JPS5942102A - 良冷延能を有する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、良冷延能を有
する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、−途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なってきて
おシ、中でも、チタン材料一般に共通する特性のほかに
、特に溶接性にすぐれるとともに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共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、低温の鍛錬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型チタノ合金板を製造する雫にも同様
の熱間加工法が採用されており、特に最終仕上げ熱延に
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、α＋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がら、表面割れや耳割れ等の熱
延欠陥を生じゃすく、また、このようにして製造された
α＋β型チタノ合金板は、熱延仕上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：３ｍｍ以下程度の薄板を
工業的規模で製造することは実際上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ｌ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
は不可能であった。

本発明者等は、上述のような観点から、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ところ、熱間圧延の際には、ロール
と材料間に生ずる摩擦力や材料表面の温度低下によって
、材料表面側の主として圧延長手方向に引張り応力が生
じ、そのため、板厚方向に働く圧縮応力との差から材料
断面に剪断応力が作用することとなるが、α＋β型チタ
ン合金においては、このような剪断応力による熱延板の
剪断変形量が大きいほど冷延能が著しく低下することを
見出したのである。

第２図は、熱延材断面の圧延方向の変形状況を研究室的
に確認した方法を説明するための概念図であり、第２図
（ａ）に示した如く、予め熱延板素材５内部に指標線６
を板厚方向となるように埋め込み、圧延後に第２図（ｂ
）のように変形した指標線６′の形状を調べるものであ
るが、この方法によって、２５ｍｍ厚のＴｉ−６ＡＡ−
４Ｖ合金素材板を６　ｍａｌまで熱延した例を第３図に
示した。第３図からも、熱延によって指標線が材料表面
側で著しく傾斜し、表面側で強い引張り応力が作用して
変形したことが確認できる。そして、指標線が圧延方向
に垂直（板厚方向）のままであることによって圧縮応力
、のみによる変形であることが確認できる部分は、板厚
中心部の２〜３　ｍｍにすぎないこともわかる。

そして、冷延能を調べるために、この熱延板を冷延試験
したところ、圧下率：３５％で割れが発生してしまい、
著しく冷延能が劣ってい゛ることか確められた。とこ論
が、熱延材の表面部を表・裏面とも各々１　ｍｍ削除し
て冷延した場合には、割れ発生圧下率が７５％と著しく
向上したのである。この現象は、冷延能が劣化している
前記剪断変形部を削除した効果に他ならない。

そこで、これらのことから、熱延を終了したα＋β型チ
タン合金板から冷延能に劣る剪断変形部を削除すること
によって、冷延性ｐ良好な熱延板を製造できるとの結論
が得られるが、実際操業においては多大なコストを要す
るものであり、このような切削除去を伴なう工程を工業
的生産規模で実施することは不可能であった。

そこで、本発明者等は、熱延の際にチタン合金板に付与
される剪断変形量をできるだけ抑え、これによって良好
な冷延能を有するα＋β型チタン合金熱延板を得るべく
、その熱延方法についてさらに研究を重ねた結果、 （ａ）　　チタン合金材の熱延に際して、引張り応力が
強く働く圧延素材の表裏面に捨材となる所定厚さの重ね
材を重ね合わせて３層構造とし、この３層構造の熱延素
材を圧延すると、圧延によって生ずる剪断変形の大部分
を前記重ね材に負担せしめられること、 （ｂ）　　この場合、重ね材と本体材の接触面に摩擦力
が存在すると、圧延の際の引張り応力が本体材に伝達さ
れて剪断変形を引き起す恐れがある上、チタン材は拡散
接合し易くて、熱延後の重ね材の剥離が著しく困難とな
る場合も多いので、前記接触面に、摩擦力の低下や圧着
防止のための面体潤滑材を介在させる必要があること、 （Ｃ）　　このような固体潤滑剤として、重ね材あるい
はチタン合金本体のスケールが極めて良好に作用するこ
と。すなわち、重ね材あるいはチタン合金本体のスケー
ルは、熱延によって破壊され、粉末状となるが、このス
ケール粉末がすぐれた潤滑作用と圧着防止作用を直して
お９、この現象は、重ね材あるいはチタン合金本体のい
ずれか一方にスケールが存在することで十分に発生する
けれども、一般に、粗熱延材をデスケールせずにスケー
ル付着のまま使用すれば十分な効果が発揮されること、 （ｄ）　　さらに、上述のように重ね材と本体材との接
触面の摩擦力を除去すると、熱延時に重ね材の方がより
著しく温度低下することとも相俟って、必然的に重ね材
よシも本体材の変形が大となり、長さ方向によシ展伸さ
れる。この現象は、重ね材としてチタン台金よシも著し
く変形抵抗の低い材料、例χば軟鋼であっても同様に起
るものである。

そのため、重ね材と本体素材とを単に重ねただけでは、
熱延時に曲がりによるズレや、トップ・テール部の開口
によって圧延作業の続゛行が著しく困難となるので、重
ね材同士を溶接して袋状にする必要があること、 （ｅ）　　ところが、前述のように重ね材に比べて本体
素材の伸び率が犬なため、重ね材の４周を溶接してしま
うと、圧延長手方向の変形が拘束されてしまい、重ね材
の間でチタン合金本体素材に曲がり、折れこみ、波うち
等を生じて、以後の製品化が著しく困難となるが、圧延
方向が常に同一方向の場合には少なくとも圧延のテール
側を、そして、圧延方向が１パス毎に逆転する、いわゆ
るリバース圧延の場合にはトップ側とテール側の両方を
溶接せずに開放しておけば、」二連のような不都合を回
避できること、 以上（ａｌ〜（ｅ）に示す如き知見を得るに至ったので
ある。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって
、α＋β型チタン合金の仕上げ熱延に際し、熱延板素材
の両面に、板厚が該熱延板素材あ２２％以上の金属板か
ら成る重ね材を、熱延板素材又は重ね材の少なくとも一
方にミルスケールが付着した状態のままで重ね合わせ、
かつ、少なくとも圧延のテール側端部を除いた箇所にて
前記重ね材同士を溶接することによって３層重ね構造物
となし、これを加熱・圧延することによシ、良冷延能を
有するα＋β型チタン合金熱延板を製造することに特徴
を有するものである。

なお、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−６ＡＡ−４Ｖ合金、Ｔｉ−６ｆｉＪ
ｌ−６Ｖ−２！Ｓｎ合金、　Ｔｉ−３ＡＰ、−２，５Ｖ
合金。

Ｔｉ−２１ｄｌ　−２Ｍｎ合金、　Ｔｉ−６Ａ９．−２
Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ合金等の如き、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すべてを意味す
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。

また、この発明の方法においては、重ね材に引張り応力
のほとんどを負担させるために、該重ね材の板厚を熱延
板素材の２２％以上に限定する必要があるが、このよう
に数値限定した理由を以下に説明する。

すなわち、これは、３層重ね構造物素材について、重ね
材及び本体材の板厚組合せを種々変えて熱延実験を繰返
したところ、重ね材の種類が軟鋼板であろうとステンレ
ス鋼であろうと、仕上がり板厚について言えば、重ね材
の板厚が本体板厚の２０％以」二であれば、確実に冷延
能にすぐれたα＋β型チタン合金熱延板を得ることがで
きるという確認が得られたことによるものである。例え
ば、熱延仕−１，かり板厚が、α＋β型チタン合金本体
で５　ｍｍであれば、重ね材では１　ｍｍ以上で十分な
効果を確実に得られるのである。そして、素材本体に比
べて重ね材は変形が９０％程度と少ないので、熱延素材
では、素材本体の板厚の２２％以上の板厚の重ね材を用
いなければならないこととなる。

なお、これは、重ね材の材質が軟鋼であれ、Ｓ　Ｕ　Ｓ
４１０　、　　Ｓ　ＴＪ　Ｓ　４３０　、　　Ｓ　Ｕ　
Ｓ　３０４等のステンレス鋼であれ、あるいはチタン及
び各種のチタン合金であれ、その他の金属あるいは合金
であれ、はとんど変わらないものであった。

α」−β型チタン合金熱延板の冷延性に重大な影響を及
ぼす板材表層部の引張り歪みの大小は、第４図に示す熱
延後の３層重ね材の指標線６′の成す角度θで評価し得
るものであり、θが犬なるほど冷延性は良化して行き、
θが５５°以−４二で良好な冷延性を確保できることが
確認されているが、第５図の、重ね材と本体の板厚比と
θとの関係を示した線図からも、θを５５°以上とする
には板厚比：０２以上を必要とすることや、この数値は
重ね材の材質に全く影響されないと言うことが明らかで
ある。なお、第４図において、符号７で示したものはチ
タン合金板本体、８は重ね材である。

また、この発明の方法における３層重ね構造物は、α＋
β壓チクチタフ合金素材本体裏面に、本体よりも幅及び
長さのやや大きい重ね材を重ね、その重ね材同士を袋状
に溶接して成るものであるが、幅方向面端部については
溶接線が短かすぎると溶゛接部が破断するので、破断を
生じない長さにわたって溶接を施すことが肝要である。

第６図は、３層構造の、熱延素材が互に剥離せずに圧延
し得る最小限の溶接を施した熱延素材の概略構成図であ
る。これは、まず圧延素材長さの１１５の溶接線を幅方
向両端部に各々３箇所ずつ施したもので、そのうちの２
箇所の各々は、必ず長手方向端部であるトップ及びテー
ル側から出発している。そして他の１箇所は、長手方向
のほぼ中心部に位置している。すなわち、溶接線は素材
長さの長手方向端部より発し、素材長さの１７５間隔で
未溶接部をはさんで間歇的に延び、最後は素材端部で終
るように熱延素材端部の両側を接合している。

もちろん、幅方向端部の全長を溶接しても良いし、第７
図に示すように、幅方向両端部の全長と長手方向のトッ
プ側端部の全長をすべて溶接しても何ら差支えない。さ
らに、第８図に示すように、当て金］］を介して重ね材
８を互に溶接しても良く、この場合の当て金は溶接可能
なものであればどのような種類のものでも採用できるが
、溶接の都合−１−１重ね材と同種の金属が良好である
。なお、第６乃至８図において、符号８で示されるもの
は重ね材であり、９は熱延素材本体、１０は溶接部であ
る。

このように、重ね材は少くとも熱延素材本体の縦及び横
の寸法の］、１倍の縦及び横の寸法を有せしめて、重ね
材同士の溶接が可能となるようにするのが良く、また、
圧延のトップ側及びテール側端部のうち、少くともテー
ル側は溶接し々いで開放しておくことが必要である。そ
して、圧延幅方向端部の溶接は、溶接部が圧延中に破断
しないように、圧延素材長さの１１５以」二の溶接線を
片側３箇所以上施し、この場合は１箇所を長手方向の中
心部に、そして他の溶接線のうちの２箇所はトップ及び
テール端部に位置するように施すのが良い。

延することによシ、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厚さが
所定鳴ものに調整されておらず、また被覆材合せ部の外
周をすべて溶接して密閉に近い状態とすると１、良好な
冷延性を備えた性状の良い熱延板を得ることのできない
ものであることはもちろんのことである。そして、前記
公報に記載されているような、被覆材の外周をすべて完
全に溶接するものは、被覆材及びチタン材本体のすベて
の平坦度を向上させて溶接開先部の隙間を一定とする必
要があるが、このような平坦度を有する素材を製造する
のは至難の技術であυ、さらに、被覆材と本体のチタン
材とでは、主として表面側と内側との温度差の違いから
変形抵抗が異なるので、両名間の変形量が不等となって
、被覆材の破断又は溶接部の破壊を生ずるか、あるいは
チタン材の折れこみゃ波うち等の変形を生じ、良好な熱
延を続行できないという不都合な問題を抱えているもの
である。

そして、この発明においては、鋳塊から分塊スを適用し
ているが、スラブに重ね材を施して、粗熱延から仕−Ｌ
げ熱延までを一貫して実施しても良いことはもちろんの
ことである。ただ、この場合には、溶接構造が大型とな
って、捨材となる重ね材の板厚も太きくなり、コストア
ップを招く上、仕上げ熱延時に重ね材を使用する場合と
比較して、冷延能に及ぼす効果に格別な差異がないので
実用的なものとは言えないものである。

ついで、この発明を実施例により具体的に説明する。

実施例　１ まず、通常の方法によって、ＡＡ　：　５．８５重量係
。

Ｖ：４．０５重量％、Ｆｅ：０．１３重量％、　Ｏ：０
．１０重量％、Ｔｉ及びその他の不純物：残シ、から成
る成分組成で、２５ｇｚＸ　１０００ｇＸ　１０００ｍ
ｍの寸法のＴｉ−６ＡＱ−４’Ｖ合金熱延素材板を製造
した。

つぎに、この素材板の表裏両面に、寸法が５．５　ＨＸ
ｌｌｏｏｍｍＸｌｌｏｏｍｉの軟鋼板をそれぞれ重ねて
、第６図に示したような３層構造の熱延素材を作製した
。この熱延素材は、圧延方向に直角な端部、つまりトッ
プ及びテール側を開放し、圧延方向に平行な両端部は、
軟鋼板を図のように折り曲げて表裏の軟鋼板同士を接触
させ、各々約２００罷の長さで図示する３箇所の溶接線
が得られるように被覆アーク溶接を施したものであった
。

なお、軟鋼板及びＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金のいずれにも
デスケーリングを施さず、ミルスケール付キのものを使
用した。

ついで、との熱延素材を、加熱温度、９５０℃。

終止温度ニア００℃で熱延し、ＴＴｌ−６Ａ、−４Ｖ合
金板が５朋厚のものを製造したが、圧延中に、溶接部の
剥離、軟鋼板の破断、チタン合金板の曲が秒や折れ等の
異常を生ずることなく、良好に熱延を遂行できた。

熱延後、軟鋼溶接部を切断して軟鋼板を除去したが、Ｔ
ｉ−６Ａｅ−４Ｖ合金板との接合が全く無く、簡単に剥
離することができた上、チタン合金板のデスケールは、
ショツトブラスト、ノクフ研磨、あるいはコーレン処理
などの前処理を施さなくても、酸洗のみで容易に完了す
ることができた。

さらに、得られた’Ｌｌ’１−６ＡＱ−４Ｖ合金熱延板
を○、　ｓ　ｍｍ厚まで冷延したところ、耳割れが５　
ｍｍ程度発生したがそれ以上の進展は無く、表面性状の
良好な冷延板が得られた。

実施例　２ 実施例１におけると同様のチタン合金板及び軟鋼板を用
意し、第７図に示されるような３層構造熱延素材を作製
した。ただ、このとき、軟鋼板はスケール付きのままで
あるが、Ｔｉ−６Ａｌｔ−４Ｖ合金板はデスケーリング
し、酸洗肌としたものを使用した。

軟鋼板端部の溶接は、幅方向端部は全長さ、長手方向端
部は圧延トップ側のみ全長さの溶接線を施すことによっ
て完了した。

この熱延素材を、熱延方向が常に溶接した長手方向端部
をトップ側とするようＫした以外は、実施例１と同様の
条件で熱延し、厚さ：５ｍｍのチタン合金熱延板を得た
。そして、得られたＴｉ−６ｕ−４Ｖ合金板を冷延した
ところ、０．８　ｍｍ厚の良好な表面性状の薄板を得る
ことができた。

このときの熱延及び冷延作業には何も問題も生ぜず、ス
ムーズな圧延作業を継続することができた。

実施例　３ 実施例１と同様の成分組成を有し、寸法が５０ｍｍＸ　
１００’ＯｍｍＸ　１０００ｍｍのＴｉ−６ＡＡ−４Ｖ
合金板を通常の方法で製造し、これとは別に、重ね材と
して、寸法が１２ｍｍＸ１１００ｍｍＸ１１００ｍｍの
ＳＵＳ　４３０板材を２枚用意した。これらの板材はい
ずれも、表面にスケールが付着したままのものであった
。そして、この場合、板厚が大きいために重ね材端部の
折り曲げが不可能なので、寸法：　１２ｇＸ　５０ｍｍ
×２５０ｍｖｔのＳＵＳ　４３０棒材を６本用意し、幅
方向端部両側の各々３ケ所にはさみ込んでから溶接し、
第８図に示されるような３層構造熱延素材を作製した。

との熱延素材を、実施例１と同様な条件で圧延し、板厚
：５ｍｍのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金熱延板を製造したが
、熱延中に何も支障も生ずることがなく、重ね材の解体
や、チタン合金熱延板のスケール除去も、実施例１と同
様にスムーズに実施できた。

得られたチタン合金熱延板に冷延を施したところ、良好
な表面性状の、板厚：０．８ｍｍの薄板を作業性良く製
造することができた。

上述のように、この発明によれば、極めてすぐれた冷延
能を備え、容易に薄肉板となし得るα＋β型チタン合金
熱延板を、工業的規模で容易・確実に製造することがで
き、α＋β型チタン合金の用途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図は熱
延材断面の圧延方向の変形状況を確認する方法を説明す
るための概念図で、第２図（ａ）は圧延前の状況を示す
図、第２図（ｂ）は圧延後の状況を示す図、第３図は熱
延後の指標線の変形例を示した模式図、第４図は重ね材
を使用した熱延板表面部の引張歪みの大小を測定する方
法を説明するための図、第５図は重ね材と本体の板厚比
と第４図におけるθとの関係を示した線図、第６図、第
７図、及び第８図はそれぞれ３層構造熱延素材の例を示
したもので、第６図（ａ）、第７図（ａ）、及び第８図
（ａ）はその平面図、第６図（ｂ）、第７図（ｂ）、及
び第８図（ｂ）はそれぞれの側面図である。 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、６．６′・・
・指標線、 ７・・・チタン合金板本体、 ８・・・重ね材、　　　　　９・・・熱延素材本体、１
０・・・溶接部、　　　　　１１・・・当て金。 出願人　　日本ステンレス株式会社 代理人　　富　　１）　和　　夫　はが１名条　１図 年２図 （０ン　　　　　　　　　　　　　　　　　（Ｄン学３
図 ６１ ｋ手ｉ向θ距離　（ｍｍン 濡４　図 ０　　６　　７８ 拳５図 、１−惨５１１１建力材乃伏Ｊ比（！ル枯４剃夢６ｈ （ａ）（ 奉７Ｐ （ａ）　　　　　（Ｉ Ｏ 讐８隣 （ＣＬ） ｌ −１３＝ ８

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. α＋β型チタン合金の仕上げ熱延に際し、熱延板素材の
   両面に、板厚が該熱延板素材の２２％以」二の金属板か
   ら成る重ね材を、熱延板素材又は重ね材の少なくとも一
   方にミルスケールが付着した状態のままで重ね合わせ、
   かつ、少なくとも圧延のテール側端部を除いた箇所にて
   前記重ね材同士を溶接することによって３層重ね構造物
   となし、これを加熱・圧延することを特徴とする、良冷
   延能を有するα＋β型チタン合金熱延板の製造方法。