JP5036213B2 - Consumable electrode - Google Patents
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Description
本発明は、高融点活性合金の製造に用いる消耗電極に関するものである。 The present invention relates to a consumable electrode used for producing a high melting point active alloy.
一般に工業用のチタンやジルコニウムなどの高融点活性金属やそれらの合金のインゴットは、消耗電極を用いて真空アーク溶融法や電子ビーム溶融法などで得られており、上記消耗電極は、通常、図1に示すように高融点活性金属1と合金成分2からなるコンパクトを複数形成し、それらを溶接することで製造している。上記コンパクトの形態は、チタン合金を例に取ると、中心部にチタン以外の成分(以下、合金成分とも称する)を配置し、その周囲を高融点活性金属としてのチタン(例えばスポンジチタン)で覆う形態が一般的であり(例えば、特許文献1を参照)、それ以外に高融点活性金属の周囲に合金成分を巻きつけた形態や、コンパクト中に合金成分を層状または塊状に分散して配置させた形態のものも存在する。
In general, ingots of high melting point active metals such as titanium and zirconium for industrial use and alloys thereof are obtained by a vacuum arc melting method or an electron beam melting method using a consumable electrode. As shown in FIG. 1, a plurality of compacts composed of a high melting point
上記合金成分としては、FeやCrなどの元素が挙げられる。これら元素は、インゴットの硬度を高めるなどの利点がある反面、インゴット内でマクロ偏析し、成分に偏りを生じさせることがある。そして成分の偏りが生じたインゴットは、強度などの機械的特性にバラツキが生じ、歩留まりが著しく低下してしまうことがある。特に航空機の材料として多用されているTi−17合金(Ti−5Al−2Sn−2Zr−4Mo−4Cr)では、品質が高く、十分な信頼性を備えた合金が求められており、成分の偏りが少ないインゴットが求められている。 Examples of the alloy component include elements such as Fe and Cr. These elements have the advantage of increasing the hardness of the ingot, but on the other hand, they may macrosegregate in the ingot and cause components to be biased. Ingots with uneven components may have variations in mechanical properties such as strength, and the yield may be significantly reduced. In particular, Ti-17 alloy (Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr), which is frequently used as an aircraft material, is demanded to have an alloy with high quality and sufficient reliability. Less ingots are required.
上記のような事情から、特許文献2では、合金成分と高融点活性金属との融点の違いに着目し、高融点活性金属(チタン)よりも融点が低い合金成分(スズなど)を板状または塊状の形態でコンパクト中に分散配置させることで、成分の局所的な偏りを抑制したインゴットを得ている。しかし、融点が異なる元素を数種類含む合金(例えば、上述のTi−17合金やTi−6Al−2Sn−4Zr−6Mo合金など)を上記方法にて製造するには、元素ごとに配置状態を工夫する必要があり、製造工程が煩雑となる。またインゴット全体で発生するマクロ偏析には、特許文献2の方式では対応できない。
In view of the above circumstances,
真空アーク溶融法などを用いて高融点活性合金を製造する際に、一定の電流(定常電流)にて消耗電極を溶融させた後、電流の供給を急速に停止させた場合、得られるインゴットのトップ部で成分偏析が生じることが知られている(マクロ偏析)。そこで特許文献3では、消耗電極を用いて真空アーク溶解法にて二重溶解させる際に、最終的に得られる鋳塊物のトップ部に相当する部分で“偏析の著しい元素”の濃度を調整した消耗電極を用いることで、最終的に得られる鋳塊物のトップ部で生じる成分偏析を抑制する方法を開示している。
通常の真空アーク溶融法を用いた高融点活性合金の製造方法では、図2に示すように、インゴット(一次鋳塊物)を得た後、得られたインゴットの上下を反転させたものを消耗電極(二次反転消耗電極)として用い、新たにインゴット(二次鋳塊物)を得る工程を繰り返している。 In the high melting point active alloy manufacturing method using the normal vacuum arc melting method, as shown in FIG. 2, after obtaining the ingot (primary ingot), the ingot obtained by inverting the top and bottom is consumed. The process of using an electrode (secondary inversion consumable electrode) to obtain a new ingot (secondary ingot) is repeated.
本発明者らは、各コンパクト間で組成が均一な12個のコンパクトを溶接して図1のようなチタン合金消耗電極を作製し、該消耗電極を用いて一次鋳塊物を得た後、得られた一次鋳塊物の上下を反転させたものを二次反転消耗電極として用いて二次鋳塊物を製造する図2の製造方法を用いて得られる一次・二次鋳塊物の中心軸上でのCr(Tiに対して正偏析する元素)の成分偏析の挙動をシミュレーションした。その結果、図3に示すように、一次鋳塊物(図3中、左のグラフ)ではトップ部(α1)でCrの成分偏析が生じていた。さらに二次鋳塊物(図3中、右のグラフ)では、ボトム部(α2)で、トップ部(β2)並にCrの成分偏析が起こることを突き止めた(図3)。 The present inventors welded 12 compacts having a uniform composition among the compacts to produce a titanium alloy consumable electrode as shown in FIG. 1, and after obtaining a primary ingot using the consumable electrode, The center of the primary and secondary ingots obtained by using the production method of FIG. 2 for producing a secondary ingot by using the obtained inversion of the primary ingot as a secondary inversion consumable electrode The behavior of component segregation of Cr (an element that segregates positively with respect to Ti) on the axis was simulated. As a result, as shown in FIG. 3, component segregation of Cr occurred in the top portion (α1) in the primary ingot (the left graph in FIG. 3). Furthermore, in the secondary ingot (the right graph in FIG. 3), it was found that the component segregation of Cr occurred in the bottom part (α2) as well as the top part (β2) (FIG. 3).
上記特許文献3に記載の製造方法は、最終的に得られる鋳塊物(二次鋳塊物)のトップ部(β2)での成分偏析の抑制を目的としているため、上記のようなボトム部(α2)で生じる大きな成分偏析には対応できていなかった。
Since the manufacturing method described in
本発明は、上記の二次鋳塊物のボトム部(α2)で生じる成分偏析も抑えることで、成分偏析の少ない高融点活性合金を得るための消耗電極を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a consumable electrode for obtaining a high melting point active alloy with little component segregation by suppressing component segregation occurring at the bottom portion (α2) of the secondary ingot.
本発明者らは、トップ部で“偏析する元素”の濃度を変化させた消耗電極を用いることで、成分偏析が少ない高融点活性合金を製造できることを見出した。 The present inventors have found that a high melting point active alloy with less component segregation can be produced by using a consumable electrode in which the concentration of the “segregating element” is changed at the top.
また真空アーク溶融法などを用いて溶融を行なうと、溶融電流に対応して溶湯プールの深さが深くなり、高融点活性金属に対する平衡分配係数が1未満の“偏析する元素”(以下、“正偏析する元素”とも称する)では、得られるインゴットのトップ部(特に最終凝固部)で濃度が高くなり、平衡分配係数が1超の“偏析する元素”(負偏析する元素)では濃度が低くなくなることに着目した。これらのことを加味し、消耗電極の全長をLとし、トップ側の端から長さ0/12L〜1/12Lの部分を第1トップ部、長さ1/12L〜2/12Lの部分を第2トップ部、長さ2/12L〜10/12Lの部分を中央部、長さ10/12〜11/12Lの部分を第2ボトム部、長さ11/12L〜12/12Lの部分を第1ボトム部と称し、前記高融点活性金属に対して正偏析する元素の中央部での平均質量濃度をX、負偏析する元素の中央部での平均質量濃度をYとしたときに、下記する2種類の消耗電極を提供することで上記課題を解決することができた。
(1)高融点活性金属に対して正偏析する元素を含有する消耗電極の場合
第1トップ部における前記正偏析する元素の平均質量濃度が0.6X〜0.95Xであり、第2トップ部における前記正偏析する元素の平均質量濃度が0.6X〜1Xであることを特徴としている。その際、上記第1ボトム部における上記正偏析する元素の平均質量濃度を0.6X〜0.95Xとし、上記第2ボトム部における上記正偏析する元素の平均質量濃度を0.6X〜1Xとすることで、二次鋳塊物のトップ部での成分偏析も抑制できる。また上記高融点活性金属としてチタンを用いた場合、上記濃度範囲に制御すべき正偏析する元素としては、Crおよび/またはFeが挙げられる。
(2)高融点活性金属に対して負偏析する元素を含有する消耗電極の場合
第1トップ部における前記負偏析する元素の平均質量濃度が1.05Y〜1.4Yであり、第2トップ部における前記負偏析する元素の平均質量濃度が1Y〜1.4Yであることを特徴としている。その際、上記第1ボトム部における上記負偏析する元素の平均質量濃度を1.05Y〜1.4Yとし、上記第2ボトム部における上記負偏析する元素の平均質量濃度を1Y〜1.4Yとすることで、二次鋳塊物のトップ部での成分偏析も抑制できる。さらに上記高融点活性金属としてチタンを用いた場合、上記濃度範囲に制御すべき負偏析する元素としては、Mo、Al、Oなどが挙げられる。
Further, when melting is performed using a vacuum arc melting method or the like, the depth of the molten metal pool increases corresponding to the melting current, and the “segregating element” (hereinafter “ The concentration is high at the top of the resulting ingot (especially the final solidified portion), and the concentration of “segregating elements” (negative segregating elements) with an equilibrium distribution coefficient of more than 1 is low. Focused on disappearance. Taking these into account, let the overall length of the consumable electrode be L, the first 0 / 12L to 1 / 12L from the top end, and the first 1 / 12L to 2 / 12L from the top. 2 Top part, 2 / 12L to 10 / 12L part in the center, 10/12 to 11 / 12L part in the second bottom part, 11 / 12L to 12 / 12L part in the first part When the average mass concentration at the central portion of the element segregating positively with respect to the refractory active metal is X and the average mass concentration at the central portion of the negative segregating element is Y, the following 2 The above problem could be solved by providing a variety of consumable electrodes.
(1) In the case of a consumable electrode containing an element that segregates positively with respect to the high melting point active metal, the average mass concentration of the element that segregates positively in the first top portion is 0.6X to 0.95X, and the second top portion The element is characterized in that the average mass concentration of the positive segregating element is 0.6X to 1X. At that time, the average mass concentration of the positive segregating element in the first bottom portion is 0.6X to 0.95X, and the average mass concentration of the positive segregating element in the second bottom portion is 0.6X to 1X. By doing, the component segregation in the top part of a secondary ingot can also be suppressed. Further, when titanium is used as the high melting point active metal, Cr and / or Fe can be cited as a positive segregation element to be controlled within the above concentration range.
(2) In the case of a consumable electrode containing an element that is negatively segregated with respect to the high melting point active metal, the average mass concentration of the negatively segregating element in the first top portion is 1.05Y to 1.4Y, and the second top portion The element is characterized in that the average mass concentration of the negative segregating element is 1Y to 1.4Y. At that time, the average mass concentration of the negative segregating element in the first bottom portion is 1.05Y to 1.4Y, and the average mass concentration of the negative segregating element in the second bottom portion is 1Y to 1.4Y. By doing, the component segregation in the top part of a secondary ingot can also be suppressed. Further, when titanium is used as the refractory active metal, examples of negative segregation elements to be controlled in the concentration range include Mo, Al, and O.
また上記正偏析する元素と負偏析する元素を含有する消耗電極では、
上記正偏析する元素が上記(1)の要件を満たし、
上記負偏析する元素が上記(2)の要件を満たすことが好ましい。
In addition, in the consumable electrode containing the positive segregating element and the negative segregating element,
The positive segregating element satisfies the requirement (1) above,
It is preferable that the negative segregating element satisfies the requirement (2).
また、上記消耗電極を用いて真空アーク溶融法にてインゴットを形成した後、
得られたインゴットの上下を反転させたものを消耗電極として用いて真空アーク溶融法にて新たなインゴットを形成する工程を少なくとも1回行うことで、成分偏析の少ない高融点活性合金を得ることができる。
Moreover, after forming an ingot by the vacuum arc melting method using the consumable electrode,
By using at least one step of forming a new ingot by vacuum arc melting using an inverted ingot of the obtained ingot as a consumable electrode, a high melting point active alloy with little component segregation can be obtained. it can.
本発明の消耗電極を用いることで、成分偏析が少ない高融点活性合金を得ることができる。 By using the consumable electrode of the present invention, a high melting point active alloy with little component segregation can be obtained.
本発明の消耗電極は、合金成分の高融点活性金属に対する平衡分配係数を利用したものであり、真空または不活性ガス(例えばArやHeなど)の雰囲気下で、アーク溶融法、プラズマアーク溶融法、高周波溶融法、電子ビーム溶融法などを用いて高融点活性合金を製造する際に好適に用いることができる。 The consumable electrode of the present invention utilizes an equilibrium distribution coefficient of an alloy component with respect to a high melting point active metal, and is an arc melting method or a plasma arc melting method in a vacuum or an atmosphere of an inert gas (for example, Ar or He). It can be suitably used when producing a high melting point active alloy using a high frequency melting method, an electron beam melting method or the like.
高融点活性金属としては、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、Wなどが挙げられ、中でもTiやZr、さらにはTiが好ましい。 Examples of the refractory active metal include Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, etc. Among them, Ti, Zr, and Ti are preferable.
高融点活性合金に、上記高融点活性金属と共に含有させる合金成分としては、Cr、Fe、Mo、Al、O、Zr、Hf、V、Mo、Nb、Ta、Mn、Co、Ni、Cu、Ru、Rh、Pd、Ir、Pt、Ag、Au、Si、Ge、Sn、B、P、S、C、N、Hなどの中から、上記高融点活性金属の種類や所望する特性(例えば、耐食性や強度など)などに応じて、1種類または複数種類選択すればよい。また合金成分は、高融点活性金属に対する平衡分配係数の値が1未満を示す“正偏析する元素”と、上記値が1超を示す“負偏析する元素”とに分けることができる。 The alloy components included in the high melting point active alloy together with the high melting point active metal include Cr, Fe, Mo, Al, O, Zr, Hf, V, Mo, Nb, Ta, Mn, Co, Ni, Cu, and Ru. , Rh, Pd, Ir, Pt, Ag, Au, Si, Ge, Sn, B, P, S, C, N, H, etc., the kind of the refractory active metal and desired characteristics (for example, corrosion resistance) One type or a plurality of types may be selected according to the intensity and the like. The alloy components can be classified into “elements that segregate positively” in which the value of the equilibrium distribution coefficient for the high melting point active metal is less than 1 and “elements that segregate negatively” in which the above value exceeds 1.
上記平衡分配係数(KO)について、図5の平衡状態図(横軸:高融点活性金属中の合金成分濃度、縦軸:温度)を参照しながら説明すると、該分配係数(K0)とは、合金成分を含有する高融点活性金属を液体状態(L)から冷却し、凝固開始時の液相側の合金成分濃度(CL)と固相側の合金成分濃度(CS)の比(KO=CS/CL)を意味する。 For the equilibrium distribution coefficient (K O), equilibrium diagram of FIG. 5 (horizontal axis: Alloy component concentration of the refractory active in metal, vertical axis: temperature) will be described with reference to, and the partition coefficient (K 0) Is a method of cooling a high melting point active metal containing an alloy component from a liquid state ( L ), and a ratio between a liquid phase side alloy component concentration (C L ) and a solid phase side alloy component concentration (C S ) at the start of solidification. (K O = C S / C L ).
具体的には、高融点活性金属としてTiやZrを例に取れば、正偏析する元素としてはCr、Fe、Ni、Snなどが挙げられ、中でもCrやFeが特に偏析しやすい。また負偏析する元素としては、Mo、Al、Oなどが例示できる。 Specifically, when Ti or Zr is taken as an example of the high melting point active metal, examples of elements that positively segregate include Cr, Fe, Ni, Sn, etc. Among them, Cr and Fe are particularly easily segregated. Examples of negative segregation elements include Mo, Al, and O.
高融点活性合金に含有させる合金成分の濃度は、高融点活性合金の種類や求められる特性などによっても異なるが、通常0.1〜20質量%程度のことが多い。また合金成分が2種以上の元素からなる場合には、上記割合は各元素について上記の範囲内となるように含有させればよい。 The concentration of the alloy component contained in the high melting point active alloy varies depending on the type of the high melting point active alloy and required characteristics, but is usually about 0.1 to 20% by mass. Moreover, when an alloy component consists of 2 or more types of elements, what is necessary is just to contain the said ratio so that it may become in said range about each element.
前述の様に、高融点活性金属に対して正偏析する元素や負偏析する元素などの偏析する元素はインゴットのトップ部及びボトム部で偏析が生じる傾向がある。通常の消耗電極を用いて得られた一次鋳塊物では、特にトップ部(図2のα1)で大きな成分偏析が生じる事が多い。その結果、図2に示すような一次鋳塊物の上下を反転させた消耗電極(二次反転消耗電極)では、ボトム部(α1)で上記元素が偏析した状態となっている。そのため、該二次反転消耗電極を用いて得られた二次鋳塊物では、ボトム部(α2)で成分偏析が残存してしまう。 As described above, segregating elements such as positive segregating elements and negative segregating elements with respect to high melting point active metals tend to segregate at the top and bottom of the ingot. In a primary ingot obtained using a normal consumable electrode, large component segregation often occurs particularly at the top portion (α1 in FIG. 2). As a result, in the consumable electrode (secondary reverse consumable electrode) obtained by inverting the upper and lower sides of the primary ingot as shown in FIG. 2, the above elements are segregated at the bottom portion (α1). Therefore, in the secondary ingot obtained using the secondary inversion consumable electrode, component segregation remains at the bottom portion (α2).
それに対して本発明の消耗電極では、トップ部(α)において、偏析する元素の濃度を調節しているため(正偏析する元素では濃度を低くし、負偏析する元素では濃度を高くする)、得られる一次鋳塊物のトップ部(α1)および二次反転消耗電極のボトム部(α1)での上記元素の成分偏析が抑えられている。そのため、該二次反転消耗電極を用いて得られた二次鋳塊物では、ボトム部(α2)での成分偏析が抑制されている。 On the other hand, in the consumable electrode of the present invention, the concentration of the segregating element is adjusted in the top portion (α) (the concentration is decreased for the element that is positively segregated and the concentration is increased for the element that is negatively segregated). Component segregation of the above elements at the top portion (α1) of the obtained primary ingot and the bottom portion (α1) of the secondary inversion consumable electrode is suppressed. Therefore, in the secondary ingot obtained using the secondary inversion consumable electrode, component segregation at the bottom portion (α2) is suppressed.
本発明の消耗電極では、濃度を調節する部分が消耗電極の中央付近にまで亘ると、得られるインゴット(一次・二次鋳塊物)の中央付近で、上記元素の濃度に偏りが生じてしまう。そのため、消耗電極の中央付近では上記元素の濃度が比較的均一な部分(中央部)を設ける必要がある。そこで消耗電極のボトム部や下記するトップ部での、偏析する元素の濃度や上記元素の濃度を調節する部分は、合金成分の高融点活性金属に対する平衡分配係数の値に応じて決めればよい。具体的には、上記平衡分配係数が“1”から大きく離れている元素ほど、中央部と比べてより濃度を大きく変化させるか、より広い部分に亘って濃度を調節するか、あるいはこれらを組み合わせて決定すればよい。 In the consumable electrode of the present invention, when the portion whose concentration is adjusted extends to the vicinity of the center of the consumable electrode, the concentration of the element is biased near the center of the obtained ingot (primary / secondary ingot). . Therefore, it is necessary to provide a portion (center portion) where the concentration of the element is relatively uniform near the center of the consumable electrode. Therefore, the concentration of the segregating element and the concentration of the element at the bottom portion of the consumable electrode and the top portion described below may be determined according to the value of the equilibrium distribution coefficient for the refractory active metal of the alloy component. Specifically, for elements whose equilibrium partition coefficient is far from “1”, the concentration is changed more greatly than the central portion, the concentration is adjusted over a wider portion, or a combination thereof. To decide.
具体的には、消耗電極の全長をLとし、トップ側の端を起点とした場合に、二次鋳塊物のボトム部で生じる上記元素の成分偏析を抑制するには少なくとも長さ0〜1/12Lの部分(以下、第1トップ部と称する)で上記元素の濃度を調節すればよい。 Specifically, when the total length of the consumable electrode is L and the top end is the starting point, at least a length of 0 to 1 is required to suppress component segregation of the above-described elements that occurs at the bottom of the secondary ingot. The concentration of the above element may be adjusted at a portion of / 12L (hereinafter referred to as the first top portion).
さらに具体的には、長さ2/12L〜10/12Lの部分(以下、中央部と称する)の正偏析する元素の平均質量濃度(X)や、中央部の負偏析する元素の平均質量濃度(Y)を基準にして、第1トップ部で正偏析元素及び負偏析元素のいずれか(又は両方)を調節する。すなわち第1トップ部で正偏析元素の濃度を調節する場合、該第1トップ部での正偏析元素の濃度は、0.6X以上(好ましくは0.65X以上、より好ましくは0.7X以上)、0.95X以下(好ましくは0.9X以下、より好ましくは0.85X以下)程度である。また第1トップ部で負偏析元素の濃度を調節する場合、該第1トップ部での負偏析元素の濃度は、1.05Y以上(好ましくは1.075Y以上、より好ましくは1.1Y以上)、1.4Y以下(好ましくは1.35Y以下、より好ましくは1.3Y以下)の範囲内に高めることが好ましい。さらに必要に応じて、隣接する長さ1/12〜2/12Lの部分(以下、第2トップ部と称する)で、“正偏析する元素”では0.6X以上(好ましくは0.65X以上、より好ましくは0.7X以上)、1X以下(好ましくは0.95X以下、より好ましくは0.9X以下)の範囲内、“負偏析する元素”では1Y以上(好ましくは1.025Y以上、より好ましくは1.05Y以上)、1.4Y以下(好ましくは1.35Y以下、より好ましくは1.3Y以下)の範囲内で濃度を調節することができる。
More specifically, the average mass concentration (X) of positive segregating elements in the portion of
また二次反転消耗電極を用いて二次鋳塊物を得る際に、二次鋳塊物のトップ部(β2)でも成分偏析が生じる。そのため、二次鋳塊物のトップ部(β2)で生じる成分偏析を抑制する観点から、二次反転消耗電極のトップ部(β1)、つまり一次鋳塊物のボトム部(β1)で、上記と同様に偏析する元素の濃度を調節しておくことが好ましい。その場合、インゴットのボトム部は、トップ部よりも成分偏析が起こり難いため、消耗電極の少なくとも長さ11/12〜12/12Lの部分(以下、第1ボトム部と称する:β)における偏析する元素(正偏析元素及び負偏析元素のいずれか(好ましくは両方))の濃度を調節することで、一次鋳塊物のボトム部(β1)での上記元素の濃度も調節することができる。 Further, when a secondary ingot is obtained using the secondary reversible consumable electrode, component segregation also occurs at the top portion (β2) of the secondary ingot. Therefore, from the viewpoint of suppressing component segregation occurring at the top portion (β2) of the secondary ingot, the top portion (β1) of the secondary inversion consumable electrode, that is, the bottom portion (β1) of the primary ingot, Similarly, it is preferable to adjust the concentration of the segregating element. In that case, since the component segregation is less likely to occur in the bottom portion of the ingot than in the top portion, segregation occurs at least in the portion of the consumable electrode having a length of 11/12 to 12 / 12L (hereinafter referred to as the first bottom portion: β). By adjusting the concentration of the element (either the positive segregation element or the negative segregation element (preferably both)), the concentration of the element at the bottom portion (β1) of the primary ingot can also be adjusted.
具体的には、中央部(長さ2/12L〜10/12Lの部分)の平均質量濃度(X、Y)を基準にして、第1ボトム部で正偏析元素及び負偏析元素のいずれか(又は両方)を調節する。すなわち第1ボトム部で正偏析元素の濃度を調節する場合、該第1ボトム部での正偏析元素の濃度は、0.6X以上(好ましくは0.65X以上、より好ましくは0.7X以上)、0.95X以下(好ましくは0.9X以下、より好ましくは0.85X以下)の範囲内に抑えることが好ましい。また第1ボトム部で負偏析する元素の濃度を調節する場合、該第1ボトム部での負偏析元素の濃度は、1.05Y以上(好ましくは1.075Y以上、より好ましくは1.1Y以上)、1.4Y以下(好ましくは1.35Y以下、より好ましくは1.3Y以下)の範囲内に高めることが好ましい。さらに必要に応じて、隣接する長さ10/12〜11/12Lの部分(以下、第2ボトム部と称する)で、“正偏析する元素”では0.6X以上(好ましくは0.65X以上、より好ましくは0.7X以上)、1X以下(好ましくは0.95X以下、より好ましくは0.9X以下)の範囲内、“負偏析する元素”では1Y以上(好ましくは1.025Y以上、より好ましくは1.05Y以上)、1.4Y以下(好ましくは1.35Y以下、より好ましくは1.3Y以下)の範囲内で濃度を調節することができる。
Specifically, either the positive segregation element or the negative segregation element in the first bottom part based on the average mass concentration (X, Y) of the central part (parts of
高融点活性金属としてTiを、偏析抑制対象元素としてCr(Tiに対して正偏析する元素)を選択する場合、二次鋳塊物のボトム部でのCrの偏析を抑制するには、消耗電極の第1トップ部での濃度を0.67〜0.88X、または第1および第2トップ部での濃度を0.8〜0.88Xに調節するのが最も望ましい。さらに二次鋳塊物のトップ部でのCrの偏析も抑制するには、消耗電極の第1ボトム部での濃度を0.67〜0.88X、または第1および第2ボトム部での濃度を0.75〜0.88Xに調節するのが最も望ましい。また偏析抑制対象元素としてMo(Tiに対して負偏析する元素)を選択する場合、二次鋳塊物のボトム部でのMoの偏析を抑制するには、消耗電極の第1トップ部での濃度を1.12〜1.25Y、または第1および第2トップでの濃度を1.12〜1.06Yに調節すればよい。さらに二次鋳塊物のトップ部でのMoの偏析も抑制するには、消耗電極の第1ボトム部での濃度を1.12〜1.25Y、または第1および第2ボトム部での濃度を1.12〜1.06Yに調節すればよい。 When selecting Ti as the high melting point active metal and Cr (element segregating positively with respect to Ti) as the segregation suppression target element, a consumable electrode is used to suppress Cr segregation at the bottom of the secondary ingot. Most preferably, the concentration at the first top portion is adjusted to 0.67 to 0.88X, or the concentration at the first and second top portions is adjusted to 0.8 to 0.88X. Furthermore, in order to suppress the segregation of Cr at the top portion of the secondary ingot, the concentration at the first bottom portion of the consumable electrode is 0.67 to 0.88X, or the concentration at the first and second bottom portions. Is most preferably adjusted to 0.75 to 0.88X. In addition, when Mo (an element that segregates negatively with respect to Ti) is selected as the segregation suppression target element, in order to suppress the segregation of Mo at the bottom portion of the secondary ingot, the first top portion of the consumable electrode The density may be adjusted to 1.12 to 1.25Y, or the density at the first and second tops may be adjusted to 1.12 to 1.06Y. Furthermore, in order to suppress the segregation of Mo at the top portion of the secondary ingot, the concentration at the first bottom portion of the consumable electrode is 1.12 to 1.25Y, or the concentration at the first and second bottom portions. May be adjusted to 1.12 to 1.06Y.
なお上記第1トップ部、第2トップ部、第1ボトム部、第2ボトム部および中央部での上記元素の濃度は、各部分内での平均質量濃度を示したものである。そのため上記濃度は部分内で一定であってもよいし、部分内で端に向かって、または端から中央部に向かって連続または段階的に、あるいはランダムに変化していてもよい。なお、合金成分としてO(酸素)やN(窒素)などの偏析を抑制する場合、それらは高融点活性金属の酸化物(例えばTiO2など)や窒化物(例えばTiNなど)の形態で、上記酸化物や窒化物の添加量から調節してもよいし、高融点活性金属に含まれるOやNの量を制御することで調節してもよい。 The concentration of the element in the first top portion, the second top portion, the first bottom portion, the second bottom portion, and the central portion indicates an average mass concentration in each portion. Therefore, the concentration may be constant in the portion, or may change continuously, stepwise, or randomly in the portion toward the end or from the end toward the center. In addition, when suppressing segregation of O (oxygen), N (nitrogen), etc. as an alloy component, they are in the form of oxides (for example, TiO 2 ) and nitrides (for example, TiN) of high melting point active metals, The amount of oxide or nitride may be adjusted, or may be adjusted by controlling the amount of O or N contained in the high melting point active metal.
また合金成分が2種以上の元素(正偏析する元素と負偏析する元素の組み合わせも含む)を組み合わせたものである場合、各元素について濃度や該濃度を調節する部分を決定すればよい。 Further, when the alloy component is a combination of two or more elements (including a combination of positive segregating elements and negative segregating elements), the concentration and the portion for adjusting the concentration may be determined for each element.
上記消耗電極は、例えばトップ部(第1および第2トップ部)となる部分とボトム部(第1および第2ボトム部)となる部分と中央部になるコンパクトを別々に製造し、それらを溶接して製造することができる。コンパクトの構成は、例えば図1に示すような、合金成分2を内部に配し、該合金成分を取り囲むように高融点活性金属1を配する構造であってもよい。その場合、合金成分は図1に示すような円柱状の形態であってもよいし、棒状や板状の形態で配してもよい。さらには高融点活性金属を合金成分で囲むような形態であってもよい。上記コンパクトの製造は公知の方法を適用することができる。例えば、上記合金成分を円柱状や板状などに成形した後、上記合金成分を取り囲むようにしてスポンジまたは粉末金属からなる高融点活性金属を配し、圧縮成形などの方法によって製造すればよい。
For example, the consumable electrode is manufactured by separately producing a compact that becomes a central portion and a portion that becomes a top portion (first and second top portions), a portion that becomes a bottom portion (first and second bottom portions), and welds them. Can be manufactured. The compact configuration may be a structure in which, for example, as shown in FIG. 1, the
また真空アーク溶融法、プラズマアーク溶融法、高周波溶融法や電子ビーム溶融法などの条件は、高融点活性金属や合金成分などに応じて公知の方法を適用することができる。 As conditions such as a vacuum arc melting method, a plasma arc melting method, a high-frequency melting method, and an electron beam melting method, known methods can be applied according to the high melting point active metal, alloy components, and the like.
なお消耗電極のボトム部とは、主として溶融初期に溶融される部分であり、溶融物を固化して得られたインゴットでは、主としてボトム部の成分となる。逆に消耗電極のトップ部は、主として溶融後期に溶融される部分であり、上記トップ部は溶融・固化後、主としてインゴットのトップ部の成分となる。 The bottom portion of the consumable electrode is a portion that is melted mainly in the initial stage of melting. In an ingot obtained by solidifying the melt, the bottom portion is mainly a component of the bottom portion. Conversely, the top portion of the consumable electrode is a portion that is melted mainly in the later stage of melting, and the top portion mainly becomes a component of the top portion of the ingot after melting and solidification.
上記元素の濃度や該濃度を変化させる部分は、実際に消耗電極を製造し、得られた一次鋳塊物や二次鋳塊物での上記元素の成分偏析の挙動を調査することで決定してもよい。それ以外に下記する方法にて、成分偏析の挙動をシミュレーションすることで上記濃度や該濃度を変化させる部分を決定することもできる。 The concentration of the element and the portion where the concentration is changed are determined by actually manufacturing a consumable electrode and investigating the behavior of component segregation of the element in the obtained primary or secondary ingot. May be. In addition, the concentration and the portion where the concentration is changed can be determined by simulating the behavior of component segregation by the method described below.
シミュレーションは、下記手順に従って行うことができる。 The simulation can be performed according to the following procedure.
(手順1)高融点活性金属に含有させる合金成分の高融点活性金属に対する平衡分配係数を求める。 (Procedure 1) The equilibrium distribution coefficient for the high melting point active metal of the alloy component contained in the high melting point active metal is determined.
(手順2)(手順1)で得られたデータを基にして、消耗電極のモデルを作製し、このモデル消耗電極に対してその伝熱・凝固解析を行う。 (Procedure 2) Based on the data obtained in (Procedure 1), a model of a consumable electrode is produced, and heat transfer / solidification analysis is performed on the model consumable electrode.
(手順3)(手順2)のデータを基にして消耗電極を溶融させて再分配される結果から一次鋳塊物の成分偏析を予想する。 (Procedure 3) The component segregation of the primary ingot is predicted from the result of melting and redistributing the consumable electrode based on the data of (Procedure 2).
(手順4)二次鋳塊物での成分偏析の挙動を予想し、(手順2)および(手順3)で得られたデータを用いて該消耗電極の構成を決定する。 (Procedure 4) The behavior of component segregation in the secondary ingot is predicted, and the configuration of the consumable electrode is determined using the data obtained in (Procedure 2) and (Procedure 3).
各手順についてより詳細に説明する。 Each procedure will be described in more detail.
(手順1)平衡分配係数は、熱力学データベースソフト(例えば「Thermo−Calc」、「FactSage」などのデータベース)を用い、算出すればよい。具体的には液相線温度と固相線温度を多元系で計算し、合金成分を所定濃度含有する高融点活性金属の凝固開始時の液相側の合金成分濃度(CL)と固相側の合金成分濃度(CS)の比を算出し、その比をとって平衡分配係数(KO=CS/CL)を求める。 (Procedure 1) The equilibrium partition coefficient may be calculated using thermodynamic database software (for example, a database such as “Thermo-Calc” or “FactSage”). Specifically, the liquidus temperature and the solidus temperature are calculated in a multicomponent system, and the alloy component concentration (C L ) on the liquid phase side at the start of solidification of the high melting point active metal containing a predetermined concentration of the alloy component and the solid phase The ratio of the alloy component concentration (C S ) on the side is calculated, and the equilibrium distribution coefficient (K O = C S / C L ) is obtained by taking the ratio.
(手順2)モデルとして作製した消耗電極の伝熱・凝固解析については、例えば、(株)神戸製鋼所製の有限要素法解析コード(「CASTEM」など)を用いて、真空アーク溶融法(VAR)操業時の溶湯プール形状(温度分布)や凝固界面の移動速度を算出する。 (Procedure 2) For heat transfer and solidification analysis of a consumable electrode produced as a model, for example, using a finite element method analysis code (“CASTEM”, etc.) manufactured by Kobe Steel, Ltd., vacuum arc melting (VAR) ) Calculate the molten pool shape (temperature distribution) during operation and the moving speed of the solidification interface.
(手順3)(手順2)のモデルとして作製した消耗電極を溶融させて再分配されて得られる一次鋳塊物の結果の予想は、下記式(1)のBurtonの式を用いて実効分配係数(Ke)を求め、この実効分配係数(Ke)を用いて算出することができる。そして合金元素の物質収支は、下記式(2)を用いて算出することができる。
Ke=KO/{KO+(1−KO)e (−R・d/D)} …(1)
Ke:実効分配係数、KO:平衡分配係数、R:凝固速度(m/秒)、d:液相側における各元素の拡散層の厚み(m)、D:拡散係数(m2/秒)
なお本発明では“d/D”として文献値を採用した(d/D=10000秒/m;William G. Pfann, Zone Melting second edition, 1966, John Wiley & Sons, Inc.)
CS=(1−fs.crit)・Cl+fs.crit・Ke・Cl …(2)
CS:凝固開始時の固相側の合金成分の濃度、fs.crit:洗浄限界固相率、Cl:各コンパクトから得られる溶湯中の合金成分の濃度、Ke:実効分配係数
なお本発明では“fs.crit”として文献値を採用した(fs.crit=0.3;高橋忠義ら,鉄と鋼,Vol.76,No.5(1990),第86頁)。
(Procedure 3) The prediction of the result of the primary ingot obtained by melting and redistributing the consumable electrode produced as a model of (Procedure 2) is the effective distribution coefficient using the Burton equation of the following equation (1) (K e ) can be obtained and calculated using this effective distribution coefficient (K e ). The material balance of the alloy element can be calculated using the following formula (2).
K e = K o / {K o + (1−K o ) e (−R · d / D) } (1)
K e : Effective distribution coefficient, K O : Equilibrium distribution coefficient, R: Solidification rate (m / sec), d: Diffusion layer thickness (m) of each element on the liquid phase side, D: Diffusion coefficient (m 2 / sec) )
In the present invention, a literature value is adopted as “d / D” (d / D = 10000 seconds / m; William G. Pfann, Zone Melting second edition, 1966, John Wiley & Sons, Inc.).
C S = (1−fs.crit) · C l + fs.crit · K e · C l (2)
C S : concentration of alloy component on the solid phase side at the start of solidification, fs.crit: cleaning limit solid fraction, C l : concentration of alloy component in molten metal obtained from each compact, K e : effective distribution coefficient In the invention, a literature value was adopted as “fs.crit” (fs.crit = 0.3; Tadayoshi Takahashi et al., Iron and Steel, Vol. 76, No. 5 (1990), p. 86).
(手順4)(手順3)で得られた組成のデータの上下を反転させて二次消耗電極の組成分布を決定する(つまり一次鋳造物のトップ部側で得られたデータの値を、二次消耗電極のボトム部側での値とし、一次鋳塊物のボトム部側で得られたデータの値を、二次消耗電極のトップ部側での値とする)。上記で決定した二次消耗電極の組成分布のデータを用いて、上述の(手順2)および(手順3)で述べたのと同様な操作を繰り返し、二次鋳塊物での成分偏析の挙動を調査する。 (Procedure 4) The composition distribution of the secondary consumable electrode is determined by inverting the composition data obtained in (Procedure 3) (that is, the value of the data obtained on the top portion side of the primary casting is The value on the bottom side of the secondary consumable electrode is used, and the data value obtained on the bottom side of the primary ingot is the value on the top side of the secondary consumable electrode). Using the data of the composition distribution of the secondary consumable electrode determined above, the same operation as described in the above (Procedure 2) and (Procedure 3) is repeated, and the behavior of component segregation in the secondary ingot To investigate the.
なお、一般にインゴットでは中心軸上で濃度変動が大きいと考えられることから、インゴットの中心軸上を解析対象とすることが好ましい。 In general, since ingots are considered to have large concentration fluctuations on the central axis, it is preferable that the central axis of the ingot be analyzed.
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、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、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.
実施例1〜14及び比較例1〜6
(手順1)高融点活性金属に含有させる元素の高融点活性金属に対する平衡分配係数の算出
本実施例及び比較例では、高融活性化合金としてTi−17(Ti−5Al−2Sn−2Zr−4Mo−4Cr)を用いた時の成分偏析をシミュレーションした。すなわち、このTi−17において、熱力学データベース「Thermo−Calc」(B.Sundmanら:Calphad,Vol.9(1985)第153頁)により、Tiに対するAl、Sn、Zr、MoおよびCrの平衡分配係数(KO=CS/CL)を算出した。そして二次鋳塊物中での、上記平衡分配係数が最も低く、正偏析する程度が著しいと考えられるCr、および上記平衡分配係数が最も高く、負偏析する程度が著しいと考えられるMoの分布状況についてシミュレーションした。
Examples 1-14 and Comparative Examples 1-6
(Procedure 1) Calculation of equilibrium partition coefficient of element contained in high melting point active metal with respect to high melting point active metal In this example and the comparative example, Ti-17 (Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo) was used as the high melting activation alloy. -4Cr) was used to simulate component segregation. That is, in this Ti-17, equilibrium distribution of Al, Sn, Zr, Mo and Cr to Ti according to the thermodynamic database “Thermo-Calc” (B. Sundman et al .: Calpad, Vol. 9 (1985), page 153). The coefficient (K O = C S / C L ) was calculated. And in the secondary ingot, the distribution of Cr, which has the lowest equilibrium distribution coefficient and is considered to have a significant degree of positive segregation, and the Mo, which has the highest equilibrium distribution coefficient and has a significant degree of negative segregation. The situation was simulated.
Tiに対する平衡分配係数の値(KO)は、Moで1.39、Crで0.65であった。 The equilibrium partition coefficient values (K O ) for Ti were 1.39 for Mo and 0.65 for Cr.
(手順2〜4)
実際の製造工程を想定し、溶融炉内で消耗電極を一次溶融してインゴット(一次鋳塊物)を製造した後、得られた一次鋳塊を消耗電極(二次反転消耗電極)として用いて新たにインゴット(二次鋳塊物)を得る際に、図2に示したように、一次鋳塊物の上下を反転させたものを二次反転消耗電極として用いることを想定してシミュレーションした。つまり、二次反転消耗電極のデータは、一次鋳塊物の組成のデータを上下逆にしたものを入力することとした。
(Procedure 2-4)
Assuming the actual manufacturing process, the consumable electrode is primarily melted in the melting furnace to produce an ingot (primary ingot), and then the obtained primary ingot is used as a consumable electrode (secondary reversible consumable electrode) When a new ingot (secondary ingot) was obtained, a simulation was performed assuming that the primary ingot was inverted as the secondary inversion consumable electrode as shown in FIG. That is, as the data of the secondary inversion consumable electrode, data obtained by reversing the data of the composition of the primary ingot is turned upside down.
なお、溶融方法については真空アーク溶融法を想定し、成分の分布状況を測定する部位は、最も変動が激しいと考えられる鋳塊物の中心軸上とした。一次溶融および二次溶融は、下記する条件に設定した。
・一次溶融条件
溶融に用いた電流:16kAの定常電流
・二次溶融条件
溶融に用いた電流:12kAの定常電流
As the melting method, a vacuum arc melting method was assumed, and the site where the distribution of components was measured was on the central axis of the ingot, which is considered to have the greatest fluctuation. Primary melting and secondary melting were set to the following conditions.
Primary melting conditions Current used for melting: 16 kA steady current Secondary melting conditions Current used for melting: 12 kA steady current
また消耗電極、一次溶融物および二次溶融物の大きさは下記の通りにした。
・消耗電極
本実施例及び比較例で使用する消耗電極は、長さ5090mm、直径φ370mmとし、図1に示すような12個のコンパクト(A〜L)を溶接して製造したものを想定した。各コンパクト内での合金成分2(Cr、Mo)の濃度は表1〜2の通りに設定した。得られる一次鋳塊物および二次鋳塊物の大きさは下記するものを想定した。
・一次鋳塊物
鋳塊直径:φ570
鋳塊高さ:2145mm
・二次鋳塊物
鋳塊直径:φ700
鋳塊高さ:1420mm
The sizes of the consumable electrode, the primary melt, and the secondary melt were as follows.
Consumable electrode The consumable electrode used in the present example and the comparative example was assumed to have a length of 5090 mm and a diameter of 370 mm, and was manufactured by welding 12 compacts (A to L) as shown in FIG. The density | concentration of the alloy component 2 (Cr, Mo) in each compact was set as Tables 1-2. The sizes of the obtained primary ingot and secondary ingot were assumed as follows.
・ Primary ingot Ingot diameter: φ570
Ingot height: 2145mm
・ Secondary ingot Ingot diameter: φ700
Ingot height: 1420mm
また、測定対象である一次および二次溶融物中でのCrおよびMoの目標濃度は、共に4質量%とした。 Further, the target concentrations of Cr and Mo in the primary and secondary melts to be measured were both 4% by mass.
凝固解析ソフト「CASTEM」((株)神戸製鋼所製)を用い、上記溶融条件での各元素の凝固速度を求めた。そして高橋ら(高橋忠義ら:鉄と鋼,Vol.76,No.5(1990),第86頁)の凝固遷移層の概念を適用して各元素の成分偏析の挙動を調べた。元素の再分配の計算は、上記式(1)のBurtonの式を用いて算出した。そして上記式(2)を用いて合金元素の物質収支を算出した。 Using solidification analysis software “CASTEM” (manufactured by Kobe Steel, Ltd.), the solidification rate of each element under the above melting conditions was determined. And the behavior of component segregation of each element was investigated by applying the concept of solidification transition layer of Takahashi et al. (Tadayoshi Takahashi et al .: Iron and Steel, Vol. 76, No. 5 (1990), p. 86). The element redistribution was calculated using the Burton equation of the above equation (1). And the material balance of the alloy element was calculated using the said Formula (2).
結果を表1及び表2に示す。 The results are shown in Tables 1 and 2.
表1は、正偏析する程度が著しいと考えられるCr(kO:0.65)について、各種消耗電極を用いて得られる二次鋳塊物のCrの分布状況についてシミュレーションした結果を示すものである。 Table 1 shows the simulation results of Cr distribution in the secondary ingot obtained using various consumable electrodes for Cr (k O : 0.65), which is considered to have a significant degree of positive segregation. is there.
なお、Crの成分偏析の評価(表1中の“Crの偏析防止割合”)は、消耗電極の中央部でのCrの濃度を目的濃度(4質量%)とし、4±0.086質量%の範囲内にある割合から求めた。 The evaluation of Cr component segregation (“Cr segregation prevention ratio” in Table 1) is 4 ± 0.086% by mass with the Cr concentration at the center of the consumable electrode as the target concentration (4% by mass). It calculated | required from the ratio which exists in the range.
なお、表中の“トップ部”とは、一次鋳塊を得る際に使用する消耗電極の上端側を意味しており、“ボトム部”とはその逆を意味している。 The “top portion” in the table means the upper end side of the consumable electrode used when obtaining the primary ingot, and the “bottom portion” means the opposite.
まず図3は比較例1に示すコンパクト毎でCrの質量%濃度が一定な消耗電極を用いて得られた一次・二次鋳塊物の鋳塊高さ(mm:縦軸)に対するCr濃度(質量%:横軸)の変化をグラフで示したものである。上記の結果、一次鋳塊物(図3中、左のグラフ)ではトップ側にCrの偏析がみられ、二次鋳塊物(図3中、右のグラフ)ではトップ側とボトム側にCrの偏析がみられた。そのため成分偏析の少ない部分は、全体の70%程度しか得られなかった(表1の比較例1の結果参照)。それに対して第1および第2トップ部(コンパクトのA、B)でCrの濃度を低減させた消耗電極を用いて得られた二次鋳塊物(実施例1)では、成分偏析の少ない部分を83%に増加させることができた(表1参照)。さらに消耗電極のトップ部とボトム部の両方でCrの濃度を低減させた消耗電極を用いて得られた二次鋳塊物(実施例2〜8)では、成分偏析の少ない部分をさらに増加させることができた。図4は実施例5に示す消耗電極を用いて得られた一次・二次鋳塊物の鋳塊高さ(mm:縦軸)に対するCr濃度(質量%:横軸)の変化をグラフで示したものである。その結果、トップ部とボトム部とでCrの濃度を減少させた消耗電極を用いて得られた高融点活性合金の一次鋳塊物(図4中、左のグラフ)でも、トップ部でCrの成分偏析はみられるものの、その割合は図3に示した比較例1の消耗電極を用いて得られた一次鋳塊物よりも少なかった(実施例5の消耗電極では最も多い部分で4.5質量%程度であるのに対し、比較例1の消耗電極では4.8質量%以上)。しかも実施例5の二次鋳塊物(図4中、右のグラフ)では、比較例1(図3)とは異なり、ボトム部でのCrの成分偏析が抑制されており、さらにトップ部での成分偏析も比較例1の二次鋳塊物よりも抑制されていた(実施例5の二次鋳塊物では最も多い部分で4.2質量%程度であるのに対し、比較例1の二次鋳塊物では4.3質量%程度)。 First, FIG. 3 shows the Cr concentration (mm: vertical axis) with respect to the ingot height (mm: vertical axis) of the primary and secondary ingots obtained by using a consumable electrode with a constant Cr mass% concentration shown in Comparative Example 1. The change in mass% (horizontal axis) is shown in a graph. As a result of the above, the segregation of Cr was observed on the top side in the primary ingot (left graph in FIG. 3), and Cr was observed on the top and bottom sides in the secondary ingot (right graph in FIG. 3). Segregation was observed. For this reason, only about 70% of the total component segregation was obtained (see the result of Comparative Example 1 in Table 1). On the other hand, in the secondary ingot (Example 1) obtained by using the consumable electrode in which the concentration of Cr is reduced at the first and second top portions (compact A, B), the portion with less component segregation Could be increased to 83% (see Table 1). Further, in the secondary ingot (Examples 2 to 8) obtained by using the consumable electrode in which the concentration of Cr is reduced at both the top portion and the bottom portion of the consumable electrode, the portion with less component segregation is further increased. I was able to. FIG. 4 is a graph showing the change in Cr concentration (mass%: horizontal axis) with respect to the ingot height (mm: vertical axis) of the primary and secondary ingots obtained using the consumable electrode shown in Example 5. It is a thing. As a result, even in the primary ingot of the high melting point active alloy obtained by using the consumable electrode in which the Cr concentration is reduced at the top part and the bottom part (the left graph in FIG. 4), Although component segregation was observed, the ratio was smaller than that of the primary ingot obtained using the consumable electrode of Comparative Example 1 shown in FIG. 3 (4.5 in the most consumable electrode of Example 5). (In contrast to the mass% of the consumable electrode of Comparative Example 1, it is 4.8 mass% or more). Moreover, in the secondary ingot of Example 5 (the graph on the right in FIG. 4), unlike Comparative Example 1 (FIG. 3), segregation of Cr components at the bottom is suppressed, and further, at the top. The component segregation was also suppressed more than that of the secondary ingot of Comparative Example 1 (the secondary ingot of Example 5 was about 4.2% by mass in the most part, whereas that of Comparative Example 1 (In the secondary ingot, it is about 4.3% by mass).
しかし消耗電極の第1トップ部(コンパクトA)と第1ボトム部(コンパクトL)の両方で、Crの濃度を、本発明で規定した範囲以外の0.5X(中央部での濃度(X)=4.0質量%)にした消耗電極を用いて得られた二次鋳塊物(比較例2)では、成分偏析の少ない部分はかえって減少していた(61%)。また変化させる部分についても、本発明で規定した範囲外(コンパクトA、B、C、J,KおよびL)にまで変化させた消耗電極を用いて得られた二次鋳塊物(比較例3)でも、成分偏析の少ない部分はかえって減少していた(65%)。 However, in both the first top portion (compact A) and the first bottom portion (compact L) of the consumable electrode, the Cr concentration is 0.5X (concentration (X) at the center portion) outside the range defined in the present invention. In the secondary ingot obtained using the consumable electrode (= 4.0% by mass) (Comparative Example 2), the portion with less component segregation was reduced (61%). Further, the secondary ingot obtained by using the consumable electrode changed to the outside of the range defined by the present invention (compact A, B, C, J, K and L) (Comparative Example 3). However, the portion with less component segregation was rather reduced (65%).
表2は、負偏析する程度が著しいと考えられるMo(kO:1.39)について、各種消耗電極を用いて得られる二次鋳塊物のMoの分布状況についてシミュレーションした結果を示すものである。 Table 2 shows the simulation results of the distribution of Mo in the secondary ingot obtained using various consumable electrodes for Mo (k 2 O : 1.39), which is considered to have a significant degree of negative segregation. is there.
なお、Moの成分偏析の評価(表2中、“Moの偏析防止割合”)は、消耗電極の中央部でのMoの濃度を目的濃度(4質量%)とし、4±0.1質量%の範囲内にある割合から求めた。 The evaluation of Mo component segregation (“Mo segregation prevention ratio” in Table 2) is 4 ± 0.1 mass% with the Mo concentration at the center of the consumable electrode as the target concentration (4 mass%). It calculated | required from the ratio which exists in the range.
表2に示されるように、トップ部(コンパクトA、B)でMoの濃度を増加させた消耗電極を用いて得られた二次鋳塊物(実施例9〜10)では、各コンパクトでMoの濃度が一定な消耗電極を用いて得られた二次鋳塊物(比較例4)に比べ、成分偏析の少ない部分を83〜87%程度まで増加させることができた。またトップ部とボトム部の両方でMoの濃度を増加させた消耗電極を用いて得られた二次鋳塊物(実施例11〜14)では、成分偏析の少ない部分がさらに増加していた(89〜91%)。 As shown in Table 2, in the secondary ingots (Examples 9 to 10) obtained using the consumable electrode in which the Mo concentration was increased in the top portion (compacts A and B), each compact had Mo. Compared with the secondary ingot obtained by using a consumable electrode having a constant concentration (Comparative Example 4), the portion with less component segregation could be increased to about 83 to 87%. Moreover, in the secondary ingot (Examples 11-14) obtained using the consumable electrode which increased the density | concentration of Mo in both the top part and the bottom part, the part with little component segregation increased further ( 89-91%).
しかし消耗電極の第1トップ部(コンパクトA)と第1ボトム部(コンパクトL)の両方で、Moの濃度を、本発明で規定した範囲以外の1.50Y(中央部での濃度(Y)=4.0質量%)にした消耗電極を用いて得られた二次鋳塊物(比較例5)では、成分偏析の少ない部分はかえって減少していた(50%)。また変化させる部分についても、本発明で規定した範囲外(コンパクトA、B、C、J,KおよびL)にまで変化させた消耗電極を用いて得られた二次鋳塊物(比較例6)でも、成分偏析の少ない部分はかえって減少していた(53%)。 However, in both the first top portion (compact A) and the first bottom portion (compact L) of the consumable electrode, the Mo concentration is 1.50Y (concentration (Y) in the center portion) outside the range defined in the present invention. In the secondary ingot obtained using the consumable electrode (= 4.0% by mass) (Comparative Example 5), the portion with less component segregation was reduced (50%). In addition, the secondary ingot obtained by using the consumable electrode that was changed to outside the range defined by the present invention (compact A, B, C, J, K, and L) (Comparative Example 6). However, the portion with less component segregation was rather reduced (53%).
なお上記実施例ではシミュレーション結果を示したが、実際に実験を行っても、同様の結果が得られる。 In addition, although the simulation result was shown in the said Example, even if it actually conducts experiment, the same result is obtained.
1.高融点活性金属
2.合金成分
α.消耗電極の消耗電極のトップ部
α1.一次鋳塊物のトップ部および二次反転消耗電極のボトム部
α2.二次鋳塊物のボトム部
β.消耗電極のボトム部
β1.一次鋳塊物のボトム部および二次反転消耗電極のトップ部
β2.二次鋳塊物のトップ部
1. 1. High melting point active metal Alloy component α. Top part of the consumable electrode α1. A top portion of the primary ingot and a bottom portion α2 of the secondary inversion consumable electrode; Bottom portion of secondary ingot β. Bottom portion of consumable electrode β1. The bottom part of the primary ingot and the top part β2 of the secondary inversion consumable electrode. Top of secondary ingot
Claims (4)
消耗電極の全長をLとし、トップ側の端から長さ0/12L〜1/12Lの部分を第1トップ部、長さ1/12L〜2/12Lの部分を第2トップ部、長さ2/12L〜10/12Lの部分を中央部、長さ10/12〜11/12Lの部分を第2ボトム部、長さ11/12L〜12/12Lの部分を第1ボトム部と称し、前記高融点活性金属に対して正偏析する元素の中央部での平均質量濃度をXとしたとき、
前記第1トップ部における前記正偏析する元素の平均質量濃度が0.6X〜0.95Xであり、前記第2トップ部における前記正偏析する元素の平均質量濃度が0.6X〜1Xであり、
前記第1ボトム部における前記正偏析する元素の平均質量濃度が0.6X〜0.95Xであり、前記第2ボトム部における前記正偏析する元素の平均質量濃度が0.6X〜1Xであり、
前記高融点活性金属がチタンであり、前記範囲に平均質量濃度が制御される前記正偏析する元素がCrおよび/またはFeであることを特徴とする消耗電極。 A consumable electrode for producing an alloy containing a high melting point active metal,
The length of the consumable electrode is L, the portion from 0 / 12L to 1 / 12L from the end on the top side is the first top portion, the portion from 1 / 12L to 2 / 12L is the second top portion, length 2 / 12L to 10 / 12L are referred to as the central part, 10/12 to 11 / 12L as the second bottom part, and 11 / 12L to 12 / 12L as the first bottom part. When the average mass concentration at the center of the element that segregates positively with respect to the melting point active metal is X,
The average mass density of the positive segregation to elements in the first top part is 0.6X~0.95X, average mass concentration of the element for the positive segregation in the second top part is Ri 0.6X~1X der ,
The average mass concentration of the positive segregating element in the first bottom portion is 0.6X to 0.95X, and the average mass concentration of the positive segregating element in the second bottom portion is 0.6X to 1X.
The refractory active metal is titanium, consumable electrode elements the positive segregation average mass density is controlled in the range wherein the Cr and / or Fe der Rukoto.
消耗電極の全長をLとし、トップ側の端から長さ0/12L〜1/12Lの部分を第1トップ部、長さ1/12L〜2/12Lの部分を第2トップ部、長さ2/12L〜10/12Lの部分を中央部、長さ10/12〜11/12Lの部分を第2ボトム部、長さ11/12L〜12/12Lの部分を第1ボトム部と称し、前記高融点活性金属に対して負偏析する元素の中央部での平均質量濃度をYとしたとき、
前記第1トップ部における前記負偏析する元素の平均質量濃度が1.05Y〜1.4Yであり、前記第2トップ部における前記負偏析する元素の平均質量濃度が1Y〜1.4Yであり、
前記第1ボトム部における前記負偏析する元素の平均質量濃度が1.05Y〜1.4Yであり、前記第2ボトム部における前記負偏析する元素の平均質量濃度が1Y〜1.4Yであり、
前記高融点活性金属がチタンであり、前記範囲に平均質量濃度が制御される前記負偏析する元素がMo、AlおよびOの中から選択される少なくとも1種であることを特徴とする消耗電極。 A consumable electrode for producing an alloy containing a high melting point active metal,
The length of the consumable electrode is L, the portion from 0 / 12L to 1 / 12L from the end on the top side is the first top portion, the portion from 1 / 12L to 2 / 12L is the second top portion, length 2 / 12L to 10 / 12L are referred to as the central part, 10/12 to 11 / 12L as the second bottom part, and 11 / 12L to 12 / 12L as the first bottom part. When the average mass concentration at the center of the element that is negatively segregated with respect to the melting point active metal is Y,
Wherein the first top portion average mass density of the negative segregation elemental are 1.05Y~1.4Y, average mass concentration of the element to the negative segregation at the second top part is Ri 1Y~1.4Y der ,
The average mass concentration of the negative segregating element in the first bottom portion is 1.05Y to 1.4Y, and the average mass concentration of the negative segregating element in the second bottom portion is 1Y to 1.4Y,
The refractory active metal is titanium, consumable electrode to which the negative segregation elemental average mass density is controlled in the range, wherein at least one Tanedea Rukoto selected from among Mo, Al and O .
上記正偏析する元素が請求項1の要件を満たし、
上記負偏析する元素が請求項2の要件を満たすことを特徴とする消耗電極。 A consumable electrode for producing an alloy containing at least a high melting point active metal and an element that segregates positively and negatively segregates with respect to the high melting point active metal,
The positive segregating element satisfies the requirements of claim 1 ,
A consumable electrode, wherein the negative segregating element satisfies the requirements of claim 2 .
得られたインゴットの上下を反転させたものを消耗電極として用いて真空アーク溶融法にて新たなインゴットを形成する工程を少なくとも1回行なって得られる高融点活性合金。 After forming an ingot by the vacuum arc melting method using the consumable electrode according to any one of claims 1 to 3 ,
A high melting point active alloy obtained by performing at least one step of forming a new ingot by a vacuum arc melting method using an inverted ingot obtained as an expendable electrode.
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