專利名稱：用電子束熔化爐熔煉的熱軋用鈦板坯和其熔煉方法以及熱軋用鈦板坯的軋制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用電子束熔化爐熔煉的適合于熱軋的鈦板坯和其熔煉方法。
背景技術(shù)：
金屬鈦對(duì)于近年來(lái)所沒有的需求的增加、海綿鈦或坯塊的制造者是正在追求其增產(chǎn)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。該狀況不僅是海綿鈦或坯塊的制造者，在對(duì)將上述鈦坯塊鍛造成的板材進(jìn)行加工的制造者中也是同樣的狀況持續(xù)。作為將上述那樣的鈦坯塊加工成的板材的一種的帶狀卷材的以往的一般的制造方法是從通過消耗電極式電弧熔化法或電子束熔化法熔化并凝固的大型的鈦坯塊開始、將其分解來(lái)制造熱軋用板坯的方法。該大型的坯塊的形狀在消耗電極式電弧熔化法的情況下被制造為直徑約Im的圓柱形，在電子束熔化法的情況下也被制造為矩形形狀，具有一邊為約0. 5 Im的截面。由于是這樣較大的截面，所以該大型坯塊被通過分塊、鍛造或軋制等熱加工分解，成為能夠由熱軋機(jī)軋制的板坯形狀。在分解后，再經(jīng)過翹曲或彎曲(拱度)的矯正工序、用來(lái)將表面的鱗屑或傷痕除去的修整工序，才成為熱軋用板坯。將該熱軋用板坯加熱到規(guī)定的溫度，通過鋼鐵等的通用的熱軋機(jī)熱軋而加工為帶狀卷材(薄板)。有將該熱軋成的帶狀卷材然后進(jìn)行退火及脫鱗屑而原樣成為制品的情況、或再實(shí)施冷軋等的冷加工和退火而成為制品的情況。這樣在鈦的薄板卷材的制造時(shí)，由于是經(jīng)過某幾個(gè)工序才制造的，所以成為成本增大的原因，對(duì)于鈦熔化制造者而言，希望能夠?qū)崿F(xiàn)上述工序的縮短或工序改善那樣的鈦板坯的提供。另一方面，最近，在電子束熔化爐中，通過使鑄模的截面形狀為矩形，也熔煉矩形的坯塊。但是，在現(xiàn)狀下，上述矩形坯塊的厚度不能熔煉薄到能夠不經(jīng)過分解工序而添加到熱軋機(jī)中的程度。因此，希望有熔煉更薄的矩形坯塊的技術(shù)，但處于還沒有達(dá)到實(shí)用化的狀況。即，為了使用以往的電子束熔化爐熔煉能夠直接送入到熱軋機(jī)中那樣的厚度的鈦板坯，首先需要用來(lái)熔煉鈦板坯的專用的鑄模。但是，在用電子束熔化爐熔煉鈦板坯時(shí)，在單純使以往的方形鑄模的厚度變薄的情況下，遇到在由上述鑄模熔煉的鈦板坯中發(fā)生翹曲或彎曲、在長(zhǎng)度方向上起伏、不能向用于鋼鐵等的軋制的通用的熱軋機(jī)原樣送入的新的課題。在用鋼鐵等的通用的熱軋機(jī)制造帶狀卷材后，板坯的翹曲或彎曲(直線性較差)損害通材性，所以上下較大地翹曲、或左右擺動(dòng)，被軋制材不筆直地行進(jìn)而不能進(jìn)行連續(xù)的熱軋。即使能夠熱軋，被軋制材也劇烈地碰撞在導(dǎo)引部或輸送輥上，所以發(fā)生邊緣的裂紋或表面?zhèn)邸Ｔ谌蹮捄蟮拟伆迮鞯穆N曲或彎曲較大的情況下，需要加熱而進(jìn)行熱矯正、或者通過切削等機(jī)械加工將厚度或?qū)挾惹谐龑?duì)應(yīng)的量以便成為規(guī)定的形狀。
通過電子束熔化爐的使用方形鑄模的矩形坯塊的熔煉方法例如在特開平04 -131330號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)中公開。在專利文獻(xiàn)1的圖1中，表示了將熔融金屬?gòu)姆叫舞T模1的長(zhǎng)邊鑄模壁側(cè)注入的圖。但是，在專利文獻(xiàn)1中，雖然有通過將矩形坯塊熔煉能夠改善上述坯塊的軋制工序的效果的記載，但看不到關(guān)于使用方形鑄模熔煉的鈦板坯的彎曲及翹曲等的直線性的技術(shù)公開。但是，在考慮實(shí)際作業(yè)的情況下，將在減壓的電子束熔化爐中熔煉的鈦板坯在大氣壓下拔出的技術(shù)還沒有實(shí)用化，為了拔出而必須將電子束熔化爐的運(yùn)轉(zhuǎn)停止使?fàn)t內(nèi)成為大氣壓等，難以連續(xù)地進(jìn)行電子束熔化和板坯的拔出，希望今后的周邊技術(shù)的進(jìn)步。這樣，為了使用電子束熔化爐直接熔煉適合于熱軋用的鈦板坯，需要解決上述課題，希望有上述課題的合理的解決手段。在特開昭62 - 050047號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)中，公開了通過在對(duì)從構(gòu)成電子束熔化爐的鑄模拉拔的鈦板坯的表面照射電子束而將表層部熔融加熱后、作用在表面成形軋輥上而制造板坯、來(lái)改善鑄造板坯的鑄造表面的方法。根據(jù)專利文獻(xiàn)2，是由于單單將板坯從鑄模拉拔會(huì)發(fā)生表面缺陷或較大的振痕、所以通過在再次照射電子束而將表層部熔融后作用在表面成形輥上而得到良好的鑄造表面的方法，公開了具有180mmX50mm的截面的矩形鈦板坯的例子。但是，在專利文獻(xiàn)2中，也看不到關(guān)于使用方形鑄模熔煉的鈦板坯的彎曲或翹曲等的直線性的技術(shù)公開。此外，該180mmX50mm的截面在工業(yè)中是非常小的，所以在制造帶狀卷材的鋼鐵等的大型的熱軋機(jī)中溫度下降較多，并不適合。進(jìn)而，在專利文獻(xiàn)2中，需要另外準(zhǔn)備從鑄模拉拔后的表面成形輥和在電子束熔化爐的內(nèi)部鈦板坯加熱用的電子槍，還存在成本方面的課題。此外，最近還開發(fā)了在電子束熔化爐中配設(shè)方形的鑄模、制造方形的坯塊的技術(shù)。 上述方形的坯塊與圓型坯塊相比熱鍛造較容易，起到能夠使上述鍛造工序效率化的效果。進(jìn)而，還研究了使上述方形坯塊的厚度更薄的板坯的制造方法，但是有在使用上述方形鑄模熔煉的板坯的角部發(fā)現(xiàn)裂紋或損傷的情況，要求改善。如果有上述裂紋或損傷，則有在然后進(jìn)行的鍛造或軋制工序中加工的薄板的表面上殘留損傷的情況，此外，有在薄板自身上出現(xiàn)裂紋的情況。進(jìn)而，即使在角部沒有發(fā)生裂紋或損傷，在方形板坯的角形狀不合適的情況下，如果原樣熱軋則在邊緣部發(fā)生裂紋，使薄板的制品成品率大幅下降，要求改善。關(guān)于這樣的方面，有如在連續(xù)鑄造技術(shù)中看到那樣的、通過使鑄模的內(nèi)面為伸出到外部的形狀、緩和對(duì)于上述板坯的角部的冷卻強(qiáng)度、結(jié)果制造出改善了鑄造表面的坯塊的嘗試(例如參照專利文獻(xiàn)3)。此外，還公開了通過構(gòu)成為、使上述鑄模的截面積朝向板坯的拉拔方向減小、改善鑄模與板坯的密接性、來(lái)謀求上述角部及鑄造表面的改善的技術(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)4)。但是，這些技術(shù)是關(guān)于熔煉的鑄片整體的鑄造表面言及的，關(guān)于在上述方形坯塊的角部發(fā)生的裂紋并沒有言及。這樣，要求穩(wěn)定地制造沒有使用電子束熔化爐熔煉的方形坯塊的角部的裂紋及損傷的發(fā)生的健全的鑄造表面的坯塊的技術(shù)。專利文獻(xiàn)1 特開平04 - 131330號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 特開昭62 - 050047號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 特開平11 - 028550號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4 特開平04 - 319044號(hào)公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠在由電子束熔化爐進(jìn)行的熔化后不經(jīng)過分解工序及然后的矯正工序而送入到熱軋機(jī)中那樣的、具備適合于熱軋的特性的鈦板坯和其熔煉方法。鑒于該實(shí)際情況，對(duì)上述課題進(jìn)行專心研究，發(fā)現(xiàn)通過從構(gòu)成方形鑄模的長(zhǎng)邊鑄模壁和短邊鑄模壁中的上述短邊鑄模壁側(cè)注入熔融金屬，能夠熔煉長(zhǎng)度方向的直線性良好的鈦板坯，完成了以下的本申請(qǐng)發(fā)明。S卩，有關(guān)本申請(qǐng)發(fā)明的熱軋用鈦板坯是從電子束熔化爐的鑄模直接熔煉的鈦板坯，其特征在于，板坯的每IOOOmm長(zhǎng)度的翹曲是5mm以下、彎曲是2. 5mm以下。這里，本申請(qǐng)發(fā)明中的“翹曲”，是指在板坯的剖視圖中板坯的鉛直方向(厚度方向)相對(duì)于長(zhǎng)度方向的變形量中的最大的變形量。此外，所謂“彎曲”，是指在板坯的俯視圖中、板坯的水平方向(寬度方向)相對(duì)于長(zhǎng)度方向的變形量中的最大的變形量。有關(guān)本申請(qǐng)發(fā)明的上述熱軋用鈦板坯優(yōu)選的形態(tài)是，上述鈦板坯的寬度(W)對(duì)厚度(T)的比(W/T)是2 10的范圍，并且長(zhǎng)度(L)對(duì)寬度的比(L/W)是5以上。有關(guān)本申請(qǐng)發(fā)明的上述熱軋用鈦板坯優(yōu)選的形態(tài)是，厚度是150 300mm、寬度是 1750mm以下、長(zhǎng)度是5000mm以上。優(yōu)選的形態(tài)是，在有關(guān)本申請(qǐng)發(fā)明的熱軋用鈦板坯的角部上，形成有具有5 50mm的曲率半徑(rc)的倒角部。有關(guān)本申請(qǐng)發(fā)明的上述熱軋用鈦板坯優(yōu)選的形態(tài)是，將在配設(shè)在電子束熔化爐內(nèi)的爐床內(nèi)熔化生成的鈦的熔融金屬?gòu)臉?gòu)成設(shè)在爐床的下游側(cè)的矩形鑄模的短邊鑄模壁注入到矩形鑄模內(nèi)而熔煉成。有關(guān)本申請(qǐng)發(fā)明的上述熱軋用鈦板坯優(yōu)選的形態(tài)是，由純鈦或鈦合金構(gòu)成。這里， 所謂純鈦，是指相當(dāng)于JISl種到4種的物質(zhì)。此外，所謂鈦合金，是指在上述純鈦中故意添加了規(guī)定的以外的金屬元素的鈦材。有關(guān)本申請(qǐng)發(fā)明的熱軋用鈦板坯的熔煉方法的特征在于，從構(gòu)成內(nèi)裝在上述電子束熔化爐中的方形鑄模的長(zhǎng)邊鑄模壁及短邊鑄模壁中的短邊鑄模壁側(cè)注入熔融金屬。有關(guān)本申請(qǐng)發(fā)明的上述熱軋用鈦板坯的熔煉方法優(yōu)選的形態(tài)是，使對(duì)形成在上述矩形鑄模內(nèi)的熔融鈦池表面照射的電子束密度從與熔融金屬注入側(cè)的短邊鑄模壁對(duì)置的短邊鑄模壁側(cè)朝向熔融金屬注入側(cè)的短邊鑄模壁側(cè)減小。有關(guān)本申請(qǐng)發(fā)明的上述熱軋用鈦板坯的熔煉方法優(yōu)選的形態(tài)是，使用在上述矩形鑄模的角部上形成有倒角部、上述倒角部的形狀形成為與作為形成在矩形鑄模的內(nèi)部的熔融金屬與形成在其外周部上的凝固殼的邊界的平衡固相線相似的鑄模。有關(guān)本申請(qǐng)發(fā)明的上述熱軋用鈦板坯的熔煉方法優(yōu)選的形態(tài)是，使用在上述矩形鑄模的角部上形成有倒角部、將上述倒角部用圓弧的一部分構(gòu)成、上述圓弧的曲率半徑 (rc)為2 50mm的鑄模。有關(guān)本申請(qǐng)發(fā)明的上述熱軋用鈦板坯的熔煉方法優(yōu)選的形態(tài)是，使用上述矩形鑄模的寬度(W)對(duì)厚度(D)的比(W/D)為2彡(W/D) ( 10的范圍的鑄模。有關(guān)本申請(qǐng)發(fā)明的上述熱軋用鈦板坯的熔煉方法優(yōu)選的形態(tài)是，使用構(gòu)成為、使上述矩形鑄模的倒角部的曲率半徑(rc)相對(duì)于鑄模短邊對(duì)鑄模長(zhǎng)邊的比(α )為比例關(guān)系的鑄模。有關(guān)本申請(qǐng)發(fā)明的熱軋用鈦板坯的軋制方法優(yōu)選的形態(tài)是，將上述熱軋用板坯送入到熱軋機(jī)中，向帶狀卷材熱軋。有關(guān)本申請(qǐng)發(fā)明的上述熱軋用鈦板坯的軋制方法優(yōu)選的形態(tài)是，使用串列式軋機(jī)、斯特格爾式軋機(jī)或行星式軋機(jī)進(jìn)行上述熱軋。根據(jù)本發(fā)明，由于鈦板坯的翹曲及彎曲受高度抑制，所以提供一種在電子束熔化后不需要分解工序及然后的矯正工序、能夠送入到熱軋機(jī)中那樣的長(zhǎng)度方向的直線性良好的熱軋用鈦板坯及其熔煉方法。通過上述裝置及方法制造的鈦板坯的長(zhǎng)度方向的直線性良好，結(jié)果，能夠用鋼鐵等的通用的熱軋機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定的熱軋，能夠在熱軋之前省去分解工序及鈦板坯的長(zhǎng)度方向的矯正工序，結(jié)果，起到能夠大幅縮短鈦薄板的加工時(shí)間的效果。


圖1是示意地表示熱軋用鈦板坯的形狀的圖。圖2是示意地表示板坯的長(zhǎng)度方向的翹曲的圖。圖3是示意地表示板坯的長(zhǎng)度方向的彎曲(拱度)的圖。圖4是表示方形鑄模的截面形狀、其長(zhǎng)邊鑄模壁及短邊鑄模壁、以及注入熔融金屬的壁側(cè)的圖。詳細(xì)地講，圖4 (a)是表示從短邊鑄模壁側(cè)注入熔融金屬的圖、圖4 (b)是表示從長(zhǎng)邊鑄模壁側(cè)注入熔融金屬的圖。圖5是表示電子束熔化爐的主要的裝置結(jié)構(gòu)的圖。圖6是表示本發(fā)明的方型鑄模的鈦板坯的熔煉中的狀態(tài)的示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明
1電子槍，2電子束，3、31矩形鑄模，32熔融池，33等溫線，34固相，35平衡固相線，4爐床，5熔融金屬，6熔融池，7板坯，8拉拔臺(tái)座，9拉拔軸，10原料，11熔化室，12 坯塊室，20閘閥。
具體實(shí)施例方式以下使用附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖1示意地表示有關(guān)本申請(qǐng)發(fā)明的熱軋用鈦板坯的形狀。此外，圖2表示說(shuō)明板坯的長(zhǎng)度方向的翹曲的圖，圖3表示說(shuō)明板坯的長(zhǎng)度方向的彎曲(拱度)的圖。將通過本申請(qǐng)發(fā)明的方法制造的熱軋用鈦板坯首先載置在表面平滑的平臺(tái)的上而確認(rèn)翹曲和彎曲。即，使上述鈦板坯沿鉛直方向擺動(dòng)而確認(rèn)鈦板坯的鉛直方向的變形狀況，測(cè)量從平臺(tái)浮起的另一端的角部與平臺(tái)的距離，測(cè)量其中的最大值如圖2所示那樣作為“翹曲”。同樣，沿著載置在平臺(tái)上的鈦板坯的端面在長(zhǎng)度方向上移動(dòng)，測(cè)量在板坯的長(zhǎng)度方向上呈現(xiàn)的相對(duì)于平臺(tái)上的直線的變移量、測(cè)量其中的最大值如圖3所示那樣作為“彎曲” 。圖4表示電子束熔化爐的熔煉鈦板坯的方形鑄模的俯視圖。矩形鑄模具有長(zhǎng)邊鑄模壁和短邊鑄模壁，在本發(fā)明中，如圖4 (a)所示，從它們中的上述短邊鑄模壁側(cè)注入熔融金屬為優(yōu)選的形態(tài)，結(jié)果，起到能夠熔煉長(zhǎng)度方向的直線性良好的鈦板坯的效果。其直線性是板坯的每IOOOmm長(zhǎng)度的翹曲是5mm以下、彎曲是2. 5mm以下，處于能夠在鋼鐵等的通用的熱軋機(jī)中充分確保穩(wěn)定的通材性的品質(zhì)。以往，有如圖4 (b)那樣從正面寬度較寬的長(zhǎng)邊鑄模壁側(cè)注入熔融金屬、以使熔融金屬不從鑄模外框偏離而穩(wěn)定地注入到鑄模內(nèi)的方法。在此情況下，有如果板坯的翹曲超過5mm (每1000mm長(zhǎng)度)則不能得到需要的直線性的情況?？紤]這是因?yàn)椋谧鳛榘迮鞯谋肀趁娴娜廴诮饘俚淖⑷朊鎮(zhèn)鹊拈L(zhǎng)邊鑄模壁側(cè)與作為反注入面?zhèn)鹊膶?duì)置的長(zhǎng)邊鑄模壁側(cè)， 溫度差變大，與其對(duì)應(yīng)，溫度及冷卻的差在作為較薄的厚度方向上變得非常大。通過如本申請(qǐng)發(fā)明那樣從短邊鑄模壁側(cè)注入熔融金屬，由圖4 (a)可知，鑄模的角部因?yàn)槭褂幂^薄的鑄模而距離注入熔融金屬的部位非常近。鑄模的角部的冷卻能力比平面部高，有將因注入熔融金屬帶來(lái)的溫度差急劇地緩和的作用。通過該作用，冷卻的對(duì)稱性提高，考慮翹曲和彎曲被抑制。此外，由于從短邊鑄模壁注入，所以關(guān)于對(duì)置的長(zhǎng)邊鑄模壁彼此溫度分布為對(duì)稱，結(jié)果，考慮不易發(fā)生較薄的厚度方向的變形。在本申請(qǐng)發(fā)明中，當(dāng)將上述鈦板坯熔煉時(shí)，優(yōu)選的是照射電子束，以使對(duì)形成在矩形鑄模內(nèi)的熔融鈦池表面照射的電子束密度從與熔融金屬注入側(cè)的短邊鑄模對(duì)置的一個(gè)短邊鑄模側(cè)朝向熔融金屬注入側(cè)的短邊鑄模壁側(cè)減小。在熔融金屬注入側(cè)的短邊鑄模壁中，溫度較高，在對(duì)置的短邊鑄模壁中，因?yàn)橛芯嚯x而溫度降低，所以通過用上述那樣的電子束照射樣式將矩形鑄模內(nèi)的熔融鈦池加熱，能夠?qū)⑸鲜鲡伆迮鞯膶挾确较虻臏囟确植季S持為均勻。結(jié)果，起到還能夠更有效地抑制熔煉的鈦板坯的變形的效果。具體而言，通過采用本申請(qǐng)發(fā)明的上述的電子束樣式的裝置及方法制造的熱軋用鈦板坯能夠控制為使板坯的每IOOOmm長(zhǎng)度的翹曲為5mm以下、彎曲為2. 5mm以下，優(yōu)選的是使翹曲為2mm以下、彎曲為2mm以下，能夠使熱軋時(shí)的通材性更穩(wěn)定化。除此以外，在將處于熔煉后的鈦板坯的鑄造表面上的凹凸等表面缺陷通過切削等修整除去的情況下，通過板坯的翹曲或彎曲較小，能夠得到修整效率的提高和切削量減少的效果。有關(guān)本申請(qǐng)發(fā)明的熱軋用鈦板坯的特征在于被從電子束熔化爐直接熔煉。上述鈦板坯由于從熔煉最初被調(diào)節(jié)為適合于軋制的厚度，所以不僅不需要以往的從坯塊進(jìn)行的向板坯的分解工序，而且熔煉后原狀的鈦板坯的翹曲或彎曲非常小，所以能夠也不需要矯正工序或切削等帶來(lái)的機(jī)械加工。有關(guān)本申請(qǐng)發(fā)明的鈦板坯的優(yōu)選的形態(tài)是，是被從電子束熔化爐直接制造的熱軋用鈦板坯，上述鈦板坯的寬度(W)相對(duì)于厚度(T)的比(W/T)是2 10的范圍、并且長(zhǎng)度 (L)相對(duì)于寬度的比(L/W)是5以上。具體而言，優(yōu)選的是，上述鈦板坯的厚度(T)為150 300mm、寬度(W)為1750mm以下、長(zhǎng)度(L)為5000mm以上、進(jìn)而為5600mm以上、更優(yōu)選的是為6000mm以上、進(jìn)而更加優(yōu)選的是從7000mm以上的范圍中選擇。在上述鈦板坯的寬度(W)相對(duì)于厚度(T)的比(W/T)不到2的情況下，鈦板坯相對(duì)于寬度較厚，所以熱軋時(shí)的寬度延展變大，在邊緣部發(fā)生裂紋，并不優(yōu)選。特別是，如果厚度超過300mm，則熱軋時(shí)的自由面變大，側(cè)面的褶皺變深，助長(zhǎng)了邊緣部的裂紋。在上述鈦板坯的厚度不到150mm的情況下，在熱軋時(shí)板坯的溫度下降較多，損害通材性，并且有導(dǎo)致邊緣裂紋的情況。此外，在板坯的鑄造時(shí)，因鈦板坯自身的自重而不能保持直線性，繼續(xù)平順的鈦板坯的熔煉變得困難。(參照后述的圖5所示的、優(yōu)選的電子束熔化爐的主要的裝置結(jié)構(gòu))
另一方面，在上述鈦板坯的W/T超過10的情況下，被從鑄模拉拔的板坯的厚度變得過薄，發(fā)生不能得到拉拔所需要的充分的強(qiáng)度的不良狀況，并不優(yōu)選。如果上述鈦板坯的厚度超過300mm或?qū)挾瘸^1750mm，則熱軋的軋制負(fù)荷增大，不能用通用的熱軋機(jī)直接軋制，違背了本申請(qǐng)的目的。有關(guān)本申請(qǐng)發(fā)明的熱軋用鈦板坯從將上述熱軋用板坯用電子束熔化爐熔煉的情況下的生產(chǎn)效率、用鋼鐵等的通用的熱軋機(jī)軋制為帶狀卷材的情況下的通材穩(wěn)定性的兩方面看，優(yōu)選的是，上述熱軋用鈦板坯的長(zhǎng)度(L)與寬度(W)的比即(L/W)是5以上、板坯的長(zhǎng)度是5000mm以上，如果板坯的L/W較小、長(zhǎng)度較短，則由于鈦的密度為鋼的60%較輕，所以容易因來(lái)自輸送輥等的反作用使板坯抖動(dòng)，有因該影響而在熱軋后的表面上發(fā)生傷痕的情況。此外，在長(zhǎng)度比5000mm短的情況下，熱軋帶狀卷材時(shí)難以咬合到下級(jí)的輥上，并不優(yōu)選。此外，在用電子束熔化爐連續(xù)熔煉鈦板坯的情況下，在第1個(gè)板坯的鑄造完成的時(shí)點(diǎn)，替換為下個(gè)真空腔。第1個(gè)被替換的真空腔需要用于高溫的鈦板坯的冷卻和然后將板坯取出的更換時(shí)間。為了提高生產(chǎn)效率，需要1個(gè)鈦板坯的鑄造完成時(shí)間為該更換時(shí)間以上。如果考慮到能夠從現(xiàn)狀的電子束供給的熱量，則使L/W為5以上是優(yōu)選的。圖6是從上方觀察圖5的鑄模3的圖。如圖6所示，在本申請(qǐng)發(fā)明中，優(yōu)選的形態(tài)是，在矩形鑄模31的角部形成倒角部，使用上述倒角部的形狀形成為與作為形成在矩形鑄模的內(nèi)部的熔融金屬32與形成在其外周部的凝固殼34的邊界的平衡固相線35相似的鑄模。這里，所謂平衡固相線35，表示形成在矩形鑄模31的內(nèi)部的固相34與液相32的邊界面，相當(dāng)于將對(duì)應(yīng)于熔融金屬的凝固點(diǎn)的溫度連結(jié)的線。一般而言，在金屬的融點(diǎn)處固液共存，但上述鑄模池32的外周面呈固相，在本申請(qǐng)發(fā)明中將該等溫線稱作平衡固相線 35。上述平衡固相線35在鑄模的長(zhǎng)邊部及短邊部呈與鑄模壁平行的直線。但是，在角部由向外凸的曲線構(gòu)成。在本申請(qǐng)發(fā)明中，是著眼于上述曲線的形狀的，優(yōu)選的形態(tài)是，將方形鑄模31的角部的形狀構(gòu)成為與形成在上述方形鑄模31內(nèi)的平衡固相線35相似的形狀。通過將上述那樣的角部構(gòu)成為對(duì)應(yīng)于平衡固相線的形狀，在與鑄模內(nèi)面正交的方向上形成從鑄模池32向水冷鑄模31的抽熱帶來(lái)的熱流，所以隨之形成的鑄造組織也沿著熱流形成，起到能夠熔煉凝固組織均勻的鑄塊的效果。此外，在本申請(qǐng)發(fā)明中，也可以將上述方形鑄模31的角部的倒角部構(gòu)成為圓弧的一部分。在本申請(qǐng)發(fā)明中，上述倒角部的圓弧的曲率半徑(rc)優(yōu)選的是設(shè)定為2 50mm的范圍。
如果構(gòu)成上述角部的倒角部的圓弧的曲率半徑超過上限值50mm，則雖然能夠?qū)⑷蹮挼拟伆迮鞯慕遣康哪探M織維持為健全，但通過軋制上述鈦板坯而形成的薄板的均質(zhì)性下降，并不優(yōu)選。此外，板坯角部的冷卻凝固速度下降，擔(dān)心從板坯內(nèi)的破裂，并不優(yōu)選。另一方面，在構(gòu)成比上述曲率半徑的下限值2mm小的曲率半徑的倒角部的情況下，從板坯向鑄模角部的抽熱較大，難以享受板坯表面鑄造表面的改善效果，在熔煉后的鈦板坯自身的角部上發(fā)生裂紋及損傷，并不優(yōu)選。由此，在本申請(qǐng)發(fā)明中，構(gòu)成方形鑄模31的角部的倒角部的圓弧的曲率半徑優(yōu)選的是設(shè)定為2 50mm的范圍，更優(yōu)選地設(shè)定為5 30mm。通過用上述范圍的平滑的曲面構(gòu)成鑄模的內(nèi)面，起到能夠熔煉呈在角部沒有裂縫或損傷的健全的凝固組織的鈦板坯的效^ ο在本申請(qǐng)發(fā)明中，優(yōu)選的是構(gòu)成為，使上述倒角部的曲率半徑(rc)相對(duì)于鑄模短邊的長(zhǎng)度對(duì)鑄模長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度的比(α )成比例關(guān)系。即，優(yōu)選的是構(gòu)成為，使得熔煉的坯塊的厚度越增加則倒角部取得越大。通過做成這樣的結(jié)構(gòu)，起到對(duì)于各種形狀的方形鑄模都能夠適當(dāng)?shù)貙?duì)應(yīng)的效果。此外，在本申請(qǐng)發(fā)明中使用的鑄模的寬度(W)相對(duì)于厚度(D)的比(W/D)優(yōu)選地為 2 ( (ff/D) ( 10的范圍，更優(yōu)選地為2. 5 ( (ff/D) ( 8的范圍。在本申請(qǐng)發(fā)明中使用的鑄模的形狀優(yōu)選的是方形，上述鑄模的厚度對(duì)于向后工序提供的軋制工序而言較薄是優(yōu)選的。但是，隨著鑄模的厚度變薄，向水冷銅壁的抽熱量增加，所以需要使向上述鑄模池供給的熱量也增加，并不優(yōu)選。由此，在上述鑄模的大小方面存在上限及下限，在本申請(qǐng)發(fā)明中，進(jìn)行各種研究的結(jié)果是，上述鑄模的寬度對(duì)厚度的比(W/D)以10為上限。這是因?yàn)?，如果超過上述上限值使鑄模寬度變短，則從鑄模池向鑄模的抽熱量增加，與其相平衡的電子束加熱量增加，并不優(yōu)選。另一方面，如果比(W/D)的下限值是2以下，則截面接近于正方形，鑄模的寬度與厚度的關(guān)系接近，不能得到本申請(qǐng)發(fā)明的效果。進(jìn)而，是因?yàn)槿绻?以下則寬度與厚度的關(guān)系逆轉(zhuǎn)，不再有本申請(qǐng)發(fā)明的意義。上述鑄模的寬度對(duì)厚度的比(W/D)通過更優(yōu)選地設(shè)定為2. 5 8，起到即使在有鑄模的稍稍的變形的情況下也能夠可靠地熔煉目的的寬度和厚度的板坯的效果。在本申請(qǐng)發(fā)明中，在對(duì)與保持在上述方形鑄模31中的鑄模池32的倒角部相鄰的池部照射電子束時(shí)，優(yōu)選的是將與上述方形鑄模32的倒角部的形狀相似的形狀的電子束照射在上述倒角部上。此外，在上述倒角部由圓弧的一部分構(gòu)成的情況下，優(yōu)選的是將電子束的形狀也構(gòu)成為圓形、進(jìn)而使上述圓形的半徑與構(gòu)成上述倒角部的圓弧的曲率半徑一致。通過將上述那樣的電子束對(duì)鑄模池32照射，能夠?qū)崮芡度氲椒叫舞T模31的倒角部的各個(gè)角落，結(jié)果，起到能夠得到被熔煉的鈦板坯的角部的鑄造表面也沒有裂紋或損傷的健全的凝固組織的效果。上述的鈦板坯由純鈦或鈦合金的哪種構(gòu)成都可以。例如，對(duì)于以海綿鈦為熔化原料而熔煉的鈦板坯、或在海綿鈦中添加合金成分而熔煉的鈦板坯也能夠采用。接著，參照?qǐng)D5對(duì)上述鈦板坯的優(yōu)選的熔煉方法進(jìn)行說(shuō)明。圖5表示適合于有關(guān)本申請(qǐng)發(fā)明的鈦板坯的熔煉的電子束熔化爐的主要的裝置結(jié)構(gòu)。在本申請(qǐng)發(fā)明中，將投入在爐床4上的鈦原料10通過從保持在電子束熔化爐的頂部上的電子槍1釋放的電子束2 加熱熔化而生成熔融金屬5，將上述熔融金屬5連續(xù)地注入到配設(shè)在爐床4的下游側(cè)的鑄模 3中。將連續(xù)注入到鑄模3中的熔融金屬5合體到形成在鑄模3的內(nèi)部的鈦池6中，并且將在上述鈦池6的下方凝固的鈦板坯7連續(xù)地拉拔，進(jìn)行作業(yè)以將上述鈦池面6保持為一定的水平。上述的爐床4、鑄模3內(nèi)裝在熔化室11中而被與大氣隔絕，將上述熔化室11的內(nèi)部保持為減壓。將從鑄模3的下端拉拔的鈦板坯7連續(xù)地拉拔到密接配置在熔化室11的下部的坯塊室12內(nèi)。上述坯塊室12的內(nèi)部?jī)?yōu)選的是與熔化室11同樣維持為減壓狀態(tài)。通過維持上述那樣的壓力狀態(tài)，能夠有效地抑制從坯塊室12向熔化室11的大氣的侵入。優(yōu)選的是，在將拉拔到坯塊室12內(nèi)規(guī)定量的鈦板坯7從鑄模3完全拉拔后使閘閥 20動(dòng)作，將熔化室11與坯塊室12的邊緣切掉。接著，優(yōu)選的是，向坯塊室12內(nèi)投入氬氣，使坯塊室12內(nèi)的壓力回到大氣壓，并且將上述坯塊室12內(nèi)的溫度冷卻到室溫附近。被冷卻到室溫的鈦板坯7能夠從設(shè)在坯塊室12上的未圖示的開放門向大氣中拔
出ο在本申請(qǐng)發(fā)明中，從確保上述鈦板坯的優(yōu)選的長(zhǎng)度的意義看，將上述坯塊室12的長(zhǎng)度至少確保為5000mm以上是優(yōu)選的。在本申請(qǐng)發(fā)明中，上述鑄模3優(yōu)選的是構(gòu)成為適合于上述鈦板坯7的熔煉的厚度， 具體而言，優(yōu)選的是構(gòu)成為150 300mm的范圍。此外，上述方形鑄模的寬度(W)對(duì)厚度(T)的比(W/T)優(yōu)選的是構(gòu)成為2 10的范圍。通過使用上述那樣的截面形狀的方形鑄模，起到能夠直接送入到鋼鐵等的通用的熱軋機(jī)中的效果。對(duì)于圖5所示的從電子束熔化爐拔出的鈦板坯，通過接著將形成在表面上的附著物或凹凸通過切削或研磨等除去后、在用加熱爐加熱后以高溫的狀態(tài)送入到熱軋機(jī)中，能夠熱軋為帶狀卷材。在本申請(qǐng)發(fā)明中，作為上述軋機(jī)，可以適當(dāng)?shù)厥褂么惺杰垯C(jī)、斯特格爾式軋機(jī)或行星式軋機(jī)。特別是，串列式軋機(jī)在將鈦板坯熱軋為帶狀卷材時(shí)，能夠適當(dāng)?shù)卦趶拇周埖骄垥r(shí)使用。通過以上所述的電子束熔化爐熔煉的鈦板坯可以適當(dāng)?shù)厥褂娩撹F制造者擁有的熱軋機(jī)，結(jié)果，起到能夠制造品質(zhì)良好的熱軋鈦卷材的效果。
實(shí)施例[實(shí)施例1]
1.熔化原料海綿鈦
2.熔化裝置 1)電子束輸出爐床側(cè)最大IOOOkW 鑄模側(cè)最大400kW2)方形鑄模
大小厚度270mmX寬度IlOOmm 結(jié)構(gòu)水冷銅
3)向鑄模的熔融金屬注入方向從方形鑄模的短邊鑄模注入
使用上述裝置結(jié)構(gòu)及原料，熔煉出寬度1100mm、厚度270mm、長(zhǎng)度5600、6000、7000、 8000及9000mm的共計(jì)5個(gè)鈦板坯。如果將熔煉出的鈦板坯的長(zhǎng)度方向的翹曲或彎曲通過上述的方法測(cè)量，則翹曲為板坯的每IOOOmm長(zhǎng)度的翹曲是0. 5 4mm、彎曲是0. 5 2mm， 具有足夠添加到然后的熱軋機(jī)中的直線性。[實(shí)施例2]
除了實(shí)施例1的條件以外，相對(duì)于矩形鑄模的寬度方向，從朝向熔融金屬注入的短邊鑄模壁對(duì)置的短邊鑄模壁使電子束密度減小，均勻地保持矩形鑄模池表面溫度而進(jìn)行熔化。結(jié)果，熔煉后的鈦板坯的翹曲和彎曲都穩(wěn)定地變小，翹曲成為2mm以下。[實(shí)施例3]
在將由實(shí)施例1熔煉后的鈦板坯的鑄造表面的切削修整后，將上述鈦板坯添加到鋼鐵的熱軋機(jī)中，得到了厚度3 6mm的帶狀卷材。進(jìn)而，通過將上述帶狀卷材噴丸、進(jìn)行硝氟酸酸洗而脫鱗屑后，通過冷軋最終能夠效率良好地制造出厚度0. 3 Imm的薄板。[實(shí)施例4]
在實(shí)施例1中，除了對(duì)海綿鈦添加鋁一釩合金、將3A1 - 2. 5V (JIS61種)合金的板坯熔煉以外，在相同的條件下熔煉出寬度1100mm、厚度270_、長(zhǎng)度5600、6000、7000、8000及 9000mm的共計(jì)5個(gè)鈦板坯。熔煉出的鈦板坯具有足夠添加到熱軋機(jī)中的直線性。[實(shí)施例5]
使用將圖6所示那樣的角部的截面形狀沿著相似于平衡固相線的圖形形成的鑄模熔煉出純鈦板坯。調(diào)查熔煉后的板坯的表面后，凝固組織是健全的、并且確認(rèn)沒有裂紋等的生成。但是，為了慎重起見，將上述板坯的表層部切削1mm，原樣軋制而制造薄板，但沒有看到裂紋及表面?zhèn)鄣鹊陌l(fā)生。另外，表面切削后的板坯的成品率是98%。[比較例1]
在實(shí)施例1中，除了從構(gòu)成方形鑄模的長(zhǎng)邊鑄模方向注入熔融金屬以外，在相同的條件下熔煉鈦板坯。結(jié)果，能夠順利地熔煉規(guī)定長(zhǎng)度的鈦板坯，但每IOOOmm長(zhǎng)度的翹曲是6 15mm、彎曲也是3 5mm，不能原樣向熱軋機(jī)送入。所以，添加到矯正機(jī)中而擔(dān)保直線性后， 添加到軋機(jī)中而得到薄板卷材。[比較例2]
代替在實(shí)施例5中使用的將角部用曲面構(gòu)成的鑄模，使用內(nèi)面也為方形的以往的鑄模熔煉出鈦板坯。結(jié)果，雖然熔煉出的板坯的平行部的鑄造表面是健全的，但在角部，鑄造表面粗糙，還觀察到了微小的裂縫。結(jié)果，將表層部磨削5mm并軋制，制造出薄板。在制造出的薄板上沒有看到裂紋及表面?zhèn)鄣鹊陌l(fā)生。但是，通過在軋制之前進(jìn)行的表面磨削，切削成品率下降到95%。產(chǎn)業(yè)上的可利用性
根據(jù)本發(fā)明，能夠使用電子束熔化爐直接熔煉高品質(zhì)的鈦板坯，有利于鈦制品的制造成本的削減。
權(quán)利要求
1.一種熱軋用鈦板坯，是被從電子束熔化爐的鑄模直接熔煉的鈦板坯，其特征在于，板坯的每IOOOmm長(zhǎng)度的翹曲(厚度方向相對(duì)于長(zhǎng)度方向的變形量)是5mm以下、彎曲(寬度方向相對(duì)于長(zhǎng)度方向的變形量)是2. 5mm以下。
2.如權(quán)利要求1所述的熱軋用鈦板坯，其特征在于，上述熱軋用鈦板坯的寬度(W)對(duì)厚度(T)的比(W/T)是2 10的范圍，并且長(zhǎng)度(L)對(duì)寬度的比(L/W)是5以上。
3.如權(quán)利要求2所述的熱軋用鈦板坯，其特征在于，上述熱軋用鈦板坯的厚度是150 300mm、寬度是1750mm以下、長(zhǎng)度是5000mm以上。
4.如權(quán)利要求1所述的熱軋用鈦板坯，其特征在于，在上述熱軋用鈦板坯的角部上，形成有具有5 50mm的曲率半徑(rc)的倒角部。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的熱軋用鈦板坯，其特征在于，上述熱軋用鈦板坯由純鈦或鈦合金構(gòu)成。
6.一種熱軋用鈦板坯的熔煉方法，是使用電子束熔化爐的熱軋用鈦板坯的熔煉方法， 其特征在于，從構(gòu)成內(nèi)裝在上述電子束熔化爐中的矩形鑄模的長(zhǎng)邊鑄模壁及短邊鑄模壁中的短邊鑄模壁側(cè)注入熔融金屬。
7.如權(quán)利要求6所述的熱軋用鈦板坯的熔煉方法，其特征在于，使對(duì)形成在上述矩形鑄模內(nèi)的熔融鈦池表面照射的電子束密度從與熔融金屬注入側(cè)的短邊鑄模對(duì)置的短邊鑄模壁側(cè)朝向熔融金屬注入側(cè)的短邊鑄模壁側(cè)減小。
8.如權(quán)利要求6或7所述的熱軋用鈦板坯的熔煉方法，其特征在于，使用在上述矩形鑄模的角部上形成有倒角部、上述倒角部的形狀形成為與作為形成在矩形鑄模的內(nèi)部的熔融金屬與形成在其外周部上的凝固殼的邊界的平衡固相線相似的鑄模。
9.如權(quán)利要求6或7所述的熱軋用鈦板坯的熔煉方法，其特征在于，使用在上述矩形鑄模的角部上形成有倒角部、將上述倒角部用圓弧的一部分構(gòu)成、上述圓弧的曲率半徑(rc) 為2 50mm的鑄模。
10.如權(quán)利要求6 9中任一項(xiàng)所述的熱軋用鈦板坯的熔煉方法，其特征在于，使用上述矩形鑄模的寬度(W)對(duì)厚度(D)的比(W/D)為2 ( (ff/D) ( 10的范圍的鑄模。
11.如權(quán)利要求6 10中任一項(xiàng)所述的熱軋用鈦板坯的熔煉方法，其特征在于，使用構(gòu)成為、使上述矩形鑄模的倒角部的曲率半徑(rc)相對(duì)于鑄模短邊對(duì)鑄模長(zhǎng)邊的比(α )為比例關(guān)系的鑄模。
12.—種熱軋用鈦板坯的軋制方法，其特征在于，將權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的熱軋用鈦板坯送入到熱軋機(jī)中，向帶狀卷材熱軋。
13.如權(quán)利要求12所述的熱軋用鈦板坯的軋制方法，其特征在于，上述軋機(jī)是串列式軋機(jī)、斯特格爾式軋機(jī)或行星式軋機(jī)。
全文摘要
提供一種在熔化后能夠不經(jīng)過分解工序及然后的矯正工序而送入到熱軋機(jī)中的直線性良好(翹曲或彎曲被抑制)、此外在角部沒有裂紋及裂縫的具有健全的組織的通過電子束熔化爐熔煉的適合于熱軋的鈦板坯和其熔煉方法。一種熱軋用鈦板坯，是被從電子束熔化爐的鑄模直接熔煉的鈦板坯，板坯的每1000mm長(zhǎng)度的翹曲(厚度方向相對(duì)于長(zhǎng)度方向的變形量)是5mm以下、彎曲(寬度方向相對(duì)于長(zhǎng)度方向的變形量)是2.5mm以下。此外，一種熱軋用鈦板坯的熔煉方法，是該熱軋用鈦板坯的熔煉方法，其特征在于，從構(gòu)成內(nèi)裝在上述電子束熔化爐中的矩形鑄模的長(zhǎng)邊鑄模壁及短邊鑄模壁中的短邊鑄模壁側(cè)注入熔融金屬，此外，使用在角部上設(shè)有倒角部的鑄模。
文檔編號(hào)B22D27/02GK102307686SQ20108000710
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月9日
發(fā)明者宮崎義正, 小田高士, 山本則雄, 新良貴健, 田中壽宗, 藤井芳弘, 高橋一浩 申請(qǐng)人:東邦鈦株式會(huì)社, 新日本制鐵株式會(huì)社