JP2021079397A - Manufacturing method of titanium ingot, and mold for manufacturing titanium ingot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、チタン鋳塊(インゴット)の製造方法およびチタン鋳塊製造鋳型に関する。 The present invention relates to a method for producing a titanium ingot and a titanium ingot production mold.
チタンは、その融点が約1680℃と高く、溶融温度では激しく空気酸化される反応性の高い金属である。このため、チタンを鉄鋼材料のように耐火物製るつぼを用いて大気雰囲気下で溶解することは難しい。そこで、チタン鋳塊の製造時では水冷構造をもつ鋳型を用いる。チタン鋳塊は、電子ビームまたはプラズマを用いて溶解した原料(溶湯)を鋳型に連続的に注入し、鋳型内で溶湯を凝固させながら鋳型から引き抜くことで、製造される。この引き抜く際に、チタン鋳塊表面には、湯皺、表面割れ、または鋳型との擦り傷などの欠陥が発生することがある。 Titanium has a high melting point of about 1680 ° C. and is a highly reactive metal that is violently air-oxidized at the melting temperature. For this reason, it is difficult to melt titanium in an atmospheric atmosphere using a crucible made of a refractory material such as a steel material. Therefore, when manufacturing titanium ingots, a mold having a water-cooled structure is used. Titanium ingots are produced by continuously injecting a molten material (molten metal) melted using an electron beam or plasma into a mold and drawing the molten metal out of the mold while solidifying the molten metal in the mold. When this is pulled out, defects such as wrinkles, surface cracks, and scratches with the mold may occur on the surface of the titanium ingot.
特許文献1には、鋳肌の状態が良好な鋳塊を鋳造することができる鋳塊の連続鋳造方法が開示されている。特許文献1に記載の鋳造方法は、チタンまたはチタン合金を溶解させた溶湯を無底の鋳型内に注入して凝固させながら下方に引抜くことで、チタンまたはチタン合金からなる鋳塊を連続的に鋳造する。この際、鋳型と鋳塊との接触領域における鋳塊の表面部の温度、および、その接触領域における鋳塊の表面部から鋳型への通過熱流束の少なくとも一方を制御することで、溶湯が凝固した凝固シェルの接触領域における厚みを所定の範囲内に収めるようにしている。 Patent Document 1 discloses a continuous casting method of an ingot capable of casting an ingot having a good casting surface condition. In the casting method described in Patent Document 1, an ingot made of titanium or a titanium alloy is continuously formed by injecting a molten metal in which titanium or a titanium alloy is dissolved into a bottomless mold and pulling it downward while solidifying it. Cast to. At this time, the molten metal solidifies by controlling at least one of the temperature of the surface portion of the ingot in the contact region between the mold and the ingot and the heat flux passing from the surface portion of the ingot to the mold in the contact region. The thickness of the solidified shell in the contact area is kept within a predetermined range.
しかしながら、凝固シェルの形成は、鋳型との接触による冷却のみでは決まらず、溶湯の温度または流動の状況にも大きく依存する。このため、特許文献1に記載のように、鋳塊の表面部の温度、または、鋳塊の表面部から鋳型への通過熱流束を制御しても、凝固シェルの厚みを制御できないおそれがある。その結果、鋳塊の表面に湯皺などの欠陥が生じることを抑制できないおそれがある。 However, the formation of the solidified shell is not determined only by cooling by contact with the mold, but also largely depends on the temperature or flow condition of the molten metal. Therefore, as described in Patent Document 1, even if the temperature of the surface portion of the ingot or the heat flux passing from the surface portion of the ingot to the mold is controlled, the thickness of the solidified shell may not be controlled. .. As a result, it may not be possible to suppress the occurrence of defects such as wrinkles on the surface of the ingot.
表面に欠陥が生じると、鋳塊を鋳型から引き抜く際に、その欠陥が破断し、鋳塊内部の溶湯が漏れ出るブレークアウトが発生することがある。このブレークアウトが発生すると、溶湯が鋳型周囲に飛び散るため、これを防ぐことが望まれる。 If a defect occurs on the surface, when the ingot is pulled out from the mold, the defect may break and a breakout may occur in which the molten metal inside the ingot leaks out. When this breakout occurs, the molten metal scatters around the mold, and it is desirable to prevent this.
そこで、本発明の目的は、ブレークアウト発生時の溶湯の飛び散りを防止できるチタン鋳塊の製造方法およびチタン鋳塊製造鋳型を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a titanium ingot and a titanium ingot production mold capable of preventing the molten metal from scattering when a breakout occurs.
上記目的を達成するため、本発明のチタン鋳塊の製造方法は、チタンを含有する溶湯を鋳型に注入してチタン鋳塊を形成する鋳造工程を含み、前記鋳型は、底の無い筒状の胴体を備え、前記胴体の上端は、前記溶湯を受け入れるための開口部を含み、前記胴体の内周面は、前記開口部の位置よりも下方の位置に配置された先太りテーパ面を含み、前記先太りテーパ面は、下方に進むに従い前記胴体の中心軸線からの距離が長くされている。 In order to achieve the above object, the method for producing a titanium ingot of the present invention includes a casting step of injecting a molten metal containing titanium into a mold to form a titanium ingot, and the mold has a bottomless tubular shape. The fuselage is provided, the upper end of the fuselage includes an opening for receiving the molten metal, and the inner peripheral surface of the fuselage includes a tapered tapered surface arranged at a position below the position of the opening. The tapered surface has a longer distance from the central axis of the body as it advances downward.
また、本発明のチタン鋳塊製造鋳型は、底の無い筒状の胴体を備え、前記胴体の上端は、チタンを含有する溶湯を受け入れるための開口部を含み、前記胴体の内周面は、前記開口部の位置よりも下方の位置に配置された先太りテーパ面を含み、前記先太りテーパ面は、下方に進むに従い前記胴体の中心軸線からの距離が長くされている。 Further, the titanium ingot manufacturing mold of the present invention includes a bottomless tubular body, the upper end of the body includes an opening for receiving a molten metal containing titanium, and the inner peripheral surface of the body is a surface. The tapered tapered surface is included at a position lower than the position of the opening, and the tapered tapered surface becomes longer in distance from the central axis of the fuselage as it advances downward.
本発明によれば、先太りテーパ面により、ブレークアウト発生時の溶湯の飛び散りを防止できる。 According to the present invention, the tapered surface can prevent the molten metal from scattering when a breakout occurs.
<チタン鋳塊の製造装置>
図1は、チタン鋳塊72の製造装置1を示す図である。製造装置1は、原料供給部2と、照射部31、32、33と、ハース4と、チタン鋳塊製造鋳型(以下、単に鋳型と言う)5と、支持台6とを備えている。
<Titanium ingot manufacturing equipment>
FIG. 1 is a diagram showing a manufacturing apparatus 1 for a
原料供給部2は、後段のハース4に、チタン合金原料(以下、単に原料と言う)70を供給する。原料供給部2はハース4の上方に配置される。原料供給部2は、原料70を載置する台21と、台21に載置された原料70を押し出す押出器22とを有している。押出器22に押し出された原料70は、原料供給部2の下方に位置するハース4へ落下する。
The raw
原料70はチタンブリケット(チタン合金ブリケットを含む。以下同じ。)であることが望ましい。原料70は、チタンブリケットに限らず、必要に応じて板、棒、管等のスクラップをチタン合金原料に混在させてもよい。以降の説明では、原料70がチタンブリケットである場合を例にとる。なお、原料70として、純チタンの原料、チタン合金製の原料、チタン製とアルミニウム製の混合原料、および、チタン製とチタン合金製の混合原料のいずれも用いることができる。
It is desirable that the
照射部31は、原料供給部2からハース4へ供給される原料70に電子ビームまたはプラズマを照射して、原料70を溶解する。原料供給部2は、照射部31による原料70の溶解速度に応じた供給速度で、押出器22で原料70を供給することが好ましい。また、原料供給部2は原料70を連続して供給し、照射部31は原料70を連続して溶解することが好ましい。
The
ハース4は、原料70が照射部31により溶解されてなる溶湯71を収容する。ハース4は、一部の溶湯71を冷却凝固し、底部にスカルを形成しながら、残部の溶湯71を後段の鋳型5へ流す。
The
照射部32は、ハース4上方に配置され、電子ビームまたはプラズマをハース4内の溶湯71の表面に照射する。これにより、ハース4内の溶湯71の温度調整が行われる。
The
鋳型5は底の無い筒状である。鋳型5にはハース4から溶湯71が注入される。鋳型5は、注入された溶湯71を冷却凝固する。鋳型5で溶湯71が冷却凝固されると、例えば、円柱状のチタン鋳塊(インゴット)72が下方に延びつつ成形される。なお、鋳型5に注入された溶湯71は、鋳型5の上部における内周面との接触によりチタン鋳塊72となる。このため、鋳型5の上部では、鋳型5の軸方向から視ると、チタン鋳塊72の内側に溶湯71が存在する状態となる。また、冷却凝固されたチタン鋳塊72と溶湯71との界面において、溶湯71が冷却凝固され、チタン鋳塊72が形成される。鋳型5の構造については後述する。
The
支持台6は、鋳型5の下方に配置されている。支持台6は、図示しない移動機構によって上下方向に移動するように構成されている。支持台6には、ダミーブロック(図示せず)が形成されている。そのダミーブロックに、チタン鋳塊72の下端部が支持されている。支持台6は、チタン鋳塊72を支えつつ下方に移動することで、チタン鋳塊72を鋳型5から引き抜く。この引き抜きの際、チタン鋳塊72に要求される品質が高い場合、鋳型5内では潤滑剤を用いることができない。また、チタン鋳塊72の鋳造においては、支持台6をゆっくりと間欠的に移動させたり、支持台6を上方に押し上げたりすることを繰り返し、チタン鋳塊72を鋳型5から引き抜く。
The
照射部33は、鋳型5の上方に配置される。照射部33は、鋳型5に収容された溶湯71に電子ビームまたはプラズマを走査しながら照射して、溶湯71の温度調整を行う。
The
なお、照射部31、32、33は同じ構成であり、1または複数配置されている。照射部31、32、33が電子ビームを照射する構成の場合、照射部31、32、33は、電子ビームガン等の公知の電子ビーム発生装置を有する。この場合、製造装置1の各部2、4、5、6は、真空雰囲気下に置かれる。照射部31、32、33がプラズマを照射する構成の場合、公知のプラズマ発生装置を有する。この場合、製造装置1の各部2、4、5、6は、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下に置かれる。
The
<鋳型について>
次に、鋳型5の構成について詳述する。図2は、鋳型5の断面図である。
<About the mold>
Next, the configuration of the
鋳型5は、底の無い円筒状の胴体50を有する。胴体50は、その上端部に、ハース4から溶湯71を受け入れるための開口51Aを形成する開口部51を含む。また、開口部51の下方における胴体50の内周面は、中心軸線Pに平行な円筒状の直胴面52を含む。さらに、直胴面52の下方における胴体50の内周面は、円錐台テーパ状の先太りテーパ面53を含む。先太りテーパ面53は、下方に進むに従い胴体50の中心軸線Pからの距離が長くされている。先太りテーパ面53は、下方に延びつつ成形される円柱状のチタン鋳塊72との間に、隙間102(後述の図4参照)が形成される程度に、中心軸線Pに対して傾斜していることが好ましい。また、先太りテーパ面53のテーパ率は、1〜50(%/m)であることが好ましい。
The
<ブレークアウトについて>
鋳型5に先太りテーパ面53を設けることにより、ブレークアウト発生時の溶湯71の飛散を防止することができる。
<About breakout>
By providing the
図3および図4は、鋳型5に溶湯を注入した状態の鋳型の断面図である。
3 and 4 are cross-sectional views of the mold in which the molten metal is injected into the
鋳型5に注入された溶湯71は、鋳型5の開口部51近傍の内周面である直胴面52との接触によりチタン鋳塊72が形成される。チタン鋳塊72が形成される直前では、溶湯71の湯面付近は表面張力により曲率を持っている。この状態で溶湯71が鋳型5の直胴面52と接触して冷却凝固すると、曲率を持ったチタン鋳塊72が形成され、鋳型5とチタン鋳塊72との間に隙間101が形成される。その後、新たに鋳型5に注入された溶湯71が隙間101に部分的に供給されると、湯皺が形成される。
The
上記したように、チタン鋳塊72の引き抜き速度は遅く、チタン鋳塊72の凝固収縮が進行する。鋳型5の直胴面52の長さが長いと、鋳型5の直胴面52と、チタン鋳塊72の表面との摩擦が大きく、高温状態で脆弱なチタン鋳塊72が開口して破断することになる。この破断する深さが大きいと、チタン鋳塊72の内部の溶湯71が漏れ出るブレークアウトが発生する。また、引き抜く際に、支持台6を上方に押し上げる場合がある。この場合、チタン鋳塊72の表面と鋳型5の直胴面52との摩擦力が増大し、チタン鋳塊72が破断してブレークアウトを引き起こすことにもなる。
As described above, the drawing speed of the
ブレークアウトが発生すると、鋳型5の外部に溶湯71が飛散する。そこで、直胴面52の下方に、先太りテーパ面53を設け、先太りテーパ面53とチタン鋳塊72との間に隙間102を設けることで、飛散した溶湯71は、先太りテーパ面53により受け止められる。このため、溶湯71が鋳型5の外部に飛び散ることが抑制される。
When a breakout occurs, the
以上のように、鋳型5に先太りテーパ面53を設けることで、ブレークアウト発生時の溶湯の飛び散りを防止できる。
As described above, by providing the
<チタン鋳塊の製造方法>
次に、図1を参照して、本実施形態に係るチタン鋳塊72の製造方法について説明する。チタン鋳塊72の製造方法は第1〜4の工程を有する。
<Manufacturing method of titanium ingot>
Next, a method for manufacturing the
第1の工程は原料供給工程である。この第1の工程では、原料供給部2が原料70をハース4へ落下させる。原料供給工程では、原料70を、第2の工程での原料70の溶解速度に応じた供給速度で、供給することが望ましい。
The first step is a raw material supply step. In this first step, the raw
第2の工程は溶解工程である。この第2の工程では、ハース4へ供給される原料70に照射部31が電子ビームまたはプラズマを照射することにより原料70を溶解する。なお、原料供給工程で原料70を連続して供給し、溶解工程で原料70を連続して溶解することが望ましい。
The second step is a melting step. In this second step, the
第3の工程は、ハース4において溶湯71を精錬する精錬工程である。この第3の工程では、固形物のまま落下、または、照射部31によって溶解されて流下する溶湯71を精錬する。また、精錬工程では、ハース4を流れる溶湯71に、照射部32から電子ビームまたはプラズマを照射することにより、溶湯71の温度を調整する。
The third step is a refining step of refining the
第4の工程は鋳造工程である。この第4の工程では、ハース4で精錬された溶湯71を鋳型5へ注入し、鋳型5で溶湯71を冷却凝固することで、チタン鋳塊72を形成する。この鋳造工程では、鋳型5への溶湯71の流入に伴い支持台6が下方へ移動する。これにより、チタン鋳塊72が円柱状に成形されていく。
The fourth step is the casting step. In this fourth step, the
この第4工程において、チタン鋳塊72の表面に湯皺などが形成されて、ブレークアウトが発生しても、先太りテーパ面53により、飛散した溶湯71を受け止めることができる。
In this fourth step, even if wrinkles or the like are formed on the surface of the
以上のように、鋳型5に先太りテーパ面53を設けることで、ブレークアウト発生時の溶湯の飛び散りを防止できる。
As described above, by providing the
<変形例>
図5は、変形例1である鋳型5Aの断面図である。
<Modification example>
FIG. 5 is a cross-sectional view of the
鋳型5Aは、開口部51の下方に位置する、円錐台テーパ状の先細りテーパ面54を有する。先細りテーパ面54は、下方に進むに従い、胴体50の中心軸線Pからの距離が短くされている。また、鋳型5Aの内周面は、先細りテーパ面54の下方において、先太りテーパ面53を含む。
The
この鋳型5Aの内周面には、鋳型5に注入された溶湯71を凝固させるための凝固領域が設定されている。凝固領域は、先細りテーパ面54と、先太りテーパ面53とにまたがって設定されている。つまり、鋳型5Aに注入された溶湯71が、先細りテーパ面54と、先太りテーパ面53との境界近傍に接触すると、チタン鋳塊72が形成される。
A solidifying region for solidifying the
図6は、変形例1の鋳型5Aに溶湯71を注入した状態の鋳型5Aの断面図である。鋳型5Aに注入される溶湯71は、その湯面が先細りテーパ面54に接するように、注入される。そして、溶湯71は、先細りテーパ面54と、先太りテーパ面53との接触により、部分的に冷却凝固される。冷却凝固された部分は、溶湯71が凝固することで形成された外周壁71Aと、この外周壁に取り囲まれた溶湯71とを含む。この湯面近傍では、鋳型5Aの内周面は、下方に向かうに従いチタン鋳塊72側に進む。つまり、鋳型5の内周面と、チタン鋳塊72との間に、溶湯71が侵入する隙間を生じないようにしている。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the
これにより、図3で説明した場合と異なり、鋳型5Aとチタン鋳塊72との間の隙間が形成されることがない。この結果、湯皺発生の原因となる隙間の形成を抑制でき、湯皺形成を防止できる。また、湯皺が形成されて、ブレークアウトが発生した場合であっても、鋳型5Aの先太りテーパ面53により、ブレークアウト発生時の溶湯の飛び散りを防止できる。
As a result, unlike the case described with reference to FIG. 3, a gap is not formed between the
なお、先細りテーパ面54のテーパ率γは、湯皺形成を防止するために、0.5〜30(%/m)に設定されていることが好ましい。ここで、図5に示すように、胴体50の中心軸線Pと直交する方向における先細りテーパ面54の高さ(mm)を、「a」で表す。詳しくは、「a」は、中心軸線Pを中心とする先細りテーパ面54の上端の半径と、先細りテーパ面54の下端の半径との差分の絶対値である。また、先細りテーパ面54の最大内径(mm)を「W」で表す。中心軸線Pに沿った方向における先細りテーパ面54の長さ(mm)を、「L」で表す。この場合において、テーパ率γは、以下の式で表される。
γ={(a/W)/(L/1000)}×100(%/m)
γが0.5%未満であれば、湯皺を抑制する効果を十分に発揮できない。また、γが30%を超える場合には、チタン鋳塊72の径が小さくなり、生産性が低下する。
The taper ratio γ of the tapered tapered
γ = {(a / W) / (L / 1000)} × 100 (% / m)
If γ is less than 0.5%, the effect of suppressing wrinkles cannot be sufficiently exhibited. When γ exceeds 30%, the diameter of the
なお、「a」、「W」、「L」は、鋳型5に注入された溶湯71の湯面を基準として、それぞれ「a1」、「W1」、「L1」と定義してもよい。この場合のテーパ率をγ1と定義する。溶湯71は、中心軸線Pの方向において、その湯面が先細りテーパ面54に接するように、注入される。この場合において、図6に示すように、「a1」は、中心軸線Pを中心とする径方向における、溶湯71が存在している領域での先細りテーパ面54の高さである。換言すると、「a1」は、中心軸線Pを中心とする、溶湯71の湯面と一致する先細りテーパ面54の上端の半径と、先細りテーパ面54の下端の半径との差分の絶対値である。また、「W1」は、溶湯71が存在している領域での胴体50の最大内径である。さらに、「L1」は、中心軸線Pの方向における、溶湯71が存在している領域での先細りテーパ面54の長さである。換言すると、「L1」は、中心軸線Pの方向における、溶湯71の湯面から、先細りテーパ面54の下端までの長さである
Note that "a", "W", and "L" may be defined as "a 1 ", "W 1 ", and "L 1 ", respectively, based on the surface of the
また、先太りテーパ面53との境界点である先細りテーパ面54の下端は、胴体50の上端から100mmの位置、または、溶湯71の湯面から5mm〜100mmの位置に設定することが望ましい。先細りテーパ面54の下端が上過ぎると、先細りテーパ面54の長さが短すぎるため、先細りテーパ面54を先細りテーパ形状にする効果が十分に発揮されず、下過ぎると、チタン鋳塊72の引き抜き時に表面に疵が形成されるからである。ただし、溶湯71の湯面は、胴体50の上端から5〜80mmの位置とすることが好ましい。
Further, it is desirable to set the lower end of the tapered tapered
図7は、変形例2である鋳型5Bの断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of the
鋳型5Bは、開口部51の下方に位置する、円錐台テーパ状の先細りテーパ面54を有する。また、鋳型5Bの内周面は、先細りテーパ面54の下方において、中心軸線Pに平行な円筒状の直胴面55と、先太りテーパ面53とを含む。この鋳型5Bの内周面には、鋳型5に注入された溶湯71を凝固させるための凝固領域が設定されている。凝固領域は、先細りテーパ面54と直胴面55とにまたがって設定されている。つまり、鋳型5Bに注入された溶湯71が、先細りテーパ面54と直胴面55とで冷却されることで、チタン鋳塊72が形成される。
The
この場合であっても、鋳型5Aと同様に、先細りテーパ面54の作用により、湯皺の発生を防ぐことができる。また、湯皺が形成されて、ブレークアウトが発生しても、先太りテーパ面53により、飛散する溶湯71を受け止めることができ、溶湯71の飛び散りを防ぐことができる。
Even in this case, as in the case of the
なお、上記の鋳型5、5A、5Bは、円筒形としているが、四角柱などの多角柱形状であってもよい。
Although the
鋳型に先太りテーパ面53を設けることで、ブレークアウト発生時の溶湯71の飛び散りを防ぐことができる。この鋳型に先細りテーパ面54を設けることで、ブレークアウトの発生を抑制できるため、さらに、チタン鋳塊72を鋳型から引き抜く際の溶湯71の飛び散りを防ぐことができる。以下に、先細りテーパ面54を設けた場合における、チタン鋳塊の製造方法の効果を確認するために、以下に示す鋳造試験を実施して、その結果を評価した。
(1)溶解および鋳造条件
原料:スポンジ・チタン、合金成分を混合した直径100mm×長200mmのブリケット
溶湯成分:チタン合金、純チタン
溶湯温度(ハース4内の溶湯温度):1700℃
鋳型の内径:650mm
鋳型長さ:500mm
溶解量:8000kg
溶解速度:800kg/時間
チタン鋳塊の引き抜き・押し上げパターン
・間欠引抜後、直ちに間欠上昇させるパターンを繰り返す
・平均引抜速度:2〜20mm/s
・引抜間隔:1〜10mm/回
・平均押上速度:2〜20mm/s
・押上間隔:0.5〜5mm/回
照射部31、32、33の照射方法:電子ビームあるいはプラズマ
ハース4のサイズ:幅500mm×長1500mm×深100mm
溶解原料の溶解方法:ブリケットを溶解速度に合わせて連続供給
照射部31:2基
照射部32:1基
照射部33:1基
給湯口の突き出し長さ:5mm以上100mm以下
By providing the tapered tapered
(1) Melting and casting conditions Raw material: Bricket with a diameter of 100 mm and a length of 200 mm, which is a mixture of sponge / titanium and alloy components.
Mold inner diameter: 650 mm
Mold length: 500 mm
Dissolution amount: 8000 kg
Melting rate: 800 kg / hour Pulling out and pushing up pattern of titanium ingot ・ Repeat pattern of intermittently raising immediately after intermittent pulling out ・ Average pulling out speed: 2 to 20 mm / s
・ Pull-out interval: 1 to 10 mm / time ・ Average push-up speed: 2 to 20 mm / s
-Pushing interval: 0.5 to 5 mm / time Irradiation method of
Dissolution method of melting raw materials: Continuous supply of briquettes according to the dissolution rate Irradiation unit 31: 2 Irradiation unit 32: 1 Irradiation unit 33: 1 Projection length of hot water supply port: 5 mm or more and 100 mm or less
また、実施した試験では、本発明例および比較例の鋳型として、図5で示す鋳型5A、図7で示す鋳型5B、胴体の内周面が中心軸線に平行な鋳型、および、胴体の内周面全域が、中心軸線からの距離が上方から下方に向かって徐々に短くなる鋳型を用いた。
Further, in the tests carried out, as the molds of the examples of the present invention and the comparative examples, the
(2)チタン鋳塊の化学組成
以下では、化学組成に関する「%」は特に断りがない限り「質量%」を意味する。
チタン合金の場合、Al:4.1〜7.5%、Fe:0.1〜2.1%、V:2.8〜5.0%、O:0.03〜0.5%、N:0.005〜0.2%、C:0.005〜0.2%、残部Tiおよび不純物からなるものが例示される。
(2) Chemical Composition of Titanium Ingots In the following, "%" regarding the chemical composition means "mass%" unless otherwise specified.
In the case of titanium alloy, Al: 4.1 to 7.5%, Fe: 0.1 to 2.1%, V: 2.8 to 5.0%, O: 0.03 to 0.5%, N : 0.005 to 0.2%, C: 0.005 to 0.2%, the balance Ti and impurities are exemplified.
Alは、α安定化元素であり、ヤング率を向上させ、密度を小さくする作用がある。しかし、その含有量が4.1%未満であると強度を確保することができず、密度を十分に小さくすることができず、軽量化することができない。また、その含有量が7.5%超える場合、Ti3Alが生成しやすくなり脆くなる。このため、Al含有量は、4.1〜7.5%とした。 Al is an α-stabilizing element and has the effect of improving Young's modulus and reducing the density. However, if the content is less than 4.1%, the strength cannot be ensured, the density cannot be sufficiently reduced, and the weight cannot be reduced. Further, when the content exceeds 7.5%, Ti 3 Al is easily generated and becomes brittle. Therefore, the Al content was set to 4.1 to 7.5%.
Feは、β安定化元素であり、添加量に従って強度が上昇し疲労強度が向上する。しかし、その含有量が0.1%未満であると強度の上昇は小さくその効果が認められない。また、その含有量が2.1%超える場合は凝固時の偏析が顕著になり、加工熱処理工程で偏析を解消することが困難になる。このため、Fe含有量は、0.1〜2.1%とした。 Fe is a β-stabilizing element, and its strength increases according to the amount of addition, and the fatigue strength improves. However, if the content is less than 0.1%, the increase in strength is small and the effect is not recognized. Further, when the content exceeds 2.1%, segregation during solidification becomes remarkable, and it becomes difficult to eliminate segregation in the process heat treatment step. Therefore, the Fe content was set to 0.1 to 2.1%.
Vは、β安定化元素であり、冷間加工性を向上させる。しかし、その含有量が2.8%未満であると冷間加工性の改善効果が小さい。また、その含有量が5.0%超える場合は、Vが比較的高価な元素であるためコストが上昇する。このため、V含有量は、2.8〜5.0%とした。 V is a β-stabilizing element and improves cold workability. However, if the content is less than 2.8%, the effect of improving the cold workability is small. If the content exceeds 5.0%, the cost increases because V is a relatively expensive element. Therefore, the V content was set to 2.8 to 5.0%.
O、N、Cは、α安定化元素であり、不純物として含有される量は、Oが0.03〜0.5%、Nが0.005〜0.2%、Cが0.005〜0.2%である。これらの元素の含有量を増大させることで強度を向上させる傾向があるが、上記の範囲を超えると製品の延性が低下してしまう。一方、上記の範囲未満になるように含有量を低下させても延性の改善に繋がらず、製造コストが上昇してしまう。そこで、Oは0.03〜0.5%、Nは0.005〜0.2%、Cは0.005〜0.2%とした。 O, N, and C are α-stabilizing elements, and the amounts contained as impurities are 0.03 to 0.5% for O, 0.005 to 0.2% for N, and 0.005 to C for C. It is 0.2%. There is a tendency to improve the strength by increasing the content of these elements, but if it exceeds the above range, the ductility of the product will decrease. On the other hand, even if the content is reduced to be less than the above range, the ductility is not improved and the manufacturing cost is increased. Therefore, O was 0.03 to 0.5%, N was 0.005 to 0.2%, and C was 0.005 to 0.2%.
純チタンの場合、O:0.15%以下、Fe:0.20%以下、N:0.03%以下、C:0.08%以下、H:0.013%以下であり、残部Tiであるものが例示される。上記の範囲を超えると製品の延性が低下してしまう。そこで、各元素の成分は上述の範囲とした。 In the case of pure titanium, O: 0.15% or less, Fe: 0.20% or less, N: 0.03% or less, C: 0.08% or less, H: 0.013% or less, and the balance Ti Some are illustrated. If it exceeds the above range, the ductility of the product will decrease. Therefore, the components of each element are within the above range.
(3)評価
結果を表1にまとめて示す。
表1において、鋳型(I)は、図5に示す鋳型5Aと同形の鋳型である。鋳型(II)は、胴体の内周面が中心軸線に平行な鋳型である。鋳型(III)は、胴体の内周面全域が、中心軸線からの距離が上方から下方に向かって徐々に短くなる鋳型である。
In Table 1, the mold (I) is a mold having the same shape as the
また、チタン鋳塊の表面に割れが発生した場合には、割れを含むチタン鋳塊の厚み方向に30mm、鋳造方向に30mmの試料を採取し、観察面を鏡面研磨した。光学顕微鏡で割れを観察し、表層からの割れの深さを測定した。 When cracks were generated on the surface of the titanium ingot, a sample of 30 mm in the thickness direction and 30 mm in the casting direction of the titanium ingot including the crack was sampled, and the observation surface was mirror-polished. The cracks were observed with an optical microscope, and the depth of the cracks from the surface layer was measured.
また、チタン鋳塊の引き抜きの際、湯皺などの欠陥が破断して内部の溶湯が漏れ出るブレークアウトの有無を観察した。 In addition, when the titanium ingot was pulled out, it was observed whether or not there was a breakout in which defects such as wrinkles broke and the molten metal inside leaked out.
表1に示すように、鋳型が先細りテーパ面54を有することにより、チタン鋳塊の表面に派生する湯皺および割れを低減することができ、ブレークアウトを抑制することができることが分かる。その結果、先太りテーパ面53によりブレークアウト発生時の溶湯の飛び散りを防止できる。さらに、先細りテーパ面54によりブレークアウトの発生を抑制できるため、チタン鋳塊72を鋳型から引き抜く際の溶湯71の飛び散りをさらに防ぐことができる。
As shown in Table 1, it can be seen that when the mold has the tapered tapered
本発明によれば、ブレークアウト発生時の溶湯の飛び散りを防止できる。 According to the present invention, it is possible to prevent the molten metal from scattering when a breakout occurs.
1 製造装置
2 原料供給部
4 ハース
5、5A、5B 鋳型
6 支持台
31、32、33 照射部
50 胴体
51 開口部
51A 開口
52、55 直胴面
53 先太りテーパ面
54 先細りテーパ面
70 チタン合金原料
71 溶湯
72 チタン鋳塊
1
Claims (6)
前記鋳型は、底の無い筒状の胴体を備え、
前記胴体の上端は、前記溶湯を受け入れるための開口部を含み、
前記胴体の内周面は、前記開口部の位置よりも下方の位置に配置された先太りテーパ面を含み、
前記先太りテーパ面は、下方に進むに従い前記胴体の中心軸線からの距離が長くされている、チタン鋳塊の製造方法。 Including a casting step of injecting a molten metal containing titanium into a mold to form a titanium ingot.
The mold has a bottomless tubular body and
The upper end of the fuselage includes an opening for receiving the molten metal.
The inner peripheral surface of the fuselage includes a tapered tapered surface located below the position of the opening.
A method for producing a titanium ingot, wherein the tapered tapered surface is longer in distance from the central axis of the body as it advances downward.
前記先細りテーパ面は、下方に進むに従い前記胴体の中心軸線からの距離が短くされている、
請求項1に記載のチタン鋳塊の製造方法。 The inner peripheral surface of the fuselage includes a tapered tapered surface located below the opening and above the tapered taper portion.
The tapered surface has a shorter distance from the central axis of the fuselage as it advances downward.
The method for producing a titanium ingot according to claim 1.
前記凝固領域は、前記先細りテーパ面と前記先太りテーパ面とにまたがっている、請求項3に記載のチタン鋳塊の製造方法。 A solidification region for solidifying the molten metal is set on the inner peripheral surface of the body.
The method for producing a titanium ingot according to claim 3, wherein the solidified region straddles the tapered tapered surface and the tapered tapered surface.
前記胴体の上端は、チタンを含有する溶湯を受け入れるための開口部を含み、
前記胴体の内周面は、前記開口部の位置よりも下方の位置に配置された先太りテーパ面を含み、
前記先太りテーパ面は、下方に進むに従い前記胴体の中心軸線からの距離が長くされている、チタン鋳塊製造鋳型。
With a bottomless tubular fuselage,
The upper end of the fuselage includes an opening for receiving a molten metal containing titanium.
The inner peripheral surface of the fuselage includes a tapered tapered surface located below the position of the opening.
A titanium ingot manufacturing mold in which the tapered surface is increased in distance from the central axis of the body as it advances downward.
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