JPH0625811A - 金属形材の製造方法 - Google Patents
金属形材の製造方法Info
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- JPH0625811A JPH0625811A JP4151462A JP15146292A JPH0625811A JP H0625811 A JPH0625811 A JP H0625811A JP 4151462 A JP4151462 A JP 4151462A JP 15146292 A JP15146292 A JP 15146292A JP H0625811 A JPH0625811 A JP H0625811A
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- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
- C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
- C22F1/186—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of zirconium or alloys based thereon
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ジルコニウム及びハフニウム形材を製造する
ための費用効率の高いプラズマ・アーク溶融法を提供す
る。 【構成】 ジルコニウム、ハフニウム及びこれらの金属
を少なくとも約９０重量％含有する合金から選択された
金属をプラズマ・アークで溶融して液体プールを形成す
る。かかる金属を液体プールから型内に注ぎ込んで素形
材を形成する。金属をその素形材から最終サイズに縮小
すると共にサイズ縮小工程を通じて金属の温度をα−β
遷移温度以下に保つ。
ための費用効率の高いプラズマ・アーク溶融法を提供す
る。 【構成】 ジルコニウム、ハフニウム及びこれらの金属
を少なくとも約９０重量％含有する合金から選択された
金属をプラズマ・アークで溶融して液体プールを形成す
る。かかる金属を液体プールから型内に注ぎ込んで素形
材を形成する。金属をその素形材から最終サイズに縮小
すると共にサイズ縮小工程を通じて金属の温度をα−β
遷移温度以下に保つ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ・アーク溶融
法によって得た鋳物から金属形材を製造する方法に関
し、特に、素形材サイズの鋳物からジルコニウム及びハ
フニウムの形材を製造する方法に関する。
法によって得た鋳物から金属形材を製造する方法に関
し、特に、素形材サイズの鋳物からジルコニウム及びハ
フニウムの形材を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ジルコ
ニウム及びハフニウムの半製品、例えば管板、ビレット
及び平らなチャンネル用シートの製造における現行の工
業的な手法では、一般に、高真空又は非酸化性の保護用
雰囲気を用いる一連の高温加工工程が実施される。大雑
把に述べると、インゴットを、マルチプル真空アーク溶
融法又は電子ビーム溶融法のいずれかにより、統合した
状態で溶融する。次にインゴットをα−β遷移温度より
も充分に高い温度に加熱し、次に高温状態で鍛造を行う
ことにより加工熱処理（thermo-mechanical treatment)
して中間段階の形材にし（１又は２回以上のβ焼入れ処
理を実施する場合が多い）、この形材はα遷移温度範囲
内で更に機械加工を行うことができるであろう。有利に
は、ジルコニウム及びハフニウムを空気中でα温度範囲
で処理するのがよいが、これに対してβ遷移温度範囲内
で加工する場合には非酸化性の雰囲気によって保護する
必要がある。
ニウム及びハフニウムの半製品、例えば管板、ビレット
及び平らなチャンネル用シートの製造における現行の工
業的な手法では、一般に、高真空又は非酸化性の保護用
雰囲気を用いる一連の高温加工工程が実施される。大雑
把に述べると、インゴットを、マルチプル真空アーク溶
融法又は電子ビーム溶融法のいずれかにより、統合した
状態で溶融する。次にインゴットをα−β遷移温度より
も充分に高い温度に加熱し、次に高温状態で鍛造を行う
ことにより加工熱処理（thermo-mechanical treatment)
して中間段階の形材にし（１又は２回以上のβ焼入れ処
理を実施する場合が多い）、この形材はα遷移温度範囲
内で更に機械加工を行うことができるであろう。有利に
は、ジルコニウム及びハフニウムを空気中でα温度範囲
で処理するのがよいが、これに対してβ遷移温度範囲内
で加工する場合には非酸化性の雰囲気によって保護する
必要がある。
【０００３】最近、プラズマ・アーク処理法によってジ
ルコニウムを溶融することが提案されている。これにつ
いては、例えば、ディー・アペライアン氏等（D. Apeli
an et al.)の「電子ビーム溶融法とプラズマ溶融法の考
察（“Electron Beam Melting V. Plasma Melting: A C
ritical Review”）」 Proceedings of the Conference
entitled “Electron beam Melting and Refining, st
ate of the Art 1984”の１８〜４８頁を参照された
い。この文献はとりわけ、炭素電極を用いてジルコニウ
ムをプラズマ・アークで溶融できること及びチタンのス
クラップとスポンジをプラズマ・アークで溶融すれば電
極が形成され、引き続き真空アーク再溶融を行うことが
できることを指示している。この文献はまた、チタン・
スポンジを炉床内でプラズマ・アークにより溶融し、次
に溶融状態のチタンを、連続引抜き機構を備えた型内に
注ぎ込んでスラブ・インゴット（図１９参照）を製造す
る日本製チタン・スラブ・インゴット設備を概略的に説
明している。チタンのスクラップ及びスポンジを処理す
るためのプラズマ溶融設備は、ジー・シック氏（Ｇ．Ｓ
ｉｃｋ）の「大規模プラズマ溶融及び再溶融試験（“Ｌ
ａｒｇｅ ＳｃａｌｅＰｌａｓｍａ Ｍｅｌｔｉｎｇ
ａｎｄ Ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ Ｔｅｓｔｓ”）」，Ｐｒ
ｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｍ
ｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９８６
及び「チタン及び超合金のためのプラズマ溶融法（“Ｐ
ｌａｓｍａ Ｍｅｌｔｉｎｇ Ｆｏｒ Ｔｉｔａｎｉｕ
ｍ ａｍｄ Ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ”）」 Ｐｒｏｃ
ｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅＶａｃｕｕｍ Ｍｅｔａ
ｌｌｕｒｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９８９に開示
されている。
ルコニウムを溶融することが提案されている。これにつ
いては、例えば、ディー・アペライアン氏等（D. Apeli
an et al.)の「電子ビーム溶融法とプラズマ溶融法の考
察（“Electron Beam Melting V. Plasma Melting: A C
ritical Review”）」 Proceedings of the Conference
entitled “Electron beam Melting and Refining, st
ate of the Art 1984”の１８〜４８頁を参照された
い。この文献はとりわけ、炭素電極を用いてジルコニウ
ムをプラズマ・アークで溶融できること及びチタンのス
クラップとスポンジをプラズマ・アークで溶融すれば電
極が形成され、引き続き真空アーク再溶融を行うことが
できることを指示している。この文献はまた、チタン・
スポンジを炉床内でプラズマ・アークにより溶融し、次
に溶融状態のチタンを、連続引抜き機構を備えた型内に
注ぎ込んでスラブ・インゴット（図１９参照）を製造す
る日本製チタン・スラブ・インゴット設備を概略的に説
明している。チタンのスクラップ及びスポンジを処理す
るためのプラズマ溶融設備は、ジー・シック氏（Ｇ．Ｓ
ｉｃｋ）の「大規模プラズマ溶融及び再溶融試験（“Ｌ
ａｒｇｅ ＳｃａｌｅＰｌａｓｍａ Ｍｅｌｔｉｎｇ
ａｎｄ Ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ Ｔｅｓｔｓ”）」，Ｐｒ
ｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｍ
ｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９８６
及び「チタン及び超合金のためのプラズマ溶融法（“Ｐ
ｌａｓｍａ Ｍｅｌｔｉｎｇ Ｆｏｒ Ｔｉｔａｎｉｕ
ｍ ａｍｄ Ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ”）」 Ｐｒｏｃ
ｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅＶａｃｕｕｍ Ｍｅｔａ
ｌｌｕｒｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，１９８９に開示
されている。
【０００４】これら文献が一般的に示すように、プラズ
マ・アーク法は非常に大きな資本を要する設備及び高い
経常費を必要とする。かくして、このようなプラズマ・
アーク法は商業的観点からはジルコニウム及びハフニウ
ムの製造に適していなかった。
マ・アーク法は非常に大きな資本を要する設備及び高い
経常費を必要とする。かくして、このようなプラズマ・
アーク法は商業的観点からはジルコニウム及びハフニウ
ムの製造に適していなかった。
【０００５】本発明の目的は、ジルコニウム及びハフニ
ウムを製造するための費用効率の高いプラズマ・アーク
法を提供することにある。本発明のもう一つの目的は、
本発明の方法の鋳造工程の後に実施される高温（β）鍛
造工程を不要にすることにある。
ウムを製造するための費用効率の高いプラズマ・アーク
法を提供することにある。本発明のもう一つの目的は、
本発明の方法の鋳造工程の後に実施される高温（β）鍛
造工程を不要にすることにある。
【０００６】本発明の方法は、管板、ビレット、スラ
ブ、管及びチャンネル用シートを含むジルコニウム／ハ
フニウム形材の製造におけるプラズマ・アーク溶融工程
を用いる。有利には、プラズマ・アークによって溶融状
態にある金属及び合金を直接素形材の状態に鋳造する。
このようにすると、素形材を最終形状にするにはα加工
処理を実施すれば足りる。好ましくは、素形材をα遷移
温度による加工前に、β熱処理して急冷処理を行う。か
くして、非酸化性雰囲気中における再加熱及び高温鍛造
を次に行う必要がない。本明細書において、「素形材
（near net shape）」という用語は、形材の表面をα−
β遷移温度以下に保った状態で最終形状に縮小できる形
材を意味する。
ブ、管及びチャンネル用シートを含むジルコニウム／ハ
フニウム形材の製造におけるプラズマ・アーク溶融工程
を用いる。有利には、プラズマ・アークによって溶融状
態にある金属及び合金を直接素形材の状態に鋳造する。
このようにすると、素形材を最終形状にするにはα加工
処理を実施すれば足りる。好ましくは、素形材をα遷移
温度による加工前に、β熱処理して急冷処理を行う。か
くして、非酸化性雰囲気中における再加熱及び高温鍛造
を次に行う必要がない。本明細書において、「素形材
（near net shape）」という用語は、形材の表面をα−
β遷移温度以下に保った状態で最終形状に縮小できる形
材を意味する。
【０００７】本発明の実施において、ジルコニウム、ハ
フニウム又はこれらの金属の含有量が少なくとも約９０
重量％である合金をプラズマ・アークにより溶融して液
体金属のプールを形成する。液体金属をプールから型内
に注ぎ込んで素形材を形成する。次に、素形材を最終サ
イズに縮小し、その間、その温度をサイズ縮小工程を通
じてα−β遷移温度以下に保つ。
フニウム又はこれらの金属の含有量が少なくとも約９０
重量％である合金をプラズマ・アークにより溶融して液
体金属のプールを形成する。液体金属をプールから型内
に注ぎ込んで素形材を形成する。次に、素形材を最終サ
イズに縮小し、その間、その温度をサイズ縮小工程を通
じてα−β遷移温度以下に保つ。
【０００８】好ましい方法においては、少なくとも約９
０重量％のジルコニウムを含む素形材をβ処理し、約６
７０°Ｃ以下に急冷し、約６７０°Ｃ以下に保った状態
で最終形状に縮小する。
０重量％のジルコニウムを含む素形材をβ処理し、約６
７０°Ｃ以下に急冷し、約６７０°Ｃ以下に保った状態
で最終形状に縮小する。
【０００９】本発明の他の目的及び利点は、本発明の好
ましい実施例の以下の説明から一層明らかになろう。
ましい実施例の以下の説明から一層明らかになろう。
【００１０】本発明の好ましい方法では、例えば、クロ
ール還元法又は使用可能なレベルのリサイクル源からの
粉砕状態のジルコニウム・スポンジ粒子をプラズマ・ア
ーク炉内の炉床に供給し、ここで固形物を溶融しアーク
により攪拌して均質の液体金属プールを形成する。錫、
鉄、ニッケル及び／又はニオブを含有したジルコニウム
合金、例えば本出願人から入手できるジルカロイ２、ジ
ルカロイ４及びジルロ合金（Zirlo alloys）をこのよう
に溶融するのが良い。好ましくは、不活性ガス、例えば
アルゴン又はヘリウムをプラズマ炉内で用いて不活性な
雰囲気を生じると共に溶融体を溶融攪拌する。プラズマ
炉内における雰囲気圧は好ましくは大気圧よりも僅かに
高く、炉内圧力は約１〜５ｐｓｉｇであるのがよい。有
利には、炉内の比較的高い圧力（電子ビーム炉との比較
で）は、蒸気圧の高い金属合金材の蒸発を減少させる。
ール還元法又は使用可能なレベルのリサイクル源からの
粉砕状態のジルコニウム・スポンジ粒子をプラズマ・ア
ーク炉内の炉床に供給し、ここで固形物を溶融しアーク
により攪拌して均質の液体金属プールを形成する。錫、
鉄、ニッケル及び／又はニオブを含有したジルコニウム
合金、例えば本出願人から入手できるジルカロイ２、ジ
ルカロイ４及びジルロ合金（Zirlo alloys）をこのよう
に溶融するのが良い。好ましくは、不活性ガス、例えば
アルゴン又はヘリウムをプラズマ炉内で用いて不活性な
雰囲気を生じると共に溶融体を溶融攪拌する。プラズマ
炉内における雰囲気圧は好ましくは大気圧よりも僅かに
高く、炉内圧力は約１〜５ｐｓｉｇであるのがよい。有
利には、炉内の比較的高い圧力（電子ビーム炉との比較
で）は、蒸気圧の高い金属合金材の蒸発を減少させる。
【００１１】液体プール内の金属を、例えば炉床から注
込みノズルを通し、或いは堰（せき）装置を越えて流す
ことにより、鋳造用の型内に注ぎ込む。好ましくは、鋳
造用型は連続稼働し、鋳造形材を引き抜くための引抜き
機構が用いられる。シームレス管類及びこれと類似の製
品のための管板の製造に当たり、鋳造用型は、細長い型
本体の中央に水冷マンドレルを含むのがよい。次に、金
属をマンドレルと型中空部との間のキャビティー内で凝
固させることにより中空のビレットを製造する。マンド
レルを取り外すと、棒、ロッド及び類似の製品のための
中実ビレットの製造が可能になる。チャンネル及び類似
の製品のためのシートを、幅対厚さの比が約４／１以上
の全体として矩形の横断面を有する底無し型内で連続的
に鋳造するのがよい。
込みノズルを通し、或いは堰（せき）装置を越えて流す
ことにより、鋳造用の型内に注ぎ込む。好ましくは、鋳
造用型は連続稼働し、鋳造形材を引き抜くための引抜き
機構が用いられる。シームレス管類及びこれと類似の製
品のための管板の製造に当たり、鋳造用型は、細長い型
本体の中央に水冷マンドレルを含むのがよい。次に、金
属をマンドレルと型中空部との間のキャビティー内で凝
固させることにより中空のビレットを製造する。マンド
レルを取り外すと、棒、ロッド及び類似の製品のための
中実ビレットの製造が可能になる。チャンネル及び類似
の製品のためのシートを、幅対厚さの比が約４／１以上
の全体として矩形の横断面を有する底無し型内で連続的
に鋳造するのがよい。
【００１２】素形材を鋳造用型内でα−β遷移温度以下
に冷却し、或いは後で型内に入れる。市販のジルコニウ
ム合金は大抵の場合、６７０°Ｃよりも高い遷移温度を
有している。好ましくは、形材をサイズ縮小工程前に、
約６７０°Ｃ以下にβ急冷処理をする。
に冷却し、或いは後で型内に入れる。市販のジルコニウ
ム合金は大抵の場合、６７０°Ｃよりも高い遷移温度を
有している。好ましくは、形材をサイズ縮小工程前に、
約６７０°Ｃ以下にβ急冷処理をする。
【００１３】次に、素形材をそれらの遷移温度よりも低
い温度で最終形状（これは半製品の場合がある）に縮小
する。縮小の度合いは、約１％の形状縮小工程から数百
％の工学的な縮小率まで様々である。有利には、ジルコ
ニウム及びハフニウム形材のα加工を金属を酸化させず
に、空気中で行うのが良い。かくして、適当な潤滑剤を
用いると表面コンディショニングは通常、不必要にな
る。
い温度で最終形状（これは半製品の場合がある）に縮小
する。縮小の度合いは、約１％の形状縮小工程から数百
％の工学的な縮小率まで様々である。有利には、ジルコ
ニウム及びハフニウム形材のα加工を金属を酸化させず
に、空気中で行うのが良い。かくして、適当な潤滑剤を
用いると表面コンディショニングは通常、不必要にな
る。
【００１４】かくして、本発明によれば、材料、エネル
ギ及び労力を著しく節減できることが理解されよう。本
発明に従って製造された形材は、良好な化学的管理及び
均質性を備え、仕上げ作業の必要は、もしあるとして
も、ほんの僅かである。
ギ及び労力を著しく節減できることが理解されよう。本
発明に従って製造された形材は、良好な化学的管理及び
均質性を備え、仕上げ作業の必要は、もしあるとして
も、ほんの僅かである。
───────────────────────────────────────────────────── 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 27/00 // Ｂ２２Ｄ 27/02 Ｂ 7011−4Ｅ
Claims (9)
- 【請求項１】 ジルコニウム、ハフニウム及びこれらの
金属を少なくとも約９０重量％含有する合金から選択さ
れた金属をプラズマ・アークで溶融して液体プールを形
成し、金属を液体プールから型内に注ぎ込んで素形材を
形成し、金属をその素形材から最終サイズに縮小すると
共にサイズ縮小工程を通じて金属の温度をα−β遷移温
度以下に保つことを特徴とする金属形材の製造方法。 - 【請求項２】 最終形状は管板であることを特徴とする
請求項１の金属形材の製造方法。 - 【請求項３】 最終形状は中空ビレットであることを特
徴とする金属形材製造方法。 - 【請求項４】 最終形状は中実ビレットであることを特
徴とする請求項１の金属形材の製造方法。 - 【請求項５】 最終形状はシートであることを特徴とす
る請求項１の金属形材の製造方法。 - 【請求項６】 最終形状はスラブであることを特徴とす
る請求項１の金属形材の製造方法。 - 【請求項７】 鋳造したての形材を最終形状に縮小して
いる間、鋳造したての形材の温度を約６７０°Ｃ以下に
保つことを特徴とする請求項１の金属形材の製造方法。 - 【請求項８】 素形材を、サイズ縮小工程前に、α−β
遷移温度よりも高い温度に加熱することを特徴とする請
求項１の金属形材の製造方法。 - 【請求項９】 α−β遷移温度よりも高い温度に加熱さ
れた素形材を、サイズ縮小工程前に、遷移温度よりも低
い温度に急冷することを特徴とする請求項８の金属形材
の製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/703,311 US5156689A (en) | 1991-05-20 | 1991-05-20 | Near net shape processing of zirconium or hafnium metals and alloys |
| US703311 | 2000-11-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0625811A true JPH0625811A (ja) | 1994-02-01 |
Family
ID=24824885
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4151462A Withdrawn JPH0625811A (ja) | 1991-05-20 | 1992-05-19 | 金属形材の製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5156689A (ja) |
| JP (1) | JPH0625811A (ja) |
| FR (1) | FR2676672B1 (ja) |
| SE (1) | SE518537C2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2593807C2 (ru) * | 2014-12-23 | 2016-08-10 | Акционерное общество "Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара" (АО "ВНИИНМ) | Способ получения слитков гафния вакуумно-дуговым переплавом |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1213629B (de) * | 1961-04-10 | 1966-03-31 | Wah Chang Corp | Verfahren zur Herstellung von Zirkoniumlegierungen stets gleich hoher Korrosionsbestaendigkeit |
| GB1444104A (en) * | 1972-12-18 | 1976-07-28 | Asea Ab | Method for manufacturing zirconium tubing |
| JPS58164772A (ja) * | 1982-03-25 | 1983-09-29 | Nippon Mining Co Ltd | ジルコニウム合金の加工方法 |
| JPS58224139A (ja) * | 1982-06-21 | 1983-12-26 | Hitachi Ltd | 高耐食性ジルコニウム合金 |
| JPS60124452A (ja) * | 1983-12-07 | 1985-07-03 | Hitachi Ltd | 高純度金属スリ−ブの製造方法 |
| US4794979A (en) * | 1984-06-15 | 1989-01-03 | Mcdonnell Douglas Corporation | Method for melting metal, particularly scrap, and forming metal billets |
| EP0196286B1 (en) * | 1985-03-12 | 1989-05-17 | Santrade Ltd. | Method of manufacturing tubes of zirconium alloys with improved corrosion resistance for thermal nuclear reactors |
| FR2584097B1 (fr) * | 1985-06-27 | 1987-12-11 | Cezus Co Europ Zirconium | Procede de fabrication d'une ebauche de tube de gainage corroyee a froid en alliage de zirconium |
| US4717428A (en) * | 1985-08-02 | 1988-01-05 | Westinghouse Electric Corp. | Annealing of zirconium based articles by induction heating |
| FR2599049B1 (fr) * | 1986-05-21 | 1988-07-01 | Cezus Co Europ Zirconium | Procede de fabrication d'un feuillard en zircaloy 2 ou zircaloy 4 partiellement recristallise et feuillard obtenu |
| ES2034312T3 (es) * | 1987-06-23 | 1993-04-01 | Framatome | Procedimiento de fabricacion de un tubo de aleacion de circonio para reactor nuclear y aplicaciones. |
-
1991
- 1991-05-20 US US07/703,311 patent/US5156689A/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-04-03 SE SE9201065A patent/SE518537C2/sv not_active IP Right Cessation
- 1992-05-19 JP JP4151462A patent/JPH0625811A/ja not_active Withdrawn
- 1992-05-19 FR FR9206032A patent/FR2676672B1/fr not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2676672A1 (fr) | 1992-11-27 |
| SE9201065D0 (sv) | 1992-04-03 |
| SE518537C2 (sv) | 2002-10-22 |
| SE9201065L (sv) | 1992-11-21 |
| US5156689A (en) | 1992-10-20 |
| FR2676672B1 (fr) | 1996-01-05 |
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