JP2708277B2 - 圧延ままで鍛造性に優れるチタン合金熱延線棒材の製造方法 - Google Patents
圧延ままで鍛造性に優れるチタン合金熱延線棒材の製造方法Info
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B3/00—Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
- B21B3/003—Rolling non-ferrous metals immediately subsequent to continuous casting, i.e. in-line rolling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鍛造性に優れるチタン
合金素材を経済的に製造する方法に関するものである。
合金素材を経済的に製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、チタン合金素材の製造は、真空溶
解炉により複数回リメルトして直径が500〜1500mmの大
径鋳塊を得、この大径鋳塊を加熱して分塊加工し粗大な
鋳造組織をある程度微細化させたビレットとした後、こ
のビレットを再度加熱して仕上げの熱間圧延を行って所
望形状のチタン合金素材としていた。
解炉により複数回リメルトして直径が500〜1500mmの大
径鋳塊を得、この大径鋳塊を加熱して分塊加工し粗大な
鋳造組織をある程度微細化させたビレットとした後、こ
のビレットを再度加熱して仕上げの熱間圧延を行って所
望形状のチタン合金素材としていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の製造
方法では、分塊加工して得たビレットを再加熱して仕上
熱間圧延を行うため、材料表面には厚い酸化層と多くの
欠陥が生成しており、圧延のまま鍛造素材として使用す
ると、鍛造の際に表面層から亀裂が発生し目的形状に成
形できない。そこで、予め機械加工等の方法により表面
層を除去することが行われている。
方法では、分塊加工して得たビレットを再加熱して仕上
熱間圧延を行うため、材料表面には厚い酸化層と多くの
欠陥が生成しており、圧延のまま鍛造素材として使用す
ると、鍛造の際に表面層から亀裂が発生し目的形状に成
形できない。そこで、予め機械加工等の方法により表面
層を除去することが行われている。
【０００４】しかし、チタン合金そのものが難切削材で
あり酸化層はさらに切削性が悪いため、機械加工コスト
は極めて高いものとなっている。また機械加工により材
料歩留りが低下することもコスト上昇につながってい
る。
あり酸化層はさらに切削性が悪いため、機械加工コスト
は極めて高いものとなっている。また機械加工により材
料歩留りが低下することもコスト上昇につながってい
る。
【０００５】一方近年、チタンの溶解原料として、スポ
ンジチタンの他に上記機械加工により発生する切削屑を
主体とするスクラップ材の量が増加しており、このスク
ラップ材は、難切削材としてのチタンの切削加工に近年
特にＷＣ（タングステンカーバイト）系の超硬チップ等
が使用されるため、必然的に超硬チップの破片等が混入
することとなる。
ンジチタンの他に上記機械加工により発生する切削屑を
主体とするスクラップ材の量が増加しており、このスク
ラップ材は、難切削材としてのチタンの切削加工に近年
特にＷＣ（タングステンカーバイト）系の超硬チップ等
が使用されるため、必然的に超硬チップの破片等が混入
することとなる。
【０００６】従って、溶解も、これら不純物の除去のた
めに、上記従来の方法では益々リメルトの必要性が生じ
コスト上昇につながっている。
めに、上記従来の方法では益々リメルトの必要性が生じ
コスト上昇につながっている。
【０００７】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、表面層の除去をすることな
く圧延ままで鍛造性に優れたチタン合金素材を経済的に
製造する方法を提供することである。
ものであって、その目的は、表面層の除去をすることな
く圧延ままで鍛造性に優れたチタン合金素材を経済的に
製造する方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の、圧延ままで鍛造性に優れるチタン合金
熱延線棒材の製造方法は、チタン原料をプラズマハース
溶解炉により１回のみの溶解、鋳造にてチタン合金鋳片
とし、この鋳片を分塊圧延せずしかも１回のみの加熱で
且つ60％以上の熱間圧延を施して線棒材とするものであ
る。
めに、本発明の、圧延ままで鍛造性に優れるチタン合金
熱延線棒材の製造方法は、チタン原料をプラズマハース
溶解炉により１回のみの溶解、鋳造にてチタン合金鋳片
とし、この鋳片を分塊圧延せずしかも１回のみの加熱で
且つ60％以上の熱間圧延を施して線棒材とするものであ
る。
【０００９】そして、上記プラズマハース溶解炉により
溶解、鋳造されるチタン合金鋳片としては、その横断面
積が35000mm2以下の円形または矩形であることが好まし
い。
溶解、鋳造されるチタン合金鋳片としては、その横断面
積が35000mm2以下の円形または矩形であることが好まし
い。
【００１０】
【作用】スクラップを原料として、上述したＷＣ等の不
純物を除去して清浄なチタン合金鋳片を得るためには、
例えば図１に示すようなプラズマハース溶解炉を使う必
要がある。この炉では、２本（３本以上でも可）のトー
チ１を用いて、先ずハース２中でスクラップを主とする
原料を溶解して不純物を除去後、鋳型３に溶湯を注入
し、鋳型下部より鋳片４を引き抜きながら所望の鋳片４
とする。
純物を除去して清浄なチタン合金鋳片を得るためには、
例えば図１に示すようなプラズマハース溶解炉を使う必
要がある。この炉では、２本（３本以上でも可）のトー
チ１を用いて、先ずハース２中でスクラップを主とする
原料を溶解して不純物を除去後、鋳型３に溶湯を注入
し、鋳型下部より鋳片４を引き抜きながら所望の鋳片４
とする。
【００１１】一方、鋳片を連続鋳造するタイプの炉とし
て高周波溶解炉が知られているが、この炉の場合、原料
を直接鋳型内の鋳片上部で溶解する方式で、上記プラズ
マハース溶解炉の如きハースが無いために、上記不純物
を除去することができない。
て高周波溶解炉が知られているが、この炉の場合、原料
を直接鋳型内の鋳片上部で溶解する方式で、上記プラズ
マハース溶解炉の如きハースが無いために、上記不純物
を除去することができない。
【００１２】また、ハースを利用して溶解する方法はプ
ラズマ溶解法の他に電子ビーム溶解法があるが、電子ビ
ーム溶解法では、Alなどのチタン合金の重要な成分が蒸
発してしまい目的とする合金組成とすることは技術的に
困難を伴う。これは、電子ビーム溶解がきわめて高真空
中で行われるためと考えられる。これに対して、プラズ
マ溶解法は、不活性ガス中で行うため合金成分の蒸発は
なく精密な合金組成の制御ができる。
ラズマ溶解法の他に電子ビーム溶解法があるが、電子ビ
ーム溶解法では、Alなどのチタン合金の重要な成分が蒸
発してしまい目的とする合金組成とすることは技術的に
困難を伴う。これは、電子ビーム溶解がきわめて高真空
中で行われるためと考えられる。これに対して、プラズ
マ溶解法は、不活性ガス中で行うため合金成分の蒸発は
なく精密な合金組成の制御ができる。
【００１３】本発明でプラズマ溶解法により溶解回数を
１回とした理由は、スクラップ、スホンジチタン、合金
原料などの種々の溶解原料を使用して溶解しても均一組
成の鋳片が得られることが調査の結果明らかになったた
めで従来のように２回以上の溶解を特に行う必要がない
ことが分かったからである。また、このように溶解回数
を少なくすることは生産性が向上し経済的にも有利であ
る。
１回とした理由は、スクラップ、スホンジチタン、合金
原料などの種々の溶解原料を使用して溶解しても均一組
成の鋳片が得られることが調査の結果明らかになったた
めで従来のように２回以上の溶解を特に行う必要がない
ことが分かったからである。また、このように溶解回数
を少なくすることは生産性が向上し経済的にも有利であ
る。
【００１４】一般に溶解する度に雰囲気中の不純物ガス
成分が溶湯中に吸収され鋳片中の酸素、窒素などの濃度
上昇は避けられない。これらの不純物ガス成分は材料の
延性、靱性を劣化させる問題がある。しかし溶解回数が
必要最少限の１回ですめば、不純物ガス量は抑制され機
械的性質の良好な材質が得られる。チタン合金スクラッ
プの中で占める割合の多い切削屑は表面積が大きく表面
に吸着した不純物ガス成分が多いため、切削屑を溶解原
料とした場合、鋳片中の酸素、窒素の濃度が高くなる傾
向がある。従って、切削屑を溶解原料に使用する場合、
雰囲気中から入る酸素量はできるだけ抑制しなければな
らないことからも溶解回数を１回にすることは重要であ
る。
成分が溶湯中に吸収され鋳片中の酸素、窒素などの濃度
上昇は避けられない。これらの不純物ガス成分は材料の
延性、靱性を劣化させる問題がある。しかし溶解回数が
必要最少限の１回ですめば、不純物ガス量は抑制され機
械的性質の良好な材質が得られる。チタン合金スクラッ
プの中で占める割合の多い切削屑は表面積が大きく表面
に吸着した不純物ガス成分が多いため、切削屑を溶解原
料とした場合、鋳片中の酸素、窒素の濃度が高くなる傾
向がある。従って、切削屑を溶解原料に使用する場合、
雰囲気中から入る酸素量はできるだけ抑制しなければな
らないことからも溶解回数を１回にすることは重要であ
る。
【００１５】勿論、プラズマハース溶解炉を用いてチタ
ン原料を溶解、鋳造する手法は公知である。しかし、従
来は航空機等の高級材料向けに、このプラズマハース溶
解炉により得たチタン合金鋳片を、さらにリメルトして
鋳片とする方式で使用され、本発明の如き、１回の溶解
のみで且つ分塊圧延無しで直接熱間圧延する技術思想で
使用するものではない。
ン原料を溶解、鋳造する手法は公知である。しかし、従
来は航空機等の高級材料向けに、このプラズマハース溶
解炉により得たチタン合金鋳片を、さらにリメルトして
鋳片とする方式で使用され、本発明の如き、１回の溶解
のみで且つ分塊圧延無しで直接熱間圧延する技術思想で
使用するものではない。
【００１６】鋳片の熱間圧延を１回に限定した理由は、
その後さらに加熱および圧延を行った素材は、表面層を
除去せずに圧延ままの状態で鍛造すると表面割れが生
じ、目的の形状に成形することができなくなるからであ
る。この理由としては、加熱および圧延を繰り返すこと
により表面の脆い酸化層の厚さが増加するため、また最
初の熱間圧延で生じた表面の微小な疵の内部が次の加熱
時に酸化され脆くなり引き続く圧延で亀裂が進展し割れ
に発達するためと考えられる。
その後さらに加熱および圧延を行った素材は、表面層を
除去せずに圧延ままの状態で鍛造すると表面割れが生
じ、目的の形状に成形することができなくなるからであ
る。この理由としては、加熱および圧延を繰り返すこと
により表面の脆い酸化層の厚さが増加するため、また最
初の熱間圧延で生じた表面の微小な疵の内部が次の加熱
時に酸化され脆くなり引き続く圧延で亀裂が進展し割れ
に発達するためと考えられる。
【００１７】また、熱間圧延時の加工量を60％以上とし
たのは、加工量が60％未満では、鋳片の凝固組織の微細
化が不十分で鍛造した場合に内部割れを生じることが明
らかになったためである。
たのは、加工量が60％未満では、鋳片の凝固組織の微細
化が不十分で鍛造した場合に内部割れを生じることが明
らかになったためである。
【００１８】また、鋳片は、その横断面積が35000mm2以
下の小径であることが好ましく、その理由は、横断面積
が35000mm2を超える鋳片では、60％以上の加工量で熱間
圧延を行うと割れを生じるものがあるためである。この
割れを生じる原因は、鋳片の径が大きくなるに伴い鋳造
時の鋳片の冷却速度が遅くなり、鋳造組織において凝固
時に生成するβ粒が粗大化するとともに、β粒の粒内や
粒界に析出するα相も粗大化し、特に鋳片の横断面積が
35000mm2を超えるレベルで、β粒あるいはα相のサイズ
が熱間圧延中に割れの起点になる大きさに達するためと
推論される。
下の小径であることが好ましく、その理由は、横断面積
が35000mm2を超える鋳片では、60％以上の加工量で熱間
圧延を行うと割れを生じるものがあるためである。この
割れを生じる原因は、鋳片の径が大きくなるに伴い鋳造
時の鋳片の冷却速度が遅くなり、鋳造組織において凝固
時に生成するβ粒が粗大化するとともに、β粒の粒内や
粒界に析出するα相も粗大化し、特に鋳片の横断面積が
35000mm2を超えるレベルで、β粒あるいはα相のサイズ
が熱間圧延中に割れの起点になる大きさに達するためと
推論される。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【００２０】（実施例１）切削屑を主とするチタン原料
を用い、代表的なチタン合金であるTi− 6Al−4Vの、表
１に示す直径の鋳片をプラズマハース溶解炉により鋳造
した。
を用い、代表的なチタン合金であるTi− 6Al−4Vの、表
１に示す直径の鋳片をプラズマハース溶解炉により鋳造
した。
【００２１】次に、表１に示す直径の鋳片を、１回また
は２回の加熱および圧延を行い直径50mmの最終形状の棒
材に加工した。この時の加熱温度は1050℃とした。また
この時の減面率を表１に示す。そしてさらに得られた棒
材を長さ 100mmに切断した後900℃に加熱してカウンタ
ーブローハンマーにより直径 112mm×長さ20mmに据込み
を行った。これら熱間圧延状況および据込み状況を合わ
せて表１に示す。
は２回の加熱および圧延を行い直径50mmの最終形状の棒
材に加工した。この時の加熱温度は1050℃とした。また
この時の減面率を表１に示す。そしてさらに得られた棒
材を長さ 100mmに切断した後900℃に加熱してカウンタ
ーブローハンマーにより直径 112mm×長さ20mmに据込み
を行った。これら熱間圧延状況および据込み状況を合わ
せて表１に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】表１から明らかなように、 No.１と２は鋳
片の直径が 300mm、 No.３と４は 250mmでいずれも断面
積が35000mm2を超えており鋳塊組織が粗く、 No.２と４
は１回で圧延した場合で圧延中に割れが発生し圧延でき
なかったが、 No.１と３の場合のように２回に分けて圧
延した場合には圧延中に割れを発生することなく圧延で
きた。しかし２回の加熱および圧延を繰り返したため据
込みでは割れが発生した。また、 No.５は、 No.１と３
の場合と同様に、２回の加熱および圧延を繰り返したた
め据込みで割れが発生した。また、 No.９は、熱間圧延
時の減面率が49％と低いために組織の微細化が不十分で
据込みでは割れが発生した。これに対しNo.６〜８は本
発明例であって、１回の熱間圧延で直径50mmの最終形状
の棒材に加工ができ、しかもこの圧延ままの状態で据込
みを行っても割れを生じることはなかった。
片の直径が 300mm、 No.３と４は 250mmでいずれも断面
積が35000mm2を超えており鋳塊組織が粗く、 No.２と４
は１回で圧延した場合で圧延中に割れが発生し圧延でき
なかったが、 No.１と３の場合のように２回に分けて圧
延した場合には圧延中に割れを発生することなく圧延で
きた。しかし２回の加熱および圧延を繰り返したため据
込みでは割れが発生した。また、 No.５は、 No.１と３
の場合と同様に、２回の加熱および圧延を繰り返したた
め据込みで割れが発生した。また、 No.９は、熱間圧延
時の減面率が49％と低いために組織の微細化が不十分で
据込みでは割れが発生した。これに対しNo.６〜８は本
発明例であって、１回の熱間圧延で直径50mmの最終形状
の棒材に加工ができ、しかもこの圧延ままの状態で据込
みを行っても割れを生じることはなかった。
【００２４】（実施例２）スクラップ、スポンジチタン
および合金元素添加原料からなるTi− 6Al−4V用の溶解
原料を準備し、この溶解原料を用いてプラズマハース溶
解炉により１回の溶解鋳造にて直径 150mmの鋳片を製造
した。また比較のため、前記溶解原料を用い真空アーク
溶解炉により２回の溶解鋳造にて直径 800mmの鋳塊を製
造した。
および合金元素添加原料からなるTi− 6Al−4V用の溶解
原料を準備し、この溶解原料を用いてプラズマハース溶
解炉により１回の溶解鋳造にて直径 150mmの鋳片を製造
した。また比較のため、前記溶解原料を用い真空アーク
溶解炉により２回の溶解鋳造にて直径 800mmの鋳塊を製
造した。
【００２５】上記により得られた鋳片および鋳塊のAl,
V（バナジウム）および O（酸素）の組成を調査した。
各成分の最大値と最小値を表２に示す。また代表的な材
料規格である航空機用材料規格（ＡＭＳ４９２８）を併
せて示す。
V（バナジウム）および O（酸素）の組成を調査した。
各成分の最大値と最小値を表２に示す。また代表的な材
料規格である航空機用材料規格（ＡＭＳ４９２８）を併
せて示す。
【表２】
【００２６】表２より明らかなように、Alおよび Vの量
は、本発明法により得られた鋳片および比較法により得
られた鋳塊共ほぼ同じであり、充分にＡＭＳ規格を満た
すものであったが、 Oの量は、本発明法により得られた
鋳片および比較法により得られた鋳塊共ＡＭＳ規格を満
たすものの、本発明法により得られた鋳片の方が比較法
により得られた鋳塊よりも低く、またＡＭＳ規格の0.20
wt％以下に対して充分低い値であった。
は、本発明法により得られた鋳片および比較法により得
られた鋳塊共ほぼ同じであり、充分にＡＭＳ規格を満た
すものであったが、 Oの量は、本発明法により得られた
鋳片および比較法により得られた鋳塊共ＡＭＳ規格を満
たすものの、本発明法により得られた鋳片の方が比較法
により得られた鋳塊よりも低く、またＡＭＳ規格の0.20
wt％以下に対して充分低い値であった。
【００２７】
【発明の効果】上述したように、本発明の製造方法によ
れば、表面層の除去をする必要がなく、品質および生産
性を向上させ極めて経済的に圧延ままで鍛造性に優れる
チタン合金熱延線棒材を得ることができる。
れば、表面層の除去をする必要がなく、品質および生産
性を向上させ極めて経済的に圧延ままで鍛造性に優れる
チタン合金熱延線棒材を得ることができる。
【図１】本発明方法に適用されるプラズマハース溶解炉
の概念図である。
の概念図である。
１ トーチ ２ ハース ３ 鋳型 ４ 鋳片
Claims (2)
- 【請求項１】 チタン原料をプラズマハース溶解炉によ
り１回のみの溶解、鋳造にてチタン合金鋳片とし、この
鋳片を分塊圧延せずしかも１回のみの加熱で且つ60％以
上の熱間圧延を施して線棒材とすることを特徴とする圧
延ままで鍛造性に優れるチタン合金熱延線棒材の製造方
法。 - 【請求項２】 チタン合金鋳片が、横断面積35000mm2以
下の円形または矩形である請求項１に記載の圧延ままで
鍛造性に優れるチタン合金熱延線棒材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3002754A JP2708277B2 (ja) | 1991-01-14 | 1991-01-14 | 圧延ままで鍛造性に優れるチタン合金熱延線棒材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3002754A JP2708277B2 (ja) | 1991-01-14 | 1991-01-14 | 圧延ままで鍛造性に優れるチタン合金熱延線棒材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04238605A JPH04238605A (ja) | 1992-08-26 |
| JP2708277B2 true JP2708277B2 (ja) | 1998-02-04 |
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ID=11538135
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP3002754A Expired - Lifetime JP2708277B2 (ja) | 1991-01-14 | 1991-01-14 | 圧延ままで鍛造性に優れるチタン合金熱延線棒材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110773686A (zh) * | 2019-11-05 | 2020-02-11 | 西安西工大超晶科技发展有限责任公司 | 一种紧固件用tb3钛合金丝材的制备方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113000622B (zh) * | 2021-02-25 | 2023-04-11 | 迪恩医疗科技有限公司 | 一种骨科植入连接棒的制造方法 |
-
1991
- 1991-01-14 JP JP3002754A patent/JP2708277B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110773686A (zh) * | 2019-11-05 | 2020-02-11 | 西安西工大超晶科技发展有限责任公司 | 一种紧固件用tb3钛合金丝材的制备方法 |
| CN110773686B (zh) * | 2019-11-05 | 2021-12-28 | 西安西工大超晶科技发展有限责任公司 | 一种紧固件用tb3钛合金丝材的制备方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04238605A (ja) | 1992-08-26 |
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