(57)【要約】  溶解後にブレークダウン工程やその後の矯正工程を経ることなく、熱間圧延機に送り込むことができる直線性に優れ（反りや曲がりが抑制された）、また、コーナー部に割れやクラックのない健全な組織を有する電子ビーム溶解炉により溶製された熱間圧延に好適なチタンスラブとその溶製方法を提供する。  電子ビーム溶解炉の鋳型から直接溶製されたチタンスラブであって、スラブの長さ１０００ｍｍ当たりの反り（長手方向に対する厚み方向の変形量）が５ｍｍ以下、曲がり（長手方向に対する幅方向の変形量）が２．５ｍｍ以下である熱間圧延用チタンスラブ。また、この熱間圧延用チタンスラブの溶製方法であって、前記電子ビーム溶解炉に内装された矩形鋳型を構成する長辺鋳型壁および短辺鋳型壁のうち、短辺鋳型壁側から溶湯を注入し、また、コーナー部に面取り部を設けた鋳型を用いることを特徴とする熱間圧延用チタンスラブの溶製方法。
2010090310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビーム溶解炉の鋳型から直接溶製されたチタンスラブであって、スラブの長さ１０００ｍｍ当たりの反り（長手方向に対する厚み方向の変形量）が５ｍｍ以下、曲がり（長手方向に対する幅方向の変形量）が２．５ｍｍ以下であることを特徴とする熱間圧延用チタンスラブ。
【請求項２】
前記熱間圧延用チタンスラブの厚み（Ｔ）に対する幅（Ｗ）の比（Ｗ／Ｔ）が２〜１０の範囲であり、且つ、幅に対する長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｗ）が５以上であることを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延用チタンスラブ。
【請求項３】
前記熱間圧延用チタンスラブの厚みが１５０〜３００ｍｍ、幅が１７５０ｍｍ以下、長さが５０００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の熱間圧延用チタンスラブ。
【請求項４】
前記熱間圧延用チタンスラブのコーナー部に、５〜５０ｍｍの曲率半径（ｒｃ）を有する面取り部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱間圧延用チタンスラブ。
【請求項５】
前記熱間圧延用チタンスラブが、純チタンまたはチタン合金で構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱間圧延用チタンスラブ。
【請求項６】
電子ビーム溶解炉を用いた熱間圧延用チタンスラブの溶製方法であって、前記電子ビーム溶解炉に内装された矩形鋳型を構成する長辺鋳型壁および短辺鋳型壁のうち、短辺鋳型壁側から溶湯を注入することを特徴とする熱間圧延用チタンスラブの溶製方法。
【請求項７】
前記矩形鋳型内に形成された溶融チタンプール表面に照射する電子ビーム密度を、溶湯注入側の短辺鋳型と対向する短辺鋳型壁側から溶湯注入側の短辺鋳型壁側に向かって減少させることを特徴とする請求項６に記載の熱間圧延用チタンスラブの溶製方法。
【請求項８】
前記矩形鋳型のコーナー部に面取り部を形成させ、前記面取り部の形状が矩形鋳型の内部に形成されている溶湯とその外周部に形成される凝固シェルとの境界である平衡固相線と相似となるように形成された鋳型を用いることを特徴とする請求項６または７に記載の熱間圧延用チタンスラブの溶製方法。
【請求項９】
前記矩形鋳型のコーナー部に面取り部を形成させ、前記面取り部を円弧の一部で構成し、前記円弧の曲率半径（ｒｃ）が２〜５０ｍｍとされた鋳型を用いることを特徴とする請求項６または７に記載の熱間圧延用チタンスラブの溶製方法。
【請求項１０】
前記矩形鋳型の厚み（Ｄ）に対する幅（Ｗ）の比（Ｗ／Ｄ）は、２≦（Ｗ／Ｄ）≦１０の範囲とされた鋳型を用いることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の熱間圧延用チタンスラブの溶製方法。
【請求項１１】
前記矩形鋳型の面取り部の曲率半径（ｒｃ）は、鋳型長辺に対する鋳型短辺の比（α）に対して比例関係となるように構成された鋳型を用いることを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の熱間圧延用チタンスラブの溶製方法。
【請求項１２】
請求項１〜５のいずれかに記載の熱間圧延用チタンスラブを、熱間圧延機に送り込み、帯状コイルへ熱間圧延することを特徴とする熱間圧延用チタンスラブの圧延方法。
【請求項１３】
前記圧延機が、タンデム圧延機、ステッケル圧延機またはプラネタリー圧延機であることを特徴とする請求項１２に記載の熱間圧延用チタンスラブの圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム溶解炉により溶製された熱間圧延に好適なチタンスラブとその溶製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属チタンは、近年にない需要の増加に対して、スポンジチタンあるいはインゴットのメーカーはその増産対応に追われている状態である。この状況は、スポンジチタンあるいはインゴットのメーカーのみならず、前記チタンインゴットを鍛造した板材に加工するメーカーにおいても同じような状況が続いている。【０００３】
上記のようなチタンインゴットを加工した板材の一種である帯状コイルの従来の一般的な製造方法は、消耗電極式アーク溶解法や電子ビーム溶解法で溶解して凝固させた大型のチタンインゴットからスタートし、これをブレークダウンして熱間圧延用スラブを製造するものである。【０００４】
この大型のインゴットの形状は、消耗電極式アーク溶解法の場合には直径約１ｍの円柱形、電子ビーム溶解法の場合には矩形形状も製造されており一辺が約０．５〜１ｍの断面を有する。このように大きな断面であるため、この大型インゴットは、分塊や鍛造や圧延などの熱間加工によってブレークダウンされて、熱間圧延機で圧延可能なスラブ形状とする。【０００５】
ブレークダウン後に、さらに、反りや曲がり（キャンバー）の矯正工程、表面のスケールや疵を除去するための手入れ工程を経て、初めて熱間圧延用スラブとなる。この熱間圧延用スラブは、所定の温度に加熱して鉄鋼等の汎用な熱間圧延機によって熱間圧延し帯状コイル（薄板）に加工される。この熱間圧延された帯状コイルは、その後、焼鈍や脱スケールされてそのまま製品になるもの、あるいは更に冷間圧延などの冷間加工と焼鈍が施されて製品となるものがある。【０００６】
このようにチタンの薄板コイルの製造に際しては、いくつかの工程を経て初めて製造されるものであるため、コスト増大の原因となっており、チタン溶解メーカーに対して、前記工程の短縮あるいは工程改善しうるようなチタンスラブの提供が望まれている。【０００７】
一方、最近では、電子ビーム溶解炉では鋳型の断面形状を矩形とすることにより、矩形のインゴットも溶製されている。しかしながら、現状では前記矩形インゴットの厚みは、ブレークダウン工程を経ずには熱間圧延機にかけることができる程度まで薄くは溶製されていない。そのため、更に薄手の矩形インゴットを溶製する技術が望まれているが、まだ、実用化には至っていない状況にある。【０００８】
即ち、従来の電子ビーム溶解炉を用いて熱間圧延機に直接送りこむことのできるような厚みのチタンスラブを溶製するには、まずは、チタンスラブを溶製するための専用の鋳型が必要となる。しかしながら、電子ビーム溶解炉でチタンスラブを溶製する際に単純に従来の角形鋳型の厚みを薄くした場合には、前記鋳型にて溶製されるチタンスラブに反りや曲がりが発生して長手方向に波打ち、鉄鋼等の圧延に利用されている汎用の熱間圧延機にそのまま送り込むことができないという新たな課題に遭遇する。【０００９】
鉄鋼等の汎用の熱間圧延機で帯状コイルを製造する上で、スラブの反りや曲がり（直線性が悪いこと）は通材性を損なうため、上下に大きく反ったり、左右にふれたり、被圧延材が真っ直ぐに進行せずに、連続した熱間圧延ができなくなる。熱間圧延ができたとしても、被圧延材がガイドや搬送ロールに激しくぶつかるために、エッジの割れや表面疵が発生してしまう。溶製されたチタンスラブの反りや曲がりが大きい場合には、加熱して熱間で矯正するか、所定の形状になるように切削などの機械加工によって厚みや幅を相当量切除する必要が生じる。【００１０】
電子ビーム溶解炉による角形鋳型を用いた矩形インゴットの溶製方法は、例えば、特開平０４−１３１３３０号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１の第１図には、溶湯が角形鋳型１の長辺鋳型壁側から注がれている図が示されている。しかしながら、特許文献１には、矩形インゴットを溶製することにより、前記インゴットの圧延工程を改善することができるという効果の記載はあるが、角形鋳型を用いて溶製されたチタンスラブの曲がりや反りなどの直線性に関する技術開示は見あたらない。【００１１】
しかしながら、実操業を勘案した場合、減圧された電子ビーム溶解炉で溶製されたチタンスラブを大気圧下に抜き出す技術は実用化されておらず、抜き出しには電子ビーム溶解炉の運転を停止して炉内を大気圧にする等しなければならず、電子ビーム溶解とスラブの抜き出しを連続的に行うことは困難であり、今後の周辺技術の進歩が望まれている。【００１２】
このように、電子ビーム溶解炉を用いて熱間圧延用に好適なチタンスラブを直接溶製するには、前記した課題を解決する必要があり、前記課題の合理的な解決手段が望まれている。【００１３】
特開昭６２−０５００４７号公報（特許文献２）には、電子ビーム溶解炉を構成する鋳型から引き抜かれたチタンスラブの表面に、電子ビームを照射して表層部を溶融加熱した後、表面成形圧延ロールにかけてスラブを製造することで、鋳造スラブの鋳肌を改善する方法が開示されている。【００１４】
特許文献２によれば、単にスラブを鋳型から引き抜いたままでは表面欠陥や大きなオッシレーションマークが発生しているため、再度、電子ビームを照射して表層部を溶融した後、表面成形ロールにかけることによって良好な鋳肌を得るもので、１８０ｍｍ×５０ｍｍの断面を有する矩形チタンスラブの例が開示されている。【００１５】
しかしながら、特許文献２にも、角形鋳型を用いて溶製されたチタンスラブの曲がりや反りなどの直線性に関する技術開示は見あたらない。また、この１８０ｍｍ×５０ｍｍの断面は工業的に非常に小さいため、帯状コイルを製造する鉄鋼などの大型の熱間圧延機では、温度低下が大きく、適していない。【００１６】
さらに、特許文献２では、鋳型から引き抜いた後の表面成形ロールと電子ビーム溶解炉の内部にチタンスラブ加熱用の電子銃を別途準備する必要があり、コスト面での課題が残されている。【００１７】
また、最近では、電子ビーム溶解炉に角形の鋳型を配設し、角形のインゴットを製造する技術も開発されつつある。前記した角形のインゴットは、丸型インゴットに比べて熱間鍛造が容易であり、前記鍛造工程を効率化することができるという効果を奏するものである。【００１８】
更には、前記角形インゴットの厚みを更に薄くしたスラブの製造方法も検討されつつあるが、前記角形鋳型を用いて溶製されたスラブのコーナー部に割れや傷が発見される場合があり改善が求められている。【００１９】
前記した割れや傷があるとその後に行う鍛造あるいは圧延工程において加工された薄板の表面に傷を残す場合があり、また、薄板自身に割れが入る場合がある。さらには、コーナー部に割れや傷が発生していなかったとしても、角形スラブのコーナー形状が適正でない場合には、そのまま熱間圧延するとエッジ部に割れが発生して、薄板の製品歩留まりを大きく低下させてしまい、改善が求められている。【００２０】
このような点については、連続鋳造技術に見られるような鋳型の内面を外部に張り出させた形状とすることで、前記スラブのコーナー部に対する冷却強度を緩和して、その結果鋳肌の改善されたインゴットを製造する試みがある（例えば、特許文献３参照）。【００２１】
また、前記鋳型の断面積をスラブの引抜き方向に向かって減少させるように構成することで、鋳型とスラブと密着性を改善することで、前記コーナー部や鋳肌の改善を目論んだ技術も開示されている（例えば、特許文献４参照）。【００２２】
しかしながら、これらの技術は溶製される鋳片全体の鋳肌に関して言及されており、前記した角形インゴットのコーナー部に発生する割れについては言及されていない。このように、電子ビーム溶解炉を用いて溶製された角形インゴットのコーナー部の割れや傷の発生がない健全な鋳肌のインゴットを安定的に製造する技術が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開平０４−１３１３３０号公報
【特許文献２】特開昭６２−０５００４７号公報
【特許文献３】特開平１１−０２８５５０号公報
【特許文献４】特開平０４−３１９０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明は、電子ビーム溶解炉による溶解後にブレークダウン工程やその後の矯正工程を経ることなく、熱間圧延機に送り込むことができるような、熱間圧延に好適な特性を具備したチタンスラブとその溶製方法の提供を目的としている。
【発明を解決するための手段】
【００２５】
かかる実情に鑑み前記課題について鋭意検討を進めてきたところ、角形鋳型を構成する長辺鋳型壁と短辺鋳型壁のうち、前記短辺鋳型壁側から溶湯を注入することにより、長手方向の直線性に優れたチタンスラブを溶製することができることを見出し、以下の本願発明を完成するに至った。
【００２６】
即ち、本願発明にかかる熱間圧延用チタンスラブは、電子ビーム溶解炉の鋳型から直接溶製されたチタンスラブであって、スラブの長さ１０００ｍｍ当たりの反りが５ｍｍ以下、曲がりが２．５ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
【００２７】
ここで、本願発明における「反り」とは、スラブの断面図においてスラブの長手方向に対する鉛直方向（厚さ方向）の変形量のうち最大の変形量を意味する。また、「曲がり」とは、スラブの平面図において、スラブの長手方向に対する水平方向（幅方向）の変形量のうち最大の変形量を意味する。
【００２８】
本願発明に係る前記熱間圧延用チタンスラブは、前記チタンスラブの厚み（Ｔ）に対する幅（Ｗ）の比（Ｗ／Ｔ）が２〜１０の範囲であり、且つ、幅に対する長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｗ）が５以上であることを好ましい態様とするものである。
【００２９】
本願発明に係る前記熱間圧延用チタンスラブは、厚みが１５０〜３００ｍｍ、幅が１７５０ｍｍ以下、長さが５０００ｍｍ以上であることを好ましい態様とするものである。
【００３０】
本願発明に係る熱間圧延用チタンスラブのコーナー部には、５〜５０ｍｍの曲率半径（ｒｃ）を有する面取り部が形成されていることを好ましい態様とするものである。
【００３１】
本願発明に係る前記熱間圧延用チタンスラブは、電子ビーム溶解炉内に配設したハース内で溶解生成したチタンの溶湯をハースの下流側に設けた矩形鋳型を構成する短辺鋳型壁から矩形鋳型内に注入されて溶製されたことを好ましい態様とするものである。
【００３２】
本願発明に係る前記熱間圧延用チタンスラブは、純チタンまたはチタン合金で構成されていることを好ましい態様とするものである。ここで、純チタンとは、ＪＩＳ１種から４種相当品を意味する。また、チタン合金とは、前記純チタンに規定されている以外の金属元素が意図的に添加されたチタン材を意味する。
【００３３】
本願発明に係る熱間圧延用チタンスラブの溶製方法は、前記電子ビーム溶解炉に内装された角形鋳型を構成する長辺鋳型壁および短辺鋳型壁のうち、短辺鋳型壁側から溶湯を注入することを特徴とするものである。
【００３４】
本願発明に係る前記熱間圧延用チタンスラブの溶製方法は、矩形鋳型内に形成された溶融チタンプール表面に照射する電子ビーム密度を、溶湯注入側の短辺鋳型壁と対向する短辺鋳型壁側から溶湯注入側の短辺鋳型壁側に向かって減少させることを好ましい態様とするものである。
【００３５】
本願発明に係る前記熱間圧延用チタンスラブの溶製方法は、前記矩形鋳型のコーナー部に面取り部を形成させ、前記面取り部の形状が矩形鋳型の内部に形成されている溶湯とその外周部に形成される凝固シェルとの境界である平衡固相線と相似となるように形成された鋳型を用いることを好ましい態様とするものである。
【００３６】
本願発明に係る前記熱間圧延用チタンスラブの溶製方法は、前記矩形鋳型のコーナー部に面取り部を形成させ、前記面取り部を円弧の一部で構成し、前記円弧の曲率半径（ｒｃ）が２〜５０ｍｍとされた鋳型を用いることを好ましい態様とするものである。
【００３７】
本願発明に係る前記熱間圧延用チタンスラブの溶製方法は、前記矩形鋳型の厚み（Ｄ）に対する幅（Ｗ）の比（Ｗ／Ｄ）は、２≦（Ｗ／Ｄ）≦１０の範囲とされた鋳型を用いることを好ましい態様とするものである。
【００３８】
本願発明に係る前記熱間圧延用チタンスラブの溶製方法は、前記角形鋳型の面取り部の曲率半径（ｒｃ）は、鋳型長辺に対する鋳型短辺の比（α）に対して比例関係となるように構成された鋳型を用いることを好ましい態様とするものである。
【００３９】
本願発明に係る熱間圧延用チタンスラブの圧延方法は、前記熱間圧延用スラブを、熱間圧延機に送り込み、帯状コイルへ熱間圧延することを好ましい態様とするものである。
【００４０】
本願発明に係る前記熱間圧延用チタンスラブの圧延方法は、前記熱間圧延をタンデム圧延機、ステッケル圧延機またはプラネタリー圧延機を用いて行うことを好ましい態様とするものである。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、チタンスラブの反りや曲がりが高度に抑制されているので、電子ビーム溶解後にブレークダウン工程やその後の矯正工程を必要とせず、熱間圧延機に送り込むことができるような長手方向の直線性に優れた熱間圧延用チタンスラブ、およびその溶製方法を提供するものである。【００４２】
前記した装置および方法により製造されたチタンスラブは、長手方向の直線性に優れており、その結果、鉄鋼などの汎用の熱間圧延機で安定な熱間圧延が可能になり、熱間圧延に先立ってブレークダウン工程やチタンスラブの長手方向の矯正工程を省力することができ、その結果、チタン薄板の加工時間を大幅に短縮することができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】熱間圧延用チタンスラブの形状を模式的に示す図である。
【図２】スラブの長手方向の反りを模式的に示す図である。
【図３】スラブの長手方向の曲がり（キャンバー）を模式的に示す図である。
【図４】角形鋳型の断面形状、その長辺鋳型壁および短辺鋳型壁、および溶湯を注入する壁側を示す図である。詳しくは、（ａ）は短辺鋳型壁側から、（ｂ）は長辺鋳型壁側から、溶湯を注入していることを示す図である。
【図５】電子ビーム溶解炉の主要な装置構成を示す図である。
【図６】本発明の角型鋳型におけるチタンスラブの溶製中の状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…電子銃、２…電子ビーム、３、３１…矩形鋳型、３２…溶融プール、３３…等温線、３４…固相、３５…平衡固相線、４…ハース、５…溶湯、６…溶融プール、７…スラブ、８…引き抜き台座、９…引き抜きシャフト、１０…原料、１１…溶解室、１２…インゴット室、２０…ゲートバルブ。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明の最良の実施形態について図面を用いて以下に説明する。
図１は、本願発明に係る熱間圧延用チタンスラブの形状を模式的に表している。また、図２はスラブの長手方向の反りを、図３はスラブの長手方向の曲がり（キャンバー）を説明する図を示している。
【００４６】
本願発明の方法で製造された熱間圧延用チタンスラブは、まず表面が平滑な定盤の上に載置して反りと曲がりを確認する。即ち、前記チタンスラブを鉛直方向に揺動させてチタンスラブの鉛直方向の変形具合を確認し、定盤から浮いている他端のコーナー部と定盤の距離を測定し、その中の最大値を図２に示すように「反り」として計測する。
【００４７】
同様に定盤の上に載置されたチタンスラブの端面に沿って長手方向に移動して、スラブの長手方向に表示された定盤上の直線に対する変移量を測定し、その中の最大値を図３に示すように「曲がり」として計測する。
【００４８】
図４は、電子ビーム溶解炉におけるチタンスラブを溶製する角形鋳型の平面図を示す。矩形鋳型は、長辺鋳型壁と短辺鋳型壁を有し、本発明では、これらのうち、図４（ａ）のように前記短辺鋳型壁側から溶湯を注入することを好ましい態様とするものであり、その結果、長手方向の直線性に優れたチタンスラブを溶製できるという効果を奏するものである。その直線性は、スラブの長さ１０００ｍｍ当たりの反りが５ｍｍ以下、曲がりが２．５ｍｍ以下であり、鉄鋼などの汎用な熱間圧延機で安定した通材性を十分に確保できる品質にある。
【００４９】
従来は、溶湯が鋳型外枠から外れずに安定して鋳型内に注ぎ込まれるように、図４（ｂ）のように間口が広い長辺鋳型壁側から溶湯を注入する方法があった。この場合、スラブの反りが５ｍｍ（長さ１０００ｍｍ当たり）を超えると、必要とされる直線性が得られない場合がある。これは、スラブの表裏面となる溶湯の注入面側の長辺鋳型壁側と、反注入面側である対向する長辺鋳型壁側で温度差が大きくなり、それに応じて温度や冷却の差が薄手である厚み方向で非常に大きくなるためと考えられる。
【００５０】
本願発明のように短辺鋳型壁側から溶湯を注入することによって、図４（ａ）からわかるように、鋳型のコーナー部が、薄手の鋳型を使用しているために溶湯が注ぎ込まれている箇所に非常に近い。鋳型のコーナー部は、冷却能が平面部に比べて高く、溶湯が注ぎ込まれることによる温度差を急激に緩和する作用がある。その作用によって、冷却の対称性が高まり、反りと曲がりが抑制されていると考えられる。また、短辺鋳型壁から注ぎ込むため、対向する長辺鋳型壁どうしに関しては温度分布が対称となり、その結果、薄手である厚み方向の変形が起こり難いと考えられる。
【００５１】
本願発明においては、前記チタンスラブを溶製するに際しては、矩形鋳型内に形成された溶融チタンプール表面に照射する電子ビーム密度を、溶湯注入側の短辺鋳型と対向する一方の短辺鋳型側から溶湯注入側の短辺鋳型壁側に向かって減少させるように電子ビームを照射することが好ましい。
【００５２】
溶湯注入側の短辺鋳型壁では温度が高く、対向する短辺鋳型壁では距離があるために温度が低下しているので、前記のような電子ビーム照射パターンにて矩形鋳型内の溶融チタンプールを加熱することで、前記チタンスラブの幅方向の温度分布を均一に維持することができる。その結果、溶製されるチタンスラブの変形もさらに効果的に抑制することができるという効果を奏するものである。
【００５３】
具体的には、本願発明の前記の電子ビームパターンを採用した装置および方法により製造された熱間圧延用チタンスラブは、スラブの長さ１０００ｍｍ当たりの反りが５ｍｍ以下、曲がりが２．５ｍｍ以下、好ましくは、反りが２ｍｍ以下、曲がりが２ｍｍ以下に制御することができ、熱間圧延時の通材性がさらに安定化できる。
【００５４】
加えて、溶製したチタンスラブの鋳肌にある凹凸などの表面欠陥を切削などで手入れ除去する場合、スラブの反りや曲がりが小さいことによって、手入れ効率の向上と削量低減の効果が成し得る。
【００５５】
本願発明に係る熱間圧延用チタンスラブは、電子ビーム溶解炉から直接溶製されたことを特徴とするものである。前記チタンスラブは、溶製当初から圧延に適した厚みに調整されているために、従来のインゴットから行っていたスラブへのブレークダウン工程が不要であるのみならず、溶製したままのチタンスラブの反りや曲がりが非常に小さいために矯正工程や切削などによる機械加工も不要にできる。
【００５６】
本願は発明に係るチタンスラブは、電子ビーム溶解炉から直接製造された熱間圧延用チタンスラブであって、前記チタンスラブの厚み（Ｔ）に対する幅（Ｗ）の比（Ｗ／Ｔ）が２〜１０の範囲であり、且つ、幅に対する長さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｗ）が５以上であることを、好ましい態様とするものである。具体的には、前記チタンスラブの厚み（Ｔ）が１５０〜３００ｍｍ、幅（Ｗ）が１７５０ｍｍ以下、長さ（Ｌ）が５０００ｍｍ以上が好ましく、更には５６００ｍｍ以上、より好ましくは６０００ｍｍ以上、更には７０００ｍｍ以上の範囲から選択することがより好ましい。
【００５７】
前記チタンスラブの厚み（Ｔ）に対する幅（Ｗ）の比（Ｗ／Ｔ）が２未満の場合には、チタンスラブが幅に対して厚手になるため、熱間圧延時の幅広がりが大きくなりエッジ部に割れを生じてしまい、好ましくない。特に、厚みが３００ｍｍを超えると、熱間圧延時の自由面が大きくなり、側面の皺が深くなりエッジ部の割れを助長してしまう。
【００５８】
前記チタンスラブの厚みが１５０ｍｍ未満の場合には、熱間圧延時にスラブの温度低下が大きく、通材性を損ねてしまうとともに、エッジ割れを招く場合がある。また、スラブの鋳造時には、チタンスラブ自身の自重により直線性が保持できず、円滑なチタンスラブの溶製を継続することが困難となる。（後述する図５に示す、好適な電子ビーム溶解炉の主要な装置構成を参照。）
【００５９】
一方、前記チタンスラブのＷ／Ｔが１０を超える場合には、鋳型から引き抜かれるスラブの厚みが薄くなりすぎて、引き抜きに要する十分な強度が得られないという不具合が生じ、好ましくない。前記チタンスラブの厚みが３００ｍｍ或いは幅が１７５０ｍｍを超えると、熱間圧延の圧延負荷が増大し、汎用の熱間圧延機では直接圧延できなくなり、本願の目的に反する。
【００６０】
本願発明に係る熱間圧延用チタンスラブは、前記熱間圧延用スラブを、電子ビーム溶解炉で溶製する場合の生産効率、鉄鋼などの汎用な熱間圧延機で帯状コイルに圧延する場合の通材安定性の両面から、前記熱間圧延用チタンスラブの長さ（Ｌ）と幅（Ｗ）の比である（Ｌ／Ｗ）が５以上で、スラブの長さは５０００ｍｍ以上が好ましく、スラブのＬ／Ｗが小さく長さが短くなると、チタンは密度が鋼の６０％と軽量なため、搬送ローラーなどからの反動でスラブがばたつきやすくなり、その影響で熱間圧延後の表面に疵が発生してしまう場合がある。また、長さが５０００ｍｍよりも短い場合には、帯状コイルを熱間圧延する際に次段のロールにかみ合わせることが難しく、好ましくない。
【００６１】
また、電子ビーム溶解炉で連続してチタンスラブを溶製する場合、１本目のスラブの鋳造が完了した時点で、次の真空チャンバーと入れ替える。１本目の入れ替えられた真空チャンバーは、高温のチタンスラブの冷却とその後にスラブを取り出すための交換時間が必要となる。生産効率を高めるためには、チタンスラブ１本の鋳造完了時間が、この交換時間以上は必要となる。現状の電子ビームから供給できる熱量を考慮すると、Ｌ／Ｗを５以上とすることが好ましい。
【００６２】
図６は、図５における鋳型３を上方から見た図である。図６に示すように、本願発明においては、矩形鋳型３１のコーナー部に面取り部を形成させ、前記面取り部の形状が矩形鋳型の内部に形成されている溶湯３２とその外周部に形成される凝固シェル３４との境界である平衡固相線３５と相似となるように形成された鋳型を用いることを好ましい態様とするものである。
【００６３】
ここで、平衡固相線３５とは、矩形鋳型３１の内部に形成されている固相３４と液相３２の境界面を示し、溶湯の凝固点に相当する温度を結ぶ線に相当する。一般に金属の融点では固液が共存しているが、前記鋳型プール３２の外周面は固相を表しており、本願発明においてはこの等温線を平衡固相線３５と呼ぶことにする。
【００６４】
前記平衡固相線３５は、鋳型の長辺部および短辺部では、鋳型壁と平行な直線をなしている。しかしながら、コーナー部では、外に凸な曲線で構成されている。本願発明では、前記の曲線の形状に着目したものであり、角形鋳型３１のコーナー部の形状を前記角形鋳型３１内に形成される平衡固相線３５に相似な形状に構成することを好ましい態様としている。
【００６５】
前記のようなコーナー部を平衡固相線に対応した形状に構成することにより、鋳型プール３２から水冷鋳型３１への抜熱による熱流が鋳型内面と直交する方向に形成されるため、これに伴って形成される鋳造組織も熱流にそって形成され、凝固組織の均一な鋳塊を溶製できるという効果を奏するものである。
【００６６】
また、本願発明においては、前記角形鋳型３１のコーナー部の面取り部を円弧の一部として構成することもできる。本願発明においては、前記面取り部の円弧の曲率半径（ｒｃ）は、２〜５０ｍｍの範囲に設定することが好ましい。
【００６７】
前記コーナー部の面取り部を構成する円弧の曲率半径が上限値５０ｍｍを超えると、溶製されるチタンスラブのコーナー部の凝固組織は健全に維持されるものの、前記チタンスラブを圧延により形成される薄板の均質性が低下し好ましくない。また、スラブコーナー部の冷却凝固速度が低下して、スラブ内からのブレークアウトが懸念されて好ましくない。一方、前記曲率半径の下限値２ｍｍより小さい曲率半径の面取り部を構成した場合には、スラブから鋳型コーナー部への抜熱が大きく、スラブ表面鋳肌の改善効果を享受することが難しく、溶製されたチタンスラブ自身のコーナー部に割れや傷が発生し好ましくない。
【００６８】
よって本願発明においては、角形鋳型３１のコーナー部の面取り部を構成する円弧の曲率半径は、２〜５０ｍｍの範囲に設定することが好ましく、更には、５〜３０ｍｍに設定することが好ましい。前記した範囲の平滑な曲面で鋳型の内面を構成することにより、コーナー部にクラックや傷の無い健全な凝固組織を呈したチタンスラブを溶製することができるという効果を奏するものである。
【００６９】
本願発明においては、前記面取り部の曲率半径（ｒｃ）は、鋳型長辺の長さに対する鋳型短辺の長さの比（α）に対して比例関係となるように構成することが好ましい。即ち、溶製されるインゴットの厚みが増加するほど、面取り部を大きくとれるように構成することが好ましい。このような構成とすることで種々の形状の角形鋳型にも好適に対応することができるという効果を奏するものである。
【００７０】
また、本願発明に用いる鋳型の厚み（Ｄ）に対する幅（Ｗ）の比（Ｗ／Ｄ）は、２≦（Ｗ／Ｄ）≦１０の範囲とすることが好ましく、更に、２．５≦（Ｗ／Ｄ）≦８の範囲とすることがより好ましい。
【００７１】
本願発明で用いる鋳型の形状は角形であることが好ましく、前記鋳型の厚みは後工程に供される圧延工程に対しては薄い方が好ましい。しかしながら鋳型の厚みが薄くなるにつれて水冷銅壁への抜熱量が増加するので前記鋳型プールへ供給する熱量も増加させることが必要となり好ましくない。
【００７２】
よって前記鋳型の大きさには上限および下限があり、本願発明においては、種々の検討の結果、前記鋳型の厚みに対する幅の比（Ｗ／Ｄ）は、１０を上限としている。前記上限値を越えて鋳型幅を短くすると、鋳型プールから鋳型への抜熱量が増加し、これに見合う電子ビーム加熱量が増加して好ましくないからである。一方、比（Ｗ／Ｄ）の下限値２以下であると、断面が正方形に近づき、鋳型の幅と厚さの関係が近接してしまい、本願発明の効果を得られない。さらに、１以下であると幅と厚さの関係が逆転して本願発明の意味をなさないからである。前記鋳型の厚み対する幅の比（Ｗ／Ｄ）は、より好ましくは、２．５〜８に設定することで、鋳型の多少の変形があった場合にも、目的とする幅と厚みのスラブを確実に溶製できるという効果を奏するものである。
【００７３】
本願発明においては、前記した角形鋳型３１に保持された鋳型プール３２の面取り部に隣接したプール部に電子ビームを照射する際には、前記角形鋳型３２の面取り部の形状に相似な形状の電子ビームを前記面取り部に照射することが好ましい。
【００７４】
また、前記面取り部が円弧の一部で構成されている場合には、電子ビームの形状も円形に構成し、更に、前記円形の半径を、前記面取り部を構成する円弧の曲率半径に一致させることが好ましい。
【００７５】
前記のような電子ビームを鋳型プール３２に照射することで、角形鋳型３１の面取り部の隅々まで熱エネルギーを投入することができ、その結果、溶製されるチタンスラブのコーナー部の鋳肌も割れや傷のない健全な凝固組織を得ることができるという効果を奏するものである。
【００７６】
前記したチタンスラブは、純チタンまたはチタン合金のいずれでも構成することができる。例えば、スポンジチタンを溶解原料として溶製されたチタンスラブあるいは、スポンジチタンに合金成分を添加して溶製されたチタンスラブに対しても適用することができる。
【００７７】
次に、前記したチタンスラブの好ましい溶製方法について、図５を参照しながら説明する。図５は、本願発明に係るチタンスラブの溶製に好適な電子ビーム溶解炉の主要な装置構成を表している。本願発明においては、ハース４に投入されたチタン原料１０は、電子ビーム溶解炉の頂部に保持された電子銃１から放出される電子ビーム２によって加熱溶解されて溶湯５を生成し、前記溶湯５は、ハース４の下流側に配設した鋳型３に連続的に注入される。
【００７８】
鋳型３に連続的に注入された溶湯５は、鋳型３の内部に形成されているチタンプール６に合体されると共に、前記チタンプール６の下方で凝固したチタンスラブ７は連続的に引き抜かれ、前記チタンプール面６を一定のレベルに保持するように操業される。
【００７９】
前記したハース４、鋳型３は、溶解室１１に内装されて大気と遮断されており、前記溶解室１１の内部は減圧に保持されている。鋳型３の下端より引き抜かれたチタンスラブ７は、溶解室１１の下部に密着配置されたインゴット室１２内に連続的に引き抜かれる。前記インゴット室１２の内部は溶解室１１と同様に減圧状態に維持することが好ましい。前記のような圧力状態に維持することで、インゴット室１２から溶解室１１への大気の侵入を効果的に抑制することができる。
【００８０】
インゴット室１２内に所定量引き抜かれたチタンスラブ７は、鋳型３から完全に引き抜かれた後、ゲートバルブ２０を作動させて溶解室１１とインゴット室１２の縁を切ることが好ましい。
【００８１】
次いで、インゴット室１２内にアルゴンガスを投入して、インゴット室１２内の圧力を大気圧まで戻すと共に、前記インゴット室１２内の温度を室温近傍まで冷却することが好ましい。
【００８２】
室温まで冷却されたチタンスラブ７は、インゴット室１２に設けられた図示しない開放扉より大気中に抜き出すことができる。
【００８３】
本願発明においては、前記チタンスラブの好ましい長さを確保する意味から、前記インゴット室１２の長さは、少なくとも５０００ｍｍ以上確保しておくことが好ましい。
【００８４】
本願発明においては、前記鋳型３は、前記したチタンスラブ７の溶製に好適な厚みに構成しておくことが好ましく、具体的には、１５０〜３００ｍｍの範囲に構成しておくことが好ましい。
【００８５】
また、前記角形鋳型の厚み（Ｔ）に対する幅（Ｗ）の比（Ｗ／Ｔ）は、２〜１０の範囲に構成することが好ましい。前記のような断面形状の角形鋳型を用いることで、鉄鋼などの汎用な熱間圧延機に直接送り込むことができるという効果を奏するものである。
【００８６】
図５に示した電子ビーム溶解炉から抜き出されたチタンスラブは、次いで、表面に形成されている付着物や凹凸を切削や研磨などで除去した後、加熱炉で加熱された後、高温の状態で熱間圧延機に送り込むことにより、帯状コイルに熱間圧延することができる。
【００８７】
本願発明では、前記圧延機として、タンデム圧延機、ステッケル圧延機あるいはプラネタリー圧延機を好適に使用することができる。特にタンデム圧延機は、チタンスラブを帯状コイルに熱間圧延する際に、粗圧延から仕上げ圧延の際に好適に用いることができる。
【００８８】
以上述べた電子ビーム溶解炉により溶製されたチタンスラブは、鉄鋼メーカーの保有する熱間圧延機を好適に用いることができ、その結果、品質の優れた熱間圧延チタンコイルを製造することができるという効果を奏するものある。
【実施例】
【００８９】
［実施例１］
１．溶解原料：スポンジチタン
２．溶解装置：
１）電子ビーム出力
ハース側：最大１０００ｋＷ
鋳型側：最大４００ｋＷ
２）角形鋳型
大きさ：厚み２７０ｍｍ×幅１１００ｍｍ
構成：水冷銅
３）鋳型への溶湯注入方向：角形鋳型の短辺鋳型から注入【００９０】
前記した装置構成および原料を用いて、幅１１００ｍｍ、厚み２７０ｍｍ、長さ５６００、６０００、７０００、８０００および９０００ｍｍの計５本のチタンスラブを溶製した。溶製されたチタンスラブの長手方向の反りや曲がりは、上述の方法で測定すると、反りはスラブの長さ１０００ｍｍ当たりの反りは０．５〜４ｍｍ、曲がりは０．５〜２ｍｍであり、その後の熱間圧延機にかけるに十分な直線性を有していた。【００９１】
［実施例２］
実施例１の条件に加えて、矩形鋳型の幅方向に対して、溶湯の注入した短辺鋳型壁に向かって対向する短辺鋳型壁から電子ビーム密度を減少させて、矩形鋳型プール表面温度を均一に保持して溶解を行った。その結果、溶製されたチタンスラブの反りと曲がりは、いずれも安定して小さくなり、反りが２ｍｍ以下となった。【００９２】
［実施例３］
実施例１で溶製されたチタンスラブの鋳肌の切削手入れした後、前記チタンスラブを鉄鋼の熱間圧延機にかけて、厚さ３〜６ｍｍの帯状コイルを得た。更に、前記帯状コイルを、ショットブラスト、硝フッ酸酸洗することで、脱スケールした後、冷間圧延によって最終的には、厚さ０．３〜１ｍｍの薄板を効率よく製造することができた。【００９３】
［実施例４］
実施例１において、スポンジチタンにアルミーバナジウム合金を添加して、３Ａｌ−２．５Ｖ（ＪＩＳ６１種）合金のスラブを溶製した以外は同じ条件下にて、幅１１００ｍｍ、厚み２７０ｍｍ、長さ５６００、６０００、７０００、８０００および９０００ｍｍの計５本のチタンスラブを溶製した。溶製されたチタンスラブは、熱間圧延機にかけるに十分な直線性を有していた。【００９４】
［実施例５］
図６に示したようなコーナー部の断面形状を平衡固相線に相似な図形に沿って形成した鋳型を用いて純チタンスラブを溶製した。溶製後のスラブの表面を調査したところ、凝固組織は健全であり、しかも割れ等の生成は認められなかった。ただし、念のため、前記スラブの表層部を１ｍｍだけ切削して、そのまま圧延して薄板を製造したが、割れや表面疵等の発生は見られなかった。  なお、表面切削後のスラブの歩留まりは、９８％であった。【００９５】
［比較例１］
実施例１において、角形鋳型を構成する長辺鋳型方向から溶湯を注入した以外は同じ条件下でチタンスラブを溶製した。その結果、順調に所定長さのチタンスラブを溶製することができたものの、長さ１０００ｍｍ当たりの反りが６〜１５ｍｍ、曲がりが３〜５ｍｍもあり、そのままでは熱間圧延機に送入することができなかった。そこで、矯正機にかけて直線性を担保した後、圧延機にかけて薄板コイルを得た。【００９６】
［比較例２］
実施例５において用いたコーナー部を曲面で構成した鋳型の代わりに、内面も角形の従来の鋳型を用いてチタンスラブを溶製した。その結果、溶製されたスラブの平行部の鋳肌は健全であったが、コーナー部においては、鋳肌が荒れており、また微小なクラックも観察された。その結果、表層部を５ｍｍだけ研削して、圧延し、薄板を製造した。製造された薄板には割れや表面疵等の発生は見られなかった。ただし、圧延に先立って行った表面研削により、切削歩留まりは９５％に低下した。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明によれば、電子ビーム溶解炉を用いて高品質なチタンスラブを直接溶製することができ、チタン製品の製造コストの削減に寄与する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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