JPH10265866A - チタン合金製造用バナジウム含有母合金の製造法 - Google Patents

チタン合金製造用バナジウム含有母合金の製造法

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JPH10265866A
JPH10265866A JP9019097A JP9019097A JPH10265866A JP H10265866 A JPH10265866 A JP H10265866A JP 9019097 A JP9019097 A JP 9019097A JP 9019097 A JP9019097 A JP 9019097A JP H10265866 A JPH10265866 A JP H10265866A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 チタン合金を製造する際に使用する低酸素の
バナジウム含有母合金を安定したインゴットとして製造
する方法を提供する。 【解決手段】 バナジウム含有合金を10-3〜10-6T
orrの真空下、電子ビームを用いて溶解し、脱酸素す
ることを特徴とするチタン合金製造用バナジウム含有母
合金の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、チタン合金を製造
する際に使用する低酸素バナジウム含有母合金の製造法
に関する。
【0002】
【従来の技術】チタン合金インゴットを製造する際、合
金成分は母合金で添加されることが多い。これは、それ
ぞれの合金成分を母合金化することにより融点を下げ、
溶解しやすくするためである。例えば、モリブデンは2
610°Cの融点をもち、しかも密度が10.23g/cm
3 と大きいので、消耗電極式真空アーク溶解法で溶解す
る場合は、金属単体のまま添加しても充分に溶解されな
いこともある。これをアルミニウム(35)/モリブデ
ン(65)やアルミニウム(50)/モリブデン(2
5)/バナジウム(25)の母合金にすると、融点がそ
れぞれ1850°C、1440°Cに下がるので、容易
に溶解できるようになる。一方、チタン合金は、特に航
空機及び宇宙技術等多くの用途において、合金成分と純
度について、極度の要求が課されており、特に酸素含有
量については、機械的特性に著しい影響を与えることか
ら、低含有量のものが要求されている。従来、チタン合
金を製造する際に使用するバナジウム含有母合金の脱酸
素を含めた脱ガス処理としては、例えば、アルミニウム
/バナジウム母合金の場合、真空誘導炉溶解法又は高周
波溶解法等で行っており、処理後の酸素含有量が約0.
1%のレベルにまで低減している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記真
空誘導炉溶解法では合金中のバナジウム含有比率を高め
ると、テルミット反応後のアルミニウム/バナジウム合
金の融点が高くなるため、溶解が困難となる。たとえ、
このような高い融点まで温度を上げることは可能であっ
ても、炉の耐火物が損傷を受け、合金中に不純物が混入
することとなり、実際は脱酸素処理ができないため、脱
酸素処理をすることなく製品化せざるを得ない。また、
真空誘導炉溶解法以外の精製法を用いたとしても、精製
インゴットとして取り出す際、凝固による熱歪で割れが
生じ、連続的に引き出すことができないという問題もあ
り、一方、従来の脱酸素処理後の酸素含有量では未だ十
分に満足するものではない等の課題が残されていた。
【0004】従って、本発明の目的は、チタン合金を製
造する際に使用するバナジウム含有母合金において、従
来の脱酸素処理後の酸素含有量に比べさらに低減された
低酸素母合金を割れを生じることなく、インゴットとし
て連続的に取り出す方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】かかる実情において、本
発明者らは鋭意検討を行った結果、チタン合金を製造す
る際に使用するバナジウム含有合金を10-3〜10-6T
orrの高真空下、電子ビームを用いて溶解し、脱酸素
すれば極めて低酸素の母合金を割れのない安定したイン
ゴットとして得られることを見い出し、本発明を完成す
るに至った。すなわち、本発明は、バナジウム含有合金
を10-3〜10-6Torrの真空下、電子ビームを用い
て溶解し、脱酸素することを特徴とするチタン合金製造
用バナジウム含有母合金の製造方法を提供することにあ
る。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明方法において、原料となる
バナジウム含有合金としては、特に制限されないが、例
えば、アルミニウム/バナジウム母合金(以下、Al−
V母合金と略す)、アルミニウム/モリブデン/バナジ
ウム母合金(以下、Al−Mo−V母合金と略す)、ア
ルミニウム/スズ/バナジウム母合金及びアルミニウム
/クロム/バナジウム母合金等が挙げられる。これらは
主成分以外にわずかの不純物を母合金中に含むものであ
る。また、これらバナジウム含有母合金の母合金組成と
しては、特に制限されないが、脱酸素処理後、すなわ
ち、チタン合金製造用原料の状態で、Al−V母合金で
は、アルミニウム:バナジウムが、0.5〜60:9
9.5〜40、好ましくは0.5〜25:99.5〜7
5、特に好ましくは12〜17:88〜83、更に好ま
しくは15:85である。該Al−V母合金中、アルミ
ニウムの比率が高すぎると後述するインゴットの連続引
下げの際、凝固時の熱歪みで割れが生じ好ましくない。
また、原料となるアルミニウム及びバナジウム含有合金
は、公知のテルミット反応を利用して製造することによ
り得られるものである。
【0007】本発明においては、上記バナジウム含有母
合金を10-3〜10-6Torrの高真空下、電子ビーム
を用いて溶解させ、脱酸素処理する。該脱酸素処理の方
法としては、例えば、公知の電子ビーム溶解法(EB
R)及び超高真空電子ビーム浮遊帯域溶融法等が挙げら
れる。電子ビーム溶解法の具体例を次に示す。すなわ
ち、図1に示すように、電子ビーム溶解法において使用
されるEBR炉10は、原料供給部1、上部で溶融プー
ル7を形成して脱ガスを行う一方、下部でインゴットを
生成する水冷銅クルーシブル2、電子銃3及びインゴッ
ト引下げ治具4から形成される。該EBR炉10におい
て、10-3〜10-6、好ましくは10-4〜10-5Tor
rの真空下で熱陰極(フィラメント)を加熱することに
より発生した熱電子に高電圧を印加して加速し、これを
原料供給部1より送り込まれる原料に衝突させることに
よって原料を溶解し、脱ガスするものである。原料の供
給方法としては、特に制限されないが、アルミニウム製
の筒の中に、フレーク状の原料を充填した電極5をフィ
ーダー6により押し出し、除々に、かつ次から次へと供
給する方法が、装置を簡素化でき、組成の調整も容易で
あることから好ましい。電子銃3は2基以上有すること
が好ましく、電子銃から発せられる電子ビームを溶融プ
ールと電極先端に各々照射すればよい。このように、溶
解プール7で脱ガスを行いつつ、炉の下方に位置するイ
ンゴットはインゴット引下げ治具4を連続的に引き下げ
ることにより脱酸処理された精製インゴットを取り出す
ことができる。
【0008】また、上記方法により得られた精製インゴ
ットは、これを再び原料として、10-3〜10-6Tor
rの真空下、電子ビームを用いて溶解し、脱酸素処理す
ることが、さらに、低酸素のバナジウム含有母合金が得
られることから好ましい。精製インゴットは、チタン合
金を製造する際、切削して切粉状にして用いることが操
作性等の点から好ましい。
【0009】本発明において、上記方法により精製され
たバナジウム含有母合金は酸素含有量の低減化が図れる
他、不純物としての鉄の含有量も低減できる。
【0010】これら脱酸素化された母合金が使用される
チタン合金の例としては、Al−V母合金の場合、Ti
−6Al−4V、 Ti−15V−3Cr−3Al−3
Sn、Ti−6Al−6V−2Sn、Ti−3Al−
2.5V、Ti−4Al−3Mo−1V、Ti−13.
5V−11Cr−3Al等が挙げられ、このうち、Ti
−15V−3Cr−3Al−3Snが特に好ましい。上
記Ti−6Al−4V合金の製造例を示せば、例えば、
スポンジチタン90重量%、上記脱酸素化処理されたA
l−V母合金4重量%及びAlショット6重量%からな
る原料を真空アーク溶解法により均一に溶融し、次いで
冷却し、チタン合金インゴットとして取り出せばよい。
また、必要であれば、得られたチタン合金インゴットを
再び真空アーク溶解法により精製してもよい。このよう
にして得られたチタン合金インゴットは、酸素含有量が
極めて低く、機械的強度等において優れた特性を示すも
のである。
【0011】
【発明の効果】本発明の方法によれば、極めて低酸素の
バナジウム含有母合金を得ることができると共に、脱酸
素処理されたバナジウム含有母合金をインンゴットとし
て取り出す際、熱歪みによる割れを生じることなく、連
続的に取り出すことができる。さらに、脱酸素された精
製母合金(インゴット)は不純物としての鉄の低減も図
れる。また、低酸素のバナジウム含有母合金を用いてチ
タン合金を製造すれば、機械的強度等の特性が一段と優
れたものが得られる。
【0012】
【実施例】次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に
説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限す
るものではない。 実施例1 テルミット反応により得られた下記組成を示す2種類の
バナジウム含有合金を原料とし、下記に示す条件の公知
の電子ビーム溶解法により1回目の脱酸素処理を行っ
た。次に、得られた低酸素インゴットを再び同様の条件
により精製した。ただし、図2に示すように、2回目の
精製において、原料のインゴット8の供給はEBR炉1
0の上方より軸9を回転させながら徐々に下降させるよ
うにし、電子ビームは、図2に示すような角度で照射し
た。酸素含有量はJIS H 1620に記載の方法に従った。結
果を表1に示す。
【0013】原料A:85V−15Al(粒径0 .3〜2.
5mm 、GFE社製、組成:V;83.7重量%( 以下、重量%
は省略する) 、Al;15.2 、Fe;0.29 、O;0.
17、N;0.035 、Si;0.12 ) 原料B:50V−50Al(GFE社製、組成:V;52.
O、Al;47 、Fe;0.3〜0.35、O;0.03〜0.04、N;0.02)
【0014】(電子ビーム溶解法試験条件) 真空度;10-4〜10-5Torr EBR炉;ライボルト・ヘラウス社製(図1に概略を示
す) クルーシブル内径;直径180mm 電子銃の数;2基 インゴット鋳造方式;引下げ式
【0015】比較例1 電子ビーム法に代えて、真空誘導炉溶解法とする以外は
実施例1と同様の方法に従った。真空誘導炉溶解法(V
IM)の条件は下記に示し、結果は表1に示す。 (真空誘導炉溶解法試験方法) 真空度;10-2〜10-3Torr VIM炉;ライボルト・ヘラウス社製 耐火物ライニング構造;内径500mm
【0016】
【表1】
【0017】表1より、実施例1は50V−50Al及
び85V−15Alのいずれにおいても、著しい低酸素
のバナジウム含有母合金を得ることができた。特に、脱
酸素処理2回目では、極めて著しい酸素の低減効果を示
した。
【0018】参考例1 チタン合金の製造 実施例1及び比較例1で得られた脱酸素2回処理のAl
−V合金の2種を各々用いて、Ti−6Al−4V合金
及びTi−15V−3Cr−3Al−3Sn合金を製造
した。製造は、表2及び表3に示す組成となるよう真空
アーク溶解法により均一溶解し、次いでチタン合金イン
ゴットを得ることにより行った。結果を表2に示す。
【0019】
【表2】
【0020】
【表3】
【0021】表2及び表3より、実施例品の母合金を用
いれば、Ti−6Al−4V合金の場合で約16%、β
合金の場合、約50%の酸素含有量を低減することがで
き、これにより、機械的強度等の特性が一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法で使用する電子ビーム溶解炉の概略
図である。
【図2】第2回目の脱酸素化処理における、原料の位置
と電子ビームの照射角度を示す図である。
【符号の説明】 1 原料供給部 2 水冷銅クルーシブル 3 電子銃 4 インゴット引下げ治具 5 電極 6 フィーダー 7 溶解プール 8 第1回目で得られた精製インゴット 9 軸 10 EBR炉

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 バナジウム含有合金を10-3〜10-6T
    orrの真空下、電子ビームを用いて溶解し、脱酸素す
    ることを特徴とするチタン合金製造用バナジウム含有母
    合金の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記バナジウム含有合金が、アルミニウ
    ムとバナジウムからなる合金である請求項1に記載のチ
    タン合金製造用バナジウム含有合金の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記バナジウム含有合金のバナジウム含
    有量が75重量%以上である請求項1又は2に記載のチ
    タン合金製造用バナジウム含有母合金の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1298873C (zh) * 2003-12-15 2007-02-07 张忠士 一种钒铝锡中间合金及其制备方法
JP2009113060A (ja) * 2007-11-02 2009-05-28 Kobe Steel Ltd TiAl基合金の鋳塊製造方法
CN113025831A (zh) * 2021-02-26 2021-06-25 西安西工大超晶科技发展有限责任公司 一种降低钛合金铸锭氧含量的处理方法
CN114807646A (zh) * 2022-05-10 2022-07-29 山西太钢不锈钢股份有限公司 镍基合金板坯及其制备方法
CN116145000A (zh) * 2023-02-22 2023-05-23 商洛天野高新材料有限公司 低c、h、o、n元素含量的铝钒锡铬中间合金及方法

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