RU2738280C1 - Method of cleaning titanium material - Google Patents
Method of cleaning titanium material Download PDFInfo
- Publication number
- RU2738280C1 RU2738280C1 RU2020114609A RU2020114609A RU2738280C1 RU 2738280 C1 RU2738280 C1 RU 2738280C1 RU 2020114609 A RU2020114609 A RU 2020114609A RU 2020114609 A RU2020114609 A RU 2020114609A RU 2738280 C1 RU2738280 C1 RU 2738280C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melting
- titanium
- titanium material
- hydrogen
- stage
- Prior art date
Links
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 142
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 141
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 140
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 98
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 121
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 121
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 69
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 67
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 59
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 43
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 43
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims abstract description 18
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 24
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 17
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 description 13
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 229910000883 Ti6Al4V Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001000 nickel titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/16—Remelting metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B34/00—Obtaining refractory metals
- C22B34/10—Obtaining titanium, zirconium or hafnium
- C22B34/12—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08
- C22B34/1295—Refining, melting, remelting, working up of titanium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B34/00—Obtaining refractory metals
- C22B34/10—Obtaining titanium, zirconium or hafnium
- C22B34/12—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/04—Refining by applying a vacuum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/05—Refining by treating with gases, e.g. gas flushing also refining by means of a material generating gas in situ
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/02—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working in inert or controlled atmosphere or vacuum
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
- C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
- C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
[0001] Настоящее изобретение относится к способу рафинирования титанового материала, в котором удаляют кислород, содержащийся в титановом материале, выполненном из чистого титана, титанового сплава или интерметаллического соединения, содержащего титан в качестве одного из основных компонентов, и далее водород из этого титанового материала.[0001] The present invention relates to a titanium material refining method that removes oxygen contained in a titanium material made of pure titanium, a titanium alloy, or an intermetallic compound containing titanium as one of the main components, and then hydrogen from the titanium material.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION
[0002] В последние годы повышается спрос на титан, такой как чистый титан или титановые сплавы, в частности, в виде металлических материалов для транспорта, такого как самолеты или автомобили, с использованием таких свойств титана, как низкая масса, высокая коррозионная стойкость и высокая удельная прочность.[0002] In recent years, there has been an increasing demand for titanium, such as pure titanium or titanium alloys, in particular in the form of metallic materials for transportation such as aircraft or automobiles, using titanium's properties such as low weight, high corrosion resistance and high specific strength.
[0003] Поскольку титан активен, его называют активным металлом. Титан очень легко соединяется с легкими элементами, такими как кислород, азот и т.д. Как правило, как только титан соединяется с таким легким элементом, становится очень сложно удалить легкий элемент. Хотя титан обладает исключительными свойствами, как было описано выше, возникает проблема, состоящая в том, что соединяющиеся с титаном легкие элементы едва ли можно удалить. Кроме того, возникает другая проблема, состоящая в том, что титан более дорогой, чем стальной материал или алюминиевый материал, который обычно использовался. Из-за этих проблем в настоящее время титан еще недостаточно распространен на рынке. [0003] Since titanium is active, it is called an active metal. Titanium combines very easily with light elements such as oxygen, nitrogen, etc. Typically, once titanium is bonded to such a lightweight element, it becomes very difficult to remove the lightweight element. Although titanium has exceptional properties, as described above, the problem arises in that light elements bonding to titanium can hardly be removed. In addition, another problem arises in that titanium is more expensive than the steel material or aluminum material that is commonly used. Due to these problems, titanium is not yet widely available on the market today.
[0004] С учетом имеющейся ситуации, повторное использование титанового лома или использование низкокачественных материалов было многократно исследовано ранее для снижения затрат и экономии ресурсов. Однако титановый лом или низкокачественные материалы содержат множество легких элементов. Среди легких элементов содержащийся в них кислород (здесь и далее также называемый просто содержащимся кислородом) образует помеху. Таким образом, такие исследования не были доведены до практического применения на промышленном уровне.[0004] Given the current situation, the reuse of titanium scrap or the use of inferior materials has been repeatedly investigated in the past to reduce costs and save resources. However, titanium scrap or inferior materials contains many light elements. Among the light elements, the oxygen contained in them (hereinafter also referred to simply as contained oxygen) constitutes a hindrance. Thus, such studies have not been brought to practical application at the industrial level.
[0005] В дополнение, недавние научно-исследовательские работы нашли свое активное применение в подовой плавке для получения слитков с использованием водоохлаждаемого медного кристаллизатора с электронно-лучевой или плазменной дугой в качестве источника тепла, или при аддитивном производстве с использованием порошка.[0005] In addition, recent research and development work has found active application in bottom smelting to produce ingots using a water-cooled copper crystallizer with an electron beam or plasma arc as a heat source, or additive manufacturing using powder.
[0006] Непатентный документ 1 или непатентный документ 2 представляют собой техническую литературу, описывающую способ удаления содержащегося кислорода из титанового материала, такого как чистый титан или титановый сплав, с использованием водорода.[0006] Non-Patent Document 1 or Non-Patent Document 2 is technical literature describing a method for removing contained oxygen from a titanium material such as pure titanium or a titanium alloy using hydrogen.
[0007] В непатентном документе 1 описано, что кислород можно восстанавливать при дуговой плавке губчатого титана или сплава Ti-6Al-4V в атмосфере Ar, содержащей 1-30 об.% H2. Например, описано, что в случае, когда в качестве материала используется губчатый титан, концентрация кислорода снижается с 0,04 мас.% до 0,016 мас.%. С другой стороны, описано, что в случае, когда в качестве материала используется сплав Ti-6Al-4V, концентрация кислорода снижается с 0,12 мас.% до 0,028 мас.%, и концентрация кислорода снижается с 1,6 мас.% до 0,3 мас.%.[0007] Non-Patent Document 1 discloses that oxygen can be reduced by arc melting of titanium sponge or Ti-6Al-4V alloy in an Ar atmosphere containing 1-30 vol.% H 2 . For example, it is described that in the case where titanium sponge is used as the material, the oxygen concentration is reduced from 0.04 mass% to 0.016 mass%. On the other hand, it is described that in the case where Ti-6Al-4V alloy is used as the material, the oxygen concentration decreases from 0.12 wt% to 0.028 wt%, and the oxygen concentration decreases from 1.6 wt% to 0.3 wt%.
[0008] С другой стороны, в непатентном документе 2 описано, что кислород можно восстанавливать при плазменно-дуговой плавке чистого титана в атмосфере Ar, содержащей 20 об.% H2. В дополнение, в непатентном документе 2 описано, что концентрация кислорода снижается от исходной концентрации кислорода 0,23 мас.% до 0,09 мас.%.[0008] On the other hand, Non-Patent Document 2 discloses that oxygen can be reduced by plasma arc melting of pure titanium in an Ar atmosphere containing 20 vol% H 2 . In addition, Non-Patent Document 2 discloses that the oxygen concentration is reduced from an initial oxygen concentration of 0.23 wt% to 0.09 wt%.
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫLIST OF Cited LITERATURE
НЕПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРАNON-PATENT LITERATURE
[0009] Непатентный документ 1: Y. Su et al., "Deoxidation of titanium alloy using hydrogen", Int. J. Hydrogen Energy, 34 (2009) 8958-8963 [0009] Non-Patent Document 1: Y. Su et al., "Deoxidation of titanium alloy using hydrogen", Int. J. Hydrogen Energy, 34 (2009) 8958-8963
Непатентный документ 2: J. M. Oh et al., "Brief review of removal effect of hydrogen plasma arc melting on refining of pure titanium and titanium alloys", Int. J. Hydrogen Energy, 41 (2016) 23033-23041.Non-patent Document 2: J. M. Oh et al., "Brief review of removal effect of hydrogen plasma arc melting on refining of pure titanium and titanium alloys", Int. J. Hydrogen Energy, 41 (2016) 23033-23041.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧАTECHNICAL OBJECTIVE
[0010] В непатентном документе 1 описано, что в качестве способа анализа содержания кислорода используется способ анализа с индуктивно связанной плазмой (ИСП). Однако, нет никаких предположений о конкретных экспериментальных условиях, при которых были получены эти данные. Как правило, в способе ИСП-анализа бывает сложно точно проанализировать содержание кислорода в образце вследствие присутствия атомов кислорода, содержащихся в молекулах воды, используемой для получения раствора для количественного анализа. В дополнение, в непатентном документе 2 также показан график, иллюстрирующий изменение со временем концентрации кислорода в образце. С учетом наклона проиллюстрированного графика, трудно ожидать дальнейшего эффекта снижения кислорода.[0010] Non-Patent Document 1 discloses that an inductively coupled plasma (ICP) analysis method is used as the oxygen content analysis method. However, there is no suggestion about the specific experimental conditions under which these data were obtained. Typically, in an ICP assay method, it is difficult to accurately analyze the oxygen content of a sample due to the presence of oxygen atoms contained in the water molecules used to prepare the quantitative solution. In addition, Non-Patent Document 2 also shows a graph illustrating the change over time of the oxygen concentration in a sample. Given the slope of the illustrated graph, it is difficult to expect further oxygen reduction effect.
[0011] Настоящее изобретение было разработано с учетом вышеупомянутой ситуации в предшествующем уровне техники. Задачей настоящего изобретения является предложение способа рафинирования титанового материала, в котором содержащийся кислород и дополнительный водород могут быть надежно удалены из титанового материала, выполненного из чистого титана, титанового сплава или интерметаллического соединения, содержащего титан в качестве одного из основных компонентов.[0011] The present invention has been developed in consideration of the above situation in the prior art. An object of the present invention is to provide a method for refining titanium material, in which oxygen and additional hydrogen can be reliably removed from a titanium material made of pure titanium, a titanium alloy or an intermetallic compound containing titanium as one of the main components.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫSOLUTION TO THE PROBLEM
[0012] Способ рафинирования титанового материала согласно настоящему изобретению представляет собой способ рафинирования титанового материала, в котором удаляют кислород, содержащийся в титановом материале, выполненном из чистого титана, титанового сплава или интерметаллического соединения, содержащего титан в качестве одного из основных компонентов, причем способ включает в себя: первый этап плавки титанового материала под атмосферой благородного газа, содержащей 5-70 об.% водорода, с введением тем самым водорода в расплав титанового материала; и второй этап плавки титанового материала, в который был введен водород на первом этапе плавки, под атмосферой благородного газа, с удалением тем самым кислорода, содержащегося в титановом материале, из расплава титанового материала вместе с водородом, причем каждый из первого этапа плавки и второго этапа плавки осуществляют по меньшей мере один раз.[0012] A titanium material refining method according to the present invention is a titanium material refining method in which oxygen contained in a titanium material made of pure titanium, a titanium alloy or an intermetallic compound containing titanium as one of the main components is removed, the method comprising into itself: the first stage of melting titanium material under a noble gas atmosphere containing 5-70 vol.% hydrogen, thereby introducing hydrogen into the titanium material melt; and a second stage of melting the titanium material, into which hydrogen was introduced in the first melting stage, under a noble gas atmosphere, thereby removing the oxygen contained in the titanium material from the titanium material melt together with hydrogen, each of the first melting stage and the second stage heats are carried out at least once.
[0013] В дополнение, является предпочтительным, чтобы способ рафинирования титанового материала согласно настоящему изобретению дополнительно включал в себя этап термообработки выдерживанием титанового материала в течение 15 минут или более при условиях степени разрежения (вакуума) от 1×10-2 до 1×10-4 Па и температуры выдержки 600-1200°C после завершения второго этапа плавки, с удалением тем самым водорода из титанового материала.[0013] In addition, it is preferable that the method for refining titanium material according to the present invention further includes a step of heat treatment by holding the titanium material for 15 minutes or more under vacuum (vacuum) conditions of 1 × 10 -2 to 1 × 10 - 4 Pa and holding temperature 600-1200 ° C after completion of the second stage of melting, thereby removing hydrogen from titanium material.
ВЫГОДНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯADVANTAGEOUS EFFECTS OF THE INVENTION
[0014] В способе рафинирования титанового материала согласно настоящему изобретению содержащийся кислород и дополнительный водород могут быть удалены из титанового материала, выполненного из чистого титана, титанового сплава или интерметаллического соединения, содержащего титан в качестве одного из основных компонентов.[0014] In the method for refining titanium material according to the present invention, oxygen content and additional hydrogen can be removed from a titanium material made of pure titanium, a titanium alloy or an intermetallic compound containing titanium as one of the main components.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯDESCRIPTION OF IMPLEMENTATION OPTIONS
[0015] Авторы настоящего изобретения провели серьезные исследования для нахождения способа рафинирования титанового материала, в котором из титанового материала можно надежно удалять легкие элементы или, в частности, кислород, содержащийся в титановом материале, содержащем в качестве своего основного компонента титан, который очень склонен соединяться с легкими элементами, такими как кислород, азот и т.д.[0015] The inventors of the present invention have carried out serious studies to find a method for refining titanium material, in which light elements or, in particular, oxygen contained in a titanium material containing titanium as its main component, which is very inclined to bond, can be reliably removed from the titanium material with light elements such as oxygen, nitrogen, etc.
[0016] В результате было обнаружено, что кислород, содержащийся в титановом материале, можно надежно удалять путем выполнения первого этапа плавки титанового материала под содержащей определенное количество водорода атмосферой благородного газа так, чтобы ввести водород, и следующего за ним второго этапа плавки титанового материала под атмосферой благородного газа так, чтобы удалять содержащийся кислород из титанового материала вместе с введенным на первом этапе водородом. Таким образом было создано настоящее изобретение.[0016] As a result, it was found that the oxygen contained in the titanium material can be reliably removed by performing the first stage of melting the titanium material under a noble gas atmosphere containing a certain amount of hydrogen so as to introduce hydrogen, followed by the second stage of melting the titanium material under a noble gas atmosphere so as to remove the contained oxygen from the titanium material together with the hydrogen introduced in the first step. Thus, the present invention has been completed.
[0017] В дополнение, также было подтверждено, что водород, введенный в титановый материал для удаления содержащегося кислорода, можно надежно удалять путем выполнения этапа термообработки выдерживанием титанового материала при определенных условиях после второго этапа плавки. Считается, что в случае, когда осуществляют этап термообработки, водород, который не удалось вполне удалить на втором этапе плавки, может быть надежно удален.[0017] In addition, it has also been confirmed that hydrogen introduced into the titanium material to remove the contained oxygen can be reliably removed by performing the heat treatment step by holding the titanium material under certain conditions after the second melting step. It is believed that in the case where the heat treatment step is carried out, hydrogen which could not be completely removed in the second melting step can be reliably removed.
[0018] Считается, что причина, по которой содержащийся в титановом материале кислород можно удалить из титанового материала вместе с водородом, введенным на первом этапе плавки, состоит в том, что введенный водород функционирует как раскислитель.[0018] It is believed that the reason the oxygen contained in the titanium material can be removed from the titanium material along with the hydrogen introduced in the first smelting step is that the introduced hydrogen functions as a deoxidizer.
[0019] Настоящее изобретение будет описано более подробно на основании приведенных ниже вариантов воплощения.[0019] The present invention will be described in more detail based on the following embodiments.
(Титановый материал)(Titanium material)
[0020] Титановый материал, используемый в способе рафинирования титанового материала по настоящему изобретению, содержит любой из чистого титана, титанового сплава и интерметаллического соединения титана (интерметаллического соединения, содержащего титан в качестве одного из основных компонентов). Примеры чистого титана включают технически чистый титан типа титана 1 по JIS (JIS - Японский промышленный стандарт), титана 2 по JIS, титана 3 по JIS и титана 4 по JIS. Примеры легирующих элементов, содержащихся в титановом сплаве, включают Al, V, Mo, Cr, Zr, Sn, Si, Cu, Nb, Fe, Ni, Ta, Ag, Pd, C и N. Примеры интерметаллического соединения включают в себя TiAl и NiTi.[0020] The titanium material used in the method for refining titanium material of the present invention contains any of pure titanium, a titanium alloy, and a titanium intermetallic compound (an intermetallic compound containing titanium as one of the main components). Examples of pure titanium include commercially pure titanium type JIS titanium 1 (JIS — Japanese Industrial Standard), JIS titanium 2, JIS titanium 3, and JIS titanium 4. Examples of alloying elements contained in the titanium alloy include Al, V, Mo, Cr, Zr, Sn, Si, Cu, Nb, Fe, Ni, Ta, Ag, Pd, C, and N. Examples of the intermetallic compound include TiAl and NiTi.
[0021] Содержание титана в титановом материале предпочтительно составляет 45 мас.% или выше. Нижний предел содержания титана типичного титанового материала находится на таком уровне. Если содержание титана в материале слишком низкое, то материал нельзя рассматривать как титановый материал.[0021] The titanium content of the titanium material is preferably 45 mass% or more. The lower limit of the titanium content of a typical titanium material is at this level. If the titanium content of the material is too low, then the material cannot be considered as titanium material.
(Способ рафинирования)(Refining method)
[0022] Способ рафинирования титана по настоящему изобретению включает в себя по меньшей мере первый этап плавки и второй этап плавки. Каждый из первого этапа плавки и второго этапа плавки осуществляют от одного до нескольких раз. В дополнение, можно осуществлять этап термообработки после завершения второго этапа плавки. Способ рафинирования будет разделен на рассмотренные ниже первый этап плавки, второй этап плавки и этап термообработки, и каждый из этапов будет описан подробно.[0022] The titanium refining method of the present invention includes at least a first smelting step and a second smelting step. Each of the first melting step and the second melting step is performed one to several times. In addition, a heat treatment step can be carried out after the completion of the second melting step. The refining method will be divided into a first melting step, a second melting step and a heat treatment step, discussed below, and each of the steps will be described in detail.
(Первый этап плавки)(First stage of melting)
[0023] Первый этап плавки представляет собой этап введения водорода в титановый материал. Первый этап плавки является этапом предварительной обработки для удаления кислорода из титанового материала. Методы, показанные в описанных ранее непатентном документе 1 и непатентном документе 2, предполагают, что кислород может быть снижен в случае, когда осуществляют этап, соответствующий первому этапу плавки.[0023] The first melting step is the step of introducing hydrogen into the titanium material. The first smelting step is a pretreatment step to remove oxygen from the titanium material. The methods shown in the previously described Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 assume that oxygen can be reduced when the step corresponding to the first melting step is performed.
[0024] Однако, в настоящем изобретении, кислород невозможно удалить из титанового материала только с помощью первого этапа плавки. Как описано в виде Сравнительных примеров в разделе «ПРИМЕРЫ», которые будут приведены позже, кислород невозможно удовлетворительным образом удалить из титанового материала лишь путем выполнения первого этапа плавки.[0024] However, in the present invention, oxygen cannot be removed from the titanium material by only the first melting step. As described in the Comparative Examples in the EXAMPLES section that will be given later, oxygen cannot be satisfactorily removed from the titanium material by performing the first melting step alone.
[0025] На первом этапе плавки титановый материал расплавляют под атмосферой благородного газа, содержащей 5-70 об.% водорода, например, используя печь для плазменно-дуговой плавки, тем самым вводя водород в расплав титанового материала.[0025] In the first smelting step, titanium material is melted under a noble gas atmosphere containing 5-70 vol% hydrogen, for example, using a plasma arc melting furnace, thereby introducing hydrogen into the titanium material melt.
[0026] Плавку на первом этапе плавки предпочтительно выполняют методом плазменно-дуговой плавки. В случае, когда титановый материал плавят методом плазменно-дуговой плавки, нагрев и введение водорода можно осуществлять одновременно, при условии, что водород подмешивают к плазменному газу. В случае плавки, отличной от плазменно-дуговой плавки, аппарат или т.п. для введения газообразного водорода необходимо приготавливать отдельно от источника тепла, а следовательно, производственные затраты повышаются.[0026] Melting in the first melting step is preferably performed by a plasma arc melting method. In the case where the titanium material is melted by the plasma arc melting method, heating and introduction of hydrogen can be carried out simultaneously, provided that hydrogen is mixed into the plasma gas. In the case of a melt other than plasma arc melting, an apparatus or the like. for the introduction of hydrogen gas, it is necessary to prepare separately from the heat source, and therefore, production costs increase.
[0027] В дополнение, причина того, почему на первом этапе в качестве атмосферы используют атмосферу благородного газа, содержащую 5-70 об.% (5 об.% или выше и 70 об.% или ниже) водорода, заключается в следующем. Если концентрация водорода превышает 70 об.%, в частности, в случае плазменно-дуговой плавки, необходимая для ионизации энергия повышается, и очень часто возникает затухание дуги из-за повышения напряжения, так что плазменная дуга почти не генерируется. С другой стороны, если концентрация водорода составляет менее 5 об.%, в расплав титанового материала невозможно ввести достаточное количество водорода. Нижний предел содержания водорода может предпочтительно составлять 10 об.% или выше, а более предпочтительно 15 об.% или выше. С другой стороны, верхний предел содержания водорода может предпочтительно составлять 60 об.% или ниже, а более предпочтительно 50 об.% или ниже.[0027] In addition, the reason why a noble gas atmosphere containing 5-70 vol% (5 vol% or more and 70 vol% or less) hydrogen is used as the atmosphere in the first step is as follows. If the hydrogen concentration exceeds 70% by volume, in particular in the case of plasma arc melting, the energy required for ionization rises, and very often the arc damping occurs due to the increase in voltage, so that the plasma arc is hardly generated. On the other hand, if the hydrogen concentration is less than 5 vol%, it is not possible to introduce a sufficient amount of hydrogen into the titanium material melt. The lower limit of the hydrogen content may preferably be 10 vol% or more, and more preferably 15 vol% or more. On the other hand, the upper limit of the hydrogen content may be preferably 60 vol% or less, and more preferably 50 vol% or less.
[0028] В дополнение, хотя на первом этапе плавки в качестве атмосферы используют атмосферу благородного газа, содержащую 5-70 об.% водорода, в качестве атмосферы инертного газа, например, можно использовать атмосферу Ar. Дополнительно, раскисление в принципе может быть достигнуто, даже когда атмосфера на первом этапе плавки представляет собой атмосферу He, атмосферу Ne или т.п.[0028] In addition, although a noble gas atmosphere containing 5-70 vol% hydrogen is used as the atmosphere in the first smelting step, as the inert gas atmosphere, for example, an Ar atmosphere can be used. Additionally, deoxidation can in principle be achieved even when the atmosphere in the first smelting step is He atmosphere, Ne atmosphere or the like.
[0029] Хотя количество тепла, подводимого на первом этапе плавки, в настоящем изобретении особо не оговорено, оно предпочтительно задано в диапазоне 15-200 кВт/кг (15 кВт/кг или более и 200 кВт/кг или менее). Если подводимое количество тепла составляет менее 15 кВт/кг, необходимое для плавки титана количество тепла не может быть обеспечено. С другой стороны, если подводимое количество тепла превышает 200 кВт/кг, возникают потери титана на испарение.[0029] Although the amount of heat supplied in the first melting step is not specifically specified in the present invention, it is preferably set in the range of 15-200 kW / kg (15 kW / kg or more and 200 kW / kg or less). If the input amount of heat is less than 15 kW / kg, the amount of heat required for melting titanium cannot be provided. On the other hand, if the heat input exceeds 200 kW / kg, evaporation losses of titanium occur.
[0030] В дополнение, хотя время выдержки плавки на первом этапе плавки также особо не оговорено, оно предпочтительно задано в диапазоне 0,3-3,6 кс (5-60 минут). Нижний предел времени выдержки плавки предпочтительно задан на уровне 0,6 кс (10 минут), а его верхний предел предпочтительно задан на уровне 1,8 кс (30 минут). Если время выдержки плавки составляет менее 0,3 кс (5 минут), то достаточное для раскисления количество водорода не может быть введено. С другой стороны, если время выдержки плавки превышает 3,6 кс (60 минут), то лишь повышаются как потери тепла, так и потери титана на испарение.[0030] In addition, although the holding time of the melt in the first melting step is also not specifically specified, it is preferably set in the range of 0.3-3.6 ks (5-60 minutes). The lower limit of the melt holding time is preferably set to 0.6 ks (10 minutes), and the upper limit is preferably set to 1.8 ks (30 minutes). If the holding time of the melt is less than 0.3 ks (5 minutes), then the amount of hydrogen sufficient for deoxidation cannot be introduced. On the other hand, if the holding time of the melt exceeds 3.6 ks (60 minutes), then both heat loss and titanium evaporation losses only increase.
[0031] Первый этап плавки обычно осуществляют лишь один раз. Однако первый этап плавки можно осуществлять снова после того, как осуществлен второй этап плавки. Кроме того, первый этап плавки можно осуществлять последовательно и повторно два или более раз. Необходимость осуществления первого этапа плавки один или множество раз можно определить, исходя из критерия, что концентрация кислорода была снижена до 80% или ниже по сравнению с той, что была до обработки.[0031] The first melting step is usually performed only once. However, the first melting step can be performed again after the second melting step has been completed. In addition, the first melting step can be performed sequentially and repeatedly two or more times. Whether or not the first smelting step needs to be performed one or more times can be determined based on the criterion that the oxygen concentration has been reduced to 80% or less than before treatment.
(Второй этап плавки)(Second stage of melting)
[0032] Второй этап плавки представляет собой этап удаления содержащегося в титановом материале кислорода из расплава титанового материала вместе с водородом, введенным в титановый материал на первом этапе плавки.[0032] The second melting step is the step of removing oxygen contained in the titanium material from the titanium material melt together with the hydrogen introduced into the titanium material in the first melting step.
[0033] Как описано выше, плавку на первом этапе плавки предпочтительно осуществлять методом плазменно-дуговой плавки. Плавку на втором этапе плавки тоже предпочтительно осуществлять методом плазменно-дуговой плавки. Таким же образом, что и на первом этапе плавки, в случае, когда титановый материал плавят методом плазменно-дуговой плавки, температуру расплава можно повысить так, чтобы она была выше, чем при другом процессе. В случае плавки, отличной от плазменно-дуговой плавки, ожидается, что эффективность раскисления будет слегка понижена из-за падения температуры.[0033] As described above, the smelting in the first smelting step is preferably performed by the plasma arc smelting method. Melting in the second melting stage is also preferably carried out by the method of plasma-arc melting. In the same way as in the first melting stage, in the case where the titanium material is melted by the plasma arc melting method, the melt temperature can be increased so that it is higher than in the other process. In the case of melting other than plasma arc melting, the deoxidation efficiency is expected to be slightly reduced due to the temperature drop.
[0034] В дополнение, в качестве атмосферы на втором этапе плавки используют атмосферу благородного газа Ar, He, Ne или т.п. Например, в случае, когда в качестве атмосфера на первом этапе плавки принята атмосфера Ar, содержащая 5-70 об.% водорода, на втором этапе плавки предпочтительно используется атмосфера Ar того же рода, что и атмосфера благородного газа на первом этапе плавки, ввиду ее эффективности. Однако, в качестве атмосферы на втором этапе плавки можно использовать и другой благородный газ, такой как He, Ne или т.п., таким же образом, как и на первом этапе плавки.[0034] In addition, as the atmosphere in the second smelting step, an atmosphere of a noble gas of Ar, He, Ne or the like is used. For example, in the case when an Ar atmosphere containing 5-70 vol.% Hydrogen is taken as the atmosphere in the first melting stage, an Ar atmosphere of the same kind as the noble gas atmosphere in the first melting stage is preferably used in the second melting stage, due to its efficiency. However, another noble gas such as He, Ne or the like can be used as the atmosphere in the second melting step, in the same manner as in the first melting step.
[0035] В случае, когда на втором этапе плавки используют атмосферу благородного газа, не содержащую водород, содержащийся в титановом материале кислород может быть надежно удален из расплава титанового материала вместе с водородом, введенным в титановый материал на первом этапе плавки. Хотя в качестве атмосферы задана атмосфера благородного газа, не содержащая водород, может присутствовать крайне малое количество (менее 5 об.%) водорода, при условии, что это не оказывает никакого влияния на удаление водорода и кислорода из расплава титанового материала.[0035] In a case where a noble gas atmosphere that does not contain hydrogen is used in the second melting step, oxygen contained in the titanium material can be reliably removed from the titanium material melt together with the hydrogen introduced into the titanium material in the first melting step. Although the atmosphere is set to a noble gas atmosphere that does not contain hydrogen, an extremely small amount (less than 5 vol%) of hydrogen may be present, provided that this has no effect on the removal of hydrogen and oxygen from the titanium material melt.
[0036] Количество тепла, подводимого на втором этапе плавки, предпочтительно установлено в диапазоне 15-200 кВт/кг, таким же образом, как и на первом этапе плавки. Если подводимое количество тепла составляет менее 15 кВт/кг, необходимое для плавки титана количество тепла невозможно обеспечить. С другой стороны, если подводимое количество тепла превышает 200 кВт/кг, то возникают потери титана на испарение.[0036] The amount of heat supplied in the second melting step is preferably set in the range of 15-200 kW / kg, in the same manner as in the first melting step. If the input amount of heat is less than 15 kW / kg, the amount of heat required for melting titanium cannot be provided. On the other hand, if the input amount of heat exceeds 200 kW / kg, then titanium losses for evaporation occur.
[0037] В дополнение, хотя время выдержки плавки на втором этапе плавки также особо не оговорено, предпочтительно установить его в диапазоне 0,3-3,6 кс (5-60 минут) таким же образом, как и время выдержки плавки на первом этапе плавки. Нижний предел времени выдержки плавки предпочтительнее задан на уровне 0,6 кс (10 минут), а его верхний предел предпочтительнее задан на уровне 1,8 кс (30 минут). Если время выдержки плавки составляет менее 0,3 кс (5 минут), то достаточное для раскисления время не может быть обеспечено. С другой стороны, если время выдержки плавки превышает 3,6 кс (60 минут), то лишь повышаются как потери тепла, так и потери титана на испарение.[0037] In addition, although the holding time of the second melting stage is also not specifically specified, it is preferable to set it in the range of 0.3-3.6 ks (5-60 minutes) in the same manner as the holding time of the first melting stage. swimming trunks. The lower limit of the melt holding time is preferably set at 0.6 ks (10 minutes) and the upper limit is preferably set at 1.8 ks (30 minutes). If the holding time of the melt is less than 0.3 ks (5 minutes), then sufficient time for deoxidation cannot be ensured. On the other hand, if the holding time of the melt exceeds 3.6 ks (60 minutes), then both heat loss and titanium evaporation losses only increase.
[0038] Второй этап плавки обычно осуществляют лишь один раз, таким же образом, как и первый этап плавки. Однако второй этап плавки можно осуществлять множество раз, таким же образом, как и первый этап плавки. В случае, когда второй этап плавки осуществляют множество раз, сочетание первого этапа плавки и второго этапа плавки можно рассматривать как один набор и выполнять его множество раз, или же только второй этап плавки можно осуществлять множество раз после завершения первого этапа плавки. Необходимость осуществления второго этапа плавки только один раз или множество раз можно определить, исходя из критерия, что концентрация водорода была снижена до 5,0×10-2 мас.% или ниже.[0038] The second melting step is usually carried out only once, in the same manner as the first melting step. However, the second melting step can be performed many times in the same manner as the first melting step. In the case where the second melting step is performed multiple times, the combination of the first melting step and the second melting step can be considered as one set and performed multiple times, or only the second melting step can be performed multiple times after the first melting step is completed. The need to carry out the second melting step only once or many times can be determined based on the criterion that the hydrogen concentration has been reduced to 5.0 × 10 -2 wt% or less.
(Этап термообработки)(Heat treatment stage)
[0039] Этап термообработки осуществляют после завершения второго этапа плавки. На этапе термообработки титановый материал выдерживают в течение 0,9 кс (15 минут) или более при условиях степени разряжения от 1×10-2 до 1×10-4 Па и температуры выдержки 600-1200°C.[0039] The heat treatment step is carried out after the completion of the second melting step. At the stage of heat treatment, the titanium material is held for 0.9 ks (15 minutes) or more under conditions of a vacuum degree from 1 × 10 -2 to 1 × 10 -4 Pa and a holding temperature of 600-1200 ° C.
[0040] Этап термообработки следует осуществлять не всегда. Однако, в случае осуществления этапа термообработки, водород, который не удалось вполне удалить на втором этапе плавки, может быть надежно удален.[0040] The heat treatment step does not always need to be performed. However, in the case of a heat treatment step, hydrogen that was not completely removed in the second melting step can be reliably removed.
[0041] Этап термообработки осуществляют путем использования печи для вакуумной термообработки или т.п. В этом случае степень разряжения (вакуума) устанавливают в диапазоне от 1×10-2 до 1×10-4 Па. Причина, по которой верхний предел степени разряжения задан на уровне 1×10-4 Па, состоит в том, что степень разряжения, превышающая 1×10-4 Па, является предпочтительной лишь для дегидрирования, но неэффективно тратить длительное время на откачку газа до вышеупомянутой степени разряжения. С другой стороны, причина, по которой нижний предел степени разряжения задан на уровне 1×10-2 Па, состоит в том, что в случае степени разряжения менее 1×10-2 Па на поверхности титана образуется оксидная пленка, и эта оксидная пленка препятствует удалению водорода.[0041] The heat treatment step is carried out by using a vacuum heat treatment furnace or the like. In this case, the degree of vacuum (vacuum) is set in the range of 1 × 10 -2 to 1 × 10 -4 Pa. The reason why the upper limit of the vacuum rate is set at 1 × 10 -4 Pa is that the vacuum rate exceeding 1 × 10 -4 Pa is only preferable for dehydrogenation, but it is ineffective to spend a long time evacuating the gas to the above degree of vacuum. On the other hand, the reason why the lower limit of the vacuum rate is set at 1 × 10 -2 Pa is that in the case of the vacuum rate less than 1 × 10 -2 Pa, an oxide film is formed on the titanium surface, and this oxide film prevents removal of hydrogen.
[0042] В дополнение, температура выдержки на этапе термообработки задана на 600-1200°C. Причина, по которой нижний предел температуры выдержки задан на уровне 600°C, состоит в том, что если температура выдержки составляет менее 600°C, то скорость диффузии водорода в твердом титановом материале становится настолько низкой, что требуется длительное время для удаления водорода, что является неэффективным. С другой стороны, причина, по которой верхний предел температуры выдержки задан на уровне 1200°C, состоит в том, что если температура выдержки составляет более 1200°C, то активизируется образование оксидной пленки на поверхности титана и повышается время, требуемое на охлаждение.[0042] In addition, the holding temperature in the heat treatment step is set to 600-1200 ° C. The reason why the lower limit of the holding temperature is set at 600 ° C is because if the holding temperature is less than 600 ° C, the diffusion rate of hydrogen in the solid titanium material becomes so low that it takes a long time to remove hydrogen, so that is ineffective. On the other hand, the reason why the upper limit of the holding temperature is set to 1200 ° C is that if the holding temperature is more than 1200 ° C, the formation of an oxide film on the titanium surface is promoted and the cooling time is increased.
[0043] В дополнение, время выдержки на этапе термообработки задано на уровне 0,9 кс (15 минут) или более. Если время выдержки составляет менее 0,9 кс (15 минут), то велика вероятность того, что водород, который не удалось в достаточной мере удалить из титанового материала на втором этапе плавки, не получится удалить. В случае, когда время выдержки задано на уровне 0,9 кс (15 минут) или более, водород, который не удалось в полной мере удалить из титанового материала на втором этапе плавки, может быть надежно удален.[0043] In addition, the holding time in the heat treatment step is set to 0.9 ks (15 minutes) or more. If the holding time is less than 0.9 ks (15 minutes), then there is a high probability that hydrogen, which could not be sufficiently removed from the titanium material in the second melting stage, cannot be removed. In the case where the holding time is set to 0.9 ks (15 minutes) or more, hydrogen that could not be completely removed from the titanium material in the second melting step can be reliably removed.
[0044] По мере увеличения времени выдержки водород может быть удален из титанового материала более надежно. Однако считается, что почти весь водород в титановом материале может быть удален за время выдержки примерно 3,6 кс (60 минут).[0044] As the holding time increases, hydrogen can be removed from the titanium material more reliably. However, it is believed that almost all of the hydrogen in the titanium material can be removed in a dwell time of approximately 3.6 ks (60 minutes).
ПРИМЕРЫEXAMPLES
[0045] Настоящее изобретение будет описано более конкретно с помощью примеров. Само собой разумеется, что настоящее изобретение не ограничено следующими примерами, и настоящее изобретение может быть осуществлено с подходящими модификациями, при условии, что эти модификации будут соответствовать сущности настоящего изобретения. Любая из модификаций входит в технический объем настоящего изобретения.[0045] The present invention will be described more specifically using examples. It goes without saying that the present invention is not limited by the following examples, and the present invention can be carried out with suitable modifications, provided that these modifications are in accordance with the spirit of the present invention. Any of the modifications is included in the technical scope of the present invention.
[0046] В каждом примере, используя титановый материал (технически чистый титан: плавящийся материал из титана ТЧ), первый этап плавки и второй этап плавки в печи для плазменно-дуговой плавки и этап термообработки в печи для вакуумной термообработки осуществляли последовательно в соответствии с условиями испытаний. Под, используемый для плавки титанового материала, имел форму полусферы с диаметром 80 мм. В случае массы титанового расплава (массы образца), составляющей 250 г, титановый материал помещали на под так, что он достигал высоты примерно 25 мм. В случае массы титанового расплава (массы образца), составляющей 500 г, титановый материал помещали на под так, что он достигал высоты примерно 40 мм.[0046] In each example, using titanium material (commercially pure titanium: PM titanium meltable material), the first melting step and the second melting step in the plasma arc melting furnace and the heat treatment step in the vacuum heat treatment furnace were carried out sequentially according to the conditions tests. The hearth used to melt the titanium material was in the form of a hemisphere with a diameter of 80 mm. In the case of a titanium melt weight (sample weight) of 250 g, the titanium material was placed on the bottom so that it reached a height of about 25 mm. In the case of a titanium melt weight (sample weight) of 500 g, the titanium material was placed on the bottom so that it reached a height of about 40 mm.
[0047] В дополнение, мощность плавки плазменной дуги на первом этапе плавки была задана на 70 В и 500 А, а мощность плавки на втором этапе плавки была задана на 50 В и 450 А. На первом этапе плавки время плавки было задано в диапазоне 0,3-3,6 кс (5-60 минут), а расход был задан на уровне 30 л/мин. На втором этапе плавки время плавки было задано в диапазоне 0,3-3,6 кс (5-60 минут), а расход был задан на уровне 20 л/мин. Количество тепла, подводимого на первом этапе плавки и втором этапе плавки, составляло 114 кВт/кг, а давление в печи составляло 1 атм.[0047] In addition, the melting power of the plasma arc in the first melting step was set to 70 V and 500 A, and the melting power in the second melting step was set to 50 V and 450 A. In the first melting step, the melting time was set to 0 , 3-3.6 ks (5-60 minutes), and the flow rate was set at 30 l / min. In the second stage of melting, the melting time was set in the range of 0.3-3.6 ks (5-60 minutes), and the flow rate was set at 20 l / min. The amount of heat supplied at the first stage of melting and the second stage of melting was 114 kW / kg, and the pressure in the furnace was 1 atm.
[0048] Для испытания в каждом Примере (примере по изобретению), используя вышеупомянутый титановый материал в качестве плавящегося материала, первый этап плавки и второй этап плавки осуществляли последовательно от одного до нескольких раз в качестве этапов плавки, а этап термообработки осуществляли, если это было необходимо. С другой стороны, для испытания в каждом Сравнительном примере, используя в качестве плавящегося материала вышеупомянутый титановый материал, в качестве этапа плавки осуществляли только первый этап плавки, а этап термообработки осуществляли, если это было необходимо.[0048] For the test in each Example (inventive example) using the aforementioned titanium material as the melting material, the first melting step and the second melting step were performed one to several times sequentially as melting steps, and a heat treatment step was performed if it was necessary. On the other hand, for the test in each Comparative Example, using the aforementioned titanium material as the melting material, only the first melting step was performed as the melting step, and the heat treatment step was performed if necessary.
[0049] В качестве атмосферы на первом этапе плавки использовали атмосферу Ar, в которую было примешано 30 об.% водорода. В качестве атмосферы на втором этапе плавки использовали атмосферу Ar (атмосферу чистого Ar), в которую водород не был примешан. В дополнение, на этапе термообработки образец, подвергшийся этапам плавки, помещали на лодочку из Al2O3, on которую был уложен лист Ti, и откачивали до 7,0×10-3 Па вакуумным насосом. После этого температуру повышали до 1023 K (750°C) при сохранении состояния вакуума (7,0×103 Па), а затем выдерживали в течении времени выдержки 3,6 кс (60 минут).[0049] As the atmosphere in the first melting step, an Ar atmosphere was used to which 30 vol% hydrogen was admixed. The atmosphere in the second stage of the melting was an Ar atmosphere (pure Ar atmosphere), in which no hydrogen was mixed. In addition, in the heat treatment step, the sample subjected to the melting steps was placed on an Al 2 O 3 boat on which a Ti sheet was laid and pumped out to 7.0 × 10 -3 Pa by a vacuum pump. After that, the temperature was increased to 1023 K (750 ° C) while maintaining a vacuum state (7.0 × 10 3 Pa), and then held for a holding time of 3.6 ks (60 minutes).
[0050] При испытании брали образцы с самой внешней поверхности титанового материала (испытываемый кусок), который еще не был подвергнут испытанию, и самой внешней поверхности испытываемого куска, который был подвергнут конечному этапу (которым был либо первый этап плавки, либо второй этап плавки, либо этап термообработки, в зависимости от условий испытания). Концентрацию кислорода в образце, который еще не был подвергнут испытанию, а также концентрацию кислорода и концентрацию водорода в образце, который был подвергнут конечному этапу, измеряли методом поглощения инфракрасного излучения при плавке под благородным газом и оценивали. Анализ водорода был основан на полуколичественной системе. Результаты испытаний показаны в Таблице 1.[0050] The test took samples from the outermost surface of the titanium material (test piece) that had not yet been tested and the outermost surface of the test piece that had been subjected to the final stage (which was either the first melting step or the second melting step. or a heat treatment step, depending on the test conditions). The oxygen concentration in the sample that had not yet been tested, as well as the oxygen concentration and the hydrogen concentration in the sample that was subjected to the final stage, were measured by the noble gas infrared absorption method and evaluated. Hydrogen analysis was based on a semi-quantitative system. The test results are shown in Table 1.
[0051] [Таблица 1][0051] [Table 1]
[мас.%]Oxygen concentration
[wt%]
В Примерах 5 и 6 образец переворачивали между выполненными дважды первыми этапами плавки так, что последовательно выполнялись первый этап плавки, переворачивание образца, первый этап плавки… .In Examples 5 and 6, the sample was turned over between the first melting stages performed twice, so that the first melting stage, the sample turning over, the first melting stage ... were performed sequentially.
В Примерах 8, 9, 16 и 17 образец переворачивали во время повторения последовательности этапов так, что последовательно выполнялись первый этап плавки, второй этап плавки, переворачивание образца, первый этап плавки… .In Examples 8, 9, 16 and 17, the sample was turned over during the repetition of the sequence of steps so that the first melting step, the second melting step, the sample turning over, the first melting step ... were performed sequentially.
Плавное охлаждение в Примере 7 осуществляли путем снижения силы тока от 450 А со скоростью 50 А за 20 секунд на втором этапе плавки и отключения плазмы, как только сила тока достигла 50 А.Smooth cooling in Example 7 was carried out by reducing the current from 450 A at a rate of 50 A in 20 seconds in the second stage of melting and turning off the plasma as soon as the current reached 50 A.
[0052] Понятно, что раскисление протекало устойчиво в каждом Примере (примере по изобретению), где титановый материал рафинировали при условиях, удовлетворяющих требованиям настоящего изобретения, тогда как рафинирование не протекало в каждом из Сравнительных примеров.[0052] It is understood that the deoxidation proceeded stably in each Example (invention example), where the titanium material was refined under conditions satisfying the requirements of the present invention, while refining did not proceed in each of the Comparative examples.
[0053] Из этих результатов понятно, что рафинирование не протекает удовлетворительно только при этапе плавки (первом этапе плавки), на котором титановый материал плавится под атмосферой Ar, содержащей 5-70 об.% водорода, для введения водорода в титановый материал, но рафинирование протекает при выполнении следующего за первым этапом плавки второго этапа плавки так, что титановый материал плавится под атмосферой Ar, не содержащей водорода.[0053] From these results, it is understood that refining does not proceed satisfactorily only in the smelting step (first smelting step) in which the titanium material is melted under an Ar atmosphere containing 5-70 vol% hydrogen to introduce hydrogen into the titanium material, but refining proceeds during the execution of the second melting stage following the first melting stage so that the titanium material melts under an Ar atmosphere that does not contain hydrogen.
[0054] Можно считать, что водород, введенный в титановый материал на первом этапе плавки, действует как раскислитель на втором этапе плавки, так что содержащийся в титановом материале кислород удаляется из титанового материала вместе с водородом.[0054] It can be considered that the hydrogen introduced into the titanium material in the first smelting step acts as a deoxidizer in the second smelting step, so that the oxygen contained in the titanium material is removed from the titanium material along with the hydrogen.
[0055] Раскрытые здесь варианты воплощения следует интерпретировать не как ограничивающие, а как примерные во всех отношениях. В частности, это касается тех моментов, которые не были ясно раскрыты в описанных здесь вариантах воплощения, например, условий эксплуатации или рабочих условий, различных параметров, размеров, масс и объемов компонентов, и т.д., значения которых могут быть легко представлены специалистом в данной области техники без отступления от диапазона, регулярно соблюдаемого специалистами в данной области техники.[0055] The embodiments disclosed herein are not to be interpreted as limiting, but as exemplary in all respects. In particular, this applies to those points that were not clearly disclosed in the embodiments described here, for example, operating conditions or operating conditions, various parameters, sizes, weights and volumes of components, etc., the values of which can be easily represented by a specialist. in the art without departing from the range regularly observed by those skilled in the art.
[0056] Настоящая заявка основана на Японской патентной заявке № 2017-210129, поданной 31 октября 2017 г., содержание которой включено сюда по ссылке.[0056] This application is based on Japanese Patent Application No. 2017-210129, filed October 31, 2017, the contents of which are incorporated herein by reference.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬINDUSTRIAL APPLICABILITY
[0057] Согласно настоящему изобретению можно добиться повторного использования титановых ломов или применения низкокачественных материалов.[0057] According to the present invention, it is possible to achieve the reuse of titanium scrap or the use of inferior materials.
Claims (6)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017-210129 | 2017-10-31 | ||
| JP2017210129A JP6816339B2 (en) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | Deoxidizing method of titanium material |
| PCT/JP2018/040049 WO2019088007A1 (en) | 2017-10-31 | 2018-10-29 | Method for purifying titanium material |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2738280C1 true RU2738280C1 (en) | 2020-12-11 |
Family
ID=66331433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020114609A RU2738280C1 (en) | 2017-10-31 | 2018-10-29 | Method of cleaning titanium material |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20200239979A1 (en) |
| EP (1) | EP3705588B1 (en) |
| JP (1) | JP6816339B2 (en) |
| CN (1) | CN111279000B (en) |
| RU (1) | RU2738280C1 (en) |
| WO (1) | WO2019088007A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102517464A (en) * | 2011-12-26 | 2012-06-27 | 中国兵器工业第五二研究所 | Preparation method for in-situ synthesized particle reinforced titanium-based composite material |
| KR101435481B1 (en) * | 2014-02-12 | 2014-08-28 | 한국지질자원연구원 | Preparation method of ternary titanium alloy powder using Ti-Mo alloy scrap |
| US20160177418A1 (en) * | 2013-03-18 | 2016-06-23 | Korea Institute Of Industrial Technology | Refining device and refining method for titanium scraps and sponge titanium using deoxidising gas |
| RU2612867C2 (en) * | 2012-02-15 | 2017-03-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Рутений" | Method of melting highly reactive metals and alloys based thereon and device therefor |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2875034A (en) * | 1956-03-30 | 1959-02-24 | Nat Res Corp | Production of metals |
| US4624714A (en) * | 1983-03-08 | 1986-11-25 | Howmet Turbine Components Corporation | Microstructural refinement of cast metal |
| JPH0688765B2 (en) * | 1986-09-04 | 1994-11-09 | 松下電器産業株式会社 | Noble gas refining equipment |
| US6019812A (en) * | 1996-10-22 | 2000-02-01 | Teledyne Industries, Inc. | Subatmospheric plasma cold hearth melting process |
| US20090107290A1 (en) * | 2007-10-25 | 2009-04-30 | Los Alamos National Security, Llc | Plasma-based reduction of titanium oxides |
| CN101525701A (en) * | 2009-04-14 | 2009-09-09 | 哈尔滨工业大学 | Method for reducing oxygen content in Ti6Al4V alloy by non-consumable arc melting in hydrogen-argon-mixed atmosphere |
| CN102847954B (en) * | 2011-06-27 | 2014-12-10 | 西南科技大学 | Vacuum furnace device for dehydrogenation of titanium hydride powder and dehydrogenation method thereof |
| KR101284081B1 (en) * | 2011-07-19 | 2013-07-10 | 한국지질자원연구원 | The method for manufacturing of Titanium ingot with low oxygen concentration using metal calcium and Vacuum melting |
| CN104694705B (en) * | 2015-02-06 | 2016-08-31 | 中南大学 | A kind of degree of depth device for deoxidizing and application thereof |
| CN105779699B (en) * | 2016-03-28 | 2019-01-11 | 上海大学 | Utilize the method and pressurization vaccum sensitive stove purifier of dissolved gas floating method removal metallic inclusion |
| JP6281598B2 (en) | 2016-05-26 | 2018-02-21 | 横浜ゴム株式会社 | Pneumatic tire |
-
2017
- 2017-10-31 JP JP2017210129A patent/JP6816339B2/en active Active
-
2018
- 2018-10-29 RU RU2020114609A patent/RU2738280C1/en active
- 2018-10-29 EP EP18874635.8A patent/EP3705588B1/en active Active
- 2018-10-29 US US16/755,358 patent/US20200239979A1/en not_active Abandoned
- 2018-10-29 CN CN201880068865.8A patent/CN111279000B/en active Active
- 2018-10-29 WO PCT/JP2018/040049 patent/WO2019088007A1/en not_active Ceased
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102517464A (en) * | 2011-12-26 | 2012-06-27 | 中国兵器工业第五二研究所 | Preparation method for in-situ synthesized particle reinforced titanium-based composite material |
| RU2612867C2 (en) * | 2012-02-15 | 2017-03-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма "Рутений" | Method of melting highly reactive metals and alloys based thereon and device therefor |
| US20160177418A1 (en) * | 2013-03-18 | 2016-06-23 | Korea Institute Of Industrial Technology | Refining device and refining method for titanium scraps and sponge titanium using deoxidising gas |
| KR101435481B1 (en) * | 2014-02-12 | 2014-08-28 | 한국지질자원연구원 | Preparation method of ternary titanium alloy powder using Ti-Mo alloy scrap |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SU Y. et al., Deoxidation of titanium alloy using hydrogen. International Journal Hydrogen energy, 34, 2009. Oh J.M. et al., Brief review of removal effect of hydrogen plasma arc melting on refining of pure titanium and titanium alloy. International Journal Hydrogen energy, 41, 2016. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2019081926A (en) | 2019-05-30 |
| EP3705588A4 (en) | 2021-03-10 |
| EP3705588B1 (en) | 2023-05-31 |
| US20200239979A1 (en) | 2020-07-30 |
| EP3705588A1 (en) | 2020-09-09 |
| CN111279000A (en) | 2020-06-12 |
| WO2019088007A1 (en) | 2019-05-09 |
| JP6816339B2 (en) | 2021-01-20 |
| CN111279000B (en) | 2022-02-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR2819825A1 (en) | METHOD FOR MANUFACTURING A FE-NI ALLOY STRIP | |
| RU2738280C1 (en) | Method of cleaning titanium material | |
| RU2673589C2 (en) | Ti-Al ALLOY DEOXIDATION METHOD | |
| JP2005097648A (en) | Recovery method of magnesium alloy waste | |
| JP6513530B2 (en) | Deoxidation method of Ti-Si alloy | |
| JP3673919B2 (en) | High-purity titanium recovery method | |
| Uchikoshi et al. | Oxidation refining of iron using plasma-arc melting | |
| JP6649816B2 (en) | Surface treatment method for Ti-Al alloy | |
| JP4900350B2 (en) | Manufacturing method to obtain high purity manganese | |
| JP4007447B2 (en) | Method for producing high purity chromium | |
| RU2090638C1 (en) | Method of processing precious metal-containing wastes | |
| JP2000038622A (en) | Purification and refinement of transition metal | |
| JP2002167630A (en) | METHOD FOR PRODUCING LOW OXYGEN Mn MATERIAL | |
| RU2665654C1 (en) | METHOD OF DEOXIDIZING OF Al-Nb-Ti ALLOY | |
| JP5406157B2 (en) | Manufacturing method of high purity chromium, manufacturing method of sputtering target made of high purity chromium, and manufacturing method of thin film made of high purity chromium | |
| WO2016072434A1 (en) | METHOD FOR DEOXIDIZING Al-Nb-Ti ALLOY | |
| CN110317969B (en) | Solder bonding electrode and copper alloy target for forming coating film of solder bonding electrode | |
| EP0581647A1 (en) | Process for preparing of soft magnetic alloys with high permeability and alloys | |
| JPH11123591A (en) | Method for producing flux cored wire by recrystallization annealing | |
| JP3985372B2 (en) | Production method of ozone-resistant aqueous high-purity stainless steel | |
| JP5305873B2 (en) | Method for recovering NbTi alloy | |
| JP4085374B2 (en) | Method for producing maraging steel | |
| Koleva et al. | Process analysis and quality control at EBMR of refractory and reactive metals | |
| JP2018135582A (en) | DEOXIDIZATION METHOD OF Ti-Al MULTICOMPONENT ALLOY | |
| JP2018135581A (en) | Ti CONCENTRATION METHOD OF Ti-Al ALLOY SCRAP |