JP2022026393A - チタン系インゴットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このことから従来は、塩素含有率がある程度高いスポンジチタンは、チタン系インゴットの製造に用いられていなかった。
この場合、前記鋳造工程で、鋳型内からの引抜き速度を、2.5tоn/hr以下とすることが好ましい。
この発明の一の実施形態に係るチタン系インゴットの製造方法では、図1に例示するような、ハース2、鋳型3及び電子銃4等を備える電子ビーム式溶解炉1を用いることができる。この実施形態には、ハース2内にて、スポンジチタンを含む溶解原料Msを電子銃4からの電子ビームの照射により溶解させ、溶湯Mmを得る溶解工程と、溶湯Mmを鋳型3内に流し込んで、該溶湯Mmを鋳型3内で冷却して凝固させる鋳造工程とが含まれる。上記の溶解原料Msは、スポンジチタンとして、塩素含有率が0.15質量%以上である高塩素含有率スポンジチタンを含み、スポンジチタンの総量における高塩素含有率スポンジチタンの量の占める割合が質量基準で4%以上であるものとする。そして、鋳造工程では、溶湯Mmを構成する材料の融点Tm(℃)と、鋳型3内の鋳型内面3aの近傍の周縁領域での溶湯Mmの液面温度Ts(℃)とが、Ts≧Tm+105℃の関係を満たすように、当該液面温度Tsを調整する。
チタン系インゴットを製造するには、たとえば、電子ビーム式溶解炉1で、少なくともスポンジチタン、必要に応じて合金元素等を含む溶解原料Msを溶解し、その溶湯Mmを鋳型3内に流し込んで鋳造を行う。鋳型3内で溶湯Mmは冷却されて凝固し、当該鋳型3の形状に応じた所定の形状を有するチタン系インゴットになる。チタン系インゴットは、円柱状のもの又は、長手方向に直交する断面が多角形であるスラブ等の角柱状のものとすることがある。
なお、チタン系インゴット中のマグネシウムは、後述するような溶解工程でハースにて十分に低減されたこと等により、10質量ppm未満になることがある。
チタン系インゴットの製造に用いる溶解原料Msは、ブリケット状、棒状、粉状及び/又は粒状等の形状であり、少なくともスポンジチタンを含むものとする。例えば、スポンジチタンを原料として使用してブリケットを製造し、該ブリケットを溶解原料Msとして用いる場合は、その溶解原料Msはスポンジチタンの加工物を含むからスポンジチタンを含むものである。溶解原料Msは、スポンジチタンをそのままの形態で含むものであってもよいが、スポンジチタンを加工して得られたブリケット等の加工物を含むものであってもよい。
溶解工程では、電子ビーム式溶解炉(いわゆるEB炉)等を用いて、上記の溶解原料Msを溶解させて溶湯Mmとする。プラズマアーク溶解法を実施するプラズマ溶解炉その他の溶解炉も使用できる場合があるが、溶解原料Ms中の不純物の除去やチタン系インゴットの成分調整等の観点で優れる電子ビーム式溶解炉を用いることが好ましい。
溶解工程の後、溶湯Mmを鋳型3内に流し込み、溶湯Mmを凝固させる鋳造工程を行う。なお、図1の電子ビーム式溶解炉1は1つの鋳型3を備えるものであるが、鋳型の数は特に限定されず、2つ以上の鋳型を備える電子ビーム式溶解炉を用いてもよい。鋳型が複数存在する場合は、全ての鋳型に溶湯を注湯することがある他、それらのうちの一部の鋳型に溶湯を注湯することもある。水冷銅鋳型等の鋳型3内では、たとえばその周壁内に設けられた流路での水等の冷却媒体の流動による冷却で、溶湯Mmが周囲の鋳型内面3a側から徐々に凝固する。これにより、チタン系インゴットが得られる。
溶湯Mmを構成する材料の融点Tmは、サーマルアレスト法により確認することができる。サーマルアレスト法は、主に高融点材料の融点の測定に用いられる手法として広く知られている。その具体的な測定方法は次のとおりである。はじめに、溶湯Mmを構成する材料からなる試料を耐熱カプセル内に入れて、この耐熱カプセルを加熱炉内に設置する。そして、加熱炉内で、耐熱カプセル内の試料の温度を測定しながら試料を昇温する。このとき、試料の溶融に伴う潜熱により昇温速度が停滞し又は低下する際の熱曲線の変化を読み取る。これにより、試料を構成する材料の融点を求めることができる。
以上に述べた実施形態では、たとえば、インゴット1本当たりの重量が5tоn~30tоn程度であるチタン系インゴットを製造することができる。
表1より、実施例1~6は、鋳造時に鋳型内における溶湯の周縁領域の液面温度を比較的高くしたことにより、当該液面温度が低かった比較例1に比して、内部ポアの個数が10個以下と十分に低減されていることが解かる。
2 ハース
3 鋳型
3a 鋳型内面
4 電子銃
5 フィーダ
Ms 溶解原料
Mm 溶湯
Sm 鋳型内の溶湯の液面
Pc 溶湯の凝固部分
D 鋳型内面からの距離
Claims (5)
- スポンジチタンとして、塩素含有率が0.15質量%以上である高塩素含有率スポンジチタンを含み、スポンジチタンの総量における前記高塩素含有率スポンジチタンの量の占める割合が質量基準で4%以上である溶解原料を溶解させ、溶湯を得る溶解工程と、
前記溶湯を鋳型内に流し込み、前記溶湯を構成する材料の融点をTm(℃)としたとき、鋳型内の前記溶湯の液面温度Ts(℃)を鋳型内面の近傍の周縁領域で、Ts≧Tm+105℃とする鋳造工程と
を含む、チタン系インゴットの製造方法。 - 前記周縁領域を、前記鋳型内面の位置と、前記鋳型内面から該鋳型内面上に立てた法線に沿って内側に20mm~40mmの距離で離れた位置との間の領域とする、請求項1に記載のチタン系インゴットの製造方法。
- 前記鋳造工程で、前記溶湯を凝固させながら鋳型内の底部側から連続的に引き抜いて、チタン系インゴットを鋳造する、請求項1又は2に記載のチタン系インゴットの製造方法。
- 前記鋳造工程で、鋳型内からの引抜き速度を、2.5tоn/hr以下とする、請求項3に記載のチタン系インゴットの製造方法。
- 角柱状又は円柱状のチタン系インゴットを製造する、請求項1~4のいずれか一項に記載のチタン系インゴットの製造方法。
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