JPH04238605A - 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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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５００〜１５００
ｍｍ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。

【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
。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００１８】また、鋳片は、その横断面積が３５０００
ｍｍ２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。

【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−４
Ｖ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　１１２
ｍｍ×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　２５
０ｍｍ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　１５０ｍ
ｍ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。

【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０．２０ｗｔ％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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【符号の説明】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【請求項２】　　チタン合金鋳片が、横断面積３５００
   ０ｍｍ２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。