JP7417056B2 - チタン合金鋳塊 - Google Patents
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Description
前記チタン合金鋳塊の鋳造方向と直交する断面としての横断面において、前記チタン合金鋳塊の外周端と中心とを結んだ線分の中点での前記アルミニウムの濃度をAl1とし、前記中心での前記アルミニウムの濃度をAl2とした場合に、比(Al1/Al2)、前記Al1、および、前記Al2が下記の範囲である、チタン合金鋳塊。
比(Al1/Al2):1.2~5.0
Al1:1.0~10.0質量%
Al2:0.2~8.0質量%
但し、Al2<Al1であり、前記チタン合金鋳塊の各部位において、前記アルミニウム、アルミニウム以外の合金元素、チタンおよび不純物の各濃度の合計が100質量%である。
前述したように、チタン合金鋳塊は、真空容器内で減圧下あるいは不活性ガス雰囲気下で製造されることが多い。このため、チタン合金鋳塊の長さが限定されたバッチ式で操業する半連続鋳造法が用いられる。半連続鋳造法の鋳造速度は小さい。そして、チタン合金鋳塊の溶湯の凝固は、鋳塊の表層部となる箇所においては鋳型への抜熱により鋳塊の表面から内部に向かって進行する。チタン合金の場合、鋳造速度が小さいことから、大部分は、鋳塊の底部から上部へ向けて溶湯の凝固が進行し、いわゆる一方向凝固と同じ凝固組織形態をとる。このような凝固組織の形態は、鋼の連続鋳造で観察される形態と全く異なり、チタン合金鋳塊に特有である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。以降の説明では、化学組成に関する「%」は特に断りがない限り「質量%」を意味する。また、以降の説明では、チタン合金鋳塊の製造装置および製造方法を例にとる。
図1(A)は、本発明の一実施形態に係るチタン合金鋳塊1の斜視図である。図1(B)は、チタン合金鋳塊1のうち当該チタン合金鋳塊1の鋳造方向D1における中心部を鋳造方向D1と直交する断面で切断した状態を示す横断面図である。図1(A)および図1(B)を参照して、チタン合金鋳塊1は、電子ビーム溶解法、または、プラズマ溶解法によって形成された鋳塊である。
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.08Si,
Ti-6Al-5Zr-0.5Mo-0.2Si,
Ti-8Al-1Mo-1V等を例示できる。
Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al,
Ti-20V-4Al-1Sn等を例示できる。
Ti-10V-2Fe-3Al,
Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Cr-4Mo,
Ti-6Al-6V-2Sn-0.5Fe-0.5Cu等を例示できる。
Al1:1.0~10.0質量%
Al2:0.2~8.0質量%
Al2<Al1
比(Al1/Al2):1.2~5.0
なお、チタン合金鋳塊1の各部位において、アルミニウム、アルミニウム以外の合金元素、チタンおよび不純物の各濃度の合計が100質量%である。
Al0:1.0~10.0質量%
Al0>Al2
比(Al0/Al2):1.2~50.0
図3は、本発明に係るチタン合金鋳塊1の製造装置10を模式的に示す斜視図である。図4(A)は、図3のIVA-IVA線に沿う断面図であって、チタン合金鋳塊1の周辺の縦断面を示す。図4(B)は、照射部14から溶湯20への電子ビームまたはプラズマの照射強度を模式的に示す斜視図である。
次に、チタン合金鋳塊1の製造方法を説明する。本実施形態に係るチタン合金鋳塊1の製造方法は、第1~4の工程を有する。
(1)溶解および鋳造条件
(1-1)溶湯成分:
本発明例1:Ti-6.4%Al-4.2%V
本発明例2:Ti-6.2%Al-2.0%Sn-4.1%Zr-2.0%Mo
本発明例3:本発明例1と同じ
比較例1:本発明例1と同じ
比較例2:本発明例2と同じ
比較例3~8:本発明例1と同じ
(1-2)溶湯温度:1700℃(精製ハース22内の溶湯温度)
(1-3)チタン合金鋳塊の直径:650mm、長さ10000mm
(1-4)原料18の溶解量:8000kg
(1-5)原料18の溶解速度:1000kg/時間
(1-6)照射方法:電子ビームあるいはプラズマ
(1-7)ハース:以下の2種類(溶解ハース21および精製ハース22)
(i)溶解ハース21
原料18を電子ビームで溶解することで溶湯20を溜め、精錬ハース15に供給するためのハースである。
寸法は、幅500mm×長1500mm×深100mmである。
(ii)精製ハース22
溶解ハース21からの溶湯20をいったん溜めて、鋳型16に供給するためのハースである。
寸法は、幅500mm×長1000mm×深150mmである。
(1-8)溶解ハース21の湯口から精製ハース22に溶湯が流れる。
(1-9)溶解原料18:スポンジ・チタン、合金成分を混合した100mm角×200mm長のブリケット
(1-10)溶解原料18の溶解方法:ブリケットを溶解速度に合わせて連続供給するか、あるいは、ブリケットを1000kgずつ8回に分けて溶解ハース21内に一括添加する。
(1-11)電子ビーム照射手段:原料の溶解用2機、溶解ハース用2機、精錬ハース用2機、鋳型用1機の合計7機
(2)試験条件
試験条件は、表1に記載の通りである。
アルミニウムの濃度の分析方法について以下に示す。チタン合金鋳塊の鋳造方向の中心部における鋳造方向と直交する横断面内において、中心を通る直線上で、中心から50mm間隔で切粉を採取した。この切粉をICP(Inductively Coupled Plasma)分析装置で分析し、アルミニウムの濃度を求めた。
2 横断面
3 外周部
6 外周端
D1 鋳造方向
L1 線分
P1 中点
P2 中心
Claims (3)
- Alを含有するチタン合金鋳塊であって、
化学組成が質量%で、
Al:1.0~10.0%、
O:0~0.5%、
N:0~0.2%、
C:0~2.0%、
Sn:0~10.0%、
Zr:0~20.0%、
Mo:0~25.0%、
Ta:0~5.0%、
V:0~30.0%、
Nb:0~40.0%、
Si:0~2.0%、
Fe:0~5.0%、
Cr:0~10.0%、
Cu:0~3.0%、
Co:0~3.0%、
Ni:0~2.0%、
白金族元素:0~0.5%、
希土類元素:0~0.5%、
B:0~5.0%、
Mn:0~10.0%、
残部がTiおよび不純物であり、
前記チタン合金鋳塊の鋳造方向と直交する断面としての横断面において、前記チタン合金鋳塊の外周端と中心とを結んだ線分の中点での前記Alの濃度をAl1とし、前記中心での前記Alの濃度をAl2とした場合に、比(Al1/Al2)、前記Al1、および、前記Al2が下記の範囲である、チタン合金鋳塊。
比(Al1/Al2):1.2~5.0
Al1:1.0~10.0質量%
Al2:0.2~8.0質量%
但し、Al2<Al1であり、前記チタン合金鋳塊の各部位において、前記化学組成の合計が100質量%である。 - 前記横断面において、前記チタン合金鋳塊の前記外周端から前記チタン合金鋳塊の中心に向けて50mmまでの範囲が前記チタン合金鋳塊の外周部であり、前記外周部と前記中心との間に前記中点が位置し、
前記横断面において、前記チタン合金鋳塊の前記外周部のうち前記外周端から前記中心に向けて20mmの位置から50mmの位置までの間での前記Alの濃度をAl0とした場合に、前記Al0:1.0~10.0質量%であり、Al0>Al2であり、比Al0/Al2が1.2~50.0である、請求項1に記載のチタン合金鋳塊。 - 前記チタン合金鋳塊は、前記Snおよび前記Cuの少なくとも一方を含有する、請求項1または請求項2に記載のチタン合金鋳塊。
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