝０．０２１ｅ^{０．０４０４Ｔ}・・・式（１）
Ｃ_Ｎｂ＝Ｙ×（０．５８ｌｎ（Ｔ）＋０．４４）・・・式（２）
但し、Ｃ_Ｏは溶解保持後のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金中の酸素含有率（質量％）、Ｔは溶解保持時間（分）、Ｃ_Ｎｂは溶解保持後のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金中のＮｂ含有率（質量％）、Ｙは溶解前のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料中のＮｂ含有率（質量％）である。

なお、式（１）から求められる酸素含有率Ｃ_Ｏ、式（２）から求められるＮｂ含有率Ｃ_Ｎｂの目標値とは、「Ｎｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料中の酸素をどの程度まで低減するか」あるいは「Ｎｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料中のＮｂをどの程度まで濃縮するか」によって決められる値であり、溶解後の酸素含有率およびＮｂ含有率に関し、実施者が所望とする値を示すものである。具体的には、酸素含有率の目標値は溶解前の酸素含有率よりも低くなるような或る値のことを示しており、またＮｂの目標値はＮｂの初期濃度（溶解前のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料中のＮｂ含有率）を超えるような或る値のことを示している。

以上の条件に従って、酸素を０．１質量％以上、Ａｌを３０〜７０質量％、Ｎｂを１〜１５質量％、Ｍｎ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔａの何れか１種以上を合計で０〜１５質量％含有するＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料を、電子ビーム溶解法によって溶解すれば、酸素含有率が溶解前より低く、且つＮｂが濃縮されたＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金を得ることができる。

また、Ｎｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料の成分組成のうち、ＡｌおよびＮｂの含有量を更に限定した範囲とした場合は、電子ビーム溶解に関する条件のうち、真空度や投入熱量を変えずに、溶解保持時間を更に限定した範囲とすることで、酸素含有率が０．１質量％未満、Ｎｂ含有率が初期濃度（溶解前のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料中のＮｂ含有率）の１５０％以上のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金を確実に得ることができる。

具体的には、Ｎｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料中のＡｌの含有率を３０〜５０質量％の範囲、Ｎｂの含有率を３〜１０質量％の範囲とした場合は、溶解保持時間を７〜４０分の範囲とすることができる。言い換えれば、Ｎｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料中に、Ａｌが３０〜５０質量％、Ｎｂが３〜１０質量％含有される場合には、溶解時間Ｔ（分）として７〜４０分という具体的な値を提示することができる。このような条件で溶解を行えば、酸素含有率が０．１質量％未満と低く、Ｎｂ含有率が初期濃度の１５０％以上に濃縮されたＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金を得ることができる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
しかしながら、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適宜変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。
実施例は、直径φ８０ｍｍの球状、質量１５０ｇで、成分組成が異なる４種のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料（全て酸素含有率は０．５質量％）を作製し、水冷銅るつぼ（密閉容器）内に投入して、電子ビーム溶解によって溶解したものである。溶解時の密閉容器内の真空度は１×１０^−２Ｐａ、溶解時の電子ビーム出力は８ｋＷ／ｈ（投入熱量が１６００ｋＷ／ｈ／ｍ^２に相当）、溶解保持時間は５分、１０分、２０分とした。

また、実施例では、溶解に用いるＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料、溶解保持時間をそれぞれ変えて、表１に示すような６つの実験例を用意し、それぞれの実験例で溶解した場合のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金中の成分変動を調査した。
具体的には、表１に示す「Ｎｏ．１」の実験例は、Ｔｉ−４０質量％Ａｌ−５質量％Ｎｂ−２．５質量％Ｃｒ合金を溶解原料として用い、溶解時間５分に亘って溶解を保持したものである。

「Ｎｏ．２」の実験例は、Ｔｉ−４０質量％Ａｌ−５質量％Ｎｂ合金を溶解原料として用い、溶解時間１０分に亘って溶解を保持したものである。
「Ｎｏ．３」の実験例は、Ｔｉ−４０質量％Ａｌ−５質量％Ｎｂ−２．５質量％Ｃｒ合金を溶解原料として用い、溶解時間２０分に亘って溶解を保持したものである。
「Ｎｏ．４」の実験例は、Ｔｉ−６０質量％Ａｌ−５質量％Ｎｂ−２．５質量％Ｃｒ合金を溶解原料として用い、溶解時間５分に亘って溶解を保持したものである。

「Ｎｏ．５」の実験例は、Ｔｉ−６０質量％Ａｌ−５質量％Ｎｂ合金を溶解原料として用い、溶解時間１０分に亘って溶解を保持したものである。
「Ｎｏ．６」の実験例は、Ｔｉ−６０質量％Ａｌ−５質量％Ｎｂ−２．５質量％Ｃｒ合金を溶解原料として用い、溶解時間２０分に亘って溶解を保持したものである。
なお、溶解前後のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金に含まれるＡｌ、Ｎｂ、Ｏ（酸素）の濃度（含有率）のうち、Ａｌ及びＮｂの濃度については、ＩＣＰ発光分光分析法により求めた。また、酸素の濃度については、不活性ガス融解赤外線吸収法により求めた。求めた濃度（含有率）の結果を表１、図１および図２に示す。

表１および図１によると、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６は、いずれも溶解前に５wt％であったものが溶解後には５wt％を超える値にまで濃縮されており、全ての実験例でＮｂ濃度（含有率）が増加していることがわかる。
また、図１から明らかなように、溶解保持時間が５分のＮｏ．１やＮｏ．４に比べて、溶解保持時間が１０分と２０分のＮｏ．２、３、５、６では、溶解後のＮｂ濃度（含有率）が全て初期濃度の１５０％以上にまで濃縮している。

つまり、Ｎｂの濃縮は溶解保持時間に伴い進行するものと判断される。このように考える根拠は、Ａｌが合金成分の中で最も蒸気圧が高く、Ａｌのように蒸気圧が高い成分の変動挙動は指数関数／対数的な変化を示すことが一般的に知られていることに依る。つまり、図１の結果から明らかなようにＡｌと同様な変化挙動を示すＮｂも、Ａｌの揮発に伴い時間と共に濃縮が進行しているもの考えることができる。

また、表１および図２によると、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６は酸素濃度（含有率）が０．５質量％から全て０．１質量％未満に低下している。
これら酸素濃度は溶解前のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料の酸素濃度と比べると一旦低下するものの、溶解保持時間がさらに進むと溶解前よりも増加する傾向にある。これは酸素の除去速度に比べ、ＴｉやＡｌの揮発速度が大きいため、酸素の除去が追いつかず、Ｎｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料の酸素濃度が相対的に増加してしまうものと考えられる。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

Claims (2)

1. 酸素を０．１質量％以上含有すると共に、Ａｌを３０〜７０質量％、Ｎｂを１〜１５質量％、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａの何れか１種以上を合計で０〜１５質量％含有するＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料を、真空度が５×１０^−２〜１×１０^−３Ｐａ、溶解時の投入熱量が１０００〜２０００ｋＷ／ｈ／ｍ^２の条件で、電子ビーム溶解法によって溶解し、溶解保持後のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料に含まれる酸素含有率の目標値（質量％）、およびＮｂ含有率の目標値（質量％）を予め決定し、式（１）から求められる値Ｃ_Ｏおよび下記式（２）から求められる値Ｃ_Ｎｂがそれぞれ前記目標値になるような５分以上の溶解時間Ｔ（分）を求め、求められた溶解時間Ｔ（分）に亘って溶解を保持することを特徴とするＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金のＮｂ濃縮方法。
   ［数１］
   Ｃ_Ｏ＝０．０２１ｅ^{０．０４０４Ｔ}・・・式（１）
   Ｃ_Ｎｂ＝Ｙ×（０．５８ｌｎ（Ｔ）＋０．４４）・・・式（２）
   但し、Ｃ_Ｏは溶解保持後のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金中の酸素含有率（質量％）、Ｔは溶解時間（分）、Ｃ_Ｎｂは溶解保持後のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金中のＮｂ含有率（質量％）、Ｙは溶解前のＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料中のＮｂ含有率（質量％）である。
2. 酸素を０．１質量％以上含有すると共に、Ａｌを３０〜５０質量％、Ｎｂを３〜１０質量％、Ｍｎ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔａの何れか１種以上を合計で０〜１５質量％含有するＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金溶解原料を、真空度が５×１０^−２〜１×１０^−３Ｐａ、溶解時の投入熱量が１０００〜２０００ｋＷ／ｈ／ｍ^２の条件で、電子ビーム溶解法によって溶解し、７〜４０分溶解保持することを特徴とするＮｂ含有Ｔｉ−Ａｌ系合金のＮｂ濃縮方法。

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