DE69823112T2

DE69823112T2 - Verfahren zur Herstellung von Blech aus einer Titanlegierung

Info

Publication number: DE69823112T2
Application number: DE69823112T
Authority: DE
Inventors: Hideaki Fukai
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1997-08-14
Filing date: 1998-07-02
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2018-07-03
Also published as: EP0896839B1; JPH1157810A; DE69823112D1; US5932036A; EP0896839A3; EP0896839A2

Description

VERWEIS AUF PATENTE, ANMELDUNGEN UND VERÖFFENTLICHUNGEN, DIE MIT DER ERFINDUNG IN ZUSAMMENHANG STEHEN
Soweit uns bekannt, sind die folgenden Dokumente des Standes der Technik, die mit der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang stehen, verfügbar:

(1) Vorläufige japanische Patentanmeldung Nr. JP-A-63-76 706, veröffentlicht am 7. April 1988, und
(2) US-Patent Nr. 5 121 535, veröffentlicht am 16. Juni 1992

Der Inhalt des Standes der Technik, der in den im vorhergehenden genannten Dokumenten des Standes der Technik offenbart ist, wird später unter der Überschrift "HINTERGRUND DER ERFINDUNG" diskutiert.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Titanlegierungsblechs und insbesondere ein Verfahren zur effizienten Herstellung eines Titanlegierungsblechs mit hervorragender Oberflächenbeschaffenheit und Bearbeitbarkeit.
FESTSTELLUNG VERWANDTER TECHNIK
Ein Titanlegierungsblech, insbesondere ein Blech einer Titanlegierung des α + β-Typs, wird herkömmlicherweise durch Paketwalzen unter Verwendung einer Blechstraße gemäß der Offenbarung in der vorläufigen japanischen Patentanmeldung Nr. JP-A-63-76 706 (im folgenden als "Stand der Technik 1" bezeichnet) hergestellt.
Das paketgewalzte Titanlegierungsblech wird herkömmlicherweise durch Bedecken von mindestens der oberen und unteren Oberfläche eines Titanlegierungswalzblocks mit einem Walzüberzug oder eines Titanlegierungswalzblocks, der einer Oberflächenbehandlung, wie Entzundern, unterzogen wurde, mit Kohlenstoffstahlplatten und Warmwalzen des auf diese Weise mit den Kohlenstoffstahlplatten bedeckten Titanlegierungswalzblocks hergestellt.
Ein weiteres herkömmliches Paketwalzen umfasst die wie in 1 und 2 angegebenen Stufen des Bedeckens der oberen und unteren Oberflächen und der peripheren seitlichen Oberflächen eines Titanlegierungswalzblocks 4 mit einem Walzüberzug oder eines Titanlegierungswalzblocks 4, der einer Oberflächenbehandlung, wie Enzundern, unterzogen wurde, mit einer Kohlenstoffstahlplatten 1 umfassenden Hülle (im folgenden als die "Kohlenstoffstahlhülle" bezeichnet), wobei ein zusammengesetzter Walzblock hergestellt wird, des Bereitstellens von Entlüftungslöchern 5 zum Austragen von Luft im Inneren des zusammengesetzten Walzblocks während des Warmwalzens ins Freie oder von Schlitzen mit einer zu der der obigen Löcher 5 äquivalenten Funktion in der Kohlenstoffstahlhülle und des anschließenden Warmwalzens des auf diese Weise mit der Kohlenstoffstahlhülle bedeckten Titanlegierungswalzblocks, d. h. des zusammengebauten Walzblocks. Um eine Verbindung zwischen der Kohlenstoffstahlhülle und dem darin enthaltenen Titanlegierungswalzblock zu verhindern, wird bei der Herstellung des im vorhergehenden genannten zusammengesetzten Walzblocks ein Trennmittel zwischen diesen eingefügt. Der im vorhergehenden genannte zusammengesetzte Walzblock wird durch Zusammenschweißen der Kohlenstoffstahlplatten 1 auf der oberen Oberfläche, der unteren Oberfläche und den peri pheren seitlichen Oberflächen an Luft längs Schweißrillen 6, die zwischen den oberen und peripheren seitlichen Kohlenstoffstahlplatten und zwischen den unteren und peripheren seitlichen Kohlenstoffstahlplatten gegeben sind, hergestellt.
Im allgemeinen nimmt die Temperatur eines Titanlegierungswalzblocks während des Warmwalzens entsprechend der Abnahme der Dicke desselben deutlich ab, was zu einer geringeren Bearbeitbarkeit führt. Gemäß dem Verfahren des Standes der Technik 1 erfolgt, da der Titanlegierungswalzblock mit der Kohlenstoffstahlhülle bedeckt ist, nur eine leichte Abnahme der Temperatur des Titanlegierungswalzblocks während des Warmwalzens, wodurch es möglich wird, den Titanlegierungswalzblock in einem Bereich hoher Temperatur zu walzen. Folglich ist es möglich, ein Titanlegierungsblech unter Verwendung eines üblichen Warmwalzwerks, wie einer Blechstraße, herzustellen.
Ferner weisen ein handelsübliches Blech aus reinem Titan und ein Blech einer Titanlegierung eine Anisotropie der Festigkeit auf. Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Titanlegierungsblechs des Standes der Technik 1 kann aufgrund des Paketwalzens unter Verwendung einer Blechstraße ein Querwalzen durchgeführt werden, wodurch eine Verringerung der Anisotropie der Festigkeit des handelsüblichen Blechs aus reinem Titan und des Blechs einer Titanlegierung möglich wird.
Das US-Patent Nr. 5 121 535, veröffentlicht am 16. Juni 1992, (das der vorläufigen japanischen Patentanmeldung Nr. JP-A-2-263 504 entspricht) offenbart ein Verfahren zur Formung von Metallabschnitten aus reaktiven Metallen, das die folgenden Stufen umfasst (im folgenden als "Stand der Technik 2" bezeichnet):

(1) Einkapseln eines reaktiven ersten Metalls in ein nichtreaktives zweites Metall, wodurch eine Verbundmetallanordnung gebildet wird, wobei die Hauptoberflächen des ersten Metalls von dem zweiten Metall durch eine Schicht eines Trennmittels, das gegenüber dem ersten Metall im wesentlichen chemisch inert ist, getrennt sind;
(2) Formen der Metallanordnung zu einer vorgegebenen Geometrie durch Formmittel; und
(3) Entfernen des nichtreaktiven zweiten Metalls von dem reaktiven ersten Metall.

Bei dem im vorhergehenden genannten Verfahren des Standes der Technik 2 umfasst die Einkapselungsstufe die folgenden Teilstufen:

(a) Herstellen eines Metallrahmens aus dem zweiten Metall, wobei der Metallrahmen in diesem ein Fenster aufweist,
(b) Montieren des ersten Metalls in dem Fenster in dem Metallrahmen,
(c) Durchschießen des Metallrahmens und des ersten Metalls zwischen zwei Schichten des zweiten Metalls, wodurch eine Verbundmetallanordnung gebildet wird, und
(d) Schweißen der zwei Schichten des zweiten Metalls an den Metallrahmen,

Bei dem Verfahren des Standes der Technik 2 umfasst ferner die Teilstufe des Schweißens der zwei Schichten des zweiten Metalls an den Metallrahmen ein Elektronenstrahlschweißen unter Vakuumatmosphäre.
Bei der Verwendung des Verfahrens des Standes der Technik 2 zur Herstellung eines Titanleierungsblechs wird die Metallanordnung unter Vakuumatmosphäre, die den Titanlegie rungswalzblock in dieser enthält, warmgewalzt. Es ist daher möglich, die Bildung einer dicken und festen Oxidzunderschicht auf der Oberfläche des Titanlegierungswalzblocks während des Erhitzens und während des Warmwalzens der Metallanordnung an Luft zu verhindern. Es ist daher möglich, eine übermäßige Polier- oder Schleifstufe mittels einer Schleifvorrichtung, die auch zur Dickeneinstellung dient, oder eine Strahlstufe oder eine Beizstufe zum Entfernen der dicken und festen Oxidzunderschicht wegzulassen oder zu vereinfachen.
Ferner kann gemäß dem Verfahren des Standes der Technik 2, das Elektronenstrahlschweißen unter Vakuumatmosphäre verwendet, das Innere der Metallanordnung, die an Luft heftgeschweißt wurde, in einer Vakuumkammer innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne zu einer Vakuumatmosphäre gemacht werden. Insbesondere ist es möglich, eine Vakuumatmosphäre innerhalb einer relativ kurzen Zeitspanne im Inneren der Metallanordnung zu erreichen, wobei das Innere wegen des darin enthaltenen Titanlegierungswalzblocks wenig Freiraum und daher einen großen Entlüftungswiderstand hat.
Der Stand der Technik 1 und 2 weisen jedoch die folgenden Probleme auf. Beim Stand der Technik 1, bei dem das Warmwalzen an Luft durchgeführt wird, werden eine Oxidzunderschicht und/oder eine minderwertige Schicht, in der eine große Sauerstoffmenge in der Form einer festen Lösung gelöst ist, während des Erhitzens oder während des Warmwalzens des zusammengebauten Walzblocks nicht nur dann, wenn der Walzblock in dem zusammengebauten Walzblock ein Titanlegierungswalzblock mit einem Walzüberzug ist, sondern auch, wenn der Walzblock ein Titanlegierungswalzblock, der einer Oberflächenbehandlung, wie Entzundern, unterzogen wurde, ist, gebildet. Die im vorhergehenden genannte Oxidzunderschicht und die minderwertige Schicht bewirken eine Verschlechterung der Oberflächenbeschaffenheit des Titanlegierungsblechs als Produkt und eine schwerwiegende Verschlechterung der Materialeigenschaften, wie Biegbarkeit. Es ist daher notwendig, diese Oxidzunderschicht und minderwertige Schicht zu entfernen.
Verfügbare Verfahren zur Entfernung der Oxidzunderschicht und der minderwertigen Schicht umfassen ein Verfahren des Polierens und Schleifens der Oberfläche des Titanlegierungsblechs mittels einer Schleifvorrichtung oder dgl. zum Entfernen der Oxidzunderschicht und der minderwertigen Schicht und ein Verfahren der Verwendung eines Strahlens und Beizens zum Entfernen der Oxidzunderschicht und der minderwertigen Schicht. Gemäß dem Verfahren des Entfernens der Oxidzunderschicht und der minderwertigen Schicht mittels der Schleifvorrichtung oder dgl. kann die Dicke des Blechs gleichzeitig eingestellt werden. Es ist daher möglich, ein Titanlegierungsblech herzustellen, das eine hohe Dickengenauigkeit aufweist und nur geringe Spannungen enthält. Ein Problem besteht jedoch darin, dass, da das Titanlegierungsblech, das eine niedrige Spanbarkeit und eine große Fläche aufweist, poliert oder geschliffen werden soll, die im vorhergehenden genannte Entzunderungsstufe eine lange Zeitspanne erfordert und die Herstellungskosten höher sind.
Gemäß dem Verfahren des Entfernens der Oxidzunderschicht und der minderwertigen Schicht durch Strahlen und Beizen ist es andererseits möglich, das Entzundern in einer kurzen Zeitspanne durchzuführen. Ein Problem besteht jedoch darin, dass durch das Strahlen in dem Titanlegierungsblech eine Belastung auftritt. Gemäß dem Verfahren des Entfernens der Oxidzunderschicht und der minderwertigen Schicht durch lediglich Beizen unter Weglassen des Strahlens an dem Titanlegierungsblech, das durch das Warmwalzen an der Luft her gestellt wurde, ist es unmöglich, die dicke und feste Oxidzunderschicht und die minderwertige Schicht, die während des Erhitzens und des Warmwalzens des Titanlegierungswalzblocks gebildet wurden, vollständig zu entfernen. Ein Problem besteht daher darin, dass Materialeigenschaften wie die Biegbarkeit des Titanlegierungsblechs stark vermindert sind.
Bei Durchführen des Warmwalzens an der Metallanordnung, deren Inneres unter Vakuumatmosphäre steht, gemäß dem Stand der Technik 2 können verschiedene Probleme des Standes der Technik 1, die durch die dicke und feste Oxidzunderschicht und die minderwertige Schicht, in der eine große Sauerstoffmenge in der Form einer festen Lösung gelöst ist, verursacht werden, gelöst werden. Jedoch wird auf der Oberfläche des Titanlegierungswalzblocks während des im vorhergehenden genannten Warmwalzens unter Vakuumatmosphäre eine neue Oberfläche gebildet und es erfolgt eine Verbindung zwischen dem nichtreaktiven zweiten Metall im Stand der Technik 2 und dem reaktiven ersten Metall im Stand der Technik 2 (d. h. dem Titanlegierungswalzblock), die die Metallanordnung bilden, oder zwischen Titanlegierungsblechen, wenn zwei oder mehr gestapelte Titanlegierungswalzblöcke in dem zweiten Metall eingekapselt sind. Um die im vorhergehenden genannte Verbindung zu verhindern, wird ein Trennmittel verwendet. Jedoch geht das Trennmittel während der Herstellung der Metallanordnung nach der Applikation des Trennmittels und während des Warmwalzens verloren, wodurch die im vorhergehenden genannte Verbindung verursacht wird, oder das Trennmittel haftet fest, wodurch Zacken oder dgl. auf der Oberfläche des Titanlegierungsblechs gebildet werden. Dies führt zu dem Problem, dass die Oberflächenbeschaffenheit des Titanlegierungsblechs so stark verschlechtert wird, dass das gefertigte Titanlegierungsblech nicht als Produkt verwendet werden kann. Ferner ist gemäß dem Verfahren des Standes der Technik 2 eine spezielle Bearbeitungsstufe erforderlich, um Vertiefungen in dem nichtreaktiven zweiten Metall bereitzustellen. Da sich das Trennmittel in den Vertiefungen des zweiten Metalls befindet, kann die Metallanordnung nur ein Blech des reaktiven ersten Metalls aufnehmen. Dies macht es unmöglich, ein effizientes Verfahren, bei dem beispielsweise eine Mehrzahl von Blechen des reaktiven ersten Metalls durch einen einzigen Warmwalzdurchgang gebildet werden, zu verwenden.
Unter diesen Umständen besteht ein starker Bedarf an der Entwicklung eines Verfahrens zur effizienten Herstellung eines Titanlegierungsblechs mit hervorragender Oberflächenbeschaffenheit und Bearbeitbarkeit, doch wurde ein derartiges Verfahren noch nicht vorgeschlagen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Verfahrens zur effizienten Herstellung eines Titanlegierungsblechs mit hervorragender Oberflächenbeschaffenheit und Bearbeitbarkeit durch Überwinden der Probleme des im vorhergehenden genannten Standes der Technik.
Gemäß einem der Merkmale der vorliegenden Erfindung erfolgt die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Titanlegierungsblechs, das die folgenden Stufen umfasst:
Bedecken der oberen Oberfläche, unteren Oberfläche und peripheren seitlichen Oberflächen von mindestens einem Walzblock einer Titanlegierung mit jeweils Kohlenstoffstahlplatten und Zusammenschweißen der Kohlenstoffstahlplatten mittels Schweißen mit hoher Energiedichte bei einem Druck von bis zu 1,33 Pa (10^–2 Torr) unter Bildung einer Kohlenstoffstahlhülle, wodurch ein zusammengesetzter Walzblock, der darin den Titanlegierungswalzblock enthält, dessen Inneres bei einem Druck von bis zu 1,33 Pa (10^–2 Torr) gehalten wird, hergestellt wird;
vor der Stufe des Herstellens des zusammengesetzten Walzblocks Applizieren einer aufsprühbaren Trennmittelzusammensetzung, die als Feststoffgehalt ein pulverförmiges Metalloxid oder pulverförmiges Metallnitrid mit einer Teilchengröße von bis zu 44 μm (325 mesh) umfasst, auf die obere Oberfläche und die untere Oberfläche des Titanlegierungswalzblocks und/oder auf die jeweiligen inneren Oberflächen der Kohlenstoffstahlhülle, die diesen zugewandt sind;
Einstellen der Gesamtapplikationsmenge der Trennmittelzusammensetzung auf die obere Oberfläche und die untere Oberfläche des Titanlegierungswalzblocks und/oder auf die jeweiligen inneren Oberflächen der Kohlenstoffstahlhülle, die diesen zugewandt sind, derart, dass die im folgenden angegebene Gleichung erfüllt wird: 5000 ≤ X·Y/(1 – √(Z: 133)) ≤ 25000wobei X: Gewichtsprozentanteil (Gew.-%) des Feststoffgehalts in der Trennmittelzusammensetzung,
Y: Gesamtapplikationsmenge pro Quadratmeter (ml/m²) der Trennmittelzusammensetzung und
Z: Druck (Pa) im Inneren des mittels des Schweißens mit hoher Energiedichte hergestellten zusammengesetzten Walzblocks;
Durchführen eines Warmwalzens an dem auf diese Weise hergestellten zusammengesetzten Walzblock unter Formen des in dem zusammengesetzten Walzblock enthaltenen Titanlegie rungswalzblocks zu einem Titanlegierungsblech der vorgeschriebenen Form und Abmessungen; und
Entfernen der Kohlenstoffstahlhülle von dem auf diese Weise als Produkt gebildeten Titanlegierungsblech.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird vor der Stufe des Entfernens der Kohlenstoffstahlhülle von dem gebildeten Titanlegierungsblech der warmgewalzte zusammengesetzte Walzblock einer Wärmebehandlung unterzogen.
Ferner umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung die Wärmebehandlung ein Kriechstrecken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die die Herstellungsstufe eines zusammengesetzten Walzblocks bei dem herkömmlichen Verfahren erläutert.
2 ist eine schematische zerlegte perspektivische Darstellung des zusammengesetzten Walzblocks bei dem herkömmlichen Verfahren, der in 1 gezeigt ist.
3 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die eine Ausführungsform der Herstellungsstufe eines zusammengesetzten Walzblocks unter Verwendung von Elektronenstrahlschweißen bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erläutert.
4 ist eine schematische zerlegte perspektivische Darstellung des zusammengesetzten Walzblocks bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, der in 3 gezeigt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Von dem im vorhergehenden genannten Standpunkt aus wurden intensive Untersuchungen durchgeführt, um ein Verfahren zur effizienten Herstellung eines Titanlegierungsblechs mit hervorragender Oberflächenbeschaffenheit und Bearbeitbarkeit durch Paketwalzen zu entwickeln.
Als Ergebnis wurden die folgenden Erkenntnisse erhalten:
Beim Warmwalzen eines zusammengesetzten Walzblocks, in dem mindestens ein Titanlegierungswalzblock in einer Kohlenstoffstahlhülle enthalten ist und deren Inneres unter Vakuumatmosphäre gehalten wird, ist es möglich, die Kohlenstoffstahlhülle von einem Titanlegierungsblech als Produkt oder die Titanlegierungsbleche als Produkte voneinander nach der Durchführung des Warmwalzens des zusammengesetzten Walzblocks leicht zu trennen, indem die Gesamtapplikationsmenge einer Trennmittelzusammensetzung auf die obere Oberfläche und die untere Oberfläche des Titanlegierungswalzblocks und/oder auf die jeweiligen inneren Oberflächen der Kohlenstoffstahlhülle, die diesen zugewandt sind, derart eingestellt wird, dass die im folgenden angegebene Gleichung erfüllt wird: 5000 ≤ X·Y/(1 – √(Z: 133)) ≤ 25000wobei X: Gewichtsprozentanteil (Gew.-%) des Feststoffgehalts in der Trennmittelzusammensetzung,
Y: Gesamtapplikationsmenge pro Quadratmeter (ml/m²) der Trennmittelzusammensetzung und
Z: Druck (Pa) im Inneren des mittels des Schweißens mit hoher Energiedichte hergestellten zusammengesetzten Walzblocks.
Um eine Verbindung zwischen der Kohlenstoffstahlhülle, die den Titanlegierungswalzblock bedeckt, und dem Titanlegierungswalzblock oder zwischen zwei oder mehreren Titanlegierungswalzblöcken zu verhindern, ist es notwendig, einen unteren Grenzwert der Gesamtapplikationsmenge der Trennmittelzusammensetzung entsprechend dem Vakuumgrad in dem zusammengesetzten Walzblock einzustellen.
Genauer gesagt beeinflusst, da eine auf der Oberfläche des Titanlegierungswalzblocks gebildete Oxidschicht ebenfalls eine Verbindung zwischen der Kohlenstoffstahlhülle, die den Titanlegierungswalzblock bedeckt, und dem Titanlegierungswalzblock oder zwischen zwei oder mehreren Titanlegierungswalzblöcken verhindert, die Oxidschicht daher die gleiche Funktion wie das Trennmittel hat, der Vakuumzustand in dem zusammengesetzten Walzblock die Gesamtapplikationsmenge der Trennmittelzusammensetzung. Bei einem niedrigen Vakuumzustand in dem zusammengesetzten Walzblock werden die Oberfläche des Titanlegierungswalzblocks und eine durch das Warmwalzen gebildete neue Oberfläche durch gasförmige Elemente, wie Sauerstoff, die in dem zusammengebauten Walzblock verbleiben, leicht oxidiert. Die auf diese Weise gebildete Oxidschicht dient einer Verhinderung der Verbindung zwischen der Kohlenstoffstahlhülle und dem Titanlegierungswalzblock, so dass eine kleinere Gesamtapplikationsmenge der Trennmittelzusammensetzung genügt, wenn der Vakuumzustand nicht zufriedenstellend ist.
Wenn jedoch der Vakuumzustand in dem zusammengesetzten Walzblock übermäßig schlecht ist, werden eine Oxidzunderschicht und/oder eine minderwertige Schicht, in der eine große Sauerstoffmenge in der Form einer festen Lösung gelöst ist, auf der Oberfläche des Titanlegierungswalzblocks gebildet. Die Oberflächenbeschaffenheit des Titanlegierungsblechs als Produkt ist verschlechtert und ein übermäßiges Blechschleifen ist erforderlich. Infolgedessen erfordert die ein Entzundern umfassende Oberflächenkonditionierung viel mehr Zeit und Mühe, was zu einem wirtschaftlichen Nachteil führt. Es ist daher notwendig, den Vakuumgrad in dem zusammengesetzten Walzblock auf einen Wert im vorgeschriebenen Bereich einzustellen und den unteren Grenzwert der Gesamtapplikationsmenge der Trennmittelzusammensetzung entsprechend dem Vakuumgrad in dem zusammengesetzten Walzblock einzustellen.
Um die durch Kohäsion des Trennmittels verursachten Zacken auf der Oberfläche des Titanlegierungsblechs zu verhindern, ist es andererseits notwendig, den oberen Grenzwert der Gesamtapplikationsmenge der Trennmittelzusammensetzung entsprechend dem Vakuumgrad in dem zusammengesetzten Walzblock einzustellen. Genauer gesagt hält, wenn die Trennmittelzusammensetzung zur Verhinderung einer Verbindung zwischen der Kohlenstoffstahlhülle, die den Titanlegierungswalzblock bedeckt, und dem Titanlegierungswalzblock oder zwischen zwei oder mehreren Titanlegierungswalzblöcken in einer großen Menge über der vorgeschriebenen Menge appliziert wird, das Trennmittel zusammen und die Zacken treten auf der Oberfläche des Titanlegierungsblechs als Produkt auf. Bei der Applikation der Trennmittelzusammensetzung in einer kleinen Menge unter der vorgeschriebenen Menge erfolgt eine Verbindung zwischen der Kohlenstoffstahlhülle und dem Titanlegierungswalzblock oder zwischen den Titanlegierungswalzblöcken, obwohl das durch die Kohäsion des Trennmittels verursachte Auftreten der Zacken verhindert werden kann.
Ferner wurden die folgenden Erkenntnisse erhalten:
Bei Durchführen einer Wärmebehandlung oder eines Kriechstreckens an Luft an dem Titanlegierungsblech, das der Kohlenstoffstahlhülle nach der Durchführung des Warmwalzens des zusammengesetzten Walzblocks entnommen wurde, tritt eine Oberflächenoxidation an dem Titanlegierungsblech während der Wärmebehandlung nach dem Warmwalzen auf, auch wenn das Innere des warmgewalzten zusammengesetzten Walzblocks unter Vakuumatmosphäre war. Um eine Oxidschicht auf der Oberfläche des Titanlegierungsblechs, die durch die Oberflächenoxidation verursacht wurde, zu entfernen, ist es notwendig, ein Strahlen oder ein Beizen anzuwenden. Die Anwendung des Strahlens verursacht jedoch eine Belastung bzw. Spannungen in dem Titanlegierungsblech. Es ist daher möglich, eine Oxidation des Titanlegierungsblechs zu verhindern, indem der zusammengesetzte Walzblock einer Wärmebehandlung unterzogen wird, ohne das Titanlegierungsblech aus der Kohlenstoffstahlhülle nach der Durchführung des Warmwalzens des zusammengesetzten Walzblocks zu entnehmen, wodurch die Bearbeitbarkeit und Duktilität desselben verbessert wird, und ferner das Auftreten von Spannungen in dem Titanlegierungsblech zu verhindern und die Bearbeitbarkeit und Duktilität zu verbessern, indem der zusammengesetzte Walzblock einem Kriechstrecken unterzogen wird.
Die vorliegende Erfindung wurde auf der Basis der im vorhergehenden angegebenen Erkenntnisse entwickelt, und ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Titanlegierungsblechs umfasst die folgenden Stufen:
Bedecken der oberen Oberfläche, unteren Oberfläche und peripheren seitlichen Oberflächen von mindestens einem Walzblock einer Titanlegierung mit jeweils Kohlenstoffstahlplatten und Zusammenschweißen der Kohlenstoffstahlplatten mittels Schweißen mit hoher Energiedichte bei einem Druck von bis zu 1,33 Pa (10^–2 Torr) unter Bildung einer Kohlenstoffstahlhülle, wodurch ein zusammengesetzter Walzblock, der darin den Titanlegierungswalzblock enthält, dessen Inneres bei einem Druck von bis zu 1,33 Pa (10^–2 Torr) gehalten wird, hergestellt wird;
vor der Stufe des Herstellens des zusammengesetzten Walzblocks Applizieren einer aufsprühbaren Trennmittelzusammensetzung, die als Feststoffgehalt ein pulverförmiges Metalloxid oder pulverförmiges Metallnitrid mit einer Teilchengröße von bis zu 44 μm (325 mesh) umfasst, auf die obere Oberfläche und die untere Oberfläche des Titanlegierungswalzblocks und/oder auf die jeweiligen inneren Oberflächen der Kohlenstoffstahlhülle, die diesen zugewandt sind;
Einstellen der Gesamtapplikationsmenge der Trennmittelzusammensetzung auf die obere Oberfläche und die untere Oberfläche des Titanlegierungswalzblocks und/oder auf die jeweiligen inneren Oberflächen der Kohlenstoffstahlhülle, die diesen zugewandt sind, derart, dass die im folgenden angegebene Gleichung erfüllt wird: 5000 ≤ X·Y/(1 – √(Z: 133)) ≤ 25000wobei X: Gewichtsprozentanteil (Gew.-%) des Feststoffgehalts in der Trennmittelzusammensetzung,
Y: Gesamtapplikationsmenge pro Quadratmeter (ml/m²) der Trennmittelzusammensetzung und
Z: Druck (Pa) im Inneren des mittels des Schweißens mit hoher Energiedichte hergestellten zusammengesetzten Walzblocks;
Durchführen eines Warmwalzens an dem auf diese Weise hergestellten zusammengesetzten Walzblock unter Formen des in dem zusammengesetzten Walzblock enthaltenen Titanlegierungswalzblocks zu einem Titanlegierungsblech der vorgeschriebenen Form und Abmessungen; und
Entfernen der Kohlenstoffstahlhülle von dem auf diese Weise als Produkt gebildeten Titanlegierungsblech.
Ferner wird in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung vor der Stufe des Entfernens der Kohlenstoffstahlhülle von dem gebildeten Titanlegierungsblech der warmgewalzte zusammengesetzte Walzblock einer Wärmebehandlung unterzogen.
Nun wird das Verfahren der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen im folgenden detailliert beschrieben.
3 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die eine Ausführungsform der Herstellungsstufe eines zusammengesetzten Walzblocks unter Verwendung von Elektronenstrahlschweißen bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erläutert; und 4 ist eine schematische zerlegte perspektivische Darstellung des zusammengesetzten Walzblocks bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, das in 3 gezeigt ist. In 3 bedeutet 1 eine Kohlenstoffstahlplatte; 2 eine heftgeschweißte Verbindung; und 3 einen Entlüftungsabschnitt. In 4 bedeutet 4 einen Titanlegierungswalzblock.
Wie in 3 und 4 gezeigt, werden eine obere Oberfläche, eine untere Oberfläche und periphere seitliche Oberflächen von mindestens einem Titanlegierungswalzblock mit jeweiligen Kohlenstoffstahlplatten 1 bedeckt, und die Kohlenstoffstahlplatten 1 werden an Luft aneinander heftgeschweißt, um eine heftgeschweißte Kohlenstoffstahlhülle herzustellen, wodurch ein vorläufiger zusammengesetzter Walzblock, der in diesem den Titanlegierungswalzblock enthält, hergestellt wird. Der auf diese Weise hergestellte vorläufige zusammengesetzte Walzblock wird dann in eine (nicht gezeigte) Vakuumkammer gegeben, um das Innere der heftgeschweißten Kohlenstoffstahlhülle durch den Entlüftungsabschnitt 3 dersel ben in einer Vakuumatmosphäre von bis zu 1,33 Pa (10^–2 Torr) zu entlüften. Dann werden alle Öffnungen einschließlich des Belüftungsabschnitts 3 der Kohlenstoffstahlhülle verschweißt, wodurch ein zusammengesetzter Walzblock, der in diesem den Titanlegierungswalzblock enthält, dessen Inneres bei einem Druck von bis zu 1,33 Pa (10^–2 Torr) gehalten wird, hergestellt wird.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird der zusammengesetzte Walzblock, dessen Inneres unter Vakuumatmosphäre gehalten wird, einem Warmwalzen unterzogen. Der Grund hierfür liegt darin, dass es möglich ist, während des Warmwalzens die Bildung einer dicken und festen Oxidzunderschicht und/oder einer minderwertigen Schicht, in der eine große Sauerstoffmenge in der Form einer festen Lösung gelöst ist, auf der Oberfläche des Titanlegierungswalzblocks zu verhindern.
Der zusammengesetzte Walzblock wird in der Vakuumkammer mittels Schweißen mit hoher Energiedichte, wie Elektronenstrahlschweißen, hergestellt. Der Grund hierfür besteht darin, dass es, da das Entlüften der heftgeschweißten Kohlenstoffstahlhülle leicht durchgeführt werden kann, möglich ist, den Entlüftungswiderstand zu verringern und einen vorgeschriebenen Vakuumgrad in einer kurzen Zeitspanne zu erhalten. Ferner ist es, da der zusammengesetzte Walzblock mittels Schweißen mit hoher Energiedichte hergestellt wird, möglich, die Stufe des Bereitstellens von Schweißkerben an der Kohlenstoffstahlhülle wegzulassen. Ferner ist es möglich, die Bildung der Oxidzunder- und/oder minderwertigen Schicht auf der Oberfläche des Titanlegierungsblechs während des Erhitzens und Warmwalzens des zusammengesetzten Walzblocks durch Einstellen des Drucks im Inneren des zusammengesetzten Walzblocks auf bis zu 1,33 Pa (10^–2 Torr) zu verhindern. Infolgedessen ist die Bearbeitbarkeit des durch das Warmwalzen des zusammengesetzten Walzblocks hergestellten Titanlegierungsblechs verbessert. Das Titanlegierungsblech, von dem die Kohlenstoffstahlhülle nach dem Warmwalzen des zusammengesetzten Walzblocks entfernt wurde, erfordert kein übermäßiges Schleifen des Blechs, wodurch es möglich wird, die Oberflächenkonditionierungsstufe in großem Umfang zu vereinfachen. Im Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren ergibt das Verfahren der vorliegenden Erfindung daher nicht nur ein Titanlegierungsblech mit hervorragenden Materialeigenschaften, sondern auch günstigeren wirtschaftlichen Vorteilen.
Um eine Verbindung zwischen den Titanlegierungsblechen und zwischen dem Titanlegierungsblech und der Kohlenstoffstahlhülle zu verhindern, ist es notwendig, eine Trennmittelzusammensetzung auf die Kontaktoberflächen zwischen dem Titanlegierungswalzblock und der Kohlenstoffstahlhülle und zwischen den Titanlegierungswalzblöcken beim Warmwalzen des zusammengesetzten Walzblocks zu applizieren. Um die im vorhergehenden genannte Verbindung und Kohäsion des Trennmittels auf der Oberfläche des Titanlegierungsblechs zu verhindern, ist es andererseits notwendig, die Menge des Feststoffgehalts in der Trennmittelzusammensetzung einzustellen. Die zur Verhinderung der im vorhergehenden genannten Verbindung und Kohäsion notwendige Menge der Trennmittelzusammensetzung hängt vom Vakuumgrad im Inneren des zusammengesetzten Walzblocks ab. Genauer gesagt wird bei einem relativ niedrigen Vakuumgrad im Inneren des zusammengesetzten Walzblocks die Oberfläche des Titanlegierungswalzblocks durch in dem zusammengesetzten Walzblock verbleibenden Sauerstoff leicht oxidiert, auch wenn eine neue Oberfläche auf dem Titanlegierungswalzblock unter der Wirkung des Warmwalzens des zusammengesetzten Walzblocks gebildet wird. Die auf diese Weise gebildete Oxidschicht verhindert eine Verbindung zwischen dem Titanlegierungswalzblock und der Koh lenstoffstahlhülle und/oder zwischen den Titanlegierungswalzblöcken. Es ist folglich möglich, die Menge des Feststoffgehalts in der Trennmittelzusammensetzung zu verringern. Daher wird die Gesamtapplikationsmenge der Trennmittelzusammensetzung auf die Oberfläche des Titanlegierungswalzblocks oder auf die jeweiligen inneren Oberflächen der Kohlenstoffstahlhülle, die den Oberflächen des Titanlegierungswalzblocks zugewandt sind, entsprechend der Menge des Feststoffgehalts in der Trennmittelzusammensetzung und dem Vakuumgrad im Inneren des zusammengesetzten Walzblocks eingestellt.
Insbesondere ist es nicht nur möglich, während des Warmwalzens des zusammengesetzten Walzblocks durch Kohäsion des Trennmittels verursachte Zacken auf der Oberfläche des Titanlegierungsblechs als Produkt zu verhindern, sondern auch möglich, nach der Durchführung des Warmwalzens des zusammengesetzten Walzblocks die Kohlenstoffstahlhülle von dem Titanlegierungsblech als Produkt oder die Titanlegierungsbleche als Produkte voneinander leicht zu trennen, indem die Gesamtapplikationsmenge der Trennmittelzusammensetzung, die als Feststoffgehalt ein pulverförmiges Metalloxid oder ein pulverförmiges Metallnitrid mit einer Teilchengröße von bis zu 44 μm (325 mesh (gemäß der japanischen Industrienorm JIS K 6900)) umfasst, derart eingestellt wird, dass die im folgenden angegebene Gleichung erfüllt wird: 5000 ≤ X·Y/(1 – √(Z: 133)) ≤ 25000wobei X: Gewichtsprozentanteil (Gew.-%) des Feststoffgehalts in der Trennmittelzusammensetzung,
Y: Gesamtapplikationsmenge pro Quadratmeter (ml/m²) der Trennmittelzusammensetzung und
Z: Druck (Pa) im Inneren des mittels des Schweißens mit hoher Energiedichte hergestellten zusammen gesetzten Walzblocks.
Wenn die Teilchengröße des pulverförmigen Metalloxids oder pulverförmigen Metallnitrids als Feststoffgehalt in der Trennmittelzusammensetzung über 44 μm (325 mesh) liegt, wird ein Verstopfen in einer Sprühvorrichtung verursacht, wodurch es unmöglich wird, eine gleichförmige Applikation des Trennmittels zu erreichen. Durch das pulverförmige Metalloxid oder das pulverförmige Metallnitrid selbst als Feststoffgehalt in der Trennmittelzusammensetzung verursachte Zacken treten leicht auf der Oberfläche des Titanlegierungsblechs als Produkt auf. Ferner wird, wenn der Wert von X·Y/(1 – √(Z: 133)) über 25000 beträgt, die Menge des Feststoffgehalts im Trennmittel so groß, dass die durch Kohäsion des Trennmittels verursachten Zacken leicht auf der Oberfläche des Titanlegierungsblechs als Produkt auftreten. Bei einem Wert von X·Y/(1 – √(Z: 133)) unter 5000 wird andererseits die Gesamtapplikationsmenge der Trennmittelzusammensetzung so klein, dass während des Warmwalzens des zusammengesetzten Walzblocks eine Verbindung zwischen den Titanlegierungsblechen und zwischen dem Titanlegierungsblech und der Kohlenstoffstahlhülle erfolgt. Infolgedessen ist es nach der Durchführung des Warmwalzens des zusammengesetzten Walzblocks unmöglich, die Kohlenstoffhülle von dem Titanlegierungsblech als Produkt oder die Titanlegierungsbleche als Produkte voneinander leicht zu trennen. Dies verursacht nicht nur eine Verschlechterung der Oberflächenbeschaffenheit des gefertigten Titanlegierungsblechs, sondern kann auch die Verwendung des Titanlegierungsblechs als Produkt unmöglich machen.
Das Metalloxid oder Metallnitrid als Feststoffgehalt in der Trennmittelzusammensetzung muss eine Substanz mit der Fähigkeit zur Verhinderung einer Verbindung zwischen den Metallen auch nach dem Warmwalzen auch bei einer Applikation auf die Kontaktoberfläche zwischen den Metallen umfassen und insbesondere Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Bornitrid oder Titandioxid umfassen.
Wenn nach der Durchführung des Warmwalzens des zusammengesetzten Walzblocks an dem zusammengesetzten Walzblock eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, ohne das Titanlegierungsblech aus der Kohlenstoffstahlhülle zu entnehmen, wird auf der Oberfläche des Titanlegierungsblechs auch bei Durchführen der Wärmebehandlung an Luft niemals eine Oxidzunderschicht gebildet, da das Innere des zusammengesetzten Walzblocks im Vakuumzustand verbleibt, und es wird möglich, die Mikrostruktur des Titanlegierungsblechs durch das Glühen einzustellen, wodurch eine Verbesserung der Balance zwischen Festigkeit und Duktilität des Titanlegierungsblechs ermöglicht wird.
Durch Durchführen eines Kriechstreckens des zusammengesetzten Walzblocks ist es ferner möglich, Spannungen in dem Titanlegierungsblech ohne die Bildung der dicken und festen Oxidzunderschicht auf der Oberfläche des Titanlegierungsblechs aus dem gleichen Grund wie im vorhergehenden zu verhindern. Es ist gleichzeitig möglich, die Mikrostruktur des Titanlegierungsblechs durch das Glühen einzustellen, wodurch eine Verbesserung der Balance zwischen Festigkeit und Duktilität des Titanlegierungsblechs ermöglicht wird. Beim Durchführen der im vorhergehenden genannten Wärmebehandlung oder des Kriechstreckens an dem Titanlegierungsblech, das der Kohlenstoffstahlhülle nach dem Durchführen des Warmwalzens des zusammengesetzten Walzblocks entnommen wurde, ist es notwendig, die auf der Oberfläche des Titanlegierungsblechs gebildete Oxischicht mittels Strahlen oder Beizen zu entfernen. Das Strahlen verursacht jedoch Spannungen in dem Titanlegierungsblech. Wenn eine Oxidschicht auf der Oberfläche des Titanlegierungsblechs infolge einer Wärmebe handlung und eines Kriechstreckens an Luft gebildet wurde, ist es notwendig, das Titanlegierungsblech einer Oberflächenkonditionierung, wie übermäßiges Schleifen des Blechs, zu unterziehen, und ferner verursacht diese Oxidschicht eine Verschlechterung der Bearbeitbarkeit des Titanlegierungsblechs. Es erfolgt daher eine Verschlechterung von Materialeigenschaften des Titanlegierungsblechs, und erhöhte Herstellungskosten sind wirtschaftlich ungünstig.
Nun wird das Verfahren der vorliegenden Erfindung durch Beispiele im Vergleich mit Vergleichsbeispielen detaillierter beschrieben.
BEISPIELE
Beispiel 1
Eine 4,5 Gew.-% Ti/3 Gew.-% Al/2 Gew.-% V/2 Gew.-% Mo/Fe-Legierung wurde als Material für einen Titanlegierungswalzblock verwendet. Drei Titanlegierungswalzblöcke, die jeweils die im vorhergehenden genannte chemische Zusammensetzung und die Abmessungen einer Dicke von 20 mm, einer Breite von 100 mm und einer Länge von 150 mm aufwiesen, wurden aufeinandergestapelt. Die obere Oberfläche des obersten Walzblocks, die untere Oberfläche des untersten Walzblocks und die peripheren seitlichen Oberflächen der drei Walzblöcke wurden mit jeweiligen Kohlenstoffstahlplatten bedeckt, und die Kohlenstoffstahlplatten wurden an Luft aneinanderheftgeschweißt, um eine heftgeschweißte Kohlenstoffstahlhülle herzustellen, wodurch ein vorläufiger zusammengesetzter Walzblock, der in diesem die drei Titanlegierungswalzblöcke enthielt und die Abmessungen einer Dicke von 180 mm, einer Breite von 150 mm und einer Länge von 200 mm aufwies, hergestellt wurde.
Bei der Herstellung des im vorhergehenden genannten vorläufigen zusammengesetzten Walzblocks wurde ein Trennmittel in einer Menge von 300 ml/m², das ein pulverförmiges Aluminiumoxid als Feststoffgehalt in einer Menge von 50 Gew.-% mit einer Teilchengröße von 44 μm (325 mesh) umfasste, auf die Oberflächen der drei Titanlegierungswalzblöcke appliziert.
Danach wurde der auf diese Weise hergestellte vorläufige zusammengesetzte Walzblock in eine Vakuumkammer gegeben, um das Innere der heftgeschweißten Kohlenstoffstahlhülle zu entlüften. Danach wurden die die Kohlenstoffstahlhülle bildenden Kohlenstoffstahlplatten in einer Vakuumatmosphäre durch Elektronenstrahlschweißen zusammengeschweißt, wodurch ein zusammengesetzter Walzblock hergestellt wurde, der die Abmessungen einer Dicke von 180 mm, einer Breite von 150 mm und einer Länge von 200 mm aufwies und in diesem die drei Titanlegierungswalzblöcke, die jeweils die oben genannten Abmessungen aufwiesen, enthielt, wobei das Innere bei dem in Tabelle 1 angegebenen Vakuumgrad (Pa (Torr)) gehalten wurde.
Danach wurde der auf diese Weise hergestellte zusammengesetzte Walzblock auf eine Temperatur von etwa 850°C erhitzt und einem Warmwalzen, das ein Querwalzen umfasste, mittels einer Blechstraße in einem Temperaturbereich von 830 bis 680°C unterzogen, wobei drei Titanlegierungsbleche gebildet wurden. Dann wurde die Kohlenstoffstahlhülle von den auf diese Weise gebildeten Titanlegierungsblechen entfernt, wodurch drei Titanlegierungsbleche, die jeweils die Abmessungen einer Dicke von 2 mm, einer Breite von 250 mm und einer Länge von 500 mm aufwiesen, innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung (im folgenden als die "Prüflinge gemäß der Erfindung" bezeichnet) Nr. A01 bis A04 hergestellt wurden.
Zu Vergleichszwecken wurden drei Titanlegierungswalzblöcke, die jeweils die gleiche chemische Zusammensetzung und die gleichen Abmessungen wie die Prüflinge gemäß der Erfindung Nr. A01 bis A04 aufwiesen, verwendet, und ein zusammengesetzter Walzblock, der die Abmessungen einer Dicke von 180 mm, einer Breite von 150 mm und einer Länge von 200 mm aufwies und die drei Titanlegierungswalzblöcke in diesem enthielt, wobei das Innere bei dem in Tabelle 1 angegebenen Druck (Pa) gehalten wurde, auf die gleiche Weise wie bei den Prüflingen gemäß der Erfindung Nr. A01 bis A04 hergestellt, wobei jedoch der Vakuumgrad während des Elektronenstrahlschweißens gering und außerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung war.
Danach wurde der auf diese Weise hergestellte zusammengesetzte Walzblock dem Warmwalzen, das das Querwalzen umfasste, in der gleichen Weise wie bei den Prüflingen gemäß der Erfindung Nr. A01 bis A04 unterzogen, wobei drei Titanlegierungsbleche gebildet wurden. Danach wurde die Kohlenstoffstahlhülle von den auf diese Weise gebildeten Titanlegierungsblechen entfernt, wodurch drei Titanlegierungsbleche, die jeweils die Abmessungen einer Dicke von 2 mm, einer Breite von 250 mm und einer Länge von 500 mm aufwiesen, außerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung (im folgenden als "Vergleichsprüfling" bezeichnet) Nr. A05 hergestellt wurden.
Für jeden der oben genannten Prüflinge gemäß der Erfindung Nr. A01 bis A04 und den Vergleichsprüfling Nr. A05 wurde der Zustand der Bildung einer Oxidzunderschicht und einer minderwertigen Schicht durch eine Betrachtung der Querschntittsmikrostruktur untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. Danach wurde nach dem Durchführen eines Beizens an den Prüflingen gemäß der Erfindung Nr. A01 bis A04 und dem Vergleichsprüfling Nr. A05 ohne das Durch führen eines Strahlens die Bearbeitbarkeit durch einen Biegetest untersucht. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 angegeben.
Tabelle 1
Durch Tabelle 1 wird bestätigt, dass die Bildung der Oberflächenzunderschicht und der minderwertigen Schicht, die durch im Inneren des zusammengesetzten Walzblocks verbleibende gasförmige Elemente verursacht wurden, während des Erhitzens und des Warmwalzens des zusammengesetzten Walzblocks in den Prüflingen gemäß der Erfindung Nr. A01 bis A04, bei denen der Vakuumgrad im Inneren des zusammengesetzten Walzblocks bei einem zufriedenstellenden Druck von bis zu 1,33 Pa (1 × 10^–2 Torr) innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung gehalten wurde, deutlich verhindert wurde. Daher betrug der kritische Biegefaktor (d. h. das Verhältnis des Pressstempelradius einer Biegetestvorrichtung zur Prüflingsdicke beim Auftreten eines Risses im Prüfling) der Prüflinge gemäß der Erfindung Nr. A01 bis A04 bis zu 4, was eine zufriedenstellende Biegbarkeit darstellt. Bei dem Vergleichsbeispiel Nr. A05 wurden dagegen eine dicke Oxidzunderschicht und eine dicke minderwertige Schicht während des Erhitzens und des Warmwalzens des zusammengesetzten Walzblocks gebildet, da der Vakuumgrad im Inneren desselben schlecht und außerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung mit einem Wert von 6,65 Pa (5 × 10^–2 Torr) war. Daher betrug der kritische Biegefaktor des Vergleichsprüflings Nr. A05 6, was eine gegenüber den Prüflingen gemäß der Erfindung Nr. A01 bis A04 minderwertige Biegbarkeit darstellt.
Beispiel 2
Eine 6 Gew.-% Ti/4 Gew.-% Al/V-Legierung wurde als Material für einen Titanlegierungswalzblock verwendet. Eine obere Oberfläche, eine untere Oberfläche und periphere seitliche Oberflächen eines Walzblocks, der die im vorhergehenden genannte chemische Zusammensetzung und die Abmessungen einer Dicke von 20 mm, einer Breite von 100 mm und einer Länge von 150 mm aufwies, wurde mit jeweiligen Kohlenstoffstahlplatten bedeckt und die Kohlenstoffstahlplatten wurden an Luft aneinander heftgeschweißt, um eine heftgeschweißte Kohlenstoffstahlhülle herzustellen, wodurch ein vorläufiger zusammengesetzter Walzblock hergestellt wurde, der den Titanlegierungswalzblock enthielt und die Abmessungen einer Dicke von 140 mm, einer Breite von 150 mm und einer Länge von 200 mm aufwies.
Bei der Herstellung des im vorhergehenden genannten vorläufigen zusammengesetzten Walzblocks wurde ein Trennmittel in einer Menge von 300 ml/m², das ein pulverförmiges Alumini umoxid als Feststoffgehalt in einer Menge von 50 Gew.-% mit einer Teilchengröße von 44 μm (325 mesh) umfasste, auf die obere Oberfläche und die untere Oberfläche des Titanlegierungswalzblocks appliziert.
Danach wurde der auf diese Weise hergestellte vorläufige zusammengesetzte Walzblock in eine Vakuumkammer gegeben, um das Innere der heftgeschweißten Kohlenstoffstahlhülle zu entlüften. Danach wurden die die Kohlenstoffstahlhülle bildenden Kohlenstoffstahlplatten in einer Vakuumatmosphäre durch Elektronenstrahlschweißen zusammengeschweißt, wodurch ein zusammengesetzter Walzblock hergestellt wurde, der die Abmessungen einer Dicke von 140 mm, einer Breite von 150 mm und einer Länge von 200 mm aufwies und in diesem den Titanlegierungswalzblock, der die oben genannten Abmessungen aufwies, enthielt, wobei das Innere bei dem in Tabelle 2 angegebenen Vakuumgrad (Pa (Torr)) gehalten wurde.
Danach wurde der auf diese Weise hergestellte zusammengesetzte Walzblock auf eine Temperatur von etwa 950°C erhitzt und einem Warmwalzen, das ein Querwalzen umfasste, mittels einer Blechstraße in einem Temperaturbereich von 930 bis 780°C unterzogen, wobei ein Titanlegierungsblech hergestellt wurde. Dann wurde die Kohlenstoffstahlhülle von dem auf diese Weise gebildeten Titanlegierungsblech entfernt, wodurch ein Titanlegierungsblech, das jeweils die Abmessungen einer Dicke von 2 mm, einer Breite von 250 mm und einer Länge von 500 mm aufwies, innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung (im folgenden als die "Prüflinge gemäß der Erfindung" bezeichnet) Nr. B01 bis B04 hergestellt wurde.
Zu Vergleichszwecken wurde ein Titanlegierungswalzblock, der die gleiche chemische Zusammensetzung und die gleichen Abmessungen wie die Prüflinge gemäß der Erfindung Nr. B01 bis B04 aufwies, verwendet, und ein zusammengesetzter Walzblock, der die Abmessungen einer Dicke von 140 mm, einer Breite von 150 mm und einer Länge von 200 mm aufwies und den Titanlegierungswalzblock in diesem enthielt, wobei das Innere bei dem in Tabelle 2 angegebenen Vakuumgrad (Pa (Torr)) gehalten wurde, auf die gleiche Weise wie bei den Prüflingen gemäß der Erfindung Nr. B01 bis B04 hergestellt, wobei jedoch der Vakuumgrad während des Elektronenstrahlschweißens gering und außerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung war.
Danach wurde der auf diese Weise hergestellte zusammengesetzte Walzblock dem Warmwalzen, das das Querwalzen umfasste, in der gleichen Weise wie bei den Prüflingen gemäß der Erfindung Nr. B01 bis B04 unterzogen, wobei ein Titanlegierungsblech gebildet wurde. Danach wurde die Kohlenstoffstahlhülle von dem auf diese Weise gebildeten Titanlegierungsblech entfernt, wodurch ein Titanlegierungsblech, das die Abmessungen einer Dicke von 2 mm, einer Breite von 250 mm und einer Länge von 500 mm aufwies, außerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung (im folgenden als "Vergleichsprüfling" bezeichnet) Nr. B05 hergestellt wurde.
Für jeden der oben genannten Prüflinge gemäß der Erfindung Nr. B01 bis B04 und den Vergleichsprüfling Nr. B05 wurde der Zustand der Bildung einer Oxidzunderschicht und einer minderwertigen Schicht durch eine Betrachtung der Querschntittsmikrostruktur untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. Danach wurde nach dem Durchführen eines Beizens an den Prüflingen gemäß der Erfindung Nr. B01 bis B04 und dem Vergleichsprüfling Nr. B05 ohne das Durchführen eines Strahlens die Bearbeitbarkeit durch einen Biegetest untersucht. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
Durch Tabelle 2 wird bestätigt, dass die Bildung der Oberflächenzunderschicht und der minderwertigen Schicht, die durch im Inneren des zusammengesetzten Walzblocks verbleibende gasförmige Elemente verursacht wurden, während des Erhitzens und des Warmwalzens des zusammengesetzten Walzblocks in dem Prüflingen gemäß der Erfindung Nr. B01 bis B04, bei denen der Vakuumgrad im Inneren des zusammengesetzten Walzblocks bei einem zufriedenstellenden Druck von bis zu 1,33 Pa (1 × 10^–2 Torr) innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung gehalten wurde, deutlich verhindert wurde. Daher betrug der kritische Biegefaktor der Prüflinge gemäß der Erfindung Nr. B01 bis B04 bis zu 6, was eine zufriedenstellende Biegbarkeit darstellt. Bei dem Vergleichsbeispiel Nr. B05 wurden dagegen eine dicke Oxidzunderschicht und eine dicke minderwertige Schicht während des Erhitzens und des Warmwalzens des zusammengesetzten Walzblocks gebildet, da der Vakuumgrad im Inneren desselben schlecht und außerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung mit einem Wert von 6,65 Pa (5 × 10^–2 Torr) war. Daher betrug der kritische Biegefaktor des Vergleichsprüflings Nr. B05 8, was eine gegenüber den Prüflingen gemäß der Erfindung Nr. B01 bis B04 minderwertige Biegbarkeit darstellt.
Beispiel 3
Eine 4,5 Gew.-% Ti/3 Gew.-% Al/2 Gew.-% V/2 Gew.-% Mo/Fe-Legierung wurde als Material für einen Titanlegierungswalzblock verwendet. Zwei Titanlegierungswalzblöcke, die jeweils die im vorhergehenden genannte chemische Zusammensetzung und die Abmessungen einer Dicke von 20 mm, einer Breite von 100 mm und einer Länge von 150 mm aufwiesen, wurden aufeinandergestapelt. Die obere Oberfläche des obersten Walzblocks, die untere Oberfläche des untersten Walzblocks und die peripheren seitlichen Oberflächen der zwei Walzblöcke wurden mit jeweiligen Kohlenstoffstahlplatten bedeckt, und die Kohlenstoffstahlplatten wurden an Luft aneinanderheftgeschweißt, um eine heftgeschweißte Kohlenstoffstahlhülle herzustellen, wodurch ein vorläufiger zusammengesetzter Walzblock, der in diesem die zwei Titanlegierungswalzblöcke enthielt und die Abmessungen einer Dicke von 160 mm, einer Breite von 150 mm und einer Länge von 200 mm aufwies, hergestellt wurde.
Bei der Herstellung des im vorhergehenden genannten vorläufigen zusammengesetzten Walzblocks wurde ein Trennmittel in einer Menge (ml/m²), die in Tabelle 4 angegeben ist, das ein pulverförmiges Aluminiumoxid, ein pulverförmiges Zirconiumoxid, ein pulverförmiges Bornitrid oder ein pulverförmiges Titandioxid als Feststoffgehalt mit einer Teilchengröße (mesh) und in einer Menge (Gew.-%), die in Tabelle 3 angegeben ist, umfasst, auf die Oberflächen der zwei Titanlegierungswalzblöcke appliziert.
Bei der Applikation des im vorhergehenden genannten Trennmittels wurde der Wert von X·Y/(1 – √(Z: 133)), der die Gesamtapplikationsmenge der Trennmittelzusammensetzung darstellt, wobei
X: Gewichtsprozentanteil (Gew.-%) des Feststoffgehalts in der Trennmittelzusammensetzung,
Y: Gesamtapplikationsmenge pro Quadratmeter (ml/m²) der Trennmittelzusammensetzung und
Z: Druck (Pa) im Inneren des mittels Elektronenstrahlschweißen hergestellten zusammengesetzten Walzblocks,
auf den in Tabelle 4 angegebenen eingestellt.
Danach wurde der auf diese Weise hergestellte vorläufige zusammengesetzte Walzblock in eine Vakuumkammer gegeben, um das Innere der heftgeschweißten Kohlenstoffstahlhülle zu entlüften. Danach wurden die die Kohlenstoffstahlhülle bildenden Kohlenstoffstahlplatten in einer Vakuumatmosphäre durch Elektronenstrahlschweißen zusammengeschweißt, wodurch ein zusammengesetzter Walzblock hergestellt wurde, der die Abmessungen einer Dicke von 160 mm, einer Breite von 150 mm und einer Länge von 200 mm aufwies und in diesem die zwei Titanlegierungswalzblöcke, die jeweils die oben genannten Abmessungen aufwiesen, enthielt, wobei das Innere bei dem in Tabelle 3 angegebenen Vakuumgrad (Pa (Torr)) gehalten wurde.
Danach wurde der auf diese Weise hergestellte zusammengesetzte Walzblock auf eine Temperatur von etwa 850°C erhitzt und einem Warmwalzen, das ein Querwalzen umfasste, mittels einer Blechstraße in einem Temperaturbereich von 830 bis 680°C unterzogen, wobei zwei Titanlegierungsbleche gebildet wurden. Dann wurde vor dem Entfernen der Kohlenstoffstahlhüllen von den auf diese Weise gebildeten zwei Titanlegierungsblechen der zusammengesetzte Walzblock 1 h einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 720°C unterzogen und dann wurden die zwei Titanlegierungsbleche, von denen die Kohlenstoffstahlhülle entfernt war, einem Beizen unterzogen, wodurch Titanlegierungsbleche innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung (im folgenden als die "Prüflinge gemäß der Erfindung" bezeichnet) Nr. C01, C03, C05 bis C09 und C11 und die Titanlegierungsbleche außerhalb des Schutzumfangs der Erfindung (im folgenden als die "Vergleichsprüflinge" bezeichnet) Nr. C02, C04 und C10, die jeweils die Abmessungen einer Dicke von 2 mm, einer Breite von 250 mm und einer Länge von 500 mm aufwiesen, hergestellt wurden.
Für jeden der im vorhergehenden genannten Prüflinge gemäß der Erfindung und Vergleichsprüflinge wurde der Zustand des Auftretens einer Verbindung zwischen dem Prüfling und der Kohlenstoffstahlhülle und zwischen den Prüflingen und der Zustand des Auftretens von Zacken auf der Oberfläche des Prüflings untersucht. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 4 angegeben. In der Spalte "Verbindung" in Tabelle 4 bedeutet das Zeichen "O" den Fall, dass zwischen dem Prüfling und der Kohlenstoffstahlhülle und zwischen den Prüflingen keine Verbindung erfolgte und die Trennung der Kohlenstoffstahlhülle von dem Prüfling und die Trennung der Prüflinge voneinander leicht war; und das Zeichen "X" den Fall, dass die im vorhergehenden angegebene Verbindung erfolgte und die im vorhergehenden angegebene Trennung schwierig war. In der Spalte Zacken in Tabelle 4 bedeutet das Zeichen "O" den Fall, dass auf der Prüflingsoberfläche kein großer Zacken auftrat, und das Zeichen "X" den Fall, dass auf der Prüflingsoberfläche große Zacken auftraten.
Tabelle 3
Tabelle 4
Durch die Tabellen 3 und 4 wird bestätigt, dass bei den Prüflingen gemäß der Erfindung Nr. C01, C03, C05 bis C09 und C11, in denen die Teilchengröße des Feststoffgehalts in dem Trennmittel bis zu 44 μm (325 mesh) innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung betrug und die Gesamtapplikationsmenge des Trennmittels so eingestellt war, dass die folgende Gleichung erfüllt wurde: 5000 ≤ X·Y/(1 – √(Z: 133))wobei X: Gewichtsprozentanteil (Gew.-%) des Feststoffgehalts in der Trennmittelzusammensetzung,
Y: Gesamtapplikationsmenge pro Quadratmeter (ml/m²) der Trennmittelzusammensetzung und
Z: Druck (Pa) im Inneren des mittels Elektronenstrahlschweißen hergestellten zusammengesetzten Walzblocks,
keine Verbindung zwischen dem Prüfling und der Kohlenstoffstahlhülle und zwischen den Prüflingen erfolgte und daher eine Trennung der Kohlenstoffstahlhülle von dem Prüfling und eine Trennung der Prüflinge voneinander leicht durchgeführt werden konnte und auf der Prüflingsoberfläche kein großer Zacken auftrat.
Im Vergleichsprüfling Nr. C02 wurden im Gegensatz dazu durch den Feststoffgehalt im Trennmittel selbst große Zacken verursacht, da die Teilchengröße des Feststoffgehalts im Trennmittel groß und außerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung mit einem Wert von 53 μm (270 mesh) war. In dem Vergleichsprüfling Nr. C04 erfolgte eine Verbindung zwischen dem Prüfling und der Kohlenstoffstahlhülle und zwischen den Prüflingen, da der Wert von X·Y/(1 – √(Z: 133)), der die Gesamtapplikationsmenge der Trennmittelzusammensetzung darstellt, nur 4057 – außerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung – betrug, und infolgedessen die Trennung der Kohlenstoffstahlhülle von dem Prüfling und die Trennung der Prüflinge voneinander schwierig war. Im Vergleichsprüfling Nr. C10 hielt das Trennmittel zusammen, da der Wert von X·Y/(1 – √(Z: 133)), der die Gesamtapplikationsmenge der Trennmittelzusammen setzung darstellt, ein hoher Wert von 25359 – außerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung – war und infolgedessen auf der Prüflingsoberfläche große Zacken auftraten.
In den im vorhergehenden beschriebenen Beispielen 1 bis 3 wurde die 4,5 Gew.-% Ti/3 Gew.-% Al/2 Gew.-% V/2 Gew.-% Mo/Fe-Legierung oder die 6 Gew.-% Ti/4 Gew.-% Al/V-Legierung als Material für Titanlegierungswalzblöcke verwendet. Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Titanlegierungen sind jedoch nicht auf diese Legierungen beschränkt, sondern verwendbare Titanlegierungen umfassen eine 6 Gew.-% Ti/2 Gew.-% Al/4 Gew.-% Sn/6 Gew.-% Zr/Mo-Legierung, eine 8 Gew.-% Ti/1 Gew.-% A1/1 Gew.-% Mo/V-Legierung und eine 5 Gew.-% Ti/2,5 Gew.-% Al/Sn-Legierung und dgl. In den Beispielen 1 bis 3 wurde Elektronenstrahlschweißen als Schweißen mit hoher Energiedichte in einer Vakuumatmosphäre verwendet. Das Schweißen mit hoher Energiedichte bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf dieses beschränkt, sondern es kann auch ein Laserstrahlschweißen verwendet werden. Ferner kann die Zahl der in der Kohlenstoffstahlhülle enthaltenen Titanlegierungswalzblöcke beliebig sein.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, das im vorhergehenden detailliert beschrieben wurde, kann ein Titanlegierungsblech mit hervorragender Oberflächenbeschaffenheit und Bearbeitbarkeit effizient hergestellt werden, wodurch gewerblich anwendbare Wirkungen bereitgestellt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Titanlegierungsblechs, das die folgenden Stufen umfasst: Bedecken der oberen Oberfläche, unteren Oberfläche und peripheren seitlichen Oberflächen von mindestens einem Walzblock einer Titanlegierung mit jeweils Kohlenstoffstahlplatten und Zusammenschweißen der Kohlenstoffstahlplatten mittels Schweißen mit hoher Energiedichte bei einem Druck von bis zu 1,33 Pa (10^–2 Torr) unter Bildung einer Kohlenstoffstahlhülle, wodurch ein zusammengesetzter Walzblock, der darin den Titanlegierungswalzblock enthält, dessen Inneres bei einem Druck von bis zu 1,33 Pa (10^–2 Torr) gehalten wird, hergestellt wird; vor der Stufe des Herstellens des zusammengesetzten Walzblocks Applizieren einer aufsprühbaren Trennmittelzusammensetzung, die als Feststoffgehalt ein pulverförmiges Metalloxid oder pulverförmiges Metallnitrid mit einer Teilchengröße von bis zu 44 μm (325 mesh) umfasst, auf die obere Oberfläche und die untere Oberfläche des Titanlegierungswalzblocks und/oder auf die jeweiligen inneren Oberflächen der Kohlenstoffstahlhülle, die diesen zugewandt sind; Einstellen der Gesamtapplikationsmenge der Trennmittelzusammensetzung auf die obere Oberfläche und die untere Oberfläche des Titanlegierungswalzblocks und/oder auf die jeweiligen inneren Oberflächen der Kohlenstoffstahlhülle, die diesen zugewandt sind, derart, dass die im folgenden angegebene Gleichung erfüllt wird: 5000 ≤ X·Y/(1 – √(Z: 133)) ≤ 25000wobei X: Gewichtsprozentanteil (Gew.-%) des Feststoffgehalts in der Trennmittelzusammensetzung, Y: Gesamtapplikationsmenge pro Quadratmeter (ml/m²) der Trennmittelzusammensetzung und Z: Druck (Pa) im Inneren des mittels des Schweißens mit hoher Energiedichte hergestellten zusammengesetzten Walzblocks; Durchführen eines Warmwalzens an dem auf diese Weise hergestellten zusammengesetzten Walzblock unter Formen des in dem zusammengesetzten Walzblock enthaltenen Titanlegierungswalzblocks zu einem Titanlegierungsblech der vorgeschriebenen Form und Abmessungen; und Entfernen der Kohlenstoffstahlhülle von dem auf diese Weise als Produkt gebildeten Titanlegierungsblech.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei: vor der Stufe des Entfernens der Kohlenstoffstahlhülle von dem gebildeten Titanlegierungsblech der warmgewalzte zusammengesetzte Walzblock einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei: die Wärmebehandlung ein Kriechstrecken umfasst.