JPH02310348A - 組織の良好なα＋β型チタン合金圧延棒および線の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、α結晶粒が等軸でかつ微細な組織を有するα
＋β型チタン合金捧および線の圧延方法に関するもので
ある。

［従来の技術］ チタン合金は、金属材料の中では比強度が太きく耐食性
が著しく優れていることから、宇宙航空機用、自動車の
特殊部品用、苛酷な腐食条件で使用される大型化学工業
用構造物等に使用されている。これらの用途では、棒や
線あるいは厚板の形状で製造された素材を熱間ないし冷
間で鍛造したり、切削加工をして部品に加工するのが通
常である。従って素材は、優れた加工性や被剛性ととも
に、加工方向によらず部品の品質が一定範囲に管理可能
であること、すなわち異方性が少ないことが要求される
。鍛造における加工性の改善は延性の改善であり、この
ためには均一でかつ微細な結晶粒組織であることが要求
される。

また異方性の低減には、結晶粒が微細であるとともに、
特にα粒が圧延方向によらず一定の形状を呈しているこ
と即ち等軸であることが必要セある。

本発明は、結晶粒が微細でα粒が等軸である異方性の少
ない加工性の優れたα＋β型チタン合金捧および線の圧
延による製造方法を提示するものである。

α＋β型チタン合金は、難加工材料のひとつであるため
に、従来棒や線では主として鍛造で製造されてきた。そ
の製造方法に関しては１例えば特開昭５３−１６１７号
公報に示されているように、鍛造での加工条件と冷却方
法を含めた熱処理との組合せの適正化に腐心されてきた
。

しかし、鍛造による素材の製造は圧延に比べて圧倒的に
生産性やコストの点で劣る。しかるに、圧延による棒や
線は、特に中心部で結晶粒が粗大化しやすくしかもα粒
が圧延方向に著しく延伸する傾向があるため、加工用素
材としては著しく品質の劣る材料しか製造できなかった
。これに対して、特開昭５８−２５４２１号公報には５
０％以上の加工度の熱間圧延後に高温での熱処理を施す
方法が、また特開昭５８−１００６６３号公報には、β
域で加工しついでα＋β域で圧延する方法が開示されて
いる。

しかし、これらの方法では、熱間圧延後に高温での熱処
理工程が不可欠であったり、太い棒線材では熱間加工中
にβ域からα＋β域の温度に冷却するために圧延ライン
上に長時間放置する必要があり生産性の低下を招くのみ
ならず１表層と中心部の大きな温度差に基づく新たな異
方性が発生する等、実用上適用はできなかった。また、
圧延後の熱処理で微細化、等細粒化を図る方法では、再
結晶の促進のために圧延温度をできる限り低温とし。

圧下される粒内に多くの変形歪を残すよう指向されてい
る。このため、加工が益々困難となり、圧延法が増加し
てその後の精整処理に苦慮する状況を生む結果となって
いる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、圧延によるα十β型チタン合金棒および線の
製造において、新たなあるいは特殊な工程を必要とせず
に、結晶粒が微細でα粒が等軸である製造方法を開示す
るものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、圧延によるα粒の変形挙動とその後の再
結晶挙動について種々検討した結果、圧延時のα粒の量
を制御しかつ圧下率を制御して圧延後ないし冷却時の再
結晶を促進させることによって、後熱処理による等細粒
化処理を行うことなく、α粒の微細化と等細粒化を達成
し得ることを見出し、本発明を成し遂げた。

α粒の高温での変形抵抗は、β粒に比べて約３倍はど高
い値を示す、β粒の中にわずかにα粒が存在する材料を
圧下すると、主として軟質なβ粒が圧下延伸し、硬いα
粒の圧下延伸は少ない、従って、本発明ではα粒の少な
い高温での圧下を指向した。

第１図は、６Ａ　Ｑ−４Ｖチタン合金（βトランザス９
９５℃）の鍛造ビレットを９５０℃および８５０℃に加
熱後８４％の減面率で圧下し空冷した棒材のＬ断面光学
顕微鏡組織である。α粒の少ない９５０℃加熱材（同図
（ａ））はα粒の多い８５０℃加熱材（（同図（ｂ））
に比べて、圧下冷却後のα粒が微細でかつ等軸であるこ
とが判る。

以上の知見に基づき、加熱温度および圧下条件を検討し
た結果１本発明を完成した。すなわち、本発明の根幹を
なす技術は、α＋β型チタン合金圧延棒および線を製造
する工程において、ビレットを９００℃以上βトランザ
ス−２０℃未満の温度に加熱し、全減面率を６０％以上
９５％以下、９００℃以上の温度域での減面率が５０％
以上、８５０℃未満の温度域での減面率が３０％以下と
し熱間圧延することを特徴とする組織の良好なα＋β型
チタン合金圧延棒および線の製造方法である。

次に本発明の加熱温度の限定理由を示す。

加熱温度は、圧下前のα粒の含有率から限定される。９
００℃未満の加熱では、α含有率が大きいために、圧下
可能な減面率が小さくなり、後述するβ粒の再結晶に必
要な圧下率を確保できないので、９００℃を下限とした
。

加熱時のα粒を極限まで減少することを狙い、βトラン
ザス−２０℃を超える温度に加熱し圧延すると、α粒が
極度に減少するためにほとんどα粒の変形に惑わされる
ことはなくなる。しかし、冷却後にβ粒からマルテンサ
イト的な針状組織が発生し、異方性が拡大するのみなら
ず、耐疲労特性が著しく劣化する。これを避けるために
は、冷却途中のα粒が多量に存在するα＋β域での強加
工（この理由については研究中であるが、硬いα相の存
在の結果生ずるβ粒内の剪断歪により針状組織への変態
が防止されるものと考えられる。）が有効であるが、そ
の際α粒が延伸するために、実用化は不可能である。従
って、加熱温度の上限をβトランザス−２０℃とした。

次に減面率の限定理由を述べる。

β粒主体の変形を行っても、厳密にはα粒の変形を防止
することは不可能である。全減面率が９５％を超えると
、α粒の変形も大きくなり圧下冷却後のＬ方向とＴ方向
の長さの比が５倍を超えるため、９５％を上限とした。

また、減面率が６０％未満では冷却後β粒から針状組織
が生成するため、６０％を下限とした。

本発明においては、β粒主体の変形を行うことがポイン
トであるために、加熱温度を９００℃以上とするだけで
なく、９００℃以上の温度域での圧下減面率を５０％以
上とし、またα粒が多くなる８５０℃未満の温度域での
圧下減面率を３０％以下とすることで、できる限りα粒
の変形を抑制することが必要である。

本発明が適用できるα＋β型チタン合金は代表的なＴｉ
−６Ａ　Ｑ　−４Ｖ、　Ｔｉ−６Ａ　Ｑ　−６Ｖ−２Ｓ
ｎ　、　Ｔｉ−６Ａ　Ｑ　−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ合
金が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

［作用］ 本発明において加熱温度を９００℃以上にすることで、
圧下される際の粒内のα粒を限定する効果を生ぜしぬ、
さらに全減面率で９５％以下、９００℃以上の温度域で
の減面率が５０％以上、８５０℃未満の温度域での減面
率が３０％以下の圧下を加えることで、α粒の変形をで
きる限り小さくし等軸のまま温存することに寄与してい
る。また、全減面率を６０％以上に限定することで、圧
下冷却後のβ粒から微細なα粒への変態を促進している
。

以上の高温加熱圧延の結果、変形抵抗の低い条件での圧
延となり、加工が容易となるだけでなく、表面疵の発生
が著しく減少し、後工程の精整負荷が非常に軽減する効
果も得られている。

［実施例］ 次に実施例を挙げてさらに説明する。

Ｔｉ−６Ａ　Ｑ−４Ｖ合金を常法により真空アーク溶解
し、熱間鍛造および表面精整を行い１２０ａ＋ｍφのビ
レットを製造した。このビレットを連続孔型圧延機によ
り８７＋ｉｍφ、　５５ａ＋＋ａφおよび２５ｍ＋ｍφ
の丸棒に圧延した。更に一部の材料は熱処理を施した。

これらの圧延冷却後のあるいは熱処理後の丸棒のＬ断面
中心部の光学顕微鏡組織から測定したα粒のＬ方向とＴ
方向の軸長さ比およびα粒のＴ方向粒径を第１表に示し
た。表から明らかなように本発明による圧延捧は、等軸
微細組織であることがわかる。

［発明の効果］ 以上示したように１本発明により、圧延途中で保定した
り冷却を促進したりする特殊な圧延方法を用いることな
く、また圧延後に熱処理を実施することなく、α粒が微
細で等軸な組織を有するα＋β型チタン合金棒および線
の製造が可能となった。また、この発明により、難加工
材料であるα＋β型チタン合金棒および線の圧延におい
て疵などの発生を回避することも可能となり、製造が容
易になった。この結果、比強度と耐食性の優れた特徴に
加えて異方性が少ないα＋β型チタン合金棒および線の
製造コストが低減することから、経済的効果は大きいも
のということができる。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）α＋β型チタン合金圧延棒および線を製造する工
   程において、ビレットを９００℃以上βトランザス−２
   ０℃未満の温度に加熱し、全減面率を６０％以上９５％
   以下で、この内９００℃以上の温度域での減面率が５０
   ％以上、８５０℃未満の温度域での減面率が３０％以下
   とし熱間圧延することを特徴とする組織の良好なα＋β
   型チタン合金圧延棒および線の製造方法。