JPS5982101A - チタン合金棒の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 木発）９１はチタン合金棒の製造方法に関する。

［背景技術］ チタン合金はその利用が各種の分野に広がりつつあるが
、２次製品用素材としては一般に丸棒の形に製造される
。斯かるチタン合金棒は従来は鍛ｊｉ晃法又はカリバー
ロールを利用した棒材圧延法によって製造されていた。

これらの方法の間顕点を指摘するに先立ちチタン合金の
特徴について説明する。

チタン合金にはα型（Ｔ＋　　５ＡＩ　　２．５Ｓｎｈ
！？、）、α＋β型（Ｔ　１−６Ａｌ−４Ｖ　、　Ｔ　
１−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓ　ｎ等）、β型（Ｔ　ｉ　−１
３Ｖ−Ｉ　ＩＣｒ−３Ａｕ　、　Ｔ　ｉ　−１５Ｍｏ−
５Ｚ　ｒ−３Ａ１等）の３種類に大別できる。

これは常温にて存在する相がαイ１１．α＋β相。

β相のいずれであるかによって区別されるものである。

そしてα相−β相の変態点Ｃ’Ｒ１に温度は合金によっ
て異る）があり、α型の合金でもＷｉ、１度上昇に伴い
α十βイ目、β相と変態していき、寸だα＋β型の合金
も同じくβ相に変癌する。

さてチタン合金の品質はそのマクロね［織、ミクロ組織
によって支配され、良好なマクロ、ミクロ組織を有する
ものｔｒｉｌ洛々規格を満足するものであるということ
ができる。この組織は加工ＪＩＧｔ歴及び加工温度履歴
の影響を受け、前者については適正々鍛造比又は圧延比
と、横断面内均一性が要求される。後者についてはα型
、α＋β型の合金でＶ」仕上げ鍛造、仕上げ圧延の温度
がａｒｇ温度、α＋β域温度（つまりα相、ＣＭ＋β相
にある温度領域、又けβ変態温度ノソ下の頭載）にある
必要がある。

これは仕上げ加工中にβ変態温度以上に加工温度が上昇
するとα相がβ相に変態して冷却後にも良好なαＩＩＪ
、　Ｌｙ＋β用が得られないからである。つ寸り結晶粒
が粗大化し、また水素等のガスを１吸収し易くなり、そ
の性質の劣化を招来することとなる。しかし高温である
ほど変形抵抗が低く加工性が良いので一般に／ｄ粗鍛造
又は粗圧延で１はα域温度での加工とし、仕」コＩＱ　
ｊ＜牙、仕上圧延ではα域温度。

α＋β域温度での加工としている。

さてｙｌり造法によってチタン合金棒を製造する場合は
木質（ＩＸｌに外径の真円度が低く、１だ娘造割れを生
じ易い。更に中心部で内部割れを生じることも多い。

一方棒桐圧延法による場合、特に連続圧延機を使用する
場合−１、各パスごとの圧延温度の管理が困ヴイ１であ
りｉ、４度低下のために圧延中に表面割れを生じて表１
０１疵を生じる。また小ロフト多種サイズのチタン合金
棒を大１１生産に適した連続式の体調圧延機にて製ｊｉ
ｌｊすることは設備の稼■）止弁経済的である。

またいずれの方法においても萌述の表面ｊｌＥ除去のた
めに外周施削搦を大とする必要があって成品歩留が低い
。そしてこれら両方法（［Ｅ延法においてリバース圧延
機を使用する場合も含む）は断面内力−加工は木質的に
不可能であるから、１１７１面内均−ミクロ組織は得ら
れない。

〔発り］の目的〕

木売り１ｄ］このような技術的背景の下になされたもの
であって、マクロ組織、ミクロ組織か良好、従って機械
的特性に優れ、才だ内部欠陥がなく、更に表面割れが皆
無であり外周施削量が少くて済み、成品歩留が高く、加
えて外径真１１４度が高く、断面内力−加工が可能なチ
タン合金棒の製造方法を提供することを目的とする。

〔発明の要旨〕

本発明に係るチタン合金棒の製造方法はチタン合金の棒
状素材を、α域温度及びα＋β域温度での圧延の場合ｌ
ｄｌパス当りの減面率を４０％以下、１だβ域温度での
圧延の場合は１バス当りの減面率を８５％以下として熱
間の傾斜圧延を１−てチタン合金棒を製造する点に特徴
を有している。

後述するようにβ型合金の場合ｄ：ｌパスでの加工がＩ
ＩＪ′ｆ１１シな場合もあるが、一般にけ傾ぐ（圧４１
［；と再加熱とをＪＫ復して１１４次外径を絞っていく
方法をとる。ソシてα力１す、α」−βにす合４）１に
ついてｒＬ複数パスの傾ω１１］ヨ延のうち、その粗Ｖ
Ｅ延相当パスにおいてれ１−β域温度古しても、仕上圧
延相当パスｅこおいてα域、α＋β域温度とすり、ばよ
い。

使用圧’ｔ４１．４ｉ寥としてば２０−ル、３０−ル又
ｉ（ｔ　４０−ル型のイ頃斜１’Ｅ延（幾（ロータリミ
ル）を用いればよい。

α、（ｌ！＋β域温度での減面率を４０％以下としたの
に［、これを、［イ（えると加工が〆（蓄積効果により
α相がβ相にタゴノ１杢し、マクロ組織、ミクロ組織に
悪影入祠９ｓを及ばすからであり、またβ域温度での減
面率を８５％以下吉したのはこれを紹えると１仇而内の
一部で粗大粒が発生し均質な粒度を有する５川織７１”
　ｌ＃らハなくなるためである。これらは以下に示すマ
クロ組織、ミクロ組織に対して減面率か及ぼす影響を調
べた実験の結果によって１月らかにされた。

［マクロ組織についての検Ｋ・］］ まずｌバス当りの減面率が圧延後のマクロ組織に及ぼす
影響について調査した。

実１倹はα」＝β型のチタン合金（Ｔｉ−６ＡＩ−４Ｖ
　）で鍛造によって（暇造比１０．０　）９０ｆ’Ｘ３
００Ｉさしてβ単相となったものを素材として用いた。

第１図は本発明方法の工程を模式的に示す図面であり、
このす（験においてもこの図ＱこンＪぐさ）１．る−Ｉ
エイ１１！によっている。即ち９０φＸ３００１！の彼
１ｊ−０包１＜’　１を加熱炉２へ装入し、９３０℃（
α斗β域扁１’ｊ　）として炉から抽出し、；３０−ル
の交叉；！＋’！　（！Ｊ７４＋１圧延（、′ρ３１て
て圧延し、次いで９３０℃に１１１加熱するという］−
稈を所定回数１に復し、イ唄斜圧げ伽３から９．（、（
、正Ｄｆ４へ送り出し、ここで曲りを７ｉｆ＃　、−ｉ
Ｅ　Ｌでイノ月４ｊｆ　ｈ　５にて定尺用１１ｆｉする
という工程をとる。

１ｒＩ述のように傾斜圧延４ｔ１．Ｊ２０−ル、：）ロ
ール又（１４０−ルのものを用いイ１トるがここで用い
たものｔ；１、；３０−ルの交叉型であり、しかも交ヌ
角、　（ｎ＋斜角のＩｆ”Ａ　！！％が可能々圧延ゲ（
である。第２図１は被圧延材の入側から示す圧延機３の
略示正ｉＴｉ、ｉ図、第３図は第２図のＩｌｌ　−ｌｉ
ｔ線による断面図、第４図にその傾斜角βを示す側１ｆ
１１図である。３個のロール３１、３２．　：３：３１
ｒＪ、被１王延桐１の出側端部にゴー、ジ部：Ｈａ　、
　３２ａ　、　３．３ａを備え、ゴージ１η１−を境に
して彼）Ｉ；延伺１の入側は軸部１に向けて漸次直径を
后ｆ小され、寸だ出側ｄ］拡大されて円錐台形をなす入
口１ｒｉ１３１ｂ、　３２ｂ、　３３ｂ及び出口面：Ｈ
ｃ、　３２ｃ、　３３ｃをｆｌｉ！ｉえている。このよ
うなコーン型のロール；３１゜３２．３３はいずれもそ
の入口面３１ｂ　、　３２１）　、　３３ｂを被圧延４
／１１の移動方向上流側に位置させた状Ｙ島とし、壕だ
軸心線Ｙ−Ｙと、ゴージ部：Ｈａ、３２ａ。

３３ａを含む平面との交点０（以下ロール設定中心とい
う。）を、被圧延材１のパスラインＸ−Ｘと直交する同
一平面上にてバスラインＸ−Ｘ周りに略等間隔に位置せ
しめるべく配設さ力、でいる。そして各ロール：３１，
３２．３３の軸心線Ｙ−Ｙけロール設定中心回りに、被
圧延材１のパスラインＸ−Ｘとの関係において第３図に
示すように前方の軸端がパスラインＸ−Ｘに向けて接近
するよう交叉角γ（可変）だけ交叉（傾斜）せしめられ
、１１つ第２図、第４図に示すように前方の軸ｊν１１
１；が被部Ｑ１［。

（／１１１の周方向の同じ側に向けて傾斜角β（ｉｌ斐
）たけ傾斜せしめられている。ロール３１．３２．３３
は図示しない叱！ｌＪ、１源に連繋されており、第２図
に矢符で示す如く周方向に回転Ｖｊ／、ｕＩされ、これ
らのロール間に噛み込まれた熱間の被圧延材１ｄその＋
ｌｔ＋Ｉ＋心線回りに回転１．ｔ７Ｘｊｌのされつつ＋
ｔｉ＋ｆｔ長方Ｊｉ４に移りｊｌｌされる。即ち螺ｊ１
（移！１ｕ１せしめられつつ外径を絞られ高圧下を受け
ることになる。

而してこの圧延機にて交叉角を４°、傾斜角を１１゜に
設定した。ロール径は２００φ、ロールｔｔ　’ｊ’Ｅ
　ｔｒＪ：ＳＣＭ４４０である。なお交叉角、傾斜角Ｉ
：Ｊ−木発明方法の実施に際しても上述の値に限定され
るものではなく、例えば交叉角が角（後側のｌｌｌｌｌ
ｌ幅１かパスラインＸ−Ｘに向けて接近する状１−１ミ
になっている）であってもよい。捷た傾斜庄？ｊ［ＩＩ
　３のロール軸保持形式は固持１片持のいずれであって
もよい。

以上の共通条件の下で第１表に示す３通りのバススケジ
ュールにて圧延した。即ち第１スケジユールに、最大減
面率が３０％で７パスにて３５０≠に、第２スケジユー
ルＱ」最大減面率が４０％で６バスにて３４．０≠に、
第３スケジユールは１没犬減面率５０％で４バスにて３
６．５−になしている。第５図（ａ）　（＋））（ｃ）
　ｋｌ、夫々第１．第２．第３スケジユールによっだ］
ン）合のマクロ組織写真である。

このマクロ写真から次のような結論が得られる。

即ち第：３スケジユールの結果から）Ｉｌｌらかな如く
１パス当りの７威而率が最大５０％であるパススケジュ
ール全稈ると良好なマクロ組織は得られない。

これは１下延時の加工熱の発生が大きく、被圧延材温度
がβ変態点温度以上となる部分があり、０十β相がβ相
に友態したためであると考えられる。

第１スケジユールの結果から明らかな如く、１パス当り
の減面率が最大３０％である場合は良好なマクロ組織が
得られる。

第２スケジユールの結果についてみると１パス当りの最
大７威面率が４０％の場合は、第１スケジユールの３０
％、第３スケジユールの５０％ｏ４合の中間のマクロ組
織が得られるところとなり、第５図（ｂ）のように外周
近傍にリング形状が現１Ｌ。

マクロ組織は決して良好とは言乏−ないものの、このリ
ング部分のミクロ組織の観察によるとぞ−の周辺のミク
ロ組織同様にα＋β、１１１を早しており間！＋’ｌ１
表する程のものではない。

従ってα＋β１１１！合金にて良好な７２０組Ｓ１・“
■を１！する」二でα＋β域温度での１パス当りの減面
率は４０％以下とする必要があるということになる。

全ぐ同様の実＋Ｈ（坂をαシ１〜チタン合金′Ｉ’　ｉ
　−５Ａ　ｌ−２，５Ｓ　ｎについて行った。似し加熱
温度はこの素Ｈのα十β域温度である９６０℃とした。

そしてその結果Ｑこついても上記α＋β型合金と同様、
７２０組ｉｉｉ、　−１，、α＋β域ｔ１ｉ度での１パ
ス当りの減ｉ’ｒ＋ｉ小ｄ″４（）％以下とする必依が
あるとの結論がれｌ・られた。

次にβ型チタン合金であるＴ　１−１３Ｖ−１１ｃｒ−
、’３Ａｌについて加熱温度９００℃で同イ、・ηの実
験をイ］つた。

この場合のマクロ組織は第１．第２．第；３スケジユー
ルとも良好なものが得られた。そこでより１−１”ｈい
生産能率を得られる可能性を探るために憔ｔ′、ｑでは
司能な、■パス当りの減面率を８０％（９０φ−４０φ
）とすること、を試みたところマクロ組織には河らの異
常も凶められなかった。

〔ミクロ組織ｅこついての検討〕

次に（ＩＩＩ　Ｊ、ｒ、ｑ合金Ｔ　１−５ＡＩ！−２，
５Ｓｎ　、　（１１＋β型合金］゛ｉ−６Ａｌ−４Ｖ及
びβ型合金Ｔ　ｉ−１３Ｖ−Ｉ　ＩＣｒ−３Ａｌについ
てミクロ組織を一１°１１べだ。

使用素材は＋Ｈｆ同様β単相の鍛造丸棒９０１’Ｘ３０
０／？。

加熱＃、ｊ１度はｎｆｌ記α型合金で９６０℃、α」−
β型合金で９３０℃、β型合金で９００℃であり、使用
傾斜圧延機、及びその交叉角、傾斜角の設定条件は曲述
したところと同様である。そして実施パススケジュール
は［）り記第２スケジュール（最大減面率４０％）であ
る。第６図（ａ）　（＋））　（ｃ）にその圧延結束の
ミクロ組織写真を示し、第６図（ａ）　（ｃｌは１００
倍、第６図（１）ｌけ５００倍のものである。

第６図（ａ）　Ｕ　ｏ！型合金Ｔ　１−５Ａｌ−２，５
Ｓ　ｎＯものであって圧延後空冷した。エツチングは１
０％ＨＦ−５％ＨＮＯ。

にて行った。

第６図（１））はσ＋β型合金合金Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ
のであ“りて、圧延後空冷した。エツチング１１２％Ｉ
−Ｔ　Ｆ−４ΦＩ−ＴＮＯｓにて行った。

第６図（ｃ）はβ型合金Ｔｉ−１３Ｖ−１１Ｃｒ−３Ａ
ｅのものであって、圧延後水冷した。エツヂングＩ″Ｊ
２峠、ｏＦ−４％ＨＮＯ３にて行った。

これらのミクロ写真の観察から１バス当りの１１・ｋｉ
Ｔｉｉ率が４０％である場合にＩｉ捧めて良好なミクロ
組織がｔＩＩられることが解る。

次にβ７１；（」合金Ｔｉ−１３Ｖ−１１ｃｒ−３Ａｌ
　（・こついて１バスにて９０φから３５−寸で外径を
絞る、つΔり減面率を約８５％とする圧延を行いそのミ
クロ組織を調べた。加熱＋７１ｒＸＪ丈、圧延仔毛の１
役定弯他の条件は上述したところと同様である。このμ
２７合の波目５延Ｈの中心部のミクロ組織は第６図（ｃ
）と同様であるが、表層部より少し中心寄りの部分のミ
クロ組織は中心部の粒度よりも１．５倍稈度７４１＜な
っており、８５％が１バス当り減面率の上限でイうるこ
吉を示していた。

以上のことから熱間Ｍ斜圧延を行い、αノー“１合金α
＋β型合金では少くとも仕上圧延にてα域温度、α＋β
域温度での圧延を行い（β型合金は当然α域温度での圧
延となる）、１バス当りの減面率はα」政、α十β域ｆ
ｔ１１１度での圧延では４０％、β域温度での圧延では
８５％を上限さすることにより、良好なマクロ川幅７．
ミクロ＃−１織を有するヂクン合金棒か得られることが
明らかである。

なおα域温度での圧延に言及しているのは、α＋β域湿
度に加熱して傾斜圧延している間において、部分的にα
域？１ｉｉ１度に低丁している処かあり、この１ｊｌ（
／、上についてはα域温度での圧延になっているが、そ
れ自体何ら不都合はなく、このような状態の圧延も木づ
たｊｌｌ、ｌＪに合むＩ泡旨である。

［実施例〕 次にα＋β型合金Ｔｉ−６ＡＡ’−４Ｖにつき本発明方
法を実施して機械的性ＪｊＡ等について測定した結果に
ついて脱ＩＩＩする。

ｉ）製造工程 第２表に示すとおりであり分塊圧延材を旋削ｌ〜て９０
φとしたものを本発明方法にて３５−に絞った。

なお粗鍛造及び分塊圧延はβ変帷温度以上にて行ってい
る。

ｉｉ）圧延条件 加熱温度：９３０℃（α＋β域温度） 使用圧延機二交叉型傾斜厘延機 交叉角（γ）　４゜ イ１（（くドｔ１角の）　　　１１゜ ロール径　２００− ロール材？−１’　　ＳＣＭ４４０ パススケジュール二第】表の第１スケジユールによる １ｉｉ）化学成分（圧延後） 第３表に示す ｉｖ）機械的性質 規格（ＡＭ３４９２８Ｈ）等に従い次のよりなＪｌｉ　
Ｉ−ＩＰＣついての試験を行った。

（イ）引張試験 試験片形状：第７図に示す。

試験片採取位置：第８図に示す。　”Ｉ’　＋　（ｒＪ
中心部、Ｔ、　ＩｉＲ／２部（半径の１／２の位置）の
ものである。

試Ｈｐ条件等：第４表に示す。

（ロ）Ｎｏｔｃｈ　　５ｔｒｅｓｓ　　Ｒｕｐｔｕｒｅ
試験ｊｌ’（＋　Ｉ”１片形状：第９図に示す。

ｒＫ　Ｉ！ｊｊｔ片採収位ＩＮ：第８図に示す。

試）い条件；第５表に示す。

試１！ｆｒχ片は軸心ｉ’ｊｌ＜　、及びＩＶ２部より
各２木採取し、２木の平均を求めている。

試験？！ｉ　Ｉｐを第６表に示す。

０う組　織 ４：＋′Ｊｌｏ図にマクロ組織写真、負５１１図（ａ）
　（ｂ）　（ｃ）に表１を月！Ｒ，Ｒ／２部、中心部夫
々の横断面ミクロ組織写真（５００イ＆）を示す。

に）βｉ−ランザス 被圧延４１からテストピースを切出し、熱処」８１１法
によりβトランザス（β変態温度）を測定した。結果は
９９０℃であった。

６ｊう超音波探傷 ５ＭＨｚにて水浸探傷（使用機協りラウトクレーマ製Ｕ
ＳＩＰ　１１）　ｌ、たが特に欠陥に１、情られなかっ
た。

以上の結果より本発明による場合は規格ＡＭ８４９２８
Ｈを十分瀾す良好なチタン合金体の製ｊ！’ｊか＋ｉｆ
１薊であることが１月らかである。

〔発明の効果〕

イ頃斜圧延イ久を用いて外径の敵り帆伸１−Ｅ　＆ｉＬ
？ｒ行うので断面内駒−加工がＦｇ　ｆｉＲとなり、０
１ｆ述の如き１パス当りの減面率の条件を満たずことで
良好なマクロ組織、ミクロ組織が得られる。そしてイφ
用厘延機が１台であるので圧延ｌ？ｌ−Ａ度管」！１１
が容ふｂとなって内部及び表層の割れの問題もＭ’？消
し、表層のｉ’ｆｉれが皆１１（＋、となる。また真円
度が高まり、寸法精度も高くなって外周旋削相が少くな
り成晶少留が向上する。捷た従来の連続式棒祠圧Ｊｉｑ
　４戊による場合はチタン合金専用のカリバー、ガイド
の設計か不可欠でありこれらに長時間を要する。しかし
ながら末完り１による場合は被圧延拐が多サイズあって
も、適当なロール設定を行うことにより広い範囲境　　
１　表 第　２　表 第　３　表 算　　４　表 第　５　麦 第　６　表 ×現格値ＭＳ４９２８Ｈ のサイズに適用でき、設備面で経済的であり、更に１パ
ス当りの減面率を自由に変更することができるので操業
」二の柔軟件に富む等、末完１１４　Ｈ優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の模式１程図、第２図は末完Ｆｌｌ
−１方法の′大凧に使用した交叉１１１ＩノＦＦ延１ｉ
１．０の略示正面図、第３図は第２図のＩＩＩ　−ＩＩ
Ｉ線による…「面図、第４図はイ＋ｉ＜　夕）角βのｔ
す１、四回、第５図（ａ）　（１１）　（Ｃ）はマクロ
組織写真、負′５６図（ａ）　（ｂ）　（ｃ）はミクロ
組織写真、第７図は引張試験片の寸法図、第８図は試険
片採収位１１イの説１月図、第９図はＮｏｔｃｈ　５ｔ
ｒｅｓｓ　Ｒｕｐｔｕｒｅ試験の試隙片の寸法図、第１
０図はマクロ組織写真、第１１図（ａ）　（＋））　（
Ｃ）はミクロ組織写真である。 １・・・被圧延材　２・・・加熱炉　３・・・傾斜圧延
機特　許　出　願　人　　　住友金ＰＩｋ工業株式会社
代理人　弁理士　　河　野　登　夫 （ρ）　　　　　　　（ｂ） ＣＣ，） ％　５　図 （久）　　　　　　　　　（ｂ） （Ｃ） 懲　６　図 第　　８　図 第　　ｑ　図 秀１１、図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　チタン合金の俸状素Ｉ（を、ｃＭＭ、温度及びα
   十β域温度での圧延の場合は１パス当りの減面率を４０
   ％以下、まだβ域温度での［モ延の場合は１バス当りの
   減面率を８５％以下として熱間の傾斜圧延をしてチタン
   合金棒を製造することを特徴とするチタン合金棒の製造
   方法。