(57)【要約】【課題】チタンまたはチタン合金のインゴットを熱間分塊圧延してブルームやビレットを成形した際に、これらの両端部に生じるチタンスクラップを歩留まりおよび効率良く再利用できる方法を提供する。【解決手段】チタンまたはチタン合金からなり、円柱形を呈するインゴットＷ１の両端面２に酸化防止剤３を塗布する工程Ｓ１と、係る酸化防止剤３が塗布されたインゴットＷ１を加熱する工程Ｓ２と、係る加熱されたインゴットＷ１を熱間分塊圧延する工程Ｓ３と、係る熱間分塊圧延により得られたブルームまたはビレットＷ２の長手方向における両端部６を切断する工程Ｓ４と、係る切断により得られたスクラップＷ３を細かく裁断し、上記インゴットＷ１の原料となるチタン原料片Ｗ４とする工程と、を含む、チタンスクラップの再利用方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタンまたはチタン合金からなり、円柱形または角柱形を呈するインゴットの少なくとも両端面に酸化防止剤を塗布する工程と、
上記酸化防止剤が塗布されたインゴットを加熱する工程と、
上記加熱されたインゴットを熱間分塊圧延する工程と、
上記熱間分塊圧延により得られたブルームまたはビレットの長手方向における両端部を切断する工程と、
上記切断により得られたスクラップを細かく裁断し、上記インゴットの原料となるチタン原料片とする工程と、を含む、
ことを特徴とするチタンスクラップの再利用方法。
【請求項２】
前記酸化防止剤は、ホウ酸およびケイ酸の混合物である、
ことを特徴とする請求項１に記載のチタンスクラップの再利用方法。
【請求項３】
前記裁断工程の後に、裁断して得られた多数のチタン原料片を、真空中または不活性雰囲気中で溶解した後、得られた溶湯を前記インゴットに鋳造する工程を、有する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のチタンスクラップの再利用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタンまたはチタン合金からなるスクラップの再利用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタンまたはチタン合金からなるインゴットは、均熱炉で所定の温度帯に加熱された後、複数回繰り返して行う熱間分塊圧延およびこれらの間における表面研削を施され、所定断面のブルームやビレットに成形されることで、最終製品を得るための伸線加工などの成形工程に送られる（例えば、特許文献１参照）。
ところで、上記チタンなどのインゴットを熱間分塊圧延した際に、当該インゴットの圧延（長手）方向における両端部は、端面から中心部に向かってほぼＶ字形に凹んでいるため、所要の長さで切断し、スクラップとして除去されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３０６１２６号公報（第１〜１０頁、図１〜３）
【０００４】
前記スクラップは、表面の酸化層が凝縮されているため、フッ硝酸に長時間浸漬し、表層部を除去することで、前記インゴット用の再溶解の原料としている。
しかしながら、チタンなどのスクラップを上記フッ硝酸に浸漬する方法では、かなりの厚みの表層部を除去する必要があるため、歩留まりが低くなると共に、係る工程に長時間を要する。しかも、上記フッ硝酸を用いた場合、大量の窒素酸化物が発生するため、環境上の点からも好ましくない、という問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、背景技術で説明した問題点を解決し、チタンまたはチタン合金のインゴットを熱間分塊圧延してブルームやビレットを成形した際に、これらの両端部に生じるチタンスクラップを歩留まりおよび効率良く再利用できる方法を提供する、ことを課題とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するため、発明者による研究および調査の結果、分塊圧延の直前にチタンなどのインゴットを加熱する際に、係るインゴットの少なくとも両端面の酸化を抑制する、ことに着想して成されたものである。
側ち、本発明によるチタンスクラップの再利用方法（請求項１）は、チタンまたはチタン合金からなり、円柱形または角柱形を呈するインゴットの少なくとも両端面に酸化防止剤を塗布する工程と、係る酸化防止剤が塗布されたインゴットを加熱する工程と、係る加熱されたインゴットを熱間分塊圧延する工程と、係る熱間分塊圧延により得られたブルームまたはビレットの長手方向における両端部を切断する工程と、係る切断により得られたスクラップを細かく裁断し、上記インゴットの原料となるチタン原料片とする工程と、を含む、ことを特徴とする。
【０００７】
これによれば、前記インゴットは、少なくとも両端面を酸化防止剤によって被覆されているため、均熱炉内で加熱された際に、その表面の酸化を防止するか、抑制することができる。このため、その後に行う熱間分塊圧延において、圧延されたブルームやビレットの両端部に生じるスクラップの上記両端面に相当する凹みの表面における酸化を抑制できる。従って、係るスクラップを細かく裁断することで、前記インゴットを得るために必要な酸素含有量の低いチタン原料片を得ることができるので、上記スクラップを歩留まりおよび効率良く有効に再利用することが可能となる。
【０００８】
尚、前記酸化防止剤は、前記インゴットの両端面を含む全表面に対し塗布しても良い。
また、前記インゴットの加熱工程における加熱条件は、例えば、チタンの場合、約９５０℃×約５時間、Ｔｉ−６wt％Ａｌ−４Ｖwt％の場合、約１１５０℃×約５時間である。
更に、前記加熱工程は、前記インゴットを最初に加熱する場合のほか、複数回にわたる熱間分塊圧延の途中において、圧延されたブルームなどを再加熱する場合も含まれ、この際には、係るブルームの両端部を切断した後に生じる新たな端面に、更に酸化防止剤を塗布して加熱するようにしても良い。
【０００９】
また、前記熱間分塊圧延は、前記インゴットを一対の平ロール間で圧下したり、孔型ロール間で圧下する形態が含まれると共に、複数回にわたり繰り返す分塊圧延の間では、圧延されたブルームやビレットを再度加熱した後、更に行う熱間分塊圧延も含んでいる。係るブルームとビレットとは、断面積が比較的大きなものをブルームと称し、比較的小さなものをビレットと称する相対的な呼称である。
加えて、スクラップを細かく裁断するには、例えば、前記スクラップをガス切断および据え込み鍛造する方法により行われ、得られるチタン原料片は、一辺が数ｃｍのほぼ立方体を呈するものである。
【００１０】
また、本発明には、前記酸化防止剤は、ホウ酸およびケイ酸の混合物である、チタンスクラップの再利用方法（請求項２）も含まれる。
これによれば、前記インゴットの少なくとも両端面をガラス質の酸化防止膜で被覆するため、前記加熱工程における酸化を抑制することが可能となる。しかも、上記酸化防止剤は、加熱後の最初に行う熱間分塊圧延を施された際に、インゴットの表面から容易に剥離するため、操業面およびインゴットなどの品質面に及ぼし得る悪影響を、最小限に抑制することが可能となる。
【００１１】
更に、本発明には、前記裁断工程の後に、裁断して得られた多数のチタン原料片を、真空中または不活性雰囲気中で溶解した後、得られた溶湯を前記インゴットに鋳造する工程を、有する、チタンスクラップの再利用方法（請求項３）も含まれる。
これによれば、多数のチタン原料片を、真空中または不活性雰囲気中で溶解し、係る溶湯をインゴットケースに鋳造することにより、低酸素で且つ品質の良好なチタンなどのインゴットを得ることができる。従って、前記スクラップを有効に再利用することで、資源の有効活用にも資することが可能となる。
尚、前記溶解には、例えば、プラズマアーク溶解や真空アーク溶解、あるいはこれらを組み合わせた２段階の溶解が含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明によるチタンスクラップの再利用方法の各工程を示すフローチャートを示し、図２は、本発明に用いるチタンまたはチタン合金（例えば、Ｔｉ−６wt％Ａｌ−４Ｖwt％）のインゴットＷ１を示す斜視図である。
上記インゴットＷ１は、図２に示すように、円柱形の周面１および一対の端面２からなり、例えば、直径：６００ｍｍ×長さ：１５００ｍｍのサイズであり、後述する溶解工程によって、溶解・鋳造されたものである。
先ず、図１，図３に示すように、インゴットＷ１の両端面２，２に酸化防止剤３を塗布する工程Ｓ１を行う。係る酸化防止剤３は、ホウ酸およびケイ酸の混合物からなるペースト状のものであり、各端面２ごとに約０．１〜１ｍｍの厚みで塗布される。尚、酸化防止剤３は、インゴットＷ１の周面１にも塗布しても良い。
【００１３】
次に、図１に示すように、少なくとも両端面２，２に酸化防止剤３を塗布されたインゴットＷ１を、図示しない均熱炉内に装入した後、内部を含めて均一な温度に加熱する加熱工程Ｓ２を行う。係る加熱工程Ｓ２の加熱条件は、例えば、チタンの場合は、約９５０℃×４〜６時間であり、Ｔｉ−６wt％Ａｌ−４Ｖwt％の場合は、例えば、約１１５０℃×４〜６時間である。
係る加熱工程Ｓ２において、酸化防止剤３が塗布されていたインゴットＷ１の両端面２，２は、ガラス質となった酸化防止剤３によつて、均熱炉内の大気雰囲気とは遮断されている。このため、少なくともインゴットＷ１の両端面２，２の表面は、酸化されていないか、極僅かの酸化に抑制される。尚、係る端面２と共に、インゴットＷ１の周面１にも、酸化防止剤３を塗布した場合には、当該インゴットＷ１の全表面が、酸化されていないか、極く僅かの酸化に抑制される。
【００１４】
次いで、図１に示すように、前記酸化防止剤３が塗布され且つ所定の温度帯に加熱されたインゴットＷ１に対して、熱間分塊圧延工程Ｓ３を施す。
係る熱間分塊圧延は、例えば、図示しない一対の平ロール間に、上記インゴットＷ１を強制的に通し且つ所定の圧下率で、断面ほぼ長円形のインゴットに圧延する。係る最初の圧延時において、前記酸化防止剤３は、インゴットＷ１の表面から剥離して除去される。更に、断面ほぼ長円形の上記インゴットを、断面方向に沿って９０度回転させた後、上記一対の平ロール間に強制的に通す。係る分塊圧延を、隙間を徐々に狭くした一対の平ロール間に、数１０回程度のパスで連続して行う。この結果、断面がほぼ正方形となったブルームが得られる。
引き続いて、上記ブルームをロールの周面に凹溝を有する一対の溝付きロール間に強制的に通し、且つ所定の圧下率で熱間分塊圧延（Ｓ３）を、複数回のパスで行う。係る熱間分塊圧延工程Ｓ３における全減面率は、約８０％以上である。
【００１５】
尚、この間において、必要に応じて上記ブルームを再度加熱した後、更に熱間分塊圧延Ｓ３を行っても良い。この場合、予め係るブルームの両端部を切断・除去し、新たな露出する切断面に前記酸化防止剤３を塗布してから加熱する。
この結果、図４および図５に示すように、断面が正方形で且つ四角柱の本体４と、係る本体４の長手方向における両端に位置し且つ端面７における中央部が軸方向に沿ってほぼＶ字形に凹んだ凹部５を有する端部６，６と、を有するビレットＷ２が得られる。係るビレットＷ２は、断面：約１００×１００ｍｍ乃至約１５０×１５０ｍｍで且つ長さ：約４．５〜７．５メートルのサイズである。上記凹部５は、ビレットＷ２の端面７から約２００〜３００ｍｍ程度の深さであり、前記加熱工程Ｓ２で前記酸化防止剤３に被覆されていたため、その後に施された前記熱間分塊圧延工程Ｓ３によっても、表面における酸素含有量（濃度）は、低く抑制されている。この結果、インゴット用原料に再生完了時の酸素含有量を、例えば０．１wt％以下に管理することが容易となる。
【００１６】
次に、図１および図５中の破線で示すように、前記ビレットＷ２において、各端部から約１００〜２００ｍｍの長さで両端部６，６を図示しない丸鋸で切断する工程Ｓ４を行う。この結果、図５の下方に示すように、端面７、凹部５、切断面８、および比較的短い本体４ａを有する一対のスクラップＷ３を得ることができる。係る切断工程Ｓ４は、前記ビレットＷ２よりも断面が大きなブルームの段階で行っても良い。
尚、一対のスクラップＷ３に挟まれていた前記ビレットＷ２（ブルーム）の本体４の部分は、新たな切断面を除く全表面をグラインダで研削・除去され且つ適当な長さごとに切断された後、熱間圧延などで更に小サイズとされたり、あるいは、伸線加工などによって、線径が数ｍｍのチタン線材などに成形される。
【００１７】
次いで、図１，図６に示すように、前記一対のスクラップＷ３を、一辺が数ｃｍ程度のほぼ立方体を呈する多数のチタン原料片Ｗ４に裁断する工程Ｓ５を行う。係る裁断工程Ｓ５は、例えば、前記スクラップＷ３に対し、例えば、複数回のガス切断（溶断）および据込み鍛造を繰り返して施すことによって、行われる。
そして、図１に示すように、多数のチタン原料片Ｗ４を溶解し且つ鋳造することで、前記インゴットＷ１を得る工程Ｓ６を行う。
具体的には、図７に示すようなプラズマアーク溶解を行った後、図８示すような真空アーク溶解を行う。
図７に示すプラズマアーク溶解炉１０は、前記多数のチタン原料片Ｗ４を供給するシュート１８、その下方に位置する炉本体１２、係る炉本体１２の内側（炉内）１１に挿入され且つアーム１３によって昇降可能とされている炉底板１４、および、上記シュート１８と炉本体１２との間において先端が中心部に向かって斜め下向きで且つ対称に配置された複数のプラズマトーチ１７を備えている。
【００１８】
前記シュート１８と炉本体１２との間には、各プラズマトーチ１７を貫通させ且つ頂部の支持孔１６にシュート１８を貫通させるほぼドーム形の遮蔽体１５が配置されている。係る遮蔽体１５の内側を含む炉内１１は、例えばＡｒガスなどの不活性ガスの雰囲気とされている。
図７に示すように、前記シュート１８内から溶湯Ｍ１中に落下した多数のチタン原料片Ｗ４は、複数のプラズマトーチ１７の先端から放射される高温のプラズマアークＰにより溶解され、炉本体１２の内側１１に位置する炉底板１４上で凝固しながら少しずつ堆積していく。係る凝固体の堆積量が増加するのに伴って、前記アーム１３を徐々に下降させる。
その結果、炉本体１２から下方に下降した炉底板１４の上に、円柱形を呈する消耗電極用インゴットＷ０が鋳造される。
【００１９】
次いで、前記消耗電極用インゴットＷ０を消耗電極２９として、図８に示すような真空アーク溶解炉（ＶＡＲ）２０を用いて、熱間圧延および鍛造の素材となるインゴットＷ１を溶解・鋳造する。
真空アーク溶解炉２０は、図８に示すように、カバー体２２とルツボ体２４とからなるほぼ円柱形の炉本体２１、カバー体２２の頂部の開口２３を昇降可能に貫通するスティンガーロッド２６、その下端に連結される前記消耗電極２９、および、ルツボ体２４の底面を形成する炉底板２５を備えている。係る炉底板２５と消耗電極２９との間には、導線２７を介して電源２８が接続されている。
尚、上記炉本体２１の炉内は、予め真空雰囲気（１Ｐａ）とされている。また、消耗電極２９は、多数の前記チタン原料片Ｗ４をプレス成形することで製作しても良い。
【００２０】
上記電源２８から電流が通電されると、スティンガーロッド２６を介して、電極である消耗電極２９の下端と炉底板２５とは、一対の電極となるため、図８に示すように、消耗電極２９は、その下端から対向する炉底板２５に向かう直流アークＡとなって溶解し、溶滴Ｍ２となって落下する。溶け落ちた溶滴Ｍ２は、ルツボ体２４の炉底板２５上に順次滞留し且つ円柱形に凝固する。
この結果、酸素の含有量が例えば０．１wt％以下の健全な前記インゴットＷ１を得ることができる。
【００２１】
以上のような本発明によるチタンスクラップの再利用方法によれば、予め、チタンなどのインゴットにおける少なくとも両端面が酸化しない状態で加熱され、係るインゴットを熱間分塊圧延するため、従来では酸化の進行が顕著であったブルームやビレットの凹部を含む両端部を切断したスクラップの酸素含有量を低いレベルに抑制することができる。この結果、インゴットとしての再生完了時における酸素含有量を目標とする例えば０．１ｗｔ％以下の低レベルに管理し易くなる。従って、熱間分塊圧延時に発生する前記チタンスクラップを、再度インゴットの原料として、有効に利用することが可能となる。
【００２２】
本発明は、以上において説明した形態に限定されるものではない。
例えば、前記インゴットは、断面がほぼ正方形で且つ各コーナにアールを付けた形状のものとしても良い。
また、酸化防止剤は、前記ホウ酸−ケイ酸の混合物に限らず、耐熱性および気密性を有するものであれば、その組成は限定されるものではない。
更に、前記チタン原料片の溶解工程には、例えば、電子ビーム溶解炉（ＥＢＲ）や磁気浮揚（レビテーション）溶解炉を用いることも可能である。
加えて、本発明が適用されるチタン合金には、前記Ｔｉ−６wt％Ａｌ−４wt％Ｖに限らず、Ｔｉ−Ａｌ−Ｓｎ系、Ｔｉ−Ｓｎ−Ｚｒ−Ａｌ系、Ｔｉ−Ｖ−Ｃｒ−Ａｌ系、Ｔｉ−Ｍｏ−Ｚｒ系などのチタン合金も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による再利用方法の各工程を示すフローチャート。
【図２】本発明に用いるインゴットを示す斜視図。
【図３】本発明における一工程を示す概略図。
【図４】本発明における異なる工程で得られたビレットを示す斜視図。
【図５】本発明の更に異なる工程を示す概略図。
【図６】図５に続く工程を示す概略図。
【図７】図６に続く工程を示す概略図。
【図８】図７に続く工程を示す概略図。
【符号の説明】
【００２４】
Ｗ１…インゴット
Ｗ２…ビレット
Ｗ３…スクラップ
Ｗ４…チタン原料片
２……端面
３……酸化防止剤
６……端部
Ｓ１…酸化防止剤塗布工程
Ｓ２…加熱工程
Ｓ３…熱間分塊圧延工程
Ｓ４…両端部切断工程
Ｓ５…裁断工程
Ｓ６…溶解・鋳造工程
【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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【図７】
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【図８】
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