JP2963268B2 - 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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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、チタン合金のVAR 法
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。
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。
【０００２】
【従来の技術】一般に、VAR 法によるチタン合金の鋳造
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。
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。
【０００３】このようにして得られるチタン合金のイン
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。
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。
【０００４】しかしながら、通常の方法によりチタン合
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。
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。
【０００５】Ti中にFeを添加する目的は、強度の向上さ
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。
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。
【０００６】一般的には、薄板製造プロセスにおいて、
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。
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。
【０００７】そこで、成分偏析を軽減する方法として、
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。
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。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記先
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。
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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明は、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に特徴を有する
ものである。
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。
【００１０】この発明を更に詳細に説明する。VAR 法に
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。
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。
【００１１】 Ｐ＝５（１−0.25Ｄ）Ｍ ---(1)
【００１２】図１は、上記(1) 式で表される溶融プール
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。
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。
【００１３】図２に、0.14≦Ｐ≦0.35の場合のチタン合
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。
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。
【００１４】
【実施例】次に、この発明を実施例によって更に説明す
る。 実施例１ Ti-4.5Al-3V-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。
る。 実施例１ Ti-4.5Al-3V-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。
【００１５】実施例２ Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Feからなる直径460mm 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。
を消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。
【００１６】比較例 Ti-4.5Al-3V-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：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、0.60m 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。
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：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、0.60m 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。
【００１７】なお、上述した比較例のインゴットのホッ
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。
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。
【００１８】
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
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。
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。
【図１】溶融プール深さとインゴット中のFeの最大偏析
値との関係を示すグラフである。
値との関係を示すグラフである。
【図２】インゴット径と溶解電流との関係を示すグラフ
である。
である。
【図３】溶解速度と溶融プール深さとの関係を示すグラ
フである。
フである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 勝彦 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 小泉 昌明 神奈川県茅ヶ崎市茅ヶ崎３−３−５ 東 邦チタニウム株式会社内 (72)発明者 岡野 宏之 神奈川県茅ヶ崎市茅ヶ崎３−３−５ 東 邦チタニウム株式会社内 (72)発明者 深田 伸男 神奈川県茅ヶ崎市茅ヶ崎３−３−５ 東 邦チタニウム株式会社内 (56)参考文献 特開 昭48−71713（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−155332（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−124238（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22B 9/20 C22B 9/04 C22C 1/02 503 C22C 14/00
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 |
|---|---|---|---|
| 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05214458A JPH05214458A (ja) | 1993-08-24 |
| JP2963268B2 true JP2963268B2 (ja) | 1999-10-18 |
Family
ID=12632587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4231592A Expired - Fee Related 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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| Country | Link |
|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| JP6347405B2 (ja) * | 2014-06-11 | 2018-06-27 | 日立金属株式会社 | マルエージング鋼の製造方法 |
| JP6396247B2 (ja) * | 2015-03-27 | 2018-09-26 | 株式会社神戸製鋼所 | 高融点活性金属の合金からなる鋳塊の製造方法および製造装置 |
| JP7132717B2 (ja) * | 2017-05-08 | 2022-09-07 | 株式会社神戸製鋼所 | チタン合金からなる鋳塊の製造方法 |
| JP6994392B2 (ja) * | 2018-01-16 | 2022-02-04 | 株式会社神戸製鋼所 | チタンを主成分とする合金からなる鋳塊、および、その製造方法 |
| CN109777980B (zh) * | 2019-02-28 | 2021-03-30 | 陕西天成航空材料有限公司 | 一种降低高铁成分钛合金铸锭偏析的方法 |
| CN111519066B (zh) * | 2020-05-26 | 2021-10-01 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种提高大规格钛合金铸锭成分均匀性的制备方法 |
| CN113174501B (zh) * | 2020-07-20 | 2022-08-02 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种提高钛合金充氩熔炼过程能见度及稳定性的方法 |
| CN112458305B (zh) * | 2020-10-27 | 2021-12-14 | 新疆湘润新材料科技有限公司 | 一种大规格tc4钛合金铸锭的制备方法 |
| CN112359233B (zh) * | 2020-10-27 | 2021-12-14 | 新疆湘润新材料科技有限公司 | 一种含铁元素的大规格钛及钛合金铸锭的制备方法 |
| CN113061761B (zh) * | 2021-03-22 | 2022-05-13 | 西部超导材料科技股份有限公司 | 一种制备全柱状晶钛合金铸锭的var熔炼方法 |
| CN116770114B (zh) * | 2023-06-25 | 2026-02-13 | 北京科技大学 | Tc4合金的制备方法 |
-
1992
- 1992-01-31 JP JP4231592A patent/JP2963268B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH05214458A (ja) | 1993-08-24 |
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