RU2738280C1

RU2738280C1 - Способ очистки титанового материала

Info

Publication number: RU2738280C1
Application number: RU2020114609A
Authority: RU
Inventors: Дайсуке МАЦУВАКА; Такаюки НАРУСИМА; Киосуке УЕДА
Original assignee: Кабусики Кайся Кобе Сейко Се (Кобе Стил, Лтд.)
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2020-12-11
Also published as: EP3705588A4; CN111279000B; EP3705588A1; JP2019081926A; CN111279000A; WO2019088007A1; EP3705588B1; JP6816339B2; US20200239979A1

Abstract

Изобретение относится к металлургии, а именно к способу рафинирования титанового материала. Способ рафинирования от кислорода титанового материала, представляющего собой чистый титан, титановый сплав или интерметаллическое соединение, содержащее в качестве одного из основных компонентов титан в количестве 45 мас.% или более. Способ включает: первый этап плавки плазменно-дуговой плавкой титанового материала, проводимый в атмосфере инертного газа, содержащего 5-70 об.% водорода, с количеством подводимого тепла 15 кВт/кг или более в течение 5 мин или более, обеспечивающий введение водорода в расплав титанового материала; и второй этап плавки титанового материала, содержащего введенный на первом этапе плавки водород, проводимый в атмосфере инертного газа с количеством подводимого тепла 15 кВт/кг или более в течение 5 мин или более, обеспечивающий удаление кислорода и водорода, содержащихся в расплаве титанового материала. Каждый из первого этапа плавки и второго этапа плавки осуществляют по меньшей мере один раз. Обеспечивается удаление кислорода и дополнительно введенного водорода из титанового материала. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 19 пр.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[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.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.%.

[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.%.

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

НЕПАТЕНТНАЯ ЛИТЕРАТУРА

[0009] Непатентный документ 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.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА

[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.

[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.

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

[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.

[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.

ВЫГОДНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[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.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

[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.

[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.

[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.

[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.

[0019] Настоящее изобретение будет описано более подробно на основании приведенных ниже вариантов воплощения.

(Титановый материал)

[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.

[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.

(Способ рафинирования)

[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.

(Первый этап плавки)

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

(Второй этап плавки)

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

(Этап термообработки)

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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).

ПРИМЕРЫ

[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.

[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.

[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.

[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.

[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).

[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.

[0051] [Таблица 1]

Пункт	Масса образца	Первый этап плавки		Второй этап плавки		Этап термообработки	Концентрация кислорода [мас.%]		Концентрация водорода [мас.%]	Примечание
	Масса образца	Первый этап плавки		Второй этап плавки		Этап термообработки	Концентрация кислорода [мас.%]		Концентрация водорода [мас.%]
	[г]	время [мин]	раз	время [мин]	раз	да/нет	до обработки	после обработки	после обработки
Сравн. пример 1	250	15	1	-	-	-	0,105	0,254	6,80×10^-1
Сравн. пример 2	250	15	1	-	-	да	0,105	0,107	1,89×10^-3
Сравн. пример 3	250	15	2	-	-	да	0,105	0,099	2,24×10^-3
Сравн. пример 4	250	30	1	-	-	-	1,57	1,55	4,93×10^-1
Сравн. пример 5	250	30	1	-	-	да	1,57	1,48	2,09×10^-3
Пример 1	250	30	1	20	1	-	0,105	0,049	1,07×10^-2
Пример 2	250	30	1	20	1	да	0,105	0,059	1,84×10^-3
Пример 3	250	5	1	20	1	-	0,105	0,049	8,25×10^-3
Пример 4	250	15	1	20	1	-	0,105	0,061	1,01×10^-2
Пример 5	250	15	2	20	1	-	0,105	0,057	1,27×10^-2	перевернутый образец
Пример 6	250	15	2	20	1	да	0,105	0,045	7,80×10^-4	перевернутый образец
Пример 7	250	30	1	20	1	-	0,105	0,021	9,28×10^-3	плавно охлажденный
Пример 8	250	30	2	20	2	-	0,105	0,040	7,89×10^-3	перевернутый образец
Пример 9	250	30	2	20	2	да	0,105	0,043	2,16×10^-3	перевернутый образец
Пример 10	250	5	3	10	3	-	0,105	0,077	3,52×10^-2
Пример 11	250	5	3	10	3	да	0,105	0,062	1,52×10^-3
Пример 12	500	30	1	20	1	-	0,105	0,055	1,19×10^-2
Пример 13	500	30	1	20	1	да	0,105	0,054	5,50×10^-4
Пример 14	250	30	1	20	1	-	1,57	0,709	9,00×10^-3
Пример 15	250	30	1	20	1	да	1,57	0,696	7,80×10^-4
Пример 16	250	15	4	15	4	-	1,57	0,724	1,70×10^-2	перевернутый образец
Пример 17	250	15	4	15	4	да	1,57	0,696	4,40×10^-4	перевернутый образец
Пример 18	250	15	4	15	4	-	1,57	0,725	1,87×10^-2
Пример 19	250	15	4	15	4	да	1,57	0,697	7,90×10^-4

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… .

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… .

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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[0056] Настоящая заявка основана на Японской патентной заявке № 2017-210129, поданной 31 октября 2017 г., содержание которой включено сюда по ссылке.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

[0057] Согласно настоящему изобретению можно добиться повторного использования титановых ломов или применения низкокачественных материалов.

Claims

1. Способ рафинирования от кислорода титанового материала, представляющего собой чистый титан, титановый сплав или интерметаллическое соединение, содержащее в качестве одного из основных компонентов титан в количестве 45 мас.% или более,

причем способ включает:

первый этап плавки плазменно-дуговой плавкой титанового материала, проводимый в атмосфере инертного газа, содержащего 5-70 об.% водорода, с количеством подводимого тепла 15 кВт/кг или более в течение 5 мин или более, обеспечивающий введение водорода в расплав титанового материала; и

второй этап плавки титанового материала, содержащего введенный на первом этапе плавки водород, проводимый в атмосфере инертного газа с количеством подводимого тепла 15 кВт/кг или более в течение 5 мин или более, обеспечивающий удаление кислорода и водорода, содержащихся в расплаве титанового материала,

причем каждый из первого этапа плавки и второго этапа плавки осуществляют по меньшей мере один раз.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после завершения второго этапа плавки дополнительно проводят этап термообработки путем нагрева титанового материала в вакууме от 1×10^-2 до 1×10^-4 Па до температуры 600-1200°C и выдержки в течение 15 мин или более.