JPS58133338A - チタン族金属またはその合金の溶解法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はチタン族金属またはその合金の溶解法に関す
るものである。

チタンまたはチタン合金等の溶解法の最も一般的な方法
としては、次の２つの手法が挙げられる。

１つは第１図に示す消耗電極式真空アーク炉を用いるも
のであり、他の１つは第２図の機構説明図に示す非消耗
電極式の溶解・填を用いる方法である。

まず前者について説明すれば、予めスポンジチタン、チ
タンスクラップ、合金成分等からなる原料をブレスエ稈
（１）でプレスしてコンパクト（３）と称する圧着成型
物となし、この多数個を次の溶接工程（２）で溶接トー
チによりつなぎ合せて棒状の電極（５）をつくシ、これ
を用いて溶解を行う。すなわち、このようなコンパクト
を一次真空アーク炉（４）における電極（５）として用
い、該電極（５）と鋳型（７）中の溶湯（６）との間に
アークを発生させ、そのアーク熱により電極（５）を溶
解して鋳型（７）に鋳込んでインゴットとする。次いで
さらに、このインゴット内チ次真空アーク炉（８）にお
ける電極（９）として用いて、この電極（９）を同様に
アーク熱により溶解して鋳型００に鋳込んでインゴット
成品とするのである。

かかる方法では、溶解に先立ってコンパクト成型、電極
の組立て等の工程が必要であり、また原料ヲコンパクト
に成型する段階でコンパクトの強度を保つ関係からチタ
ンヌクラップの使用割合が制限される許りでなく、−次
溶解のみでは不純物の除去が不十分であるとともに、合
金成分がインゴット内で均一に分布しないために、少く
とも２回の溶解が必要であり、工程が煩雑となり手間が
かかる欠点がある。

非消耗電極式真空アーク炉を用いる後者は、いわば上記
欠点を改良した方法であり、原料として粒状または小片
状のスポンジチタン、チタンスクラップ、合金成分等を
用いて、第２図に示す如く、この原料を真空雰囲気中の
水冷銅るつぼ０１）内に装入し、ここで非消耗電極（２
）との間にアークを発生せしめ、このアーク熱により前
記原料を溶解せしめて溶湯α葎を得、この溶湯Ｑ３を適
宜鋳型０４１に鋳込んでインゴット成品となすものであ
る。

この方法では、溶解に先立つコンパクト成型、電極の組
立等の工程が不要となるから、工程が簡素化されるとと
もに、チタンスクラツ１の使用割合の制限も解消される
。しかしながら、加熱源としてアークを用いているため
、原料を粒状乃至小片状とする必要があるのみならず、
るつぼ０］）にプールできる溶湯量がインゴット成品の
実用サイズに比べ甚だ小さく止められる関係上、鋳込み
の際には原料溶解に従って順次間欠的または半連続的に
溶湯注入を進めることが必要となシ、このため鋳型内で
の成分偏析が避けられずインゴット全体としての成分の
均一性が損われる危険がある。

その他、この種の溶解法としては、上記アーク加熱に代
工てエレクトロンビームやプラズマビームによる加熱を
用いるもの等があるが、これら何れを用いたとしても、
るつぼでの溶湯プール量の増大は望み得す、上述のイン
ゴット成分の不均一性の問題は依然として避けられない
。

本発明は、上記後者の方法を改良し、成品インゴット内
の成分偏析を回避してインゴット全体として成分の均一
性を得ることが可能であり、また原料として粗大なスク
ラップを小片状に砕かずに、そのまま使用することがで
きるようにしたチタン、ジルコニウム及びハフニウムの
チタン族金属及びその合金の溶解方法の提供を目的とす
るものである。

すなわち本発明のチタン族金属またはその合金の溶解法
は、真空またはアルゴンガス雰囲気中で、チタン族金属
またはその合金を、内面に石灰質耐火物の内張りを有す
る誘導加熱溶解熔により溶解することを特徴とする。

前記非消耗ａ極式真空アーク炉を用いた場合のように、
原料をるつぼに収容して溶解しこれを鋳型に鋳込むとい
う方式の溶解において、成品インゴットの成分偏析を回
避するには、るつぼでの溶湯ブール量を大ならしめ、イ
ンボッ）１本に対応する溶湯の全量を一旦るつぼ内に貯
溜してから注湯するようにすればよい。従来のようなア
ーク、エレクトロンビームやプラズマビームの如キ加熱
手段のままではしかし、先述の如く実用サイズのインゴ
ットに対し甚だ小さい溶湯プール量しか確保できず、上
記のような対策を講じることは全く不可能なわけである
。

さてここで、原料の加熱溶解に、誘導加熱炉を用いるな
らば、その高い加熱能力によって実用サイズのインゴッ
トを鋳込むに十分な量の溶湯をフ。

−〜することが可能となる。しかも、この場合には原料
として粗大なままのチタンスクラップを使ってもその溶
解が十分可能という利点も生まれるものである。

ところが誘導加熱炉の使用には、避けられない大きな問
題があるのである。誘導加熱炉の場合には加熱方式の関
係上、前記るつぼに当る溶解容器としての炬それ自体を
、るつぼのように銅製ではなく耐火物製としなければな
らないが、一般にこの耐火物として使用されるのはマグ
ネシア質、マグネシアクロマイト質等であり、これらの
耐火物は何れも溶融状態のチタン、チタン合金等と接触
すれば、短時間で浸され易く、またチタンやその合金中
の成分と反応を起こす危険が高い。このため、炉を上記
一般の耐火物で形成しただけでは、チタンやチタン合金
の溶解に適用できる炉を得ることは側底不可能である。

本発明者らはチタン等の溶解に適した（４）大物を見い
出すべく、種々の材料について実験、調査を行なった結
果、Ｃａの酸化物のような石灰質耐火物（カルシア）が
溶融チタン等との接触によっても容易には侵され難く、
チタンやその合金成分との反応性も全くないという事実
を突き止めた。石灰質耐火物の上記有効性を炉の性質と
して生かすのには、溶湯と接触する炉の内面をこの石灰
質１明大物で内張すするだけで十分である。石灰質耐火
物の内張りは、通常のキャスタブルのように流し込み、
或いは吹付けでいとも容易に遂行し得るものである。な
お本発明において、主として石灰質耐火物と限定し、た
のは、石灰質耐火物の他に少量のバインダー等を含んで
もよいということを意味する。

以下実施例として掲げる図面に基いて本発明の詳細な説
明する。第８図は本発明法実施に適した装置の縦断面図
である。

図において、αＯは誘導加熱溶解炉で、溶解容器として
の炉本体０呻と、これを囲んで巻かれたコイルα力とか
ら構成されている。前記炉本体ＱＯは、前記したような
一般の耐火物からなる容器の内面にカルシアの内張りα
樽を設けてなっており、これは台座ａ０上に載置されて
いる。前記コイルα力は水冷されたコイルで、図示して
いないケーブルを介して高周波の交流が給電されて、炉
本体内の原料を誘導加熱する。

（１）は鎧型であり、図示例では水冷銅鋳型が用いられ
、レー）ｖＩ２］）上に移動可能に設けられている。

上記炉本体α呻と鋳型−とは略々同容量の大きさのもの
が用いられている。

（イ）は上記誘導加熱溶解炉ＯＦ５を収納する真空容器
、（ホ）は上記梼型翰を収納する真空容器であり、それ
ぞれ排気口（ハ）と（ハ）とによって図示していない真
空排気系に接続されている。また前記真空容器（至）は
、スリブ）Ｍ・に嵌合して上下に昇降する気密性にすぐ
れたスライド式の開閉扉（イ）を介して前記真空容器（
イ）と接続する。また上記開閉扉（イ）と反対側には鋳
型−を容器外に搬出する出口翰が設けられ、該出口（至
）には上記開閉扉−と同様に気密性にすぐれた上下スラ
イド式の開閉扉−を備えている。

（至）は真空容器（イ）の上方に設けられた気密構造の
原料装入室で、排気口０］）により図示していない真空
排気系に接続するとともに、ロックパルプ（イ）を備え
た連絡斜道（至）を介して真空容器（イ）と通じている
。この連絡斜道に）内には、後端を斜道（至）から真空
容器（イ）内に突出して、先端を溶解炉本体０Ｑの口に
臨む斜搬送樋■が設けられ、原料装入室（７）内の原料
が前記斜樋■上を滑落して炉本体αゆ内に装入される。

なおに）は″扉本体ａＱ内の溶湯試料を採取する試料採
取器、（ト）はるつぼ０→内の溶湯の温度を測定する熱
電対である。

上記構成になる装置を用い、本発明の方法に基いてチタ
ンまたはチタン合金の溶解を行う手順としては、以下の
とおりである。

まず、成分調整された所要量のチタンまたはチタン合金
の原料を原料装入室（ト）から斜樋■上を滑落させて炉
本体ＱＱ内に装入する。次に開閉扉（イ）を閉じ、排気
口（財）及び０１）からそれぞれ容器（イ）と原料−装
入室（至）内を排気して真空雰囲気とする。また必要に
応じ、前記真空雰囲気内にアルゴンガスを充填してアル
ゴンガス雰囲気とする。

しかる後、炉本体Ｑｌ内の原料を真空またはアルゴンガ
ス雰囲気中で誘導加熱して、上記原料の溶解を行う。こ
の溶解に際して、必要に応じて溶湯の各種成分の分析、
測温等を行うことは常法の通りである。

上記溶解を行う一方、鋳型−を収納する容器Ｃのにおい
ては、出口の開閉扉−を閉じて排気口（ハ）から排気し
て内部を真空雰囲気とすると共に、上記と同様に必要に
応じてアルゴンガス雰囲気としておく。

上記溶解が終了した後、直ちじ開閉扉＠全開いて鋳型−
を容器曽内の炉本体ａ０に近接した位置に搬入せしめ、
図示していない吊上傾動器により炉本体を吊上げ傾動□
させて、その中の溶湯を鋳型−に鋳込む。以上が溶解の
１サイクルである。

次に本発明法によりチタン合金を溶解精製した実施例を
説明する。

第３図に示した容量１００　ｋｑの高周波誘導加熱炉α
の及び同容量の鋳型（１）を用い、スポンジチタン・Ｖ
−Ａ７合金、純Ａｊ等からなる、Ｔｉ−６Ａｚ　４ｙを
成品目標とする配合割合の原料を溶解して鋳込み、イン
ゴット成品を得た。

上記原料のスポンジチタン及びインゴット成品のＴｉ以
外の代表成分を第１表に示す。

第　　　１　　　表 上記インゴット成品は、目標合金成分であるＴ１−６Ａ
ｚ−−ｃａＶを略々満足している。しかも、不純成分で
あるＨ、　Ｍｇ、　Ｃｔ等もきわめて低くなっている。

これは加熱炉本体ＩＮが従来のるつぼに比べ大容量で自
由表面が大きく、上記のような成分の脱ガス反応が効果
的に進行するからでろる。

次いで上記成分中、特にＡｔの偏析状態を調査するため
、第４図の説明図に示す如く、インコ゛ット（イ）の中
心部から３０ａｍｆＸ高さ６０ｆｉの試料０ηを採取し
、該試料Ｑｌ）を２ｕ毎に水平分割して１鰭厚の試片（
６）とし、各試片のインゴットを中心とした水平方向２
１毎の位置におけるＡｔ含有量を測定し、各試片のそれ
ぞれインゴットからの同じ位置における平均値を特性曲
線（’Ｐ）で第５図の図表に示した。

また比較例として、上記と同様の原料を第１図に示した
従来の消耗電極式−次真空アーク炉にて溶解・鋳込を行
ったインゴットから、上記と同様に試料を採取し、同様
に測定して得たインゴット中心からの水平方向２ＭＩ毎
のＡｔ値を、同じく第５図に特性曲線（Ｑ、）で示した
。

第５図に見る通り、比較例においてはインゴットの巾方
向にＡｔ値が６．６％〜５．３％に亘る極めて大きな偏
析があるのに対し、本発明例においてはＡｔ値が６．０
４％を中心とした僅かな偏析にとどまっており、インゴ
ット内のＡｔ成分の均一化が高い水準で保たれているこ
とが分る。

更にまた、上記と同様のチタン合金の原料を第２図に示
した非消耗電極式真空アーク炉を用いて、同様の１００
　ｋｙのＴｉ−５Ａｔ−４Ｖのチタン合金のインゴット
の溶解・鋳込を行い、得たインゴット成品について上記
と同様の手順でインゴット内のＡｔの偏析を調査したと
ころ、図示はしていないが上記本発明例に比較してＡｔ
の偏析は極めて大であった。

以上の詳述した本発明のチタン族金属またはその合金の
溶解法は、以下のような利点を有する。

■　溶解に先立って第１図に示したコンパクトの成形や
電極組立のプロセスが不要であり、更にコンパクト成形
のために必要であったスクラップ利用率の制限が排除で
きる。

■　使用原料を全てスクラップとすることが可能という
第２図に示す方法（非消耗電極を用いる方法）の特徴を
そのまま具有し、しかもその上溶解に加熱能力の大きい
誘導加熱を利用するから、原料サイズに関する制約が解
消され、粗大スクラップもそのまま使用が可能となる。

■　また誘導加熱の利用によシ、鋳込みに先立ち実用サ
イズの成品インゴットの鋳込みに必要な溶湯の全量をプ
ールすることが可能となるから、成品インゴットの偏析
も可及的に低減され、インゴット内成分の均一性が際立
って向上する。

■　その他にも、鋳込み前の溶湯プールを大量となすこ
とができるので、溶湯ブール大量化による自由表面の増
大を通して溶湯中不純物としてのＭｇ、　Ｃｔ、　Ｈ，
Ｎ等の脱ガスの効果的な促進を達成することが可能とな
る。加えて、スクラップ”原料から混入してくるＷＣ等
の不純物成分も、溶解の際恒内底部に沈澱して分離する
ことができるから、スクラップ”使用に伴うインゴット
汚染の問題も解決される。

したがって本発明は、チタン族金属またはその合金の熔
解コストの低減並びに成品インゴットの品質向上に多大
に寄与するものということができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は消耗電極式真空アーク短を用いた従来のチタン
またはチタン合金の溶解工程図、第２図は非消耗電極式
真空アーク炉による溶解方法を説明するための縦断面図
、第３図は本発明方法を実施するに適した装置の縦断面
図、第４図はインゴットから採取する試料に関する説明
図、第５図はチタン合金インゴット内のＡｔ含有量の変
化を示した図表である。 １：プレス工程、２：溶接工程、８：コンパクト、４ニ
一次真空アーク炉、５，９：電極、６，１８：溶湯、７
．１０．１４，２０　：鋳型、８：二次真空アーク炉、
ｌｌ：水冷銅るつぼ、１２：非消耗電極、１５：誘導加
熱装置、１６：るつぼ、１７：コイル、１８：カルシア
、１９：台座、２１：レール、２２．２８：真空容器、
２４．２５，８１　：排気口、２６：ヌリツト、２７．
２９：開閉扉、２８：出口、３０：原料装入室、８２：
ロックパルプ、８８：連絡斜道、８４：斜搬送樋、８５
：試料採取器、８６：熱電対、４０：インゴット、４１
：試料、４２：試片 出願人　　住友金属工業株式会社 第　　１ 第　　２　　ミ １４ Ｆ）　　　　　　　（Ｖ’ｓ　ＣＤ　ｒｒｓ−１如！ｌ
’ｌ＋メ← ＜ １８２−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内面に主として石灰質耐火物の内張りを有する誘
   導加熱溶解炉を用い、真空またはアルゴン雰囲気中でチ
   タン族金属又はその合金を溶解することを特徴とするチ
   タン族金属またはその合金の溶解法。