JP2018188725A - 高融点活性金属の合金からなる鋳塊、および、その製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
γcr=abs(1−βcr)×100[%] ・・・式(1)
βcr={k0+(1−k0)exp(−αVc)}/{k0+(1−k0)exp(−αVccosθcr)} ・・・式(2)
Vc=M/ρA ・・・式(3)
A=πd2/4 ・・・式(4)
γcr=abs(1−βcr)×100[%] ・・・式(1)
βcr={k0+(1−k0)exp(−αVc)}/{k0+(1−k0)exp(−αVccosθcr)} ・・・式(2)
Vc=M/ρA ・・・式(3)
A=πd2/4 ・・・式(4)
本発明の実施形態による高融点活性金属の合金からなる鋳塊は、合金元素を含む原料を溶解させてなる溶湯が鋳型内に集まってなる溶湯プールの湯面を加熱しながら、溶湯プールの底面側から凝固させることで製造される。
高融点活性金属の合金からなる鋳塊を製造する製造装置1は、説明図である図1に示すように、ハース3を用いた鋳塊の製造方法を実施するハース溶解炉1aと、真空アーク溶解法により鋳塊16を製造する真空アーク溶解炉1bと、を有している。
ここで、2次鋳塊16の断面組織形態の模式図である図6に示すように、鋳型12の底面および側面に接していた部分は、鋳型12による急冷によってチル層と呼ばれる急冷等軸粒組織CHとなっている。また、鋳塊16の中央における軸方向に沿った部分は、等軸粒組織EAとなっている。鋳塊16のその他の部分は、柱状晶組織COとなっている。1次鋳塊10についても同様である。なお、図6の出典は、Hayakawa,H.,et al.,ISIJ Int.,Vol.31,No.8,pp.775-784(1991)である。
定常期における鋳造速度と凝固速度との関係を示す図である図7A、図7Bに示すように、定常期において凝固界面が時間tから時間t+Δtの間で移動する場合を考える。なお、定常期で評価するのは、定常期に溶湯プール15が最も大きくなり、その結果として、溶解初期やホットトップ期といった非定常期において、偏析や鋳塊の半径方向における合金成分の濃度差が大きくなるためである。
Vc=M/ρA ・・・式(3)
A=πd2/4 ・・・式(4)
R=Vccosθ ・・・式(5)
CS=ke(R)CL ・・・式(6)
ke=k0/{k0+(1−k0)exp(−αR)} ・・・式(7)
β=[k0/{k0+(1−k0)exp(−αVccosθ)}]/[k0/{k0+(1−k0)exp(−αVc)}]
={k0+(1−k0)exp(−αVc)}/{k0+(1−k0)exp(−αVccosθ)} ・・・式(8)
γ=abs(1−β)×100[%] ・・・式(9)
そこで、本実施形態の鋳塊は、鋳塊の内部に形成された柱状晶組織COの成長方向と、鋳塊の中心軸Oとがなす鋭角の最大値θが、以下の式(1)〜(4)を満たす閾値θcr以下にされている。また、本実施形態の製造方法では、鋳塊の内部に形成された柱状晶組織COの成長方向と、鋳塊の中心軸Oとがなす鋭角の最大値θを、以下の式(1)〜(4)を満たす閾値θcr以下にしながら鋳塊を製造している。
βcr={k0+(1−k0)exp(−αVc)}/{k0+(1−k0)exp(−αVccosθcr)} ・・・式(2)
Vc=M/ρA ・・・式(3)
A=πd2/4 ・・・式(4)
次に、正偏析する代表的な合金元素Aと、負偏析する代表的な合金元素Bについて、溶解速度Mと鋭角の最大値θとの関係、および、鋳造速度Vcと鋭角の最大値θとの関係をそれぞれ求めることで、鋳塊の半径方向における合金元素の偏析度γが許容値γcrを満足する適正範囲を導出した。
以上に述べたように、本実施形態に係る高融点活性金属の合金からなる鋳塊、および、その製造方法によると、鋳塊の内部であって、鋳塊の中央よりも外側に形成された柱状晶組織COの成長方向と、鋳塊の中心軸Oとがなす鋭角の最大値θが、閾値θcr以下にされている。鋳造中の溶湯プール15の深さが深いほど、柱状晶組織COの成長方向と、鋳塊の中心軸Oとがなす鋭角の最大値θが大きくなる。この鋭角の最大値θが大きいほど、鋳塊の半径方向における溶湯の凝固速度の変化が大きくなり、鋳塊の半径方向における合金元素の偏析が顕著になる。そこで、この鋭角の最大値θが、閾値θcr以下になるようにしながら鋳塊を製造することで、鋳塊の半径方向における合金元素の偏析度を許容値γcr以下にすることができる。これにより、合金成分の偏りが少ない高融点活性金属の合金からなる鋳塊を得ることができる。
1a ハース溶解炉
1b 真空アーク溶解炉
2 原料投入装置
3 ハース
4 プラズマトーチ
5 鋳型
6 スターティングブロック
7 プラズマトーチ
8 コントローラ
9 溶湯プール
10 1次鋳塊
12 鋳型
13 電極支持体
14 コントローラ
15 溶湯プール
16 2次鋳塊
17 凝固シェル
Claims (4)
- 原料を溶解させてなる溶湯が鋳型内に集まってなる溶湯プールの湯面を加熱しながら、前記溶湯プールの底面側から凝固させることで製造される、高融点活性金属の合金からなる鋳塊であって、
前記鋳塊の半径方向における合金元素の偏析度の許容値をγcr[%]、前記高融点活性金属に対する前記合金元素の平衡分配係数をk0[−]、前記合金元素の材料定数をα[秒/m]、前記鋳塊の鋳造速度をVc[m/秒]、前記原料の溶解速度をM[kg/秒]、前記高融点活性金属の合金の密度をρ[kg/m3]、前記鋳塊の断面積をA[m2]、前記鋳塊の直径をd[m]とすると、
前記鋳塊の内部であって、前記鋳塊の中央よりも外側に形成された柱状晶組織の成長方向と、前記鋳塊の中心軸とがなす鋭角の最大値θが、以下の式(1)〜(4)を満たす閾値θcr以下にされていることを特徴とする、高融点活性金属の合金からなる鋳塊。
γcr=abs(1−βcr)×100[%] ・・・式(1)
βcr={k0+(1−k0)exp(−αVc)}/{k0+(1−k0)exp(−αVccosθcr)} ・・・式(2)
Vc=M/ρA ・・・式(3)
A=πd2/4 ・・・式(4) - 前記高融点活性金属の合金がチタン合金であることを特徴とする請求項1に記載の高融点活性金属の合金からなる鋳塊。
- 原料を溶解させてなる溶湯が鋳型内に集まってなる溶湯プールの湯面を加熱しながら、前記溶湯プールの底面側から凝固させることで、高融点活性金属の合金からなる鋳塊を製造する、高融点活性金属の合金からなる鋳塊の製造方法であって、
前記鋳塊の半径方向における合金元素の偏析度の許容値をγcr[%]、前記高融点活性金属に対する前記合金元素の平衡分配係数をk0[−]、前記合金元素の材料定数をα[秒/m]、前記鋳塊の鋳造速度をVc[m/秒]、前記原料の溶解速度をM[kg/秒]、前記高融点活性金属の合金の密度をρ[kg/m3]、前記鋳塊の断面積をA[m2]、前記鋳塊の直径をd[m]とすると、
前記鋳塊の内部であって、前記鋳塊の中央よりも外側に形成された柱状晶組織の成長方向と、前記鋳塊の中心軸とがなす鋭角の最大値θを、以下の式(1)〜(4)を満たす閾値θcr以下にしながら前記鋳塊を製造することを特徴とする、高融点活性金属の合金からなる鋳塊の製造方法。
γcr=abs(1−βcr)×100[%] ・・・式(1)
βcr={k0+(1−k0)exp(−αVc)}/{k0+(1−k0)exp(−αVccosθcr)} ・・・式(2)
Vc=M/ρA ・・・式(3)
A=πd2/4 ・・・式(4) - 前記原料と前記鋳型との間に発生させたアーク放電、プラズマトーチからのプラズマアーク、または、電子銃からの電子ビームで、前記原料を溶解させるとともに、前記溶湯プールの湯面を加熱することを特徴とする請求項3に記載の高融点活性金属の合金からなる鋳塊の製造方法。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020116709A (ja) * | 2019-01-25 | 2020-08-06 | 日本トムソン株式会社 | チャック装置 |
CN116144957A (zh) * | 2021-11-23 | 2023-05-23 | 宝武特冶钛金科技有限公司 | 一种tc25钛合金超大直径铸锭的冶炼工艺 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05214458A (ja) * | 1992-01-31 | 1993-08-24 | Nkk Corp | チタン合金インゴットのvar 法による溶解方法 |
JP2010116589A (ja) * | 2008-11-12 | 2010-05-27 | Toho Titanium Co Ltd | 金属の真空アーク溶解装置およびこれを用いた金属の真空アーク溶解方法 |
-
2018
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH05214458A (ja) * | 1992-01-31 | 1993-08-24 | Nkk Corp | チタン合金インゴットのvar 法による溶解方法 |
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Title |
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横山 弘 他: "チタン合金VAR鋳塊におけるマクロ偏析予測技術", R&D神戸製鋼技報, vol. 55, no. 3, JPN7021004626, December 2005 (2005-12-01), pages 57 - 60, ISSN: 0004629539 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020116709A (ja) * | 2019-01-25 | 2020-08-06 | 日本トムソン株式会社 | チャック装置 |
JP7258578B2 (ja) | 2019-01-25 | 2023-04-17 | 日本トムソン株式会社 | チャック装置 |
CN116144957A (zh) * | 2021-11-23 | 2023-05-23 | 宝武特冶钛金科技有限公司 | 一种tc25钛合金超大直径铸锭的冶炼工艺 |
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