专利名称：锭料的制造方法
技术领域：
本发明涉及锭料的制造方法，更详细地说是涉及可经济地获得大型且质地均匀的锭料的锭料制造方法。例如批量生产Ti或Ti合金的延展件时，需要数吨级的大型且质地均匀的锭料。本发明涉及即使含有例如Ti那样的高熔点活性金属也可经济地获得大型且质地均匀的锭料的锭料制造方法。
背景技术：
以往的锭料制造方法中，作为含有Ti那样的高熔点活性金属的锭料的制造方法，已知有利用冷坩埚感应熔化法熔化金属原料，将其熔液浇铸在铸模内形成锭料的方法(例如参照专利文献1)。又，作为其他的制造方法，还已知有利用真空电弧重熔法重熔由金属原料制作的消耗电极，将其熔液浇铸在铸模内形成锭料的方法(例如参照专利文献2)。
利用冷坩埚感应熔化法熔化金属原料的现有方法中，熔液一起混合，所以有熔液整体质地均匀的优点。因此，通过抽取熔液的一部分进行分析，就可掌握熔液整体的成分，在成分没有达到要求时，通过追加必要的原料，还可进行成分调整。
但是，利用冷坩埚感应熔化法熔化时，在装置的构筑上，特别是在用于向坩埚的外周配置的线圈流过既定量的高频电流的电源设备上，根本就难以构筑具有大容量坩埚的设备，如果要勉强构筑具有大容量坩埚的设备而运行，则运行费用极高，所以结果变成构筑相应具有小容量的坩埚的设备而运行，因此存在获得的锭料也相应变得小型的问题。对于小型锭料，在对其进行加工而产品化时，会致使合格品率下降或生产率下降，在用于延展件时需要大型锭料(至少1吨以上)。
另一方面，利用真空电弧重熔法重熔由金属原料制作的消耗电极而制造锭料的现有方法，可制造数吨程度的大型锭料。
但是，真空电弧重熔法中使用的消耗电极，是将金属原料沿轴向层积而制造的，所以轴向的成分不均匀，使用这样的消耗电极制造的锭料也存在轴向的成分不均匀的问题。
专利文献1特开2001-131651号公报；专利文献2特开平9-31558号公报。
发明内容
本发明要解决的课题在于，提供一种即使含有例如Ti那样的高熔点活性金属时也可获得大型且质地均匀的锭料的锭料制造方法。
为了解决上述课题，本发明的锭料的制造方法特征在于，利用根据冷坩埚感应熔化法熔化的熔液铸造锭料，使用该锭料形成消耗电极后，利用真空电弧重熔法重熔该消耗电极，利用其熔液铸造大型锭料。根据该方法，可将利用冷坩埚感应熔化法铸造的锭料的成分调整到目标范围内，并且能使该锭料整体的成分质地均匀，所以，在消耗电极的轴向上成分也变得均匀。由此，如果利用真空电弧重熔法重熔该消耗电极，则可制造大型且整体质地均匀的锭料。
在本发明中，冷坩埚感应熔化法以及真空电弧重熔法各自可采用众所周知的方法，但作为本发明的制造方法，经过下述的A工序、B工序以及C工序的方法是有利的。
A工序利用冷坩埚感应熔化法熔化金属原料，将其熔液浇铸到小型铸模内铸造小型锭料的工序。
B工序再反复进行1次或2次以上与A工序同样的操作，然后集结所铸造的多个小型锭料的工序。
C工序将在B工序中集结的锭料作为消耗电极使用并利用真空电弧重熔法重熔，将其熔液浇铸到大型铸模内铸造大型锭料的工序。
又，作为本发明的制造方法，经过下述的a工序、b工序以及c工序的方法是有利的。
a工序利用冷坩埚感应熔化法熔化金属原料，将其熔液浇铸到大型铸模内的一部分中而铸造与该一部分相当的小型锭料的工序。
b工序再反复进行1次或2次以上与a工序同样的操作，在大型铸模内续接锭料的工序。
c工序将在b工序中续接起来的锭料作为消耗电极使用并利用真空电弧重熔法重熔，将其熔液浇铸到大型铸模内铸造大型锭料的工序。
首先，对经过A工序、B工序以及C工序的方法(以下叫做前一种方法)作更详细的说明。在前一种方法的A工序中，利用冷坩埚感应熔化法熔化金属原料，将该熔液浇铸到小型铸模内铸造小型锭料。在此所谓的小型锭料，是与C工序中获得的大型锭料相比相对小型的锭料，其重量没有特别的限制，但通常指数百kg～1吨程度的锭料。这是因为，在利用冷坩埚感应熔化法熔化金属原料时，从所使用的装置的构筑、其运行，进而经济性方面考虑，获得数百kg～1吨程度的锭料的处理容量是有利的。
又，在前一种方法的B工序中，再反复进行1次或2次以上与A工序同样的操作，然后集结所铸造的多个小型锭料。各小型锭料的形状没有特别限制，只要是能在B工序中将它们集结起来，并在C工序中将集结的锭料作为真空电弧重熔法的消耗电极使用即可。又，集结的方法没有特别限制，但通常是将多个小型锭料在其接合部熔接，而得到C工序的真空电弧重熔法中使用的消耗电极。而且，在前一种方法的C工序中，将B工序中集结的锭料作为消耗电极使用并利用真空电弧重熔法重熔，将其熔液浇铸到大型铸模内铸造大型锭料。在此所谓的大型锭料，是与A工序中获得的小型锭料相比相对大型的锭料，其重量没有特别的限制，但通常指数吨程度的锭料。
下面，对经过a工序、b工序以及c工序的方法(以下叫做后一种方法)作更详细的说明。在后一种方法的a工序中，利用冷坩埚感应熔化法熔化金属原料，将其熔液浇铸到大型铸模内的一部分中而铸造与该部分相当的小型锭料。在此所谓的大型或小型，与上述说明一样是相对的意思。
又，在后一种方法的b工序中，再反复进行1次或2次以上与a工序同样的操作，然后在大型铸模内续接锭料。在大型铸模内续接的各锭料的形状没有特别限制，只要是在c工序中可将续接的锭料作为真空电弧重熔法的消耗电极使用即可。又，续接的方法也没有特别限制，可依次层积，也可使用虚设模箱或分隔板等并将它们依次去除，但任何一种情况下，都是在大型铸模内使后凝固的小型锭料与先凝固的小型锭料一体化。而且，在后一种方法的c工序中，将b工序中续接起来的锭料作为消耗电极使用并利用真空电弧重熔法重熔，将其熔液浇铸到大型铸模内铸造大型锭料。在此所谓的大型，与上述说明一样是相对的意思。
在本发明中，下述方法是有利的，即，在B工序中，将多个小型锭料集结，使得它们在沿着C工序中使用的消耗电极的轴向的面上接合的前一种方法；或者，在b工序中，将锭料在沿着c工序中使用的消耗电极的轴向的面上依次续接的后一种方法。根据这些方法，由于A工序或a工序中铸造的锭料的轴向成分均匀，所以通过将它们以在沿着消耗电极的轴向的面上接合的方式集结，或依次续接，可制造轴向成分均匀的消耗电极，所以可容易地制造整体成分均匀的大型锭料。又，根据这些方法，即使A工序或a工序中铸造的各锭料的成分多少有些不同也没关系，因为要将它们在B工序中集结，或在b工序中依次续接而制造消耗电极，将该消耗电极重熔，所以只要各锭料的熔液搀混时的成分处于大型锭料的目标成分范围内即可。因此，例如即使第1个制作的锭料中的某种元素超出了目标范围，也可进行调整，使得下次制作的锭料的该元素低于目标范围。
在本发明中，下述方法也是有利的，即，在B工序中，将多个小型锭料集结，使得它们在沿着C工序中使用的消耗电极的径向的面上接合的前一种方法；或者，在b工序中，将锭料以沿着c工序中使用的消耗电极的轴向依次层积的方式续接的后一种方法。根据这些方法，即使不使用特殊形状的铸模，也可制造轴向成分均匀的大型锭料。利用这些方法制造大型锭料时，为了使轴向的成分均匀，需要在A工序或a工序中抽样分析熔液，而在B工序或b工序中仅使用成分调整均匀的多个小型锭料，但在冷坩埚感应熔化法中，有可掌握、调节成分的优点，所以可采用该方法。
在以上说明的前一种以及后一种这两种方法中，A工序或a工序中使用的金属原料的种类或组成没有特别限制，但如果是Ti、Nb、W、Zr或Ta那样的高熔点活性金属或其合金则效果显著，其中尤其是Ti或Ti合金时效果更显著。又，在两种方法的A工序或a工序中，熔化这些金属原料时，优选抽样分析熔液的一部分，根据其结果再次调整熔化中的熔液组成。
根据本发明，即使含有例如Ti那样的高熔点活性金属时，也可获得大型且质地均匀的锭料。
图1是例示本发明中使用的消耗电极的接合形态的立体图。
图2是例示本发明中使用的消耗电极的另一接合形态的立体图。
图3是例示本发明中使用的消耗电极的又一接合形态的立体图。
图4是例示本发明中最初的浇铸作业的状态的立体图。
图5是例示与图4同样状态的横剖视图。
图6是例示本发明中图5之后的浇铸作业的状态的横剖视图。
图7是例示本发明中图6之后的浇铸作业的状态的横剖视图。
图8是例示本发明中图7之后的浇铸作业的状态的横剖视图。
图9是例示本发明中图8之后的浇铸作业的状态的横剖视图。
图10是例示本发明中图9之后的浇铸作业的状态的横剖视图。
图11是例示本发明中图10之后的浇铸作业的状态的横剖视图。
图12是例示本发明中图11之后的浇铸作业的状态的横剖视图。
图13是例示本发明中图12之后的浇铸作业的状态的横剖视图。
附图标记说明1a～1d，2a～2d，3a～3d，5a～5d 小型锭料1～3 消耗电极4 铸模4a～4d 模箱具体实施方式
图1是例示本发明制造方法的前一种方法中使用的消耗电极的接合形态的立体图。总计4个小型锭料1a～1d呈将圆柱以在其轴线部垂直相交的两个面剖断的形状，在沿着其轴向的面上接合，在该状态下通过熔接而集结，形成了1根消耗电极1。图2是例示本发明制造方法的前一种方法中使用的消耗电极的另一接合形态的立体图。总计4个小型锭料2a～2d呈将圆柱以沿其轴向平行的三个面剖断的形状，在沿着其轴向的面上接合，在该状态下通过熔接而集结，形成了1根消耗电极2。图3是例示本发明制造方法的前一种方法中使用的消耗电极的又一接合形态的立体图。总计4个小型锭料3a～3d呈将圆柱以沿径向平行的三个面剖断的形状，在沿着其径向的面上接合，在该状态下通过熔接而集结，形成了1根消耗电极3。
图4～图13例示了本发明制造方法的后一种方法中的a工序以及b工序的浇铸作业的顺序(图4是立体图，图5～图13是横剖视图)。在图4以及图5中，同样形状的虚设(dummy)模箱4a～4d相互紧贴地滑动镶嵌在具有圆柱形空间的大型铸模4内。首先，在图6以及图7中，去除模箱4a，向在此形成的与模箱4a相当的空间浇铸利用冷坩埚感应熔化法熔化的熔液而铸造小型锭料5a。然后，在图8以及图9中，去除模箱4b，向在此形成的与模箱4b相当的空间浇铸利用冷坩埚感应熔化法熔化的熔液而铸造小型锭料5b，同时续接在锭料5a上而一体化。接着，在图10以及图11中，去除模箱4c，向在此形成的与模箱4c相当的空间浇铸利用冷坩埚感应熔化法熔化的熔液而铸造小型锭料5c，同时续接在锭料5a、5b上而一体化。然后，在图12以及图13中，去除模箱4d，向在此形成的与模箱4d相当的空间浇铸利用冷坩埚感应熔化法熔化的熔液而铸造小型锭料5d，同时续接在锭料5a、5b、5c上而一体化。这样一体化的锭料用作c工序的真空电弧重熔法中的消耗电极。后一种方法中，除了如前所述使用虚设模箱的方法外，也可将熔液依次层积在铸模内而进行。作为依次层积的方法，可在铸模的轴向上依次层积熔液，也可在将铸模放倒的状态下从上部依次层积熔液。
实施例1根据图4～13按照前述浇铸作业的顺序，在下述条件下进行了a工序以及b工序。
金属原料Ti合金(6Al-4V-Ti)冷坩埚感应熔化输入电力3000kW、频率2500Hz、坩埚内径700mm、1次熔化量450kg、各锭料5a～5d的重量400kg。
然后，将经过上述a工序以及b工序续接而成的大型锭料5作为消耗电极，在下述条件下进行了c工序。
真空电弧重熔电流15kA、电压35V、真空度1Pa、坩埚内径/消耗电极外径之比1/0.85、铸造的大型锭料的重量1.6吨。
对于这样制造的大型锭料，分析了从其顶部、中间部以及底部削取的样品中的Al以及V的含量(质量％)。分析进行了5次，将其平均值示于表1。
比较例1
将用与实施例1一样的Ti合金金属原料模压成型的材料作为消耗电极，在与实施例1一样的条件下进行一次真空电弧熔化，利用该熔液铸造与实施例1同样大的重熔用消耗电极。使用该重熔用消耗电极在与实施例1同样的条件下进行二次真空电弧熔化(真空电弧重熔)，利用该熔液铸造与实施例1同样大的锭料。对于该锭料，进行与实施例1同样的分析，将其平均值示于表1。
从实施例1、比较例1以及表示它们的结果的表1可以看出，根据本发明，即使含有例如Ti那样的高熔点活性金属时，也可获得大型且质地均匀的锭料。另外，表1是利用本发明制造方法中的后一种方法时的结果，但利用在此省略例示的前一种方法时也可获得大致同样的结果。
权利要求
1.一种锭料的制造方法，其特征在于，利用根据冷坩埚感应熔化法熔化的熔液铸造锭料，使用该锭料形成消耗电极后，利用真空电弧重熔法重熔该消耗电极，利用其熔液铸造大型锭料。
2.如权利要求1所述的锭料的制造方法，经过下述A工序、B工序以及C工序，A工序利用冷坩埚感应熔化法熔化金属原料，将其熔液浇铸到小型铸模内铸造小型锭料的工序。B工序再反复进行1次或2次以上与A工序同样的操作，然后集结所铸造的多个小型锭料的工序。C工序将在B工序中集结的锭料作为消耗电极使用并利用真空电弧重熔法重熔，将其熔液浇铸到大型铸模内铸造大型锭料的工序。
3.如权利要求1所述的锭料的制造方法，经过下述a工序、b工序以及c工序，a工序利用冷坩埚感应熔化法熔化金属原料，将其熔液浇铸到大型铸模内的一部分中而铸造与该一部分相当的小型锭料的工序。b工序再反复进行1次或2次以上与a工序同样的操作，在大型铸模内续接锭料的工序。c工序将在b工序中续接起来的锭料作为消耗电极使用并利用真空电弧重熔法重熔，将其熔液浇铸到大型铸模内铸造大型锭料的工序。
4.如权利要求2所述的锭料的制造方法，在B工序中，将多个小型锭料集结，使得它们在沿着C工序中使用的消耗电极的轴向的面上接合。
5.如权利要求3所述的锭料的制造方法，在b工序中，将锭料在沿着c工序中使用的消耗电极的轴向的面上依次续接。
6.如权利要求2所述的锭料的制造方法，在B工序中，将多个小型锭料集结，使得它们在沿着C工序中使用的消耗电极的径向的面上接合。
7.如权利要求3所述的锭料的制造方法，在b工序中，将锭料在沿着c工序中使用的消耗电极的径向的面上依次续接。
8.如权利要求1～7中任一项所述的锭料的制造方法，金属原料是高熔点的活性金属或其合金。
9.如权利要求1～7中任一项所述的锭料的制造方法，金属原料是Ti或Ti合金。
全文摘要
本发明提供一种即使含有Ti那样的高熔点活性金属时，也可经济地获得大型且质地均匀的锭料的锭料制造方法。利用根据冷坩埚感应熔化法熔化的熔液铸造锭料，使用该锭料形成消耗电极后，利用真空电弧重熔法重熔该消耗电极，利用其熔液铸造大型锭料。
文档编号B22D7/00GK101043959SQ200680001048
公开日2007年9月26日 申请日期2006年3月15日 优先权日2005年6月9日
发明者中条屋真, 山本和巳, 奥村铁平 申请人:大同特殊钢株式会社