チタン合金製錬プロセスの比較: [3-ステージ VAR] vs [1-ステージ EB + 2-ステージ VAR] - ニュース

製錬は世界の「重要な工程」です。チタン合金生産-組成が正確であるか、含有物のレベルが低いか、特性が安定しているか、さらには製品が最終的にハイエンド市場に浸透して利益を生み出すことができるかどうかさえ、すべてこの段階にかかっています。{1}}

現在、業界には 2 つの主流の製錬ルートがあります。1 つは 3 パス真空アーク再溶解 (3 パス VAR) プロセスです。これは長年にわたって業界に深く根付いており、国内メーカーの大半が使用しています。もう 1 つは、1 パスの電子ビーム冷間床製錬-とそれに続く 2 パスの VAR（1 パス EB + 2-パス VAR）を組み合わせたプロセスです。これは近年急速に台頭しており、ハイエンド市場をターゲットとしています。

友達から「この 2 つのルートの違いは一体何ですか?」とよく聞かれます。

多くの人は、2 つのプロセスルートの根本的な違いは単に追加の EB 再溶解ステップであると考えています。実際にはそうではありません。この 2 つの基礎となる冶金原理は根本的に異なります。従来の 3 パス VAR の核となるロジックは、「繰り返しの再溶解による段階的な最適化」です。スポンジチタンとマスターアロイは電極に押し付けられ、高真空環境で電気アークによって再溶解されます。-再溶解サイクルごとに、組成はわずかに均一になり、ガス状不純物が減少し、介在物欠陥が微細化されます。これは、中華鍋に材料を繰り返し入れるようなものです。-味を均一にすることはできますが、中に落ちた砂粒を完全に取り除くことはできません。破壊して影響を最小限に抑えることしかできませんが、完全に排除することはできません。

対照的に、1- ステップ EB + 2- ステップ VAR プロセスは、「最初に高度な精製を行い、次に精密な均質化を行う」というアプローチに従います。まず、高エネルギー電子ビームを熱源として使用し、溶解、精製、凝固の 3 つの段階を完全に分離します。精製ゾーンでは、高密度および低密度の介在物（一般に「ハードスポット」として知られています）とガス状不純物が徹底的に除去されます。これは、最初に皿からすべての砂と悪い葉を取り除くのと同じです。その後、2 回の VAR 再溶解サイクルを通じて組成の偏差が修正され、純度と組成の均一性の両方が保証されます。

性能の比較: これらの固有のギャップは繰り返しでは克服できませんチタン材料に関して言えば、最終的に最も重要なのは性能です。コア指標の点で 2 つの生産ルート間のギャップはすぐに明らかです。 1 つ目は冶金純度です-最も重要な境界線です。介在物と欠陥は、航空宇宙部品や医療用インプラントの疲労亀裂の主な原因であり、業界の最も永続的な課題となっています。 3 ステップの VAR プロセスで複数の再溶解サイクルを行っても、介在物は分解して精製することしかできません。それらを根源から完全に取り除くことはできません。このプロセスでは、国家規格で許可されている制限内でしかそれらを制御できないため、バッチごとにばらつきが生じるリスクが常に残ります。{8}}

対照的に、1x EB + 2x VAR プロセスは EB 精製段階を利用しており、高密度の介在物は重力の影響下で沈降して分離されますが、低密度の介在物は高温、高真空の環境で完全に分解されます。-これにより100%の物理的除去が可能となり、現在市販されているチタン合金の介在物制御に最適な技術となります。ガス制御におけるギャップも同様に重要です。3 パス VAR プロセスでは水素含有量を 10 ppm 以内に安定して制御できますが、EB プロセスでは水素を安定して 5 ppm 未満に低減できます。酸素と窒素の管理レベルも従来のプロセスをはるかに上回っています。米国の航空宇宙規格では、重要な耐荷重部品用のチタン合金には EB 溶解プロセスを使用する必要があると長年規定されてきました。

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