JPS5935664A - 冷延性にすぐれたα＋β型チタン合金熱延板の製造方法 - 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】 この発明は、薄肉板への加工が容易な、冷延性にすぐれ
たα＋β型チタン合金熱延板の製造方法に関するもので
ある。

チタン及びチタン合金は、一般にすぐれた耐食性を有す
るとともに高い比強度を備えていることから、航空・宇
宙機器はもちろん、化学工業における反応槽、熱交換器
、タービン材、塩素イオンが共存する環境下で使用する
構造物や機器類等に幅広く採用されるように々つできて
おり、中でも、チタン材料一般に共通する特性のほかに
、特に溶接性にもすぐれ、高温クリープに対してもすぐ
れた性能を発揮するということから、α＋β型チタン合
金の需要が近年益々増加する兆しを見せてきている。

ところで、従来、このようなチタンあるいはチタン合金
材は、例えば破壊靭性や疲労性能を向上させるような場
合を除けば、主として、■　標準規格に十分合致した機
械的性質が得られること、 ■　健全な微細ミクロ組織を実現できること、の２点に
留意して、できるだけ低温の加熱の下で熱間加工を実施
し、低温の鍛練効果が十分に得られるように製造される
のが普通であった。

もちろん、α＋β型チタン合金板を製造する際にも同様
の熱間加工法が採用されており、特に最終仕」二げ熱延
において加熱温度や終止温度をできるだけ低くするとい
う低温加工が例外な〈実施されていた。

しかしながら、低温熱延した場合には５α＋β型チタン
合金の熱間加工性が必ずしも他の金属材料に比べて良好
であるとはいえないことから、表面割れや耳割れ等の熱
延欠陥を生じやすく、また、このようにして製造された
α＋β型チタン合金板は、熱延仕」二げ品としては良好
な性能を有するものが得られるけれども、冷間圧延性が
極めて悪く、２０〜３０％以下の圧下率であっても、第
１図に示すようなテール割れ、耳割れ、及び表面割れ等
の圧延割れを発生して冷延不能という事態を引起すもの
であった。したがって、このような熱延板をもとにして
薄板を製造しようとすると、低圧下冷延−中間焼鈍−低
圧下冷延 の工程を繰返して薄肉化を図る必要があり、多大な圧延
焼鈍工程を有するので、板厚’３ｍｍＪ５下程度の薄板
金工業的規模で製造することは実際」−不可能とされて
いたのである。

第１図は、α＋β型チタン合金熱延板を冷間圧延した際
に発生する圧延割れの形態を模式的に示したものであり
、このように、割れはチタン合金冷延板１の圧延方向端
部に生ずるテール割れ２゜圧延方向と直角方向端部に生
ずる耳割れ３．及び板面に生ずる表面割れ４の３種類に
明白に分類することができる。

このようなことから、熱延ミルのみでα＋β型チタン合
金薄板を製造することも試みられたが、熱延ミルではそ
の能力上薄肉化に限度があり、所望の薄板を製造するの
は不可能てあった。

本発明者等は、」二連のよ、うな観点から、α＋β型チ
タン合金熱延板の冷延性を改善し、広い用途が期待され
るα＋β型チタン合金の極薄板を工業的規模で量産すべ
く、そしてそのためには、まずα＋β型チタン合金熱延
板の冷延性に影響する要因を究明すべきであるとの観点
に立って研究を行なった結果、 （ａｌ　　一般に、チタン材料は水素脆化を防止するた
め、その加熱雰囲気は酸化性に保たれるが、チタン材料
の熱延時に、該材料が加熱炉中の酸化雰囲気にさらされ
たような場合、酸素が拐料表面から侵入して著しく硬い
表面硬化層を形成し、この硬化層がショツトブラスト、
機械研摩、あるいは酸洗などの通常のデスケーリング手
段によっても除去されずに冷延素材表面のある深さ以上
にわたって残留した場合、これが脆弱層となって冷延時
に微細な割れを生じ、切欠効果となって、板の耳割れを
促進する原因となること。そして、表面硬化層の大小に
最も大きく影響するのが加熱温度であること、 （ｂ）　　α＋β型チタン合金熱延板においては、その
結晶集合組織も冷延性能に強く影響するものであり、そ
して、冷延性に良好な結晶集合組織は熱延の際の加工温
度を高くすることによって確保できること、 （Ｃ）　　一般に、ロール圧延時の熱延板の断面には、
圧縮応力と引張応力が作用することによって減厚しなが
ら圧延方向に展伸されるものであり、このとき引張応力
は、ロールと拐料間の摩擦力及び材料の表面側と内部の
温度差等によりその発生量が異なるが、α＋β型チタン
合金においては、製造される熱延板の冷延性に、この圧
縮変形と引張変形の発生量の比率が大きく影響し、圧縮
変形に比べて引張変形が太きいとき、すなわち材料内に
生ずる剪断変形量が大きいほど冷延性能が低下すること
。そして、この剪断変形量は、主として加熱温度と終止
、温度によって決まり、この加熱温度と終止温度との差
（これはまた、材料の表面と内部の温度差をも意味する
）が小さいほど剪断変形量が小さくなって、冷延性能が
向上すること、以上（ａ）〜（Ｃ）に示す如き結論を得
るに至った。

ところで、良好な冷延性を具備する熱延板を製造するた
めに必要な前記（ａｌ〜（Ｃ）に示されるような要件を
満たすには、熱延加熱温度をできるだけ低くするととも
に熱延終止温度をできるだけ高くするという、極めて狭
い温度範囲での熱延加工を施さなければならないが、一
般に、熱延に供するチタン素材は重量が小さくて冷却し
ゃすいため、このような厳しい条件での圧延を工業的規
模で実施することはほとんど不可能なことであった。

そこで、本発明者等は、これらの条件を満足させ得るα
＋β型チタン合金の熱延方法を見出すべく、さらに研究
を続けた結果、例えば、第２図に示すように、α＋β型
チタン合金熱延板素月５の表裏両面に特定の拐質並びに
厚さの金属板６．６を重ねて３層構造物とした後に熱延
を行なえば、被覆材となる金属板の保温効果によって、
α＋β型チタン合金材の熱延を狭い温度域内で十分に完
了させることができ、特に、α＋β型チタン合金材表面
部と内部の温度差を著しく減少できて剪断変形量を簡単
に減少できる上、圧延の際に表面側に生ずる引張応力を
被覆拐が吸収するので剪断変形量をさらに軽減し得るこ
とをも知見したのである。なお、第２図（ａ）は３層構
造物の平面図、第２図（ｂ）はその側面図であり、符号
７は溶接部を示すものである。

との発明は、上記知見に基づいてなされたものであって
、α＋β型チタン合金熱延板の製造に際し、少なくとも
仕上げ熱延時に、材質が純チタン。

軟鋼、及びフェライト系ステンレス鋼のいずれがであっ
て、しかも厚さが３　ｍｌ１以上である金属板でα＋β
型チタン合金熱延板素材の両面を覆って３層構造とした
後、これを８００℃〜β変態点の温度域に加熱し、引続
いて熱間圧延するとともに、５′７０℃以」二で該圧延
を終了することによって、中間焼鈍なしの１回の冷延で
、７０％前後の高圧下率をかけることを可能とし、容易
に薄肉化し得るα＋β型チタン合金熱延板を得ることに
特徴を有するものである。

々お、この発明の方法において対象となるα＋β型チタ
ン合金とは、Ｔｉ−！６Ａｅ−４Ｖ合金（β変態点：９
７０〜１０００℃）、　Ｔｉ−６Ａｉｔ−６ｖ　−２８
ｎ合金（β変態点：９５０〜９７０℃）、Ｔｉ−３ＡＭ
　−２，５Ｖ合金（β変態点：９１０〜９３０℃）。

Ｔｉ−２Ａ＋！、　−２Ｍｎ合金（β変態点：８９０〜
９２０℃）　、　Ｔｉ−６ＡＱ　−’２−８ｎ−４Ｚｒ
−２Ｍｏ合金（β変態点：９８０〜１０２０℃）等の如
き、常温でα相とβ相とが混在する組織を有するチタン
合金の子べてを意味するものであって、特定の種類のも
のに限定されるものでないことはもちろんのことである
。

つぎに、この発明の方法において、重ね被覆用金属板の
材質及び板厚、被圧延材の加熱温度、及び圧延終止温度
を前記のように限定した理由を説明する。

■　重ね被覆用金属板の材質及び板厚 重ね被覆用金属板が目的の機能を十分に発揮するために
は、 １）融点が熱延加熱温度よりも十分に高いこと、２）熱
延温度で酸化や燃焼が激しく生じないとと、 ３）保温効率にすぐれていること、 ４）熱間変形抵抗がα＋β型チタン合金よりも十分に低
いこと、 が必要であり、これらを総合的に兼ね備えた最も実用的
な材料が、板厚：３ｍｍ以上の純チタン板。

軟鋼板、及びフェライト系ステンレス鋼なのである。

第１表は、比較的入手しやすい各種金属の物性を比較し
たものであるが、この中でもＣｕ系金属及びＡＭ系金金
属融点が低いために、本発明の方法に適用するのが適切
でないことは明白である。

また、保温効率及び変形抵抗は、重ね被覆材を選定する
」二で特に重要な要素となるが、このうちの変形抵抗は
できるだけα＋β型チタン合金より低い方が良好である
。すなわち、変形抵抗が高いと、熱延時に重ね被覆材と
α＋β型チタン合金材との変形差が生じ、剪断変形量が
人になるからであり、この点からは、軟鋼、５ＩＪｓ４
旨灼背汁冒チタンは良好な拐禦であることがわかる。

保温効果の点を考えると、熱延時の材料表面の冷却は、
主として圧延ロールの接触や大気への放冷によって起る
が、材質的には熱伝導率の小さい板厚を十分に大きくと
る必要があると推定される。

そこで、保温効果に力える重ね被覆材の板厚の影響を調
べたのが第２表である。

第２表は、厚さ２５朋のα＋β型チタン合金板本体の両
面に種々の肉厚の重ね被覆金属板を重ね、これを９００
℃に加熱してから３０秒開放冷したときの、本体表面と
重ね被覆金属板外表面の第　　　２　　　表 温度差を比較したものである。

第２表に示される結果からも、重ね被覆材の板厚を３間
以上にすると、重ね被覆材と本体との温度差がほぼ２０
０℃となり、板厚の影響が少なく々ることかわかる。こ
の結果は、本体の板厚や重ね被覆材の材質が変化しても
ほとんど変わることがなかった。

このようなことから、前記１）〜４）項に記載される特
性をすべて満足する適当な重ね被覆材として、板厚’３
ｍｍＪｇ上の純チタン板、軟鋼板、及びフェライト系ス
テンレス鋼を選択したのである。

■　加熱温度 加熱温度がα＋β型チタン合金熱延板素材のβ変態点を
越えると、酸素の侵入によって生ずる素材の硬化深さが
大きくなり、冷延性が急激に劣化するようになる。一方
、加熱温度が８００℃未満では、熱延可能温度範囲が狭
まって熱延能率が著しく阻害されるようになることから
、加熱温度を８００℃〜β変態点と定めた。

■　熱延終止温度 熱延終止温度が５７０℃未満になると、冷延性を良好に
する結晶集合組織が得られなくなることから、熱延終止
温度を５７０℃以上と定めた。

熱延終止温度は、重ね被覆板の表面を適当な方法、例え
ば接触温度計や高温輻射計などで測定すれば良く、本体
のチタン合金の温度を直接側る必要はないものである。

なお、結晶集合組織の変態は圧延方向によってもある程
度左右され、いわゆるクロス圧延によって悪影響を受け
るの−で、粗圧延から仕上げ熱延まで一貫して同一方向
で熱延するのが好ましい。

この発明の方法における圧延条件は、α十β型チタン合
金熱延板製造の際の仕上げ圧延時にのみ適用すれば、そ
れだけで冷延性向上の十分な効果を得られるものであり
、それ以前の、鋳塊、スラブ、粗圧延までの間の加工は
いずれの方法によっても差支えないものである。

第３図は、この発明の方法によってＴｉ−６Ａ９−４Ｖ
合金（β変態点：９７０℃）を熱延した場合の、加熱−
終止温度関係図上に冷延後の耳割れ発生圧下率を示した
ものであり、加熱温度：９７０℃以下、終止温度：５７
０℃以上、すなわち、第３図中の斜線部分の範囲内で熱
延することによって耳割れ発生圧下率：５５％以上の良
好な冷延性能を備えたα十β型チタン合金冷延板が得ら
れることがわかる（なお、斜線部分の範囲内では、表面
割れは８０％以」二の圧下率でも発生しなかった）。

そして、この発明の方法によれば、他の熱延条件、例え
ばパススケジュール、圧延比、仕上板厚。

ヒート回数、熱延素材履歴などをほぼ無視するととがで
き、この発明の方法における条件のみで、すぐれた冷延
性を有するα＋β型チタン合金熱延板が得られるのであ
る。

さらに、結果的には、熱延時の表面割れや耳割れが皆無
となり、また、特開昭５４．−６８４２号公報に記載さ
れているパック圧延の場合と同様に、表面酸化の極めて
少ない熱延板が得られ、デスケーリングが酸洗のみで容
易に達成できるという利点も生ずる。

なお、前記特開昭５４．−６８４．２号公報には、金属
チタン又はチタン合金を被覆拐でパックして熱延するこ
とにより、表面疵の無い熱延板を製造することが開示さ
れているが、この発明のように、被覆材の材質や厚さ、
セして熱延加熱温度及び終止温度が所定のものに調整さ
れていないので、良好な冷延性を備えた熱延板を得るこ
とができないことはもちろんのことである。

ついで、この発明を、実施例によって比較例と対比しな
がら説明する。

実施例 まず１通常の方法で、Ａｎ　：　５．９１重量係、Ｖ：
４．０４重量％、　Ｆｅ：　０．１３重量％、　Ｆｅ：
　０．１３重量％、Ｏ：０．１３重量％、Ｔｉ及びその
他の不純物：残り、から成る組成のＴｉ−６Ａε−４Ｖ
合金熱延素材板（β変態点：９７０℃）を製造した。こ
の素材板の板厚は第３表に示されるようなものであった
。

つぎに、これらの素材板を、それぞれ第３表に示される
ような条件で熱間圧延することによって所定厚さの熱延
板を製造し、得られた熱延板の冷延性能を測定したとこ
ろ、同じく第３表に示されるような値が得られた。

なお、被圧延材を３層構造としたものは、いずれも厚さ
：３關の軟鋼板をチタン合金板本体両面に、第２図に示
すように重ねたものであシ、また、第３表における※印
はいずれも、本発明の方法の条件から外れた条件である
ことを示すものである。

第２表に示される結果から、本発明方法によって製造さ
れたα＋β型チタン合金熱延板の冷延性能は、仕−に板
厚や圧延方向によらず、いずれも、耳割れ発生圧下率：
５５チ以上２表面割れ発生圧下率、８０％以上という極
めてすぐれたものであった。

これに対して、熱延条件のいずれかが本発明方法の条件
から外れている比較法６，７，９，１０゜及び１］によ
って製造された熱延板は、いずれも冷延性が極めて悪い
ことがわかる。

また、比較法８は、チタン合金素材を単体のままで熱延
したものであるが、本発明法に匹敵する冷延性能を付与
させるためには、このように終止温度を７３０℃と高く
するとともに熱延方向を一定に定め、さらに仕」二げ板
厚を５　ｍｍ以下と、極く限られた条件範囲にしなけれ
ばならず、実用上不利なものである。

上述のように、この発明によれば、極めてすぐれた冷延
性を備え、容易に薄肉板となし得るα＋β型チタン合金
熱延板を、工業的規模で確実に製造することができ、α
＋β型チタン合金の適用範囲をさらに拡大できるなど、
工業上有用な効果がもたらされるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧延割れの形態を表わした模式図、第２図は３
層構造とした被圧延材の概略構成図、第３図は加熱−終
止温度関係図上に冷延板の耳割れ発生圧下率を表示した
図面である。 図面において、 １・・・チタン合金冷延板、２・・・テール割れ、３・
・・耳割れ、　　　　　４・・・表面割れ、５・・・熱
延板素材、　　　　６・・・重ね被覆金属板、７・・・
溶接部。 出願人　　日本ステンレス株式会社 代理人　　富　　１）　和　　夫　ほか１名葉１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なくとも仕−Ｌげ熱延時に、純チタン、軟鋼。 及びフェライト系ステンレス鋼のいずれかの材質であっ
   て、しかも厚さが３朋以」二である金属板でα＋β型チ
   タン合金熱延板素材の両面を覆って３層構造とした後、
   これを８００℃〜β変態点の温度域に加熱し、引続いて
   熱間圧延するとともに、５７０℃以」二で該圧延を終了
   することを特徴とする、冷延性にすぐれたα＋β型チタ
   ン合金熱延板の製造方法。