JP2022076856A - Ingot of pure titanium or titanium alloy - Google Patents

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瑛介 黒澤
Eisuke KUROSAWA
翔太 椿
Shota Tsubaki
友宏 西村
Tomohiro Nishimura
文兵 神崎
Bumpei Kanzaki
ありさ 中尾
Arisa Nakao
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Abstract

To provide an ingot of pure titanium or titanium alloy that is less in segregation and high in productivity.SOLUTION: A columnar ingot of pure titanium or titanium alloy comprises, provided that a radius of the ingot is R, a radial distance from a central axis of the ingot is r, an axial distance from an upper end of the ingot is L (mm), and an acute angle defined between a growth direction of a columnar structure formed outer than the central axis of the ingot in a longitudinal section passing the central axis of the ingot and the central axis of the ingot is θ(deg), a maximum value of θ at 3/8×R≤r≤5/8×R and L≤600 mm is 70° or greater and a minimum value of θ at 3/8×R≤r≤5/8×R and 200 mm≤L≤600 mm is 50° or smaller.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、純チタンまたはチタン合金の鋳塊に関する。 The present invention relates to ingots of pure titanium or titanium alloys.

チタンは酸素に対して活性であるため、純チタンまたはチタン合金の溶解および鋳造には、酸素の影響を受けにくい真空アーク溶解法(VAR)などが利用される。純チタンまたはチタン合金には、合金元素や介在物などの溶質元素が含まれる。鋳塊の凝固過程において、溶質元素のマクロ偏析が生じることにより、鋳塊に成分の偏りが生じることがある。そのため、鋳塊トップ部で、溶質元素濃度が高くなることがある。溶質元素濃度が所定の濃度を超えた部分については切り捨てる必要があるが、歩留まりの低下につながる。そのため、偏析の生成を抑制する技術が提案されている。 Since titanium is active to oxygen, a vacuum arc remelting method (VAR) or the like, which is not easily affected by oxygen, is used for melting and casting pure titanium or a titanium alloy. Pure titanium or titanium alloys contain solute elements such as alloying elements and inclusions. In the solidification process of the ingot, macrosegregation of solute elements may occur, which may cause bias in the components of the ingot. Therefore, the concentration of solute elements may increase at the top of the ingot. It is necessary to cut off the portion where the solute element concentration exceeds the predetermined concentration, but this leads to a decrease in yield. Therefore, a technique for suppressing the generation of segregation has been proposed.

特許文献1には、消耗電極下端から溶湯面までの距離であるアークギャップを、溶製されるチタンインゴットの種類によって変更するチタンインゴットの溶製方法が開示されている。溶製する金属の種類によって異なったアークギャップを選択することにより、合金成分の偏析を効率よく回避できる。 Patent Document 1 discloses a method for melting a titanium ingot in which the arc gap, which is the distance from the lower end of the consumable electrode to the surface of the molten metal, is changed depending on the type of the titanium ingot to be melted. By selecting different arc gaps depending on the type of metal to be melted, segregation of alloy components can be efficiently avoided.

特許文献2には、鋳型内に溶製されたインゴットと鋳型との間の空間にヘリウムガスを流しつつ溶解操業を行う金属の真空アーク溶解方法が開示されている。インゴットと鋳型との間の空間にヘリウムガスを流すことで、成分偏析の少ない合金インゴットを溶製することができる。 Patent Document 2 discloses a metal vacuum arc melting method in which a melting operation is performed while helium gas is allowed to flow in the space between the ingot melted in the mold and the mold. By flowing helium gas through the space between the ingot and the mold, an alloy ingot with less component segregation can be melted.

特許文献3には、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の成長方向と鋳塊の中心軸とがなす鋭角の最大値θが閾値θcr以下である鋳塊が開示されている。鋭角の最大値θが閾値θcr以下になるように鋳塊を製造することにより、合金成分の偏りが少ない鋳塊を得ることができる。 In Patent Document 3, the maximum value θ of the acute angle formed between the growth direction of the columnar crystal structure formed inside the ingot and outside the center of the ingot and the central axis of the ingot is equal to or less than the threshold value θ cr . The ingot is disclosed. By manufacturing the ingot so that the maximum value θ of the acute angle is equal to or less than the threshold value θ cr , it is possible to obtain an ingot with less bias of the alloy component.

特開2010-116581号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-116581 特開2010-116589号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-116589 特開2019-122980号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-12980

純チタンまたはチタン合金の鋳塊は、偏析が少ないことに加え、生産性が高い鋳塊であることが望ましい。生産性を高める方法として、鋳塊の製造時、純チタンまたはチタン合金の溶解速度を速くすることが考えられる。しかし、溶解速度が速いほど、鋳塊トップ部に偏析が多くなりやすいことがわかっている。 It is desirable that the ingots of pure titanium or titanium alloy are ingots with high productivity in addition to low segregation. As a method for increasing productivity, it is conceivable to increase the melting rate of pure titanium or a titanium alloy during the production of ingots. However, it is known that the faster the melting rate, the more segregation tends to occur at the top of the ingot.

本発明は、偏析が少なく、かつ、生産性が高い純チタンまたはチタン合金の鋳塊を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an ingot of pure titanium or a titanium alloy with low segregation and high productivity.

本発明の純チタンまたはチタン合金の鋳塊は、純チタンまたはチタン合金からなる円柱状の鋳塊であって、鋳塊の半径をR、鋳塊の中心軸から径方向の距離をr、鋳塊上端から軸方向の距離をL(mm)、鋳塊の中心軸を通る縦断面において鋳塊の中心軸より外側に形成された柱状組織の成長方向と鋳塊の中心軸とのなす鋭角をθ(deg)としたとき、
3/8×R≦r≦5/8×RかつL≦600mmにおけるθの最大値が70°以上であり、
かつ、
3/8×R≦r≦5/8×Rかつ200mm≦L≦600mmにおけるθの最小値が50°以下である。
The ingot of pure titanium or a titanium alloy of the present invention is a columnar ingot made of pure titanium or a titanium alloy, in which the radius of the ingot is R, the radial distance from the central axis of the ingot is r, and the casting is performed. The axial distance from the top of the ingot is L (mm), and the sharp angle between the growth direction of the columnar structure formed outside the central axis of the ingot and the central axis of the ingot in the vertical cross section passing through the central axis of the ingot. When it is set to θ (deg)
The maximum value of θ at 3/8 × R ≦ r ≦ 5/8 × R and L ≦ 600 mm is 70 ° or more.
And,
The minimum value of θ in 3/8 × R ≦ r ≦ 5/8 × R and 200 mm ≦ L ≦ 600 mm is 50 ° or less.

本発明によると、偏析が少なく、かつ、生産性が高い純チタンまたはチタン合金の鋳塊を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an ingot of pure titanium or a titanium alloy having low segregation and high productivity.

鋳塊の製造装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing apparatus of an ingot. 溶解電流と、溶解速度と、溶解時間との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the dissolution current, the dissolution rate, and the dissolution time. 鋳塊の製造時の鋳型内の経時変化を順に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the time-dependent change in the mold at the time of manufacturing an ingot in order. 鋳塊の断面組織形態の模式図である。It is a schematic diagram of the cross-sectional structure form of an ingot. 鋳塊の縦断面図である。It is a vertical sectional view of an ingot. 溶解電流と溶解時間との関係の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the relationship between the dissolution current and the dissolution time. 溶解速度と溶解時間との関係の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the relationship between the dissolution rate and the dissolution time. 実施例1、2および比較例1、2の溶解電流と溶解速度と溶解時間との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the dissolution current, the dissolution rate, and the dissolution time of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. 鋳塊の縦断面において柱状組織の成長方向と鋳塊の中心軸Oとのなす鋭角θを測定する位置を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the position to measure the acute angle θ formed by the growth direction of a columnar structure and the central axis O of an ingot in the vertical cross section of an ingot. 実施例1、2および比較例1、2の鉄の径方向の偏析度を示す図である。It is a figure which shows the segregation degree in the radial direction of iron of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. 比較例1の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the comparative example 1. FIG. 比較例2の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the comparative example 2. 実施例1の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of Example 1. FIG. 実施例2の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of Example 2. FIG.

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.

本実施形態に係る鋳塊は、円柱状の純チタン鋳塊またはチタン合金鋳塊である。純チタンおよびチタン合金として、例えば、JIS H4600(2012)に規定された純チタンおよびチタン合金が挙げられる。 The ingot according to the present embodiment is a columnar pure titanium ingot or a titanium alloy ingot. Examples of pure titanium and titanium alloys include pure titanium and titanium alloys specified in JIS H4600 (2012).

「純チタン鋳塊」とは、純チタンを溶解し、鋳造することによって製造された鋳塊である。本発明において、「純チタン鋳塊」を、「純チタンの鋳塊」または「純チタンからなる鋳塊」と称することがある。「純チタン鋳塊」には、純チタンを溶解中または鋳造中に生成した介在物などが含まれていてもよい。 A "pure titanium ingot" is an ingot produced by melting and casting pure titanium. In the present invention, the "pure titanium ingot" may be referred to as a "pure titanium ingot" or a "pure titanium ingot". The "pure titanium ingot" may contain inclusions and the like produced during melting or casting of pure titanium.

「チタン合金鋳塊」とは、チタン合金を溶解し、鋳造することによって製造された鋳塊である。本発明において、「チタン合金鋳塊」を、「チタン合金の鋳塊」または「チタン合金からなる合金」と称することがある。「チタン合金鋳塊」に、チタン合金を溶解中または鋳造中に生成した介在物などが含まれていてもよい。 The "titanium alloy ingot" is an ingot produced by melting and casting a titanium alloy. In the present invention, the "titanium alloy ingot" may be referred to as a "titanium alloy ingot" or an "alloy made of a titanium alloy". The "titanium alloy ingot" may contain inclusions and the like generated during melting or casting of the titanium alloy.

図1に、本実施形態に係る鋳塊を製造する装置の一例を示している。図1には、真空アーク溶解法により鋳塊を製造する真空アーク溶解炉1を示している。 FIG. 1 shows an example of an apparatus for manufacturing an ingot according to the present embodiment. FIG. 1 shows a vacuum arc melting furnace 1 that manufactures ingots by a vacuum arc melting method.

真空アーク溶解炉1は、鋳型2と、電極支持体3と、コントローラ4と、を有している。電極支持体3は、鋳型2内に昇降可能に配置されている。電極支持体3の下部に、鋳塊の原料である消耗電極10が取り付けられる。鋳型2と消耗電極10との間に所定の電圧を印加することで、鋳型2と消耗電極10との間にアーク放電が発生する。アーク放電により、消耗電極10が溶解して滴下する。鋳型2内には、溶滴が集まった溶湯プール5が形成される。また、溶湯が鋳型2によって冷却されることにより、凝固シェル6が形成される。ここでの「溶湯」とは、溶解した消耗電極である。電極支持体3の昇降や、溶湯プール5の湯面への入熱量は、コントローラ4によって制御される。 The vacuum arc remelting furnace 1 has a mold 2, an electrode support 3, and a controller 4. The electrode support 3 is arranged in the mold 2 so as to be able to move up and down. A consumable electrode 10, which is a raw material for ingots, is attached to the lower part of the electrode support 3. By applying a predetermined voltage between the mold 2 and the consumable electrode 10, an arc discharge is generated between the mold 2 and the consumable electrode 10. By the arc discharge, the consumable electrode 10 is melted and dropped. A molten metal pool 5 in which droplets are collected is formed in the mold 2. Further, the molten metal is cooled by the mold 2 to form a solidified shell 6. The "molten metal" here is a melted consumable electrode. The raising and lowering of the electrode support 3 and the amount of heat input to the molten metal surface of the molten metal pool 5 are controlled by the controller 4.

図2Aに、鋳塊を製造するときの溶解電流および溶解速度の例を示している。図2Bに、鋳型2内の経時変化を順に示している。「溶解電流」とは、図1に示す鋳型2および消耗電極10に流れる電流である。「溶解速度」とは、消耗電極10が溶解する速度である。溶解速度は、例えば、消耗電極10の重量および溶解時間をもとに算出される。溶解電流が大きいほど、アーク放電による放電量が多いため、溶解速度が速い。 FIG. 2A shows an example of the dissolution current and the dissolution rate when producing an ingot. FIG. 2B shows the changes with time in the mold 2 in order. The "dissolution current" is a current flowing through the mold 2 and the consumable electrode 10 shown in FIG. The "dissolution rate" is the rate at which the consumable electrode 10 dissolves. The dissolution rate is calculated, for example, based on the weight of the consumable electrode 10 and the dissolution time. The larger the melting current, the larger the amount of discharge due to the arc discharge, and the faster the melting rate.

鋳塊を製造している間は、図2Aおよび図2Bに示すように、溶解初期と、定常期と、ホットトップ期との3つに大きく分けられる。消耗電極10の溶解開始後、図2Aに示すように、溶解電流が増加し、所定の電流値に達する(溶解初期)。溶解電流の増加にともない、溶解速度が増加し、所定の速度に達する(溶解初期)。その後、溶解電流および溶解速度がほぼ一定となる(定常期)。その後、溶解電流が降下し、所定の低電流まで降下した後、所定の低電流が維持される(ホットトップ期)。溶解電流の降下にともない、溶解速度が減少し、最終的に溶解速度がゼロになる(ホットトップ期)。 During the production of the ingot, as shown in FIGS. 2A and 2B, it is roughly divided into three, a melting initial stage, a stationary phase, and a hot top phase. After the start of melting of the consumable electrode 10, as shown in FIG. 2A, the melting current increases and reaches a predetermined current value (initial stage of melting). As the dissolution current increases, the dissolution rate increases and reaches a predetermined rate (initial stage of dissolution). After that, the dissolution current and dissolution rate become almost constant (stationary phase). Then, the dissolution current drops, drops to a predetermined low current, and then the predetermined low current is maintained (hot top period). As the dissolution current decreases, the dissolution rate decreases, and finally the dissolution rate becomes zero (hot top period).

鋳型2内では、図2Bに示すように、溶解初期に、溶湯プール5の大きさが徐々に大きくなっていき、所定の大きさに達する。溶湯プール5が大きくなるにつれて、溶湯プール5が深くなる。定常期に、溶湯プール5はほぼ一定の大きさに維持されている。溶湯プール5の深さもほぼ一定に維持されている。その後、ホットトップ期に、溶湯プール5が小さくなっていく。溶湯プール5が小さくなるにつれて、溶湯プール5が浅くなる。鋳型2内の溶湯が全て凝固することにより、鋳塊が得られる。鋳塊は、例えば、直径が700mm以上1200mm以下であり、軸方向長さが1000mm以上3000mm以下の円柱状の鋳塊である。 In the mold 2, as shown in FIG. 2B, the size of the molten metal pool 5 gradually increases at the initial stage of melting and reaches a predetermined size. As the molten metal pool 5 becomes larger, the molten metal pool 5 becomes deeper. During the steady phase, the molten pool 5 is maintained at a substantially constant size. The depth of the molten metal pool 5 is also maintained almost constant. After that, in the hot top period, the molten metal pool 5 becomes smaller. As the molten metal pool 5 becomes smaller, the molten metal pool 5 becomes shallower. An ingot is obtained by solidifying all the molten metal in the mold 2. The ingot is, for example, a columnar ingot having a diameter of 700 mm or more and 1200 mm or less and an axial length of 1000 mm or more and 3000 mm or less.

図2Aおよび図2Bから、溶解速度が速いほど、溶湯プール5が深いことがわかる。なお、溶解初期、定常期およびホットトップ期のそれぞれの時間の長さおよび比率は変更可能であり、図2Bに示す長さおよび比率に限定されない。 From FIGS. 2A and 2B, it can be seen that the faster the melting rate, the deeper the molten metal pool 5. The length and ratio of each of the initial melting phase, the stationary phase, and the hot top phase can be changed and are not limited to the length and ratio shown in FIG. 2B.

[鋳塊の組織形態]
図3に、鋳塊の組織形態の模式図を示している。図3には、円柱状の鋳塊の中心軸Oを通る縦断面を示している。図3に示す図は、Hayakawa,H.,et al.,ISIJ Int.,Vol.31,No.8,pp.775-784(1991)に記載されている図である。
[Structural morphology of ingots]
FIG. 3 shows a schematic diagram of the structure of the ingot. FIG. 3 shows a vertical cross section of the columnar ingot passing through the central axis O. The figure shown in FIG. 3 is a figure described in Hayakawa, H., et al., ISIJ Int., Vol.31, No.8, pp.775-784 (1991).

鋳造中、鋳型の底面および側面に接していた部分は、鋳型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。鋳塊の中央付近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。鋳塊のその他の部分は、柱状晶組織COとなっている。 During casting, the portion in contact with the bottom surface and the side surface of the mold becomes a quenching equiaxed grain structure CH called a chill layer by quenching with the mold. The portion along the axial direction near the center of the ingot has an equiaxed grain structure EA. The other part of the ingot has a columnar crystal structure CO.

柱状晶組織CO内に一点鎖線で示した部分は、鋳造中、溶湯プール5と凝固シェル6との界面(凝固界面)であった部分である(図2A参照)。図3において、矢印で示す凝固界面の法線方向は、鋳塊の中央よりも外側に形成された柱状晶組織COの凝固方向であって、鋳塊の中央よりも外側に形成された柱状晶組織COの成長方向である。柱状晶組織COの成長方向と鋳塊の中心軸Oとがなす鋭角をθ[degree]としている。柱状組織の成長方向は、例えば、鋳塊の縦断面を酸などにより腐食させることによって視認可能となる。 The portion indicated by the alternate long and short dash line in the columnar crystal structure CO is the portion that was the interface (solidification interface) between the molten metal pool 5 and the solidification shell 6 during casting (see FIG. 2A). In FIG. 3, the normal direction of the solidification interface indicated by the arrow is the solidification direction of the columnar crystal structure CO formed outside the center of the ingot, and the columnar crystals formed outside the center of the ingot. This is the growth direction of organizational CO. The acute angle formed by the growth direction of the columnar crystal structure CO and the central axis O of the ingot is θ [degree]. The growth direction of the columnar structure can be visually recognized by, for example, corroding the vertical cross section of the ingot with an acid or the like.

鋳造中、溶湯プール5が深いときに凝固した部分では、θが大きい。そのため、鋳塊の縦断面において、大きなθが存在する部分は、溶湯プール5が深いときに凝固した部分であると考えられる。一方、溶湯プール5が浅いときに凝固した部分では、θが小さい。そのため、鋳塊の縦断面において、小さなθが存在する部分は、溶湯プール5が浅いときに凝固した部分であると考えられる。ここで、図2Aおよび図2Bから、溶解速度が速いほど、溶湯プールが深いことがわかる。したがって、鋳塊の縦断面において、大きなθが存在する部分は、溶解速度が速いときに凝固した部分であると考えられる。鋳塊の縦断面において、小さなθが存在する部分は、溶解速度が遅いときに凝固した部分であると考えられる。 During casting, θ is large in the portion solidified when the molten metal pool 5 is deep. Therefore, in the vertical cross section of the ingot, the portion where a large θ exists is considered to be the portion solidified when the molten metal pool 5 is deep. On the other hand, θ is small in the portion solidified when the molten metal pool 5 is shallow. Therefore, in the vertical cross section of the ingot, the portion where a small θ exists is considered to be a portion solidified when the molten metal pool 5 is shallow. Here, from FIGS. 2A and 2B, it can be seen that the faster the melting rate, the deeper the molten metal pool. Therefore, in the longitudinal section of the ingot, the portion where a large θ exists is considered to be the portion solidified when the melting rate is high. In the longitudinal section of the ingot, the portion where a small θ exists is considered to be the portion solidified when the melting rate is slow.

[本実施形態に係る鋳塊]
本実施形態に係る鋳塊Iは、中心軸Oを通る縦断面において、鋳塊Iの半径をR、鋳塊Iの中心軸Oから径方向の距離をr、鋳塊上端から軸方向の距離をL(mm)、鋳塊Iの中心軸Oを通る縦断面において鋳塊Iの中心軸Oより外側に形成された柱状組織の成長方向と鋳塊Iの中心軸Oとのなす鋭角をθ(deg)としたとき、図4に示すように、
(1)3/8×R≦r≦5/8×RかつL≦600mmの領域X1におけるθの最大値が70°以上であり、
かつ、
(2)3/8×R≦r≦5/8×Rかつ200mm≦L≦600mmの領域X2におけるθの最小値が50°以下である、
円柱状の純チタン鋳塊またはチタン合金鋳塊である。
図4には、「領域X1」に色を付し、「領域X2」にハッチングを付している。「領域X1」および「領域X2」は、鋳塊Iの上端に近い部分である。
「鋳塊の上端」とは、鋳塊Iの軸方向の一端および他端のうち、鋳造中に鋳型の底面および側面に接していない一端である。鋳造中に鋳型の底面と接していた鋳塊Iの他端は、「鋳塊の下端」である。
[Ingot according to this embodiment]
In the vertical cross section of the ingot I according to the present embodiment, the radius of the ingot I is R, the radial distance from the central axis O of the ingot I is r, and the axial distance from the upper end of the ingot I. L (mm), the acute angle formed by the growth direction of the columnar structure formed outside the central axis O of the ingot I and the central axis O of the ingot I in the longitudinal cross section passing through the central axis O of the ingot I is θ. When (deg) is set, as shown in FIG. 4, as shown in FIG.
(1) The maximum value of θ in the region X 1 of 3/8 × R ≦ r ≦ 5/8 × R and L ≦ 600 mm is 70 ° or more.
And,
(2) The minimum value of θ in the region X 2 of 3/8 × R ≦ r ≦ 5/8 × R and 200 mm ≦ L ≦ 600 mm is 50 ° or less.
It is a columnar pure titanium ingot or a titanium alloy ingot.
In FIG. 4, the “region X 1 ” is colored and the “region X 2 ” is hatched. “Region X 1 ” and “Region X 2 ” are portions near the upper end of the ingot I.
The "upper end of the ingot" is one end of the ingot I in the axial direction and the other end that is not in contact with the bottom surface and the side surface of the mold during casting. The other end of the ingot I, which was in contact with the bottom surface of the mold during casting, is the "lower end of the ingot".

「領域X1におけるθの最大値が70°以上である」とは、領域X1に大きなθが存在することを意味する。上述したように、大きなθが存在する部分は、溶解速度が速いときに凝固した部分であると考えられる。図2Bから、溶解速度は、定常期に速い。そうすると、「領域X1におけるθの最大値が70°以上である」とは、領域X1に、定常期に凝固した部分が存在するとともに、定常期の溶解速度が速いことを意味する。溶解速度が速いほど、製造時間が短くなるため、生産性が高い。したがって、本実施形態に係る鋳塊Iは、生産性が高い鋳塊である。 “The maximum value of θ in the region X 1 is 70 ° or more” means that a large θ exists in the region X 1 . As described above, the portion where a large θ exists is considered to be the portion solidified when the dissolution rate is high. From FIG. 2B, the dissolution rate is high in the steady phase. Then, "the maximum value of θ in the region X 1 is 70 ° or more" means that the region X 1 has a solidified portion in the stationary phase and the dissolution rate in the stationary phase is high. The faster the dissolution rate, the shorter the production time, and the higher the productivity. Therefore, the ingot I according to the present embodiment is a highly productive ingot.

ここで、定常期の溶解速度が速い既存の製造方法では、定常期の後、溶解速度を短時間で急速に低下させる。そのため、ホットトップ期が短い。本発明者らの知見から、溶解速度が速い既存の製造方法で鋳塊を製造した場合、溶質元素濃度が鋳塊の径方向に大きく変化することにより、鋳塊トップ部に偏析が多くなることがわかった。「鋳塊トップ部」とは、鋳塊の上端付近であり、例えば、鋳塊の上端から軸方向に約200mm以内の範囲である。 Here, in the existing production method in which the dissolution rate in the stationary phase is high, the dissolution rate is rapidly reduced in a short time after the stationary phase. Therefore, the hot top period is short. From the findings of the present inventors, when the ingot is manufactured by an existing manufacturing method having a high melting rate, the concentration of solute elements changes significantly in the radial direction of the ingot, so that segregation increases at the top of the ingot. I understood. The "ingot top portion" is near the upper end of the ingot, and is, for example, a range within about 200 mm in the axial direction from the upper end of the ingot.

本実施形態に係る鋳塊Iは、「領域X1におけるθの最大値が70°以上である」ことに加え、「領域X2におけるθの最小値が50°以下である」。
「領域X2におけるθの最小値が50°以下である」とは、領域X2に比較的小さなθが存在することを意味する。上述したように、小さなθが存在する部分は、溶解速度が遅いときに凝固した部分であると考えられる。この領域X2が、鋳塊Iの上端から200mm以上600mm以下に存在する(図4参照)。鋳塊Iの上端から600mm以下の領域X1には、定常期に凝固した部分が存在すると考えられるため、領域X2に比較的小さなθが存在することは、溶解速度が比較的早い時期に低下したことを意味すると考えられる。また、溶解速度が低下していくホットトップ期が長く、ホットトップ期で溶解速度が時間をかけて緩やかに低下したと考えられる。そのため、定常期の溶解速度が速くても、ホットトップ期に、溶質元素濃度が鋳塊の径方向に変化することが抑えられたことにより、鋳塊トップ部の偏析が少ないと考えられる。
The ingot I according to the present embodiment has "the maximum value of θ in the region X 1 is 70 ° or more" and "the minimum value of θ in the region X 2 is 50 ° or less".
“The minimum value of θ in the region X 2 is 50 ° or less” means that a relatively small θ exists in the region X 2 . As described above, the portion where the small θ is present is considered to be the portion solidified when the dissolution rate is slow. This region X 2 exists 200 mm or more and 600 mm or less from the upper end of the ingot I (see FIG. 4). Since it is considered that a solidified portion exists in the region X 1 600 mm or less from the upper end of the ingot I in the stationary phase, the existence of a relatively small θ in the region X 2 means that the melting rate is relatively fast. It is thought to mean that it has decreased. In addition, it is considered that the hot-top period in which the dissolution rate decreases is long, and the dissolution rate gradually decreases over time in the hot-top period. Therefore, even if the melting rate in the steady phase is high, it is considered that the segregation of the top portion of the ingot is small because the concentration of solute elements is suppressed from changing in the radial direction of the ingot during the hot top phase.

上記より、本実施形態に係る鋳塊Iは、「領域X1におけるθの最大値が70°以上である」ことに加え、「領域X2におけるθの最小値が50°以下である」ことにより、生産性が高く、かつ、偏析が少ない鋳塊である。 From the above, the ingot I according to the present embodiment has "the maximum value of θ in the region X 1 is 70 ° or more" and "the minimum value of θ in the region X 2 is 50 ° or less". As a result, the ingot has high productivity and less segregation.

領域X1において、θの最大値が70°以上であれば、最大値以外のθは70°未満でもよい。領域X1に、70°以上のθが1つだけ存在してもよく、70°以上のθが2つ以上存在してもよい。領域X1のθの最大値の上限は、特に限定されない。 In the region X 1 , if the maximum value of θ is 70 ° or more, θ other than the maximum value may be less than 70 °. Only one θ of 70 ° or more may be present in the region X 1 , and two or more θ of 70 ° or more may be present. The upper limit of the maximum value of θ in the region X 1 is not particularly limited.

領域X2において、θの最小値が50°以下であれば、最小値以外のθは50°を超えてもよい。領域X2に、50°以下のθが1つだけ存在してもよく、50°以下のθが2つ以上存在してもよい。領域X2のθの最小値の下限は、特に限定されない。 In the region X 2 , if the minimum value of θ is 50 ° or less, θ other than the minimum value may exceed 50 °. Only one θ of 50 ° or less may be present in the region X 2 , and two or more θ of 50 ° or less may be present. The lower limit of the minimum value of θ in the region X 2 is not particularly limited.

本実施形態に係る鋳塊Iにおいて、上記(1)かつ(2)に加え、(3)3/8×R≦r≦5/8×Rかつ300mm≦L≦600mmにおけるθの最大値が70°以上であってもよい。この場合、300mm≦L≦600mmの領域に、溶解速度が速い定常期に凝固した部分が存在すると考えられる。 In the ingot I according to the present embodiment, in addition to the above (1) and (2), the maximum value of θ in (3) 3/8 × R ≦ r ≦ 5/8 × R and 300 mm ≦ L ≦ 600 mm is 70. It may be greater than or equal to °. In this case, it is considered that there is a solidified portion in the steady-state period in which the dissolution rate is high in the region of 300 mm ≦ L ≦ 600 mm.

本実施形態に係る鋳塊Iにおいて、上記(1)かつ(2)に加え、(4)3/8×R≦r≦5/8×Rかつ200mm≦L≦300mmにおけるθの最小値が50°以下であってもよい。この場合、鋳塊上端から少なくとも300mm以内の領域が、溶解速度が低下しているホットトップ期に凝固した部分であると考えられる。そのため、ホットトップ期が長いとともに、溶解速度が確実に時間をかけて緩やかに減少したと考えられえる。これにより、偏析の生成が確実に抑えられたと考えられる。
本実施形態に係る鋳塊Iは、上記(1)かつ(2)に加え、上記(3)および(4)を満たす鋳塊でもよい。
In the ingot I according to the present embodiment, in addition to the above (1) and (2), (4) the minimum value of θ in (4) 3/8 × R ≦ r ≦ 5/8 × R and 200 mm ≦ L ≦ 300 mm is 50. It may be less than or equal to °. In this case, the region within at least 300 mm from the upper end of the ingot is considered to be the portion solidified during the hot top period in which the melting rate is decreasing. Therefore, it can be considered that the hot-top period was long and the dissolution rate was surely gradually decreased over time. It is considered that this surely suppressed the generation of segregation.
The ingot I according to the present embodiment may be an ingot satisfying the above (3) and (4) in addition to the above (1) and (2).

本実施形態に係る鋳塊Iにおいて、上記(1)かつ(2)に加え、(5)3/8×R≦r≦5/8×Rかつ200mm≦L≦300mmにおけるθの最小値が40°以上50°以下であってもよい。この場合、上記(4)による効果に加え、ホットトップ期で、溶解速度が時間をかけてより緩やかに減少したと考えられる。これにより、偏析の生成が確実に抑えられたと考えられる。
本実施形態に係る鋳塊は、上記(1)かつ(2)に加え、上記(3)および(5)を満たす鋳塊でもよい。
In the ingot I according to the present embodiment, in addition to the above (1) and (2), (5) the minimum value of θ in (5) 3/8 × R ≦ r ≦ 5/8 × R and 200 mm ≦ L ≦ 300 mm is 40. It may be ° or more and 50 ° or less. In this case, in addition to the effect of (4) above, it is considered that the dissolution rate gradually decreased over time in the hot top period. It is considered that this surely suppressed the generation of segregation.
The ingot according to the present embodiment may be an ingot satisfying the above (3) and (5) in addition to the above (1) and (2).

本実施形態に係る鋳塊Iは、上記(1)かつ(2)を満たしていれば、上記(3)~(5)を満たしていなくてもよい。本実施形態に係る鋳塊は、上記(1)かつ(2)を満たしていれば、上記(3)~(5)のいずれか1つまたは2つだけを満たしていてもよい。 The ingot I according to the present embodiment does not have to satisfy the above (3) to (5) as long as it satisfies the above (1) and (2). The ingot according to the present embodiment may satisfy only one or two of the above (3) to (5) as long as the above (1) and (2) are satisfied.

次に、本実施形態に係る鋳塊を製造するときの溶解電流および溶解速度の一例を説明する。 Next, an example of the dissolution current and the dissolution rate when producing the ingot according to the present embodiment will be described.

図5に、溶解電流と溶解時間との関係を示している。図6に、溶解速度と溶解時間との関係を示している。図5および図6に示す例1は、定常期の溶解速度が速い既存の製造方法の例である。図5および図6に示す本例は、本実施形態に係る鋳塊の製造方法の例である。 FIG. 5 shows the relationship between the dissolution current and the dissolution time. FIG. 6 shows the relationship between the dissolution rate and the dissolution time. Example 1 shown in FIGS. 5 and 6 is an example of an existing manufacturing method in which the dissolution rate in the stationary phase is high. This example shown in FIGS. 5 and 6 is an example of an ingot manufacturing method according to the present embodiment.

例1では、図5に示すように、定常期の溶解電流が大きい。例1では、図6に示すように、定常期の溶解速度が速い。そのため、生産性が高い。例1では、図5に示すように、定常期が比較的長く、ホットトップ期で、溶解電流が短時間で急速に降下している。例1では、図6に示すように、ホットトップ期で、溶解速度が短時間で急速に低下している(図6参照)。この条件で鋳塊を製造した場合、鋳塊トップ部に偏析が多くなりやすい。そのため、例1の条件で製造された鋳塊は、生産性が高いが、偏析が多い鋳塊である。 In Example 1, as shown in FIG. 5, the dissolution current in the steady state is large. In Example 1, as shown in FIG. 6, the dissolution rate in the stationary phase is high. Therefore, productivity is high. In Example 1, as shown in FIG. 5, the steady-state period is relatively long, and in the hot-top period, the dissolution current drops rapidly in a short time. In Example 1, as shown in FIG. 6, the dissolution rate rapidly decreases in a short time in the hot top phase (see FIG. 6). When an ingot is manufactured under these conditions, segregation tends to increase at the top of the ingot. Therefore, the ingot produced under the condition of Example 1 is an ingot having high productivity but a large segregation.

本例では、図5に示すように、溶解電流を、例1の定常期の溶解電流と同等の電流値まで増加させる。これにより、図6に示すように、溶解速度が、例1の定常期の溶解速度と同等の速度まで増加する。そして、図5に示すように、例1より早い時期に、溶解電流を低下させる。また、溶解電流を、例1より時間をかけて緩やかに所定の電流値まで下げる。これにより、図6に示すように、溶解速度が、例1より早い時期に低下する。溶解速度は、例1より時間をかけて緩やかに低下し、最終的にゼロになる。 In this example, as shown in FIG. 5, the dissolution current is increased to a current value equivalent to the dissolution current in the steady phase of Example 1. As a result, as shown in FIG. 6, the dissolution rate increases to a rate equivalent to the dissolution rate in the stationary phase of Example 1. Then, as shown in FIG. 5, the dissolution current is reduced earlier than in Example 1. Further, the dissolution current is gradually reduced to a predetermined current value over time from Example 1. As a result, as shown in FIG. 6, the dissolution rate decreases earlier than in Example 1. The dissolution rate gradually decreases over time from Example 1 and finally reaches zero.

本例の定常期は、例1の定常期より短いが、本例のホットトップ期は、例1のホットトップ期より長い。本例の溶解速度は、例1の溶解速度より時間をかけて緩やかに低下している。 The stationary phase of this example is shorter than the stationary phase of Example 1, but the hot top phase of this example is longer than the hot top phase of Example 1. The dissolution rate of this example is gradually lower than that of Example 1 over time.

上述した条件で鋳塊を製造した場合、定常期の溶解速度が例1の溶解速度と同等の速さであるため、例1のように生産性が高い。それに加え、例1より早い時期に、溶解速度が低下する。溶解速度は、例1の溶解速度より時間をかけて緩やかに低下する。そのため、鋳塊トップ部に偏析が生成しにくい。これにより、本例の条件で製造された鋳塊は、偏析が少なく、かつ、生産性が高い鋳塊となる。 When the ingot is produced under the above-mentioned conditions, the melting rate in the steady state is the same as the melting rate of Example 1, so that the productivity is high as in Example 1. In addition, the dissolution rate decreases earlier than in Example 1. The dissolution rate gradually decreases over time from the dissolution rate of Example 1. Therefore, segregation is unlikely to occur at the top of the ingot. As a result, the ingot produced under the conditions of this example becomes an ingot having low segregation and high productivity.

なお、図5および図6では、例1の溶解初期の時間と本例の溶解初期の時間とがほぼ同じであるが、例1の溶解初期の時間と本例の溶解初期の時間とが異なっていてもよい。 In FIGS. 5 and 6, the initial dissolution time of Example 1 and the initial dissolution time of this example are almost the same, but the initial dissolution time of Example 1 and the initial dissolution time of this example are different. May be.

次に、上記知見を得るために行った実験を説明する。 Next, an experiment conducted to obtain the above findings will be described.

(鋳塊の製造)
図1に示す装置を用いて、真空アーク溶解法(VAR)により、チタン合金の鋳塊を製造した。溶湯成分は、64合金(Ti-6Al-4V)である。鋳塊は、直径が820mmである円柱状の鋳塊である。鋳型の内径は、840mmであった。
(Manufacturing of ingots)
Using the apparatus shown in FIG. 1, a titanium alloy ingot was produced by a vacuum arc remelting method (VAR). The molten metal component is a 64 alloy (Ti-6Al-4V). The ingot is a columnar ingot having a diameter of 820 mm. The inner diameter of the mold was 840 mm.

図7に、溶解電流および溶解時間を示している。
比較例1では、定常期の溶解速度が速い。また、溶解速度が、短時間で急速に低下している。
比較例2では、定常期の溶解速度が遅い。定常期が長く、溶解時間が長い。
実施例1および実施例2では、定常期の溶解速度が、比較例1と同等の速い速度である。実施例1および実施例2では、比較例1より早い時期に溶解速度が低下している。溶解速度は、比較例1より時間をかけて緩やかに低下している。
FIG. 7 shows the dissolution current and the dissolution time.
In Comparative Example 1, the dissolution rate in the steady phase is high. In addition, the dissolution rate is rapidly decreasing in a short time.
In Comparative Example 2, the dissolution rate in the steady phase is slow. The stationary phase is long and the dissolution time is long.
In Example 1 and Example 2, the dissolution rate in the stationary phase is as high as that in Comparative Example 1. In Example 1 and Example 2, the dissolution rate is lower than that of Comparative Example 1. The dissolution rate gradually decreases over time as compared with Comparative Example 1.

(評価1)
マクロ偏析(正偏析)が顕著に現れやすい鉄(Fe)の偏析度から、鋳塊の偏析を評価した。チタン合金の鉄(Fe)の含有量は微量であるが、品質が要求される濃度範囲は狭い。鉄(Fe)の偏析度を、以下の方法によって求めた。
偏析が生成しやすい鋳塊トップ部を含む、鋳塊上端から軸方向に600mmの範囲において、鋳塊上端から軸方向に所定のピッチで、鋳塊中央(鋳塊の軸中心)と鋳塊表層において鉄の濃度を測定した。「鋳塊中央の鉄の濃度」に対する「鋳塊中央と鋳塊表層の濃度差」を、偏析度とした。
鉄の偏析度が40%未満の場合、品質の基準を満たす。鉄の偏析度が40%以上の場合、品質の基準を満たさない。鉄の偏析度が40%以上である領域は、切り捨てられる。
(Evaluation 1)
The segregation of the ingot was evaluated from the degree of segregation of iron (Fe) in which macrosegregation (positive segregation) is likely to appear remarkably. The iron (Fe) content of the titanium alloy is very small, but the concentration range where quality is required is narrow. The degree of segregation of iron (Fe) was determined by the following method.
In the range of 600 mm axially from the upper end of the ingot, including the top of the ingot where segregation is likely to occur, at a predetermined pitch in the axial direction from the upper end of the ingot, the center of the ingot (the axial center of the ingot) and the surface layer of the ingot. The iron concentration was measured in. The "concentration difference between the center of the ingot and the surface layer of the ingot" with respect to the "concentration of iron in the center of the ingot" was defined as the degree of segregation.
If the degree of segregation of iron is less than 40%, the quality criteria are met. If the degree of segregation of iron is 40% or more, the quality standard is not satisfied. Regions with an iron segregation degree of 40% or more are truncated.

(評価2)
「比較例1の製造条件で6tonの鋳塊を溶製した場合のトータル溶解時間」に対する(各例の)「溶解時間」の比率により、生産性を評価した。比率が1.2未満の場合、生産性が高いと判断し、比率が1.2以上の場合、生産性が低いと判断した。
(Evaluation 2)
Productivity was evaluated by the ratio of "melting time" (of each example) to "total melting time when 6 ton ingots were melted under the production conditions of Comparative Example 1". When the ratio is less than 1.2, it is judged that the productivity is high, and when the ratio is 1.2 or more, it is judged that the productivity is low.

(評価3)
鋳塊の中心軸Oを通る縦断面を酸により腐食させた後、その断面において、鋳塊Iの中心軸Oより外側に形成された柱状組織の成長方向と鋳塊Iの中心軸Oとのなす鋭角をθ(deg)を測定した。θの測定は、鋳塊上端から軸方向に600mmの範囲において、鋳塊上端から軸方向に50mmピッチで、鋳塊中心軸から径方向の距離rが150mm、200mm、250mm、300mmのライン上で行った(図8参照)。
(Evaluation 3)
After the vertical cross section passing through the central axis O of the ingot is corroded by acid, in the cross section, the growth direction of the columnar structure formed outside the central axis O of the ingot I and the central axis O of the ingot I The acute angle formed was measured by θ (deg). θ is measured in the range of 600 mm in the axial direction from the upper end of the ingot at a pitch of 50 mm in the axial direction from the upper end of the ingot, and on the line where the radial distance r from the central axis of the ingot is 150 mm, 200 mm, 250 mm, and 300 mm. It went (see FIG. 8).

下記表1に、鋳塊の製造条件と評価1、2の結果を示している。図9に評価1の結果を示している。

Figure 2022076856000002
Table 1 below shows the manufacturing conditions of the ingot and the results of evaluations 1 and 2. FIG. 9 shows the result of evaluation 1.
Figure 2022076856000002

表1の「最終の低電流保持時間の比率」における「最終の低電流保持時間」とは、定常期の後、溶解電流を低下させ、所定の低電流に達した後の低電流保持時間である。表1の「最終の低電流保持時間の比率」とは、比較例1の最終の低電流保持時間を基準とし、「比較例1の最終の低電流保持時間」に対する(各例の)「最終の低電流保持時間」の比率である。 The "final low current holding time" in the "ratio of the final low current holding time" in Table 1 is the low current holding time after the dissolution current is lowered after the steady phase and the predetermined low current is reached. be. The "ratio of the final low current holding time" in Table 1 is based on the final low current holding time of Comparative Example 1 and is the "final (of each example)" with respect to the "final low current holding time of Comparative Example 1". Low current holding time "ratio.

表1および図9から、以下のことがわかった。 From Table 1 and FIG. 9, the following was found.

比較例1の鋳塊は、生産性が高いが、品質が低い鋳塊であった。比較例1では、図9に示すように、鋳塊トップ部で、鉄の径方向の偏析度が40%を超えていた。偏析度が40%を超えた部分は切り捨てる必要があるため、比較例1では、歩留まりが低い。 The ingot of Comparative Example 1 was an ingot having high productivity but low quality. In Comparative Example 1, as shown in FIG. 9, the radial segregation degree of iron exceeded 40% at the top portion of the ingot. Since it is necessary to cut off the portion where the segregation degree exceeds 40%, the yield is low in Comparative Example 1.

比較例2の鋳塊は、表1に示すように、品質が高い鋳塊であるが、生産性が低い鋳塊であった。比較例2では、図9に示すように、鋳塊トップ部で、鉄の径方向の偏析度が30%未満であった。 As shown in Table 1, the ingots of Comparative Example 2 were ingots of high quality but low productivity. In Comparative Example 2, as shown in FIG. 9, the radial segregation degree of iron was less than 30% at the top portion of the ingot.

実施例1および実施例2の鋳塊は、表1に示すように、品質が高く、かつ、生産性が高い鋳塊であった。実施例1および実施例2では、図9に示すように、鋳塊トップ部で、鉄の径方向の偏析度が35%未満であった。比較例1と比べると、鋳塊トップ部の偏析度が10~20%程度改善された。 As shown in Table 1, the ingots of Examples 1 and 2 were high quality and highly productive ingots. In Examples 1 and 2, as shown in FIG. 9, the radial segregation degree of iron was less than 35% at the ingot top portion. Compared with Comparative Example 1, the segregation degree of the ingot top portion was improved by about 10 to 20%.

次に、図10~図13を参照しつつ、柱状組織の成長方向と鋳塊Iの中心軸Oとのなす鋭角θについて検討する。以下において、「鋳塊上端からの軸方向の距離L」を、「鋳塊上端からの距離」、「鋳塊上端からの距離L」または「L」と称することがある。 Next, with reference to FIGS. 10 to 13, the acute angle θ formed by the growth direction of the columnar structure and the central axis O of the ingot I will be examined. In the following, the "axial distance L from the upper end of the ingot" may be referred to as "distance from the upper end of the ingot", "distance L from the upper end of the ingot", or "L".

ここで、θの測定は、図8に示すように、中心軸0の両側で測定している。例えば、中心軸0に対して、図中右側のr=150mmの位置と、図中左側のr=150mmの位置とで、θを測定している。図10~13に示す各図には、縦方向に、2つのプロットがある場合と、1つのプロットがある場合とがある。縦方向に2つのプロットがある場合、その2つのプロットは、それぞれ、鋳塊の中心軸0に対して図中右側で測定したθと図中左側で測定したθとである。縦方向に1つのプロットがある場合、鋳塊の中心軸0に対して図中右側で測定したθと図中左側で測定したθとが同じであり、これらのプロットが重なることにより1つのプロットにみえる。 Here, the measurement of θ is performed on both sides of the central axis 0, as shown in FIG. For example, θ is measured at the position of r = 150 mm on the right side of the figure and the position of r = 150 mm on the left side of the figure with respect to the central axis 0. Each figure shown in FIGS. 10 to 13 may have two plots in the vertical direction or one plot in the vertical direction. When there are two plots in the vertical direction, the two plots are θ measured on the right side of the figure and θ measured on the left side of the figure with respect to the central axis 0 of the ingot, respectively. When there is one plot in the vertical direction, θ measured on the right side of the figure and θ measured on the left side of the figure are the same with respect to the central axis 0 of the ingot, and one plot is obtained by overlapping these plots. It looks like.

比較例1では、図10に示すように、鋳塊上端からの距離Lが100mm以上600mm以内の領域に、70°以上の大きなθが存在した。比較例1では、定常期の溶解速度が速いため、70°以上の大きなθが存在したと考えられる。
比較例1では、鋳塊上端からの距離Lが100mm以下の領域だけに、40°以下の小さなθが存在する。この領域のθは全て40°以下である。この領域の偏析度は高かった(図9参照)。この領域は、溶解速度を急速に低下させたときに凝固した部分であると考えられる。このような組織を有する鋳塊は、生産性が高いが、品質が低い鋳塊であった。
In Comparative Example 1, as shown in FIG. 10, a large θ of 70 ° or more was present in a region where the distance L from the upper end of the ingot was 100 mm or more and 600 mm or less. In Comparative Example 1, since the dissolution rate in the steady phase is high, it is considered that a large θ of 70 ° or more existed.
In Comparative Example 1, a small θ of 40 ° or less exists only in the region where the distance L from the upper end of the ingot is 100 mm or less. All θ in this region are 40 ° or less. The degree of segregation in this region was high (see FIG. 9). This region is considered to be the part that solidified when the dissolution rate was rapidly reduced. Ingots having such a structure were ingots having high productivity but low quality.

比較例2では、図11に示すように、鋳塊上端からの距離Lが600mm以内の領域で、全てのθが70°未満である。鋳塊上端からの距離Lが500mm以内の領域で、50°以下の比較的小さなθが存在する。比較例2では、溶解速度が遅いため、θが小さかったと考えられる。このような組織を有する鋳塊は、生産性が低いが、品質が高い鋳塊であった。 In Comparative Example 2, as shown in FIG. 11, in the region where the distance L from the upper end of the ingot is within 600 mm, all θ are less than 70 °. In the region where the distance L from the upper end of the ingot is within 500 mm, there is a relatively small θ of 50 ° or less. In Comparative Example 2, it is considered that θ was small because the dissolution rate was slow. Ingots having such a structure were ingots having low productivity but high quality.

実施例1では、図12に示すように、鋳塊上端からの距離Lが600mm以内の領域に、70°以上の大きいθが存在した。これは、定常期の溶解速度が速かったからと考えられる(図7参照)。特に、鋳塊上端からの距離Lが300mm以上600mm以内の領域に、70°以上のθが存在した。
それに加え、実施例1では、図12に示すように、鋳塊上端からの距離Lが200mm以上600mm以内の領域に、50°以下の比較的小さなθが存在した。これは、溶解速度が早い時期に低下し始めたからと考えられる(図7参照)。
また、図12に示すように、鋳塊上端からの距離Lが300mm以内の領域では、θが徐々に小さくなっている。例えば、鋳塊上端からの距離Lが200mm以上300mm以内の領域では、θの最小値が50°以下であるが、θの最小値は40°以上である。鋳塊上端からの距離Lが100mm以上200mm以内の領域では、θの最大値が50°以上である。これは、溶解速度が時間をかけて緩やかに低下したためと考えられる(図7参照)。
このような組織を有する鋳塊は、品質が高く、かつ、生産性が高い鋳塊であった。
In Example 1, as shown in FIG. 12, a large θ of 70 ° or more was present in a region where the distance L from the upper end of the ingot was within 600 mm. It is considered that this is because the dissolution rate in the steady phase was high (see FIG. 7). In particular, there was a θ of 70 ° or more in the region where the distance L from the upper end of the ingot was 300 mm or more and 600 mm or less.
In addition, in Example 1, as shown in FIG. 12, a relatively small θ of 50 ° or less was present in a region where the distance L from the upper end of the ingot was 200 mm or more and 600 mm or less. It is considered that this is because the dissolution rate began to decrease at an early stage (see FIG. 7).
Further, as shown in FIG. 12, θ gradually decreases in a region where the distance L from the upper end of the ingot is within 300 mm. For example, in a region where the distance L from the upper end of the ingot is 200 mm or more and 300 mm or less, the minimum value of θ is 50 ° or less, but the minimum value of θ is 40 ° or more. In the region where the distance L from the upper end of the ingot is 100 mm or more and 200 mm or less, the maximum value of θ is 50 ° or more. It is considered that this is because the dissolution rate gradually decreased over time (see FIG. 7).
The ingot having such a structure was an ingot having high quality and high productivity.

実施例2でも、実施例1と同様な傾向がみられた。鋳塊上端からの距離Lが600mm以内の領域に、70°以上の大きいθが存在した。鋳塊上端からの距離Lが200mm以上600mm以内の領域に、50°以下の比較的小さなθが存在した。鋳塊上端からの距離Lが300mm以内の領域では、θが徐々に小さくなっていた。実施例2の組織を有する鋳塊も、品質が高く、かつ、生産性が高い鋳塊であった。 In Example 2, the same tendency as in Example 1 was observed. In the region where the distance L from the upper end of the ingot was within 600 mm, there was a large θ of 70 ° or more. A relatively small θ of 50 ° or less was present in a region where the distance L from the upper end of the ingot was 200 mm or more and 600 mm or less. In the region where the distance L from the upper end of the ingot was within 300 mm, θ gradually decreased. The ingot having the structure of Example 2 was also an ingot having high quality and high productivity.

上記より、鋳塊上端からの距離Lが600mm以内の領域に存在するθの最大値が70°以上であり、かつ、鋳塊上端からの距離Lが200mm以上600mm以内の領域に存在するθの最小値が50°以下である鋳塊は、品質が高く、かつ、生産性が高い鋳塊であることがわかった。 From the above, the maximum value of θ existing in the region where the distance L from the upper end of the ingot is 600 mm or less is 70 ° or more, and θ exists in the region where the distance L from the upper end of the ingot is 200 mm or more and 600 mm or less. It was found that the ingot having a minimum value of 50 ° or less was an ingot having high quality and high productivity.

ここで、本実験では、直径が820mmの鋳塊において、鋳塊の中心軸Oから径方向の距離rが、150mm、200mm、250mmおよび300mmのライン上でθを測定している(図8参照)。これらのライン上でθを測定したとき、鋳塊上端からの距離Lが600mm以内の領域に存在するθの最大値が70°以上であり、かつ、鋳塊上端からの距離Lが200mm以上600mm以内の領域に存在するθの最小値が50°以下である鋳塊は、品質が高く、かつ、生産性が高い鋳塊であった。
このことから、鋳塊の中心軸Oから径方向の距離rが150mm以上300mm以内の範囲内におけるθが上記を満たす鋳塊は、品質が高く、かつ、生産性が高い鋳塊であると考えられる。
そうすると、鋳塊の中心軸Oから径方向の距離rが150mm以上300mm以内の範囲内にある3/8×R≦r≦5/8×R(Rは、鋳塊の半径)の範囲におけるθが上記を満たす鋳塊も、品質が高く、かつ、生産性が高い鋳塊であると考えられる。
Here, in this experiment, in an ingot having a diameter of 820 mm, θ is measured on lines with radial distances r from the central axis O of the ingot of 150 mm, 200 mm, 250 mm, and 300 mm (see FIG. 8). ). When θ is measured on these lines, the maximum value of θ existing in the region where the distance L from the upper end of the ingot is within 600 mm is 70 ° or more, and the distance L from the upper end of the ingot is 200 mm or more and 600 mm. The ingot having a minimum value of θ existing in the region within 50 ° or less was an ingot having high quality and high productivity.
From this, it is considered that an ingot having a θ above satisfying the above in a range where the radial distance r from the central axis O of the ingot is 150 mm or more and 300 mm or less is a high quality and highly productive ingot. Be done.
Then, θ in the range of 3/8 × R ≦ r ≦ 5/8 × R (R is the radius of the ingot) in which the radial distance r from the central axis O of the ingot is within the range of 150 mm or more and 300 mm or less. Is also considered to be an ingot having high quality and high productivity.

上記より、中心軸Oを通る縦断面において、鋳塊の半径をR、鋳塊の中心軸から径方向の距離をr、鋳塊上端から軸方向の距離をL(mm)、鋳塊の中心軸を通る縦断面において鋳塊の中心軸Oより外側に形成された柱状組織の成長方向と鋳塊の中心軸とのなす鋭角をθ(deg)としたとき、
(1)3/8×R≦r≦5/8×RかつL≦600mmの領域X1におけるθの最大値が70°以上であり、
かつ、
(2)3/8×R≦r≦5/8×Rかつ200mm≦L≦600mmの領域X2におけるθの最小値が50°以下である場合、
鋳塊の品質が高く、かつ、生産性が高い鋳塊であるという知見が得られた。
From the above, in the vertical cross section passing through the central axis O, the radius of the ingot is R, the radial distance from the central axis of the ingot is r, the axial distance from the upper end of the ingot is L (mm), and the center of the ingot. When the sharp angle between the growth direction of the columnar structure formed outside the central axis O of the ingot and the central axis of the ingot in the vertical cross section passing through the axis is θ (deg).
(1) The maximum value of θ in the region X 1 of 3/8 × R ≦ r ≦ 5/8 × R and L ≦ 600 mm is 70 ° or more.
And,
(2) When the minimum value of θ in the region X 2 of 3/8 × R ≦ r ≦ 5/8 × R and 200 mm ≦ L ≦ 600 mm is 50 ° or less.
It was found that the ingot has high quality and high productivity.

なお、上記実験では、チタン合金の鋳塊を使用したが、純チタンの鋳塊でも上記と同様な結果が得られる。 In the above experiment, a titanium alloy ingot was used, but the same result as above can be obtained with a pure titanium ingot.

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, it should be considered that the specific configuration is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

例えば、上述した実施形態では、真空アーク溶解法により鋳塊を製造する方法について説明したが、鋳塊の製造方法は上述した方法に限定されない。また、鋳塊の製造条件(溶解電流、溶解速度など)は、上述した実施形態および実験の条件に限定されない。 For example, in the above-described embodiment, the method of producing the ingot by the vacuum arc melting method has been described, but the method of producing the ingot is not limited to the above-mentioned method. Further, the ingot production conditions (dissolution current, dissolution rate, etc.) are not limited to the above-mentioned embodiments and experimental conditions.

1 真空アーク溶解炉
2 鋳型
3 電極支持体
4 コントローラ
5 溶湯プール
6 凝固シェル
10 消耗電極
I 鋳塊
O 鋳塊の中心軸
1 Vacuum arc remelting furnace 2 Mold 3 Electrode support 4 Controller 5 Molten pool 6 Solidification shell 10 Consumable electrode I Ingot O Central axis of ingot

Claims (4)

純チタンまたはチタン合金からなる円柱状の鋳塊であって、
鋳塊の半径をR、鋳塊の中心軸から径方向の距離をr、鋳塊上端から軸方向の距離をL(mm)、鋳塊の中心軸を通る縦断面において鋳塊の中心軸より外側に形成された柱状組織の成長方向と鋳塊の中心軸とのなす鋭角をθ(deg)としたとき、
3/8×R≦r≦5/8×RかつL≦600mmにおけるθの最大値が70°以上であり、
かつ、
3/8×R≦r≦5/8×Rかつ200mm≦L≦600mmにおけるθの最小値が50°以下であることを特徴とする純チタンまたはチタン合金の鋳塊。
A columnar ingot made of pure titanium or a titanium alloy.
The radius of the ingot is R, the radial distance from the ingot central axis is r, the axial distance from the ingot upper end is L (mm), and the vertical cross section passing through the ingot central axis is from the ingot central axis. When the sharp angle between the growth direction of the columnar structure formed on the outside and the central axis of the ingot is θ (deg),
The maximum value of θ at 3/8 × R ≦ r ≦ 5/8 × R and L ≦ 600 mm is 70 ° or more.
And,
An ingot of pure titanium or a titanium alloy, characterized in that the minimum value of θ in 3/8 × R ≦ r ≦ 5/8 × R and 200 mm ≦ L ≦ 600 mm is 50 ° or less.
3/8×R≦r≦5/8×Rかつ300mm≦L≦600mmにおけるθの最大値が70°以上であることを特徴とする請求項1に記載の純チタンまたはチタン合金の鋳塊。 The ingot of pure titanium or a titanium alloy according to claim 1, wherein the maximum value of θ in 3/8 × R ≦ r ≦ 5/8 × R and 300 mm ≦ L ≦ 600 mm is 70 ° or more. 3/8×R≦r≦5/8×Rかつ200mm≦L≦300mmにおけるθの最小値が50°以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の純チタンまたはチタン合金の鋳塊。 The casting of pure titanium or a titanium alloy according to claim 1 or 2, wherein the minimum value of θ in 3/8 × R ≦ r ≦ 5/8 × R and 200 mm ≦ L ≦ 300 mm is 50 ° or less. mass. 3/8×R≦r≦5/8×Rかつ200mm≦L≦300mmにおけるθの最小値が40°以上50°以下であることを特徴とする請求項3に記載の純チタンまたはチタン合金の鋳塊。 The pure titanium or titanium alloy according to claim 3, wherein the minimum value of θ in 3/8 × R ≦ r ≦ 5/8 × R and 200 mm ≦ L ≦ 300 mm is 40 ° or more and 50 ° or less. Ingot.
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