JPH05214458A - チタン合金インゴットのvar 法による溶解方法 - Google Patents
チタン合金インゴットのvar 法による溶解方法Info
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Abstract
いチタン合金インゴットを歩留り良く得ることができ
る、チタン合金のVAR 法による溶解方法を提供する。 【構成】 Feを1から5wt.%含有するα+β型チタン合
金インゴットを、VAR 法によって溶解する方法におい
て、前記インゴットの溶解速度を制御して、P=5(1
−0.25D)M(但し、D:モールドの内径、M:前記チ
タン合金インゴットの溶解速度)によって表される、モ
ールド内の溶融プールの深さPが、0.14≦P≦0.35の範
囲を満足するように前記インゴットを溶解する。
Description
による溶解方法、特に、Feの偏析が少ないチタン合金イ
ンゴットを鋳造することができる、チタン合金のVAR 法
による溶解方法に関するものである。
法は、前述した被溶解金属を消耗電極として使用し、高
真空下において消耗電極をその先端から直流アーク熱に
よって順次溶解し、このようにして溶解した電極を水冷
銅モールド内の溶融プール内に滴下させ、そして、凝固
させてインゴットを得る方法である。通常、この操作を
2から3回繰り返して内質の優れたチタン合金のインゴ
ットを得ている。
ゴットの内質を決定するのは、主に、最終のVAR 法によ
る溶解である。その最終のVAR 法による溶解において
は、モールド径によって、ほば一義的に溶解電流の範囲
が決まる。このことは、1989年に日本鉄鋼協会から発行
された刊行物「日本でチタン材料について何を研究して
いるか」第8頁に開示されている。
金のインゴットをVAR 法によって溶解すると、溶解電流
に対応して水冷銅モールド内の溶融プールの深さが深く
なる。この結果、Feを含有するα+β型チタン合金の場
合には、インゴットトップ部においてFeの偏析が生じ
る。これは、Ti中におけるFeの平衡分配係数は1より小
さいために凝固時にFeが正偏析し易いためである。
せ且つ超塑性発現温度を適正化することにあるが、一
方、Ti中のFeは、Tiのβ変態温度を下げるのに効果的な
元素として知られている。即ち、Feを1%含有させる
と、Tiのβ変態温度が約20℃下がると言われている。例
えば、チタン合金のインゴットから薄板を製造する場
合、インゴット中に著しいFeの偏析が生じていると、上
述した理由によって、板厚方向にTiのβ変態温度が異な
る部位が存在する。この結果、熱処理の際にα相とβ相
の分率が異なってしまい、均一な組織の板を作ることが
できない。
温度制御の精度や加熱温度の均一性等を考慮すると、同
一インゴット内でのβ変態温度の差異は10℃以内に止め
ることが望ましい。従って、Feの偏析に置き換えると、
0.5wt.% 内の変動にすること必要である。これ以上のFe
の偏析が生じた場合には、成分元素の範囲が許容できる
位置までインゴットは使用できず、インゴットの歩留り
が著しく低下する。
従来から種々の方法が提案されている。例えば、特開昭
61-67724号には、VAR 法における消耗電極として、予め
成分調整したものを用いる方法(以下、先行技術とい
う)が開示されている。
行技術は、予め偏析の度合いが分かっていなければ、成
分調整が行えないといった問題を有していた。従って、
この発明の目的は、予め成分調整することなく、Feの偏
析が少ないチタン合金インゴットを歩留り良く得ること
ができる、チタン合金のVAR 法による溶解方法を提供す
ることにある。
5wt.%含有するα+β型チタン合金インゴットを、VAR
法によって溶解する方法において、前記チタン合金イン
ゴットの溶解速度を制御して、下記(1) 式、 P=5(1−0.25D)M ---(1) 但し、D:モールドの内径(m) 、 M:前記チタン合金インゴットの溶解速度(kg/sec) によって表される、前記モールド内の溶融プールの深さ
P(m) が、下記(2) 式、 0.14≦P≦0.35 ---(2) を満足するように、前記チタン合金インゴットを溶解
し、かくして、Feの偏析を低減することに特徴を有する
ものである。
おいて、水冷銅モールド内の溶融プールの深さP(m)
と、モールド径D(m) と、電極の溶融速度M(kg/sec)と
の間には、下記(1) 式が成り立つことが、1973年にPlen
um Pressから発行された刊行物「V.I.Dobakin and M.I.
Musatov,"Titanium Science and Technology" 」第319
から330 頁に開示されている。
の深さP(m) と、チタン合金インゴット中のFeの最大偏
析値との関係を示すグラフである。図1から明らかなよ
うに、P<0.14(m) では、Feの偏析に関しては問題がな
いが、溶解速度が低速度となるので、チタン合金インゴ
ットの表面肌が著しく劣化する。一方、P>0.35(m)で
は、Feの最大偏析値が0.5wt.% を超えるので、チタン合
金インゴットの一部が使用できない。これに対して、0.
14≦P≦0.35の範囲内では、Feの最大偏析値が0.5%以内
で且つチタン合金インゴットの表面肌も良好であるの
で、インゴットがその全長に亘って利用可能である。
金インゴットの径と溶解電流との関係を、一般的な操業
範囲と併せて示す。図3に、チタン合金インゴットの溶
解速度と溶融プールの深さとの関係の一例を示す。図3
から明らかなように、溶解速度が速くなるほど、溶融プ
ールの深さは深くなることがわかる。即ち、チタン合金
インゴットの溶解速度が速いということは、モールド径
が一定の場合、溶解電流が大きいことに対応している。
一方、溶融プールの深さが深いと、凝固に伴って、偏析
し易い元素が溶融プール中に排出され、結果として合金
元素の偏析が生じる。例えば、他の合金元素であるAl、
V 、Moの最大偏析値は、それぞれ目標値に対して、1.04
倍、1.03倍、0.99倍程度で、目標値との差異は実用上問
題ない。従って、この発明においては、溶融プールの深
さP(m) は、0.14≦P≦0.35の範囲内に限定すべきであ
る。
る。 実施例1 Ti-4.5Al-2Mo-2Feからなる直径650mm のチタン合金を消
耗電極として使用し、VAR 法によって直径750mm のチタ
ン合金インゴットを溶解した。このときの溶解条件は、
次の通りであった。溶解電流:8000A 、溶解電圧:30V
:真空度:2×10-2Torr、溶解時間:1000分(ホット
トップ時間は31分)、総合溶解速度:4.0kg/min 、上記
(1) 式によって表される溶融プールの深さPは、0.27m
であった。このインゴットを厚さ190mm のスラブ形状に
鍛造し、次いで、インゴットトップ15% 、24% 、32% に
相当する位置の中心部の成分を分析した。この結果を表
1に示す。表1から明らかなように、インゴットのAl、
Moは勿論、Feの成分偏析は小さいことがわかった。
耗電極として使用し、VAR 法によって直径535mm のチタ
ン合金インゴットを溶解した。このときの溶解条件は、
次の通りであった。溶解電流:6000A 、溶解電圧:29V
:真空度:2×10-2Torr、溶解時間:510 分(ホット
トップ時間は41分)、総合溶解速度:4.8kg/min 、上記
(1) 式によって表される溶融プールの深さPは、0.35m
であった。このインゴットを厚さ160mm のスラブ形状に
鍛造し、次いで、インゴットトップ20% 、29% に相当す
る位置の中心部の成分を分析した。この結果を表1に示
す。表1から明らかなように、インゴットのAl、Moは勿
論、Feの成分偏析は小さいことがわかった。
耗電極として使用し、VAR 法によって直径750mm のチタ
ン合金インゴットを溶解した。このときの溶解条件は、
次の通りであった。溶解電流:20000A、溶解電圧:32V
:真空度:2×10-2Torr、溶解時間:413 分(ホット
トップ時間は133 分)、総合溶解速度:8.9kg/min 、上
記(1) 式によって表される溶融プールの深さPは、0.60
m であった。このインゴットを断面径が350mm のブルー
ム形状に鍛造し、次いで、インゴットトップ20% 、40%
に相当する位置の中心部の成分分析を行った。この結果
を表1に示す。表1から明らかなように、P値が本発明
範囲を外れて大きいので、Feの成分偏析が大きく、イン
ゴットをその全長に亘って使用することができず、歩留
りは60% であった。
トトップ時間は、実施例1、2の約4倍である。一般
に、ホットトップ時間を長くするとFeの偏析を抑制する
ことができるといわれているが、このチタン合金インゴ
ットのようにFeを多量に含むチタン合金においては、ホ
ットトップ時間を長くしてもFeの偏析を小さくすること
ができなかった。
ば、予め成分調整することなく、Feの偏析が少ないチタ
ン合金インゴットを歩留り良く得ることができるといっ
た有用な効果がもたらされる。
値との関係を示すグラフである。
である。
フである。
Claims (1)
- 【請求項1】 Feを1から5wt.%含有するα+β型チタ
ン合金インゴットを、VAR 法によって溶解する方法にお
いて、前記チタン合金インゴットの溶解速度を制御し
て、下記(1) 式、 P=5(1−0.25D)M ---(1) 但し、D:モールドの内径(m) 、 M:前記チタン合金インゴットの溶解速度(kg/sec) によって表される、前記モールド内の溶融プールの深さ
P(m) が、下記(2) 式、 0.14≦P≦0.35 ---(2) を満足するように、前記チタン合金インゴットを溶解
し、かくして、Feの偏析を低減することを特徴とする、
チタン合金インゴットのVAR 法による溶解方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP4231592A JP2963268B2 (ja) | 1992-01-31 | 1992-01-31 | チタン合金インゴットのvar 法による溶解方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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-
1992
- 1992-01-31 JP JP4231592A patent/JP2963268B2/ja not_active Expired - Fee Related
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