JP7319536B2 - Melting raw material, melting raw material and ingot manufacturing method - Google Patents

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本発明は、溶解原料および溶解素材と鋳塊の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a molten raw material and a method for producing a molten raw material and an ingot.

チタン合金を溶解、鋳造する際には、母合金と呼ばれる溶解原料が一般的に用いられる。母合金とは、溶解の際に用いられる高濃度の合金である。例えば、MoおよびAlをチタン合金の添加元素とする場合、AlとMoとの合金(Al-Mo合金)を用いることがある。 When melting and casting a titanium alloy, a melting raw material called a master alloy is generally used. A master alloy is a high-concentration alloy used during melting. For example, when Mo and Al are added elements to a titanium alloy, an alloy of Al and Mo (Al--Mo alloy) may be used.

チタンは、実用金属中、比較的、軽量な金属であり、比重が小さい。一方、チタン合金の添加元素の中でも、例えば、Mo、Nb、RuおよびTaといった元素は、比重が大きく、溶解時に重力方向に沈み、均一な濃度に溶解、混合されにくい。 Titanium is a relatively light metal among practical metals and has a small specific gravity. On the other hand, elements such as Mo, Nb, Ru, and Ta, which are added to titanium alloys, have large specific gravities, sink in the direction of gravity when dissolved, and are difficult to dissolve and mix at a uniform concentration.

また、上記元素は、Tiの融点より高い融点を有する。具体的には、これら元素の融点は2000℃超であり、Tiの融点である1668℃より高い温度である。このため、溶解しにくく、鋳塊内で溶け残りやすい。 Also, the above element has a melting point higher than that of Ti. Specifically, the melting points of these elements are over 2000° C., which is higher than the melting point of Ti, 1668° C. Therefore, it is difficult to melt and tends to remain unmelted in the ingot.

このように、Tiとの間にある比重および融点の相違から、上述した添加元素の溶け残りが生じる場合がある。また、鋳塊内で、局所的に濃度が高い部分が生じる、いわゆるマクロ偏析が生じやすくなる。このため、溶解時に、目的に応じた母合金を使用してチタン合金を製造することが一般的である。この場合、金属チタンと一緒に溶解しやすくするため、母合金は融点が2000℃以下とチタンに近づけることができ、さらには比重がチタンと同程度であったりする。そして、原料の混合または溶解などの製造時の操作性が向上する。 In this way, due to the difference in specific gravity and melting point from Ti, the above-mentioned additive elements may remain undissolved. In addition, so-called macro-segregation, which is the occurrence of locally high-concentration portions in the ingot, tends to occur. For this reason, it is common to manufacture a titanium alloy using a mother alloy suitable for the purpose during melting. In this case, in order to make it easier to melt together with metallic titanium, the mother alloy can have a melting point of 2000° C. or less, which is close to that of titanium, and its specific gravity is about the same as that of titanium. In addition, the operability during production, such as mixing or dissolving raw materials, is improved.

例えば、特許文献1~4においては、母合金を使用したチタン合金の製造方法が開示されている。 For example, Patent Documents 1 to 4 disclose methods of manufacturing titanium alloys using mother alloys.

特開2007-56363号公報JP-A-2007-56363 国際公開第2006/047692号WO2006/047692 特開平2-107733号公報JP-A-2-107733 特開平10-46269号公報JP-A-10-46269

しかしながら、目的とするチタン合金を得るため、鋳造前に予め母合金を作製することは、製造コストを増加させる要因となる。さらに、チタン合金は、母合金を作製し、溶解した場合であっても、母合金自体の添加元素の濃度が高いために溶解時に対流、撹拌が十分なされない場合には、偏析等が生じる場合がある。この結果、均一な溶質濃度を有するチタン合金を製造できない場合がある。 However, in order to obtain the desired titanium alloy, preparing a master alloy in advance before casting causes an increase in manufacturing costs. Furthermore, even when titanium alloys are melted after preparing a mother alloy, segregation, etc. may occur if convection and stirring are not sufficient during melting due to the high concentration of additive elements in the mother alloy itself. There is As a result, it may not be possible to produce a titanium alloy having a uniform solute concentration.

本発明では、上記課題を解決し、チタン合金において、製造コストを低減し、かつマクロ偏析の発生を抑制しうる溶解原料および溶解素材と鋳塊の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above problems and to provide a molten raw material and a method for producing a molten raw material and an ingot that can reduce the production cost and suppress the occurrence of macrosegregation in a titanium alloy.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記の溶解原料および溶解素材と鋳塊の製造方法を要旨とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and the gist of the present invention is the following molten raw material, molten raw material, and method for producing an ingot.

(1)チタン合金の製造に用いられる溶解原料であって、
前記溶解原料は、融点が2000℃超の元素を含有し、
添加される前記溶解原料の総体積をV、総表面積をSとした場合に、
前記総体積と前記総表面積との関係が、下記(i)式を満足する、溶解原料。
V/S≦100(μm) ・・・(i)
(1) A melting raw material used for manufacturing a titanium alloy,
The molten raw material contains an element having a melting point of over 2000°C,
When the total volume of the dissolved raw materials to be added is V and the total surface area is S,
A dissolved raw material, wherein the relationship between the total volume and the total surface area satisfies the following formula (i).
V/S≦100 (μm) (i)

(2)前記元素は、金属Mo、金属Nb、金属Ru、金属Ta、およびCから選択される一種以上である、上記(1)に記載の溶解原料。 (2) The molten raw material according to (1) above, wherein the element is at least one selected from metal Mo, metal Nb, metal Ru, metal Ta, and C.

(3)チタン合金の製造に用いられる溶解素材であって、
上記(1)または(2)に記載の溶解原料と、前記溶解原料を包む外包材とを備え、
前記外包材の融点が2000℃以下である、
溶解素材。
(3) A melting material used for manufacturing a titanium alloy,
A melted raw material according to (1) or (2) above and an outer packaging material that wraps the melted raw material,
The melting point of the outer packaging material is 2000 ° C. or less,
melting material.

(4)前記外包材は、工業用純チタン、工業用純アルミニウム、工業用純銅、工業用純ジルコニウム、工業用純錫、チタン合金、アルミニウム合金、銅合金、ジルコニウム合金、および錫合金から選択される一種以上からなる、箔または薄板である、上記(3)に記載の溶解素材。 (4) The outer packaging material is selected from industrial pure titanium, industrial pure aluminum, industrial pure copper, industrial pure zirconium, industrial pure tin, titanium alloys, aluminum alloys, copper alloys, zirconium alloys, and tin alloys. The melting material according to (3) above, which is a foil or a thin plate made of one or more kinds of

(5)(a)上記(1)もしくは(2)に記載の溶解原料、または上記(3)もしくは(4)に記載の溶解素材を、金属チタン原料と混合して、封入することでコンパクトまたは溶解ハース投入用原料を製造する工程と、
(b)製造した前記コンパクトまたは溶解ハース投入用原料を溶解する工程と、
を有する、チタン合金鋳塊の製造方法。
(5) (a) The molten raw material described in (1) or (2) above, or the molten raw material described in (3) or (4) above is mixed with a metallic titanium raw material and encapsulated to form a compact or a step of manufacturing raw materials for melting hearth;
(b) melting the compact or melting hearth input raw material produced;
A method for producing a titanium alloy ingot.

本発明によれば、チタン合金において、製造コストを低減し、かつマクロ偏析の発生を抑制しうる溶解原料および溶解素材と鋳塊の製造方法を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a molten raw material and a method for producing a molten raw material and an ingot that can reduce the production cost and suppress the occurrence of macrosegregation in a titanium alloy.

図1の(a)は、粒の直径が45μmの場合の金属Ruの溶解シミュレーションの結果を示す図であり、図1の(b)は、粒の直径が45μmの場合の金属Nbの溶解シミュレーションの結果を示す図である。FIG. 1(a) is a diagram showing the results of dissolution simulation of metal Ru when the grain diameter is 45 μm, and FIG. 1(b) is a dissolution simulation of metal Nb when the grain diameter is 45 μm. It is a figure which shows the result of. 図2は、V/Sと溶融に要する時間との関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between V/S and the time required for melting. 図3は、コンパクトの形状を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing the shape of the compact. 図4は、溶解素材の製造手順を示す模式図であり、(a)は溶解原料を入れる際の模式図であり、(b)は溶解素材とした際の模式図である。4A and 4B are schematic diagrams showing the manufacturing procedure of the molten raw material. FIG. 4A is a schematic diagram when the molten raw material is added, and FIG. 4B is a schematic diagram when the molten raw material is formed. 図5は、1tのチタン鋳塊におけるRu含有量の測定位置を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing measurement positions of the Ru content in a 1 t titanium ingot.

本発明者らは、製造コストを低減し、かつマクロ偏析の発生を抑制しうる溶解原料と鋳塊の製造方法を得るため、種々の検討を行った。その結果、以下の(a)~(d)の知見を得た。 The present inventors have made various studies in order to obtain a molten raw material and a method for producing an ingot that can reduce the production cost and suppress the occurrence of macrosegregation. As a result, the following findings (a) to (d) were obtained.

(a)上述した、Mo、Nb、Ru、およびTaといった元素の母合金を使用すると、純金属で添加した場合と比較して、融点が2000℃以下に低下する。このため、鋳塊内において溶け残りが生じにくく、マクロ偏析の発生が抑制される。 (a) Using the aforementioned master alloy of elements such as Mo, Nb, Ru, and Ta lowers the melting point to 2000° C. or less compared to adding pure metals. For this reason, unmelted portions are less likely to occur in the ingot, and the occurrence of macro segregation is suppressed.

(b)一方、母合金を使用した場合であってもマクロ偏析が発生する場合がある。母合金を使用する場合、母合金は数mm程度の塊状に粉砕または切断され、スポンジチタン、チタンスクラップといった金属チタン原料と混合される。この際、上記金属チタン原料のかさ密度と、粉砕または切断された母合金のかさ密度が大きく相違すると、混合時の偏在および溶解時の沈降などによって均一な溶解がされず、マクロ偏析が生じやすくなる。 (b) On the other hand, macro segregation may occur even when a master alloy is used. When using the master alloy, the master alloy is pulverized or cut into lumps of several millimeters and mixed with metallic titanium raw materials such as sponge titanium and titanium scrap. At this time, if the bulk density of the metal titanium raw material and the bulk density of the crushed or cut master alloy are significantly different, uniform dissolution is not achieved due to uneven distribution during mixing and sedimentation during dissolution, and macrosegregation tends to occur. Become.

さらに、チタンは、高温で、著しく酸化される元素である。このため、チタン合金を鋳造する際には、酸化を抑制する観点から、真空アーク溶解法(「VAR:Vacuum Arc Remelting」ともいう。)、プラズマアーク溶解法(「PAM:Plasma Arc Melting」ともいう。)、または電子ビーム溶解法(「EBR:Electron Beam Remelting」ともいう。)といった溶解方法が用いられる。そして、チタン合金では、溶解時の加熱温度が低い場合には2000℃程度となる。この結果、溶解原料を溶解できる範囲が狭くなり、溶け残りがより生じやすくなる。 Furthermore, titanium is an element that is highly oxidized at high temperatures. Therefore, when casting a titanium alloy, from the viewpoint of suppressing oxidation, a vacuum arc melting method (also referred to as "VAR: Vacuum Arc Remelting") or a plasma arc melting method (also referred to as "PAM: Plasma Arc Melting") is used. ), or a melting method such as an electron beam melting method (also referred to as “EBR: Electron Beam Remelting”). In the case of a titanium alloy, when the heating temperature during melting is low, the temperature is about 2000°C. As a result, the range in which the raw material can be dissolved is narrowed, and undissolved material is more likely to be left undissolved.

(c)したがって、母合金を用いずに、純金属等を用いて、マクロ偏析の発生が抑制されたチタン合金を製造することができることが望ましい。ここで、本発明者らは、母合金を用いず、純金属等を溶解原料とした場合の溶解メカニズムについて、Tiと純金属元素との二元系平衡状態図に基づき検討を行った。 (c) Therefore, it is desirable to be able to produce a titanium alloy in which the occurrence of macro-segregation is suppressed by using pure metal or the like without using a master alloy. Here, the present inventors investigated the dissolution mechanism in the case of using a pure metal or the like as a dissolution raw material without using a master alloy, based on a binary system equilibrium diagram of Ti and a pure metal element.

二元状態図を参酌すると、上述したMo、Nb、RuおよびTaといった元素は、Ti濃度が高くなるにつれ、徐々に融点が低下する傾向にある。例えば、Ruの場合、Ti濃度が約15質量%まで融点が低下する。その後、TiRuが形成されるTi濃度域で、一旦、融点が上昇し、2000℃を超えるものの、Ti濃度が約33質量%を超えると、再度、融点が低下し、2000℃以下となる。さらに、Ti濃度が約70質量%では、融点が約1550℃まで低下する。 Considering the binary phase diagram, the above-described elements such as Mo, Nb, Ru and Ta tend to gradually decrease in melting point as the Ti concentration increases. For example, in the case of Ru, the melting point decreases until the Ti concentration reaches about 15% by mass. After that, in the Ti concentration range where TiRu is formed, the melting point once rises and exceeds 2000°C, but when the Ti concentration exceeds about 33% by mass, the melting point drops again to 2000°C or less. Furthermore, when the Ti concentration is about 70% by mass, the melting point drops to about 1550°C.

(d)上述した溶解方法における加熱温度が約2000℃であることから、固相状態で存在する純金属元素の溶解原料について、短時間でTi濃度を高め、融点が2000℃以下となるような組成範囲に制御することが望ましい。この結果、純金属元素の溶解原料で発生しうる、溶け残りおよびマクロ偏析の発生を抑制できる。したがって、溶解の際、上記純金属元素の周囲を、溶融したTiが、より短時間のうちに取り囲み、かつ早期に融点が2000℃以下となるような組成範囲になるように、純金属元素の溶解原料を制御することが有効である。 (d) Since the heating temperature in the melting method described above is about 2000°C, the Ti concentration is increased in a short time with respect to the melting raw material of the pure metal element existing in the solid phase state, and the melting point becomes 2000°C or less. It is desirable to control the composition within the range. As a result, it is possible to suppress the occurrence of unmelted residue and macro segregation, which may occur in the raw material for melting pure metal elements. Therefore, during melting, the pure metal element is surrounded by the molten Ti in a short time and the composition range of the pure metal element is such that the melting point becomes 2000° C. or lower in an early stage. It is effective to control the dissolved raw materials.

本発明は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。 The present invention has been made based on the above findings. Each requirement of the present invention will be described in detail below.

1.溶解原料
本発明に係る溶解原料は、チタン合金(チタン鋳塊)の製造に用いられる溶解原料である。また、溶解原料は、融点が2000℃超の元素を含有する。この元素は、融点が2000℃超であれば、特に限定されないが、例えば、金属Mo、金属Nb、金属Ru、金属Ta、およびC(黒鉛、ダイヤモンド等)から選択される一種以上であるのが好ましい。
1. Melting Raw Material The melting raw material according to the present invention is a melting raw material used for producing a titanium alloy (titanium ingot). Also, the raw material to be melted contains an element having a melting point of over 2000°C. This element is not particularly limited as long as the melting point is higher than 2000° C., but for example, it is one or more selected from metal Mo, metal Nb, metal Ru, metal Ta, and C (graphite, diamond, etc.). preferable.

ここで、金属Moとは、工業用に使用される純Moのことを言い、通常、Mo含有量が99%以上となる。金属Nb、金属Ru、および金属Taも同様に、工業用に使用される純Nb、純Ru、および純Taのことを言い、通常、上記それぞれの元素の含有量が99%以上となる。 Here, metal Mo refers to pure Mo used for industrial purposes, and the Mo content is usually 99% or more. Similarly, metal Nb, metal Ru, and metal Ta refer to pure Nb, pure Ru, and pure Ta for industrial use, and the content of each of the above elements is usually 99% or more.

2.溶解原料の総体積と総表面積との比
本発明者らは、溶解原料の形状を粒状の粉末とした場合に、金属Ru、金属Nbおよび金属Moが溶融に要する時間を検証した。検証は、シミュレーションを用いて行った。シミュレーションでは、上記金属元素の周囲に溶融したTiが所定の厚さで取り囲んで存在するモデルを仮定し、溶解原料が100%液相になる時間を溶融に要する時間とした。溶解原料のシミュレーションには、Thermo-Calc2019a,DICTRAモジュールを用いた。
2. Ratio of Total Volume to Total Surface Area of Melting Raw Materials The present inventors verified the time required for melting metal Ru, metal Nb, and metal Mo when the shape of the melting raw materials was granular powder. Verification was performed using simulation. In the simulation, a model was assumed in which the metal element was surrounded by molten Ti with a predetermined thickness, and the time required for the melting raw material to reach a 100% liquid phase was set as the time required for melting. Thermo-Calc2019a, DICTRA module was used for the simulation of the raw material to be dissolved.

図1の(a)および(b)に、直径が45μmの場合において、金属Ruおよび金属Nbの溶解原料が溶融するまでのシミュレーション結果を示す。図1の(a)および(b)から、金属Ruおよび金属Nbが約0.3s以内に溶解していることが分かる。同様に、金属Ruおよび金属Nbが完全に溶解するのに必要な時間は、シミュレーションでは粒の直径が1mmである場合、金属Ruについては約30秒、金属Nbについては約73秒であった。また、粒の直径が4mmの場合、金属Ruについては約3.5分、金属Nbについては約29分であった。実施した各シミュレーション結果を図2に纏めた。 (a) and (b) of FIG. 1 show simulation results until the melting raw materials of metal Ru and metal Nb are melted when the diameter is 45 μm. From (a) and (b) of FIG. 1, it can be seen that metal Ru and metal Nb are dissolved within about 0.3 s. Similarly, the time required for complete dissolution of metallic Ru and metallic Nb was about 30 seconds for metallic Ru and about 73 seconds for metallic Nb when the grain diameter was 1 mm in the simulation. Further, when the particle diameter is 4 mm, it takes about 3.5 minutes for metal Ru and about 29 minutes for metal Nb. The results of each simulation performed are summarized in FIG.

また、溶解原料の粒状の紛末とし、実際に、Ruを溶解原料として真空アーク溶解試験を行った。真空アーク溶解試験では、溶融に要する時間が60sを超えるV/Sの場合(図2のシミュレーション結果参照)、添加した溶解原料が、溶け残るか、顕著なマクロ偏析が生じた。真空アーク溶解試験での結果と、シミュレーション結果とを参照し、検討を行った。この検討によると、溶融に要する時間が60s以内であれば、上述した溶解原料の溶け残りおよびマクロ偏析が生じないと考えられる。 Further, a vacuum arc melting test was actually conducted using Ru as the melting raw material, using granular powder as the melting raw material. In the vacuum arc melting test, when the time required for melting exceeds 60 seconds and V/S (see simulation results in FIG. 2), the added melting raw material remains unmelted or significant macrosegregation occurs. A study was conducted with reference to the results of the vacuum arc melting test and the simulation results. According to this study, if the time required for melting is 60 seconds or less, it is considered that the unmelted raw material and macrosegregation described above do not occur.

以上より、融点が1668℃であるTiが、融点が2000℃超である上記金属元素の固相より先に溶融する。そして、溶融Tiが金属元素の固相を覆った後、相互拡散によって金属元素の固相中のTi濃度が増加する。この結果、金属元素との間で、融点が2000℃以下である組成に変化しながら、溶融していくと考えられる。したがって、上記金属元素の溶解原料は、溶融したTiと接する総表面積Sが大きく、かつ総体積Vが小さい程、短時間で溶融すると考えられる。 As described above, Ti, whose melting point is 1668°C, melts before the solid phase of the metal element whose melting point exceeds 2000°C. After the molten Ti covers the solid phase of the metal element, the Ti concentration in the solid phase of the metal element increases due to interdiffusion. As a result, it is considered that the metal element melts while changing to a composition with a melting point of 2000° C. or less. Therefore, it is considered that the larger the total surface area S in contact with the molten Ti and the smaller the total volume V, the shorter the melting time of the raw material for melting the metal element.

そこで、本発明に係る溶解原料は、添加される溶解原料の総体積をV、総表面積をSとした場合に、上記総体積と総表面積との関係が、下記(i)式を満足する。なお、上記VおよびSは、添加される溶解原料の全量の体積および面積の和であり、これらを総体積および総表面積と記載する。
V/S≦100(μm) ・・・(i)
Therefore, in the raw material to be dissolved according to the present invention, the relationship between the total volume and the total surface area satisfies the following formula (i), where V is the total volume of the raw material to be added, and S is the total surface area. The above V and S are the sum of the volume and area of the total amount of the raw material to be dissolved, and are referred to as total volume and total surface area.
V/S≦100 (μm) (i)

上記(i)式左辺値が100(μm)を超えると、融点が2000℃超の元素の周囲を、短時間で、溶融したTiが覆うことが困難となる。そして、上記元素固相内のTi濃度が増加せず、溶解が十分になされない。この結果、元素の拡散が生じず、溶け残り、またはマクロ偏析等が生じてしまう。このため、上記(i)式左辺値は、100(μm)以下とする。 If the left-hand side value of the above formula (i) exceeds 100 (μm), it becomes difficult for molten Ti to cover the periphery of the element whose melting point exceeds 2000° C. in a short period of time. Then, the Ti concentration in the solid phase of the element does not increase, and the dissolution is not sufficiently achieved. As a result, diffusion of elements does not occur, and undissolved or macrosegregation occurs. Therefore, the left side value of the above formula (i) is set to 100 (μm) or less.

溶融に要する時間を短時間にし、上記元素の拡散を促すことが望ましい。このため、検討結果に基づき、溶融に要する時間が、より短い5s以内となるよう、(i)式左辺値を、30(μm)以下とするのが好ましい。加えて、溶融に要する時間がさらに短い1s以内となるよう、(i)式左辺値を、13(μm)以下とするのがより好ましい。なお、上述した理由により(i)式左辺値は、小さければ小さい程好ましい。 It is desirable to shorten the time required for melting and promote the diffusion of the above elements. Therefore, based on the study results, it is preferable to set the left side value of the formula (i) to 30 (μm) or less so that the time required for melting is shortened to 5 seconds or less. In addition, it is more preferable to set the left side value of the formula (i) to 13 (μm) or less so that the time required for melting is further shortened to 1 s or less. For the reason described above, the smaller the left side value of formula (i), the better.

上記(i)式を満足していれば、溶解原料の形状は特に限定されない。形状としては、例えば、粒状の紛末でもよく、細線形状、または箔状でもよい。なお、形状が粒状の粉末の場合は、粒の直径が約600(μm)のときに、V/Sが100(μm)となる。また、形状が約10mm長の細線である場合は、細線の直径が405(μm)であるときに、V/Sが100(μm)となる。さらに、形状が10mm角の箔である場合は、厚さが約205(μm)のときに、V/Sが100(μm)となる。 The shape of the raw material to be dissolved is not particularly limited as long as it satisfies the above formula (i). The shape may be, for example, a granular powder, a thin wire shape, or a foil shape. In addition, in the case of a granular powder, V/S is 100 (μm) when the particle diameter is about 600 (μm). Also, when the shape is a thin wire with a length of about 10 mm, V/S is 100 (μm) when the diameter of the thin wire is 405 (μm). Furthermore, when the shape is a 10 mm square foil, the V/S is 100 (μm) when the thickness is about 205 (μm).

V/SのSについて、ガス吸着法でBET表面積(質量当りの比表面積)を測定することで求めてもよい。この際の測定条件としては、試料(粉末、粒、箔、塊)を測定装置に装入し、200℃で2時間の真空加熱脱気を行ない、その後、液体窒素を用い、77Kの温度でNを吸着させ、BETプロットを作成し測定を行う。なお、試料は、φ8mmの試料導入管を通過、測定室φ25mmに収まるように、8mm以下サイズに調整する。本発明においては測定装置として、島津製作所製 ASAP2010を用いている。粉末および粒などサイズが小さい場合には有効な測定方法である。 The S of V/S may be obtained by measuring the BET surface area (specific surface area per mass) by a gas adsorption method. As the measurement conditions at this time, the sample (powder, grain, foil, lump) is put into the measuring device, vacuum heating degassing is performed at 200 ° C. for 2 hours, and then liquid nitrogen is used at a temperature of 77 K. Adsorb N2 , create a BET plot, and measure. The sample is adjusted to a size of 8 mm or less so that it can pass through a φ8 mm sample introduction tube and fit in a φ25 mm measuring chamber. In the present invention, ASAP2010 manufactured by Shimadzu Corporation is used as a measuring device. This is an effective measurement method for small particles such as powders and grains.

また、上記のVについては、JIS R 1620:1995に準拠し、気体置換法により比体積(密度の逆数)を測定することで求めてもよい。気体置換法は、試料室(体積VCELL)に試料を入れて、Heガスにて一定圧力P1にした後、膨張室(体積VEXP)との間のバルブを開け、試料室と膨張室をつなぐと、系の中の気体が膨張して圧力P2となることから、測定した圧力P1とP2を用いて試料の体積を計算する方法である。具体的な装置として、QUANTACHROME INSTRUMENTS社製 ウルトラピクノメータ 1000型を用いることができる。 Further, the above V may be obtained by measuring the specific volume (reciprocal of density) by a gas replacement method in accordance with JIS R 1620:1995. In the gas replacement method, the sample is placed in the sample chamber (volume VCELL), and after the constant pressure P1 is set with He gas, the valve between the expansion chamber (volume VEXP) is opened and the sample chamber and the expansion chamber are connected. , the gas in the system expands to the pressure P2, so the measured pressures P1 and P2 are used to calculate the volume of the sample. As a specific device, Ultra Pycnometer Model 1000 manufactured by QUANTACHROME INSTRUMENTS can be used.

粒の直径が8mmを超える場合には、試料が大きすぎるため、ガス吸着法でBET表面積を測定することができない。このため、溶解原料が粉末の場合には、V/Sを、粒度分布測定装置を用いて算出してもよい。具体的には、粒度分布測定装置により、球状に近似して、粒の半径を算出し、V/Sを求めることができる。 If the particle diameter exceeds 8 mm, the sample is too large to measure the BET surface area by the gas adsorption method. Therefore, when the raw material to be dissolved is powder, V/S may be calculated using a particle size distribution analyzer. Specifically, the V/S can be determined by calculating the radius of the particles by approximating them to a spherical shape using a particle size distribution analyzer.

測定装置は、例えば、株式会社セイシン企業製 レーザーマイクロンサイザー LMS-3000 レーザー回折・散乱式粒度分布測定器を用いればよい。また、測定条件は形状係数1.00(球と設定)、溶媒屈折率1.33(分散媒に水を使用)とすればよい。これにより、単位体積当たりの比表面積S/Vが測定され、その逆数を算出することでV/Sが求まる。 As a measuring device, for example, a laser micron sizer LMS-3000 laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd. may be used. Further, the measurement conditions may be a shape factor of 1.00 (set as a sphere) and a solvent refractive index of 1.33 (using water as a dispersion medium). As a result, the specific surface area S/V per unit volume is measured, and the reciprocal thereof is calculated to obtain V/S.

3.溶解素材
上述した溶解原料を箔等の素材に包むことで、溶解原料を添加する際の操作が容易になる。本発明においては、このように溶解原料が箔等の素材で包まれたものを溶解素材と呼ぶ。溶解素材は、チタン合金鋳塊の製造に用いられる。また、溶解素材は、上述した溶解原料と、溶解原料を包む外包材とを備える。
3. Melting material Wrapping the above-described melting material in a material such as foil facilitates the operation when adding the melting material. In the present invention, the melted raw material wrapped in a material such as foil is called a melted raw material. The molten material is used to produce titanium alloy ingots. Further, the molten raw material includes the above-described molten raw material and an outer packaging material that wraps the molten raw material.

外包材の融点は2000℃以下である。また、外包材は、溶解原料を包むことができれば、特に素材は限定されない。例えば、外包材は、工業用純チタン、工業用純アルミニウム、工業用純銅、工業用純ジルコニウム、工業用純錫、チタン合金、アルミニウム合金、銅合金、ジルコニウム合金、および錫合金から選択される一種以上からなる、箔または薄板であるのが好ましい。 The melting point of the outer wrapping material is 2000° C. or lower. The material of the outer wrapping material is not particularly limited as long as it can wrap the raw material to be dissolved. For example, the outer wrapping material is one selected from industrial pure titanium, industrial pure aluminum, industrial pure copper, industrial pure zirconium, industrial pure tin, titanium alloys, aluminum alloys, copper alloys, zirconium alloys, and tin alloys. It is preferably a foil or thin plate made of the above.

ここで、工業用純チタンとは、JIS 1種~4種、またはASTM/ASME Grade1~4に例示されるチタン材である。これら、工業用純チタンの不純物元素として、C、H、O、N、Fe、等が挙げられる。例えば、これらの元素の含有量は、C:0.08%以下、H:0.015%以下、O:0.40%以下、N:0.05%以下、Fe:0.50%以下である。JIS1~4種またはASTM/ASME Grade1~4の工業用純チタンにおいては、上記不純物の含有量が低い、JIS 1種またはASTM/ASME Grade 1を外包材として用いるのが好ましい。 Here, industrially pure titanium is a titanium material exemplified by JIS Classes 1 to 4 or ASTM/ASME Grades 1 to 4. Impurity elements of these industrially pure titanium include C, H, O, N, Fe, and the like. For example, the contents of these elements are C: 0.08% or less, H: 0.015% or less, O: 0.40% or less, N: 0.05% or less, and Fe: 0.50% or less. be. In industrially pure titanium of JIS 1 to 4 or ASTM/ASME Grades 1 to 4, it is preferable to use JIS 1 or ASTM/ASME Grade 1, which has a low impurity content, as the outer wrapping material.

また、工業用純アルミニウムとは、Al含有量が99%以上であり、通常、1000系アルミニウムと呼ばれる。同様に、工業用純銅とは、Cu含有量が99%以上である。工業用純ジルコニウムは、Zr含有量が99%以上である。工業用純錫は、Sn含有量が99%以上である。チタン合金、アルミニウム合金、銅合金、ジルコニウム合金、および錫合金については、一般的な合金種であればよい。 Industrial pure aluminum has an Al content of 99% or more and is usually called 1000 series aluminum. Similarly, industrial pure copper has a Cu content of 99% or more. Technically pure zirconium has a Zr content of 99% or more. Industrial pure tin has a Sn content of 99% or more. Titanium alloys, aluminum alloys, copper alloys, zirconium alloys, and tin alloys may be general alloy types.

4.製造方法
溶解原料が(i)式を満足するように調整を行う。上述したように、形状等は、上記(i)式を満足すれば、特に限定されない。上記溶解原料および溶解素材を用いた、チタン合金鋳塊の好ましい製造方法について示す。
4. Production method Adjustment is made so that the raw material to be dissolved satisfies the formula (i). As described above, the shape and the like are not particularly limited as long as the above formula (i) is satisfied. A preferred method for producing a titanium alloy ingot using the above melting raw material and melting raw material will be described.

本発明に係るチタン合金鋳塊の製造方法は、
(a)上記溶解原料または溶解素材を、金属チタン原料と混合して、封入することでコンパクトまたは溶解ハース投入用原料を製造する工程と、
(b)製造したコンパクトまたは溶解ハース投入用原料を溶解する工程と、
を有する。
A method for producing a titanium alloy ingot according to the present invention comprises:
(a) a step of mixing the molten raw material or molten raw material with a metallic titanium raw material and encapsulating it to produce a compact or raw material for melting hearth input;
(b) melting the compact or melting hearth input material produced;
have

上記製造方法について以下で具体的な説明を行う。なお、溶解原料が、粒状の粉末である場合を例にして説明を行う。 The above manufacturing method will be specifically described below. In addition, the case where the raw material to be dissolved is granular powder will be described as an example.

チタン合金の溶解方法は、真空アーク溶解法、プラズマアーク溶解法、電子ビーム溶解法などがある。電子ビーム溶解法またはプラズマアーク溶解法を用いた場合は、溶解原料または溶解素材と金属チタン原料を溶解ハース内に投入し、溶解する。溶解ハースを用いる場合は、コンパクトを製造する場合と異なり、単に、溶解ハース内で溶解原料とチタン原料とを混合するのみで、後述するプレスによる圧縮を行わなくてもよい。そして、溶解工程において、ハース内に投入された溶解原料とチタン原料との混合物(単に「溶解ハース投入用原料」ともいう。)を溶解する。以下説明においては、代表的な溶解法である真空アーク溶解法の場合を例に取り、説明する。 Titanium alloy melting methods include a vacuum arc melting method, a plasma arc melting method, an electron beam melting method, and the like. When the electron beam melting method or the plasma arc melting method is used, the melting raw material or the melting raw material and the metal titanium raw material are put into a melting hearth and melted. When a melting hearth is used, unlike the case of manufacturing a compact, the melting raw material and the titanium raw material are simply mixed in the melting hearth, and compression by a press, which will be described later, need not be performed. Then, in the melting step, the mixture of the melting raw material and the titanium raw material charged into the hearth (also referred to simply as "the raw material for melting hearth charging") is melted. In the following explanation, the vacuum arc melting method, which is a typical melting method, will be taken as an example.

真空アーク溶解法の場合、溶解原料と金属チタン原料を混合し、プレス成形により圧縮し、図3のような形状を有するコンパクトを製造する。ここで、金属チタン原料は、スポンジチタン、チタンスクラップ等、チタンの供給源となる原料のことをいう。 In the case of the vacuum arc melting method, the raw material to be melted and the raw material of metallic titanium are mixed and compressed by press molding to produce a compact having a shape as shown in FIG. Here, the metallic titanium raw material refers to a raw material that serves as a supply source of titanium, such as sponge titanium and titanium scrap.

上記コンパクトを製造する際に、溶解原料を箔等の素材で包んだ溶解素材として投入してもよい。溶解素材を用いた場合、非常に細かな粒であっても、溶解原料の投入操作が容易になるからである。 When manufacturing the compact, the melted raw material may be wrapped in a material such as foil and put into the melted raw material. This is because when the melted raw material is used, the operation of charging the melted raw material becomes easy even if the grains are very fine.

溶解素材は、例えば、箔または薄板のコイル等を、連続的に展開しロール成形しながら、V字またはU字型に曲がった形状にした後、箔または薄板のコイルの曲部に溶解原料を入れ(図4(a)参照)、その後、箔または薄板のコイルを折りたたみ、溶解原料を包み込む(図4(b)、(c)参照)。必要に応じて、溶解原料を包み込む際に、箔または薄板の端部をシーム溶接等により封止してもよい。 For example, a coil of foil or thin plate is continuously unrolled and rolled into a V-shaped or U-shaped curved shape, and then the raw material is melted into the curved part of the coil of foil or thin plate. (See Fig. 4(a)), after which a coil of foil or sheet is folded to enclose the molten raw material (See Fig. 4(b), (c)). If necessary, the edges of the foil or thin plate may be sealed by seam welding or the like when wrapping the raw material to be melted.

上記コンパクトを、複数製造し、コンパクト同士を真空中で溶接し、チタン消耗電極とする。得られたチタン消耗電極を用い、真空アーク溶解を行う。通常、真空アーク溶解では、添加元素濃度の均一化等の観点から、チタン合金を溶解する場合には消耗電極の上下を反転させて、複数回溶解を行う。多くは2回溶解である。このように、本発明に係る製造方法では、母合金を使用することなく、チタン合金鋳塊を製造することができる。 A plurality of the above compacts are manufactured, and the compacts are welded together in a vacuum to form a titanium consumable electrode. Vacuum arc melting is performed using the obtained titanium consumable electrode. Usually, in vacuum arc melting, from the viewpoint of homogenizing the concentration of additive elements, when melting a titanium alloy, the consumable electrode is turned upside down and the melting is performed multiple times. Many are double melts. Thus, in the production method according to the present invention, a titanium alloy ingot can be produced without using a master alloy.

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but the present invention is not limited to these examples.

V/Sを変化させ、溶解原料を製造した。溶解原料には、金属Ru(純度99.95%)粉末を用いた。この溶解原料を工業用純チタンからなる箔(JIS 1種)で包み、溶解素材とした。得られた溶解素材と金属チタン原料とを混合し、プレスにより圧縮成形し、コンパクトを作製した。 V/S was varied to produce melted raw materials. Metal Ru (purity 99.95%) powder was used as the melting raw material. This melted raw material was wrapped in a foil (JIS Class 1) made of industrial pure titanium to obtain a melted raw material. The melted raw material and the titanium metal raw material thus obtained were mixed and compression-molded by a press to produce a compact.

作製したコンパクトをチタン消耗電極とし、真空アーク溶解を行った。真空アーク溶解では、2回溶解を行った。2回目の溶解では、1回目のときと消耗電極を上下反転させて溶解を行った。上記工程により、直径140mm×長さ80mmの形状の7kgのチタン合金鋳塊を製造した(試験No.1~5参照)。 Vacuum arc melting was performed using the compact as a titanium consumable electrode. In the vacuum arc melting, melting was performed twice. In the second dissolution, dissolution was performed by turning the consumable electrode upside down from that in the first dissolution. Through the above steps, a 7 kg titanium alloy ingot having a diameter of 140 mm and a length of 80 mm was produced (see Test Nos. 1 to 5).

また、3~5mmの大きさの塊状の金属Ruを用い、金属チタン原料と混合し、コンパクトを作製し、上述の溶解を行うことで、上記と同様の形状の7kgのチタン合金鋳塊を製造した(試験No.6参照)。さらに、3~5mmのTi-30%Ruの母合金を用い、同様に金属チタン原料と混合し、コンパクトを作製した。続いて、上述の溶解を行うことで、上記と同様の形状の7kgのチタン合金鋳塊を製造した(試験No.7参照)。なお、試験No.1~7の例において、狙いの化学組成Ti-0.03質量%Ruとした。 In addition, a lump of Ru metal with a size of 3 to 5 mm is used, mixed with a metal titanium raw material, a compact is produced, and the above-mentioned melting is performed to produce a 7 kg titanium alloy ingot with the same shape as the above. (see Test No. 6). Further, a Ti-30%Ru master alloy with a thickness of 3 to 5 mm was similarly mixed with the metallic titanium raw material to produce a compact. Subsequently, by performing the above melting, a 7 kg titanium alloy ingot having the same shape as above was produced (see Test No. 7). In addition, test No. In Examples 1 to 7, the target chemical composition was Ti-0.03% by mass Ru.

表1に、各例におけるV/S、得られたチタン合金鋳塊全体の化学組成、各位置でのRu含有量(%)、各位置でのRu含有量の平均、およびマクロ偏析評価を示した。 Table 1 shows the V/S in each example, the chemical composition of the entire titanium alloy ingot obtained, the Ru content (%) at each position, the average Ru content at each position, and the macro segregation evaluation. rice field.

(V/Sの測定について)
試験No.1~7のいずれも、溶解原料のSは、ガス吸着法でBET表面積(比表面積)を測定し、Vは気体置換法により比体積(密度の逆数)を測定することで、V/Sを算出した。ガス吸着法においては、測定装置として、島津製作所製 ASAP2010を用いた。そして、試料を測定装置に装入し、200℃で2時間の真空加熱脱気を行ない、その後、液体窒素を用い、77Kの温度でNを吸着させ、BETプロットを作成し測定を行った。また、気体置換法においては、JIS R1620に準拠し、測定装置として、QUANTACHROME INSTRUMENTS社製 ウルトラピクノメータ 1000型を用いた。
(About measurement of V/S)
Test no. In any of 1 to 7, the dissolved raw material S measures the BET surface area (specific surface area) by the gas adsorption method, and V measures the specific volume (the reciprocal of the density) by the gas replacement method. Calculated. In the gas adsorption method, Shimadzu ASAP2010 was used as a measuring device. Then, the sample was loaded into the measurement device and subjected to vacuum heating degassing at 200 ° C. for 2 hours, after which N 2 was adsorbed at a temperature of 77 K using liquid nitrogen, and a BET plot was created and measured. . In addition, in the gas replacement method, an Ultra Pycnometer Model 1000 manufactured by QUANTACHROME INSTRUMENTS was used as a measuring apparatus according to JIS R1620.

(マクロ偏析評価)
得られたチタン合金鋳塊において、トップ、ミドル、ボトムの各位置におけるRu含有量を測定した。なお、上記Ru含有量は、ICP発光分光分析の分析方法を用いて測定を行った。測定手順は一般社団法人 日本チタン協会 TIS規格TIS No.9632に準拠し、ICP発光分光分析法を用いて測定した。
(Macro segregation evaluation)
In the obtained titanium alloy ingot, the Ru content was measured at each position of the top, middle and bottom. The Ru content was measured using an analysis method of ICP emission spectrometry. The measurement procedure is TIS standard TIS No. of the Japan Titanium Society. 9632, using ICP emission spectroscopy.

ここで、トップとは、長さ80mmの鋳塊において、2回目の溶解で形成する凝固面から10mmまでの領域のことをいい、ミドルは、鋳塊の中央の位置のことをいい、ボトムは、1回目の溶解の凝固面から10mmまでの領域のことをいう。 Here, the top refers to the area up to 10 mm from the solidified surface formed in the second melting in an 80 mm long ingot, the middle refers to the central position of the ingot, and the bottom refers to , refers to the area up to 10 mm from the solidification surface of the first melting.

マクロ偏析の評価は、以下のように行った。具体的には、上記トップ、ボトム、ミドルのそれぞれの位置のRu含有量を測定し、各位置のRu含有量の平均を算出した。測定した各位置の含有量、および各位置の平均を、下記(1)式に代入し、以下の偏析評価値(%)を算出した。 Evaluation of macro segregation was performed as follows. Specifically, the Ru content at each of the top, bottom, and middle positions was measured, and the average Ru content at each position was calculated. The measured content at each position and the average at each position were substituted into the following formula (1) to calculate the following segregation evaluation value (%).

偏析評価値(%)
=(Xの含有量の最大値-Xの含有量の最小値)/各位置のX含有量の平均×100 ・・・(1)
ここで、Xとは、Ru、NbまたはMoのうちいずれかの元素である。また、Xの含有量の最大値とは、各位置で測定されたX含有量のうち、最大の含有量のことをいう。Xの含有量の最小値とは、各位置で測定されたX含有量のうち、最小の含有量のことをいう。
Segregation evaluation value (%)
= (maximum value of X content - minimum value of X content)/average of X content at each position x 100 (1)
Here, X is an element selected from Ru, Nb and Mo. Further, the maximum value of the content of X means the maximum content among the contents of X measured at each position. The minimum value of the content of X means the minimum content among the X contents measured at each position.

偏析評価値が10%以内であるときは、マクロ偏析が極めて少なく、非常に良好な材質であるとして、◎で示した。偏析評価値が10%超30%以下であるときは、マクロ偏析が少なく、良好な材質であるとして○で示した。 When the segregation evaluation value is within 10%, the macro segregation is extremely small, indicating that the material is very good and indicated by ⊚. When the segregation evaluation value was more than 10% and 30% or less, the macrosegregation was small and the material was good, and was indicated by ◯.

さらに、偏析評価値が30超50%以下であるときは、マクロ偏析がやや発生しているものの、材質としては問題ない場合を△で示した。加えて、偏析評価値が50%超であるときは、マクロ偏析が生じ、好ましくない材質であるとして、×で示した。結果を表1に示す。 Furthermore, when the segregation evaluation value is more than 30 and not more than 50%, although macrosegregation occurs to some extent, the case where there is no problem as a material is indicated by Δ. In addition, when the segregation evaluation value is over 50%, macro segregation occurs, which is indicated by x as an unfavorable material. Table 1 shows the results.

Figure 0007319536000001
Figure 0007319536000001

試験No.1~3は、本発明の規定を満足する。また、従来例である母合金を用いたNo.7と同様、またはそれ以上にマクロ偏析の発生が抑制されたチタン合金を得ることができた。また、試験No.4および5は、偏析評価値が、他の本発明例と比較して高く、マクロ偏析をやや発生しているものの、材質としては問題がなかった。一方、試験No.6は、本発明の規定を満足せず、マクロ偏析が発生した。 Test no. 1 to 3 satisfy the definition of the present invention. Moreover, No. 1 using the master alloy which is a conventional example. It was possible to obtain a titanium alloy in which the occurrence of macrosegregation was suppressed in the same manner as in No. 7 or more. Also, test no. In Nos. 4 and 5, the segregation evaluation values were higher than those of the other invention examples, and macrosegregation occurred slightly, but there was no problem as a material. On the other hand, Test No. No. 6 did not satisfy the requirements of the present invention, and macrosegregation occurred.

実施例1と同様の手順により1トンのチタン合金鋳塊を製造した。この際使用したコンパクトの総数は36個であった。得られた円柱状のチタン合金鋳塊にて、図5に示すように鋳塊の長手方向トップ-ボトム間を等間隔の長さに4分割した。トップ面とボトム面そして分割によって露出した4面を併せた6面の各位置において、端部、端部から1/4部そして径の中心部また、トップから2番目の露出面においては、端部、端部から1/4部そして径の中心部に加えて3/4部そして反対側の端部を加え、合計20箇所から分析用のサンプルを採取してRu含有量を測定した。なお、Ru含有量の狙いは0.03質量%であった。結果を表2に示す。 A 1-ton titanium alloy ingot was produced by the same procedure as in Example 1. The total number of compacts used at this time was 36 pieces. The resulting columnar titanium alloy ingot was divided into quarters with equal intervals between the top and bottom in the longitudinal direction of the ingot as shown in FIG. At each position of the six surfaces including the top surface, the bottom surface, and the four surfaces exposed by division, the edge, the 1/4 part from the edge, and the center of the diameter. The Ru content was measured by collecting samples for analysis from a total of 20 points, 1/4 part from the edge, 3/4 part in addition to the central part of the diameter, and 3/4 part and the opposite edge. The target Ru content was 0.03% by mass. Table 2 shows the results.

Figure 0007319536000002
Figure 0007319536000002

下表より、20箇所のRu含有量を分析した結果、0.030~0.034質量%となり、各測定点の含有量から算出された偏析評価値も12.5%と良好であった。 As a result of analyzing the Ru content at 20 points from the table below, it was 0.030 to 0.034% by mass, and the segregation evaluation value calculated from the content at each measurement point was also good at 12.5%.

V/Sを変化させ、溶解原料を製造した。溶解原料には、金属Nb(純度99.9%)粉末を用いた。この溶解原料を工業用純チタンからなる箔(JIS 1種)で包み、溶解素材とした。得られた溶解素材と金属チタン原料とを混合し、プレスにより圧縮成形し、コンパクトを作製した。作製したコンパクトをチタン消耗電極とし、真空アーク溶解を行った。真空アーク溶解では、2回溶解を行った。2回目の溶解では、1回目のときと消耗電極を上下反転させて溶解を行った。上記工程により、直径140mm×長さ80mmの形状の7kgのチタン合金鋳塊を製造した(試験No.8~10参照)。 V/S was varied to produce melted raw materials. Metallic Nb (purity 99.9%) powder was used as the raw material to be melted. This melted raw material was wrapped in a foil (JIS Class 1) made of industrial pure titanium to obtain a melted raw material. The melted raw material and the titanium metal raw material thus obtained were mixed and compression-molded by a press to produce a compact. Vacuum arc melting was performed using the compact as a titanium consumable electrode. In the vacuum arc melting, melting was performed twice. In the second dissolution, dissolution was performed by turning the consumable electrode upside down from that in the first dissolution. Through the above steps, a 7 kg titanium alloy ingot having a diameter of 140 mm and a length of 80 mm was produced (see Test Nos. 8 to 10).

また、3~5mmの大きさの塊状の金属Nbを用い、金属チタン原料と混合し、コンパクトを作製し、上述の溶解を行うことで、上記と同様の形状の7kgのチタン合金鋳塊を製造した(試験No.11参照)。さらに、3~5mmのTi-50%Nbの母合金を用い同様に金属チタン原料と混合し、コンパクトを作製した。続いて、上述の溶解を行うことで、上記と同様の形状の7kgのチタン合金鋳塊を製造した(試験No.12参照)。なお、試験No.8~12の例において、化学組成はTi-0.5質量%Nbとした。 In addition, a 7-kg titanium alloy ingot having the same shape as the above was produced by mixing metal Nb in the form of lumps with a size of 3 to 5 mm with a metallic titanium raw material to produce a compact and performing the above-described melting. (see Test No. 11). Further, a Ti-50%Nb master alloy with a thickness of 3 to 5 mm was similarly mixed with the metallic titanium raw material to produce a compact. Subsequently, by performing the above-described melting, a 7 kg titanium alloy ingot having the same shape as above was produced (see Test No. 12). In addition, test No. In Examples 8 to 12, the chemical composition was Ti-0.5 mass % Nb.

実施例1と同様の手順で、各例におけるV/S、得られたチタン合金鋳塊全体での化学組成、含有量、各位置でのNb含有量(%)、各位置でのNb含有量の平均、および偏析評価値を調べた。偏析評価値は以下の手順で算出した。具体的には、各位置でのNb含有量に基づき、Nb含有量の最大値、最小値および、各位置におけるNb含有量の平均を算出した。続いて、実施例1と同様の手順で、偏析評価値を算出した。結果を表3に示す。 In the same manner as in Example 1, the V/S in each example, the chemical composition and content of the entire titanium alloy ingot obtained, the Nb content (%) at each position, and the Nb content at each position , and segregation evaluation values were examined. The segregation evaluation value was calculated by the following procedure. Specifically, based on the Nb content at each position, the maximum and minimum values of the Nb content and the average of the Nb content at each position were calculated. Subsequently, the same procedure as in Example 1 was used to calculate the segregation evaluation value. Table 3 shows the results.

Figure 0007319536000003
Figure 0007319536000003

試験No.8~9は、本発明の規定を満足する。このため、従来例である母合金を用いたNo.12と同様、またはそれ以上にマクロ偏析の発生が抑制されたチタン合金を得ることができた。また、試験No.10は、偏析評価値が、他の本発明例と比較して高く、マクロ偏析をやや発生しているものの、材質としては問題がなかった。一方、試験No.11は、本発明の規定を満足せず、マクロ偏析が発生した。 Test no. 8-9 satisfy the definition of the present invention. For this reason, No. 1 using the master alloy, which is a conventional example, It was possible to obtain a titanium alloy in which the occurrence of macrosegregation was suppressed in the same manner as in No. 12 or more. Also, test no. In No. 10, the segregation evaluation value was higher than those of the other invention examples, and macrosegregation was slightly generated, but there was no problem as a material. On the other hand, Test No. No. 11 did not satisfy the requirements of the present invention and macrosegregation occurred.

V/Sを変化させ、溶解原料を製造した。溶解原料には、金属Mo(純度99.8%)粉末を用いた。この溶解原料を工業用純チタンからなる箔(JIS 1種)で包み、溶解素材とした。得られた溶解素材と金属チタン原料とを混合し、プレスにより圧縮成形し、コンパクトを作製した。作製したコンパクトをチタン消耗電極とし、真空アーク溶解を行った。真空アーク溶解では、2回溶解を行った。2回目の溶解では、1回目のときと消耗電極を上下反転させて溶解を行った。上記工程により、直径140mm×長さ80mmの形状の7kgのチタン合金鋳塊を製造した(試験No.13~15参照)。 V/S was varied to produce melted raw materials. Metallic Mo (purity 99.8%) powder was used as the raw material to be dissolved. This melted raw material was wrapped in a foil (JIS Class 1) made of industrial pure titanium to obtain a melted raw material. The melted raw material and the titanium metal raw material thus obtained were mixed and compression-molded by a press to produce a compact. Vacuum arc melting was performed using the compact as a titanium consumable electrode. In the vacuum arc melting, melting was performed twice. In the second dissolution, dissolution was performed by turning the consumable electrode upside down from that in the first dissolution. Through the above steps, a 7 kg titanium alloy ingot having a diameter of 140 mm and a length of 80 mm was produced (see Test Nos. 13 to 15).

また、3~5mmの大きさの塊状の金属Moを用い、金属チタン原料と混合し、コンパクトを作製し、上述の溶解を行うことで、上記と同様の形状の7kgのチタン合金鋳塊を製造した(試験No.16参照)。さらに、3~5mmのTi-50%Moの母合金を用い同様に金属チタン原料と混合し、コンパクトを作製した。続いて、上述の溶解を行うことで、上記と同様の形状の7kgのチタン合金鋳塊を製造した(試験No.17参照)。なお、試験No.13~17の例において、化学組成はTi-0.3質量%Moとした。 In addition, a 7-kg titanium alloy ingot having the same shape as the above is manufactured by using lump-like metal Mo with a size of 3 to 5 mm, mixing it with a metal titanium raw material, producing a compact, and performing the above-described melting. (see Test No. 16). Further, a Ti-50%Mo master alloy with a thickness of 3 to 5 mm was similarly mixed with the metal titanium raw material to produce a compact. Subsequently, by performing the above melting, a 7 kg titanium alloy ingot having the same shape as above was produced (see Test No. 17). In addition, test No. In Examples 13 to 17, the chemical composition was Ti-0.3 mass % Mo.

実施例1と同様の手順で、各例におけるV/S、得られたチタン合金鋳塊全体での平均Mo含有量、各位置でのMo含有量(%)、各位置でのMo含有量の平均、および偏析評価値を調べた。偏析評価値は以下の手順で算出した。具体的には、各位置でのMo含有量に基づき、Mo含有量の最大値、最小値および、各位置におけるMo含有量の平均を算出した。続いて、実施例1と同様の手順で、偏析評価値を算出した。結果を表4に示す。 In the same procedure as in Example 1, the V/S in each example, the average Mo content in the entire titanium alloy ingot obtained, the Mo content (%) at each position, the Mo content at each position Mean and segregation ratings were examined. The segregation evaluation value was calculated by the following procedure. Specifically, based on the Mo content at each position, the maximum and minimum values of the Mo content and the average of the Mo content at each position were calculated. Subsequently, the same procedure as in Example 1 was used to calculate the segregation evaluation value. Table 4 shows the results.

Figure 0007319536000004
Figure 0007319536000004

試験No.13~14は、本発明の規定を満足する。このため、従来例である母合金を用いたNo.17と同様、またはそれ以上にマクロ偏析の発生が抑制されたチタン合金を得ることができた。また、試験No.15は、偏析評価値が、他の本発明例と比較して高く、マクロ偏析をやや発生しているものの、材質としては問題がなかった。一方、試験No.16は、本発明の規定を満足せず、マクロ偏析が発生した。

Test no. 13-14 satisfy the definition of the present invention. For this reason, No. 1 using the master alloy, which is a conventional example, It was possible to obtain a titanium alloy in which the occurrence of macrosegregation was suppressed in the same manner as in No. 17 or more. Also, test no. In No. 15, the segregation evaluation value was higher than those of the other invention examples, and macrosegregation was slightly generated, but there was no problem as a material. On the other hand, Test No. No. 16 did not satisfy the requirements of the present invention and macrosegregation occurred.

Claims (5)

チタン合金の製造に用いられる溶解原料であって、
前記溶解原料は、融点が2000℃超の元素を含有し、
添加される前記溶解原料の総体積をV、総表面積をSとした場合に、
前記総体積と前記総表面積との関係が、下記(i)式を満足する、溶解原料。
15.4≦V/S≦100(μm) ・・・(i)
A melting raw material used in the production of a titanium alloy,
The molten raw material contains an element having a melting point of over 2000°C,
When the total volume of the dissolved raw materials to be added is V and the total surface area is S,
A dissolved raw material, wherein the relationship between the total volume and the total surface area satisfies the following formula (i).
15.4≦ V/S≦100 (μm) (i)
前記元素は、金属Mo、金属Nb、金属Ru、金属Ta、およびCから選択される一種
以上である、請求項1に記載の溶解原料。
2. The raw material for melting according to claim 1, wherein said element is one or more selected from metal Mo, metal Nb, metal Ru, metal Ta and C.
チタン合金の製造に用いられる溶解素材であって、
請求項1または2に記載の溶解原料と、前記溶解原料を包む外包材とを備え、
前記外包材の融点が2000℃以下である、
溶解素材。
A melting material used in the manufacture of a titanium alloy,
A melted raw material according to claim 1 or 2, and an outer packaging material that wraps the melted raw material,
The melting point of the outer packaging material is 2000 ° C. or less,
melting material.
前記外包材は、工業用純チタン、工業用純アルミニウム、工業用純銅、工業用純ジルコニウム、工業用純錫、チタン合金、アルミニウム合金、銅合金、ジルコニウム合金、および錫合金から選択される一種以上からなる、箔または薄板である、請求項3に記載の溶解素材。 The outer wrapping material is one or more selected from industrial pure titanium, industrial pure aluminum, industrial pure copper, industrial pure zirconium, industrial pure tin, titanium alloys, aluminum alloys, copper alloys, zirconium alloys, and tin alloys. 4. The melting material according to claim 3, which is a foil or sheet consisting of: (a)請求項1もしくは2に記載の溶解原料、または請求項3もしくは4に記載の溶解素材を、金属チタン原料と混合して、封入することでコンパクトまたは溶解ハース投入用原料を製造する工程と、
(b)製造した前記コンパクトまたは溶解ハース投入用原料を溶解する工程と、
を有する、チタン合金鋳塊の製造方法。
(a) A step of mixing the raw material for melting according to claim 1 or 2 or the raw material for melting according to claim 3 or 4 with a metallic titanium raw material and encapsulating it to produce a compact or a raw material for melting hearth charging. and,
(b) melting the compact or melting hearth input raw material produced;
A method for producing a titanium alloy ingot.
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