(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム/バナジウム母合金を１０-６〜１０-３Ｔｏｒｒの真空下、電子ビームを用いて溶解し、精製インゴットを得、これを原料として１０-６〜１０-３Ｔｏｒｒの真空下、電子ビームを用いて溶解し、脱酸素する、チタン/アルミニウム/バナジウム合金の製造に用いるバナジウム含有量が７５重量％以上のバナジウム含有母合金の製造方法。
【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２６１０°Ｃの融点をもち、しかも密度が１０．２３ｇ/cm3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（２５）／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母合金を１０-６〜１０-３Ｔｏｒｒ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出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、アルミニウム/バナジウム母合金を１０-６〜１０-３Ｔｏｒｒの真空下、電子ビームを用いて溶解し、精製インゴットを得、これを原料として１０-６〜１０-３Ｔｏｒｒの真空下、電子ビームを用いて溶解し、脱酸素する、チタン/アルミニウム/バナジウム合金の製造に用いるバナジウム含有量が７５重量％以上の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、原料となるアルミニウム／バナジウム母合金（以下、Ａｌ−Ｖ母合金と略す）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、該Ａｌ−Ｖ母合金の母合金組成としては、脱酸素処理後、すなわち、チタン合金製造用原料の状態で、アルミニウム：バナジウムが、０．５〜２５：９９．５〜７５、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（ＥＢＲ）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１０-4〜１０-5Ｔｏｒｒ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、１０-3〜１０-6Ｔｏｒｒ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、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ等が挙げられる。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Ａｌ−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１０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）
【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（ＶＩＭ）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】
0003632722.tif 000002
【００１７】
表１より、実施例１は８５Ｖ−１５Ａｌにおいて、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−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ａｌ−３Ｓｎ合金を製造した。製造は、表２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】
【００２０】
【表２】
0003632722.tif 000003
【００２１】
【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
【図１】
0003632722.tif 000004
【図２】
0003632722.tif 000005