JPH0649202B2 - チタン継目無管の製造方法 - Google Patents

チタン継目無管の製造方法

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JPH0649202B2
JPH0649202B2 JP2331788A JP2331788A JPH0649202B2 JP H0649202 B2 JPH0649202 B2 JP H0649202B2 JP 2331788 A JP2331788 A JP 2331788A JP 2331788 A JP2331788 A JP 2331788A JP H0649202 B2 JPH0649202 B2 JP H0649202B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は工業用純チタンまたはα型もしくはα+β型チ
タン合金からなる継目無管の製造方法に関し、更に詳し
くは熱間圧延に冷間加工を組み合せた製造方法に関す
る。
〔従来の技術〕
チタンは純チタンと、α型、α+β型といったチタン合
金とに分類される。α型のチタン合金としては、Ti−
0.15Pd、Ti−0.8Ni−0.3Mo、Ti−5Al−2.
5Sn、Ti−8Al−1Mo−1Vなどがある。α+
β型のチタン合金としてはTi−3Al−2.5V、Ti
−6Al−4V、Ti−6Al−6V−2Sn、Ti−
6Al−2Sn−4Zr−6Mo、Ti−6Al−2S
n−4Zr−2Moなどがあり、Ti−3Al−2.5V
は冷間加工が可能な合金として知られている。
これらチタンは軽量、高耐食性を有し、特にその継目無
管は化学プラント、航空機用油圧配管への適用が期待さ
れている。
ところで、従来より継目無金属間の製造法としては押出
し法、傾斜圧延法等の熱間製管法がよく知られている。
押出し法の一方式としてユジーンセジュルネ法と呼ばれ
る方式があり、これは熱間でガラス潤滑材を使用して管
状に押出し成型加工を行う方法である(以下、押出し法
とはユジーンセジュルネ方式を示す)。
傾斜圧延法は、ピアサーと呼ばれる傾斜圧延機にて中実
ビレットを穿孔し、得られた中空素管をマンドレルミ
ル、プラグミル等の延伸圧延機で圧延した後、レデュー
サまたはサイザーと呼ばれる絞り圧延機により所定の肉
厚、外径に仕上げるのが一般的である。
チタンは本質的に熱間加工性が悪く、チタンの継目無管
の製造には前者の押出し法がもっぱら用いられている。
後者の傾斜圧延法は、製造能率が高く、製造コストの面
で有利な方法であるが、チタンの継目無管の製造に適用
された例はない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、チランは活性で焼付き易く、前者の押出し法
を使用しても押出し後の肌が悪くなり、押出管の外面を
研削する必要がある。その上、押出し法では製造能率が
低く、ビレットの穴ぐり等の前加工を要する。そのた
め、歩留りが悪く、製造コストの上昇は避けられない。
なお、チタン継目無管の製造に後者の高能率な傾斜圧延
法を適用した場合は、加工速度が速く、部分的な昇温に
より組織の不均一が生じ、場合によっては熱間圧延後に
粗大な針状組織ないしは加工組織が残存し、製品の延性
を低下させるという致命的な問題が生じる。
本発明は、傾斜圧延法と冷間加工との組み合せにより、
優れた機械的性質を有するチタン継目無管を能率よく経
済的に製造する方法を提供するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者らの調査によると、チタン継目無管の製造に傾
斜圧延法を適用した場合、最終圧延機である絞り圧延機
での圧延条件が熱間圧延後の管の特性に大きな影響を与
え、熱間圧延後に冷間の2次加工を行う場合はこの2次
加工も大きな影響を受けることが判明した。
第2図は純チタンとチタン合金の変態温度と、V、M
o、Fe、Cr、Mn等のβ相安定化元素量との関係を
模式的に示す状態図である。図によると、β相安定化元
素が増加するにつれβ相からα+β相に変化する温度、
すなわちβトランザス線が低下することが示される。
純チタンとチタン合金の板又は棒の安定な加工温度範囲
はβトランザス線の下にある。チタンがβトランザス線
より上の高温である場合はβ単相になり、この温度域で
鍛造又は板圧延が行われると、加工終了後の冷却中に粗
い針状組織を生成し、熱間加工後の2次加工(冷間加
工)で割れを生じる。
しかし、純チタンまたはチタン合金が管状に圧延され、
かつ傾斜圧延法のごとき三次元状態の大きな変形歪を受
けるときは、材料が最終圧延機である絞り圧延機をβト
ランザス+50℃以下の温度で出るならば、針状組織は
生成するものの、その組織は細かくなり、圧延後の2次
加工(冷間加工)で割れを生じないことが明らかとなっ
た。熱間圧延後の管に2次加工として冷間加工を行うこ
とができれば、管の機械的性質、特に強度は著しく向上
する。
一方、チタンは酸素吸収をおこしやすいことから、チタ
ン継目無管の製造に傾斜圧延法を適用した場合は、延伸
圧延後の管内面に酸素吸収による硬化層を生じる。内面
に硬化層が生じた管を絞り圧延機のような内面を拘束し
ない圧延機で加工すれば、内面の自由表面で硬化層より
割れを生じる。
本発明者らの調査によると、材料が絞り圧延機を500
℃以上で出るときは、この割れが硬化層内にとどまる
が、材料が絞り圧延機を500℃未満で出るときは、材
料自体の延性が低いために、硬化層の割れが起点となっ
て管内面から0.5mm程度の深さの大きな割れを生じるこ
とが明らかとなった。硬化層自体は0.1mm程度の深さで
あるので、割れが硬化層内にとどまれば簡単な内面切削
で除去することができるが、割れが広がった場合は内面
切削による除去は困難となり、たとえば除去ができたと
しても除去にともなう大幅な歩留り低下は避けられな
い。
熱間圧延後の冷間加工は機械的性質、特に強度を向上さ
せるのに有効で、主に強度が要求される場合は冷間の2
次加工後、応力除去焼鈍を行って製品とすることができ
る。一方、延性を要求されるものについては2次加工後
に500℃以上、βトランザス以下の焼鈍を行うのが有
効なことが明らかとなった。この焼鈍は、2次加工で生
じる加工組織を解消し、延性向上に寄与するものであ
る。
本発明は、斯かる知見に基づきなされたもので、純チタ
ンまたはα型もしくはα+β型チタン合金からなる継目
無管の製造において、熱間で順番に穿孔圧延、延伸圧
延、絞り圧延を行う際に、絞り圧延機の出口温度を50
0℃以上、βトランザス+50℃以下とし、熱間圧延後
は冷間で加工度が15%以上の2次加工を行い、その
後、必要に応じて50℃以上、βトランザス以下の焼鈍
を行うことを特徴とするチタン継目無管の製造方法を要
旨とする。
〔作用〕
本発明方法において、絞り圧延機出口温度を500℃以
上、βトランザス+50℃以下としたのは、500℃未
満で圧延を終了すると、延性の低下により管内面に硬化
層を起点とする大きな割れを生じ、βトランザス+50
℃を超える温度で圧延を終了すると、圧延後の冷却中に
組織が粗大化し、冷間の2次加工において粗大化に起因
する割れが生じるためである。
冷間の2次加工における加工度(横断面加工度)を15
%以上としたのは、15%未満では充分な機械的性質が
得られないからである。
2次加工後の焼鈍を500℃以上、βトランザス以下で
行うのは、500℃未満では焼鈍自体の効果が得られ
ず、βトランザスを超える温度では、焼鈍中に粗大な針
状組織を生じ、逆に延性が低下するからである。
〔実施例〕
本発明の効果を明らかにするため、2種類の比較試験を
行った。各比較試験における材質、工程、性能試験を第
1表に整理して示す。
○比較試験I Ti−3Al−2.5Vに対する比較試験である。この合
金は冷間加工が容易なα+β型チタン合金で、そのβト
ランザスは930℃である。
傾斜圧延は、熱間で中実ビレットを穿孔圧延機および延
伸圧延機にて110mmφ×12mmtの素管とし、これを
加熱炉で再加熱した後、絞り圧延機であるストレッチレ
デューサーにて圧延するものとした。
得られた熱間圧延管に対しては脱スケールのために内外
面を0.2mmづつ切削し、管内面の割れの有無を調査した
後、冷管ピルガー圧延機にて2次加工を施し、更に40
0℃×2hの応力除去焼鈍を施した。そして、焼鈍後の
管についてASTMB338に従った室温引張試験を行
った。
結果を最終圧延機であるストレッチレデューサーでの圧
延条件と圧延後の2次加工条件とに対応させて第2表に
示す。
NO.1ではレデューサ圧延終了温度がβトランザス(9
30℃)+50℃を超えており、2次加工後に管内面に
割れが発生し、総合評価は不良である。これは高温で熱
間圧延を終了したため、圧延後の冷却過程で組織の粗大
化が生じ、延性の低下を招くことによる。
NO.2〜4はレデューサ圧延終了温度が500℃未満の
場合であり、レデューサ圧延後の管内面に割れを生じ
た。割れの調査の前に0.2mmの内削を行っているにもか
かわらず、割れが検出されたのは、レデューサ圧延前に
0.1mm程度の酸素吸収による硬化層が管内面に生じ、こ
の硬化層がレデューサ圧延中に割れて切欠きとなり、管
肉内部へ割れが深く進行したためである。
すなわち、このような割れはレデューサ圧延後の0.2mm
程度の内削では除去が不可能である。また、レデューサ
圧延時の外径加工度を低下させてもこの割れは防止でき
ない。
NO.5〜7では、2次加工の加工度が15%未満である
ので、降伏点、引張強度がASTMB337の規格を満
足していない。
これに対しNO.8〜13ではレデューサ圧延の終了温度
および2次加工の、加工度がともに本発明範囲内にある
ため、レデューサ圧延後および2次加工後に割れは認め
られず、常温引張特性も規格を全て満足している。そし
て、中実ビレット〜製品間の歩留りは82〜75%で、
従来のユージン押出し法の65%に比し大きく向上して
いる。
○比較試験II 工業用純チタンに対する比較試験で、ASTMGrade II
I相当材を使用した。そのβトランザスは915℃であ
る。
熱間傾斜圧延および傾斜圧延後の切削は比較試験NO.I
と同じである。内外面切削の後は冷間ピルガー圧延機あ
るいは冷間引き抜きにて2次加工を行い、更に一部の材
料を用いて延性確保のための焼鈍を行った。
得られた製品に比較試験Iと同様の試験を実施したとき
の結果を第3表に示す。
NO.1,2ではレデューサ圧延終了温度がβトランザス
(915℃)+50℃を超えており、2次加工後に管内
面に割れが発生し、総合評価は不良である。この割れは
2次加工の種類によらない。原因はレデューサ圧延後の
冷却過程で粗大な針状品を生じるためである。2次加工
で割れが生じたため、2次加工後の焼鈍は省略した。
NO.3〜5はレデューサ圧延終了温度が500℃未満の
場合である。レデューサ圧延後に内面切削を行っても割
れが認められた。原因は比較試験Iの場合と同様に延伸
圧延までの段階で硬化層に生じた割れがレデューサ圧延
によって広がり、レデューサ圧延後の内面切削によって
も除去されなかったためである。レデューサ圧延で割れ
が生じたため、圧延後の2次加工および焼鈍は省略し
た。
NO.6〜10は2次加工の加工度が15%未満の場合で
ある。焼鈍材の引張強さが規格値(45.8kgf/mm2
上)に達していない。
NO.11〜13は焼鈍温度が500℃未満の場合、βト
ランザスを超えた場合である。いずれも伸びが規格値
(18%以上)に達していない。原因は500℃未満で
は焼鈍で再結晶が進まず、βトランザスを超える温度で
は焼鈍により粗大な針状組織が生成するためである。
これらに対しNO.14〜25では、レデューサ圧延終了
温度、2次加工度、焼鈍温度の全てが本発明範囲内であ
り、したがってレデューサ圧延後および2次加工後に割
れは認められず、焼鈍材の引張性能はASTMB337
の規格を全て満足している。そして、中実ビレット〜製
品間の歩留りは78〜82%であり、ユージン押出法の
65%に比し大きく向上している。
〔発明の効果〕
以上のごとく、本発明は傾斜圧延法と冷間加工との組み
合せにより機械的性質に優れたチタン継目無管を能率よ
く経済的に製造するものであり、チタン継目無管の製管
コスト低減に多大の効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(イ)および(ロ)は本発明の方法における熱履歴を示
す概念図、第2図は変態温度とβ相安定化元素との関係
を模式的に示す状態図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】純チタンまたはα型もしくはα+β型チタ
    ン合金からなる継目無管の製造において、熱間で順番に
    穿孔圧延、延伸圧延、絞り圧延を行う際に、絞り圧延機
    の出口温度を500℃以上、βトランザス+50℃以下
    とし、熱間圧延後は冷間で加工度が15%以上の2次加
    工を行うことを特徴とするチタン継目無管の製造方法。
  2. 【請求項2】純チタンまたはα型もしくはα+β型チタ
    ン合金からなる継目無管の製造において、熱間で順番に
    穿孔圧延、延伸圧延、絞り圧延を行う際に、絞り圧延機
    の出口温度を500℃以上、βトランザス+50℃以下
    とし、熱間圧延後は冷間で加工度が15%以上の2次加
    工を行い、その後さらに500℃以上、βトランザス以
    下の焼鈍を行うことを特徴とするチタン継目無管の製造
    方法。
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