JPH06287661A - 高融点金属溶製材の製造法 - Google Patents
高融点金属溶製材の製造法Info
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- JPH06287661A JPH06287661A JP7368493A JP7368493A JPH06287661A JP H06287661 A JPH06287661 A JP H06287661A JP 7368493 A JP7368493 A JP 7368493A JP 7368493 A JP7368493 A JP 7368493A JP H06287661 A JPH06287661 A JP H06287661A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 加工性に優れ、高温高真空下で使用しても不
純物ガスの発生が少ない高融点金属又は金属合金材を工
業的規模で安定に生産する方法の提供。 【構成】 高融点金属又は金属合金の溶湯をモールドに
注入し、かつモールド内の溶湯に超音波振動エネルギー
を付与することにより、又は、前記溶湯をモールドに注
入し、かつ前記モールド内で溶湯を凝固させ、凝固金属
又は金属合金が再結晶温度領域を通過するときに前記凝
固金属又は合金に超音波振動エネルギーを付与すること
により、平均結晶粒径を１０ｍｍ以下に調整する、電子
ビーム溶解法又はプラズマ溶解法により高融点金属又は
金属合金のインゴットを製造する方法。
純物ガスの発生が少ない高融点金属又は金属合金材を工
業的規模で安定に生産する方法の提供。 【構成】 高融点金属又は金属合金の溶湯をモールドに
注入し、かつモールド内の溶湯に超音波振動エネルギー
を付与することにより、又は、前記溶湯をモールドに注
入し、かつ前記モールド内で溶湯を凝固させ、凝固金属
又は金属合金が再結晶温度領域を通過するときに前記凝
固金属又は合金に超音波振動エネルギーを付与すること
により、平均結晶粒径を１０ｍｍ以下に調整する、電子
ビーム溶解法又はプラズマ溶解法により高融点金属又は
金属合金のインゴットを製造する方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、純チタンもしくはチ
タン合金、スーパーアロイ、ステンレス合金鋼などの高
融点金属または金属合金の溶製材の製造方法に関するも
のである。ここで、高融点金属並びに高融点金属合金と
は融点が１４００℃以上の物質である。特に融点が１６
７０℃以上のモリブデン、ニオブ、タンタル、タングス
テン等の金属及びその合金である。
タン合金、スーパーアロイ、ステンレス合金鋼などの高
融点金属または金属合金の溶製材の製造方法に関するも
のである。ここで、高融点金属並びに高融点金属合金と
は融点が１４００℃以上の物質である。特に融点が１６
７０℃以上のモリブデン、ニオブ、タンタル、タングス
テン等の金属及びその合金である。
【０００２】純チタンもしくはチタン合金、スーパーア
ロイ、ステンレス鋼合金並びに上記のモリブデン等の金
属・合金は、航空宇宙機器部材、電子管部材、電気抵抗
体部材、原子炉部材、耐食性機器部材などに使用される
場合に、塑性加工性、溶接性等が良好である上に熱応力
にも強く、しかも高温高真空下での使用に際しても不純
物ガスの発生が殆ど認められないといった非常に優れた
性能を発揮することが要求される。
ロイ、ステンレス鋼合金並びに上記のモリブデン等の金
属・合金は、航空宇宙機器部材、電子管部材、電気抵抗
体部材、原子炉部材、耐食性機器部材などに使用される
場合に、塑性加工性、溶接性等が良好である上に熱応力
にも強く、しかも高温高真空下での使用に際しても不純
物ガスの発生が殆ど認められないといった非常に優れた
性能を発揮することが要求される。
【０００３】
【従来の技術】上記した各種高融点金属合金は、現在多
方面で工業的生産がなされており、高機能材料として重
要な用途を担ってきた。その性能は各種用途に応じて特
化されており、これら高機能材料のあらゆる産業分野へ
の適用を目指した研究は膨大な数に上がっている。
方面で工業的生産がなされており、高機能材料として重
要な用途を担ってきた。その性能は各種用途に応じて特
化されており、これら高機能材料のあらゆる産業分野へ
の適用を目指した研究は膨大な数に上がっている。
【０００４】ところが、上述の金属又は金属合金材は、
融点や蒸気圧等の固有物性、組織内に含まれる不純物量
並びにそれらの分布状態さらには原料形状等から、通常
金属に適用される手段では所要部材の生産が困難で、こ
れら金属部材の製造には格別な手法を必要としていた。
融点や蒸気圧等の固有物性、組織内に含まれる不純物量
並びにそれらの分布状態さらには原料形状等から、通常
金属に適用される手段では所要部材の生産が困難で、こ
れら金属部材の製造には格別な手法を必要としていた。
【０００５】ここで上述の金属又は金属合金材の代表例
であるモリブデン又はモリブデン合金材は一般に次の方
法により工業生産されていた。 （ａ）これら金属又は合金の粉末を加圧成型した後、こ
れを焼結してインゴットとし、このインゴットに鍛造、
圧延等の塑性加工を施して所望形状に仕上げる。 （ｂ）これら金属又は合金のバージン材又はスクラップ
材を圧縮成型するか、あるいはこれらの原料をこれと同
じ材質からなる箱又は管に詰めて溶解電極を形成し、該
電極を電子ビーム溶解あるいは真空アーク溶解にて溶解
してインゴットを製造した後、このインゴットに鍛造、
圧延等の塑性加工を施して所望形状に仕上げる。
であるモリブデン又はモリブデン合金材は一般に次の方
法により工業生産されていた。 （ａ）これら金属又は合金の粉末を加圧成型した後、こ
れを焼結してインゴットとし、このインゴットに鍛造、
圧延等の塑性加工を施して所望形状に仕上げる。 （ｂ）これら金属又は合金のバージン材又はスクラップ
材を圧縮成型するか、あるいはこれらの原料をこれと同
じ材質からなる箱又は管に詰めて溶解電極を形成し、該
電極を電子ビーム溶解あるいは真空アーク溶解にて溶解
してインゴットを製造した後、このインゴットに鍛造、
圧延等の塑性加工を施して所望形状に仕上げる。
【０００６】しかしながら、（ａ）項に示した方法にて
製造されたモリブデン又はモリブデン合金部材では、原
料パウダーを焼結した“焼結インゴット”中に特にＯ，
Ｎ，Ｃ，Ｓ，Ｈ等のガス成分の不純物が多く存在するの
で、これらガス成分が塑性加工後の製品部材にまで持ち
来されてしまい、高温高真空下で使用されると使用中に
該部材からガスが放出されて性能に悪影響を及ぼすとの
問題があった。しかも、このように製造された部材は熱
応力に弱く、また溶接の際溶融部でガス発生がみられる
など溶接性が悪いという問題も指摘されている。
製造されたモリブデン又はモリブデン合金部材では、原
料パウダーを焼結した“焼結インゴット”中に特にＯ，
Ｎ，Ｃ，Ｓ，Ｈ等のガス成分の不純物が多く存在するの
で、これらガス成分が塑性加工後の製品部材にまで持ち
来されてしまい、高温高真空下で使用されると使用中に
該部材からガスが放出されて性能に悪影響を及ぼすとの
問題があった。しかも、このように製造された部材は熱
応力に弱く、また溶接の際溶融部でガス発生がみられる
など溶接性が悪いという問題も指摘されている。
【０００７】一方、（ｂ）項に示した方法の場合には、
電子ビーム溶解又は真空アーク溶解にて得られるモリブ
デン又はモリブデン合金の多結晶溶解材（インゴット
等）は粒界が脆弱で鍛造、圧延等の塑性加工が極めて困
難なため加工中に割れを生じやすく、また１回の溶解操
作では高温高真空下でのガス放出が十分に抑えられる程
にまで不純物を低減することはやはり困難であるとの問
題があり、高性能部材が必要な場合には十分に満足でき
ないものであった。
電子ビーム溶解又は真空アーク溶解にて得られるモリブ
デン又はモリブデン合金の多結晶溶解材（インゴット
等）は粒界が脆弱で鍛造、圧延等の塑性加工が極めて困
難なため加工中に割れを生じやすく、また１回の溶解操
作では高温高真空下でのガス放出が十分に抑えられる程
にまで不純物を低減することはやはり困難であるとの問
題があり、高性能部材が必要な場合には十分に満足でき
ないものであった。
【０００８】このため、最近、モリブデンを電子ビーム
溶解法又は真空アーク溶解法により溶解して冷却モール
ドに注湯すると共に、この冷却モールド内に保持したモ
リブデン融液の結晶成長速度を制御し、これによって前
記モリブデン溶融液を鉛直下方向に一方向凝固させて粗
大結晶粒組織とすることにより凝固材の加工性を向上さ
せようとの提案もなされた（特開平２−２９８２２７
号）。
溶解法又は真空アーク溶解法により溶解して冷却モール
ドに注湯すると共に、この冷却モールド内に保持したモ
リブデン融液の結晶成長速度を制御し、これによって前
記モリブデン溶融液を鉛直下方向に一方向凝固させて粗
大結晶粒組織とすることにより凝固材の加工性を向上さ
せようとの提案もなされた（特開平２−２９８２２７
号）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
２−２９８２２７号で提案された溶製方法では、加工性
を向上させるためには粗大結晶粒を十分に成長させる必
要があり、したがって鋳造速度を低く抑えなければなら
ない。このために上記の溶製方法は生産性が悪く、工業
的に十分満足できる手段とは言えなかった。さらに、こ
の方法では鋳造速度低下に伴い溶湯がガスを吸収する時
間が長くなるので、製造された溶製材料を高温高真空で
使用するには問題があった。
２−２９８２２７号で提案された溶製方法では、加工性
を向上させるためには粗大結晶粒を十分に成長させる必
要があり、したがって鋳造速度を低く抑えなければなら
ない。このために上記の溶製方法は生産性が悪く、工業
的に十分満足できる手段とは言えなかった。さらに、こ
の方法では鋳造速度低下に伴い溶湯がガスを吸収する時
間が長くなるので、製造された溶製材料を高温高真空で
使用するには問題があった。
【００１０】したがって、発明の目的は、高融点金属又
は金属合金の塑性加工や溶接等により構造物を製造する
際の加工性に優れると共に、高温高真空下で使用しても
不純物ガスの発生が少ない高融点金属又は金属合金材を
工業的規模で安定に提供できる溶製法を確立することに
ある。
は金属合金の塑性加工や溶接等により構造物を製造する
際の加工性に優れると共に、高温高真空下で使用しても
不純物ガスの発生が少ない高融点金属又は金属合金材を
工業的規模で安定に提供できる溶製法を確立することに
ある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく、モリブデン（合金）、チタン（合金）、
スーパーアロイ並びにステンレス鋼合金等の電子ビーム
溶解又はプラズマ溶解による溶製材の製造実験を繰り返
したところ、得られる溶製材は１回の溶解操作にもかか
わらずガス成分等の不純物が高温高真空下で使用しても
殆どガスを発生しない程度にまで十分低減される上、溶
接性の面でも優れた性能を示すものとなることを確認し
た。しかしながら、既知の電子ビーム溶解法等をそのま
ま適用したとしても塑性加工性の点では、十分は改善効
果が認められなかった。
を達成すべく、モリブデン（合金）、チタン（合金）、
スーパーアロイ並びにステンレス鋼合金等の電子ビーム
溶解又はプラズマ溶解による溶製材の製造実験を繰り返
したところ、得られる溶製材は１回の溶解操作にもかか
わらずガス成分等の不純物が高温高真空下で使用しても
殆どガスを発生しない程度にまで十分低減される上、溶
接性の面でも優れた性能を示すものとなることを確認し
た。しかしながら、既知の電子ビーム溶解法等をそのま
ま適用したとしても塑性加工性の点では、十分は改善効
果が認められなかった。
【００１２】ところが、溶湯がモールド内で凝固する
際、溶湯に超音波振動エネルギーを付与し結晶核の生成
促進並びに結晶粗大化抑制の手段を講じると、溶製材の
脆弱性が著しく改善され、特に鋳造方向に対する横断面
の結晶粒径が１０ｍｍ以下に抑えられた微細組織となっ
た場合には非常に良好な塑性加工性を発揮するようにな
ることを見いだしたのである。
際、溶湯に超音波振動エネルギーを付与し結晶核の生成
促進並びに結晶粗大化抑制の手段を講じると、溶製材の
脆弱性が著しく改善され、特に鋳造方向に対する横断面
の結晶粒径が１０ｍｍ以下に抑えられた微細組織となっ
た場合には非常に良好な塑性加工性を発揮するようにな
ることを見いだしたのである。
【００１３】同様に、モールド内で溶湯が凝固する際、
再結晶温度域を通過するとき一旦形成された結晶が異常
成長して粗大化する。この温度はモリブデン及びその合
金では約１０００℃〜１４００℃であり、特に１４００
℃付近で異常成長が起こり易い。この再結晶温度域の凝
固材料に超音波振動エネルギーを付与し結晶核の生成促
進並びに結晶粗大化抑制の手段を講じると、やはり、横
断面の結晶粒径が１０ｍｍ以下に抑えられた微細組織と
なった場合には非常に良好な塑性加工性を発揮するよう
になることも分かった。
再結晶温度域を通過するとき一旦形成された結晶が異常
成長して粗大化する。この温度はモリブデン及びその合
金では約１０００℃〜１４００℃であり、特に１４００
℃付近で異常成長が起こり易い。この再結晶温度域の凝
固材料に超音波振動エネルギーを付与し結晶核の生成促
進並びに結晶粗大化抑制の手段を講じると、やはり、横
断面の結晶粒径が１０ｍｍ以下に抑えられた微細組織と
なった場合には非常に良好な塑性加工性を発揮するよう
になることも分かった。
【００１４】したがって、本発明では溶湯あるいは再結
晶温度域の材料のいずれか一方あるいは両方に超音波振
動を付与するものである。このような観点に立って数多
くの実験を行いつつ鋭意研究を重ねた結果、以下の溶製
法を完成するに至った。
晶温度域の材料のいずれか一方あるいは両方に超音波振
動を付与するものである。このような観点に立って数多
くの実験を行いつつ鋭意研究を重ねた結果、以下の溶製
法を完成するに至った。
【００１５】すなわち、本発明の第一は、電子ビーム溶
解法又はプラズマ溶解法により高融点金属又は金属合金
のインゴットを製造する方法において、前記高融点金属
又は金属合金の溶湯をモールドに注入し、かつ前記モー
ルド内の溶湯に超音波振動エネルギーを付与することに
より平均結晶粒径を１０ｍｍ以下にすることを特徴とす
る高融点金属溶製材の製造方法であり、また本発明の第
二は、電子ビーム溶解法又はプラズマ溶解法により高融
点金属又は金属合金のインゴットを製造する方法におい
て、前記高融点金属又は金属合金の溶湯をモールドに注
入し、かつ前記モールド内で溶湯を凝固させ、凝固金属
又は金属合金が再結晶温度領域を通過するときに前記凝
固金属又は合金に超音波振動エネルギーを付与すること
により平均結晶粒径を１０ｍｍ以下に調整することを特
徴とする高融点金属溶製材の製造方法である。
解法又はプラズマ溶解法により高融点金属又は金属合金
のインゴットを製造する方法において、前記高融点金属
又は金属合金の溶湯をモールドに注入し、かつ前記モー
ルド内の溶湯に超音波振動エネルギーを付与することに
より平均結晶粒径を１０ｍｍ以下にすることを特徴とす
る高融点金属溶製材の製造方法であり、また本発明の第
二は、電子ビーム溶解法又はプラズマ溶解法により高融
点金属又は金属合金のインゴットを製造する方法におい
て、前記高融点金属又は金属合金の溶湯をモールドに注
入し、かつ前記モールド内で溶湯を凝固させ、凝固金属
又は金属合金が再結晶温度領域を通過するときに前記凝
固金属又は合金に超音波振動エネルギーを付与すること
により平均結晶粒径を１０ｍｍ以下に調整することを特
徴とする高融点金属溶製材の製造方法である。
【００１６】本発明法は大型溶製材、特に直径φ１００
〜１０００ｍｍ、長さ１００〜３４００ｍｍのごときイ
ンゴットであって、溶製後鍛造、圧延などの加工を施し
て製品とする材料の製造に適するものである。かかる大
型溶製材の製造においては、溶解原料を電子ビーム又は
プラズマ溶解すると共に超音波振動を付与すると、ガス
成分等の不純物が低減し、モールド内の溶湯に結晶核の
生成を促進させて結晶粒の粗大化が抑制されるので、加
工性などの品質が格段と向上する。
〜１０００ｍｍ、長さ１００〜３４００ｍｍのごときイ
ンゴットであって、溶製後鍛造、圧延などの加工を施し
て製品とする材料の製造に適するものである。かかる大
型溶製材の製造においては、溶解原料を電子ビーム又は
プラズマ溶解すると共に超音波振動を付与すると、ガス
成分等の不純物が低減し、モールド内の溶湯に結晶核の
生成を促進させて結晶粒の粗大化が抑制されるので、加
工性などの品質が格段と向上する。
【００１７】モールド内の溶湯への超音波振動エネルギ
ーの付与は、 イ）超音波振動装置をモールド又は付帯装置に固定し、
モールドを振動媒質として超音波振動エネルギーを導入
する； ロ）超音波振動装置を凝固材（スターティングブロック
を含む）又は付帯装置に固定し、凝固材を振動媒質とし
て超音波振動エネルギーを導入する。ここでの振動数は
１ｋＨｚ以上、好ましくは１〜５０ｋＨｚとする。 ハ）前記イ）並びにロ）を同時に行う；等によるのが良
い。溶湯に付与される超音波振動の振動数は１ｋＨｚ以
上、好ましくは１０〜５０ｋＨｚとするのが好ましい。
これは、該振動数が１ｋＨｚ未満の場合、結晶核の生成
促進並びに結晶粒粗大化抑制効果が急激に低下するから
である。
ーの付与は、 イ）超音波振動装置をモールド又は付帯装置に固定し、
モールドを振動媒質として超音波振動エネルギーを導入
する； ロ）超音波振動装置を凝固材（スターティングブロック
を含む）又は付帯装置に固定し、凝固材を振動媒質とし
て超音波振動エネルギーを導入する。ここでの振動数は
１ｋＨｚ以上、好ましくは１〜５０ｋＨｚとする。 ハ）前記イ）並びにロ）を同時に行う；等によるのが良
い。溶湯に付与される超音波振動の振動数は１ｋＨｚ以
上、好ましくは１０〜５０ｋＨｚとするのが好ましい。
これは、該振動数が１ｋＨｚ未満の場合、結晶核の生成
促進並びに結晶粒粗大化抑制効果が急激に低下するから
である。
【００１８】ところで、高融点金属（合金）の鋳造状態
での平均結晶粒径を１０ｍｍ以下に限定した理由は、平
均結晶粒径が１０ｍｍを越えた場合には良好な塑性加工
性を確保することができないためである。
での平均結晶粒径を１０ｍｍ以下に限定した理由は、平
均結晶粒径が１０ｍｍを越えた場合には良好な塑性加工
性を確保することができないためである。
【００１９】本発明方法の実施に使用する電子ビーム溶
解装置の一具体例を図１に示す。図中、１は水冷式銅モ
ールド、２はハース、３は原料電極、４は電子銃、５は
電子ビーム、１１は超音波振動子、９はスターティング
ブロック、１０は引抜き棒を兼ねる凝固ボトム冷却装置
である。
解装置の一具体例を図１に示す。図中、１は水冷式銅モ
ールド、２はハース、３は原料電極、４は電子銃、５は
電子ビーム、１１は超音波振動子、９はスターティング
ブロック、１０は引抜き棒を兼ねる凝固ボトム冷却装置
である。
【００２０】図に示すように、電子ビーム溶解設備のメ
ルトチャンバー内に設置された水冷式銅モールド１の前
方に銅製ハース２を設置し、原料電極３を電子銃４から
の電子ビーム５で溶解した原料溶湯を一旦ハース２内に
保持してからオーバーフローさせ、これを水冷式銅モー
ルド１内に鋳込んで連続的に凝固させつつ下方からイン
ゴット８として引き抜く。電子ビーム溶解された溶湯１
３を適宜の時間ハース内に滞留させてから鋳型に鋳込む
と、ハース２内滞留時に揮発しやすい不純物が真空環境
へ十分に揮散・除去され、さらに溶湯より重い不純物は
沈降除去、溶湯より軽い不純物はスラグスキマー７によ
り浮上捕集されて高純度のインゴットが得られる。電子
ビーム溶解の好ましい条件は、ビーム出力５０〜２００
０ｋｗ程度で炉内圧力は１０-3〜１０-6ｍｂｒである。
ルトチャンバー内に設置された水冷式銅モールド１の前
方に銅製ハース２を設置し、原料電極３を電子銃４から
の電子ビーム５で溶解した原料溶湯を一旦ハース２内に
保持してからオーバーフローさせ、これを水冷式銅モー
ルド１内に鋳込んで連続的に凝固させつつ下方からイン
ゴット８として引き抜く。電子ビーム溶解された溶湯１
３を適宜の時間ハース内に滞留させてから鋳型に鋳込む
と、ハース２内滞留時に揮発しやすい不純物が真空環境
へ十分に揮散・除去され、さらに溶湯より重い不純物は
沈降除去、溶湯より軽い不純物はスラグスキマー７によ
り浮上捕集されて高純度のインゴットが得られる。電子
ビーム溶解の好ましい条件は、ビーム出力５０〜２００
０ｋｗ程度で炉内圧力は１０-3〜１０-6ｍｂｒである。
【００２１】高融点金属（合金）の溶湯１３に水冷式銅
モールド１内で振動を加えるように、電子ビーム溶解装
置と同じメルトチャンバー内には電子銃４、ハース２、
水冷式銅モールド１並びに水冷式銅モールドハウジング
６が配置され、水冷式銅モールド１又は水冷式銅モール
ドハウジング６には超音波振動装置１１が固定されてい
る。さらには凝固材ボトム冷却装置１０又は凝固材スタ
ーティングブロック９に超音波振動装置１２が固定され
ている。
モールド１内で振動を加えるように、電子ビーム溶解装
置と同じメルトチャンバー内には電子銃４、ハース２、
水冷式銅モールド１並びに水冷式銅モールドハウジング
６が配置され、水冷式銅モールド１又は水冷式銅モール
ドハウジング６には超音波振動装置１１が固定されてい
る。さらには凝固材ボトム冷却装置１０又は凝固材スタ
ーティングブロック９に超音波振動装置１２が固定され
ている。
【００２２】上記装置により高融点金属（合金）を製造
するに際しては、まず原料電極３を電子ビーム溶解し、
その溶湯を一旦ハース２に受けて保持することで原料電
極中のガス成分を揮発又は沈降除去し、スラグスキマー
７を使用し不純物の浮上捕集した後、オーバーフローさ
せ、水冷式銅モールド１内の溶湯１３へ注ぐ。
するに際しては、まず原料電極３を電子ビーム溶解し、
その溶湯を一旦ハース２に受けて保持することで原料電
極中のガス成分を揮発又は沈降除去し、スラグスキマー
７を使用し不純物の浮上捕集した後、オーバーフローさ
せ、水冷式銅モールド１内の溶湯１３へ注ぐ。
【００２３】溶湯１３へは、超音波振動装置１１、１２
の何れか又は組み合わせにより超音波振動エネルギー
が、モールド１及び／又は凝固材８とスターティングブ
ロック９の両方を介して付与されて、結晶核数を増大せ
しめられ凝固材の結晶粒微細化並びに結晶粒の粗大化抑
制が図られる。
の何れか又は組み合わせにより超音波振動エネルギー
が、モールド１及び／又は凝固材８とスターティングブ
ロック９の両方を介して付与されて、結晶核数を増大せ
しめられ凝固材の結晶粒微細化並びに結晶粒の粗大化抑
制が図られる。
【００２４】このように、凝固が進行した金属（合金）
のインゴットは、モールド１の下方から連続的に引き抜
かれる。冷却完了後、塑性加工性、溶接性、材料強度が
良好で、高温高真空環境下でのガス発生が殆ど認められ
ない金属（合金）溶製材が得られる。
のインゴットは、モールド１の下方から連続的に引き抜
かれる。冷却完了後、塑性加工性、溶接性、材料強度が
良好で、高温高真空環境下でのガス発生が殆ど認められ
ない金属（合金）溶製材が得られる。
【００２５】
【作用】上述のように、本発明は、溶解原料を電子ビー
ム溶解することによりガス成分等の不純物量を低減する
と共に、超音波エネルギの付与により得られた大型凝固
材を微細組織化することによって優れた性能を付与せし
めたことに最大の特長がある。この性能向上を、金属モ
リブデン及び合金モリブデン（以下「モリブデン」と略
称する）のような融点が非常に高い材料について説明す
る。
ム溶解することによりガス成分等の不純物量を低減する
と共に、超音波エネルギの付与により得られた大型凝固
材を微細組織化することによって優れた性能を付与せし
めたことに最大の特長がある。この性能向上を、金属モ
リブデン及び合金モリブデン（以下「モリブデン」と略
称する）のような融点が非常に高い材料について説明す
る。
【００２６】まず電子ビーム溶解法にてモリブデンの溶
解処理を行うと、前述したようなガス成分等の不純物の
少なくなるので、得られる溶製材は、高温高真空の環境
にさらしたり、溶接のために溶解した場合にもガスの発
生が殆どなく、環境の汚染や溶接欠陥を生じる恐れが極
めて少ない。その上、電子ビーム溶解法で処理された溶
製材であるが故に熱応力に強い点も良好な溶接性に結び
つく大きな要素となっている。
解処理を行うと、前述したようなガス成分等の不純物の
少なくなるので、得られる溶製材は、高温高真空の環境
にさらしたり、溶接のために溶解した場合にもガスの発
生が殆どなく、環境の汚染や溶接欠陥を生じる恐れが極
めて少ない。その上、電子ビーム溶解法で処理された溶
製材であるが故に熱応力に強い点も良好な溶接性に結び
つく大きな要素となっている。
【００２７】これに加えて、本発明では、モリブデンの
溶湯を凝固させる際に溶湯に付与される超音波振動エネ
ルギーは、結晶核生成の促進と結晶粒の粗大化抑制を行
い溶製材の結晶粒微細化図っているが、この結晶粒の微
細化によって粒界の総面積が著しく増大する。そのた
め、電子ビーム溶解法による不純物量低減効果と相俟っ
て、結晶粒界におけるガス成分等の偏析が極めて少なく
なる。すなわち、結晶粒界面積当たりの不純物偏析量は
極めて小さい値となる。そしてこれが著しい塑性加工性
や材料強度の向上に結びつく。
溶湯を凝固させる際に溶湯に付与される超音波振動エネ
ルギーは、結晶核生成の促進と結晶粒の粗大化抑制を行
い溶製材の結晶粒微細化図っているが、この結晶粒の微
細化によって粒界の総面積が著しく増大する。そのた
め、電子ビーム溶解法による不純物量低減効果と相俟っ
て、結晶粒界におけるガス成分等の偏析が極めて少なく
なる。すなわち、結晶粒界面積当たりの不純物偏析量は
極めて小さい値となる。そしてこれが著しい塑性加工性
や材料強度の向上に結びつく。
【００２８】したがって、本発明は、モリブデン溶製材
の塑性加工性や材料強度を劣化させる原因として結晶粒
界に偏析するガス成分等に着目し、これらが粒界を脆弱
にしているものと考え、電子ビーム溶解と超音波振動を
組み合わせる手段を講じたものである。
の塑性加工性や材料強度を劣化させる原因として結晶粒
界に偏析するガス成分等に着目し、これらが粒界を脆弱
にしているものと考え、電子ビーム溶解と超音波振動を
組み合わせる手段を講じたものである。
【００２９】以上電子ビーム溶解について説明したが、
プラズマ溶解の場合も電子ビームと同様に高エネルギ密
度を有し、低圧力下（〜１０-2ｍｂｒ）でガスの放出を
促進し、不純物の低減効果と同様に超音波振動の付与に
よる結晶核生成の促進と結晶粒の粗大化抑制による結晶
微細化効果とが相俟って、結晶粒界におけるガス成分等
の偏析が極めて少ない、塑性加工性の著しく良好な材料
が得られる。以下、実施例により本発明を詳しく説明す
る。
プラズマ溶解の場合も電子ビームと同様に高エネルギ密
度を有し、低圧力下（〜１０-2ｍｂｒ）でガスの放出を
促進し、不純物の低減効果と同様に超音波振動の付与に
よる結晶核生成の促進と結晶粒の粗大化抑制による結晶
微細化効果とが相俟って、結晶粒界におけるガス成分等
の偏析が極めて少ない、塑性加工性の著しく良好な材料
が得られる。以下、実施例により本発明を詳しく説明す
る。
【００３０】
実施例１ 図１に示したような装置による「本発明法」及び図１の
装置から超音波発生装置１１、１２を取り除いた「従来
の電子ビーム溶解法」を行った。いずれの方法でも直径
φ１２０ｍｍのモリブデンインゴットを溶製した。モー
ルド内溶湯に電子ビームが走査され出力が１００ｋｗで
あった。
装置から超音波発生装置１１、１２を取り除いた「従来
の電子ビーム溶解法」を行った。いずれの方法でも直径
φ１２０ｍｍのモリブデンインゴットを溶製した。モー
ルド内溶湯に電子ビームが走査され出力が１００ｋｗで
あった。
【００３１】「本発明法」では炉内圧力１×１０-4〜１
×１０-5ｍｂｒの範囲内で次の３条件で超音波振動付与
を実施した。 （１）モールド用超音波振動装置１１によりモールド１
を振動媒質としてモールド内の溶湯１３（３０００〜３
３００℃）に振動数：１ｋＨｚ以上（１８±１Ｋｚ）の
超音波振動エネルギーを付与し凝固を進行させる。 （２）凝固材用超音波振動装置１２により凝固材８及び
スターティングブロック９を振動媒質としてモールド１
内の溶湯１３に振動数：１ｋＨｚ以上（１〜２０ｋＨ
ｚ）の超音波振動エネルギーを付与し凝固を進行させ
る。 （３）モールド並びに凝固材用超音波振動装置１１、１
２によりモールド並びに凝固材８及びスターティングブ
ロック９を振動媒質としてモールド１内の溶湯１３に振
動数：１ｋＨｚ以上の超音波振動エネルギーを付与し凝
固を進行させる。
×１０-5ｍｂｒの範囲内で次の３条件で超音波振動付与
を実施した。 （１）モールド用超音波振動装置１１によりモールド１
を振動媒質としてモールド内の溶湯１３（３０００〜３
３００℃）に振動数：１ｋＨｚ以上（１８±１Ｋｚ）の
超音波振動エネルギーを付与し凝固を進行させる。 （２）凝固材用超音波振動装置１２により凝固材８及び
スターティングブロック９を振動媒質としてモールド１
内の溶湯１３に振動数：１ｋＨｚ以上（１〜２０ｋＨ
ｚ）の超音波振動エネルギーを付与し凝固を進行させ
る。 （３）モールド並びに凝固材用超音波振動装置１１、１
２によりモールド並びに凝固材８及びスターティングブ
ロック９を振動媒質としてモールド１内の溶湯１３に振
動数：１ｋＨｚ以上の超音波振動エネルギーを付与し凝
固を進行させる。
【００３２】このようにして得られたφ１２０×１００
〜４００ｍｍＬのモリブデンの各インゴットのマクロ組
織を見ると「従来の電子ビーム溶解法」によって得られ
るインゴットの平均結晶粒径は１０〜３０ｍｍで不均一
であった。これに対して、「本発明法」によって得られ
るインゴットは、全体の平均結晶粒径が１０ｍｍ以下と
微細であり、しかもほぼ全体が均一化な粒状晶から構成
されていた。
〜４００ｍｍＬのモリブデンの各インゴットのマクロ組
織を見ると「従来の電子ビーム溶解法」によって得られ
るインゴットの平均結晶粒径は１０〜３０ｍｍで不均一
であった。これに対して、「本発明法」によって得られ
るインゴットは、全体の平均結晶粒径が１０ｍｍ以下と
微細であり、しかもほぼ全体が均一化な粒状晶から構成
されていた。
【００３３】次に、上記方法で得られた上記寸法範囲内
の各種モリブデンインゴットを温度１３００℃で鍛造し
たところ、従来の電子ビーム溶解法により得られたイン
ゴットでは圧下率１０％の鍛造で割れが発生した。一方
「本発明法」によって得られたモリブデンインゴット
は、圧下率６０％の鍛造でも割れが発生しなかった。
の各種モリブデンインゴットを温度１３００℃で鍛造し
たところ、従来の電子ビーム溶解法により得られたイン
ゴットでは圧下率１０％の鍛造で割れが発生した。一方
「本発明法」によって得られたモリブデンインゴット
は、圧下率６０％の鍛造でも割れが発生しなかった。
【００３４】実施例２ 実施例１の方法により得られたモリブデンインゴットを
圧延板し、その後電子ビーム溶接法により溶接した。従
来の焼結法により得られたモリブデン焼結材も同様に圧
延し、また電子ビーム溶接した。従来材と本発明材の溶
接部と比較したところ、従来材ではガスホール又はピン
ホールが発生したが、これに対して本発明材の場合には
極めて健全な溶接部の得られることが確認できた。
圧延板し、その後電子ビーム溶接法により溶接した。従
来の焼結法により得られたモリブデン焼結材も同様に圧
延し、また電子ビーム溶接した。従来材と本発明材の溶
接部と比較したところ、従来材ではガスホール又はピン
ホールが発生したが、これに対して本発明材の場合には
極めて健全な溶接部の得られることが確認できた。
【００３５】
【発明の効果】以上に説明したごとく、この発明によれ
ば、加工性に優れしかも高温高真空下で使用しても不純
物ガスを発生することのない高融点金属及び金属合金材
溶製材を安定して量産することが可能になり、産業上極
めて有用な効果がもたらされる。
ば、加工性に優れしかも高温高真空下で使用しても不純
物ガスを発生することのない高融点金属及び金属合金材
溶製材を安定して量産することが可能になり、産業上極
めて有用な効果がもたらされる。
【図１】本発明に関わる高融点金属及び合金の溶製材の
製造に使用される装置の一具体例を示す説明図である。
製造に使用される装置の一具体例を示す説明図である。
１ 水冷式銅モールド ２ コールドハース ３ 電極原料 ４ 電子銃 ５ 電子ビーム ６ モールドハウジング ７ スキマー ８ インゴット ９ スターティングブロック １０ ボトム冷却装置 １１ モールド用超音波振動装置 １２ 凝固材用超音波振動装置 １３ 溶湯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 33/04 Ｊ (72)発明者 千葉 泰紀 東京都港区虎ノ門２丁目10番１号 株式会 社日鉱共石内 (72)発明者 高木 堅志郎 東京都港区六本木７番地 東京大学生産技 術研究所内
Claims (7)
- 【請求項１】 電子ビーム溶解法又はプラズマ溶解法に
より高融点金属又は金属合金のインゴットを製造する方
法において、前記高融点金属又は金属合金の溶湯をモー
ルドに注入し、かつ前記モールド内の溶湯に超音波振動
エネルギーを付与することにより平均結晶粒径を１０ｍ
ｍ以下にすることを特徴とする高融点金属溶製材の製造
方法。 - 【請求項２】 電子ビーム溶解法又はプラズマ溶解法に
より高融点金属又は金属合金のインゴットを製造する方
法において、前記高融点金属又は金属合金の溶湯をモー
ルドに注入し、かつ前記モールド内で溶湯を凝固させ、
凝固金属又は金属合金が再結晶温度領域を通過するとき
に該再結晶温度領域内の金属又は合金に超音波振動エネ
ルギーを付与することにより平均結晶粒径を１０ｍｍ以
下に調整することを特徴とする高融点金属溶製材の製造
方法。 - 【請求項３】 前記超音波振動エネルギーの付与を、前
記モールドを振動媒質として行うことを特徴とする請求
項１又は２記載の高融点金属溶製材の製造方法。 - 【請求項４】前記超音波振動エネルギーの振動数を１ｋ
Ｈｚ以上の縦波又は横波とする請求項３記載の高融点金
属溶製材の製造方法。 - 【請求項５】 前記モールドはスターティングブロック
により一端が閉じられた貫通モールドであり、スターテ
ィングブロックをモールドから引き抜きながら溶湯を凝
固させる鋳造法を行う際に、前記超音波振動エネルギー
の付与をスターティングブロック及び凝固材の少なくと
も一方を振動媒質として行うことを特徴とする請求項１
又は２記載の高融点金属溶製材の製造方法。 - 【請求項６】 超音波振動エネルギーの振動数を１ｋＨ
ｚ以上の縦波乃至横波とする請求項５に記載の高融点金
属溶製材の製造方法。 - 【請求項７】 請求項１と請求項２の方法を同時行うこ
とを特徴とする高融点金属溶製材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7368493A JPH06287661A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 高融点金属溶製材の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7368493A JPH06287661A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 高融点金属溶製材の製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06287661A true JPH06287661A (ja) | 1994-10-11 |
Family
ID=13525291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7368493A Pending JPH06287661A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | 高融点金属溶製材の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06287661A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012029363A1 (ja) * | 2010-09-01 | 2012-03-08 | Jx日鉱日石金属株式会社 | インジウムターゲット及びその製造方法 |
| US9023487B2 (en) | 2011-09-21 | 2015-05-05 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Laminated structure and method for producing the same |
| US9139900B2 (en) | 2011-03-01 | 2015-09-22 | JX Nippon Mining Metals Corporation | Indium target and manufacturing method thereof |
| US9761421B2 (en) | 2012-08-22 | 2017-09-12 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Indium cylindrical sputtering target and manufacturing method thereof |
| US9758860B2 (en) | 2012-01-05 | 2017-09-12 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Indium sputtering target and method for manufacturing same |
| US9922807B2 (en) | 2013-07-08 | 2018-03-20 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Sputtering target and method for production thereof |
| CN109261977A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-01-25 | 西安建筑科技大学 | 一种超声细化晶粒的3d打印用金属粉末及其制备方法 |
| CN109482846A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-03-19 | 昆明理工大学 | 一种减少电子束冷床炉生产的铸锭表面裂纹的方法 |
| JP2020121331A (ja) * | 2019-01-31 | 2020-08-13 | 日本製鉄株式会社 | チタン鋳塊の製造方法および製造装置 |
| JP2020121332A (ja) * | 2019-01-31 | 2020-08-13 | 日本製鉄株式会社 | チタン鋳塊 |
-
1993
- 1993-03-31 JP JP7368493A patent/JPH06287661A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012052193A (ja) * | 2010-09-01 | 2012-03-15 | Jx Nippon Mining & Metals Corp | インジウムターゲット及びその製造方法 |
| CN102656291A (zh) * | 2010-09-01 | 2012-09-05 | Jx日矿日石金属株式会社 | 铟靶材及其制造方法 |
| US9490108B2 (en) | 2010-09-01 | 2016-11-08 | Jx Nippon Mining & Metals Corporation | Indium target and method for manufacturing same |
| WO2012029363A1 (ja) * | 2010-09-01 | 2012-03-08 | Jx日鉱日石金属株式会社 | インジウムターゲット及びその製造方法 |
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| CN109261977A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-01-25 | 西安建筑科技大学 | 一种超声细化晶粒的3d打印用金属粉末及其制备方法 |
| CN109482846A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-03-19 | 昆明理工大学 | 一种减少电子束冷床炉生产的铸锭表面裂纹的方法 |
| JP2020121331A (ja) * | 2019-01-31 | 2020-08-13 | 日本製鉄株式会社 | チタン鋳塊の製造方法および製造装置 |
| JP2020121332A (ja) * | 2019-01-31 | 2020-08-13 | 日本製鉄株式会社 | チタン鋳塊 |
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