JP3136507B2 - 金属板の真空クリープ形状矯正法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、商業生産用の真空クリ
ープ形状矯正炉を用いて、平坦度の高い金属板を製造す
るため、該形状矯正炉内外の気体の圧力差を利用して被
形状矯正金属板をクリープ変形させて矯正する方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属板、例えばチタン及びチタン合金の
厚中板はその優れた耐食性、高比強度により航空機機
体、発電所復水器管板、クラッド鋼板用素材、電極材を
はじめ化学プラント用に広く使用されている。また、ス
テンレス鋼厚中板は化学機械、産業機械、建設用に多用
されている。何れの場合も厚板圧延機で熱延後、所定の
熱処理、矯正及び表面仕上げ（酸洗または研削加工）を
経て製品とされる。

【０００３】チタン材は室温ではスプリングバックが大
きく、強度が高いため形状矯正は一般に難しい。またス
テンレス鋼も一般鋼材に比べ高強度であるため厚中板の
冷間での形状矯正は難しい。これらの金属厚中板を冷間
で平坦になるまで矯正加工すると、平坦な形状を維持す
るために表面部に残留応力を導入することになるので、
冷間矯正した製品の表面を更に研削したりケミカルミリ
ングすると残留応力の平衡が崩れて元の形状に戻りやす
い。しかし焼鈍温度近傍では焼鈍と同時に矯正が可能と
なるレベルまでクリープ強度が低下する。クリープを利
用した形状矯正法にはクリープ形状矯正法と真空クリー
プ形状矯正法とがあり、前者は被矯正材の上に重錘を載
せて焼鈍を行なう方法である。一方、真空クリープ形状
矯正法は平坦な基盤上に被矯正材を載せ加熱しながら炉
内を減圧し被矯正材全体に大気圧を作用させ、クリープ
変形を起こさせて矯正する方法である。これらの方法に
ついてはMetals Handbook, Ninth Edition, vol.4 (198
1), 763, ASM及びMach Tool Blue Book, Oct.1971, 66,
61に於て概説されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】真空クリープ形状矯正
法とは、図１に示すような一種の減圧機能を有する炉
（以下では真空クリープ形状矯正炉と称す）に於て、
（１）被形状矯正金属板を要求される平坦度を備えた基
盤上に置き、（２）その上に断熱材として、直接あるい
は被形状矯正金属板（単体、あるいは複数体）の上に金
属薄板を敷き間接的に、粒状で且つ流動性を有するバー
ミキュライト（蛭石）を積層させる。（３）更にその上
に柔軟で可撓性及び気密性を有するナイロン製シートを
敷き、（１）の基盤を支える炉殻とシートの間に被形状
矯正金属板を挟むように密封する。（４）更に、密封状
態の一部、普通は炉殻の一部、から減圧してナイロンシ
ート下の断熱材及び被形状矯正金属板に対して減圧分の
大気圧を作用させて被形状矯正金属板を基盤に押しつ
け、同時に基盤下から加熱して被形状矯正金属板にクリ
ープ変形を生じせしめその変形により形状を平坦にさせ
る方法を云う。なお、真空クリープ形状矯正法の「真
空」とは、減圧状態にするため通常は真空ポンプを用い
ることから便宜的に用いている用語で必ずしも厳密な意
味での「真空」を指すものではない。

【０００５】しかしながら、真空クリープ形状矯正法で
は被形状矯正チタン板の種類、板厚、矯正前のたわみ量
により、矯正処理時間、矯正装置内で矯正材にかかる圧
力差及び処理温度を制御して形状矯正を完了させる方法
が必要であり複雑な操炉技術が必要であった。真空クリ
ープ矯正法では毎回バッチ式で真空引きと大気導入を繰
り返す必要があるうえに一回当たりの処理時間が２昼夜
にも及ぶことがあり、同時に種類の異なる材料を矯正す
る事が望ましい。しかし、材料が異なるとクリープ挙動
が異なり、同時に処理すべき材料の選択は経験と勘に頼
る必要があった。本発明はこの様な現状に鑑みてなされ
たもので平坦度の高い金属板を製造するための形状矯正
法を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは下記のとおりである。 （１）商業生産用の真空クリープ形状矯正炉を用い、所
望の平坦度を備えた炉内基盤上に被形状矯正金属板を載
置し、その上に直接あるいは仕切り板を介して間接的
に、粒状で且つ流動性を有する断熱材を積層し、さらに
その上に柔軟で可撓性及び気密性を有するシートを敷
き、前記基盤を支える炉殻と前記シートの間に前記金属
板を挟むように密封し、前記炉殻の一部から減圧して減
圧分の大気圧を以て前記断熱材及び前記金属板を基盤に
押圧し、同時に基盤下から加熱して前記金属板にクリー
プ変形を生じさせて矯正するに当り、前記金属板の矯正
前のたわみピッチ（Ｌ／ｍ）およびたわみ高さ（Ｗ／ｍ
ｍ）に応じて、前記金属板の種類に対応する下記式
（１）〜（８）に示す矯正パラメーターＦ値に基づきＦ
値≧Ｗなる条件で、矯正均熱処理時間（ｔ／ｈｒ）を１
〜４６時間の範囲内として、形状矯正することを特徴と
する金属板の真空クリープ形状矯正法。ただし、 （ａ）被形状矯正金属板の種類は、工業用純チタン、α
型チタン合金、（α＋β）型二相チタン合金、β型チタ
ン合金、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系
ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、耐熱型
オーステナイトステンレス鋼の８種の合金系区分に属す
るものとする。 （ｂ）矯正パラメータＦ値は、幅３５００ｍｍ×長さ３
０００〜１００００ｍｍ×板厚４０ｍｍの熱延材につい
て矯正均熱処理時間（ｔ／ｈｒ）：１〜４６時間、前記
形状矯正炉内で被形状矯正金属板に作用する圧力差（減
圧分の大気圧）（Ｐ／MPa)：０．００９６〜０．０９６
ＭPa、矯正均熱処理温度（Ｔ／Ｋ）：４５０〜１１００
℃の範囲の操業データの関数として表したものである。 （ｃ）本発明にいうクリープ変形とは、被形状矯正金属
板のたわみ矯正時に導入される前記被形状矯正金属板表
面での歪が全処理工程を通じて１０％を超えないような
矯正を対象にしており、さらに形状矯正を行うに当り、
たわみの矯正に関連する前記被形状矯正金属板表面での
歪速度が該被形状矯正金属板が均熱処理温度に保たれて
いる間において５×１０^-10 〜１×１０^-6（ｌ／ｓ）の
範囲にあるクリープ変形をいう。 （ｄ）矯正パラメーターＦ値を表す式は下記のとおり： 純チタンに対しては Ｆ＝10^14.7・Ｌ^8.5 ・ｔ^1.1 ・Ｐ^3.0 ・[exp(-1 ／Ｔ)]¹⁹³⁷⁵ （１） Ti-5Al-2.5Snに代表されるα型チタン合金に対しては Ｆ＝10^9.1 ・Ｌ^3.1 ・ｔ^0.8 ・Ｐ^1.1 ・[exp(-1 ／Ｔ)]¹⁷⁰¹¹ （２） Ti-6Al-4V に代表される（α＋β）型二相チタン合金に対しては Ｆ＝10^11.2・Ｌ^5.9 ・ｔ^1.0 ・Ｐ^1.4 ・[exp(-1 ／Ｔ)]¹⁸⁰⁴² （３） Ti-15V-3Cr-3Sn-3Alに代表されるβ型チタン合金に対しては Ｆ＝10^18.1・Ｌ^12.2・ｔ^1.2 ・Ｐ^4.5 ・[exp(-1 ／Ｔ)]²⁰⁷⁰⁰ （４） SUS430鋼に代表されるフェライト系ステンレス鋼に対しては Ｆ＝10^20.2・Ｌ^3.54・ｔ^0.86・Ｐ^3.6 ・[exp(-1 ／Ｔ)]²⁷⁸⁹⁷ （５） SUS410鋼に代表されるマルテンサイト系ステンレス鋼に対しては Ｆ＝10^39.3・Ｌ^12.8・ｔ^1.0 ・Ｐ^6.3 ・[exp(-1 ／Ｔ)]⁵⁸⁷⁵⁴ （６） SUS304鋼に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼に対しては Ｆ＝10^39.8・Ｌ^14.8・ｔ^1.0 ・Ｐ^6.4 ・[exp(-1 ／Ｔ)]⁷⁷⁹¹⁷ （７） SUS310に代表される耐熱型オーステナイト系ステンレス鋼に対しては Ｆ＝10^27.7・Ｌ^12.0・ｔ^1.0 ・Ｐ^5.0 ・[exp(-1 ／Ｔ)]⁵⁶¹⁶⁷ （８） （２）前記形状矯正炉内で被形状矯正金属板に作用する
圧力差に至るまでの負荷速度を０．０１２MPa ／時間以
下とすることを特徴とする前項１記載の金属板の真空ク
リープ形状矯正法。 （３）前記形状矯正炉内で被形状矯正金属板を１１０℃
／時間以下の昇温速度で均熱温度まで加熱することを特
徴とする前項１記載の金属板の真空クリープ形状矯正
法。 （４）前記形状矯正炉内で被形状矯正金属板を形状矯正
した後、該被形状矯正金属板を３０℃／時間以下の冷却
速度で冷却することを特徴とする前項１記載の金属板の
真空クリープ形状矯正法。 （５）前記形状矯正炉内で被形状矯正金属板に作用する
圧力差を該矯正炉が置かれている高度における大気圧と
矯正炉内の減圧した大気の圧力との差で与えることを特
徴とする前項１記載の金属板の真空クリープ形状矯正
法。

【０００７】

【作用】本発明者らは純チタン、チタン合金板及びステ
ンレス鋼板の平坦度を高める事を目的として種々の検討
を行なってきた。即ち、種々の純チタン、チタン合金板
及びステンレス鋼板を真空クリープ形状矯正するに当た
って、被形状矯正金属板の種類、矯正前のたわみピッチ
（Ｌ／ｍ）とたわみ高さ（Ｗ／mm）、矯正処理均熱時間
（ｔ／ｈｒ）、形状矯正炉内で被形状矯正金属板に作用
する圧力差（Ｐ／MPa ）、矯正処理均熱温度（Ｔ／Ｋ）
および矯正成績との関係を求めた。すなわち、商業生産
用の真空クリープ形状矯正炉に於いて、矯正前の上記材
料に対し、たわみピッチＬ、たわみ高さＷを多数点測定
し、矯正処理後に同一箇所のたわみ高さを再度測定し、
たわみが完全に解消されたかを判定するという作業を積
み重ねた。なお、用いた材料は、幅3500mm×長さ3000〜
10000mm ×板厚40mmの工業用純チタンＪＩＳ２種材、
（α＋β）型合金であるTi-6Al-4V 、β型チタン合金で
あるTi-15V-3Cr-3Sn-3Al、フェライト系ステンレスのSU
S430鋼、マルテンサイト系ステンレスのSUS410鋼、オー
ステナイト系ステンレスのSUS304鋼、耐熱型オーステナ
イトテンレス鋼のSUS310鋼の熱延ままの黒皮材である。
矯正処理時間は炉内の材料温度が一定に保たれている時
間、いわゆる均熱時間で１〜46時間、均熱時間中に材料
に作用させ続ける圧力差を、0.0096〜0.096MPa、均熱温
度として450 〜1100℃に変化させた。このようにして得
らたデータの一例を図３に示す。図３は工業用純チタン
ＪＩＳ２種熱延まま材を均熱温度＝700 ℃、均熱時間＝
４時間、圧力差＝0.096MPaで処理した結果である。●は
たわみが完全には解消されなかった事を、○は完全に解
消された事を示している。図３において●と○の境界線
をたわみピッチＬの関数として表わすと、 29.34Ｌ
^10.17 となる。上記の種々の試験条件での結果を個々に
図示するのは定量性に欠けるので、この境界線の関数Ｆ
をたわみピッチ（Ｌ／ｍ）、均熱時間（ｔ／時間）、圧
力差（Ｐ／MPa)、均熱温度（Ｔ／Ｋ）の関数で表わし
た。

【０００８】例えば、工業用純チタン２種材に代表され
る純チタン材に対しては Ｆ＝10^14.7・Ｌ^8.5 ・ｔ^1.1 ・Ｐ^3.0 ・[exp(-1 ／Ｔ)]
¹⁹³⁷⁵ ， 以下、同様のデータ解析により Ti-5Al-2.5Snに代表されるα型チタン合金に対しては Ｆ＝10^9.1 ・Ｌ^3.1 ・ｔ^0.8 ・Ｐ^1.1 ・[exp(-1 ／Ｔ)]
¹⁷⁰¹¹ ， Ti-6Al-4V に代表される（α＋β）型二相チタン合金に
対しては Ｆ＝10^11.2・Ｌ^5.9 ・ｔ^1.0 ・Ｐ^1.4 ・[exp(-1 ／Ｔ)]
¹⁸⁰⁴² ， Ti-15V-3Cr-3Sn-3Alに代表されるβ型チタン合金に対し
ては Ｆ＝10^18.1・Ｌ^12.2・ｔ^1.2 ・Ｐ^4.5 ・[exp(-1 ／Ｔ)]
²⁰⁷⁰⁰ である。

【０００９】SUS430鋼に代表されるフェライト系ステン
レス鋼に対しては Ｆ＝10^20.2・Ｌ^3.54・ｔ^0.86・Ｐ^3.6 ・[exp(-1 ／Ｔ)]
²⁷⁸⁹⁷ SUS410鋼に代表されるマルテンサイト系ステンレス鋼に
対しては Ｆ＝10^39.3・Ｌ^12.8・ｔ^1.0 ・Ｐ^6.3 ・[exp(-1 ／Ｔ)]
⁵⁸⁷⁵⁴ SUS304鋼に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼に
対しては Ｆ＝10^39.8・Ｌ^14.8・ｔ^1.0 ・Ｐ^6.4 ・[exp(-1 ／Ｔ)]
⁷⁷⁹¹⁷ SUS310に代表される耐熱型オーステナイト系ステンレス
鋼に対しては Ｆ＝10^27.7・Ｌ^12.0・ｔ^1.0 ・Ｐ^5.0 ・[exp(-1 ／Ｔ)]
⁵⁶¹⁶⁷ である。

【００１０】このように、たわみピッチＬ、均熱時間
（ｔ／時間）、圧力差（Ｐ／MPa)、均熱温度（Ｔ／Ｋ）
の関数として与えられるＦ値は矯正可能限界を与える。
従って、被形状矯正金属板のたわみ高さＷに対し、Ｆ値
≧Ｗになるように真空クリープ形状矯正炉での操業条件
を設定すれば、完全にたわみを解消することが出来る事
を見い出した。本発明によって、ある材料のたわみピッ
チとたわみ高さを測定しておけば、矯正を完全に行なう
ための条件を簡単に且つ必要最小限で設定できるだけで
なく、一旦、ある材料に対してＦ値を用いて上記操業条
件を設定しても、その操業条件に対して他の材料のＦ値
を計算すれば他の材料が矯正処理できるかが容易に計算
できるなどの利点がある。

【００１１】ここで定義したＦ値は幅3500mm×長さ3000
〜10000mm ×板厚40mmの熱延まま材に対して得られたも
のである。たわみの矯正能力に関しては板厚、板幅、た
わみピッチが影響するが、（１）通常のチタン材および
ステンレス鋼の板厚は厚物でも40mm程度であり、40mmで
の矯正能力を把握しておれば40mm未満の材料に対する矯
正能力は充分である。

【００１２】（２）試験に用いた商業生産用の真空クリ
ープ形状矯正炉に於いて、操業最大板幅は3500mmであっ
たため、より広幅材に適用するには板幅の影響を考慮す
る必要がある。 （３）たわみ矯正能力にはたわみピッチが重要で板材自
体の長さは影響しない。たわみは熱延板を対象とすると
きは、たわみピッチが熱延方向に平行になることが多い
が、本発明はたわみの発生方向には依存せず適用でき
る。

【００１３】従って、ここで定義したＦ値は通常商業的
に製造される主要なチタン、チタン合金及びステンレス
鋼板材全般に対して工業的に有効な操業指針を与えるも
のである。なお、工業的には上記８種のチタン材、ステ
ンレス鋼が属する合金系区分、すなわち、工業用純チタ
ン、α型チタン合金、（α＋β）型チタン合金、β型チ
タン合金、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト
系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、耐熱
型オーステナイト系ステンレス鋼では結晶構造、金属組
織、力学特性、および製造プロセス条件が類似しており
請求項１で定めたＦ値は同じ合金系区分に属する合金に
は適用できる。

【００１４】（１）工業用純チタン区分には、JIS1,2,3
種、ASTM1,2,3,4 種、ASTM7,11,12種、 （２）α型合金区分には、Ti-5Al-2.5Sn, Ti-5Al-2.5Sn
ELI, Ti-2.25Al-11Sn-5Zr-1Mo, Ti-5Al-6Sn-2Zr-1Mo,
Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-6Al-2Sn-4Z
r-2Mo, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si, Ti-6Al-2.7Sn-4Zr-
4Mo-0.45Si、 （３）（α＋β）型合金区分には、Ti-3Al-2.5V, Ti-4A
l-4Mo-2Sn, Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, Ti-6Al-1.7Fe-0.
1Si, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4VELI,
Ti-6Al-6V-2Sn 、 （４）β型チタン合金区分には、Ti-10V-2Fe-3Al, Ti-3
Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-3Al-13V-11Cr, Ti-11.5Mo-6Zr-
4.5Sn, Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si, Ti-4.5Fe-6.8Mo-1.5
Al等がある。

【００１５】更に、ステンレス鋼の場合は （５）フェライト系ステンレス鋼区分にはSUS430，SUS4
34，高純度19Cr-2Mo，低炭素・窒素11〜12Cr鋼など、 （６）マルテンサイト系ステンレス鋼区分にはSUS410及
びその派生鋼種、 （７）オーステナイト系ステンレス鋼区分にはSUS304，
SUS316，SUS321など、 （８）耐熱型オーステナイト系ステンレス鋼にはSUS309
S, SUS310 などがある。以上は請求項１に関して詳細に
述べた。請求項２、請求項３、請求項４においては均熱
処理に至るまでおよび均熱処理後の操業条件を与えるも
のである。すなわち、形状矯正を行なうに当たり、矯正
炉内で被形状矯正金属板に作用する圧力差（Ｐ／MPa)に
関して、均熱処理時の所定の圧力差に至るまでの圧力の
負荷速度が大きい場合は、その温度における被形状矯正
金属板の変形速度が材料の持つクリープ速度を上回るた
めたわみ部の表面で割れが発生する場合がある。従っ
て、圧力の負荷速度を0.012MPa／時間以下に限定した。

【００１６】また、矯正炉内で被形状矯正金属板の温度
が所定の均熱温度に至るまでの加熱速度が大きい場合に
は、被形状矯正金属板の温度分布に差が生じやすい。こ
れは被形状矯正金属板を数段積み重ねて矯正する場合に
顕著に起こる現象で加熱速度が大きすぎないように制御
する必要がある。被形状矯正金属板内部に温度差が生じ
るとたとえ均熱時間を充分とっても平坦な板を得ること
ができないことがある。従って、矯正炉内で被形状矯正
金属板の温度が所定の均熱温度に至るまで昇温速度を11
0 ℃／時間以下に限定した。

【００１７】また、形状矯正を行なうに当たり、矯正炉
内で被形状矯正金属板を所定の均熱温度、均熱時間で処
理した後室温付近まで冷却するが、冷却速度が大きい場
合は、被形状矯正金属板の温度分布に差が生じる。これ
は被形状矯正金属板を単独あるいは数段積み重ねて行な
う場合も起こりうる。均熱後、30℃／時間以下の冷却速
度で冷却しなければ完全な矯正を行なうことが出来ない
ことがある。

【００１８】形状矯正を行なうに当たり、矯正炉内で被
形状矯正金属板に作用する圧力差（Ｐ／MPa)を与える為
に利用する気体の種類は色々考えられる。大気を使うこ
とは利用できる圧力差に上限が生じるという欠点がある
が、操業コスト、取り扱いの容易さの点からは好まし
い。しかし、大気圧は矯正炉の置かれている高度により
変化するので、大気圧を利用する場合は、圧力差を矯正
炉が置かれている高度における大気圧と矯正炉内の減圧
した大気の圧力との差で与える事に限定する。

【００１９】真空クリープ形状矯正を行なうには、請求
項２〜５で述べた操業条件を組み合わせて実施すること
が望ましい。なお、本発明で形状矯正を行なうに当た
り、被形状矯正金属板のクリープ変形を起こさせるので
あるが、クリープ変形を過度に行なうと材料内部に格子
欠陥やボイドを導入する恐れがある。本発明で云うクリ
ープ変形は通常の高温環境で長時間使用される装置材料
中で経年的に起こりうるクリープ変形ないしはクリープ
破断現象をさすものではなく、たわみの矯正時に導入さ
れる被形状矯正金属板表面での歪が全処理工程を通じて
10％を越えない様な矯正を対象にしている。

【００２０】更に、形状矯正を行なうに当たり、たわみ
の矯正に関連する被形状矯正金属板表面での歪速度が被
形状矯正金属板が所定の均熱処理温度に保たれている間
において５×10^-10 〜１×10^-6（l ／ｓ）の範囲にある
クリープ変形を対象にしている。なお被形状矯正金属板
は通常熱延まま材のほか、既に熱延後焼鈍を受けたも
の、加工を受けて加工歪を有するもの、表面の研削、切
削状態、酸洗状態を問わない。処理装置の許すかぎり多
段に被矯正材を積み重ね同時に多数枚処理してもよい。

【００２１】なお、本発明において請求項及び実施例で
はチタン及びその合金、ステンレス鋼についてのみ記述
したが、本発明に関して述べてきた形状矯正制御手法を
使用すれば広く他の金属及び合金板の形状矯正を行なう
ことが可能である。本発明では形状矯正を行ない平坦度
の高い金属板を提供することを目的になされたものであ
り、従って、材料によっては本発明の矯正を行なうと金
属学的に望ましくない金属組織や金属相及び化合物が生
成することがありうる。そのときには、それらの問題を
解決するための付加的な熱処理を行なう必要があるが、
本発明を適用した材料では熱延によって導入された残留
応力や残留歪が充分開放されているため付加的な処理の
あとで形状が極端に劣化することは少ない。

【００２２】なお、本発明では形状矯正を行なうに当た
り、矯正炉内で被形状矯正金属板に作用する圧力差（Ｐ
／MPa)を矯正炉が置かれている高度における大気圧と矯
正炉内の減圧した大気の圧力との差で与える事を前提と
して記述した。同様の効果は、矯正炉内で被形状矯正金
属板に作用する圧力差（Ｐ／MPa)を矯正装置の外側の任
意のガスの圧力と矯正炉内の任意のガスの圧力との差で
与える事も可能である。例えば、矯正炉の外側は大気、
矯正炉内部をアルゴン、窒素、水素などのガスもしくは
それらの混合体に置き換えてもよい。被形状矯正金属板
がチタン材やステンレス鋼などの一部がそうであるよう
に水素や水蒸気の吸収あるいは反応を嫌う場合において
は矯正炉内のガスの組成やガス分圧を制御することを行
なってもよい。

【００２３】

【実施例】以下実施例に従い、本発明の効果を述べる。 ［実施例１］ ここで述べる実施例は幅3500mm×長さ3000〜10000mm ×
板厚40mmの熱延まま材に対して商業生産用の真空クリー
プ形状矯正炉に於いて行なわれたものである。矯正前の
真空クリープ形状矯正炉内の雰囲気は大気であり、炉内
を減圧することで圧力差を生じせしめた。なお矯正効果
の判定は、たわみ高さを矯正前にmm単位で測定しておき
矯正後に同一箇所を再測定し完全にたわみが解消されて
いるときは○、mm単位でたわみが残存するときは×とし
た。

【００２４】矯正前のたわみ高さＷに対しＦ値≧Ｗなる
条件で操業を行なったときにはたわみは完全に解消し
た。 種 類 たわみ たわみ 均 熱 圧力差 均熱 Ｆ 値 矯正 高 さ ピッチ 時 間 温度 結果 mm m 時間 MPa T/C mm 純チタン１種 201 0.863 9 0.086 594 201.37217 ○ 純チタン２種 23 1.160 11 0.096 500 284.96073 ○ 純チタン３種 69 0.920 15 0.067 607 400.16581 ○ 純チタン４種 67 0.648 1 0.058 842 69.51437 ○ 純チタン１種 277 0.782 3 0.038 828 259.34882 × 純チタン２種 205 0.892 4 0.02533 800 203.83677 × 純チタン３種 48 1.141 16 0.029 500 10.308617 × 種 類 たわみ たわみ 均 熱 圧力差 均熱 Ｆ 値 矯正 高 さ ピッチ 時 間 温度 結果 mm m 時間 MPa T/C mm Ti-5Al-2.5Sn 64 1.061 22 0.086 800 156.26665 ○ Ti-5Al-2.5Sn 20 0.684 17 0.0959 782 29.301482 ○ Ti-5Al-2.5Sn 15 0.642 7 0.086 821 18.777186 ○ Ti-5Al-2.5Sn 224 0.755 26 0.0959 900 280.30085 ○ Ti-5Al-2.5Sn 15 0.305 20 0.029 880 3.1254811 × Ti-5Al-2.5Sn 141 1.145 5 0.086 838 103.2454 × Ti-5Al-2.5Sn 51 1.029 15 0.058 520 0.252141 × 種 類 たわみ たわみ 均 熱 圧力差 均熱 Ｆ 値 矯正 高 さ ピッチ 時 間 温度 結果 mm m 時間 MPa T/C mm Ti-6Al-4V 204 0.990 13 0.058 800 1796.9204 ○ Ti-6Al-4V 62 0.857 16 0.086 650 106.60914 ○ Ti-6Al-4V 12 0.448 6 0.067 817 12.26384 ○ Ti-6Al-4V 91 1.102 4 0.0959 650 136.85706 ○ Ti-6Al-4V 56 1.122 2 0.01 700 8.7703 × Ti-6Al-4V 40 0.675 17 0.038 680 16.332941 × Ti-6Al-4V 167 0.386 8 0.0253 640 0.0701669 × 種 類 たわみ たわみ 均 熱 圧力差 均熱 Ｆ 値 矯正 高 さ ピッチ 時 間 温度 結果 mm m 時間 MPa T/C mm TI-1533 7 1.010 20 0.058 450 51.906932 ○ TI-1533 177 1.150 6 0.058 500 380.052 ○ TI-1533 148 0.637 16 0.086 620 196.6145 ○ TI-1533 98 1.145 10 0.096 420 291.88711 ○ TI-1533 242 0.333 18 0.029 520 3.345E-05 × TI-1533 24 1.064 11 0.0253 526 17.416762 × TI-1533 92 0.355 18 0.086 760 4.1845569 × 種 類 たわみ たわみ 均 熱 圧力差 均熱 Ｆ 値 矯正 高 さ ピッチ 時 間 温度 結果 mm m 時間 MPa T/C mm SUS430 37 0.98 35 0.019 615 39.82 ○ SUS430 125 1.02 37 0.096 507 219 ○ SUS430 245 0.71 45 0.019 827 6719 ○ SUS430 109 0.48 15 0.019 860 1316 ○ SUS430 85 0.92 1 0.058 560 10.34 × SUS430 171 0.47 10 0.058 560 7.088 × 種 類 たわみ たわみ 均 熱 圧力差 均熱 Ｆ 値 矯正 高 さ ピッチ 時 間 温度 結果 mm m 時間 MPa T/C mm SUS410 203 0.47 10 0.0672 700 280.365 ○ SUS410 82 0.77 39 0.0864 592 1543.44 ○ SUS410 204 0.75 12 0.0096 900 18925.3 ○ SUS410 10 1.01 18 0.0960 500 13.8275 ○ SUS410 146 0.61 20 0.0096 720 0.25432 × SUS410 24 1.0 12 0.0192 560 0.07778 × SUS410 9 0.77 11 0 752 0 × SUS410 43 0.52 6 0.0192 752 4.97744 × 種 類 たわみ たわみ 均 熱 圧力差 均熱 Ｆ 値 矯正 高 さ ピッチ 時 間 温度 結果 mm m 時間 MPa T/C mm SUS304 59 0.97 7 0.096 790 136.2709 ○ SUS304 16 0.92 27 0.0864 770 30.04551 ○ SUS304 209 0.55 15 0.048 1010 226.9979 ○ SUS304 74 0.86 34 0.048 860 122.995 ○ SUS304 41 0.71 38 0.0576 784 0.18446 × SUS304 56 0.91 36 0.048 496 2.189E-12 × SUS304 152 1.14 12 0.0384 624 9.3267E-6 × 種 類 たわみ たわみ 均 熱 圧力差 均熱 Ｆ 値 矯正 高 さ ピッチ 時 間 温度 結果 mm m 時間 MPa T/C mm SUS310 189 1.08 18 0.048 917 200.277 ○ SUS310 264 0.812 46 0.096 900 269.546 ○ SUS310 20 1.093 42 0.0576 827 28.243 ○ SUS310 55 1.025 13 0.0672 870 56.6766 ○ SUS310 190 1.019 42 0.0384 624 1.5E-5 × SUS310 82.2 0.416 12 0.0096 848 2.5E-8 × SUS310 21 0.767 25 0.0768 877 9.28726 × ［実施例２］ 形状矯正を行なうに当たり、矯正炉内で被形状矯正金属
板に作用する圧力差（Ｐ／MPa)を所定の圧力差に至るま
での圧力の負荷速度が大きい場合は、その温度における
被形状矯正金属板の変形速度が材料の持つクリープ速度
を上回るため、たわみ部の表面に割れが発生する。割れ
の判定は矯正後の被形状矯正金属板表面をカラーチェッ
クすることで判定した。 種類 たわみ たわみ 均熱 圧力差 均熱 Ｆ 値 負 荷 割 矯正 高 さ ピッチ 時間 温度 速 度 れ 結果 mm m 時間 MPa T/C mm MPa/時間 Ti-6Al-4V 297 0.721 16 0.067 880 1293.81 0.012 なし ○ Ti-6Al-4V 86 1.104 8 0.067 700 514.39 0.005 なし ○ Ti-6Al-4V 165 1.053 19 0.029 800 1314.60 0.015 あり × ［実施例３］ 形状矯正を行なうに当たり、矯正炉内で被形状矯正金属
板の温度が所定の均熱温度に至るまでの加熱速度が大き
い場合には、被形状矯正金属板の温度分布に差が生じ
る。これは被形状矯正金属板を数段積み重ねて矯正する
場合に顕著に起こる現象で加熱速度が大きすぎないよう
に制御する必要がある。被形状矯正金属板内部に温度差
が生じるとたとえ均熱時間を充分とっても平坦な板を得
ることができない。 種類 たわみ たわみ 均熱 圧力差 均熱 Ｆ 値 加 熱 矯正 高 さ ピッチ 時間 温度 速 度 結果 mm m 時間 MPa T/C mm ℃／時間 SUS430 31 0.77 43 0.0096 720 44.09 120 × SUS430 73 0.67 32 0.08 624 2106 110 ○ SUS430 16 0.95 10 0.096 656 11883 32.8 ○ SUS430 82 0.95 29 0.096 784 52200 98 ○ ［実施例４］ 形状矯正を行なうに当たり、矯正炉内で被形状矯正金属
板を所定の均熱温度、均熱時間で処理した後室温付近ま
で冷却するが、冷却速度が大きい場合は、被形状矯正金
属板の温度分布に差が生じ所望の平坦度が得られない。
これは被形状矯正金属板を単独あるいは数段積み重ねて
行なう場合も起こりうる。均熱後、30℃／時間以下の冷
却速度で被形状矯正金属板を冷却することにより完全な
矯正を行なうことができる。 種類 たわみ たわみ 均熱 圧力差 均熱 Ｆ 値 冷 却 矯正 高 さ ピッチ 時間 温度 速 度 結果 mm m 時間 MPa T/C mm ℃／時間 Ti-15333 42 0.988 1 0.048 840 8366 30 ○ Ti-15333 296 0.975 16 0.077 880 3176380 32 × Ti-15333 59 1.150 10 0.067 840 3753225 40 × Ti-5Al-2.5Sn 15 0.952 23 0.077 840 2202 22.5 ○ 純チタン２種 92 0.979 15 0.077 560 296 11.7 ○

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればチ
タン材およびステンレス鋼をはじめとする一般金属板の
たわみを解消するために真空クリープ矯正炉を使用する
際に、当該金属板の有するたわみピッチと高さに応じて
矯正操業条件、例えば温度、圧力差、時間、加圧速度、
加熱速度、冷却速度を制御することによってたわみを完
全に解消することができる。その結果、本発明を適用し
て製造された平坦度の高い金属板は広く航空機用材料、
化学・エネルギー産業分野、産業機械、建設機械などに
用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】真空クリープ形状矯正炉の構造概略図である。

【図２】矯正処理前の被形状矯正金属板の有するたわみ
とそれを記述するためのパラメーターの定義を示す図で
ある。

【図３】板厚40mmの工業用純チタンＪＩＳ２種熱延まま
材を均熱温度＝700 ℃、均熱時間＝４時間、圧力差＝0.
096MPaで処理した場合にたわみの解消の程度が矯正前た
わみピッチとたわみ高さに依存することを示す図であ
る。

【符号の説明】 １ セラミック製基盤 ２ 被形状矯正金属板 ３ 炉殻 ４ 真空ポンプ結合口 ５ 耐火物ブロック ６ ナイロン製シート ７ バーミキュライト（蛭石） ８ しきり板 ９ 加熱ヒーター １０ 冷却用空気管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−258115（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−55619（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−230814（ＪＰ，Ａ) 特公 昭56−40641（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21D 1/00 C21D 8/02 C22F 1/00,1/18

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商業生産用の真空クリープ形状矯正炉を
   用い、所望の平坦度を備えた炉内基盤上に被形状矯正金
   属板を載置し、その上に直接あるいは仕切り板を介して
   間接的に、粒状で且つ流動性を有する断熱材を積層し、
   さらにその上に柔軟で可撓性及び気密性を有するシート
   を敷き、前記基盤を支える炉殻と前記シートの間に前記
   金属板を挟むように密封し、前記炉殻の一部から減圧し
   て減圧分の大気圧を以て前記断熱材及び前記金属板を基
   盤に押圧し、同時に基盤下から加熱して前記金属板にク
   リープ変形を生じさせて矯正するに当り、前記金属板の
   矯正前のたわみピッチ（Ｌ／ｍ）およびたわみ高さ（Ｗ
   ／ｍｍ）に応じて、前記金属板の種類に対応する下記式
   （１）〜（８）に示す矯正パラメーターＦ値に基づきＦ
   値≧Ｗなる条件で、矯正均熱処理時間（ｔ／ｈｒ）を１
   〜４６時間の範囲内として、形状矯正することを特徴と
   する金属板の真空クリープ形状矯正法。ただし、 （ａ）被形状矯正金属板の種類は、工業用純チタン、α
   型チタン合金、（α＋β）型二相チタン合金、β型チタ
   ン合金、フェライト系ステンレス鋼、マルテンサイト系
   ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、耐熱型
   オーステナイトステンレス鋼の８種の合金系区分に属す
   るものとする。 （ｂ）矯正パラメータＦ値は、幅３５００ｍｍ×長さ３
   ０００〜１００００ｍｍ×板厚４０ｍｍの熱延材につい
   て矯正均熱処理時間（ｔ／ｈｒ）：１〜４６時間、前記
   形状矯正炉内で被形状矯正金属板に作用する圧力差（減
   圧分の大気圧）（Ｐ／MPa)：０．００９６〜０．０９６
   ＭPa、矯正均熱処理温度（Ｔ／Ｋ）：４５０〜１１００
   ℃の範囲の操業データの関数として表したものである。 （ｃ）本発明にいうクリープ変形とは、被形状矯正金属
   板のたわみ矯正時に導入される前記被形状矯正金属板表
   面での歪が全処理工程を通じて１０％を超えないような
   矯正を対象にしており、さらに形状矯正を行うに当り、
   たわみの矯正に関連する前記被形状矯正金属板表面での
   歪速度が該被形状矯正金属板が均熱処理温度に保たれて
   いる間において５×１０^-10 〜１×１０^-6（ｌ／ｓ）の
   範囲にあるクリープ変形をいう。 （ｄ）矯正パラメーターＦ値を表す式は下記のとおり： 純チタンに対しては Ｆ＝10^14.7・Ｌ^8.5 ・ｔ^1.1 ・Ｐ^3.0 ・[exp(-1 ／Ｔ)]¹⁹³⁷⁵ （１） Ti-5Al-2.5Snに代表されるα型チタン合金に対しては Ｆ＝10^9.1 ・Ｌ^3.1 ・ｔ^0.8 ・Ｐ^1.1 ・[exp(-1 ／Ｔ)]¹⁷⁰¹¹ （２） Ti-6Al-4V に代表される（α＋β）型二相チタン合金に対しては Ｆ＝10^11.2・Ｌ^5.9 ・ｔ^1.0 ・Ｐ^1.4 ・[exp(-1 ／Ｔ)]¹⁸⁰⁴² （３） Ti-15V-3Cr-3Sn-3Alに代表されるβ型チタン合金に対しては Ｆ＝10^18.1・Ｌ^12.2・ｔ^1.2 ・Ｐ^4.5 ・[exp(-1 ／Ｔ)]²⁰⁷⁰⁰ （４） SUS430鋼に代表されるフェライト系ステンレス鋼に対しては Ｆ＝10^20.2・Ｌ^3.54・ｔ^0.86・Ｐ^3.6 ・[exp(-1 ／Ｔ)]²⁷⁸⁹⁷ （５） SUS410鋼に代表されるマルテンサイト系ステンレス鋼に対しては Ｆ＝10^39.3・Ｌ^12.8・ｔ^1.0 ・Ｐ^6.3 ・[exp(-1 ／Ｔ)]⁵⁸⁷⁵⁴ （６） SUS304鋼に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼に対しては Ｆ＝10^39.8・Ｌ^14.8・ｔ^1.0 ・Ｐ^6.4 ・[exp(-1 ／Ｔ)]⁷⁷⁹¹⁷ （７） SUS310に代表される耐熱型オーステナイト系ステンレス鋼に対しては Ｆ＝10^27.7・Ｌ^12.0・ｔ^1.0 ・Ｐ^5.0 ・[exp(-1 ／Ｔ)]⁵⁶¹⁶⁷ （８）
2. 【請求項２】 前記形状矯正炉内で被形状矯正金属板に
   作用する圧力差に至るまでの負荷速度を０．０１２MPa
   ／時間以下とすることを特徴とする請求項１記載の金属
   板の真空クリープ形状矯正法。
3. 【請求項３】 前記形状矯正炉内で被形状矯正金属板を
   １１０℃／時間以下の昇温速度で均熱温度まで加熱する
   ことを特徴とする請求項１記載の金属板の真空クリープ
   形状矯正法。
4. 【請求項４】 前記形状矯正炉内で被形状矯正金属板を
   形状矯正した後、該被形状矯正金属板を３０℃／時間以
   下の冷却速度で冷却することを特徴とする請求項１記載
   の金属板の真空クリープ形状矯正法。
5. 【請求項５】 前記形状矯正炉内で被形状矯正金属板に
   作用する圧力差を該矯正炉が置かれている高度における
   大気圧と矯正炉内の減圧した大気の圧力との差で与える
   ことを特徴とする請求項１記載の金属板の真空クリープ
   形状矯正法。