JPH0692630B2 - 純チタンまたはチタン合金製継目無管の製造方法 - Google Patents

純チタンまたはチタン合金製継目無管の製造方法

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JPH0692630B2
JPH0692630B2 JP18252688A JP18252688A JPH0692630B2 JP H0692630 B2 JPH0692630 B2 JP H0692630B2 JP 18252688 A JP18252688 A JP 18252688A JP 18252688 A JP18252688 A JP 18252688A JP H0692630 B2 JPH0692630 B2 JP H0692630B2
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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、純チタンまたはチタン合金製継目無管の製造
方法、特に油井用耐食機器および油井管等へ利用される
純チタンまたはチタン合金製継目無管の製造方法に関す
る。
(従来の技術) 純チタンまたはチタン合金製管は、従来航空機用材料、
耐海水用材料として広汎に用いられてきた。そのメリッ
トとしては、(1)耐食性にすぐれていること(特に純
チタンは耐海水性にすぐれている)、そして(2)比強
度(強度/比重)が大きいことがある。こうした特長に
着目して最近では、油井用耐食機器および油井管等へも
その用途を広げつつある。
第1図に純チタンおよびチタン合金の概略状態図を示
す。V、Mo、Fe、Cr等のβ相安定元素(BCC化元素)が
増加するに伴い、α+β相からβ相への変態温度(βト
ランザス)が低下しているのが分かる。
純チタンおよびチタン合金の熱間加工については、熱間
加工温度と得られた組織、機械的性質の間に密接な関係
が存在する。一般的には次の様な関係が存在すると云わ
れている。
従来、純チタンおよびチタン合金製の管は、溶接法(例
えば特開昭55-27432号)、熱間押出法(特開昭57-10081
5号、同61-193719号、同61-284560号)により製造され
ており、継目無製管法による製造はJIS H 4630に規定さ
れている様に、上述の熱間押出法および熱間押出し法と
組合わせた冷間引抜きに限定されていた。
(発明が解決しようとする課題) ここに、本発明の一般的目的は傾斜圧延法による純チタ
ンまたはチタン合金製の継目無管の製造方法を提供する
ことである。
ところで、本出願人は、近年の研究開発により、傾斜穿
孔圧延方式の純チタンまたはチタン合金製の継目無管の
開発を可能とした。特願昭62-167593号、同62-162566
号、同62-199556号、同63-23317号および同63-31279号
参照。
しかしながら、これらの方法にあってはいずれも所定の
性能を有し純チタン、チタン合金製の継目無管を得るに
は、冷間加工ないしは、焼鈍、溶体化+時効(STA)処
理といった熱処理が必要とされている。
すなわち、例えば15%以上の冷間加工と、500℃以上、
βトランザス以下の焼鈍およびβトランザス−20℃以
上、βトランザス以下の溶体化そして450〜750℃での長
時間にわたる時効処理等の熱処理とである。
こうした二次加工は、性能向上には十分な効果を有して
いるものの、純チタンまたはチタン合金製継目無管製造
コストを少なからず上昇せしめ、ニッケル基合金等の競
合品種に対するコスト競争力を悪化させているのが実態
である。
かくして、本発明のより具体的目的は、上述のような高
価な二次加工を要せずに十分な性能を有する純チタンま
たはチタン合金製継目無管の製造方法を提供することで
ある。
なお、本明細書において、以下、特にことわりがない限
り、「チタン合金」と言った場合、純チタン(金属単体
チタン)をも包含する趣旨であるとする。
(課題を解決するための手段) 本発明者は、先に述べた従来技術の問題点を解決するた
め、傾斜穿孔圧延方式によるチタン合金製継目無管の製
造に際し、加工熱処理技術を導入することに着目し、そ
の際の加工熱処理条件を特定することによって、圧延ま
まで、二次加工を行った継目無管と同等以上の性能が得
られることを知見し、本発明を完成した。
ここに、本発明の要旨とするところは、 純チタンまたはα型もしくはα+β型チタン合金のビレ
ットをβトランザス以上、βトランザス+200℃以下の
温度に加熱する工程; 加熱された前記ビレットをβトランザス以上、βトラン
ザス+150℃以下の温度で穿孔、好ましくは圧延による
傾斜穿孔して圧延素材とする工程; 前記圧延素材をβトランザス−50℃以上、βトランザス
+100℃以下の温度で傾斜延伸圧延する工程; 得られた圧延素材にβトランザス−150℃以上、βトラ
ンザス以下の温度でプラグミル圧延を行い継目無管とす
る工程; 該継目無管に500℃以上の温度で例えばリーラー、サイ
ザーによる仕上げ加工処理を行う工程;および 空冷以上の冷却速度で冷却する工程 から成る純チタン、チタン合金製継目無管の製造方法で
ある。
(作用) 次に、添付図面を参照して本発明についてさらに詳述す
るとともに、各加工熱処理条件を前述のように特定した
理由について述べる。
第2図は本発明にかかる方法における圧延スケジュール
を示すグラフであり、これに従って説明すれば、本発明
は、傾斜穿孔圧延方式による純チタンまたはチタン合金
製の継目無管の製造方法であって、ビレット加熱
(H)、穿孔、好ましくは傾斜圧延穿孔(P)、エロン
ゲータと呼ばれる傾斜延伸圧延機(E)、プラグミル
(M)、リーラー(R)、サイザー(S)に至る各熱間
加工工程における加熱温度を第2図のように設定するこ
とにより、二次加工(冷間加工、熱処理)が不要で、こ
れを施したものと同等以上の性能を有する純チタンまた
はチタン合金製の継目無管の製造方法である。
図中、各加工工程の温度条件は次の通りである。
H:βトランザス以上、βトランザス+200℃以下 P:βトランザス以上、βトランザス+150℃以下 E:βトランザス−50℃(T0)以上、βトランザス+100
℃以下 M:βトランザス−150℃(T1)以上、βトランザス以下 R,S:500℃(T2)以上 C(冷却):空冷以上 である。
なお、上述の各加工工程の温度条件は第2表のようにま
とめることができる。
次に、個々の条件について限定理由を説明する。
(1).ビレット加熱温度(H): ビレットの加熱温度は、次の穿孔を容易ならしむる温度
でなければならない。このためには、加熱温度を高温と
することが望ましい。しかし、一方では、チタン合金製
管は高温で、特にβ単相での酸素吸収速度が温度と共に
上昇するので上限を設ける必要がある。高温捻り等の実
験室での試験結果により、本発明にあってはこのビレッ
ト加熱温度を熱間加工性とガス吸収とのバランスが最も
よいβトランザス以上、βトランザス+200℃以下の温
度範囲に設定した。
(2).穿孔温度(P): 一般に、穿孔温度がβトランザスを超えると、得られる
継目無管の組織は粗大な針状組織となり、延性が劣ると
云われている。しかしながら、加工度の極めて大きい継
目無管の傾斜圧延穿孔プロセスでは温度を上げて熱間加
工性を上げておかなければ割れ等の問題が発生する。そ
こで、組織制御と熱間加工性のバランスを取らなければ
ならない。こうした必要から本発明にあっては穿孔温度
をβトランザス以上、βトランザス+150℃以下に設定
した。この温度範囲であれば、針状組織生成の影響は後
続の熱間加工により減少させることができる。
(3).傾斜延伸圧延温度(E): 延伸圧延は、管に管軸方向の引張歪みを加え、延伸させ
るものである。延伸圧延温度についても最適温度範囲が
存在する。すなわち、温度が高すぎれば、熱間加工後の
再結晶により粗大な結晶粒が生成するし、逆に、温度が
低すぎれば、延伸圧延に対する変形抵抗が大きくなりす
ぎて圧延が不可能となる。加熱シミュレーション等の実
験室実験により、この傾斜延伸圧延の温度範囲をβトラ
ンザス−50℃以上、βトランザス+100℃以下に設定し
た。
(4).プラグミル圧延温度(M): プラグミル圧延では、更に管に管軸方向の引張歪みを加
えて延伸させる。但し、このプロセスは、上記(3)の
傾斜延伸のプロセスに比べれば延伸率は小さいので、温
度は低くても良い。又、逆に、再結晶、寸法精度等の観
点からは、温度はむしろ低目がよいと考えられ、熱間加
工シミュレーションの試験結果に基づき、熱間加工性を
確保できる下限温度から、βトランザス−150℃以上、
βトランザス以下の温度範囲に設定した。
(5).サイザー(S)、リーラー(R)温度: 本発明にあってプラグミル圧延に引き続いて仕上げ加工
処理を行うが、一般にそれらはサイザー、リーラーによ
って行われ、この場合、いずれも比較的軽微な加工を施
すものであり、そのような軽微な仕上げ加工によっても
寸法矯正等が可能な温度として、500℃を最低温度とし
て設定した。好ましくは、βトランザス−100℃以下で
ある。
(6).冷却: サイザー、リーラー等による仕上げ加工処理後は空冷、
又は加速冷却のいずれによっても組織は安定しているの
で過大な内部歪みは発生しない。よって、本発明にあっ
てこのときの冷却速度を空冷または加速冷却と限定し
た。
なお、本発明における各加工工程の温度条件以外の実施
態様等については従来の継目無鋼管の製造にみられた操
作に準じて行えばよく、その限りで特に制限されるもの
ではない。
しかしながら、前述の本出願人の提案した先行技術と組
合せて本発明を実施することにより一層すぐれた作用効
果が実現される。この意味から先きに言及した先行出願
の内容をここに援用する。
次に、実施例によって本発明をさらに具体的に説明す
る。
実施例1 第3表に示す組成のASTM B338 Gr.3相当の供試材に第4
表に示す条件で本発明にしたがった加工熱処理を行っ
た。本例は純チタン継目無管の製造例を示す。
なお、第3表には参考までにASTM規格も示す。
本発明例による場合、熱間加工時の割れ、疵等はなく良
好であった。得られた圧延まま材およびさらにこれに従
来例の焼鈍を加えた焼鈍材についての機械的特性を第5
表にまとめて示す。
第5表に示す結果からも明らかなように、本発明にかか
る方法により製造された圧延まま材は、比較例の焼鈍材
に比し若干延性は低いものの、ASTM B338 Gr.3の規格は
十分満足している。
第3図および第4図にそれぞれ上記圧延まま材および焼
鈍材の顕微鏡金属組織写真(×100)を示す。これらの
金属組織を比較すると分かるように、焼鈍前後で純チタ
ン管のミクロ組織は針状結晶から等軸結晶に変化する
が、圧延まま材でも粗大な針状組織は認められない。
実施例2 本例では第6表に合金組成を示すα+β型のTi-6Al-4V
合金により第7表に示す加工条件で本発明にかかる方法
により継目無管を製造した。比較例として、得られた熱
間圧延材にさらに従来法による焼鈍を行った。
本例の場合もチタン合金管の熱間加工時の割れ、疵等は
なく良好であった。得られた圧延まま材および焼鈍材に
ついて得られた機械的特性を第8表にまとめて示す。
本発明にしたがって加工熱処理により製造されたチタン
合金製管は、圧延ままでも熱処理を施した管とほぼ同等
の性能を有することが判る。
第5図および第6図にそれぞれ上記圧延まま材および焼
鈍材の顕微鏡金属写真(×100)を示す。これらの金属
組織を比較すると分かるように、本例の場合も圧延まま
と焼鈍後とで金属結晶組織上、大きな相異は認められな
い。
(発明の効果) 以上、本発明について詳細に説明してきたが、(1)本
発明にかかる方法により製造されたチタンまたはチタン
合金製の継目無管は圧延ままでも熱処理品と同等の性能
を有する、また(2)これにより、熱処理という費用の
かかる工程が省略でき、コスト合理化が可能となり、
(3)チタンまたはチタン合金製管は極めて高価な材料
であるが、本発明によりコスト合理化により競合品種で
あるニッケル基合金(HASTELOY C-276等)に初めて競合
することが可能となるなど、本発明の利益は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は、チタンおよびチタン合金の概略状態図; 第2図は、本発明にかかる方法の圧延スケジュールを示
すグラフ; 第3図および第4図は、実施例と比較例のそれぞれの顕
微鏡金属組織写真(×100);および 第5図および第6図は、同じく実施例と比較例のそれぞ
れの顕微鏡金属組織写真(×100)である。

Claims (1)

    【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
    ン合金のビレットをβトランザス以上、βトランザス+
    200℃以下の温度に加熱する工程; 加熱された前記ビレットをβトランザス以上、βトラン
    ザス+150℃以下の温度で穿孔して圧延素材とする工
    程; 前記圧延素材をβトランザス−50℃以上、βトランザス
    +100℃以下の温度で傾斜延伸圧延する工程; 得られた圧延素材にβトランザス−150℃以上、βトラ
    ンザス以下の温度でプラグミル圧延を行い継目無管とす
    る工程; 該継目無管に500℃以上の温度で仕上げ加工処理を行う
    工程;および 空冷以上の冷却速度で冷却する工程 から成る純チタン、チタン合金製継目無管の製造方法。
JP18252688A 1988-07-21 1988-07-21 純チタンまたはチタン合金製継目無管の製造方法 Expired - Lifetime JPH0692630B2 (ja)

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