JPH1025527A - Manufacture of high purity titanium material, and multistage melting method of titanium ingot - Google Patents

Manufacture of high purity titanium material, and multistage melting method of titanium ingot

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JPH1025527A
JPH1025527A JP9090192A JP9019297A JPH1025527A JP H1025527 A JPH1025527 A JP H1025527A JP 9090192 A JP9090192 A JP 9090192A JP 9019297 A JP9019297 A JP 9019297A JP H1025527 A JPH1025527 A JP H1025527A
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JP
Japan
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titanium
melting
ingot
surface layer
dissolution
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Application number
JP9090192A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuichi Takahashi
勝一 高橋
Shigeo Anpo
重男 安保
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Toho Titanium Co Ltd
Original Assignee
Toho Titanium Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacture of a high purity titanium material suitable for sputtering target material, etc., from spongy titanium. SOLUTION: A titanium ingot is produced by applying multistage melting to spongy titanium as raw material. At this time, remelting is performed after the surface layer of the titanium ingot obtained in the preceding melting stage is removed. It is preferable to remove the surface layer of the titanium ingot obtained by the preceding melting by a depth of 0.1-20mm, and the high purity titanium material which contains <=400ppm oxygen and <=1ppm of Cu, Mn, and Pb and in which the amount of metallic components having a vapor pressure under melting conditions higher than that of Ti are limited to <=1ppm can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、クロール法やハン
ター法によって製造されたスポンジチタンを原料とし、
スパッタリングターゲット材などの用途に好適に使用す
ることのできる高純度チタン材の製造方法並びにチタン
インゴットの多段階溶解方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to titanium sponge produced by the crawl method or the Hunter method,
The present invention relates to a method for producing a high-purity titanium material which can be suitably used for applications such as a sputtering target material, and a multi-step melting method for a titanium ingot.

【0002】[0002]

【従来の技術】スポンジチタンは、原料鉱石を塩素化処
理して生成した四塩化チタンを、金属マグネシウムで還
元するクロール法又は金属ナトリウムで還元するハンタ
ー法によって得られる。例えばクロール法によって生成
した円柱状のスポンジチタンは還元反応終了後、真空分
離工程で未反応のマグネシウムや副生成物の塩化マグネ
シウムを除去したのち冷却され、反応容器から押出して
破砕工程で所望の粒径に破砕混合することにより、ロッ
トを形成して、密閉ドラム缶に収納される。
2. Description of the Related Art Titanium sponge is obtained by a chlor method of reducing titanium tetrachloride produced by chlorinating a raw ore with metallic magnesium or a Hunter method of reducing with metallic sodium. For example, cylindrical titanium sponge produced by the Kroll method is cooled after removing unreacted magnesium and by-product magnesium chloride in a vacuum separation step after completion of the reduction reaction, and extruded from a reaction vessel in a crushing step. A lot is formed by crushing and mixing to a diameter and stored in a closed drum.

【0003】このクロール法による金属チタンの製造
は、真空中またはアルゴン等の不活性ガス雰囲気下、外
気を全く遮断した条件下で実施されるが、得られるスポ
ンジチタンの外周面には、その中心部と比較して、大気
との接触や反応容器との接触部位からの汚染に起因して
酸素や鉄などの不純物含有率が高くなることが確認され
ている。
[0003] The production of titanium metal by the Kroll method is carried out in a vacuum or under an atmosphere of an inert gas such as argon and the like, with the outside air being completely shut off. It has been confirmed that the content of impurities such as oxygen and iron becomes higher due to the contact with the atmosphere and the contamination from the contact portion with the reaction vessel as compared with the part.

【0004】従って、真空分離によって精製されたバッ
チサイズの円柱状スポンジチタンは、上下面部並びに外
周面から中心に向かうほど高純度となるため、エレクト
ロニクス分野のような高純度が要求される用途分野に
は、この中心部位から採取したスポンジチタンを原料と
することが報告されている(Metallurgical Society of
AIME 1988. 「Light Metals」1988. P759〜768)。ま
た、半導体デバイスの用途に対応する高純度チタン材と
して、クロール法スポンジチタンの中心部位から採取し
たものを原料として製造された4nine5(99.995%) の高
純度チタン材が使用されていることも紹介されている
〔(社)チタニウム協会発行「チタン21世紀へ」(199
2. P115 〜123)〕。
[0004] Therefore, the titanium sponge of batch size purified by vacuum separation becomes higher in purity from the upper and lower surfaces and the outer peripheral surface toward the center, so that it is used in application fields where high purity is required such as in the electronics field. Has been reported to use titanium sponge collected from this central site as a raw material (Metallurgical Society of
AIME 1988. "Light Metals" 1988. P759-768). It also introduces the use of 4nine5 (99.995%) high-purity titanium material produced from raw materials collected from the center of the crawl titanium sponge as a high-purity titanium material for use in semiconductor devices. [Titanium Association to the 21st Century] (1992)
2. P115 to 123)].

【0005】また、クロール法スポンジチタンからLS
I用配線材料の素子用薄膜として優れるチタン材を得る
手段として、スポンジチタンの円柱状バッチの底部と頂
部並びに円周部から中心に向かって特定の部位を切断し
た残部、すなわち中心部分のスポンジチタンを溶解して
酸素含有量が300ppm 以下、Fe、Ni、Cr、A
l、Siの各元素の含有量が10ppm 以下の高純度チタ
ン材の製造方法が提案されている(特開平7-258765号公
報)。
[0005] In addition, LS from sponge titanium by the crawl method is used.
As means for obtaining a titanium material excellent as an element thin film of a wiring material for I, the bottom and top of a cylindrical batch of titanium sponge and the remaining part obtained by cutting a specific part from the circumference toward the center, that is, the sponge titanium in the center part Is dissolved to have an oxygen content of 300 ppm or less, Fe, Ni, Cr, A
A method for producing a high-purity titanium material having a content of each element of l and Si of 10 ppm or less has been proposed (JP-A-7-258765).

【0006】工業材料としてのチタン材はスポンジチタ
ンを溶解してインゴットを製造し、鋳造や圧延などの加
工工程を経て製品材料となるものであるから、チタン材
の品質特性に与える溶解工程の影響は無視できないもの
である。
[0006] Titanium as an industrial material is produced by melting titanium sponge to produce an ingot, and is processed into a product material through processing steps such as casting and rolling. Therefore, the effect of the melting step on the quality characteristics of the titanium material Is something that cannot be ignored.

【0007】チタン又はチタン基合金の溶解法としては
消耗電極式真空アーク溶解法(VAR)、プラズマ電子
ビーム溶解法(PBR)、電子ビーム溶解法(EB
R)、非消耗電極式アーク溶解法、エレクトロスラグ溶
解法(ESR)等が知られており、それぞれ一長一短が
あるが高純度チタンの溶解法として最も広く採用されて
いる方法は消耗電極式真空アーク溶解法(以下VARと
略記する。)である。
As a method for melting titanium or a titanium-based alloy, a consumable electrode type vacuum arc melting method (VAR), a plasma electron beam melting method (PBR), and an electron beam melting method (EB).
R), a non-consumable electrode arc melting method, an electroslag melting method (ESR), etc. are known, and each method has advantages and disadvantages, but the method most widely adopted as a method for dissolving high-purity titanium is a consumable electrode type vacuum arc method. This is a dissolution method (hereinafter abbreviated as VAR).

【0008】このVARは、スポンジチタンを圧縮成形
することによって得られるブリケットを、電極溶接機を
用いて接合することによって消耗電極とし、溶融チタン
を凝固させるための水冷銅ルツボを備えた真空容器内
で、消耗電極を陰極、インゴットを陽極として直流アー
クによって溶解する方法である。
[0008] This VAR is a consumable electrode obtained by joining briquettes obtained by compression-molding sponge titanium using an electrode welding machine, and is used in a vacuum vessel provided with a water-cooled copper crucible for solidifying molten titanium. This is a method in which a consumable electrode is used as a cathode and an ingot is used as an anode to melt by a DC arc.

【0009】一般的に、VARに限らずチタンの溶解は
組成の均質性を向上させるために、一次の溶解のみなら
ず二次、三次とくり返し溶解する多段階溶解が行われて
いるが、この場合、次段階の溶解用の継ぎ(スタブ)と
の溶接が必要であるため、インゴットの下端面または上
端面を一定量切削除去したのち、次段階の溶解が行われ
ている。
Generally, not only the VAR but also the titanium dissolution is performed not only in the primary dissolution but also in the secondary and tertiary dissolution in order to improve the homogeneity of the composition. In this case, since welding with a joint (stub) for melting in the next stage is necessary, the lower end surface or upper end surface of the ingot is cut and removed by a fixed amount, and then the next stage of melting is performed.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、クロール
法によって製造されたスポンジチタンは、溶解工程を経
て均質なインゴットとして工業用チタン材となるが、円
柱状スポンジチタンの底部、頂部並びに外周面を大巾に
切断除去し、中心部位の純度の高い部分のみを溶解した
としても、この溶解工程における汚染によってその純度
を損なうという難点がある。
As described above, sponge titanium produced by the crawl method becomes an industrial titanium material as a homogeneous ingot through a melting step. However, the bottom, top and outer peripheral surface of the cylindrical sponge titanium are used. However, even if only the high-purity portion of the central portion is dissolved by cutting it off, there is a problem that the purity is impaired by the contamination in the dissolving step.

【0011】特に、VARの場合10-1〜10-4torrの
真空雰囲気を維持して溶解を継続するが、インゴット中
の酸素含有量の上昇は溶解工程における極めて微量のリ
ークが原因と考えられており、そのための管理にのみ細
心の注意が払われている。ところが、極めて厳格に管理
を実施しても、原料スポンジチタン以上に酸素濃度や銅
含有量が増加する傾向がある点に注目し、本発明者らは
その原因について種々検討した結果、溶解終了後水冷銅
ルツボ(鋳型)から取り出されたインゴットの上下面部
を除く外周面の表層部分(以下単に「表層」または「表
層部」という。)に、溶解時に除去し得ずに残留する塩
化物等が付着しており、これが大気中の水分を容易に吸
収して次段階の溶解時に酸素としてインゴット中に混入
して酸素濃度を上昇させるということを知見した。さら
に、凝固偏析の観点でみた場合、平衝分配係数が大き
く、固相側に濃化しやすい元素、即ち酸素が、結果とし
てインゴット外周面の表層に濃化するという現象も知見
した。また、スポンジチタン中に不純物元素として残留
する成分のうち、Tiよりも蒸気圧が高く、かつ融点の
低い元素、例えば、Pb、Mn、Cu、Al等が、鋳型
内壁の低温部と接する部分に凝固し易いため、結果とし
てインゴット外周面の表層に濃化するという現象を見出
した。
In particular, in the case of VAR, melting is continued while maintaining a vacuum atmosphere of 10 -1 to 10 -4 torr, but an increase in the oxygen content in the ingot is considered to be caused by an extremely small amount of leakage in the melting step. Only careful attention has been paid to the management for that purpose. However, even with extremely strict control, the inventors noticed that the oxygen concentration and copper content tended to increase more than the raw material sponge titanium, and as a result of various studies on the cause thereof, the present inventors found that Chloride and the like that cannot be removed at the time of dissolution and remain on the surface layer portion (hereinafter simply referred to as “surface layer” or “surface layer portion”) of the outer surface except for the upper and lower surfaces of the ingot taken out of the water-cooled copper crucible (mold). It has been found that it adheres and easily absorbs moisture in the atmosphere and mixes as oxygen in the ingot in the next stage of dissolution to increase the oxygen concentration. Furthermore, from the standpoint of solidification segregation, they also found that the element having a large equilibrium distribution coefficient and being easily concentrated on the solid phase side, that is, oxygen, is concentrated on the surface layer of the ingot outer peripheral surface as a result. Further, among the components remaining as impurity elements in the sponge titanium, elements having a higher vapor pressure than Ti and a lower melting point, for example, Pb, Mn, Cu, Al, etc., are in contact with the low-temperature portion of the inner wall of the mold. It has been found that the solidification is liable to be solidified, and as a result, the solidification is concentrated on the surface layer on the outer peripheral surface of the ingot.

【0012】一方、銅含有量については水冷銅ルツボか
らインゴットを取り出す際の摩擦によって、インゴット
の表層に付着した銅が、次回の溶解時にインゴット中に
混入し、原料スポンジチタン以上の銅含有量となるとい
う知見を得た。
On the other hand, with respect to the copper content, due to friction when the ingot is taken out of the water-cooled copper crucible, the copper adhered to the surface layer of the ingot is mixed into the ingot at the next melting, and the copper content is higher than that of the raw material sponge titanium. It was found that it would be.

【0013】本発明は、このような知見に基づいて完成
したものであり、その目的はスポンジチタンからスパッ
タリングターゲット材などの用途に好適に用いることの
できる高純度のチタン材の製造方法及びチタンインゴッ
トの多段溶解方法を提供することにある。
The present invention has been completed on the basis of these findings, and its object is to provide a method of manufacturing a high-purity titanium material which can be suitably used for applications such as a sputtering target material from titanium sponge, and a titanium ingot. To provide a multistage dissolution method.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による高純度チタン材の製造方法は、スポン
ジチタンを多段階溶解してチタンインゴットを製造する
方法において、先の溶解工程で得られたチタンインゴッ
トの表層部分を除去したのち再溶解することを構成上の
特徴とする。また、本発明の高純度チタン材の製造方法
は、多段溶解が2段階以上の溶解工程からなり、再溶解
前の少なくとも1段階の溶解工程で得られたチタンイン
ゴットの表層部分を除去した後、再溶解することを構成
上の特徴とする。また、本発明のチタンインゴットの多
段溶解方法は、スポンジチタンを多段階溶解してチタン
インゴットを製造する方法において、先の溶解工程によ
って得られたチタンインゴットの表層部分を除去した
後、再溶解することを構成上の特徴とする。
According to the present invention, there is provided a method for producing a high-purity titanium material according to the present invention, in which a sponge is melted in multiple stages to produce a titanium ingot. It is characterized in that the surface layer of the obtained titanium ingot is removed and then redissolved. Further, the method for producing a high-purity titanium material of the present invention is characterized in that the multi-stage melting includes two or more melting steps, and after removing the surface layer portion of the titanium ingot obtained in at least one melting step before re-melting, Redissolving is a structural feature. Further, the multi-stage melting method of the titanium ingot of the present invention is a method of manufacturing a titanium ingot by multi-stage melting of sponge titanium, in which the surface layer portion of the titanium ingot obtained by the previous melting step is removed and then redissolved. This is a structural feature.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明をVAR法を例に詳
細に説明する。本発明の実施に供される原料スポンジチ
タンは、クロール法によって製造された円柱状スポンジ
チタンの表層部、すなわち上、下面部および円周部分を
一定量切削除去した中心部分から取り出されたものが用
いられる。この際、円柱状スポンジチタンの表層部か
ら、中心部に向うにつれ、即ち、上下面部並びに外周部
分の切削除去率を多くする程、中心部分のスポンジチタ
ンに含有される不純物元素は減少するから、最終目的純
度に合せてその採取量をコントロールすることできる。
上記に従い中心部から特定量採取したスポンジチタン
は、酸素450ppm 以下、Cu、Mn、Fe、Ni、C
r、Al、Siの各元素はそれぞれ10ppm 以下の不純
物を含有していた。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail by taking a VAR method as an example. The raw material sponge titanium used in the practice of the present invention is the surface layer portion of the columnar sponge titanium manufactured by the crawl method, that is, the upper surface, the lower surface portion, and the central portion obtained by cutting and removing a certain amount of the circumferential portion. Used. At this time, from the surface layer of the columnar sponge titanium, toward the center, that is, as the cutting removal rate of the upper and lower surfaces and the outer peripheral portion is increased, the impurity element contained in the sponge titanium in the center decreases. The collected amount can be controlled according to the final target purity.
According to the above, sponge titanium sampled from the center in a specific amount is oxygen 450 ppm or less, Cu, Mn, Fe, Ni, C
Each element of r, Al, and Si contained impurities of 10 ppm or less.

【0016】上記スポンジチタンを破砕工程において平
均粒径約10mmに破砕し、篩別したのち、圧縮プレス機
でブリケットに成形し、次いで電極溶接機によって接合
されて消耗電極が形成される。
The titanium sponge is crushed in a crushing step to an average particle size of about 10 mm, sieved, formed into briquettes by a compression press, and then joined by an electrode welding machine to form consumable electrodes.

【0017】該消耗電極を、底部にスタート材を収納し
た水冷銅ルツボを備えた溶解炉に設置し、炉内を10-1
〜10-4torrの真空度に維持しながら、消耗電極を陰
極、インゴットを陽極として、あるいは消耗電極を陽
極、インゴットを陰極として直流アークによって溶解す
る。
The consumable electrode is placed in a melting furnace equipped with a water-cooled copper crucible containing a starting material at the bottom, and the inside of the furnace is 10 -1.
While maintaining the degree of vacuum at 〜1010 −4 torr, melting is performed by a DC arc using the consumable electrode as a cathode and an ingot as an anode, or using the consumable electrode as an anode and an ingot as a cathode.

【0018】溶解処理は多段階に亘って行われるが、本
発明は最終溶解より前段階における溶解後、言い換える
と、先の溶解で得られたインゴットを再溶解する過程に
おいて、すなわち、二次溶解の場合は一次溶解後、三次
溶解の場合は一次、二次の各溶解後か、一次溶解後また
は二次溶解後のいずれかにおいて、水冷銅ルツボより取
り出されたインゴットの下端面(ボトム)、上端面(ク
ラウン)の切断又は切削除去に加え、円周部分の表層部
を除去した後、最終段階の溶解を行って高純度のチタン
材を製造するものである。表層部の除去は外周から中心
に向う深さ(除去する厚さ)で0.1〜20mm、好まし
くは0.5〜15mm、より好ましくは2〜10mm除去す
ることが望ましい。20mm以上の除去も防げないが、効
果と経済性を考慮すると好ましくない。表層部の除去手
段は、機械的に切削除去するのが一般的であるが、弗化
水素酸・硝酸混合水溶液による化学的処理、あるいは該
化学的処理と機械的切削との組合わせなど適宜に選択さ
れる。このようにして表層部を除去したインゴットを最
終溶解の消耗電極とし溶解処理することにより、不純物
含有量として酸素400ppm 以下、Fe、Ni、Crが
それぞれ10ppm 以下、Cu、Mn、Pb、Alがそれ
ぞれ1ppm 以下、該溶解条件下における蒸気圧がTiよ
り高い金属成分が1ppm 以下の高純度チタン材を製造す
ることが可能となる。
Although the dissolution treatment is performed in multiple stages, the present invention provides a method for re-dissolving the ingot obtained in the previous dissolution after the dissolution in a stage prior to the final dissolution, in other words, in the process of re-dissolving the ingot obtained in the previous dissolution. In the case of the first dissolution, in the case of the tertiary dissolution, after the first or second dissolution, either after the first dissolution or after the second dissolution, the lower end surface (bottom) of the ingot taken out of the water-cooled copper crucible, In addition to cutting or removing the upper end face (crown), after removing the surface layer portion of the circumferential portion, the final stage of melting is performed to produce a high-purity titanium material. It is desirable to remove the surface layer portion by a depth (thickness to be removed) from the outer periphery toward the center of 0.1 to 20 mm, preferably 0.5 to 15 mm, and more preferably 2 to 10 mm. Although removal of 20 mm or more cannot be prevented, it is not preferable in consideration of the effect and economy. The removal means of the surface layer is generally mechanically cut and removed, but it may be appropriately performed by chemical treatment with a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and nitric acid, or a combination of the chemical treatment and mechanical cutting. Selected. By dissolving the ingot with the surface layer removed in this way as a consumable electrode for final dissolution, the impurity content of oxygen is 400 ppm or less, Fe, Ni, and Cr are 10 ppm or less, respectively, and Cu, Mn, Pb, and Al are It is possible to produce a high-purity titanium material having a metal component having a vapor pressure of 1 ppm or less and a vapor pressure higher than that of Ti under the dissolution condition of 1 ppm or less.

【0019】本発明は、上記の如くVAR法に好適であ
るが、先の溶解即ち前段の溶解をEBRその他の溶解法
で実施し、最終溶解(再溶解)をVARで実施する場合
あるいは、前段の溶解(先の溶解)をVARで実施し、
最終溶解(再溶解)をEBRその他の溶解法で実施する
場合であっても好適に応用することができる。このよう
に、再溶解する前の消耗電極を形成する際にインゴット
の表層を所望の厚さ分だけ除去することにより、高純度
のチタン材を得ることができる。
Although the present invention is suitable for the VAR method as described above, the above-mentioned dissolution, that is, the former dissolution is carried out by EBR or another dissolution method, and the final dissolution (re-dissolution) is carried out by the VAR method. Dissolution (prior dissolution) of
Even when the final dissolution (redissolution) is carried out by EBR or another dissolution method, it can be suitably applied. As described above, by removing the surface layer of the ingot by a desired thickness when forming the consumable electrode before re-melting, a high-purity titanium material can be obtained.

【0020】本発明におけるチタンインゴットの表層部
除去と溶解方法の組合せを二次溶解並びに三次溶解で例
示すると以下の通りである。二次溶解の場合を表1に、
三次溶解の場合を表2にそれぞれ示す。なお、四次溶解
以上の溶解の場合は、この組合せから容易に展開できる
範囲で適宜に選択し得る。
The combination of the method for removing the surface layer of the titanium ingot and the method for dissolving the titanium ingot in the present invention is exemplified as follows by secondary dissolution and tertiary dissolution. Table 1 shows the case of secondary dissolution,
Table 2 shows the case of the tertiary dissolution. In the case of the fourth or higher dissolution, the combination can be appropriately selected within a range that can be easily developed from this combination.

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【0022】[0022]

【表2】 [Table 2]

【0023】以上の如く、VAR、EBR、PBR等の
溶解方法と表層部除去の組合せは、上記のほかに種々の
プロセスが実施可能であるが、目的とする高純度チタン
材に求められる純度と、コストとの関係において適宜に
選択される。
As described above, various processes other than the above can be used for the combination of the dissolving method of VAR, EBR, PBR and the like, and various processes can be performed. , And cost.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明
するが、本発明はこの実施例に限定されるものではな
い。
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0025】実施例1 クロール法によって精製されたスポンジチタンの上、下
並びに外周部を切断除去して取り出された高純度スポン
ジチタンを破砕工程において粉砕後、篩別して平均粒径
10mmのスポンジチタン粒を得た。該スポンジチタンの
成分分析を行ない、その結果を表3に示した。次いでこ
のスポンジチタン粒を圧縮プレス機で圧縮成形してブリ
ケットとした後、電極溶接機により継ぎ合わせ、さらに
スタブを溶着してVAR溶解用の一次消耗電極を作製し
た。この一次消耗電極を消耗電極式真空アーク溶解炉の
陰極にセットし、水冷銅ルツボを陽極として炉内の真空
度を10-1〜10-4torrに維持してVAR溶解を実施す
ることにより、外径約460mm、重さ約2ton の一次イ
ンゴットを製造した。
Example 1 High-purity sponge titanium obtained by cutting and removing the upper, lower and outer peripheral parts of sponge titanium purified by the Kroll method is pulverized in a crushing step, sieved, and sieved to obtain sponge titanium particles having an average particle diameter of 10 mm. I got The components of the titanium sponge were analyzed, and the results are shown in Table 3. Next, the sponge titanium particles were compression-molded into a briquette by a compression press machine, joined together by an electrode welding machine, and further welded with a stub to prepare a primary consumable electrode for VAR melting. By setting this primary consumable electrode to the cathode of a consumable electrode type vacuum arc melting furnace, and performing VAR melting by maintaining the degree of vacuum in the furnace at 10 -1 to 10 -4 torr using a water-cooled copper crucible as an anode, A primary ingot having an outer diameter of about 460 mm and a weight of about 2 tons was manufactured.

【0026】上記一次インゴットの下端面(ボトム)を
スタブの溶着に支障のないように平滑に切削するととも
に、上端面(クラウン)の突起部を削り取り、次いで該
インゴットの側面(表層)を厚さ2.5mm(外径で5.
0mm)切削除去した後、スタブを溶着して2次消耗電極
を形成した。次いで水冷銅ルツボの外径を一次溶解時の
ものに比較して大きくした以外は、一次溶解時と同一の
条件でVARによる二次溶解(最終溶解)を実施し、外
径約550mm、重さ約2ton の二次インゴットを製造し
た。得られた二次インゴットの成分分析を行い、その結
果を表3に示した。
The lower end surface (bottom) of the primary ingot is cut smoothly so as not to hinder the welding of the stub, the projection on the upper end surface (crown) is cut off, and the side surface (surface layer) of the ingot is thickened. 2.5mm (5.
0 mm) After cutting and removing, a stub was welded to form a secondary consumable electrode. Next, a secondary dissolution (final dissolution) using a VAR was performed under the same conditions as in the primary dissolution except that the outer diameter of the water-cooled copper crucible was made larger than that in the primary dissolution, and the outer diameter was about 550 mm, and the weight was About 2 tons of secondary ingots were produced. The component analysis of the obtained secondary ingot was performed, and the results are shown in Table 3.

【0027】実施例2 実施例1と同一の条件で一次・二次の溶解を実施し、得
られた二次インゴットの表層を、実施例1と同一条件で
切削除去した後、二次溶解と同一の条件でVARによる
三次溶解を行ない、三次インゴットを製造した。得られ
た三次インゴットの成分々析を行ない、結果を表3に示
した。
Example 2 Primary and secondary melting were carried out under the same conditions as in Example 1, and the surface layer of the obtained secondary ingot was cut and removed under the same conditions as in Example 1, followed by secondary melting. A tertiary dissolution by VAR was performed under the same conditions to produce a tertiary ingot. The components of the resulting tertiary ingot were analyzed, and the results are shown in Table 3.

【0028】実施例3 実施例1で同一の条件でVARによる一次インゴットを
製造し、該インゴットの表層を実施例1と同一の条件で
切削除去した後、炉内真空度を10-3〜10-5torrに維
持したEB溶解炉で、EBR溶解を実施し、二次インゴ
ットを製造した。得られた二次インゴットの成分々析を
行ない、結果を表3に示した。
Example 3 A primary ingot was manufactured by VAR under the same conditions as in Example 1 and the surface layer of the ingot was cut and removed under the same conditions as in Example 1, and then the degree of vacuum in the furnace was set to 10 −3 to 10 −3. EBR melting was performed in an EB melting furnace maintained at -5 torr to produce a secondary ingot. The components of the resulting secondary ingot were analyzed, and the results are shown in Table 3.

【0029】比較例1 一次インゴットの表層の切削除去を実施しなかった以外
は、実施例1と同一の条件で二次インゴットを製造し
た。得られた二次インゴットの成分々析を行ない、結果
を表3に併載した。
Comparative Example 1 A secondary ingot was manufactured under the same conditions as in Example 1 except that the surface layer of the primary ingot was not cut off. The components of the resulting secondary ingot were analyzed, and the results are shown in Table 3.

【0030】[0030]

【表3】 [Table 3]

【0031】表1の結果から、本発明によれば酸素、C
u、Mn、Pb等の不純物含有量を原料スポンジチタン
と同等ないし、それ以下にすることが可能である。更
に、Fe、Niなどの不純物含有量も原料スポンジチタ
ンより1ppm 程度低位にあり、従来の方法に比べ高純度
のチタン材を製造することができる。
From the results shown in Table 1, according to the present invention, oxygen, C
The content of impurities such as u, Mn, and Pb can be equal to or less than that of the raw titanium sponge. Further, the content of impurities such as Fe and Ni is about 1 ppm lower than that of the raw material titanium sponge, and it is possible to produce a titanium material having higher purity than the conventional method.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明の方法によって製造されたチタン
材(チタンインゴット)は、従来の公知のVAR溶解法
を用いるにもかかわらず、原料スポンジチタンに含有さ
れる不純物濃度、とりわけ、VAR法では酸素含有量が
増加するという定説を覆して、原料スポンジチタン以下
にすることができる。また、Cu、Mn、Pb等の不純
物元素のうち、溶解条件下における蒸気圧がTiよりも
高く、融点が低い元素は、原料スポンジチタンの含有量
より低減し得ることができると共に、Fe、Ni等の重
金属元素も極めて低位にあることが確認されている。し
たがって、本発明によって製造される高純度チタン材は
4nine5(99.995%) 以上のチタン材として半導体デバイ
スなどの用途にも充分対応し得る高純度チタン材が得ら
れる。
According to the titanium material (titanium ingot) produced by the method of the present invention, the concentration of impurities contained in the raw titanium sponge, in particular, the VAR method is used in spite of using the conventionally known VAR melting method. Contrary to the belief that the oxygen content increases, it can be reduced to titanium sponge or less. Further, among impurity elements such as Cu, Mn, and Pb, elements having a vapor pressure higher than that of Ti under melting conditions and a low melting point can be reduced from the content of the raw material sponge titanium, and Fe, Ni It has also been confirmed that heavy metal elements such as. Therefore, the high-purity titanium material produced according to the present invention can be obtained as a titanium material of 4 nines (99.995%) or more, which can sufficiently cope with applications such as semiconductor devices.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 スポンジチタンを多段階溶解してチタン
インゴットを製造する方法において、先の溶解工程で得
られたチタンインゴットの表層部分を除去したのち再溶
解することを特徴とする高純度チタン材の製造方法。
1. A method for producing a titanium ingot by dissolving titanium sponge in multiple stages, comprising removing the surface layer of the titanium ingot obtained in the previous melting step and then redissolving it. Manufacturing method.
【請求項2】 多段溶解が2段階以上の溶解工程からな
り、再溶解前の少なくとも1段階の溶解工程で得られた
チタンインゴットの表層部分を除去した後、再溶解する
請求項1に記載の高純度チタン材の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the multi-stage melting comprises two or more melting steps, and the surface layer portion of the titanium ingot obtained in at least one melting step before the re-melting is removed and then redissolved. Manufacturing method of high purity titanium material.
【請求項3】 先の溶解工程で得られたチタンインゴッ
トの表層部分を深さ0.1〜20mm除去した後、再溶解
する請求項1又は2に記載の高純度チタン材の製造方
法。
3. The method for producing a high-purity titanium material according to claim 1, wherein the surface layer portion of the titanium ingot obtained in the previous melting step is removed at a depth of 0.1 to 20 mm and then redissolved.
【請求項4】 最終溶解後のチタンインゴット中の不純
物含有量が、酸素400ppm 以下、Fe、Ni、Crが
それぞれ10ppm 以下、Cu、Mn、Pbがそれぞれ1
ppm 以下、該溶解条件下における蒸気圧がTiより高い
金属成分が1ppm 以下である請求項1〜3のいずれか1
項に記載の高純度チタン材の製造方法。
4. The content of impurities in the titanium ingot after the final melting is 400 ppm or less oxygen, 10 ppm or less each of Fe, Ni, and Cr, and 1 ppm each of Cu, Mn, and Pb.
The metal component having a vapor pressure of not more than 1 ppm or less than Ti under the dissolution condition is 1 ppm or less.
The method for producing a high-purity titanium material according to the above item.
【請求項5】 多段階溶解が消耗電極式真空アーク溶
解、非消耗電極式真空アーク溶解、電子ビーム溶解又は
プラズマアーク溶解及びそれらの組合わせである請求項
1〜4のいずれか1項に記載の高純度チタン材の製造方
法。
5. The method according to claim 1, wherein the multi-stage melting is a consumable electrode type vacuum arc melting, a non-consumable electrode type vacuum arc melting, an electron beam melting or a plasma arc melting and a combination thereof. Production method of high purity titanium material.
【請求項6】 スポンジチタンを多段階溶解してチタン
インゴットを製造する方法において、先の溶解工程によ
って得られたチタンインゴットの表層部分を除去した
後、再溶解することを特徴とするチタンインゴットの多
段階溶解方法。
6. A method for producing a titanium ingot by melting titanium sponge in multiple stages, wherein the surface layer portion of the titanium ingot obtained in the previous melting step is removed and then redissolved. Multi-stage dissolution method.
JP9090192A 1996-03-25 1997-03-25 Manufacture of high purity titanium material, and multistage melting method of titanium ingot Pending JPH1025527A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4701521B2 (en) * 2001-03-14 2011-06-15 大同特殊鋼株式会社 Cold crucible dissolution method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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