JP4939741B2 - nearβ型チタン合金 - Google Patents
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Description
なかでも、Ti−5Al−2Sn−2Zr−4Mo−4Crは、優れた強度を有することが知られており「Ti−17」と呼ばれ広く用いられている。
また、β型チタン合金あるいはnearβ型チタン合金は、成形後に時効処理などの熱処理を施すことにより強度が向上することが知られている。特許文献1には、β型チタン合金を時効処理により引張強さを向上させることが記載されており、例えば、前記特許文献1の表1中No.4の試料では引張強さ70kgf/mm2(約690MPa)の試料を時効処理することにより130kgf/mm2(約1270MPa)にまで向上することが記載されている。
また、特許文献2では、「Ti−17」を代表成分とするチタン合金を、加工時の温度、熱処理温度を規定することで高強度化されることも記載されている。
ところで、近年、チタン合金には、さらなる用途展開、軽量化などの目的から、さらなる高強度化の要求がなされており、前述の「Ti−17」に比べてさらに強度の高いものも要望されている。しかし、前記時効処理は、通常、500℃程度の温度で数時間保持することにより行われるため、例えば、「Ti−17」よりも高い強度のものを製造する場合には、時効処理のために生産性を低下(生産コストを上昇)させる必要がある。また、時効処理のための特別の設備も必要になり設備コストも上昇させることとなる。
すなわち、従来のnearβ型チタン合金は、コスト上昇を抑制しつつ「Ti−17」よりも高い強度を有するnearβ型チタン合金を得ることが困難であるという問題を有している。
すなわち、本発明は、重量%で、V:0.5〜7%、Fe:0.5〜2.5%、Mo:0.5〜5%、Cr:3〜5%(ただし、3.0%以下、及び、3.29%を除く)含有し、且つ、含有するVの重量%をXV、含有するFeの重量%をXFe、含有するMoの重量%をXMo、含有するCrの重量%をXCrとしたときに、XV+2.95XFe+1.5XMo+1.65XCrの値が9〜17%となり、さらにAl:3〜7%を含有し、残部がTiおよび不純物からなるnearβ型チタン合金を提供する。
なお、本発明において、nearβ型チタン合金とは、β相にα相などの他相が混在するものを意図しており、β相にα相などの他相が混在することは、ミクロ組織観察やX線回折などにより確認することができる。
したがって、時効処理などのための特別な設備や工程を行うことを抑制でき、コストが上昇することを抑制しつつ「Ti−17」に比べ優れた強度を有するチタン合金を得ることができる。
これら元素からなるnearβ型チタン合金は、通常、β変態点よりも低い温度で熱間加工され冷却されて強度の優れたものとなる。このことにより時効処理を施すことなく「Ti−17」よりも優れた強度のものを得ることができる。
なお、nearβ型チタン合金の特性バラツキを抑制しつつ、材料コストをより低下させ得る点においてFeは、1〜2%の含有量とされるのが好ましい。
なお、nearβ型チタン合金の特性バラツキを抑制しつつ、材料コストをより低下させ得る点ならびに変形抵抗が高くなるのを抑制し得る点においてCrは、3〜4%の含有量とされるのが好ましい。
なお、固溶強化を促進させつつ、加工性の低下を抑制し得る点において、Alは、4〜6%の含有量とされるのが好ましい。
なお、このようなnearβ型チタン合金の熱間加工温度は、ミクロ組織を等軸構造として良好なる延性を保持し得る点、加工性を良好なものとし、ヒート数を減らし得る点、ならびにスケールの成長を防止し得る点からβ変態点よりも低い温度で且つβ変態点よりも100℃低い温度以上とされるのが好ましい。
また、不純物としては、O、Hなどの不可避不純物があるが延性を良好なものとし得る点からOは0.25重量%以下であることが好ましく、時効処理による強度向上をより有効に得られる点からHは、0.05重量%以下であることが好ましい。
(実施例1〜13、比較例1〜13)
各元素が表1に示す割合となるように、ボタンアーク溶解により厚さ20mm×幅75mm×長さ97mmの鋳塊を製造し、β変態点より約50℃低い温度で4mm厚さに熱延した。
なお、β変態点は、純チタンに対して各元素を単独で含有させた場合のβ変態点の変化量を状態図から読み取り、該変化量の総和を求め、純チタンのβ変態点に前記変化量の総和を加える計算により求めた。
また、参考として、0.2%耐力が1300MPa以上の強度を示すものについては、熱延した後に500℃×1時間の時効処理した場合についても、引張強度と0.2%耐力の測定を行った。
なお、比較例1、2、4、7、9、10、11については、加工性が低く、熱延が実施できなかったため引張試験を実施しなかった。
また、比較例12として、「Ti−17」合金の引張強度と0.2%耐力を同様に求めた。
以上の評価結果を表2に示す。
Claims (5)
- 重量%で、V:0.5〜7%、Fe:0.5〜2.5%、Mo:0.5〜5%、Cr:3〜5%(ただし、3.0%以下、及び、3.29%を除く)含有し、且つ、含有するVの重量%をXV、含有するFeの重量%をXFe、含有するMoの重量%をXMo、含有するCrの重量%をXCrとしたときに、XV+2.95XFe+1.5XMo+1.65XCrの値が9〜17%となり、さらにAl:3〜7%を含有し、残部がTiおよび不純物からなるnearβ型チタン合金。
- 重量%で、V:0.5〜7%、Fe:0.5〜2.5%、Mo:0.5〜5%、Cr:0.5〜5%含有し、且つ、含有するVの重量%をXV、含有するFeの重量%をXFe、含有するMoの重量%をXMo、含有するCrの重量%をXCrとしたときに、XV+2.95XFe+1.5XMo+1.65XCrの値が9〜17%となり、
さらにAl:3%以上7%未満を含有し、Sn:4%以下ならびにZr:4%以下の少なくとも一方を含有し、含有するAlの重量%をXAl、含有するSnの重量%をXSn、含有するZrの重量%をXZrとしたときに、XAl+(XSn/3)+(XZr/6)の値が3〜7となり、残部がTiおよび不純物からなるnearβ型チタン合金。 - 重量%で、V:0.5〜7%、Fe:0.5〜2.5%、Mo:0.5〜5%、Cr:3〜5%(ただし、3.0%以下、及び、3.29%を除く)と、
Nb:0.5〜2%、Ta:0.5〜2%、Ni:0.25〜1%、Mn:0.25〜1%、Co:0.25〜1%から選ばれる少なくとも1種とを含有し、且つ、含有するVの重量%をXV、含有するFeの重量%をXFe、含有するMoの重量%をXMo、含有するCrの重量%をXCr、含有するNbの重量%をXNb、含有するTaの重量%をXTa、含有するNiの重量%をXNi、含有するMnの重量%をXMn、含有するCoの重量%をXCoとしたときに、XV+2.95XFe+1.5XMo+1.65XCr+0.4XNb+0.3XTa+1.6XNi+2.3XMn+2.1XCoの値が9〜17%となり、さらにAl:3〜7%を含有し、残部がTiおよび不純物からなることを特徴とするnearβ型チタン合金。 - 重量%で、V:0.5〜7%、Fe:0.5〜2.5%、Mo:0.5〜5%、Cr:0.5〜5%と、
Nb:0.5〜2%、Ta:0.5〜2%、Ni:0.25〜1%、Mn:0.25〜1%、Co:0.25〜1%から選ばれる少なくとも1種とを含有し、且つ、含有するVの重量%をXV、含有するFeの重量%をXFe、含有するMoの重量%をXMo、含有するCrの重量%をXCr、含有するNbの重量%をXNb、含有するTaの重量%をXTa、含有するNiの重量%をXNi、含有するMnの重量%をXMn、含有するCoの重量%をXCoとしたときに、XV+2.95XFe+1.5XMo+1.65XCr+0.4XNb+0.3XTa+1.6XNi+2.3XMn+2.1XCoの値が9〜17%となり、
さらにAl:3%以上7%未満を含有し、Sn:4%以下ならびにZr:4%以下の少なくとも一方を含有し、含有するAlの重量%をXAl、含有するSnの重量%をXSn、含有するZrの重量%をXZrとしたときに、XAl+(XSn/3)+(XZr/6)の値が3〜7となり、残部がTiおよび不純物からなることを特徴とするnearβ型チタン合金。 - 請求項1乃至4の何れかに記載のnearβ型チタン合金を、熱間加工するnearβ型チタン合金の熱間加工方法であって、
β変態点よりも低い温度且つβ変態点よりも100℃低い温度以上で熱間加工することを特徴とするnearβ型チタン合金の熱間加工方法。
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