JPH0881747A - チタン鋳塊の鍛造加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】円柱形状のチタン鋳塊から板状のスラブを製造
する場合、肌荒れ及び押し込み疵の少ないスラブの製造
方法を提供することである。 【構成】チタン円柱状鋳塊を８００℃以上β変態点以下
の温度域に加熱し、鋳塊横断面における垂直方向及び水
平方向に、それぞれ鋳塊径の５％以上４０％以下の範囲
内で圧下を加える予備鍛造により柱状晶を破壊した後、
β変態点以上１１００℃以下に加熱して鍛造加工するチ
タン鋳塊の鍛造加工方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分塊圧延後のチタンス
ラブ表面に発生する肌荒れまたは押し込み疵を防止する
ことのできる円柱状チタン鋳塊の鍛造加工方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】チタンの結晶構造は、低温ではＨＣＰ構
造を持つα相であり、高温ではＢＣＣ構造を持つβ相で
あるが、このα相とβ相の変態温度をβ変態点と称し、
純チタンのβ変態点は８８３℃である。

【０００３】チタンの板材等の展伸材の一般的な製造方
法は、消耗電極式真空アーク溶解法等により鋳塊を溶製
し、それを鍛造した後分塊圧延によりスラブとなし、次
いで熱間圧延を施して製造する方法である。

【０００４】この場合、鍛造の初期はβ領域で材質上許
容できる高温で鍛練されている。すなわちチタンの鋳塊
は鍛造加工において室温からβ温度領域、すなわちβ変
態点以上の温度に一気に加熱されている。

【０００５】この鋳塊を鍛造し、分塊圧延によりスラブ
を製造する方法での問題点として、スラブ表面に肌荒れ
あるいは押し込み疵が発生するため、熱間圧延前にこれ
ら疵を切削除去する必要があり、製品の歩留りが低下す
ることが挙げられる。

【０００６】円柱形状の鋳塊からチタンスラブを製造す
る場合、円柱形の鋳塊上下端周縁がスラブ表面に押込ま
れ、それが疵となる。この押込み疵は円柱形状の鋳塊上
下端周縁部が鍛造加工中に他の部分に比べ早期に温度が
低下し、この部分での変形抵抗が上昇するため、円柱形
の縁の部分が平板上に押込まれて発生するものである。

【０００７】また、上記肌荒れは鋳塊が凝固した時点
で、鋳塊表面に一方向凝固に伴う粗大な柱状晶が生成し
ていることが原因である。

【０００８】この肌荒れ対策として、特開平１ー１５６
４５６号公報には、鋳塊表面に加工歪を加えた後再結晶
温度以上に加熱する方法が開示されている。

【０００９】上記従来の製造方法に対し、工程を簡略化
する目的で製造工程の一部を省略する試みが行われてい
る。例えば特開昭６１−１５９５６２号公報には、鋳塊
を粗鍛造せず、直接圧延することによりスラブを製造す
る方法において、直接圧延の際に発生する表面疵を防止
するために必要な鋳塊の圧延条件が開示されている。

【００１０】この方法では鋳塊を９３０〜１０００℃の
温度域に加熱し、次いでβ変態点以上の温度域で４０％
以上、かつβ変態点以下の温度域で２０％以上の熱間圧
延するものである。ここでの圧延とは分塊又は厚板圧延
と考えられる。

【００１１】また、同じ目的で鋳塊を９００℃以上１１
００℃以下の温度で粗圧延を行い、さらにβ温度域で調
整圧延を行うことが特公平４ー４６６４３号公報に開示
されている。

【００１２】特公開平１ー１５６４５６号公報には鋳塊
を直接圧延あるいは押出しなどの熱間加工を行う際の表
面疵の防止方法が開示されている。この方法は鋳塊表面
に加工歪を加え、これを再結晶温度以上に加熱し表面層
を再結晶させるものである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、チタンの製
造コストの低減を検討する場合、上記した従来の製造工
程の一部を省略することも重要な方策であるが、チタン
の場合、歩留りの向上を考えることも重要な課題であ
る。

【００１４】すなわち、チタンは鉱石からスポンジチタ
ンまでの精練過程、及びスポンジチタンを溶解し鋳塊を
製造する溶解過程において大量の電力を消費するため、
鋳塊のコストが高くなり、最終製品の製造コストに占め
る鋳塊のコストが大きな割合を占める。この様なコスト
構成を持つ工業製品の製造コストを低下させるには製造
工程の一部省略も重要な検討課題であるが、何よりも製
造過程における歩留りの改善を図る事が最も重要な課題
である。

【００１５】前記特開平１ー１５６４５６号公報に開示
されている従来法における分塊圧延時に発生する肌荒れ
防止法は、条件が明記されていないが、加工歪は室温あ
るいは再結晶温度以下の温間で与えられる必要があると
考えられ、これらの温度域で鋳塊に加工歪を加えると、
この加工により鋳塊に割れ発生を招く事が懸念される。
またこの方法によってスラブ表面の押込み疵を防止する
事が出来ない。

【００１６】本発明はスラブの製造工程として鋳塊を鍛
造後、分塊圧延する工程を対象とするもので、本発明の
目的は、円柱形状のチタン鋳塊の鍛造後の分塊圧延時に
発生する肌荒れ及び押し込み疵を防止することのできる
鍛造加工方法を提供することである。

【００１７】この肌荒れは前記の押込み疵と同様、スラ
ブに発生すると熱間圧延前にこれを除去しておく必要が
ある。このため肌荒れの発生は製造時の歩留りを低下さ
せると共に、肌荒れ、疵除去に伴う作業工数の増大とい
う大きな問題を招いている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は上
記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、次のような
知見を得た。

【００１９】すなわち、分塊圧延後のスラブ表面に発生
する肌荒れは、β変態点以上の加熱時に鋳造組織の急激
な粒成長が原因であり、その前処理として、鋳塊の凝固
時に成長した柱状晶を 800℃〜β変態点の温度域にて破
壊する予備鍛造をした後、通常のβ変態点以上の温度域
における鍛造加工を実施することにより肌荒れが防止が
できること、更にこの柱状晶を破壊する予備鍛造と通常
の鍛造加工の二工程によりブルームを製造することによ
り押し込み疵をも防止することができることである。

【００２０】本発明は上記知見に基づきなされたもの
で、その要旨とするところは、「チタン円柱状鋳塊を８
００℃以上β変態点以下の温度域に加熱し、鋳塊径の５
％以上４０％以下の範囲内で圧下を加える予備鍛造によ
り柱状晶を破壊した後、β変態点以上１１００℃以下に
加熱して鍛造加工することを特徴とするチタン鋳塊の鍛
造加工方法」にある。

【００２１】

【作用】次に、本発明の鍛造加工方法を上記の如く限定
した理由と作用について説明をする。

【００２２】A ）柱状晶破壊のための予備鍛造温度 鋳塊内の粗大柱状晶を破壊するための温度を８００℃〜
β変態点の温度域に規定した理由は以下の通りである。

【００２３】加熱温度がβ変態点を超えると鋳塊組織が
β相の温度域で急激な粒成長を起こすため、粗大組織の
破壊を達成することが出来ない。また加熱温度が８００
℃未満であれば、鋳塊の加工性が不足し、加工中に割れ
または粗大な疵の発生を招いてしまう。

【００２４】B ）予備鍛造の圧下量 次に、加工度が直径の５％未満であれば、α相域での予
歪が少なく、加工後にβ変態点以上に加熱した際にかえ
って結晶粒の異常成長を起こし、結晶粒の微細化を達成
することが出来ない。一方、４０％超の加工を加える
と、この工程中に鋳塊側面に割れの発生を招き、鍛造後
の手入れ量を増大させる結果を招く。従って、柱状晶破
壊のための圧下量を５〜４０％とした。

【００２５】圧下方向は鋳塊横断面において直交する二
方向から圧下すると効率よく柱状晶の破壊ができる。

【００２６】図１は、鋳塊の横断面における圧下方向と
圧下後の横断面形状を示す図であり、圧下方向は、例え
ば図１(a) に示すように垂直方向（Ｙ方向）及び水平方
向（Ｘ方向）である。従って、圧下後の断面形状は図１
(b) のようになる。なお、圧下は一方向からのみでも柱
状晶の破壊は可能であるが二方向の方が好ましい。

【００２７】C ）鍛造加工温度 鍛造加工温度がβ変態点未満であれば、鋳塊組織の加工
性が不足し、鍛造加工中に割れの発生を招き、またこの
温度が１１００℃超になると鋳塊表面が加熱中に著しく
ガス吸収し、加工後の手入れ量の増大を招くのでβ変態
点〜１１００℃とした。

【００２８】上記柱状晶破壊のための予備鍛造と本鍛造
加工との二度に分けることにより、押し込み疵の発生を
低減できるのは、鋳塊上下端周縁の加工が二つの工程に
分けて実施されるため一回の加工における加工中の円周
縁部の温度低下が小さくなり変形しやすく、円周縁部が
押し込まれにくくなるからである。一方、従来の工程で
は、円柱形の鋳塊が平板状のブルームへ一度の鍛造加工
で加工されるため、円周縁部の温度低下が大きく、この
温度低下部が顕著な押込み疵となっていた。

【００２９】

【実施例】重量％で、Fe：0.03% 、 O：0.04% を含むJI
S1種の純チタンの鋳塊を消耗電極式真空アーク溶解法に
より溶製した。鋳塊寸法は、直径200mm 、長さ600mm
で、そのβ変態点は 883℃であった。

【００３０】鋳塊を表１に示す各条件で予備鍛造加工し
た。予備鍛造後表１に示す各温度に再加熱して鍛造加工
を施しブルームとした。しかる後、 950℃に加熱して分
塊圧延を行い幅180mm 、厚み50mmのスラブを製造した。
このスラブについて、切削加工により１mm単位で側面を
除去し、浸透探傷法により疵の残存を調査した。この浸
透探傷法で肌荒れの無いことが確認されるまで側面の機
械加工を継続し、側面の肌荒れ深さを調査した。

【００３１】また、鍛造加工後の製品上面の幅方向中心
部から縁部の押込み疵発生部を採取し、樹脂に埋め込み
検鏡用試料を作成し、ｘ５０の光学顕微鏡で表面から押
込み疵先端までの長さを測定して、押込み疵の深さを調
査した。

【００３２】調査結果を表１に併せて示す。この表では
従来工程(No16)の結果を基準として、側面の肌荒れ、表
面の押込み疵のそれぞれの深さが従来工程よりも浅かっ
た場合を結果良好として評価○、このどちらか一つ、又
は両方が従来工程より深かった場合、不良として評価×
とした。

【００３３】

【表１】

【００３４】この結果から本発明条件内で鍛造加工され
た鋳塊は側面の肌荒れ、上面上の押込み疵の深さとも浅
く、本発明の目的が達成されている。

【００３５】また、本発明法により製造したスラブは、
従来の粗鍛造工程の省略材(No17)に比較して肌荒れ、押
込み疵の発生状態が低減されていることが分る。

【００３６】

【発明の効果】チタンの板材等の展伸材を製造するに際
し、円柱形の鋳塊から展伸材の中間製品である板状のス
ラブを製造する際に問題となる肌荒れ、押し込み疵の防
止が同時にでき、製品を歩留り良く製造することが可能
となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋳塊の横断面における圧下方向と圧下後の断面
形状を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円柱状チタン鋳塊を８００℃以上β変態点
   以下の温度域に加熱し、鋳塊径の５％以上４０％以下の
   範囲内で圧下を加える予備鍛造により柱状晶を破壊した
   後、β変態点以上１１００℃以下に加熱して鍛造加工す
   ることを特徴とするチタン鋳塊の鍛造加工方法。