(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-19
(45)【発行日】2023-12-27
(54)【発明の名称】チタン鋳塊の製造方法およびチタン鋳塊製造鋳型
(51)【国際特許分類】
B22D 11/00 20060101AFI20231220BHJP
B22D 11/04 20060101ALI20231220BHJP
B22D 11/05 20060101ALI20231220BHJP
B22D 11/16 20060101ALI20231220BHJP
【ＦＩ】
B22D11/00 D
B22D11/04 311E
B22D11/04 311G
B22D11/05
B22D11/16 106B
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2019207338
(22)【出願日】2019-11-15
(65)【公開番号】P2021079396
(43)【公開日】2021-05-27
【審査請求日】2022-07-06
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002044
【氏名又は名称】弁理士法人ブライタス
(72)【発明者】
【氏名】水上 英夫
(72)【発明者】
【氏名】北浦 知之
(72)【発明者】
【氏名】武田 宜大
(72)【発明者】
【氏名】和田 将明
(72)【発明者】
【氏名】梅田 繁
【審査官】祢屋 健太郎
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２２Ｄ １１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
チタンを含有する溶湯を鋳型に注入してチタン鋳塊を形成する鋳造工程を含み、前記鋳型は、底の無い筒状の胴体を備え、
前記胴体の上端は、前記溶湯を受け入れるための開口部を含み、
前記開口部の下方における前記胴体の内周面は、先細りテーパ面を含み、
前記先細りテーパ面は、下方に進むに従い前記胴体の中心軸線からの距離が短くされており、
前記先細りテーパ面によって部分凝固鋳塊が形成され、
前記部分凝固鋳塊は、前記溶湯が凝固することで形成された外周壁と、この外周壁に取り囲まれた前記溶湯と、を含み、
前記先細りテーパ面のテーパ率γ１は、０．５～３０（％／ｍ）に設定されており、
前記中心軸線が延びる方向に沿った前記溶湯の湯面から前記先細りテーパ面の下端までの長さは、５ｍｍ～１００ｍｍに設定されており、
前記胴体の前記内周面は、前記先細りテーパ面の下方において、前記中心軸線に平行な直胴面、および、下方に進むに従い前記中心軸線からの距離が長くされている先太りテーパ面の少なくとも一方を含む、チタン鋳塊の製造方法。
但し、テーパ率γ１＝{（ａ１／Ｗ１）／（Ｌ１／１０００）}×１００（％／ｍ）であり、ａ１は前記中心軸線と直交する方向における、前記溶湯が存在している領域での前記先細りテーパ面の高さ（ｍｍ）であり、Ｗ１は前記溶湯が存在している領域での胴体の最大内径（ｍｍ）であり、Ｌ１は、前記中心軸線方向における、前記溶湯が存在している領域での前記先細りテーパ面の長さ（ｍｍ）である。
【請求項2】
前記中心軸線と直交する断面において、前記先細りテーパ面の下端位置では前記部分凝固鋳塊の断面積を１００％としたとき、前記外周壁の前記断面積は、３％以上である、請求項１に記載のチタン鋳塊の製造方法。
【請求項3】
底の無い筒状の胴体を備え、前記胴体の上端は、チタンを主成分として含有する溶湯を受け入れるための開口部を含み、
前記開口部の下方における前記胴体の内周面は、先細りテーパ面を含み、
前記先細りテーパ面は、下方に進むに従い前記胴体の中心軸線からの距離が短くされており、
前記先細りテーパ面のテーパ率γ２は、０．５～３０（％／ｍ）に設定されており、
前記中心軸線が延びる方向に沿った前記開口部から前記先細りテーパ面の下端までの長さは、５ｍｍ～１００ｍｍに設定されており、
前記胴体の前記内周面は、前記先細りテーパ面の下方において、前記中心軸線に平行な直胴面、および、下方に進むに従い前記中心軸線からの距離が長くされている先太りテーパ面の少なくとも一方を含む、チタン鋳塊製造鋳型。
但し、テーパ率γ２＝{（ａ２／Ｗ２）／（Ｌ２／１０００）}×１００（％／ｍ）であり、ａ２は、前記中心軸線と直交する方向における前記先細りテーパ面の高さ（ｍｍ）であり、Ｗ２は前記先細りテーパ面における最大内径（ｍｍ）であり、Ｌ２は前記中心軸線方向における前記先細りテーパ面の長さ（ｍｍ）である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、チタン鋳塊（インゴット）の製造方法およびチタン鋳塊製造鋳型に関する。
【背景技術】
【0002】
チタンは、その融点が約１６８０℃と高く、溶融温度では激しく空気酸化される反応性の高い金属である。このため、チタンを鉄鋼材料のように耐火物製るつぼを用いて大気雰囲気下で溶解することは難しい。そこで、チタン鋳塊の製造時では水冷構造をもつ鋳型を用いる。チタン鋳塊は、電子ビームまたはプラズマを用いて溶解した原料（溶湯）を鋳型に連続的に注入し、鋳型内で溶湯を凝固させながら鋳型から引き抜くことで、製造される。この引き抜く際に、チタン鋳塊表面には、湯皺、表面割れ、または鋳型との擦り傷などの欠陥が発生することがある。
【0003】
特許文献１には、鋳肌の状態が良好な鋳塊を鋳造することができる鋳塊の連続鋳造方法が開示されている。特許文献１に記載の鋳造方法は、チタンまたはチタン合金を溶解させた溶湯を無底の鋳型内に注入して凝固させながら下方に引抜くことで、チタンまたはチタン合金からなる鋳塊を連続的に鋳造する。この際、鋳型と鋳塊との接触領域における鋳塊の表面部の温度、および、その接触領域における鋳塊の表面部から鋳型への通過熱流束の少なくとも一方を制御することで、溶湯が凝固した凝固シェルの接触領域における厚みを所定の範囲内に収めるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１４－１３３２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、凝固シェルの形成は、鋳型との接触による冷却のみでは決まらず、溶湯の温度または流動の状況にも大きく依存する。このため、特許文献１に記載のように、鋳塊の表面部の温度、または、鋳塊の表面部から鋳型への通過熱流束を制御しても、凝固シェルの厚みを制御できないおそれがある。その結果、鋳塊の表面に湯皺などの欠陥が生じることを抑制できないおそれがある。
【0006】
そこで、本発明の目的は、湯皺などの欠陥が表面に発生することを抑制できるチタン鋳塊の製造方法およびチタン鋳塊製造鋳型を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明のチタン鋳塊の製造方法は、チタンを含有する溶湯を鋳型に注入してチタン鋳塊を形成する鋳造工程を含み、前記鋳型は、底の無い筒状の胴体を備え、前記胴体の上端は、前記溶湯を受け入れるための開口部を含み、前記開口部の下方における前記胴体の内周面は、先細りテーパ面を含み、前記先細りテーパ面は、下方に進むに従い前記胴体の中心軸線からの距離が短くされており、前記先細りテーパ面によって部分凝固鋳塊が形成され、前記部分凝固鋳塊は、前記溶湯が凝固することで形成された外周壁と、この外周壁に取り囲まれた前記溶湯と、を含み、前記先細りテーパ面のテーパ率γ１は、０．５～３０（％／ｍ）に設定されている。但し、テーパ率γ１＝{（ａ１／Ｗ１）／（Ｌ１／１０００）}×１００（％／ｍ）であり、ａ１は前記中心軸線と直交する方向における、前記溶湯が存在している領域での前記先細りテーパ面の高さ（ｍｍ）であり、Ｗ１は前記溶湯が存在している領域での胴体の最大内径（ｍｍ）であり、Ｌ１は、前記中心軸線方向における、前記溶湯が存在している領域での前記先細りテーパ部の長さ（ｍｍ）である。
【0008】
また、本発明のチタン鋳塊製造鋳型は、底の無い筒状の胴体を備え、前記胴体の上端は、チタンを主成分として含有する溶湯を受け入れるための開口部を含み、前記開口部の下方における前記胴体の内周面は、先細りテーパ面を含み、前記先細りテーパ面は、下方に進むに従い前記胴体の中心軸線からの距離が短くされており、前記先細りテーパ面のテーパ率γ２は、０．５～３０（％／ｍ）に設定されている。但し、テーパ率γ２＝{（ａ２／Ｗ２）／（Ｌ２／１０００）}×１００（％／ｍ）であり、ａ２は、前記中心軸線と直交する方向における前記先細りテーパ面の高さ（ｍｍ）であり、Ｗ２は前記先細りテーパ面における最大内径（ｍｍ）であり、Ｌ２は前記中心軸線方向における前記先細りテーパ面の長さ（ｍｍ）である。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、チタン鋳塊に湯皺などの欠陥が発生することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
＜チタン鋳塊の製造装置＞
図１は、チタン鋳塊７２の製造装置１を示す図である。製造装置１は、原料供給部２と、照射部３１、３２、３３と、ハース４と、チタン鋳塊製造鋳型（以下、単に鋳型と言う）５と、支持台６とを備えている。
図１は、チタン鋳塊７２の製造装置１を示す図である。製造装置１は、原料供給部２と、照射部３１、３２、３３と、ハース４と、チタン鋳塊製造鋳型（以下、単に鋳型と言う）５と、支持台６とを備えている。
【0012】
原料供給部２は、後段のハース４に、チタン合金原料（以下、単に原料と言う）７０を供給する。原料供給部２はハース４の上方に配置される。原料供給部２は、原料７０を載置する台２１と、台２１に載置された原料７０を押し出す押出器２２とを有している。押出器２２に押し出された原料７０は、原料供給部２の下方に位置するハース４へ落下する。
【0013】
原料７０はチタンブリケット（チタン合金ブリケットを含む。以下同じ。）であることが望ましい。原料７０は、チタンブリケットに限らず、必要に応じて板、棒、管等のスクラップをチタン合金原料に混在させてもよい。以降の説明では、原料７０がチタンブリケットである場合を例にとる。なお、原料７０として、純チタンの原料、チタン合金製の原料、チタン製とアルミニウム製の混合原料、および、チタン製とチタン合金製の混合原料のいずれも用いることができる。
【0014】
照射部３１は、原料供給部２からハース４へ供給される原料７０に電子ビームまたはプラズマを照射して、原料７０を溶解する。原料供給部２は、照射部３１による原料７０の溶解速度に応じた供給速度で、押出器２２で原料７０を供給することが好ましい。また、原料供給部２は原料７０を連続して供給し、照射部３１は原料７０を連続して溶解することが好ましい。
【0015】
ハース４は、原料７０が照射部３１により溶解されてなる溶湯７１を収容する。ハース４は、一部の溶湯７１を冷却凝固し、底部にスカルを形成しながら、残部の溶湯７１を後段の鋳型５へ流す。
【0016】
照射部３２は、ハース４上方に配置され、電子ビームまたはプラズマをハース４内の溶湯７１の表面に照射する。これにより、ハース４内の溶湯７１の温度調整が行われる。
【0017】
鋳型５は底の無い筒状である。鋳型５にはハース４から溶湯７１が注入される。鋳型５は、注入された溶湯７１を冷却凝固する。鋳型５で溶湯７１が冷却凝固されると、円柱状のチタン鋳塊（インゴット）７２が下方に延びつつ成形される。なお、鋳型５に注入された溶湯７１は、鋳型５の上部における内周面との接触によりチタン鋳塊７２となる。このため、鋳型５の上部では、鋳型５の軸方向から視ると、チタン鋳塊７２の内側に溶湯７１が存在する状態となる。また、冷却凝固されたチタン鋳塊７２と溶湯７１との界面において、溶湯７１が冷却凝固され、チタン鋳塊７２が形成される。鋳型５の構造については後述する。
【0018】
支持台６は、鋳型５の下方に配置されている。支持台６は、図示しない移動機構によって上下方向に移動するように構成されている。支持台６には、ダミーブロック（図示せず）が形成されている。そのダミーブロックに、チタン鋳塊７２の下端部が支持されている。支持台６は、チタン鋳塊７２を支えつつ下方に移動することで、チタン鋳塊７２を鋳型５から引き抜く。この引き抜きの際、チタン鋳塊７２に要求される品質が高い場合、鋳型５内では潤滑剤を用いることができない。また、チタン鋳塊７２の鋳造においては、支持台６をゆっくりと間欠的に移動させたり、支持台６を上方に押し上げたりすることを繰り返し、チタン鋳塊７２を鋳型５から引き抜く。
【0019】
照射部３３は、鋳型５の上方に配置される。照射部３３は、鋳型５に収容された溶湯７１に電子ビームまたはプラズマを走査しながら照射して、溶湯７１の温度調整を行う。
【0020】
なお、照射部３１、３２、３３は同じ構成であり、１または複数配置されている。照射部３１、３２、３３が電子ビームを照射する構成の場合、照射部３１、３２、３３は、電子ビームガン等の公知の電子ビーム発生装置を有する。この場合、製造装置１の各部２、４、５、６は、真空雰囲気下に置かれる。照射部３１、３２、３３がプラズマを照射する構成の場合、公知のプラズマ発生装置を有する。この場合、製造装置１の各部２、４、５、６は、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下に置かれる。
【0021】
＜鋳型について＞
次に、鋳型５の構成について詳述する。図２は、鋳型５の断面図である。
次に、鋳型５の構成について詳述する。図２は、鋳型５の断面図である。
【0022】
鋳型５は、底の無い円筒状の胴体５０を有する。胴体５０は、その上端部に、ハース４から溶湯７１を受け入れるための開口５１Ａを形成する開口部５１を含む。また、開口部５１の下方における胴体５０の内周面は、円錐台テーパ状の先細りテーパ面５２を含む。先細りテーパ面５２は、下方に進むに従い胴体５０の中心軸線Ｐからの距離が短くされている。先細りテーパ面５２に溶湯７１が接触することによって、部分凝固鋳塊が形成される。部分凝固鋳塊は、溶湯７１が冷却凝固することで形成される外周壁と、この外周壁に取り囲まれる溶湯７１と、を含む。
【0023】
さらに、胴体５０の内周面は、先細りテーパ面５２の下方に配置される、中心軸線Ｐに平行な円筒状の直胴面５３を含む。以下の説明において、先細りテーパ面５２の下端とは、先細りテーパ面５２と直胴面５３との境界点である。また、先細りテーパ面５２の上端とは、胴体５０の上端、つまり、開口部５１の上端である。
【0024】
先細りテーパ面５２のテーパ率γ２は、０．５～３０（％／ｍ）に設定されている。γ２が０．５％未満であれば、後述する湯皺を抑制する効果を十分に発揮できない。また、γ２が３０％を超える場合には、チタン鋳塊７２の径が小さくなり、生産性が低下する。ここで、胴体５０の中心軸線Ｐと直交する方向（以下、径方向と言う）における先細りテーパ面５２の高さを、「ａ２」で表す。詳しくは、「ａ２」は、中心軸線Ｐを中心とする先細りテーパ面５２の上端の半径と、先細りテーパ面５２の下端の半径との差分の絶対値である。また、先細りテーパ面５２の最大内径を「Ｗ２」で表す。中心軸線Ｐに沿った方向における先細りテーパ面５２の長さを、「Ｌ２」で表す。この場合において、テーパ率γ２は、以下の式で表される。
γ２＝{（ａ２／Ｗ２）／（Ｌ２／１０００）}×１００（％／ｍ）
γ２＝{（ａ２／Ｗ２）／（Ｌ２／１０００）}×１００（％／ｍ）
【0025】
先細りテーパ面５２は、胴体５０の上端を先細りテーパ面５２の上端とし、先細りテーパ面５２の上端から、先細りテーパ面５２の下端までの範囲に対して、上式を満たすように形成されている。しかしながら、鋳型５に溶湯７１が注入された状態において、溶湯７１の湯面を先細りテーパ面５２の上端とし、溶湯７１の湯面から、先細りテーパ面５２の下端までの範囲に対して、上式を満たすように先細りテーパ面５２を形成してもよい。この場合、上式の「ａ２」、「Ｗ２」、「Ｌ２」は、それぞれ「ａ１」、「Ｗ１」、「Ｌ１」に変えて鋳型５に注入された溶湯７１の湯面を基準として定義される。この場合のテーパ率をγ１とする。図３は、鋳型５に注入された溶湯７１の湯面を基準とした、先細りテーパ面５２の大きさの定義を説明するための図である。
【0026】
溶湯７１は、中心軸線Ｐの方向において、その湯面が先細りテーパ面５２に接するように、注入される。この場合において、「ａ１」は、径方向における、溶湯７１が存在している領域での先細りテーパ面５２の高さである。換言すると、「ａ１」は、中心軸線Ｐを中心とする、溶湯７１の湯面と一致する先細りテーパ面５２の上端の半径と、先細りテーパ面５２の下端の半径との差分の絶対値である。また、「Ｗ１」は、溶湯７１が存在している領域での胴体５０の最大内径である。さらに、「Ｌ１」は、中心軸線Ｐの方向における、溶湯７１が存在している領域での先細りテーパ面５２の長さである。換言すると、「Ｌ１」は、中心軸線Ｐの方向における、溶湯７１の湯面から、先細りテーパ面５２の下端までの長さである。
【0027】
このように、「Ｌ１」を定義する際の先細りテーパ面５２の上端は、図３に示すように、溶湯７１の湯面である。先細りテーパ面５２の下端は、胴体５０の上端から１００ｍｍの位置、または、溶湯７１の湯面から５ｍｍ～１００ｍｍの位置に設定することが望ましい。先細りテーパ面５２の下端が上過ぎると、先細りテーパ面５２の長さが短すぎるため、先細りテーパ面５２を先細りテーパ形状にする効果が十分に発揮されず、下過ぎると、チタン鋳塊７２の引き抜き時に表面に疵が形成されるからである。
【0028】
＜湯皺について＞
上記構成の鋳型５に溶湯７１を注入してチタン鋳塊７２を形成すると、先細りテーパ面５２による作用によって、チタン鋳塊７２の表面に湯皺が形成されることが抑制される。以下、その理由について説明する。
上記構成の鋳型５に溶湯７１を注入してチタン鋳塊７２を形成すると、先細りテーパ面５２による作用によって、チタン鋳塊７２の表面に湯皺が形成されることが抑制される。以下、その理由について説明する。
【0029】
まず、先細りテーパ面がない従来の鋳型では、チタン鋳塊の表面に湯皺が形成される理由について説明する。
【0030】
図４は、先細りテーパ面がない鋳型１０１に溶湯を注入した状態の鋳型の断面図である。
【0031】
上記したように鋳型１０１に注入された溶湯７１は、鋳型１０１の内周面との接触によりチタン鋳塊７２が形成される。チタン鋳塊７２が形成される直前では、溶湯７１の湯面付近は表面張力により曲率を持っている。この状態で溶湯７１が鋳型１０１の内周面と接触して冷却凝固すると、曲率を持ったチタン鋳塊７２が形成され、鋳型１０１とチタン鋳塊７２との間に隙間１０２が形成される。その後、新たに鋳型１０１に注入された溶湯７１が隙間１０２に部分的に供給されると、湯皺が形成される。つまり、湯皺は、冷却凝固した際に、鋳型１０１と、チタン鋳塊７２との間に隙間１０２が形成されることが原因である。
【0032】
図５は、本実施形態の鋳型５に溶湯７１を注入した状態の鋳型５の断面図である。鋳型５に注入される溶湯７１は、その湯面が先細りテーパ面５２に接するように、注入される。そして、溶湯７１は、鋳型５が備える先細りテーパ面５２との接触により、部分的に冷却凝固される。冷却凝固された部分（部分凝固鋳塊）は、溶湯７１が凝固することで形成された外周壁７１Ａと、この外周壁に取り囲まれた溶湯７１とを含む。この湯面近傍では、鋳型５の内周面は、下方に向かうに従いチタン鋳塊７２側に進む。つまり、鋳型５の内周面と、チタン鋳塊７２との間に、溶湯７１が侵入する隙間を生じないようにしている。これにより、図４で説明した鋳型５とチタン鋳塊７２との間の隙間が形成されることがない。
【0033】
以上のように、鋳型５に先細りテーパ面５２を設けることで、湯皺発生の原因となる隙間の形成を抑制できる。その結果、湯皺の形成を防止して、引き抜きの際にチタン鋳塊７２の割れを防止できる。
【0034】
＜チタン鋳塊の製造方法＞
次に、図１を参照して、本実施形態に係るチタン鋳塊７２の製造方法について説明する。チタン鋳塊７２の製造方法は第１～４の工程を有する。
次に、図１を参照して、本実施形態に係るチタン鋳塊７２の製造方法について説明する。チタン鋳塊７２の製造方法は第１～４の工程を有する。
【0035】
第１の工程は原料供給工程である。この第１の工程では、原料供給部２が原料７０をハース４へ落下させる。原料供給工程では、原料７０を、第２の工程での原料７０の溶解速度に応じた供給速度で、供給することが望ましい。
【0036】
第２の工程は溶解工程である。この第２の工程では、ハース４へ供給される原料７０に照射部３１が電子ビームまたはプラズマを照射することにより原料７０を溶解する。なお、原料供給工程で原料７０を連続して供給し、溶解工程で原料７０を連続して溶解することが望ましい。
【0037】
第３の工程は、ハース４において溶湯７１を精錬する精錬工程である。この第３の工程では、固形物のまま落下、または、照射部３１によって溶解されて流下する溶湯７１を精錬する。また、精錬工程では、ハース４を流れる溶湯７１に、照射部３２から電子ビームまたはプラズマを照射することにより、溶湯７１の温度を調整する。
【0038】
第４の工程は鋳造工程である。この第４の工程では、ハース４で精錬された溶湯７１を鋳型５へ注入し、鋳型５で溶湯７１を冷却凝固することで、チタン鋳塊７２を形成する。この鋳造工程では、鋳型５への溶湯７１の流入に伴い支持台６が下方へ移動する。これにより、チタン鋳塊７２が円柱状に成形されていく。
【0039】
この第４工程において、上記のように、溶湯７１の湯面が先細りテーパ面５２に接するように、鋳型５に溶湯７１を注入する。また、先細りテーパ面５２との接触により部分凝固鋳塊が形成される際、中心軸線Ｐと直交する断面において、先細りテーパ面５２の下端位置では、部分凝固鋳塊の断面積を１００％としたとき、外周壁の断面積は、３％以上となるように調整する。上記のように、外周壁の断面積を３％以上とすることで、部分凝固鋳塊に割れが生じることを抑制できる。外周壁の最低厚みは３ｍｍ以上であることが好ましい。
【0040】
以上のように、チタン鋳塊７２を形成する鋳型５に、先細りテーパ面５２を設けることで、湯皺の原因となる鋳型５とチタン鋳塊７２との間の隙間が形成されなくしている。その結果、チタン鋳塊７２の表面に湯皺などの欠陥が発生することを抑制できる。
【0041】
＜変形例＞
図６は、変形例１である鋳型５Ａの断面図である。
図６は、変形例１である鋳型５Ａの断面図である。
【0042】
鋳型５Ａは、上記した開口部５１の下方に位置する先細りテーパ面５２を有する。また、鋳型５Ａの内周面は、先細りテーパ面５２の下方において、先太りテーパ面５４を含む。先太りテーパ面５４は、下方に進むに従い胴体５０の中心軸線Ｐからの距離が長くされている。この場合であっても、先細りテーパ面５２の作用により、湯皺の発生を防ぐことができる。
【0043】
図７は、変形例２である鋳型５Ｂの断面図である。
【0044】
鋳型５Ｂは、上記した開口部５１の下方に位置する先細りテーパ面５２を有する。また、鋳型５Ｂの内周面は、先細りテーパ面５２の下方において、中心軸線Ｐに平行な直胴面５５と、先太りテーパ面５６とを含む。先太りテーパ面５６は、下方に進むに従い胴体５０の中心軸線Ｐからの距離が長くされている。この場合であっても、先細りテーパ面５２の作用により、湯皺の発生を防ぐことができる。
【0045】
なお、上記の鋳型５、５Ａ、５Ｂは、円筒形としているが、四角柱などの多角柱形状であってもよい。
【実施例】
【0046】
以下に、チタン鋳塊の製造方法の効果を確認するために、以下に示す鋳造試験を実施して、その結果を評価した。
（１）溶解および鋳造条件
原料：スポンジ・チタン、合金成分を混合した直径１００ｍｍ×長２００ｍｍのブリケット
溶湯成分：チタン合金、純チタン
溶湯温度（ハース４内の溶湯温度）：１７００℃
鋳型の内径：６５０ｍｍ
鋳型長さ：５００ｍｍ
溶解量：８０００ｋｇ
溶解速度：８００ｋｇ／時間
チタン鋳塊の引き抜き・押し上げパターン
・間欠引抜後、直ちに間欠上昇させるパターンを繰り返す
・平均引抜速度：２～２０ｍｍ／ｓ
・引抜間隔：１～１０ｍｍ／回
・平均押上速度：２～２０ｍｍ／ｓ
・押上間隔：０．５～５ｍｍ／回
照射部３１、３２、３３の照射方法：電子ビームあるいはプラズマ
ハース４のサイズ：幅５００ｍｍ×長１５００ｍｍ×深１００ｍｍ
溶解原料の溶解方法：ブリケットを溶解速度に合わせて連続供給
照射部３１：２基
照射部３２：１基
照射部３３：１基
給湯口の突き出し長さ：５ｍｍ以上１００ｍｍ以下
（１）溶解および鋳造条件
原料：スポンジ・チタン、合金成分を混合した直径１００ｍｍ×長２００ｍｍのブリケット
溶湯成分：チタン合金、純チタン
溶湯温度（ハース４内の溶湯温度）：１７００℃
鋳型の内径：６５０ｍｍ
鋳型長さ：５００ｍｍ
溶解量：８０００ｋｇ
溶解速度：８００ｋｇ／時間
チタン鋳塊の引き抜き・押し上げパターン
・間欠引抜後、直ちに間欠上昇させるパターンを繰り返す
・平均引抜速度：２～２０ｍｍ／ｓ
・引抜間隔：１～１０ｍｍ／回
・平均押上速度：２～２０ｍｍ／ｓ
・押上間隔：０．５～５ｍｍ／回
照射部３１、３２、３３の照射方法：電子ビームあるいはプラズマ
ハース４のサイズ：幅５００ｍｍ×長１５００ｍｍ×深１００ｍｍ
溶解原料の溶解方法：ブリケットを溶解速度に合わせて連続供給
照射部３１：２基
照射部３２：１基
照射部３３：１基
給湯口の突き出し長さ：５ｍｍ以上１００ｍｍ以下
【0047】
また、実施した試験では、本発明例および比較例の鋳型として、図２で示す鋳型５、図６で示す鋳型５Ａ、胴体の内周面が中心軸線に平行な鋳型、および、胴体の内周面全域が、中心軸線からの距離が上方から下方に向かって徐々に短くなる鋳型を用いた。
【0048】
（２）チタン鋳塊の化学組成
以下では、化学組成に関する「％」は特に断りがない限り「質量％」を意味する。
チタン合金の場合、Ａｌ：４．１～７．５％、Ｆｅ：０．１～２．１％、Ｖ：２．８～５．０％、Ｏ：０．０３～０．５％、Ｎ：０．００５～０．２％、Ｃ：０．００５～０．２％、残部Ｔｉおよび不純物からなるものが例示される。
以下では、化学組成に関する「％」は特に断りがない限り「質量％」を意味する。
チタン合金の場合、Ａｌ：４．１～７．５％、Ｆｅ：０．１～２．１％、Ｖ：２．８～５．０％、Ｏ：０．０３～０．５％、Ｎ：０．００５～０．２％、Ｃ：０．００５～０．２％、残部Ｔｉおよび不純物からなるものが例示される。
【0049】
Ａｌは、α安定化元素であり、ヤング率を向上させ、密度を小さくする作用がある。しかし、その含有量が４．１％未満であると強度を確保することができず、密度を十分に小さくすることができず、軽量化することができない。また、その含有量が７．５％超える場合、Ｔｉ３Ａｌが生成しやすくなり脆くなる。このため、Ａｌ含有量は、４．１～７．５％とした。
【0050】
Ｆｅは、β安定化元素であり、添加量に従って強度が上昇し疲労強度が向上する。しかし、その含有量が０．１％未満であると強度の上昇は小さくその効果が認められない。また、その含有量が２．１％超える場合は凝固時の偏析が顕著になり、加工熱処理工程で偏析を解消することが困難になる。このため、Ｆｅ含有量は、０．１～２．１％とした。
【0051】
Ｖは、β安定化元素であり、冷間加工性を向上させる。しかし、その含有量が２．８％未満であると冷間加工性の改善効果が小さい。また、その含有量が５．０％を超える場合は、Ｖが比較的高価な元素であるためコストが上昇する。このため、Ｖ含有量は、２．８～５．０％とした。
【0052】
Ｏ、Ｎ、Ｃは、α安定化元素であり、不純物として含有される量は、Ｏが０．０３～０．５％、Ｎが０．００５～０．２％、Ｃが０．００５～０．２％である。これらの元素の含有量を増大させることで強度を向上させる傾向があるが、上記の範囲を超えると製品の延性が低下してしまう。一方、上記の範囲未満になるように含有量を低下させても延性の改善に繋がらず、製造コストが上昇してしまう。そこで、Ｏは０．０３～０．５％、Ｎは０．００５～０．２％、Ｃは０．００５～０．２％とした。
【0053】
純チタンの場合、Ｏ：０．１５％以下、Ｆｅ：０．２０％以下、Ｎ：０．０３％以下、Ｃ：０．０８％以下、Ｈ：０．０１３％以下であり、残部Ｔｉであるものが例示される。上記の範囲を超えると製品の延性が低下してしまう。そこで、各元素の成分は上述の範囲とした。
【0054】
（３）評価
結果を表１にまとめて示す。
結果を表１にまとめて示す。
【表1】
【0055】
表１において、鋳型（Ｉ）は、図２に示す鋳型５と同形の鋳型である。鋳型（ＩＩ）は、図６に示す鋳型５Ａと同形の鋳型である。鋳型（ＩＩＩ）は、胴体の内周面が中心軸線に平行な鋳型である。鋳型（ＩＶ）は、胴体の内周面全域が、中心軸線からの距離が上方から下方に向かって徐々に短くなる鋳型である。
【0056】
チタン鋳塊の表面で形成される湯皺は、鋳造に伴って引き抜かれる際に形成され、チタン鋳塊の表面に沿った凹凸状の形態を呈している。チタン鋳塊の長さ１ｍ当たりに生成した湯皺の山と谷との距離を測定し、湯皺の深さを求めた。この深さが１．５ｍｍを超える場合を湯皺が「有」、１．５ｍｍ未満の場合を「無」とした。
【0057】
また、チタン鋳塊の表面に割れが発生した場合には、割れを含むチタン鋳塊の厚み方向に３０ｍｍ、鋳造方向に３０ｍｍの試料を採取し、観察面を鏡面研磨した。光学顕微鏡で割れを観察し、表層からの割れの深さを測定した。
【0058】
また、チタン鋳塊の引き抜きの際、湯皺などの欠陥が破断して内部の溶湯が漏れ出るブレークアウトの有無を観察した。
【0059】
表１に示すように、先細りテーパ面５２を有する本発明により、チタン鋳塊の表面に派生する湯皺および割れを低減することができ、ブレークアウトを抑制することができることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【0060】
本発明によれば、チタン鋳塊の表面に湯皺などの欠陥が発生することを抑制できる。
【符号の説明】
【0061】
１ 製造装置
２ 原料供給部
４ ハース
５、５Ａ、５Ｂ 鋳型
６ 支持台
３１、３２、３３ 照射部
５０ 胴体
５１ 開口部
５１Ａ 開口
５２ 先細りテーパ面
５３ 直胴面
５４ 先太りテーパ面
７０ チタン合金原料
７１ 溶湯
７２ チタン鋳塊
２ 原料供給部
４ ハース
５、５Ａ、５Ｂ 鋳型
６ 支持台
３１、３２、３３ 照射部
５０ 胴体
５１ 開口部
５１Ａ 開口
５２ 先細りテーパ面
５３ 直胴面
５４ 先太りテーパ面
７０ チタン合金原料
７１ 溶湯
７２ チタン鋳塊
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】