JP6540179B2 - Hot-worked titanium alloy bar and method of manufacturing the same - Google Patents

Hot-worked titanium alloy bar and method of manufacturing the same Download PDF

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Description

本発明は、疲労特性に優れた熱間加工チタン合金棒材およびの製造方法に関する。 The present invention relates to a manufacturing method between excellent thermal fatigue properties machining titanium alloy rod material and its.

チタンは、軽量で高比強度であり、優れた耐熱性を有している。このため、チタンまたはチタン合金は、航空機、自動車などの広範な分野で利用されている。
チタンまたはチタン合金としては、例えば、特許文献1〜特許文献5に記載の技術が提案されている。
Titanium is lightweight, has high specific strength, and has excellent heat resistance. For this reason, titanium or titanium alloys are used in a wide range of fields such as aircraft and automobiles.
As titanium or a titanium alloy, for example, techniques described in Patent Literatures 1 to 5 have been proposed.

特許文献1には、切削面に垂直な方向と結晶格子のc軸とのなす角度であるc軸の傾きが15°以下および75°以上を有し、かつ結晶粒径が100μm以上である結晶が10個/mm以下である結晶方位分布を有するα型チタン部材が記載されている。
また、特許文献2には、Ti−Al−V−Mo系合金をβ鍛造した後、β変態点より65℃低い温度以上の温度領域で鍛造するチタン合金の鍛造法が記載されている。
In Patent Document 1, a crystal having a c-axis inclination of 15 ° or less and 75 ° or more, which is an angle between a direction perpendicular to the cutting surface and the c-axis of the crystal lattice, and a crystal grain diameter of 100 μm or more There has been described α-type titanium member having a crystal orientation distribution is 10 pieces / mm 2 or less.
Further, Patent Document 2 describes a forging method of a titanium alloy which is forged in a temperature range equal to or lower than a temperature 65 ° C. lower than the β transformation point after β forging a Ti-Al-V-Mo alloy.

特許文献3には、優れた機械的性質を備え、超音波ノイズが低減されたα+β型チタン合金板の製造方法が記載され、加熱状態のα+β型チタン合金スラブをβ単相域より0.5℃/s以上の冷却速度で冷却した後、α+β温度域に加熱して高さ比10%以上の熱間鍛造を施し、それからα+β温度域での熱間圧延と、α+β温度域での熱処理を順次施すことが提案されている。   Patent Document 3 describes a method for producing an α + β-type titanium alloy plate having excellent mechanical properties and reduced ultrasonic noise, and the α + β-type titanium alloy slab in a heated state is 0.5 or more than the β single phase region. After cooling at a cooling rate of ° C / s or more, it is heated in the α + β temperature range to perform hot forging with a height ratio of 10% or more, then hot rolling in the α + β temperature range and heat treatment in the α + β temperature range It is proposed to apply sequentially.

特許文献4には、ビレットの長手方向から強圧下方向に向かって±30°以内で、且つ、ビレットの長手方向から長手方向に垂直な方向に向かって±40°〜90°の範囲に、α相のc軸方向が集積しており、その集積度が3以上であるチタン合金ビレットが記載されている。
特許文献5には、粒状αチタンの平均粒径が6μm以上15μm以下、粒状αチタンの集合体であるコロニーの最大サイズが120μm以下、チタン合金ビレットの長手方向から±40°以下の範囲にαチタン相のc軸の集積が存在し、その集積度が長手方向に垂直な断面Dの中心部において1.5以上であるチタン合金ビレットが記載されている。
According to Patent Document 4, α is within a range of ± 30 ° in the longitudinal direction of the billet toward the direction of strong pressure, and in the range of ± 40 ° to 90 ° in the direction perpendicular to the longitudinal direction from the longitudinal direction of the billet. A titanium alloy billet is described in which the c-axis direction of the phase is accumulated and the degree of accumulation is 3 or more.
In Patent Document 5, the average particle diameter of granular α-titanium is 6 μm to 15 μm, the maximum size of the colony which is an aggregate of granular α-titanium is 120 μm or less, and α is within ± 40 ° from the longitudinal direction of the titanium alloy billet. A titanium alloy billet is described in which there is c-axis accumulation of titanium phase, the degree of accumulation being greater than 1.5 at the center of the cross section D perpendicular to the longitudinal direction.

特開2013−1961号公報JP, 2013-1961, A 特開昭59−104233号公報JP-A-59-104233 特開平8−49053号公報JP-A-8-49053 特開2012−224935号公報JP, 2012-224935, A 特開2014−65967号公報JP, 2014-65967, A

しかしながら、従来のチタンまたはチタン合金は、例えば、航空機エンジンのファンブレード、自動車のエンジンバルブなどに利用する場合には、疲労特性が不十分であり、疲労特性を向上させることが要求されていた。   However, when the conventional titanium or titanium alloy is used for, for example, a fan blade of an aircraft engine, an engine valve of a car, etc., the fatigue characteristics are insufficient and it is required to improve the fatigue characteristics.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、優れた疲労特性を有する熱間加工チタン合金棒材およびの製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a method for producing a hot-working the titanium alloy rod material having excellent fatigue properties and their.

本発明者は、上記課題を解決するために、α相とβ相とからなる金属組織を有する二相熱間加工チタン合金棒材の疲労試験を行い、破壊時のき裂の起点に着目して鋭意検討した。その結果、き裂の起点となりやすい特定の結晶方位を有する粗大な初析α粒を充分に少なくすることで、優れた疲労特性を有する熱間加工チタン合金棒材が得られることを見出し、本発明を想到した。
本発明の要旨は以下のとおりである。
In order to solve the above problems, the inventor conducted a fatigue test of a two-phase hot-worked titanium alloy bar having a metal structure composed of an α phase and a β phase, and focused on the origin of a crack at the time of fracture. I examined it earnestly. As a result, it has been found that a hot-worked titanium alloy bar having excellent fatigue properties can be obtained by sufficiently reducing coarse pro-eutectoid α-grains having a specific crystal orientation which is likely to be a crack origin. I thought of the invention.
The gist of the present invention is as follows.

(1) 熱間加工チタン合金棒材であって、
前記熱間加工チタン合金棒材の成分が、Al:5.50〜6.75質量%、V:3.50〜4.50質量%、Fe:0.05〜0.30質量%、O:0.05〜0.20質量%を含有し、残部がTiおよび不可避的不純物であり、
かつ初析α粒と針状α粒とからなるα相と、β相とからなる金属組織を有し、
前記初析α粒の前記金属組織中の面積率が30%以上であり、
前記初析α粒のうち、稠密六方構造のc軸方向と前記熱間加工チタン合金棒材の長さ方向とのなす角度(c軸の傾き)が25°以上55°以下で、かつ円相当直径が20μm以上である初析α粒の前記金属組織中の面積率が2.0%以下であることを特徴とする熱間加工チタン合金棒材。
(1) A hot-worked titanium alloy bar ,
The components of the hot-worked titanium alloy bar are Al: 5.50 to 6.75 mass%, V: 3.50 to 4.50 mass%, Fe: 0.05 to 0.30 mass%, O: Containing 0.05 to 0.20% by mass, the balance being Ti and unavoidable impurities,
And has a metal structure consisting of an α phase consisting of pro-eutectoid α grains and needle-like α grains, and a β phase,
The area ratio of the pro-eutectoid α particles in the metal structure is 30% or more,
Among the pro-eutectoid α-grains, an angle (inclination of c-axis) between c-axis direction of dense hexagonal structure and length direction of hot-worked titanium alloy bar is 25 ° or more and 55 ° or less, and equivalent to a circle A hot-worked titanium alloy bar characterized in that an area ratio of pro-eutectoid α particles having a diameter of 20 μm or more in the metal structure is 2.0% or less.

(2) 熱間加工チタン合金棒材であって、
前記熱間加工チタン合金棒材の成分が、Al:5.50〜6.50質量%、Sn:1.75〜2.25質量%、Zr:3.50〜4.50質量%、Mo:5.50〜6.50質量%、Fe:0.02〜0.15質量%、O:0.02〜0.15質量%を含有し、残部がTiおよび不可避的不純物であり、
かつ初析α粒と針状α粒とからなるα相と、β相とからなる金属組織を有し、
前記初析α粒の前記金属組織中の面積率が30%以上であり、
前記初析α粒のうち、稠密六方構造のc軸方向と前記熱間加工チタン合金棒材の長さ方向とのなす角度(c軸の傾き)が25°以上55°以下で、かつ円相当直径が20μm以上である初析α粒の前記金属組織中の面積率が2.0%以下であることを特徴とする熱間加工チタン合金棒材。
(2) A hot-worked titanium alloy bar,
The components of the hot-worked titanium alloy bar are Al: 5.50 to 6.50 % by mass, Sn: 1.75 to 2.25% by mass, Zr: 3.50 to 4.50% by mass, Mo: 5.50 to 6.50 wt%, Fe: 0.02 to 0.15 wt%, O: 0.02 to 0.15 and containing mass%, Ri balance Ti and unavoidable impurities der,
And has a metal structure consisting of an α phase consisting of pro-eutectoid α grains and needle-like α grains, and a β phase,
The area ratio of the pro-eutectoid α particles in the metal structure is 30% or more,
Among the pro-eutectoid α-grains, an angle (inclination of c-axis) between c-axis direction of dense hexagonal structure and length direction of hot-worked titanium alloy bar is 25 ° or more and 55 ° or less, and equivalent to a circle A hot-worked titanium alloy bar characterized in that an area ratio of pro-eutectoid α particles having a diameter of 20 μm or more in the metal structure is 2.0% or less .

) 鋳塊を熱間加工して製造されるα+β二相チタン合金からなる熱間加工チタン合金棒材の製造方法であり、
前記鋳塊をβ単相温度域で熱間加工するβ加工工程と、
α+β二相温度域で鍛錬比が1.7以上になるように熱間加工する第1α+β加工工程と、
β単相温度域まで加熱した後水冷するβ熱処理工程と、
α+β二相温度域で鍛錬比が3.0以上になるように熱間加工する第2α+β加工工程とをこの順に行うことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の熱間加工チタン合金棒材の製造方法。
( 3 ) A method of manufacturing a hot-worked titanium alloy bar made of an α + β two-phase titanium alloy manufactured by hot working an ingot,
Β processing step of hot working the ingot in a β single phase temperature range,
a first α + β processing step of hot working so that the wrought ratio is 1.7 or more in the α + β two-phase temperature range;
a heat treatment step of heating to a β single phase temperature range and then water cooling;
The hot- worked titanium according to claim 1 or 2, characterized in that a second α + β processing step of hot working so that the wrought ratio is 3.0 or more in the α + β two-phase temperature range is performed in this order. Method of manufacturing alloy bar.

本発明の熱間加工チタン合金棒材は、α相とβ相とからなる金属組織を有し、特定の結晶方位を有する粗大な初析α粒の金属組織中の面積率が2.0%以下であるので、優れた疲労特性が得られる。
本発明の熱間加工チタン合金棒材の製造方法によれば、α相とβ相とからなる金属組織を有し、特定の結晶方位を有する粗大な初析α粒の金属組織中の面積率が2.0%以下である疲労特性に優れた熱間加工チタン合金棒材が得られる。
The hot-worked titanium alloy bar according to the present invention has a metal structure consisting of an α phase and a β phase, and the area ratio of coarse pro-eutectoid α grains having a specific crystal orientation in the metal structure is 2.0% Since it is the following, the outstanding fatigue characteristic is obtained.
According to the method of manufacturing a hot-worked titanium alloy rod of the present invention, the area ratio of coarse pro-eutectoid α-grains in metal structure having a specific crystal orientation having a metal structure consisting of α phase and β phase The hot-worked titanium alloy bar excellent in the fatigue characteristic which is 2.0% or less is obtained.

き裂の起点となった初析α粒の大きさとc軸の傾きとの関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the size of the pro-eutectoid alpha particle which became the starting point of the crack, and the inclination of c axis. 稠密六方構造を有する初析α粒のc軸方向と、チタン合金棒材の長さ方向とのなす角度θ(c軸の傾き)を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating angle (theta) (inclination of c axis | shaft) of c axis direction of pro-eutectoid (alpha) particle which has a close-packed hexagonal structure, and the length direction of a titanium alloy bar to make. 本発明のチタン合金棒材の一例の顕微鏡写真である。It is a microscope picture of an example of a titanium alloy bar of the present invention. No.1のチタン合金棒材の顕微鏡写真である。No. It is a microscope picture of a titanium alloy bar of 1. No.5のチタン合金棒材の顕微鏡写真である。No. It is a microscope picture of five titanium alloy bars.

以下、本発明の熱間加工チタン合金棒材およびその製造方法について詳細に説明する。
なお以下では、熱間加工チタン合金棒材を、単にチタン合金棒材と称することがある。
本発明者は、上記課題を解決するために、α相とβ相とからなる金属組織を有する二相チタン合金棒材に対して低サイクル疲労試験を行い、疲労寿命(破断するまでの繰り返し回数)を求めた。疲労試験の試験片は、鋳塊を熱間加工して製造したTi−6Al−4V(6質量%のAlと4質量%のVとを含むチタン合金)合金で形成された丸棒から採取した。そして、破断するまでの繰り返し回数が8万回以上であるものを良好と評価し、8万回未満であるものを不良と評価した。
Hereinafter, the hot-worked titanium alloy bar of the present invention and the method for producing the same will be described in detail.
In the following, the hot-worked titanium alloy bar may be simply referred to as a titanium alloy bar.
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor conducted a low cycle fatigue test on a dual phase titanium alloy bar having a metal structure consisting of an α phase and a β phase, and determined the fatigue life (the number of repetitions until breakage) Asked for). Test pieces for fatigue test were taken from a round bar formed of Ti-6Al-4V (a titanium alloy containing 6% by mass of Al and 4% by mass of V) manufactured by hot working an ingot. . And the thing whose repetition frequency until it fractures | ruptures is 80,000 times or more was evaluated as favorable, and what was less than 80,000 times was evaluated as defect.

また、疲労試験後の試験片破面をSEM(走査型電子顕微鏡)で観察し、き裂が発生する際の起点を特定した。その結果、き裂の起点は、いずれの試験片でも粗大な初析α粒であった。そこで、本発明者は、き裂の起点となった初析α粒について、大きさ(円相当直径(μm))と、結晶方位(c軸の傾きθ(°))とを、EBSD(電子線後方散乱回折;Electron Backscatter Diffraction)を用いて調査した。この結果を図1に示す。   In addition, the fracture surface of the test piece after the fatigue test was observed by SEM (scanning electron microscope), and the starting point at which the crack was generated was specified. As a result, the origin of the crack was coarse pro-eutectoid α particles in any of the test pieces. Therefore, the inventor of the present invention has made the EBSD (electrons) of the size (equivalent circle diameter (μm)) and the crystal orientation (the inclination θ (°) of the c axis) of the pro-eutectoid α particles that became the origin of the crack. It was investigated using line backscattering diffraction (Electron Backscatter Diffraction). The results are shown in FIG.

図1は、き裂の起点となった初析α粒の大きさとc軸の傾きとの関係を示したグラフである。図1において符号○は疲労試験で破断するまでの繰り返し回数が8万回以上であった試験片の結果であり、符号×は8万回未満であった試験片の結果である。また、図1に示す初析α粒のc軸の傾きは、図2に示すように、稠密六方構造を有する初析α粒のc軸方向と、チタン合金棒材の長さ方向とのなす角度θを意味する。   FIG. 1 is a graph showing the relationship between the size of a pro-eutectoid α grain that is the starting point of a crack and the inclination of the c-axis. In FIG. 1, the symbol は indicates the result of a test piece in which the number of repetitions until breakage in the fatigue test is 80,000 or more, and the symbol x indicates the result of a test piece in which the number of repetitions is less than 80,000. Further, as shown in FIG. 2, the inclination of the c-axis of the pro-eutectoid α-grains shown in FIG. 1 is between the c-axis direction of the pro-eutectoid α-grains having a dense hexagonal structure and the length direction of the titanium alloy bar It means the angle θ.

図1に示すように、初析α粒が、結晶方位(c軸の傾き)が25°以上55°以下であって、かつ大きさ(円相当直径)が20μm以上である試験片では、疲労特性が不良であった。
以上の結果から、稠密六方構造のc軸の傾きが25°以上55°以下であり、かつ円相当直径が20μm以上の粗大な初析α粒が、低サイクル疲労特性を低下させる原因となることがわかった。
As shown in FIG. 1, in the test piece in which the pro-eutectoid α particles have a crystal orientation (inclination of c axis) of 25 ° or more and 55 ° or less and a size (equivalent circle diameter) of 20 μm or more, The characteristics were poor.
From the above results, coarse pro-eutectoid α-grains with an equivalent circle diameter of 20 μm or more with a c-axis inclination of a close-packed hexagonal structure of 25 ° or more and 55 ° or less cause low cycle fatigue characteristics to deteriorate. I understand.

c軸の傾きおよび円相当直径が上記範囲である初析α粒が、低サイクル疲労特性を低下させる原因となるのは、以下に示す理由によるものと推定される。
稠密六方晶の底面すべりは、結晶方位(図2においては符号「θ」で示す。)が45°に近いほど生じやすく、結晶方位が25°以上55°以下であると活発になる。また、金属組織に含まれる等軸状の初析α粒の大きさが大きいほど、試験片に付与される応力が集中しやすく、円相当直径が20μm以上であると応力の集中が顕著となる。したがって、c軸の傾きが25°以上55°以下で、かつ円相当直径が20μm以上の初析α粒は、稠密六方晶の底面すべりが生じやすく、しかも応力が集中しやすいため、疲労寿命が短くなったと考えられる。
The reason why the pro-eutectoid α-grains having the c-axis inclination and the equivalent circle diameter in the above range cause the low cycle fatigue characteristics to be reduced is presumed to be as follows.
The base slip of a close-packed hexagonal crystal is more likely to occur as the crystal orientation (indicated by symbol “θ” in FIG. 2) approaches 45 °, and becomes active when the crystal orientation is 25 ° or more and 55 ° or less. In addition, the larger the size of the equiaxed pro-eutectoid α-grains contained in the metallographic structure, the easier it is for the stress applied to the test piece to be concentrated, and the stress concentration becomes remarkable if the equivalent circle diameter is 20 μm or more. . Accordingly, pro-eutectoid α-grains having a c-axis inclination of 25 ° to 55 ° and a circle-equivalent diameter of 20 μm or more are prone to bottom slippage of dense hexagonal crystals and stress is easily concentrated, so the fatigue life is It is thought that it became short.

次に、本発明者は、優れた疲労特性を有するチタン合金棒材を得るために、c軸の傾きおよび円相当直径が上記範囲である初析α粒の少ないチタン合金棒材を製造する方法について、鋭意検討を行った。具体的には、熱間加工として自由鍛造方法を用いて、種々の条件でチタン合金棒材を試作した。
その結果、(1)鋳塊をβ単相温度域で熱間加工するβ加工工程と、(2)α+β二相温度域で鍛錬比が1.7以上になるように熱間加工する第1α+β加工工程と、(3)β単相温度域まで加熱した後水冷するβ熱処理工程と、(4)α+β二相温度域で鍛錬比が3.0以上になるように熱間加工する第2α+β加工工程とをこの順に行えばよいことを見出した。
Next, in order to obtain a titanium alloy bar having excellent fatigue properties, the present inventor manufactured a titanium alloy bar having a small amount of pro-eutectoid α-grains, the inclination of the c axis and the equivalent circle diameter being in the above range. We studied earnestly about. Specifically, using a free forging method as hot working, titanium alloy bars were made on trial under various conditions.
As a result, (1) β processing step of hot working the ingot in a β single phase temperature region, and (2) hot working of a ingot in a wrought ratio of 1.7 or more in an α + β two phase temperature region (2) a second α + β processing which is hot-worked to have a wrought ratio of 3.0 or more in a processing step, (3) a β heat treatment step of heating to a β single phase temperature range and then water cooling, It has been found that the steps and the steps should be performed in this order.

すなわち、上記(1)〜(4)を行う熱間加工方法により、c軸の傾きが25°以上55°以下で円相当直径(粒径)が20μm以上である粗大な初析α粒を大幅に低減できることがわかった。
さらに、上記の熱間加工方法を用いて製造したチタン合金棒材より試験片を採取し、低サイクル疲労試験を行ったところ、優れた疲労寿命が得られた。具体的には、c軸の傾きおよび円相当直径が上記範囲である初析α粒の金属組織中における面積率が2.0%以下に低減され、低サイクル疲労試験で破断するまでの繰り返し回数が8万回以上である疲労特性の良好なチタン合金棒材が得られた。
That is, according to the hot working method of performing the above (1) to (4), coarse pro-eutectoid α-grains having a c-axis inclination of 25 ° or more and 55 ° or less and a circle equivalent diameter (particle diameter) of 20 μm or more It can be reduced to
Furthermore, when the test piece was extract | collected from the titanium alloy bar manufactured using said hot-working method and the low cycle fatigue test was done, the outstanding fatigue life was obtained. Specifically, the area ratio of the pro-eutectoid α grains in the metal structure of which the inclination of the c axis and the equivalent circle diameter fall within the above range is reduced to 2.0% or less, and the number of repetitions until breakage occurs in the low cycle fatigue test A titanium alloy rod having good fatigue properties, having a strength of at least 80,000 times, was obtained.

「チタン合金棒材」
次に、本実施形態のチタン合金棒材について詳細に説明する。
図3は、本発明の一例である本実施形態のチタン合金棒材の顕微鏡写真である。本実施形態のチタン合金棒材は、鋳塊を熱間加工して製造されたものであり、結晶構造が稠密六方(hcp)構造のα相と、体心立方(bcc)構造のβ相の二相からなる。
"Titanium alloy bar"
Next, the titanium alloy bar of the present embodiment will be described in detail.
FIG. 3 is a photomicrograph of a titanium alloy rod of the present embodiment which is an example of the present invention. The titanium alloy rod of the present embodiment is manufactured by hot working an ingot, and has a crystal structure of a dense hexagonal (hcp) structure α phase and a body centered cubic (bcc) structure β phase It consists of two phases.

本実施形態のチタン合金棒材は、初析α粒と針状α粒とからなるα相と、β相とからなる金属組織を有している。図3に示すように、初析α粒は等軸状である。針状α粒は、熱間加工において、β単相温度域からα+β二相温度域に降温された際にβ相から生成したものである。図3に示すようにβ相を形成しているβ粒は針状である。本実施形態のチタン合金棒材の金属組織は、α+β二相温度域で十分に熱間加工したことにより、等軸状の初析α粒の間に、針状α粒とβ粒とが交互に層状にならぶ、いわゆるバイモーダル組織になっている。   The titanium alloy rod of the present embodiment has a metal structure composed of an α phase consisting of pro-eutectoid α grains and needle-like α grains and a β phase. As shown in FIG. 3, the pro-eutectoid α particles are equiaxed. The acicular α particles are generated from the β phase when the temperature is lowered from the β single phase temperature range to the α + β two phase temperature range in hot working. As shown in FIG. 3, the beta particles forming the beta phase are needle-like. The metal structure of the titanium alloy rod according to the present embodiment is sufficiently hot-worked in the α + β two-phase temperature range, whereby needle-like α particles and β particles alternate between equiaxed pro-eutectoid α particles. It is a so-called bimodal organization that is layered on top of the other.

本実施形態のチタン合金棒材では、金属組織中のα相の面積率(初析α粒と針状α粒の合計)は、80%以上とすることができ、90%以上であってもよい。
また、金属組織中の初析α粒の面積率は、30%以上である。金属組織中の初析α粒の面積率が30%以上であると、等軸状組織を含むことによる延性向上効果により、優れた疲労強度が得られる。
In the titanium alloy rod of the present embodiment, the area ratio of α phase in the metal structure (sum of pro-eutectoid α grains and needle-like α grains) can be 80% or more, even 90% or more Good.
In addition, the area ratio of pro-eutectoid α-grains in the metal structure is 30% or more. When the area ratio of pro-eutectoid α-grains in the metal structure is 30% or more, excellent fatigue strength can be obtained by the ductility improvement effect by including the equiaxed structure.

本実施形態のチタン合金棒材は、初析α粒のうち、稠密六方構造のc軸方向とチタン合金棒材の長さ方向とのなす角度(c軸の傾き)が25°以上55°以下で、かつ円相当直径が20μm以上である初析α粒の金属組織中の面積率が2.0%以下である。c軸の傾きが25°以上55°以下で円相当直径が20μm以上である初析α粒は、疲労特性を低下させる原因となるため、少ない程好ましく、金属組織中に含まれていないことが好ましい。しかし、c軸の傾きおよび円相当直径が上記範囲である初析α粒が含まれていても、金属組織中の面積率が2.0%以下であれば、良好な疲労寿命が得られる。
このため、c軸の傾きおよび円相当直径が上記範囲である初析α粒の金属組織中の面積率は、2.0%以下であり、1.5%以下であることが好ましく、1.0%以下であることがさらに好ましく、c軸の傾きおよび円相当直径が上記範囲である初析α粒が含まれていない(0.0%)ことが最も好ましい。
In the titanium alloy bar of the present embodiment, an angle (inclination of the c axis) between the c axis direction of the dense hexagonal structure and the length direction of the titanium alloy bar of the proeutectoid α grains is 25 ° or more and 55 ° or less And the area ratio of the pro-eutectoid α particles having a circle equivalent diameter of 20 μm or more in the metal structure is 2.0% or less. Since pro-eutectoid α-grains having a c-axis inclination of 25 ° or more and 55 ° or less and a circle-equivalent diameter of 20 μm or more cause deterioration in fatigue characteristics, the smaller the better, the less it is contained in the metal structure preferable. However, even if the inclination of the c-axis and the equivalent circle diameter are included in the above range, a good fatigue life can be obtained if the area ratio in the metal structure is 2.0% or less.
For this reason, the area ratio of the pro-eutectoid α particles in the metal structure of which the inclination of the c-axis and the equivalent circle diameter are in the above-mentioned range is 2.0% or less, preferably 1.5% or less. More preferably, it is 0% or less, and it is most preferable that the pro-eutectoid α-grains having the inclination of c axis and the equivalent circle diameter in the above range are not included (0.0%).

次に、本実施形態のチタン合金棒材を形成しているα+β二相チタン合金の成分について説明する。
α+β二相チタン合金の成分は、5.00〜7.00質量%のAlが含まれていることが好ましく、TiとAl以外に、V、Sn、Zr、Mo、Si、Fe、O等が含まれていてもよい。Al含有量が5.00質量%以上であると、鋼強度で優れた疲労特性を有するチタン合金棒材が得られる。また、Al含有量が7.00質量%以下であると、TiAl等の金属間化合物が生成することにより、チタン合金棒材が脆くなることを防止できる。
Next, the components of the α + β two-phase titanium alloy forming the titanium alloy rod of the present embodiment will be described.
The component of the α + β two-phase titanium alloy preferably contains 5.00 to 7.00% by mass of Al, and in addition to Ti and Al, V, Sn, Zr, Mo, Si, Fe, O, etc. It may be included. When the Al content is 5.00% by mass or more, a titanium alloy bar having excellent fatigue properties in steel strength can be obtained. In addition, when the Al content is 7.00% by mass or less, the titanium alloy rod can be prevented from becoming brittle due to the formation of an intermetallic compound such as TiAl.

α+β二相チタン合金は、例えば、AMS4928で規定される成分で形成されていてもよい。つまり、Al:5.50〜6.75質量%、V:3.50〜4.50質量%、Fe:0.05〜0.30質量%、O:0.05〜0.20質量%を含有し、残部がTiおよび不可避的不純物である。不可避的不純物としては、例えば、N:0.08質量%以下、C:0.08質量%以下、H:0.015質量%以下を含有する。   The α + β two-phase titanium alloy may be formed of, for example, components defined by AMS4928. That is, Al: 5.50 to 6.75 mass%, V: 3.50 to 4.50 mass%, Fe: 0.05 to 0.30 mass%, O: 0.05 to 0.20 mass%. And the balance is Ti and unavoidable impurities. As unavoidable impurities, for example, N: 0.08% by mass or less, C: 0.08% by mass or less, H: 0.015% by mass or less.

また、α+β二相チタン合金は、例えば、AMS4981で規定される成分で形成されていても良い。つまり、Al:5.50〜6.50質量%、Sn:1.75〜2.25質量%、Zr:3.50〜4.50質量%、Mo:5.50〜6.50質量%、Fe:0.02〜0.15質量%、O:0.02〜0.15質量%を含有し、残部がTiおよび不可避的不純物である。不可避的不純物としては、例えば、N:0.08質量%以下、C:0.08質量%以下、H:0.015質量%以下を含有する。   Further, the α + β two-phase titanium alloy may be formed of, for example, a component specified by AMS 4981. That is, Al: 5.50 to 6.50% by mass, Sn: 1.75 to 2.25% by mass, Zr: 3.50 to 4.50% by mass, Mo: 5.50 to 6.50% by mass, Fe: 0.02-0.15 mass%, O: 0.02-0.15 mass% are contained, and remainder is Ti and an unavoidable impurity. As unavoidable impurities, for example, N: 0.08% by mass or less, C: 0.08% by mass or less, H: 0.015% by mass or less.

本実施形態のチタン合金棒材の形状は、特に規定されるものではない。例えば、本実施形態のチタン合金棒材は、長手方向に直交する断面形状が円形である丸棒であってもよいし、四角形、八角形などの多角形である角棒であってもよい。チタン合金棒材が丸棒である場合、長手方向に直交する断面形状は、真円であってもよいが、真円である必要はなく、およそ円形状であればよい。
本実施形態のチタン合金棒材の大きさ(長さ方向に直交する断面の面積から求められる円相当直径)は、特に規定されるものではなく、チタン合金棒材の用途に応じて決定でき、溶解して得られる鋳塊の大きさと後述する製造工程における鍛錬比とを調整することにより所定の大きさとすることができる。
The shape of the titanium alloy bar of the present embodiment is not particularly limited. For example, the titanium alloy bar of the present embodiment may be a round bar having a circular cross-sectional shape orthogonal to the longitudinal direction, or may be a square bar having a polygonal shape such as a square or an octagon. When the titanium alloy bar is a round bar, the cross-sectional shape orthogonal to the longitudinal direction may be a perfect circle, but it does not have to be a perfect circle, and it may be an approximate circle.
The size (equivalent circle diameter obtained from the area of the cross section orthogonal to the length direction) of the titanium alloy bar of this embodiment is not particularly defined, and can be determined according to the application of the titanium alloy bar, The size can be made a predetermined size by adjusting the size of the ingot obtained by melting and the wrought ratio in the manufacturing process described later.

「チタン合金棒材の製造方法」
次に、本実施形態のチタン合金棒材の製造方法について説明する。
本実施形態のチタン合金棒材は、所定の成分を有する鋳塊(インゴット)を熱間加工して製造される。
鋳塊の製造方法としては、従来公知の方法を用いることができる。鋳塊の大きさは特に限定されるものではなく、例えば、直径600mm〜750mmの円柱状とすることができる。
熱間加工の方法としては、従来公知の方法を用いることができ、例えば、鍛造、圧延、押出し等が挙げられる。
"Method of manufacturing titanium alloy bar"
Next, a method of manufacturing a titanium alloy bar of the present embodiment will be described.
The titanium alloy bar of the present embodiment is manufactured by hot working an ingot (ingot) having a predetermined component.
A conventionally known method can be used as a method of producing an ingot. The size of the ingot is not particularly limited, and may be, for example, a cylindrical shape having a diameter of 600 mm to 750 mm.
As a method of hot working, a conventionally known method can be used, and for example, forging, rolling, extrusion and the like can be mentioned.

本実施形態のチタン合金棒材の製造方法では、(1)β加工工程と、(2)第1α+β加工工程と、(3)β熱処理工程と、(4)第2α+β加工工程とをこの順に行う。
本実施形態において、(1)(2)(4)の各工程で被加工材料が熱間加工される度合いである鍛錬比は、長さ方向と垂直な断面における加工前の面積と加工後の面積との比(加工前面積/加工後面積)を意味する。
以下、(1)〜(4)の各工程について詳細に説明する。
In the method of manufacturing a titanium alloy rod according to this embodiment, (1) β processing step, (2) first α + β processing step, (3) β heat treatment step, and (4) second α + β processing step are performed in this order .
In the present embodiment, the wrought ratio, which is the degree to which the material to be processed is hot-worked in each of the steps (1), (2) and (4), is the area before processing and the cross-section perpendicular to the length direction The ratio to the area (area before processing / area after processing) is meant.
Hereinafter, each process of (1)-(4) is demonstrated in detail.

(1)β加工工程
本実施形態のβ加工工程では、溶解して得られた鋳塊を加熱炉内でβ単相温度域に加熱し、鍛造等の熱間加工を施す。β加工工程では、被加工材料である鋳塊は、β単相の状態で熱間加工される。
(1) β Processing Step In the β processing step of this embodiment, the ingot obtained by melting is heated to a β single phase temperature range in a heating furnace, and subjected to hot processing such as forging. In the β-processing step, the ingot, which is a material to be processed, is hot-processed in the state of β single phase.

β加工工程において、鋳塊を加熱する加熱炉内の温度は、β変態点温度より30℃高い温度以上、β変態点温度より200℃高い温度以下(β変態点温度+30℃〜β変態点温度+200℃の温度範囲)とすることが好ましい。加熱炉内の温度が、β変態点温度より30℃高い温度であると、加熱炉内に温度が不均一な部分があったり、鋳塊の大きさが大きいものであったりしても、鋳塊全体がβ変態点温度以上に加熱されるため好ましい。また、加熱炉内の温度が、β変態点温度より200℃高い温度以下であると、鋳塊の表層の酸化が抑制されるとともに、鋳塊中の金属組織の粗大化が抑制されるため、高品質のチタン合金棒材が得られる。   In the β processing step, the temperature in the heating furnace for heating the ingot is 30 ° C. or more higher than β transformation temperature and 200 ° C. or more higher than β transformation temperature (β transformation temperature + 30 ° C. to β transformation temperature It is preferable to set it as +200 degreeC temperature range). If the temperature in the heating furnace is 30 ° C. higher than the β transformation point temperature, the temperature in the heating furnace may be uneven, or the size of the ingot may be large. It is preferable because the whole mass is heated to the β transformation temperature or more. Moreover, since the oxidation of the surface layer of the ingot is suppressed and the coarsening of the metal structure in the ingot is suppressed when the temperature in the heating furnace is equal to or lower than the temperature higher by 200 ° C. than the β transformation point temperature, A high quality titanium alloy bar is obtained.

β加工工程での鍛錬比は、鋳塊中の凝固組織を潰すために1.05以上であることが好ましい。鍛錬比の上限は、鋳塊の大きさと目標とするチタン合金棒材の大きさ、後述する第1α+β加工工程および第2α+β加工工程における鍛錬比などに応じて適宜決定できる。
β加工工程のヒート数(被加工材料の加熱と熱間加工の繰り返し数)は、1回であってもよいし、複数回でもよく、被加工材料である鋳塊を加熱する温度、熱間加工の方法、鍛錬比などの熱間加工の条件に応じて適宜決定できる。
The wrought ratio in the β processing step is preferably 1.05 or more in order to collapse the solidified structure in the ingot. The upper limit of the wrought ratio can be appropriately determined in accordance with the size of the ingot and the size of the target titanium alloy bar, and the wrought ratio in the first α + β processing step and the second α + β processing step described later.
The number of heats in the β processing step (the number of repetitions of heating and hot working of the material to be processed) may be once or plural times, and the temperature for heating the ingot which is the material to be processed, hot It can determine suitably according to the conditions of hot processing, such as the method of processing, and wrought ratio.

鋳塊に対してβ加工工程を行うことにより、チタン合金棒材の中間素材であるビレットが得られる。得られたビレットは、第1α+β加工工程を行うためにα+β二相温度域に加熱された加熱炉に入れてもよいし、そのまま放冷(空冷)して室温まで冷却してもよい。   By performing the β processing step on the ingot, a billet, which is an intermediate material of a titanium alloy bar, is obtained. The obtained billet may be placed in a heating furnace heated to an α + β two-phase temperature range to perform the first α + β processing step, or may be allowed to cool as it is (air cooling) to room temperature.

(2)第1α+β加工工程
本実施形態の第1α+β加工工程では、β加工工程を行うことにより得られたビレットを加熱炉内でα+β二相温度域に加熱し、鍛造等の熱間加工を施す。第1α+β加工工程では、被加工材料であるビレットは、α+β二相の状態で加工される。
(2) 1st alpha + beta processing process At the 1st alpha + beta processing process of this embodiment, the billet obtained by performing beta processing process is heated to alpha + beta two phase temperature range in a heating furnace, and hot working such as forging is performed . In the first α + β processing step, the billet, which is the material to be processed, is processed in the state of the α + β two-phase.

第1α+β加工工程において、ビレットを加熱する加熱炉内の温度は、β変態点温度より150℃低い温度以上、β変態点温度より30℃低い温度以下(β変態点温度−150℃〜β変態点温度−30℃の温度範囲)とすることが好ましい。加熱炉内の温度が、β変態点温度より150℃低い温度以上であると、熱間加工を施す際のビレットの変形抵抗が大きくなりすぎることを防止でき、容易に効率よく熱間加工を行うことができる。また、加熱炉内の温度が、β変態点温度より30℃低い温度以下であると、ビレットの金属組織中にα相が十分に析出するため、α+β二相温度域で熱間加工を施すことによる効果が十分に得られる。   In the first α + β processing step, the temperature in the heating furnace for heating the billet is not less than 150 ° C. lower than the β transformation temperature and not more than 30 ° C. lower than the β transformation temperature (β transformation temperature −150 ° C. to β transformation point It is preferable to set it as temperature -30 degreeC temperature range). When the temperature in the heating furnace is 150 ° C. lower than the β transformation temperature or higher, the deformation resistance of the billet during hot working can be prevented from becoming too large, and hot working can be performed easily and efficiently. be able to. Further, if the temperature in the heating furnace is equal to or lower than the temperature lower by 30 ° C. than the β transformation temperature, the α phase is sufficiently precipitated in the metal structure of the billet, so hot working is performed in the α + β two-phase temperature range The effect by is sufficiently obtained.

第1α+β加工工程では、熱間加工中のビレットの表面温度を、β変態点温度−270℃〜上記の加熱炉内の温度の範囲内とすることが好ましく、β変態点温度−250℃〜上記の加熱炉内の温度の範囲内とすることがより好ましい。熱間加工中のビレットの表面温度をβ変態点温度−270℃以上の温度とすることで、ビレットに十分なひずみを加えることができる。その結果、ビレットの金属組織中の結晶方位が分散し、後述する(3)および(4)の工程により結晶方位(c軸の傾き)が25°以上55°以下である初析α粒数の低減された金属組織が得られやすくなる。また、ビレットに十分なひずみを加えることができるため、後述する(3)および(4)の工程により微細な初析α粒が得られやすくなる。しかも、熱間加工中のビレットの表面温度をβ変態点温度−270℃以上の温度とすることで、ビレットの変形抵抗が大きくなりすぎることがなく、効率よく熱間加工できる。   In the first α + β processing step, the surface temperature of the billet during hot working is preferably in the range of the β transformation point temperature of −270 ° C. to the temperature in the above heating furnace, and the β transformation point temperature of −250 ° C. It is more preferable to set it in the range of the temperature in the heating furnace. Sufficient strain can be applied to the billet by setting the surface temperature of the billet during hot working to a temperature at which the β transformation point temperature is −270 ° C. or higher. As a result, the crystal orientation in the metal structure of the billet is dispersed, and the number of pro-eutectoid α particles having a crystal orientation (inclination of c axis) of 25 ° or more and 55 ° or less according to steps (3) and (4) described later. A reduced metallographic structure is easily obtained. In addition, since sufficient strain can be applied to the billet, fine pro-eutectoid α-particles can be easily obtained by the steps (3) and (4) described later. In addition, by setting the surface temperature of the billet during hot working to a temperature at which the β transformation point temperature is −270 ° C. or higher, the deformation resistance of the billet does not become too large, and efficient hot working can be performed.

ビレットの表面温度は、熱間加工中に徐々に低下する。したがって、所定の鍛練比の熱間加工が終了する前に、熱間加工中のビレットの表面温度がβ変態点温度−270℃未満になる場合には、熱間加工を一旦中断し、再度ビレットを加熱してから熱間加工を行うことが好ましい。
第1α+β加工工程における熱間加工は、熱間加工中のビレットの表面温度を管理するために、ビレットの表面温度を放射温度計等の温度計を用いて測定しながら行うことが好ましい。
The surface temperature of the billet gradually decreases during hot working. Therefore, if the surface temperature of the billet during hot working becomes less than the β transformation point temperature −270 ° C. before the hot working at the predetermined working ratio is finished, the hot working is temporarily interrupted, and the billet is again operated. It is preferable to heat and then perform hot working.
The hot working in the first α + β working process is preferably performed while measuring the surface temperature of the billet using a thermometer such as a radiation thermometer in order to control the surface temperature of the billet during the hot working.

第1α+β加工工程では、鍛錬比が1.7以上となるように熱間加工を行い、鍛練比が2.0以上となるように熱間加工を行うことがより好ましい。第1α+β加工工程での鍛錬比を1.7以上とすることで、ビレットの金属組織中に存在するβ加工工程で生成したβ粒から生成した針状α粒とβ相とからなるコロニーに十分なひずみを与えて、β熱処理工程により再結晶させることができるとともに、ビレットの金属組織中の結晶方位が分散する。その結果、後述する(3)および(4)の工程により結晶方位(c軸の傾き)が25°以上55°以下である初析α粒数の低減された金属組織が得られやすくなるとともに、微細な初析α粒が得られやすくなる。第1α+β加工工程での鍛錬比が1.7未満であると、c軸の傾きおよび円相当直径が上記範囲である初析α粒を十分に低減できない。鍛錬比の上限は特に規定されるものではないが、大きすぎると第2α+β加工工程における鍛錬比を確保しにくくなるため、4.0以下であることが望ましい。   In the first α + β processing step, it is more preferable to perform hot working so that the forging ratio is 1.7 or more, and perform hot processing so that the forging ratio is 2.0 or more. By setting the wrought ratio in the first α + β processing step to 1.7 or more, it is sufficient for colonies consisting of needle-like α particles and β phase generated from β particles generated in β processing step present in the metal structure of the billet Strain can be applied to cause recrystallization by the β heat treatment process, and the crystal orientation in the billet metal structure is dispersed. As a result, a metal structure with a reduced number of pro-eutectoid α-grains having a crystal orientation (inclination of c axis) of 25 ° or more and 55 ° or less is easily obtained by the steps (3) and (4) described later. Fine pro-eutectoid alpha particles are easily obtained. If the wrought ratio in the first α + β processing step is less than 1.7, pro-eutectoid α-grains having the c-axis inclination and the equivalent circle diameter in the above ranges can not be sufficiently reduced. The upper limit of the wrought ratio is not particularly limited, but if it is too large, it becomes difficult to secure the wrought ratio in the second α + β processing step, so it is desirable to be 4.0 or less.

第1α+β加工工程のヒート数は、1回であってもよいし、複数回でもよく、ビレットを加熱する温度、熱間加工の方法、鍛錬比などの熱間加工の条件に応じて適宜決定できる。
本実施形態では、第1α+β加工工程を行うことにより、ビレットに十分なひずみが与えられる。このため、後述する(3)および(4)の工程により結晶方位(c軸の傾き)が25°以上55°以下である初析α粒数の低減された金属組織が得られやすくなるとともに、微細な初析α粒が得られやすくなる。
The number of heats in the first α + β processing step may be one or more than one, and can be appropriately determined according to the temperature of heating the billet, the method of hot working, the conditions of hot working such as wrought ratio .
In the present embodiment, sufficient strain is given to the billet by performing the first α + β processing step. For this reason, while it becomes easy to be obtained by the process of (3) and (4) mentioned later, the metal structure in which the crystal orientation (inclination of c axis) is 25 degrees or more and 55 degrees or less and in which the number of proeutectoid alpha particles is reduced Fine pro-eutectoid alpha particles are easily obtained.

第1α+β加工工程の終了したビレットは、β熱処理工程を行うためにβ単相温度域に加熱された加熱炉に入れてもよいし、そのまま放冷(空冷)して室温まで冷却してもよい。   The billet after completion of the first α + β processing step may be placed in a heating furnace heated to a β single phase temperature range to perform a β heat treatment step, or may be allowed to cool to room temperature by leaving it to cool (air cooling) .

(3)β熱処理工程
本実施形態のβ熱処理工程では、第1α+β加工工程後のビレットを加熱炉内でβ単相温度域に加熱した後、水冷することにより、十分に速い冷却速度でビレットを冷却する。β熱処理工程では、ビレットはβ単相の状態になった後、急冷される。β熱処理工程での加熱は1回のみである。
β熱処理工程では、β単相温度域に加熱した後、すぐに水冷してもよいし、熱間加工を施してから水冷して急冷してもよい。
(3) β heat treatment step In the β heat treatment step of the present embodiment, after heating the billet after the first α + β processing step to a β single phase temperature range in a heating furnace, the billet is cooled at a sufficiently fast cooling rate by water cooling. Cooling. In the β heat treatment step, the billet is quenched after being in the β single phase state. The heating in the β heat treatment step is only once.
In the β heat treatment step, after heating to a β single phase temperature range, it may be water cooled immediately or may be subjected to hot working and then water cooled and quenched.

ビレットを水冷する手段としては、ビレットを十分な量の水に浸漬する方法を用いることができる。なお、ビレットを水冷する手段は、上記の方法に限定されるものではなく、十分に速い冷却速度でビレットを冷却することができればよく、例えば、ビレットにスプレーで水を噴霧する方法を用いてもよい。   As a means for water cooling the billet, a method of immersing the billet in a sufficient amount of water can be used. The means for water cooling the billet is not limited to the above method, as long as it can cool the billet at a sufficiently fast cooling rate, for example, even if a method of spraying water on the billet is used Good.

β熱処理工程における加熱炉内の温度は、β変態点温度より20℃高い温度以上、β変態点温度より100℃高い温度以下(β変態点温度+20℃〜β変態点温度+100℃の温度範囲)とすることが好ましい。加熱炉内の温度が、β変態点温度より20℃高い温度であると、加熱炉内に温度が不均一な部分があったとしても、ビレット全体が確実にβ変態点温度に達する。また、加熱炉内の温度が、β変態点温度より100℃高い温度以下であると、ビレットの金属組織の粗大化を抑制できる。   The temperature in the heating furnace in the β heat treatment step is not less than 20 ° C. higher than the β transformation temperature and not more than 100 ° C. higher than the β transformation temperature (β transformation temperature + 20 ° C. to β transformation temperature + 100 ° C.) It is preferable to If the temperature in the heating furnace is 20 ° C. higher than the β transformation temperature, the entire billet will surely reach the β transformation temperature even if there is a nonuniform temperature portion in the heating furnace. Moreover, the coarsening of the metal structure of a billet can be suppressed as the temperature in a heating furnace is below 100 degreeC temperature higher than (beta) transformation point temperature.

本実施形態では、β熱処理工程においてβ単相温度域に加熱したビレットを急冷することで、β単相温度域で生成した小さいβ粒の界面に微細な針状の粒界α粒が生成される。このことにより、次工程の(4)第2α+β加工工程で、粒界α粒および/または針状α粒と、β相とからなるコロニーが分断されやすくなる。   In this embodiment, by quenching the billet heated to the β single phase temperature range in the β heat treatment step, fine needle-like grain boundary α grains are generated at the interface of small β grains generated in the β single phase temperature range. Ru. As a result, in the subsequent (4) second α + β processing step, colonies consisting of grain boundary α particles and / or needle-like α particles and the β phase are easily divided.

(4)第2α+β加工工程
本実施形態の第2α+β加工工程では、β熱処理工程後のビレットを加熱炉内でα+β二相温度域に加熱し、鍛造および/または圧延等の熱間加工を施す。第2α+β加工工程では、被加工材料であるビレットは、α+β二相の状態で加工される。
(4) Second α + β Processing Step In the second α + β processing step of the present embodiment, the billet after the β heat treatment step is heated to the α + β two-phase temperature range in a heating furnace and subjected to hot processing such as forging and / or rolling. In the second α + β processing step, the billet which is the material to be processed is processed in the state of the α + β two-phase.

第2α+β加工工程において、ビレットを加熱する加熱炉内の温度は、第1α+β加工工程と同様の理由により、β変態点温度より150℃低い温度以上、β変態点温度より30℃低い温度以下(β変態点温度−150℃〜β変態点温度−30℃の温度範囲)とすることが好ましい。   In the second α + β processing step, the temperature in the heating furnace for heating the billet is not less than 150 ° C. lower than the β transformation point temperature and not more than 30 ° C. lower than the β transformation point temperature for the same reason as the first α + β processing step (β It is preferable to set it as the transformation point temperature -150 degreeC-(beta) transformation point temperature-30 degreeC temperature range).

第2α+β加工工程では、第1α+β加工工程と同様に、熱間加工中のビレットの表面温度を、β変態点温度−270℃〜上記の加熱炉内の温度の範囲内とすることが好ましく、β変態点温度−250℃〜上記の加熱炉内の温度の範囲内とすることがより好ましい。熱間加工中のビレットの表面温度をβ変態点温度−270℃以上の温度とすることで、ビレットに十分なひずみを加えることができる。その結果、ビレットの金属組織中の結晶方位が分散し、結晶方位(c軸の傾き)が25°以上55°以下である初析α粒数の低減された金属組織が得られやすくなる。また、ビレットに十分なひずみを加えることができるため、微細な初析α粒が得られやすくなる。しかも、熱間加工中のビレットの表面温度をβ変態点温度−270℃以上の温度とすることで、ビレットの変形抵抗が大きくなりすぎることがなく、効率よく熱間加工できる。   In the second α + β processing step, as in the first α + β processing step, the surface temperature of the billet during hot processing is preferably in the range of the β transformation point temperature −270 ° C. to the temperature in the above heating furnace, β It is more preferable to set the transformation temperature to -250 ° C. to the above temperature in the heating furnace. Sufficient strain can be applied to the billet by setting the surface temperature of the billet during hot working to a temperature at which the β transformation point temperature is −270 ° C. or higher. As a result, the crystal orientation in the billet metal structure is dispersed, and a metal structure with a reduced number of pro-eutectoid α-grains having a crystal orientation (inclination of c axis) of 25 ° or more and 55 ° or less is easily obtained. In addition, since sufficient strain can be applied to the billet, fine pro-eutectoid α-particles can be easily obtained. In addition, by setting the surface temperature of the billet during hot working to a temperature at which the β transformation point temperature is −270 ° C. or higher, the deformation resistance of the billet does not become too large, and efficient hot working can be performed.

ビレットの表面温度は、熱間加工中に徐々に低下する。したがって、このため、第2α+β加工工程における熱間加工においても、第1α+β加工工程と同様に、所定の鍛練比の熱間加工が終了する前に、熱間加工中のビレットの表面温度がβ変態点温度−270℃未満になる場合には、熱間加工を一旦中断し、再度ビレットを加熱してから熱間加工を行うことが好ましい。
また、第2α+β加工工程における熱間加工は、第1α+β加工工程と同様に、ビレットの表面温度を放射温度計等の温度計を用いて測定しながら行うことが好ましい。
The surface temperature of the billet gradually decreases during hot working. Therefore, also in the hot working in the second α + β working process, the surface temperature of the billet during the hot working is β transformation before the hot working at the predetermined forging ratio is finished, as in the first α + β working process. In the case where the point temperature is lower than -270 ° C., it is preferable to temporarily interrupt hot working and heat the billet again before hot working.
Moreover, it is preferable to carry out the hot processing in the second α + β processing step while measuring the surface temperature of the billet using a thermometer such as a radiation thermometer as in the first α + β processing step.

第2α+β加工工程では、鍛錬比が3.0以上となるように熱間加工を行い、鍛練比が3.5以上となるように熱間加工を行うことがより好ましい。第2α+β加工工程での鍛錬比を3.0以上とすることで、ビレットに十分なひずみを加えることができる。その結果、β熱処理工程で生成した小さいβ粒から生成した粒界α粒および/または針状α粒と、β相とからなるコロニーが十分に分断され、分断した粒界α粒および/または針状α粒が微細等軸化されるともに、結晶方位が分散される。よって、c軸の傾きが25°以上55°以下で円相当直径(粒径)が20μm以上である初析α粒の金属組織中における面積率が2.0%以下である金属組織が得られる。第2α+β加工工程での鍛錬比が3.0未満であると、c軸の傾きおよび円相当直径が上記範囲である初析α粒を十分に低減できない。鍛錬比の上限は特に規定されるものではないが、大きすぎると、ヒート数を多くする必要が生じて生産性が劣るため、10以下であることが望ましい。   In the second α + β processing step, it is more preferable to carry out hot working so that the forging ratio is 3.0 or more and hot working so that the forging ratio is 3.5 or more. A sufficient strain can be applied to the billet by setting the wrought ratio in the second α + β processing step to 3.0 or more. As a result, the colony consisting of the grain boundary α grain and / or needle-like α grain produced from the small β grain generated in the β heat treatment step and the β phase is sufficiently divided, and the grain boundary α grain and / or needle divided The crystallographic orientation is dispersed as well as the fine α-grains are finely equiaxed. Therefore, a metallographic structure having an area ratio of 2.0% or less in the metallographic structure of proeutectoid α particles having an inclination of c axis of 25 ° to 55 ° and a circle equivalent diameter (particle diameter) of 20 μm or more can be obtained. . If the wrought ratio in the second α + β processing step is less than 3.0, pro-eutectoid α-grains having the c-axis inclination and the equivalent circle diameter in the above ranges can not be sufficiently reduced. The upper limit of the wrought ratio is not particularly limited, but if it is too large, it is necessary to increase the number of heats and the productivity is poor.

第2α+β加工工程のヒート数は、1回であってもよいし、複数回でもよく、ビレットを加熱する温度、熱間加工の方法、鍛錬比などの熱間加工の条件に応じて適宜決定できる。
本実施形態では、第2α+β加工工程を行うことにより、所定の形状および金属組織を有する本実施形態のチタン合金棒材が得られる。
The number of heats in the second α + β processing step may be one or more than one, and can be appropriately determined according to the temperature of heating the billet, the method of hot working, the conditions of hot working such as wrought ratio .
In the present embodiment, the titanium alloy rod of the present embodiment having a predetermined shape and metal structure is obtained by performing the second α + β processing step.

なお、本実施形態においては、このようにして製造されたチタン合金棒材に対して、必要に応じて焼鈍を行ってもよいし、表面を機械加工することにより表層の酸化層の除去や寸法の調整を行ってもよい。   In the present embodiment, annealing may be performed on the titanium alloy bar manufactured in this manner as necessary, or the surface oxide layer may be removed or machined by machining the surface. You may adjust the

次に、本発明の実施例について説明する。
<実施例1>
以下に示す方法によりチタン合金棒材を製造し、評価した。
(β加工工程)
溶解して得られた下記の組成を有する直径約750mmの円柱状の鋳塊を、1050℃以上1200℃以下に加熱した加熱炉内でβ単相温度域に加熱した後、加熱炉から取り出して鍛造した。その後、再度、加熱炉での加熱と鍛造とを数回繰り返して、長手方向に直交する断面形状が表1に示す直径の円形である丸棒状のNo.1〜No.10のビレットを得た。
Next, examples of the present invention will be described.
Example 1
The titanium alloy bar was manufactured and evaluated by the method shown below.
(Β processing process)
A columnar ingot with a diameter of about 750 mm having the following composition obtained by melting is heated to a β single phase temperature range in a heating furnace heated to 1050 ° C. or more and 1200 ° C. or less, and then taken out from the heating furnace Forged. Thereafter, heating and forging in a heating furnace are repeated several times again, and a round bar-shaped No. 1 having a circular cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction is shown in Table 1. 1 to No. I got 10 billets.

一部の鋳塊については、1050℃以上1200℃以下に加熱した加熱炉内での加熱と鍛造とを数回繰り返して、長手方向に直交する断面形状が表1に示す幅600mm、厚さ500mmの四角形である角棒状のNo.11のビレットとした。   For some ingots, heating and forging in a heating furnace heated to 1050 ° C. or more and 1200 ° C. or less are repeated several times, and the cross-sectional shape orthogonal to the longitudinal direction has a width of 600 mm and a thickness of 500 mm shown in Table 1 No. 2 of square bar which is a square of 11 billets.

「組成」
Al:6.20質量%、V:4.10質量%、Fe:0.18質量%、O(酸素):0.19質量%を含有し、残部がTiおよび不可避的不純物(β変態点温度1000℃)。
"composition"
Al: 6.20% by mass, V: 4.10% by mass, Fe: 0.18% by mass, O (oxygen): 0.19% by mass, the balance being Ti and unavoidable impurities (β transformation point temperature 1000 ° C).

(第1α+β加工工程)
No.1〜No.11のビレットを、表1に示す加熱温度の加熱炉内で加熱した後、加熱炉から取り出して鍛造した。その後、表1に示す鍛錬比となるように、再度、加熱炉での加熱と鍛造とを数回繰り返して、長手方向に直交する断面形状が表1に示す直径の円形または表1に示す幅および厚さの四角形であるビレットを得た。なお、第1α+β加工工程では、熱間加工中のビレットの表面温度を770℃以上表1に示す加熱温度以下の範囲とした。
(1st α + β processing step)
No. 1 to No. After heating the billet of 11 in the heating furnace of the heating temperature shown in Table 1, it took out from the heating furnace and forged. Thereafter, heating and forging in the heating furnace are repeated several times again to obtain the wrought ratio shown in Table 1, and the cross-sectional shape orthogonal to the longitudinal direction has a circle with a diameter shown in Table 1 or a width shown in Table 1 And a billet which is a square of thickness and thickness. In the first α + β processing step, the surface temperature of the billet during hot working was in the range of 770 ° C. or more and the heating temperature or less shown in Table 1.

(β熱処理工程)
第1α+β加工工程後のNo.1〜No.11のビレットを、表1に示す加熱温度の加熱炉内で加熱した後、加熱炉から取り出してNo.7以外のビレットについては速やかに十分な量の水を入れた水槽に浸漬して水冷した。No.7のビレットについては加熱炉から取り出してそのまま放冷した。
(Β heat treatment process)
No. 1 after the first α + β processing step. 1 to No. No. 11 billets were heated in the heating furnace at the heating temperature shown in Table 1, then removed from the heating furnace. The billets other than 7 were immediately immersed in a water tank containing a sufficient amount of water and water cooled. No. The billet No. 7 was removed from the heating furnace and allowed to cool.

(第2α+β加工工程)
No.1〜No.11のビレットを、表1に示す加熱温度の加熱炉内で加熱した後、加熱炉から取り出して鍛造した。その後、表1に示す鍛錬比となるように、再度、加熱炉での加熱と鍛造とを数回繰り返して、長手方向に直交する断面形状が表1に示す直径の円形または表1に示す幅および厚さの四角形であるNo.1〜No.11のチタン合金棒材を得た。なお、第2α+β加工工程では、熱間加工中のビレットの表面温度を750℃以上表1に示す加熱温度以下の範囲とした。また、No.1〜No.11のチタン合金棒材には、第2α+β加工工程後に705℃で焼鈍を行った。
(2nd α + β processing step)
No. 1 to No. After heating the billet of 11 in the heating furnace of the heating temperature shown in Table 1, it took out from the heating furnace and forged. Thereafter, heating and forging in the heating furnace are repeated several times again to obtain the wrought ratio shown in Table 1, and the cross-sectional shape orthogonal to the longitudinal direction has a circle with a diameter shown in Table 1 or a width shown in Table 1 No. which is a square of thickness and thickness 1 to No. Eleven titanium alloy bars were obtained. In the second α + β processing step, the surface temperature of the billet during hot working was in the range of 750 ° C. or more and the heating temperature or less shown in Table 1. Also, no. 1 to No. The 11 titanium alloy rod was annealed at 705 ° C. after the second α + β processing step.

「金属組織」
No.1〜No.11のチタン合金棒材について、チタン合金棒材の長さ方向中心部より、長さ方向断面を観察面とする試験片を採取し、SEM(走査型電子顕微鏡)を用いて観察面を観察した。
"Metal structure"
No. 1 to No. About the titanium alloy rod of 11, the test piece which makes a section in the length direction the observation surface was taken from the central part in the length direction of the titanium alloy rod, and the observation surface was observed using SEM (scanning electron microscope) .

図4は、No.1のチタン合金棒材の顕微鏡写真である。図5は、No.5のチタン合金棒材の顕微鏡写真である。また、図3は、No.3のチタン合金棒材の顕微鏡写真である。
図3〜図5に示すように、No.1、No.3、No.5のチタン合金棒材の金属組織は、等軸状の初析α粒と針状α粒とからなるα相と、β相とからなる金属組織を有するものであった。
No.2およびNo.4、No.6〜No.11のチタン合金棒材についても、No.1のチタン合金棒材と同様にして顕微鏡観察を行った結果、No.1と同様に、等軸状の初析α粒と針状α粒とからなるα相と、β相とからなる金属組織を有するものであった。
FIG. It is a microscope picture of a titanium alloy bar of 1. FIG. It is a microscope picture of five titanium alloy bars. Also, FIG. It is a microscope picture of a 3 titanium alloy bar.
As shown in FIGS. 1, No. 3, No. The metal structure of the titanium alloy rod of No. 5 had a metal structure consisting of an α phase consisting of equiaxed pro-eutectoid α grains and acicular α grains and a β phase.
No. 2 and No. 4, no. 6 to No. Also for No. 11 titanium alloy bars, no. As a result of carrying out microscope observation similarly to titanium alloy rod material of No. 1, no. Similar to 1, it had a metal structure consisting of an α phase consisting of equiaxed primary α grains and acicular α grains and a β phase.

また、No.1〜No.11のチタン合金棒材について、EBSD(電子線後方散乱回折;Electron Backscatter Diffraction)を用いて、以下に示す方法により、それぞれ金属組織を調べた。
まず、チタン合金棒材の長さ方向中心部より、長さ方向断面を観察面とする試験片を採取した。次に、試験片の観察面を、縦1.2mm横0.9mmの矩形の領域を視野とし、測定間隔は2.3μm、加速電圧15kVで、EBSDを用いて測定した。
Also, no. 1 to No. The metal structure of each of the eleven titanium alloy bars was examined using EBSD (Electron Backscatter Diffraction) according to the method described below.
First, a test piece having a cross section in the length direction as an observation surface was collected from the center in the length direction of the titanium alloy bar. Next, the observation surface of the test specimen was measured using EBSD at a measurement interval of 2.3 μm and an acceleration voltage of 15 kV, with a rectangular area of 1.2 mm long and 0.9 mm wide as a field of view.

得られた測定結果から、菊池パターン解析よりPQ(パターンクオリティ)マップと相マップを作成し、α相を抽出した。なお、菊池パターン解析は、β相を排除してα相のみを対象として行った。
次に、隣り合うEBSD測定点の方位(c軸方向)の角度差(ミスオリエンテーション角)を5°以下として初析α粒を決定し、その初析α粒の測定点数から各初析α粒の面積を求め、金属組織中の初析α粒の面積率を求めた。その結果(初析α粒の面積率)を表1に示す。
From the obtained measurement results, a PQ (pattern quality) map and a phase map were created from Kikuchi pattern analysis, and the α phase was extracted. In addition, the Kikuchi pattern analysis excluded the beta phase and performed only the alpha phase.
Next, pro-eutectoid α-grains are determined with an angle difference (misorientation angle) of the orientation (c-axis direction) of adjacent EBSD measurement points being 5 ° or less, and each pro-eutectoid α-grain is determined from the measurement points of the pro-eutectoid α-grains The area ratio of pro-eutectoid α-grains in the metal structure was determined. The results (area ratio of pro-eutectoid α particles) are shown in Table 1.

また、各初析α粒のEBSD測定点数から各初析α粒の円相当直径を算出した。
また、各初析α粒内のEBSD測定点におけるc軸方向の平均値を算出し、それを用いて各初析α粒について、初析α粒のc軸方向とチタン合金棒材の長さ方向とのなす角度(c軸の傾き)θを算出した。
そして、初析α粒のうち、c軸の傾きθが25°以上55°以下で、かつ円相当直径が20μm以上である初析α粒の金属組織中の面積率を求めた。その結果(粗大な初析α粒の面積率)を表1に示す。
In addition, the circle equivalent diameter of each pro-eutectoid α particle was calculated from the EBSD measurement score of each pro-eutectoid α particle.
In addition, the average value in the c-axis direction at the EBSD measurement point in each pro-eutectoid α grain is calculated, and using it, the c-axis direction of pro-eutectoid α grain and the length of titanium alloy rod for each pro-eutectoid α grain The angle (inclination of the c axis) θ with respect to the direction was calculated.
Then, among the proeutectoid α grains, the area ratio of the proeutectoid α grains in the metal structure having an inclination θ of c axis of 25 ° to 55 ° and a circle equivalent diameter of 20 μm or more was determined. The results (area ratio of coarse pro-eutectoid α particles) are shown in Table 1.

「疲労特性」
No.1〜No.11のチタン合金棒材について、以下に示す方法により、低サイクル疲労試験を行い、疲労特性を評価した。
チタン合金棒材の中心部から長さ方向と平行に、平行部の直径が5.08mm、長さが15.24mmである試験片を採取した。疲労試験は、軸力、片振りで、ひずみ範囲は0〜0.8%の低サイクル疲労試験とした。疲労寿命は、試験片が破断するまでの回数とし、破断するまでの回数が8万回以上は疲労特性が良好(○)、8万回未満は不良(×)と評価した。その結果(疲労特性)を表1に示す。
"Fatigue characteristics"
No. 1 to No. Low cycle fatigue tests were performed on the 11 titanium alloy bars by the method described below to evaluate the fatigue characteristics.
From the center of the titanium alloy bar, a test piece having a diameter of 5.08 mm and a length of 15.24 mm was taken parallel to the length direction. The fatigue test was a low cycle fatigue test in which the strain range was 0 to 0.8% in axial force and one swing. The fatigue life was taken as the number of times until the test piece ruptures, and the fatigue characteristics were evaluated as good (○) when the number of times before fracture was 80,000 or more and defective (×) less than 80,000 times. The results (fatigue characteristics) are shown in Table 1.

表1に示すように、No.1〜No.5のチタン合金棒材は、本発明例であり、粗大な初析α粒の面積率が2.0%以下であり、良好な疲労特性を有していた。   As shown in Table 1, no. 1 to No. The titanium alloy rod of No. 5 is an example of the present invention, and the area ratio of coarse pro-eutectoid α grains was 2.0% or less, and had good fatigue properties.

一方、No.6、10のチタン合金棒材は、第1α+β加工工程における鍛錬比が小さいため、粗大な初析α粒の面積率が2.0%を超えており、良好な疲労特性が得られなかった。
また、No.8およびNo.9のチタン合金棒材は、第2α+β加工工程における鍛錬比が小さいため、粗大な初析α粒の面積率が2.0%を超えており、良好な疲労特性が得られなかった。
また、No.7のチタン合金棒材は、β熱処理工程において加熱後放冷したため、粗大な初析α粒の面積率が2.0%を超えており、良好な疲労特性が得られなかった。
また、No.11のチタン合金棒材は、第1α+β加工工程および第2α+β加工工程における鍛錬比が小さいため、粗大な初析α粒の面積率が2.0%を超えており、良好な疲労特性が得られなかった。
On the other hand, no. In the titanium alloy bars 6 and 10, since the wrought ratio in the first α + β processing step is small, the area ratio of coarse pro-eutectoid α-grains exceeds 2.0%, and good fatigue characteristics are not obtained.
Also, no. 8 and No. Since the wrought ratio in the second α + β processing step was small, the area ratio of coarse pro-eutectoid α-grains exceeded 2.0%, and good fatigue characteristics were not obtained.
Also, no. Since the titanium alloy bar 7 was allowed to cool after heating in the β heat treatment step, the area ratio of coarse pro-eutectoid α grains exceeded 2.0%, and good fatigue characteristics were not obtained.
Also, no. The area ratio of coarse pro-eutectoid α-grains exceeds 2.0% because the wrought ratio in the 1st α + β processing step and the 2nd α + β processing step is small, and good fatigue characteristics are obtained. It was not.

<実施例2>
以下に示す方法によりチタン合金棒材を製造し、評価した。
(β加工工程)
下記の組成を有する直径約600mmの円柱状の鋳塊を、1000℃以上1150以下に加熱した加熱炉内でβ単相温度域に加熱した後、加熱炉から取り出して鍛造した。その後、再度、加熱炉での加熱と鍛造とを数回繰り返して、長手方向に直交する断面形状が表2に示す直径の円形である丸棒状のNo.A〜No.Gのビレットを得た。
Example 2
The titanium alloy bar was manufactured and evaluated by the method shown below.
(Β processing process)
After heating a cylindrical ingot with a diameter of about 600 mm having the following composition to a β single phase temperature range in a heating furnace heated to 1000 ° C. or more and 1150 or less, it was taken out from the heating furnace and forged. Thereafter, heating and forging in the heating furnace are repeated again several times, and a round bar-shaped No. 1 having a circular cross-sectional shape orthogonal to the longitudinal direction is shown in Table 2. A to No. I got a billet of G.

「組成」
Al:6.20質量%、Mo:6.30質量%、Sn:2.02質量%、Zr:3.70質量%、Fe:0.12質量%、O(酸素):0.13質量%を含有し、残部がTiおよび不可避的不純物(β変態点温度950℃)。
"composition"
Al: 6.20% by mass, Mo: 6.30% by mass, Sn: 2.02% by mass, Zr: 3.70% by mass, Fe: 0.12% by mass, O (oxygen): 0.13% by mass And the balance is Ti and unavoidable impurities (β transformation temperature 950 ° C.).

(第1α+β加工工程)
No.A〜No.Gのビレットを、表2に示す加熱温度の加熱炉内で加熱した後、加熱炉から取り出して鍛造した。その後、表2に示す鍛錬比となるように、再度、加熱炉での加熱と鍛造とを数回繰り返して、長手方向に直交する断面形状が表2に示す直径の円形であるビレットを得た。なお、第1α+β加工工程では、熱間加工中のビレットの表面温度を740℃以上表2に示す加熱温度以下の範囲とした。
(1st α + β processing step)
No. A to No. After heating the billet of G in the heating furnace at the heating temperature shown in Table 2, it was removed from the heating furnace and forged. Thereafter, heating and forging in the heating furnace were repeated several times again to obtain the wrought ratio shown in Table 2, and a billet having a circular cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction shown in Table 2 was obtained. . In the first α + β processing step, the surface temperature of the billet during hot working was in the range of 740 ° C. or more and the heating temperature or less shown in Table 2.

(β熱処理工程)
第1α+β加工工程後のNo.A〜No.Gのビレットを、表2に示す加熱温度の加熱炉内で加熱した後、加熱炉から取り出して速やかに十分な量の水を入れた水槽に浸漬して水冷した。
(Β heat treatment process)
No. 1 after the first α + β processing step. A to No. After heating the billet of G in the heating furnace at the heating temperature shown in Table 2, it was taken out of the heating furnace and immediately immersed in a water tank containing a sufficient amount of water to be water-cooled.

(第2α+β加工工程)
No.A〜No.Gのビレットを、表2に示す加熱温度の加熱炉内で加熱した後、加熱炉から取り出して鍛造した。その後、表2に示す鍛錬比となるように、再度、加熱炉での加熱と鍛造とを数回繰り返して、長手方向に直交する断面形状が表2に示す直径の円形であるNo.A〜No.Gのチタン合金棒材を得た。なお、第2α+β加工工程では、熱間加工中のビレットの表面温度を720℃以上表2に示す加熱温度以下の範囲とした。また、No.A〜No.Gのチタン合金棒材には、第2α+β加工工程後に705℃で焼鈍を行った。
(2nd α + β processing step)
No. A to No. After heating the billet of G in the heating furnace at the heating temperature shown in Table 2, it was removed from the heating furnace and forged. Thereafter, heating and forging in the heating furnace are repeated several times again to obtain the wrought ratio shown in Table 2, and the cross-sectional shape orthogonal to the longitudinal direction is No. A to No. G titanium alloy bar was obtained. In the second α + β processing step, the surface temperature of the billet during hot working was in the range of 720 ° C. or more and the heating temperature or less shown in Table 2. Also, no. A to No. The G titanium alloy rod was annealed at 705 ° C. after the second α + β processing step.

「金属組織」
No.A〜No.Gのチタン合金棒材について、<実施例1>のNo.1〜No.11のチタン合金棒材と同様にして、チタン合金棒材の長さ方向中心部より、長さ方向断面を観察面とする試験片を採取し、観察面の顕微鏡観察を行った。
その結果、No.A〜No.Gのチタン合金棒材は、等軸状の初析α粒と針状α粒とからなるα相と、β相とからなる金属組織を有するものであった。
"Metal structure"
No. A to No. Regarding the titanium alloy bar of G, No. 1 of <Example 1>. 1 to No. In the same manner as in the titanium alloy rod of No. 11, a test piece having a cross section in the longitudinal direction as an observation surface was collected from the central portion in the longitudinal direction of the titanium alloy rod, and the observation surface was observed with a microscope.
As a result, no. A to No. The titanium alloy rod of G had a metal structure consisting of an α phase consisting of equiaxed pro-eutectoid α grains and acicular α grains and a β phase.

No.A〜No.Gのチタン合金棒材について、<実施例1>のNo.1〜No.11と同様にして、EBSDを用いて、それぞれ金属組織を調べ、金属組織中の初析α粒の面積率を求めた。その結果(初析α粒の面積率)を表2に示す。
また、No.A〜No.Gのチタン合金棒材について、<実施例1>のNo.1〜No.11と同様にして、初析α粒のうち、c軸の傾きθが25°以上55°以下で、かつ円相当直径が20μm以上である初析α粒の金属組織中の面積率を求めた。その結果(粗大な初析α粒の面積率)を表2に示す。
No. A to No. Regarding the titanium alloy bar of G, No. 1 of <Example 1>. 1 to No. In the same manner as in 11, using EBSD, the metal structure was examined, and the area ratio of primary α particles in the metal structure was determined. The results (area ratio of pro-eutectoid α particles) are shown in Table 2.
Also, no. A to No. Regarding the titanium alloy bar of G, No. 1 of <Example 1>. 1 to No. In the same manner as in 11, the area ratio of the pro-eutectoid α particles in the metal structure having an inclination θ of 25 ° to 55 ° and an equivalent circle diameter of 20 μm or more among the proeutectoid α particles was determined. . The results (area ratio of coarse pro-eutectoid α particles) are shown in Table 2.

表2に示すように、No.A〜No.Eのチタン合金棒材は、本発明例であり、粗大な初析α粒の面積率が2.0%以下であり、良好な疲労特性を有していた。
一方、No.F、Gのチタン合金棒材は、第1α+β加工工程における鍛錬比が小さいため、粗大な初析α粒の面積率が2.0%を超えており、良好な疲労特性が得られなかった。
As shown in Table 2, no. A to No. The titanium alloy bar of E is an example of the present invention, and the area ratio of coarse pro-eutectoid α grains was 2.0% or less, and had good fatigue properties.
On the other hand, no. Since the wrought ratio in the first α + β processing step is small, the area ratio of coarse pro-eutectoid α-grains exceeds 2.0%, and good fatigue characteristics can not be obtained.

Claims (3)

熱間加工チタン合金棒材であって、
前記熱間加工チタン合金棒材の成分が、Al:5.50〜6.75質量%、V:3.50〜4.50質量%、Fe:0.05〜0.30質量%、O:0.05〜0.20質量%を含有し、残部がTiおよび不可避的不純物であり、
かつ初析α粒と針状α粒とからなるα相と、β相とからなる金属組織を有し、
前記初析α粒の前記金属組織中の面積率が30%以上であり、
前記初析α粒のうち、稠密六方構造のc軸方向と前記熱間加工チタン合金棒材の長さ方向とのなす角度(c軸の傾き)が25°以上55°以下で、かつ円相当直径が20μm以上である初析α粒の前記金属組織中の面積率が2.0%以下であることを特徴とする熱間加工チタン合金棒材。
Hot-worked titanium alloy bar ,
The components of the hot-worked titanium alloy bar are Al: 5.50 to 6.75 mass%, V: 3.50 to 4.50 mass%, Fe: 0.05 to 0.30 mass%, O: Containing 0.05 to 0.20% by mass, the balance being Ti and unavoidable impurities,
And has a metal structure consisting of an α phase consisting of pro-eutectoid α grains and needle-like α grains, and a β phase,
The area ratio of the pro-eutectoid α particles in the metal structure is 30% or more,
Among the pro-eutectoid α-grains, an angle (inclination of c-axis) between c-axis direction of dense hexagonal structure and length direction of hot-worked titanium alloy bar is 25 ° or more and 55 ° or less, and equivalent to a circle A hot-worked titanium alloy bar characterized in that an area ratio of pro-eutectoid α particles having a diameter of 20 μm or more in the metal structure is 2.0% or less.
熱間加工チタン合金棒材であって、
前記熱間加工チタン合金棒材の成分が、Al:5.50〜6.50質量%、Sn:1.75〜2.25質量%、Zr:3.50〜4.50質量%、Mo:5.50〜6.50質量%、Fe:0.02〜0.15質量%、O:0.02〜0.15質量%を含有し、残部がTiおよび不可避的不純物であり、
かつ初析α粒と針状α粒とからなるα相と、β相とからなる金属組織を有し、
前記初析α粒の前記金属組織中の面積率が30%以上であり、
前記初析α粒のうち、稠密六方構造のc軸方向と前記熱間加工チタン合金棒材の長さ方向とのなす角度(c軸の傾き)が25°以上55°以下で、かつ円相当直径が20μm以上である初析α粒の前記金属組織中の面積率が2.0%以下であることを特徴とする熱間加工チタン合金棒材。
Hot-worked titanium alloy bar ,
The components of the hot-worked titanium alloy bar are Al: 5.50 to 6.50% by mass, Sn: 1.75 to 2.25% by mass, Zr: 3.50 to 4.50% by mass, Mo: 5.50 to 6.50% by mass, Fe: 0.02 to 0.15% by mass, O: 0.02 to 0.15% by mass, the balance being Ti and unavoidable impurities,
And has a metal structure consisting of an α phase consisting of pro-eutectoid α grains and needle-like α grains, and a β phase,
The area ratio of the pro-eutectoid α particles in the metal structure is 30% or more,
Among the pro-eutectoid α-grains, an angle (inclination of c-axis) between c-axis direction of dense hexagonal structure and length direction of hot-worked titanium alloy bar is 25 ° or more and 55 ° or less, and equivalent to a circle A hot-worked titanium alloy bar characterized in that an area ratio of pro-eutectoid α particles having a diameter of 20 μm or more in the metal structure is 2.0% or less.
鋳塊を熱間加工して製造されるα+β二相チタン合金からなる熱間加工チタン合金棒材の製造方法であり、A method of manufacturing a hot-worked titanium alloy bar made of an α + β two-phase titanium alloy manufactured by hot working an ingot,
前記鋳塊をβ単相温度域で熱間加工するβ加工工程と、  Β processing step of hot working the ingot in a β single phase temperature range,
α+β二相温度域で鍛錬比が1.7以上になるように熱間加工する第1α+β加工工程と、  a first α + β processing step of hot working so that the wrought ratio is 1.7 or more in the α + β two-phase temperature range;
β単相温度域まで加熱した後水冷するβ熱処理工程と、  a heat treatment step of heating to a β single phase temperature range and then water cooling;
α+β二相温度域で鍛錬比が3.0以上になるように熱間加工する第2α+β加工工程とをこの順に行うことを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の熱間加工チタン合金棒材の製造方法。  The hot-worked titanium according to claim 1 or 2, characterized in that a second α + β processing step of hot working so that the wrought ratio is 3.0 or more in the α + β two-phase temperature range is performed in this order. Method of manufacturing alloy bar.
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