JPH0621303B2 - Method for producing low oxygen Ti alloy - Google Patents

Method for producing low oxygen Ti alloy

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JPH0621303B2
JPH0621303B2 JP60202812A JP20281285A JPH0621303B2 JP H0621303 B2 JPH0621303 B2 JP H0621303B2 JP 60202812 A JP60202812 A JP 60202812A JP 20281285 A JP20281285 A JP 20281285A JP H0621303 B2 JPH0621303 B2 JP H0621303B2
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melting
scandium
yttrium
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弘三 藤原
敬 佐藤
元 奥山
通 出川
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は低酸素Ti合金の製造方法に係り、特にTi合
金中の酸素含有率を低減することにより、優れた特性を
付与せしめ得るTi合金の製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a low-oxygen Ti alloy, and particularly to a Ti alloy capable of imparting excellent properties by reducing the oxygen content in the Ti alloy. Manufacturing method.

[従来の技術] Tiは、特に合金元素を添加しないままでも、他の金属
材料に比べて大きな引強度を有し、鋼や強力アルミニウ
ム合金に匹敵する強度を有する上に、各種の化学薬品に
対して安定で、特に酸化性の酸に対しては優れた耐食性
を示す等、様々な特徴を備えた金属である。このため、
純Ti或いはこれに更に合金元素を添加して特性を改善
せしめたTi系合金は、近年、航空、宇宙用金属材料、
化学工業材料等様々な分野でその利用法が研究されてい
る。
[Prior Art] Ti has a high tensile strength compared to other metal materials even without addition of alloying elements, and has strength comparable to steel and high-strength aluminum alloys, and in addition to various chemical agents. On the other hand, it is a metal that has various characteristics such as being stable and exhibiting excellent corrosion resistance particularly to oxidizing acids. For this reason,
In recent years, Ti-based alloys in which pure Ti or an alloying element is added to the Ti-based alloy to improve the characteristics have been used in recent years as a metal material for aviation and space,
The usage is being studied in various fields such as chemical industrial materials.

このようなTi合金は、Tiが極めて高活性であること
から、通常の耐火物容器を用いた溶解では良好な合金は
得られない。従って、Ti合金の製造方法としては、従
来よりアーク溶解による方法、あるいは黒煙坩堝を用い
た高周波溶解等が実施されている。
Since such Ti alloy has extremely high activity of Ti, a good alloy cannot be obtained by melting using a normal refractory container. Therefore, as a method for producing a Ti alloy, a method by arc melting or high frequency melting using a black smoke crucible has been conventionally performed.

[発明が解決しようとする問題点] Ti合金の耐食性や耐疲労性等の特性が、合金の酸素
(以下、Oと略記する。)含有量によって著しく影響を
受けることは以前から知られていることである。しかる
に、前記従来の方法は、いずれの場合においても、O含
有量の少ないものが得られない。即ち、従来法では不純
物含有量が少ない高純度のTi原料を用いて溶解して
も、得られる合金のO含有率は1000〜2000pp
m程度であり、O含有量を1000ppm以下に保つこ
とは困難である。
[Problems to be Solved by the Invention] It has long been known that characteristics such as corrosion resistance and fatigue resistance of a Ti alloy are significantly affected by the oxygen (hereinafter abbreviated as O) content of the alloy. That is. However, in any of the cases described above, the conventional method cannot obtain a material having a low O content. That is, in the conventional method, even if a high-purity Ti raw material containing a small amount of impurities is used for melting, the O content of the obtained alloy is 1000 to 2000 pp.
It is about m, and it is difficult to keep the O content at 1000 ppm or less.

従って、従来より、Ti合金中のO混入量を低減するこ
とは、高特性のTi合金を得るための重要な改良点とさ
れているが、現時点においては、原料の吟味や溶解炉の
選択などを除いて、本格的な努力はなされておらず、十
分満足し得る対策は提案されていない。
Therefore, reducing the amount of O mixed in the Ti alloy has been conventionally considered as an important improvement for obtaining a Ti alloy with high characteristics, but at the present time, examination of raw materials and selection of a melting furnace are performed. Other than that, no serious efforts have been made, and no satisfactory measures have been proposed.

[問題点を解決するための手段及び作用] 本発明は上記従来の問題点を解決し、Oの含有量が極め
て少ないTi合金及びその製造方法を提供するものであ
って、 アーク溶解、プラグマ溶解又は電子ビーム溶解等のスカ
ル溶解法、エレクトロスラグ溶解法又は黒煙坩堝による
誘導加熱溶解法により、真空又は不活性雰囲気下で、T
i合金を溶解し、これにイットリウム及び/又はスカン
ジウムを、冷却固化後にイットリウム及び/又はスカン
ジウムが10〜7000ppm残留するように添加する
ことを特徴とする低酸素Ti合金の製造方法、 を要旨とするものである。
[Means and Actions for Solving Problems] The present invention solves the above-mentioned conventional problems and provides a Ti alloy having an extremely small O content and a method for producing the same, which comprises arc melting and pragma melting. Alternatively, by a skull melting method such as electron beam melting, an electroslag melting method, or an induction heating melting method using a black smoke crucible, under a vacuum or an inert atmosphere, T
A method for producing a low oxygen Ti alloy, which comprises melting an i alloy and adding yttrium and / or scandium so that the yttrium and / or scandium remain 10 to 7,000 ppm after cooling and solidification. It is a thing.

以下に本発明につき詳細に説明する。The present invention will be described in detail below.

なお、本明細書において「%」は「重量%」を表す。In addition, in this specification, "%" represents "weight%."

本発明において、Ti合金は、Ti−Ni合金、Ti−
Fe合金等のTi系合金の他、高Ti合金或いは合金元
素を殆ど含まない純Tiをも包含する。本発明はとりわ
けTi含有量35%以上の合金に適用するに好適であ
る。このようなTi合金としては、例えばAl、Cr、
Fe、Mn、Ni、Cu、V、Sn、Zr、Mo、N
b、Si及びBiの1種又は2種以上含むTi合金が挙
げられる。
In the present invention, Ti alloys include Ti-Ni alloys and Ti-
In addition to Ti alloys such as Fe alloys, high Ti alloys or pure Ti containing almost no alloying elements are included. The present invention is particularly suitable for application to alloys having a Ti content of 35% or more. Examples of such Ti alloys include Al, Cr,
Fe, Mn, Ni, Cu, V, Sn, Zr, Mo, N
Examples thereof include a Ti alloy containing one or more of b, Si and Bi.

本発明の製造方法においては、アーク溶解、プラグマ溶
解、電子ビーム溶解等のスカル溶解法、エレクトロスラ
グ溶解法又は黒煙坩堝による誘導加熱溶解法により、T
ii合金を溶解し、Ti合金溶湯に、真空又は不活性雰
囲気(例えば、アルゴン、ヘリウムなど)下で、イット
リウム及び/又はスカンジウムを添加する。このときの
イットリウム及び/又はスカンジウムの添加量は、冷却
・凝固せしめたときの残留量が合量で10〜7000p
pmとなるような量である。この添加量は、例えば、繰
り返し実験しておいて、用いるイットリウム及び/又は
スカンジウムの歩留りを予め求めておき、これに基いて
決定しても良い。
In the manufacturing method of the present invention, the T melting is performed by a skull melting method such as arc melting, pragma melting, or electron beam melting, an electroslag melting method, or an induction heating melting method using a black smoke crucible.
The ii alloy is melted, and yttrium and / or scandium is added to the molten Ti alloy under vacuum or an inert atmosphere (eg, argon, helium, etc.). At this time, the addition amount of yttrium and / or scandium is 10 to 7,000 p in total when the amount of residual when cooling and solidifying is added.
The amount is pm. This amount of addition may be determined based on the yield of yttrium and / or scandium to be used in advance after repeated experiments.

このような所望量のイットリウム及び/又はスカンジウ
ム添加により、合金中に存在したOが酸化イットリウム
又は酸化スカンジウムとなり、脱酸処理されるため、得
られるTi合金中のO含有量は500ppm以下に低減
され、その耐食、耐疲労性、靱性等の特性が大幅に向上
する。また、酸化物の介在物が少ないので、伸び、絞り
に優れ、熱間及び冷間の加工性或いは溶接性にも優れる
ものとなる。
By adding such a desired amount of yttrium and / or scandium, O existing in the alloy becomes yttrium oxide or scandium oxide and is deoxidized, so that the O content in the obtained Ti alloy is reduced to 500 ppm or less. , Its properties such as corrosion resistance, fatigue resistance, and toughness are significantly improved. In addition, since there are few oxide inclusions, it is excellent in elongation and drawing, and also in hot and cold workability or weldability.

合金中のイットリウム及び/又はスカンジウム残留物が
10ppmより少ないと、十分なO含有量低減効果が発
揮されず、耐食、耐疲労性、靱性の高い合金が得られな
い。またイットリウム及び/又はスカンジウム残留量が
7000ppmよりも多いと、イットリウム及び/又は
スカンジウムが合金の結晶粒界に偏析するなどして、合
金が脆くなるため、これらの特性が低下することとな
る。特に好ましいイットリウム及び/又はスカンジウム
の残留量は20〜5000ppmである。なお、イット
リウム及び/又はスカンジウムが10〜250ppm程
度添加する場合には、高価なこれら添加金属量を少なく
して相応の効果が得られるから好適であり、また800
ppm以上とりわけ1500〜7000ppmと多量に
添加する場合には、コスト高にはなるものの、高特性の
Ti又はTi合金を確実に得ることができ、好適であ
る。
If the yttrium and / or scandium residue in the alloy is less than 10 ppm, the effect of sufficiently reducing the O content is not exhibited, and an alloy having high corrosion resistance, fatigue resistance and toughness cannot be obtained. If the residual amount of yttrium and / or scandium is more than 7000 ppm, yttrium and / or scandium segregate at the crystal grain boundaries of the alloy and the alloy becomes brittle, resulting in deterioration of these properties. The particularly preferable residual amount of yttrium and / or scandium is 20 to 5000 ppm. It is preferable that yttrium and / or scandium be added in an amount of about 10 to 250 ppm because the amount of the expensive metal added can be reduced and the corresponding effect can be obtained.
When it is added in a large amount of not less than ppm, especially 1500 to 7000 ppm, it is preferable because Ti or Ti alloy having high characteristics can be surely obtained although the cost becomes high.

本発明で得られるTi合金は、微量のイットリウム及び
/又はスカンジウムを含むこととなるが、このイットリ
ウム及び/又はスカンジウムは、Ti合金製品の表面に
薄いYやSc系の被膜を形成する。この被
膜は緻密であり、Ti合金の耐食性を高める作用をな
す。
The Ti alloy obtained in the present invention contains a small amount of yttrium and / or scandium. This yttrium and / or scandium is a thin Y 2 O 3 or Sc 2 O 3 based coating film on the surface of the Ti alloy product. To form. This coating is dense and serves to enhance the corrosion resistance of the Ti alloy.

本発明において、アーク溶解、プラグマ溶解又は電子ビ
ーム溶解等のスカル溶解法を採用する場合には、水冷銅
モールドを使用し、アークビーム、プラズマビーム又は
電子ビームによりTi合金溶解材をモールド内に溶解さ
せてTi合金溶湯を形成し、鋳塊をゆっくりと引下げな
がら凝固させる方式とするのが好ましい。
In the present invention, when a skull melting method such as arc melting, pragma melting or electron beam melting is adopted, a water-cooled copper mold is used and a Ti alloy melting material is melted in the mold by an arc beam, a plasma beam or an electron beam. It is preferable that the molten Ti alloy is formed by this and the ingot is slowly pulled down to solidify.

また黒煙坩堝による場合には、高周波誘導加熱法を採用
するのが有利である。
Further, when using a black smoke crucible, it is advantageous to use a high frequency induction heating method.

イットリウム及び/又はスカンジウムの添加方法は、特
に限定はなく、従来より接種等に用いられている各種の
方法が用いられる。
The method for adding yttrium and / or scandium is not particularly limited, and various methods conventionally used for inoculation and the like can be used.

なお、イットリウム及び/又はスカンジウムを添加した
後は、十分に撹拌を行うようにするのが好ましい。
In addition, it is preferable to perform sufficient stirring after adding yttrium and / or scandium.

また、本発明方法においては、イットリウム及び/又は
スカンジウムのTi合金溶湯への添加に先立って、Ti
合金溶湯中にアルゴンガスを吹込み、介在物を除去する
ようにするのも有用である。
In addition, in the method of the present invention, prior to the addition of yttrium and / or scandium to the molten Ti alloy, Ti
It is also useful to blow argon gas into the molten alloy to remove inclusions.

本発明において、Ti合金の原料としては、高純度のも
のを用いるのが好ましいが、本発明においては、後工程
で添加するイットリウム及び/又はスカンジウムの脱酸
作用によりO含有量を低減できることから、O含有量の
比較的高い原料をも用いることができる。
In the present invention, as the raw material of the Ti alloy, it is preferable to use a high-purity material, but in the present invention, since the O content can be reduced by the deoxidizing action of yttrium and / or scandium added in the subsequent step, Raw materials having a relatively high O content can also be used.

なお、黒煙坩堝を用いた場合には合金中への炭素(以
下、Cと略記する。)混入の問題が生起することがあ
る。Cは得られる合金の純度を高める上で、できるだけ
少なく保つことが好ましいが、例えばある種のNiTi
合金の如く、合金の使用目的等によっては微量のC混入
は殆ど問題ない場合がある。本発明のうち黒煙坩堝を用
いる方法はこのような合金種に対して効果的である。
When a black smoke crucible is used, a problem of carbon (hereinafter abbreviated as C) mixed in the alloy may occur. C is preferably kept as low as possible in order to increase the purity of the obtained alloy, but for example, some NiTi
Like alloys, a slight amount of C may hardly cause any problem depending on the purpose of use of the alloy. The method of using the black smoke crucible of the present invention is effective for such alloy species.

[実施例] 以下に本発明を実施例により更に具体的に説明するが、
本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定さ
れるものではない。
[Examples] Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
The present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.

実施例1 電解ニッケル(純度99.95%)及びスポンジチタン
(酸素含有量0.07%及び0.042%の2種類)を
用い、1溶解あたり合量で0.8Kgとなるように配合
し、Ni55%、Ti45%のTi−Ni合金の製造を
行った。
Example 1 Electrolytic nickel (purity 99.95%) and titanium sponge (oxygen content: 0.07% and 0.042%, two types) were used and blended to give a total amount of 0.8 kg per dissolution. , Ni55%, Ti45% Ti-Ni alloy was manufactured.

チタン原料及びニッケル原料を黒煙坩堝に入れ、これを
出力10KW、周波数70KHzの内熱式誘導炉に入
れ、10-2Paの減圧下で溶解し、次いでY又はSc
を、冷却固化した合金中の含有量が0〜8000ppm
の間の所定の値となるような量で種々変更して添加し、
脱酸処理を行った。引き続き、高純度アルゴンガスを5
×10Paまで導入した後、鋳型に鋳込み、10mm
×10mm×160mmの角棒試料を鋳造した。
A titanium raw material and a nickel raw material are put into a black smoke crucible, which is put into an internal heating type induction furnace with an output of 10 KW and a frequency of 70 KHz and melted under a reduced pressure of 10 -2 Pa, and then Y or Sc.
Content in the alloy solidified by cooling is 0 to 8000 ppm
Add various amounts of change to obtain a predetermined value between
Deoxidation treatment was performed. Continue to add high-purity argon gas to 5
After introducing up to × 10 3 Pa, cast into a mold, 10 mm
A square bar sample of × 10 mm × 160 mm was cast.

得られた試料からO分析用試料を切出し、不活性ガス搬
送溶解−熱伝導度法でOの定量を行った。この結果得ら
れた合金中のY、Scの含有量とO含有量との関係を第
1図に示す。
A sample for O analysis was cut out from the obtained sample, and O was quantified by an inert gas carrier dissolution-thermal conductivity method. The relationship between the Y and Sc contents and the O content in the resulting alloy is shown in FIG.

比較例1 Y又はScの代りに、ミッシュメタルを4000ppm
となるように添加したこと以外は、実施例1と同様に行
なって、得られた試料のO含有量を測定した。
Comparative Example 1 Instead of Y or Sc, 4000 ppm of misch metal
The O content of the obtained sample was measured in the same manner as in Example 1 except that it was added so that

その結果、O含有量は390ppmと、実施例1の結果
に比べて多く、Y,Sc、特にYはミッシュメタルに比
べて脱酸素効果に優れることが確認された。
As a result, it was confirmed that the O content was 390 ppm, which was higher than the result of Example 1, and Y and Sc, especially Y, were more excellent in deoxidizing effect than misch metal.

実施例2 Al,6%、V,4%、Ti,90%のTi−Al−V
合金の溶解材を用い、アルゴンガス雰囲気にて水冷銅モ
ールド内にアーク溶解法により、Ti−6Al−4V合
金のインゴットを鋳造した。
Example 2 Al, 6%, V, 4%, Ti, 90% Ti-Al-V
A Ti-6Al-4V alloy ingot was cast in a water-cooled copper mold by an arc melting method using an alloy melting material in an argon gas atmosphere.

なお、アーク溶解条件は下記の通りである。The arc melting conditions are as follows.

溶解度:5Kg 雰囲気:アルゴン0.1atm Y又はScの添加量:0.1〜1.0% 得られたインゴットから実施例1と同様にO分析用試料
を切出し、Oの定量を行った。この結果得られた合金中
のY、Scの含有量とO含有量との関係を第2図に示
す。
Solubility: 5 Kg Atmosphere: Argon 0.1 atm Y or Sc addition amount: 0.1-1.0% A sample for O analysis was cut out from the obtained ingot in the same manner as in Example 1, and O was quantified. The relationship between the Y and Sc contents and the O content in the resulting alloy is shown in FIG.

試験例1 実施例1及び実施例2でY添加により得られた試料を用
い、下記方法に従って、その疲労寿命特性を調べた。
Test Example 1 Using the samples obtained by adding Y in Example 1 and Example 2, the fatigue life characteristics were examined according to the following method.

(実施例1)の場合:定歪条件(Σ=0.02%)下で
の低サイクル疲労試験 (実施例2)の場合:平滑丸棒による繰返し曲げ定荷重
(70kg/cm2)の疲労試験Y含有量と疲労寿命と
の関係を第3図及び第4図にに示す。
In the case of (Example 1): Low cycle fatigue test under constant strain condition (Σ = 0.02%) In the case of (Example 2): Fatigue under constant bending load (70 kg / cm 2 ) with a smooth round bar The relationship between the test Y content and the fatigue life is shown in FIGS. 3 and 4.

第3図及び第4図よりTi−Ni合金及びTi−6Al
−4V合金中のY含有量が10ppm以上であると疲労
寿命が大幅に向上することが認められる。これは第1図
及び第2図から明らかなように、合金中のY残留量が1
0ppm以上であると、O含有量が500ppm以下
と、極めて少なくなるためと推察される。また、Y残留
量が7000ppmを超えると疲労寿命が低下するが、
これは、Y分が合金の粒界に偏析するなどして脆くなれ
ためと推察される。
From FIGS. 3 and 4, Ti-Ni alloy and Ti-6Al
It is recognized that the fatigue life is significantly improved when the Y content in the -4V alloy is 10 ppm or more. This is because the amount of residual Y in the alloy is 1
It is presumed that when the content is 0 ppm or more, the O content becomes 500 ppm or less, which is extremely small. Further, if the residual Y amount exceeds 7,000 ppm, the fatigue life decreases,
It is presumed that this is because the Y component segregates at the grain boundaries of the alloy and becomes brittle.

[効果] 以上詳述した通り、本発明の低酸素Ti合金の製造方法
は、スカル溶解法又は黒煙坩堝による誘導加熱溶解法に
よりTi合金を溶解し、これにイットリウム及び/又は
スカンジウムが合量で10〜7000ppm含むもので
あり、イットリウム及び/又はスカンジウムのO吸収効
果により、得られる合金中のO含有量が500ppm以
下と著しく低減されるため、低酸素Ti合金を容易に得
ることが可能となる。
[Effect] As described in detail above, the method for producing a low oxygen Ti alloy of the present invention melts a Ti alloy by a skull melting method or an induction heating melting method using a black smoke crucible, and a total amount of yttrium and / or scandium is added thereto. 10 to 7,000 ppm, and due to the O absorption effect of yttrium and / or scandium, the O content in the obtained alloy is significantly reduced to 500 ppm or less, so that a low oxygen Ti alloy can be easily obtained. Become.

本発明によれば、 低酸素含有量のTi合金を容易に得ることができ
る。
According to the present invention, a Ti alloy having a low oxygen content can be easily obtained.

従って、得られる合金は極めて耐食性、耐疲労性、
靱性、加工性等の特性に優れる。
Therefore, the resulting alloy is extremely corrosion resistant, fatigue resistant,
Excellent in toughness and workability.

原料は高酸素含有量のものでも良く、安価な原料で
製造し得る。
The raw material may have a high oxygen content and can be manufactured with an inexpensive raw material.

このためより合金の製造コストを低廉化することが
できる。
Therefore, the alloy manufacturing cost can be further reduced.

等の様々な効果が奏され、工業的に極めて有利である。Various effects such as are exhibited, and it is extremely advantageous industrially.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図及び第2図は、各々、実施例1及び実施例2で得
られた合金中のY、Sc残留量とO含有量との関係を示
すグラフである。第3図及び第4図は、各々、実施例1
及び実施例2で得られた合金中のY残留量と疲労寿命特
性との関係を示すグラフである。
1 and 2 are graphs showing the relationship between the Y and Sc residual amounts and the O content in the alloys obtained in Example 1 and Example 2, respectively. FIG. 3 and FIG. 4 show Example 1 respectively.
5 is a graph showing the relationship between the amount of residual Y in the alloy obtained in Example 2 and fatigue life characteristics.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】アーク溶解、プラズマ溶解又は電子ビーム
溶解等のスカル溶解法、エレクトロスラグ溶解法又は黒
鉛坩堝による誘導加熱溶解法により、真空又は不活性雰
囲気下でTi合金を溶解し、これにイットリウム及び/
又はスカンジウムを、冷却固化後にイットリウム及び/
又はスカンジウムが10〜7000ppm残留するよう
に添加することを特徴とする低酸素Ti合金の製造方
法。
1. A Ti alloy is melted in a vacuum or an inert atmosphere by a skull melting method such as arc melting, plasma melting or electron beam melting, an electroslag melting method or an induction heating melting method using a graphite crucible, and yttrium is melted in this. as well as/
Or, scandium is yttrium and / or after solidification by cooling.
Alternatively, a method for producing a low oxygen Ti alloy, characterized in that scandium is added so as to remain at 10 to 7,000 ppm.
JP60202812A 1985-09-13 1985-09-13 Method for producing low oxygen Ti alloy Expired - Lifetime JPH0621303B2 (en)

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KR100986720B1 (en) * 2002-07-22 2010-10-08 티타녹스 디벨로프먼트 리미티드 A separation process

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