金属铸块的制造方法技术

提供一种能够抑制炉床内的熔液所含有的杂质向铸锭混入的金属铸块的制造方法。一种金属铸块的制造方法，其使用包括电子枪和用于贮存金属原料的熔液的炉床的电子束熔炼炉，其中，向沿着用于贮存所述金属原料的熔液的炉床的第2侧壁配置的供给线的位置供给所述金属原料。对在所述熔液的表面中沿着所述供给线配置且配置于比所述供给线靠所述炉床的中央部侧的位置的第1照射线照射第1电子束。由此，使所述第1照射线处的所述熔液的表面温度(T2)比所述炉床内的所述熔液的整个表面的平均表面温度(T0)高，在所述熔液的表层中形成自所述第1照射线朝向所述供给线的第1熔液流。

Manufacturing method of metal ingot

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属铸块的制造方法
本专利技术涉及一种利用电子束熔炼法使金属原料熔化的金属铸块的制造方法。
技术介绍
纯钛、钛合金等的铸锭(铸块)通过使海绵钛或钛屑等钛原料熔化而制造。作为使钛原料等金属原料(以下有时也简称为“原料”。)熔化的技术，例如包括真空电弧熔炼法、等离子弧熔炼法、电子束熔炼法等。其中，在电子束熔炼法中，在电子束熔炼炉(Electron-Beammeltingfurnace；以下称为“EB炉”。)中，通过对固体的原料照射电子束而使原料熔化。为了防止电子束的能量散逸，利用EB炉中的电子束的照射实现的原料的熔化在真空腔内进行。作为熔化的原料的熔融钛(以下有时也称为“熔液”。)在炉床中精炼之后，在模具(铸模)中凝固而形成钛的铸锭。采用电子束熔炼法，能够利用电磁力准确地控制作为热源的电子束的照射位置，因此对模具附近的熔液也能够充分地供给热。因此，能够在不使铸锭的表面品质劣化的前提下制造铸锭。EB炉通常包括用于供给海绵钛等原料的原料供给部、用于使供给的原料熔化的1个或多个电子枪、用于贮存熔化的原料的炉床(例如水冷铜炉床)以及用于冷却自炉床流入的熔融钛而形成铸锭的模具。EB炉根据炉床的结构的不同而大致分为两类。具体而言，作为EB炉，例如包括如图1所示那样的包括熔化炉床31和精炼炉床33的EB炉1A和如图2所示那样的仅包括精炼炉床30的EB炉1B。图1所示的EB炉1A包括原料供给部10、电子枪20a～20e、熔化炉床31和精炼炉床33以及模具40。利用电子枪20a、20b对自原料供给部10投入熔化炉床31的固体的原料5照射电子束，从而使该原料5熔化而成为熔液5c。在熔化炉床31中熔化的原料(熔液5c)流动至与该熔化炉床31连通的精炼炉床33。在精炼炉床33中，利用电子枪20c、20d对熔液5c照射电子束，从而维持熔液5c的温度或使熔液5c的温度上升。由此，去除熔液5c所含有的杂质等而对熔液5c进行精炼。然后，精炼的熔液5c自设于精炼炉床33的端部的唇部33a向模具40流入。在模具40内熔液5c凝固而制造铸锭50。如图1所示那样的包括熔化炉床31和精炼炉床33的炉床也被称为长炉床。另一方面，图2所示的EB炉1B包括原料供给部10A、10B、电子枪20A～20D、精炼炉床30以及模具40。相对于图1所示的长炉床，这样仅包括精炼炉床30的炉床也被称为短炉床。在使用短炉床的EB炉1B中，利用电子枪20A、20B对载置于原料供给部10A、10B上的固体的原料5直接照射电子束而使其熔化，使该熔化的原料5自原料供给部10A、10B向精炼炉床30的熔液5c滴下。由此，在图2所示的EB炉1B中，能够省略图1所示的熔化炉床31。并且，在精炼炉床30中，利用电子枪20C对熔液5c的整个表面的较广的范围照射电子束，从而维持熔液5c的温度或使熔液5c的温度上升。由此，去除熔液5c所含有的杂质等而对熔液5c进行精炼。然后，精炼的熔液5c自设于精炼炉床30的端部的唇部36向模具40流入而制造铸锭50。在此，在利用上述那样的电子束熔炼法使用炉床和模具制造铸锭的情况下，若杂质混入铸锭，则导致铸锭的破裂。因此，期望开发能够避免杂质混入自炉床流入模具的熔液的电子束熔炼技术。杂质主要混入原料，分为HDI(HighDensityInclusion，高密度杂质)和LDI(LowDensityInclusion，低密度杂质)这两类。HDI例如是以钨作为主要成分的杂质，HDI的比重比熔融钛的比重大。另一方面，LDI是以氮化钛等作为主要成分的杂质。LDI的内部呈多孔状，因此LDI的比重比熔融钛的比重小。在水冷铜炉床的内表面形成有与该炉床接触的熔融钛凝固而成的凝固层。该凝固层被称为渣壳。上述杂质中的HDI的比重较高，因此在炉床内的熔液(熔融钛)中沉降，固定于渣壳的表面而被捕捉，因此混入铸锭的可能性较低。另一方面，LDI的比重比熔融钛的比重小，因此LDI的大部分悬浮于炉床内的熔液表面。在LDI悬浮于熔液表面的期间氮扩散而LDI熔化于熔液。在使用图1所示的长炉床的情况下，能够延长长炉床的熔液的滞留时间，因此与使用短炉床的情况相比易于使LDI等杂质熔化于熔液。另一方面，在使用图2所示的短炉床的情况下，短炉床的熔液的滞留时间比长炉床的熔液的滞留时间短，因此短炉床的杂质未熔化于熔液的可能性比长炉床的杂质未熔化于熔液的可能性高。另外，具有较高的氮浓度的LDI的熔点较高，因此在通常作业的滞留时间内熔化于熔液的可能性极低。在此，例如在专利文献1中公开了一种金属钛的电子束熔炼方法：在炉床内的熔液表面中向与熔液的向模具流动的流动方向相反的方向扫描电子束，并且将炉床内的与熔液排出口相邻的区域的熔液的平均温度设为杂质的熔点以上。在该专利文献1所记载的技术中，向与熔液流动方向相反的方向呈锯齿状扫描电子束，从而向上游侧推回悬浮于熔液表面的杂质，避免杂质向下游的模具流入。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2004-232066号公报非专利文献非专利文献1：TaoMeng，“FactorsinfluencingthefluidflowandheattransferinelectronbeammeltingofTi-6Al-4V”，(2009)
技术实现思路
专利技术要解决的问题但是，在上述专利文献1所记载的方法中，向与熔液流动方向相反的方向扫描电子束，因此存在杂质穿过至比电子束的照射位置靠熔液流动的下游侧的位置的可能性。并且，在比电子束的照射位置靠下游侧的位置，存在朝向模具的熔液的流动加速，炉床的熔液的滞留时间变短，杂质的去除率降低的可能性。另外，若杂质位于比电子束的照射位置靠熔液流动的下游侧的位置，则该杂质随着熔液的流动而向模具流出的风险提高。根据上述的理由，存在炉床内的熔液所含有的杂质，特别是，悬浮于熔液5c的表面的LDI自炉床向模具流出而混入利用模具形成的铸锭的可能。因而，期望能够通过抑制LDI等杂质自炉床向模具流出而抑制该杂质混入铸锭的金属铸块的制造方法。在此，本专利技术是鉴于上述问题而完成的，本专利技术的目的在于，提供一种能够抑制炉床内的熔液所含有的杂质向铸锭混入的新型且改良的金属铸块的制造方法。用于解决问题的方案为了解决上述问题，根据本专利技术的一个观点，提供一种金属铸块的制造方法，其使用包括能够控制电子束的照射位置的电子枪和用于贮存金属原料的熔液的炉床的电子束熔炼炉，制造含有总计50质量％以上的从由钛、钽、铌、钒、钼以及锆组成的组中选择的至少一种以上的金属元素的金属铸块，其中，用于贮存所述金属原料的熔液的炉床的多个侧壁中的第1侧壁是设有用于使所述炉床内的所述熔液向模具流出的唇部的侧壁，第2侧壁是所述第1侧壁以外的至少1个侧壁，向在所述熔液的表面中沿着所述第2侧壁的内侧面配置的供给线的位置供给所述金属原料，对在所述熔液的表面中沿着所述供给线配置且配置于比所述供给线靠所述炉床的中央部侧的位置的第1照射线照射第1电子束，对所述第1照射线照射所述第1电子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属铸块的制造方法，其使用包括能够控制电子束的照射位置的电子枪和用于贮存金属原料的熔液的炉床的电子束熔炼炉，制造含有总计50质量％以上的从由钛、钽、铌、钒、钼以及锆组成的组中选择的至少一种以上的金属元素的金属铸块，其中，/n用于贮存所述金属原料的熔液的炉床的多个侧壁中的第1侧壁是设有用于使所述炉床内的所述熔液向模具流出的唇部的侧壁，第2侧壁是所述第1侧壁以外的至少1个侧壁，/n向在所述熔液的表面中沿着所述第2侧壁的内侧面配置的供给线的位置供给所述金属原料，/n对在所述熔液的表面中沿着所述供给线配置且配置于比所述供给线靠所述炉床的中央部侧的位置的第1照射线照射第1电子束，/n对所述第1照射线照射所述第1电子束，从而使所述第1照射线处的所述熔液的表面温度(T2)比所述炉床内的所述熔液的整个表面的平均表面温度(T0)高，在所述熔液的表层中形成自所述第1照射线朝向所述供给线的第1熔液流。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170413 JP 2017-079732;20170413 JP 2017-079733;201.一种金属铸块的制造方法，其使用包括能够控制电子束的照射位置的电子枪和用于贮存金属原料的熔液的炉床的电子束熔炼炉，制造含有总计50质量％以上的从由钛、钽、铌、钒、钼以及锆组成的组中选择的至少一种以上的金属元素的金属铸块，其中，
用于贮存所述金属原料的熔液的炉床的多个侧壁中的第1侧壁是设有用于使所述炉床内的所述熔液向模具流出的唇部的侧壁，第2侧壁是所述第1侧壁以外的至少1个侧壁，
向在所述熔液的表面中沿着所述第2侧壁的内侧面配置的供给线的位置供给所述金属原料，
对在所述熔液的表面中沿着所述供给线配置且配置于比所述供给线靠所述炉床的中央部侧的位置的第1照射线照射第1电子束，
对所述第1照射线照射所述第1电子束，从而使所述第1照射线处的所述熔液的表面温度(T2)比所述炉床内的所述熔液的整个表面的平均表面温度(T0)高，在所述熔液的表层中形成自所述第1照射线朝向所述供给线的第1熔液流。


2.根据权利要求1所述的金属铸块的制造方法，其中，
以下述式(A)表示的温度梯度ΔT/L为-2.70以上，
ΔT/L＝(T2-T1)/L…(A)，
T1：所述供给线处的所述熔液的表面温度，
T2：所述第1照射线处的所述熔液的表面温度，
L：所述熔液的表面的所述第1照射线与所述供给线的距离，
所述ΔT/L的单位为K/mm，所述T1...

【专利技术属性】
技术研发人员：舟金仁志，滨荻健司，
申请(专利权)人：日本制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP