JPH0670263B2 - 高強度チタン線 - Google Patents

高強度チタン線

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JPH0670263B2 JP1792090A JP1792090A JPH0670263B2 JP H0670263 B2 JPH0670263 B2 JP H0670263B2 JP 1792090 A JP1792090 A JP 1792090A JP 1792090 A JP1792090 A JP 1792090A JP H0670263 B2 JPH0670263 B2 JP H0670263B2
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惇雄 森井
卓嗣 進藤
正義 近藤
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Suzuki Metal Industry Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、例えば耐食ばねとして有用な、高強度チタン
線に関する。
[従来の技術] JIS H 4600には工業用純チタン板および条として1種〜
3種が規定されている。これ等は線材として入手が可能
であるが、主として耐食性を目的としているため、これ
等の線材を例えば冷間伸線減面率で95%に加工しても、
その引張強さは、本発明者等の知見によると、115kgf/m
m2以下であり、高強度のチタン線は得られない。
高強度のチタン材としては、例えばTi−6Al−4V合金やT
i−3Al−8V−6Cr−4Zr−4Mo合金等があるが、これ等は
特別でかつ厳密な合金成分の管理や熱間加工や熱処理等
を組合せて高強度を達成するもので、製造コストが高
く、また冷間伸線加工して高強度化するのに適した材料
ではない。
特開平1−252747号は、Feを0.1〜0.8重量%含有した、
Fe,O,Nを含有する、延性の優れた高強度チタン材であ
る。しかし特開平1−252747号は熱間加工したチタン材
に関するものであり、この材料を用いて冷間伸線加工し
た際の技術に関するものではない。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は、JIS1種〜3種の線材を冷間伸線する従来の方
法では製造できなかった、引張強さが115kgf/mm2〜165k
gf/mm2の高強度チタン線を提供することを課題としてい
る。また本発明は高合金チタン材を用いないで、簡易な
方法で安価に、引張強さが115kgf/mm2〜165kgf/mm2の高
強度チタン線を提供することを課題としている。
[課題を解決するための手段および作用] 本発明者等は、各種のチタン材を冷間伸線減面率を変え
て伸線加工した。第1表および第1図は、その例を示
す。
No.1およびNo.2は高合金チタン材で、これを冷間伸線す
ると、引張強さが115kgf/mm2以上の高強度チタン線が製
造できる。しかし高合金チタン材は、既に述べた如く伸
線前の線材が高価であるため、伸線後の高強度チタン線
のコストも高い。また高合金チタン材は、冷間伸線減面
率が80%以上に冷間伸線すると断線し易く、従って高合
金チタン材を用いても、引張強さが150kgf/mm2以上の冷
間伸線した高強度チタン線の製造は難しい。
No.3およびNo.4は工業用純チタン材の例である。JIS3種
やASTMG4は硬質の工業用純チタン材であるが、冷間伸線
減面率が95%になるまで冷間伸線しても、引張強さは11
0kgf/mm2程度であり、引張強さが115kgf/mm2以上の高強
度のチタン線の製造は困難である。
No.5〜No.8は、Feを0.1〜0.8重量%含有し、Q=[O]
+2.77[N]+0.1[Fe]で表わされるパラメーターQ
が0.35〜1.0で残部が実質的にTiである、特開平1−252
747号に記載の高強度チタン材を線材として用いた例で
ある。この線材は特殊な合金成分を含有しないために熱
間加工等が容易で、安価である。この線材は冷間伸線前
の引張強さが工業用純チタン材に比べて大きいが、冷間
伸線性が優れ、冷間伸線減面率で95%まで、断線する事
なく安定して伸線する事が可能である。
本発明者等はこの線材を冷間伸線減面率60%以上に伸線
した結果、引張強さが115kgf/mm2以上の高強度チタン線
が製造できることを知得した。またこの線材で冷間伸線
減面率80%以上に伸線すると、引張強さが144〜165kgf/
mm2の高強度チタン線が得られる事を知得した。尚引張
強さが144〜165kgf/mm2のこの高強度チタン線は、No.1
やNo.2で述べた高合金チタン材を断線限界付近まで伸線
して得られた引張強さに比べても同等の優れた引張強さ
を有する高強度チタン線である。
特開平1−252747号は、熱延チタン材の冷間加工前の引
張強さは、下記のパラメーターQと強い相関関係がある
事を述べている。即ち Q=[O]+2.77[N]+0.1[Fe] ……(iii) 但し、[O]:チタン線材の酸素含有量(重量%) [N]:チタン線材の窒素含有量(重量%) [Fe]:チタン線材の鉄含有量(重量%) 本発明者等は、特開平1−252747号のQが0.4〜1.0の各
種の線材を冷間伸線減面率を60%として伸線して冷間伸
線後の引張強さを測定した。第2図の○印はその例であ
る。本発明者等は更に冷間伸線減面率を80%として伸線
を行ったが第2図の▲印はその際の冷間伸線後の引張強
さの例である。
第2図○及び▲に見られる如くチタン材のパラメーター
Qと引張強さの強い相関関係は冷間伸線後も維持されて
いる。即ち、第2図で冷間伸線減面率が60%のチタン材
(○印)は高い精度で直線Aに沿って分布し、Qが大き
いと冷間伸線後の引張強さが大きい。また冷間伸線減面
率が80%のチタン材(▲印)も高い精度で直線Bに沿っ
て分布し、Qが大きい程冷間伸線後の引張強さが大き
い。第2図の○印と▲印から、冷間伸線後のチタン線の
引張強さT(kgf/mm2)は、大凡下記(iv)式の如くに
表わされる。
T=54×Q+0.46γ+63 ………(iv) γ:冷間伸線減面率(%) 尚、(iii)式のQを(iv)式に代入すると、下記
(v)式が得られる。
T=54[O]+149[N]+5[Fe]+0.46γ+63 …
(v) 第2図で、○印及び▲印の測定値は線A及び線Bに対し
て、−5〜+5(kgf/mm2)の変動の範囲内にある。
以上の如く、本発明の請求項(1)は、Feを0.1〜0.8重
量%含有しQが0.4〜1.0で、その引張強さTが下記
(i)式であることを特徴とする、引張強さが115〜150
kgf/mm2の高強度チタン線である。
54[O]+149[N]+5[Fe]+0.46γ+58<T<54
[O]+149[N]+5[Fe]+0.46γ+68 ………
(i) 但しγ=60〜80%、 この(i)式を用いることによって、引張強さが115〜1
50kgf/mm2の範囲内で所望の引張強さの高強度チタン線
を、[O],[N],[Fe]およびγを調整して高い精
度で製造することが可能となる。
本発明者等は更に、前記の線材を用いて、冷間伸線減面
率を95%とした伸線を行ったが、何れの線材も断線する
ことなく、伸線できた。第2図の●印はその際の伸線後
の引張強さの例である。この場合も、チタン材の引張強
さとQとは高い精度で直線Cに沿って分布し、Qが大き
いほど引張強さが大きい。尚本発明者等の知見では、冷
間伸線減面率が80%を超えると、冷間伸線減面率が80%
以下の場合に比べて冷間伸線による引張強さの上昇量が
大きく、またQが大きくなった際の引張強さの上昇量が
顕著となる。
第2図の▲と●から冷間伸線減面率が80%超〜95%で
は、伸線後の高強度チタン線の引張強さTは、下記(v
i)式の如くに表わされる。
T=75Q+1.5γ−33 …………(vi) 尚(iii)式のQを(vi)式に代入すると、下記(vii)
式が得られる。
T=75[O]+208[N]+8[Fe]+1.5γ−33…(vi
i) また第2図で、●印の測定値は直線Cに対して−5〜+
5(kgf/mm2)の変動の範囲内にある。
以上の如く、本発明の請求項(2)は、Feを0.1〜0.8重
量%含有しQが0.4〜1.0で、その引張強さTが下記(i
i)式であることを特徴とする、引張強さが140〜165kgf
/mm2の高強度チタン線である。
75[O]+208[N]+8[Fe]+1.5γ−38<T< 75[O]+208[N]+8[Fe]+1.5γ−28……(ii) 但し、γ=80%超〜95% この(ii)式を用いることによって、引張強さが140〜1
65kgf/mm2の範囲内で所望の引張強さの高強度チタン線
を、[O],[N],[Fe]およびγを調整して高い精
度で製造することが可能となる。
次に本発明の高強度チタン線の成分について説明する。
本発明の高強度チタン線はFeを0.1〜0.8重量%含有す
る。Feは組織を細粒化しかつ高強度化を図るために添加
する。添加量はαチタン層におけるFeの最大固溶限(約
0.06重量%)を超える量とするが、その下限は0.1重量
%が適当である。
Feを0.5重量%以上含有せしめると、金属組織を細粒化
する効果が更に顕著となる。しかしFeを0.8%を超えて
含有せしめても、Feの効果は飽和するし、過剰に含有せ
しめると、チタン材の延性が損なわれて、伸線加工が困
難となる。
本発明の高強度チタン線はOとNを含有している。Oと
Nは侵入型固溶元素であるため、これ等を含有させる
と、固溶体強化によってチタン材は高強度化され、また
伸線加工に際しての硬化が大きい。しかし過剰なOやN
の添加は延性を低下させるために好ましくない。本発明
の請求項(1)では、冷間伸線減面率を60〜80%に伸線
し、引張強さが115〜150kgf/mm2の高強度チタン線を製
造するが、このためには第2図の直線Aや直線Bにみら
れる如く、OやNの添加量は、パラメーターQを0.40〜
1.00とする量が適当である。また本発明の請求項(2)
では冷間伸線減面率を80%超に伸線して、引張強さが14
0〜165kgf/mm2の高強度チタン線を製造するが、このた
めには、第2図BやCにみられる如く、OやNの添加量
は、パラメーターQが大きい、例えばQが0.70〜1.0の
線材が好ましいが、この伸線領域では、引張強さは冷間
伸線減面率γに大きく影響されるため、前記(ii)式を
用いて所望の140kgf/mm2以上の引張強さが得られる。
以上述べた如く、本発明の高強度チタン線は、酸素、窒
素および鉄を含有するが、残部は不可避的不純物以外は
Tiよりなる組織である。
本発明の請求項(1)では冷間伸線減面率は60〜80%で
ある。高強度チタン線に必要な繊維状組織を得るため
に、冷間伸線減面率の下限は60%とする。冷間伸線減面
率が80%を超えると、(i)式を用いるよりも(ii)式
を用いた方が、引張強さの精度が高い高強度チタン線が
得られる。以上の理由で請求項(1)の冷間伸線減面率
は60〜80%とする。
本発明の請求項(2)では、冷間伸線減面率は80超〜95
%である。80%以下では(ii)式を用いるよりも(i)
式を用いた方が、引張強さの精度が高い。また冷間伸線
減面率が95%を超えると、断線等の支障が発生し、伸線
が困難となり易い。
本発明の高強度チタン線の製造に用いる線材の製造方法
を説明する。
チタン鋳塊は結晶粒が粗大な鋳造組織であるため、これ
をまずβ域に加熱し分塊圧延を施し、ビレット材を作製
する。その後このビレット材を(α+β)域加熱して線
材熱間圧延を行う。ビレット加熱温度をβ変態点以下と
することにより、Feを0.1〜0.8重量%含有するチタンビ
レット材ではβ相がα相の粒成長を抑制し、また線材熱
間圧延中にはβ相が圧延加工中にα相中に微細分散さ
れ、極めて微細な金属組織が得られる。このように微細
な第二相(β相)が分散した熱間圧延線材は、その後実
施する冷間伸線工程において、伸線中、線材の均質な加
工硬化を促して極めて伸線加工性を良好にする効果をも
つ。
以上のようにして得られた熱間圧延チタン線材は(α+
β)域に再度加熱しあるいは再度加熱変形加工を加えて
も、結晶粒の粗大化が生じ難く、安定した機械的性質を
有している。
従って例えば第1表のNo.5の如く、熱間圧延線材をその
まゝ使用してもよいし、あるいはNo.6やNo.7の如く、熱
処理した後で伸線に供してもよい。
[発明の効果] 本発明の高強度チタン線は、引張強さが115〜165kgf/mm
2で、優れた強度を有している。従って、例えば耐食雰
囲気で用いるチタンバネ材としてあるいはチタンロープ
用の素線等として、広範囲な用途に用いる事ができる。
本発明の高強度チタン線は、安価でかつ製造が容易なチ
タン線材を使用するため、またこのチタン線材は伸線性
が優れているため、例えばTi-6Al-4V合金やTi-3Al-8V-6
Cr-4Zr-4Mo合金等を用いた高強度チタン線に比べて、製
造が容易でありかつ製造コストも安い。
本発明の高強度チタン線は、引張強さが、成分と冷間伸
線減面率によって高い精度に制御されているため、安定
して優れた品質特性を備えている。
【図面の簡単な説明】
第1図は、チタン材の冷間伸線減面率と引張強さの関係
の例を示す図、 第2図は、本発明で用いるチタン線材のパラメーターQ
と引張強さの関係の例を示す図 である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森井 惇雄 千葉県習志野市東習志野7―5―1 鈴木 金属工業株式会社内 (72)発明者 進藤 卓嗣 東京都千代田区大手町2―6―3 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 近藤 正義 東京都千代田区大手町2―6―3 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 小泉 昌明 神奈川県茅ヶ崎市茅ヶ崎3―3―5 東邦 チタニウム株式会社内 (72)発明者 深田 伸男 神奈川県茅ヶ崎市茅ヶ崎3―3―5 東邦 チタニウム株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Feを0.1〜0.8重量%含有しQ=[O]+2.
    77[N]+0.1[Fe]で表されるQが0.4〜1.0で、引張
    強さT(kgf/mm2)が下記(i)式であることを特徴と
    する、引張強さが115〜150kgf/mm2の高強度チタン線。 54[O]+149[N]+5[Fe]+0.46γ+58<T< 54[O]+149[N]+5[Fe]+0.46γ+68 ……
    (i) 但し[O]:酸素含有量(重量%) [N]:窒素含有量(重量%) [Fe]:鉄含有量(重量%) γ :冷間伸線減面率で60〜80(%) (2)Feを0.1〜0.8重量%含有しQ=[O]+2.77
    [N]+0.1[Fe]で表されるQが0.4〜1.0で、引張強
    さT(kgf/mm2)が下記(ii)式であることを特徴とす
    る、引張強さが140〜165kgf/mm2の高強度チタン線。 75[O]+208[N]+8[Fe]+1.5γ−38<T< 75[O]+208[N]+8[Fe]+1.5γ−28……(ii) 但し[O]:酸素含有量(重量%) [N]:窒素含有量(重量%) [Fe]:鉄含有量(重量%) γ :冷間伸線減面率で80超〜95(%)
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