JPS6130217A - 高強度、高延性チタン合金線の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、高強度、高延性チタン合金線の製造方法、特
に、ダイレス熱間伸線による、高強度、高延性チタン合
金線の製造方法に関する。

（従来の技術） チタン合金線は、軽量でありなから　高強度および高耐
食性を示すことから、軽量でしかも高強度を要求される
航空機、宇宙開発機材などの分野をはしめとして幅広い
用途がある。しかしなから、チタン材は一般に伸線が困
難な難加工材であるために線材きして利用するには製造
コストか高く、このため極めて高価な製品となってしま
い、このことがチタン合金線の曹及の大きな制約となっ
ている。

ずなわら、従来のチタン合金線の’Ｊ、ｌｌ造における
伸線法ば、冷間状態てダイスを通して線材を引張ること
により、ダイスと同し形状に線材を加工する方法である
が、■チタン合金は冷間加工性が低く、断線しやすいた
め、１パス当りの減面率に限界があり、必要な線径にす
るためにはバス回数か増えること、■数次にわたるパス
工程の途中で何回も軟化焼鈍しを行うことが必要であり
、さらにその都度、例え′ば酸洗いによるデスケーリン
グが必要であること、■ダイスとの摩擦および焼付きを
防くために特殊な潤滑剤が必要であること、等の要因に
よって製造コストが高くなる。しかも、冷間加工による
伸線は線材の高強度化には有効であるが、逆に延性は劣
化してしまい、延性が低いと後に最終製品への成形加工
を行・）時点あるいは使用時のトラブルにつながる。

（発明が解決しよ・）とする問題点） そこで本発明者らは、従来法における問題点を検討した
結果、多くの問題点はいずれも冷間状態でダイスによる
伸線を行うことに起因していることから、熱間で、しか
もダイスを用いない、いわゆる熱間ダイレス伸線を行う
ことに着目して研究、開発を行った。

熱間ダイレス伸線またはダイレス引抜きは、材ｆ４＋を
加熱すると変形抵抗が下がることを利用して線材に張力
をかけた状態ζ加７！Ｌ　して線材を延伸し、次いてＤ
冷ずろこと乙こより延伸を停止させ、所望の線径とする
方法てあっ″Ｃ，基本原理としてはすでに公知であり、
工υ、と被加工月との間に桧ける摩ｌがおよび潤滑に起
因する問題を取除く目的で、工具上被加工材との接触が
不要な加工法として、または低温では高強度で延性が乏
し２く、さらに高温では高摩擦のために加工が困デＶな
、いわゆる難加工材うこ対する加工法として知られてい
る。例えば、小畠耕二らによる論文“連続型ダ・イレス
引抜き機の試作と加工材質゛［塑性と加工Ｊ　　ｖｏｌ
、２０．　Ｎｏ、２２４　　（１９７９−９）　ρ、８
１４〜８１９ては、ばね用炭素鋼、３４５Ｃ炭素鋼、＋
３Ｃｒステンレス鋼、！８Ｃｒ−８Ｎｉ　ステンレス鋼
について、ダイレス引抜きにおける加工温度、冷却速度
、引抜速度、加工度（断面減少率）の引抜材の機械的性
質に及ぼす影響についての研究結果を記載している。

しかしながら、従来の熱間ダイレス伸線あるいは引抜き
法には次のような欠点がある。

■加熱および冷却を連続に行うか、材料への熱伝導が律
速段階となるために伸線速度か極めて低く、生産性が低
い。前記論文では減面率が５０％を越えることはなく、
また引抜速度も減面率１９％で最大引抜速度は炭素鋼の
場合４ｍ／ｍｉｎであった。

■ダイスを用いないために寸法精度が劣る。

■熱間加工であるために強度が低い。この点前記論文で
は引抜き後の急冷によってマルテンサイト組織として強
度の確保を図っているが、次に焼戻し処理等によって靭
性の回復をはかる必要があるー。

このように、熱間ダイレス伸線法は実用化するうえで多
くの問題があり、さらにすてに述べたように鉄鋼材料と
比較してはるかに加工が困難であるチタン合金に対する
適用の可能性を従来にあっても示唆することはない。

（問題点を解決−Ｊ−沁丸めの手段） そこで本発明１イ°らは、熱間ダイしス伸線による従来
の問題点分解決し、−１ストが安く、しかも高強度、高
延性のチタン合金線の製造方法を見出すべく研究を重ね
た。その結果、組織調整および生産性向上の観点からは
、伸線時の加工度を表わす減面率は、できるだけ高いこ
とが好ましく、減面率を大きくするためには、加熱状態
と冷却状態での変形抵抗の比を大きくとればよいこと、
さらにこの変形抵抗の比を大きくとるには、冷却を強力
にして、加熱部と冷却部との温度差を大きくすればよい
こと、および従来のような鋼線の場合点対照的に、むし
ろＨ加工手、１であることから比較的高温でも変形抵抗
が高いためマルテンサイトを生成させるほどの低温にま
で急冷させなくても十分な減面率を得ることができるこ
とを見い出した。さらに、本発明者らは、チタン合金は
変形抵抗が温度によって極めて大きく変化することを見
出し、熱間ダイレス伸線を行っても従来のダ、イスによ
る伸線に比べて生産性が低下しないことを知見した。特
に、Ｔｉ−６ＡＱ−４Ｖ合金線に関しては、空気冷却に
よっても１パスで８０％以上という大きな減面率ての加
工が可能であることを見い出した。

すなわち、８００℃以上でかつβ変態点未満の塩度にお
いて５０％以」二の減面率で伸線を行うことより成るダ
イレス伸線を、必要に応じて１回以上繰り返すことによ
り、予想外にも前述のごとき従来の問題点をいずれも解
決し、高度の特性を有するチタン合金線の製造が可能と
なることを見出し、本発明を完成したものである。さら
に、本発明者らは引き続き研究を重ねた結果、上述のダ
イレス伸線を必要に応じて適宜回数を繰り返し、最後に
冷間ダイス伸線を行うことにより、寸法精度が向上する
とともにさらに強度も飛躍的に増大することを見い出し
た。

（発明の構成） ここに、本発明の要旨とするところは、張力をがけた状
態で加熱部および冷却部を順次経過させて該チタン合金
線材を伸線するチタン合金線のダイレス伸線において、
前記加熱部での加熱温度を８００’Ｃ〜β変態点未満、
減面率を５０％以上とすることを特徴とする、高強度、
高延性チタン合金線の製造方法である。必要に応し最後
に冷間ダイス伸線を行ってもよい。

かくして、本発明によれば引張強さ１０５　　ｋｇ　ｆ
　／　＋ｎＭ以」ニオ聞二〇絞り５０９６以」、とい）
ずくれた機械的特性を備えたチタン合金線がｆＶられる
。

以下、本発明を添イ」図面により、さらに詳しく説明す
る。

第１図は、本発明において利用するダイレス伸線法の−
・例を示す模式図であり、以下、この工程をダイレス伸
線法と呼ぶ。

本発明においては、まずチタン合金の圧延累月１にダイ
レス伸線を施す。基本的には、圧延素材１を、加熱コイ
ル２で構成される加熱部と、この直後に設けた冷却用ノ
ズル３から構成される冷却部の間を通過させ、この時の
圧延素材１　（以下、゛線材“と呼ふときもある）の加
熱コイル２への入口速度を■１および冷却用ノズルから
の出口速度を■２とした時に、Ｖ、＜Ｖ２とすることに
よって線材に張力をかけた状態で加熱を行い、この加熱
による線材の変形抵抗の低下により線材を延伸する。延
伸後は急冷することにより延伸を止めて線材の破断を回
避する。

以上の伸線工程を１回以上行うことにより所望の線径の
チタン合金線を得ることができる。実際には、このよう
に線材を移動させるのが好ましい場合が多いが、勿論張
力をかけた線材を固定したままで加熱部および冷却部を
移動させることも可能であり、本発明はこの場合も包含
するものである。

さらに、本発明によれば、必要に応して前述のり・イレ
ス伸線を１パス以上行った後、さらにａＷ＋の冷間ダイ
ス伸線を行・うことにより、線材の機械的性質、特に強
度および寸法精度を著しく向」ニさせ（Ｍる。

（作用） 本発明によれば、このダイレス伸線を、加熱部での加熱
温度＝８００℃〜β変態点未満、減面率　−（１−■□
／Ｖ２）Ｘ１００≧５０％パススケジュール：１パス以
上 の条件下で行うものである。

次に、本発明における上述のごとき伸線条件の限定理由
を説明する。

ぽ檜【庇上」卯エニＴ変Σ立孟渡−未扇加熱部での加熱
温度の下限を８００°Ｃとしたのは、これより低いの温
度では冷間加工に近いものとなって延性が低下し、伸線
時に断線する危険性が高ぐなること、さらに延性の低下
は製品特性としても好ましくないためである。上限をβ
変感温度未満としたのは、これ以上の温度で加工すると
α組織がβ組織に変態し、冷却時に再度β組織からα組
織への逆変態がおこり、したがって、加工による組織調
整が乱されて、強度が改善されにくくなってしまうから
である。特に好ましい加熱温度は、合金組成によっても
異なるか、　一般には８５０〜９５０　’Ｃである。

加熱部での減面率の下限を５０％としたのは、５０％未
満の減面率では組織が充分微細にならず、強度および延
性がやや低くなるためである。

ここに、第２図は各材料（直径０．３鰭の線材）の平均
変形抵抗の値を温度に対してプロットして得たグラフで
ある。Ｔｉ系合金は温度による依存性が著しく大きい、
二とが分かる。図示例はα十β型合金であるが、α単相
型のＴｉ合金であっても同様である。本発明においては
加熱伸線後の冷却温度は特に制限されないが１．第２図
に示す平均変形抵抗値と温度との関連性からも分かるよ
うに、加熱部と冷却部とで変形抵抗値の十分な差違が確
保されるような温度にまでは冷却することが好ましい。

冷却方法としては、水または気体を用いる強制冷却法が
望ましい。ただし線材を均一に冷却することが重要であ
る。

以上に説明した熱間ダイレス伸線は、線材を所望の線径
にするまで、必要なだけ繰り返すことができる。ただし
、本発明のダイレス伸線は、繰り返し行う場合でも、潤
滑のための線材の表面処理、または軟化のための焼鈍し
は、まったく不要であり、このことが本発明による生産
性の向」二および生産コスト低下の大きな要因となって
いる。

本発明のダイレス伸線の後に、必要に応じて従来の冷間
ダイス伸線を行うことも、本発明の範囲に含まれる。こ
のように熱間ダイレス伸線の後に、最終伸線として通常
の冷間ダイス伸線を行うことにより、ダイレス伸線だけ
では得られなかった寸法精度が非常に向上する。さらに
、ダイス伸線によって線材の強度も著しく向上する。冷
間ダイス伸線による加工度は、寸法精度を向上させる目
的だけであれば１０％以上の減面率で行えば充分である
が、強度の向−ヒも目的とする場合には、４０％以下の
範囲の減面率で加工を行うことができる。しがし、４０
％を越える減面率で冷間ダイス伸線を行うと、熱間ダイ
レス伸線によって得た絞り特性が劣化してしまうために
好ましくない。したがって、冷間ダイス伸線により、１
０〜４０％の減面率で加工を行うことが好ましい。

本発明により製造されるチタン合金線には、例えばＴｉ
−６八Ｑ−−４Ｖ、　　Ｔｉ　　−４Ｍ！−７１Ｍ１ｌ
　　、　　Ｔｉ　　−７ＡＱ−４Ｍｏ　　、Ｔｉ−３Ａ
Ｑ　−２，５Ｌ　Ｔｉ−４ＡＱ−３Ｍｏ−ＩＶ、、Ｔｉ
−２Ｐｅ　　−２Ｃｒ−２Ｍｏ等が挙げられるが、本発
明がこれらにのみ限定されるものではなく、前述の説明
からすてに当業者には明らかなよ・うに、変形抵抗の温
度依存性の大きい利質に対しては本発明が効果的に適用
できることは言うまでもないことである。

１以下、実施例により、本発明をさらに詳しく説明する
。

（実施例） Ｔｉ　−−６ＡＣ−４Ｖ合金の直径７　、０　ｍｍの圧
延素材を使用して、第１表に示す各伸線条件に従ってチ
タン合金線を１＋！造した。冑られた合金線について機
械的特性試験を行いその結果も併せて第１表に示した。

ただし、試験Ｎ（１１の従来の冷間ダ・イス伸線では、
伸線前ｃ、−ＩＴ延累（、］の軟化焼鈍し、を行い、ま
た試験Ｎｏ、　２〜Ｎ。

８のダイレス伸線にｈ（）る冷却は空気吹付けによって
１１．った。

第１表より明らめ蜀１ように、試験Ｍ１の従来の冷間ダ
イス伸線による合金線は、強度（降伏点または引張強さ
）はかなり高く、本発明例の試験Ｎｏ、　２．３．７の
場合をわずかに上回るほどのものであるが、絞り値は３
６．５％と他の熱間ダイレス伸線の例（試験Ｎ。

２〜８）に比へて極端に低いものであった。また、減面
率もバススケジュールで１５％×３パス、仝減面率にし
て３８．５％か限度であり、これ以上は断線のために不
可能であり、全減面率が３８．５％という低い値が限度
であることは製品として不利であり、バス回数が多いこ
とは生産性および生産コス１−の面で不利である。

試験ＮＯ２は本発明の例を示すものであり、試験Ｍ３、
Ｎｌ１１４と他の条件は同しであるか、試験Ｎｏ、　４
の場合は減面率の点で４−発明の範囲外である。試ｖ！
Ｎｏ、　２では、組織が極め微細であって、引張強さが
試験Ｎ０１の場合の冷間ダイス伸線に匹敵することムト
加えて絞り値か圧倒的に高くなっている。このように従
来ては得られなかった強度と延性の両立が本発明の優れ
た効果である。また減面率が１パスで８２％と、非常に
高い値が可能なことは、生産性およびコス１−の面で非
常に有利である。さらに試験Ｎｏ、　３、Ｎｏ、　４を
一同陽２と比較することにより、同し条件でダイし・ス
伸線を行っても減面率のみの低下によって、強度および
延性が共に劣化していくことがわかる。

試験Ｎ０５は、本発明に従って試験Ｎｏ、　２の場合の
ダイレス伸線を行った後、さらに試験Ｎｏ、　１の冷間
ダイス伸線を行ったものである。試験Ｎｏ、　２の場合
と比べて、冷間加工を加えることによって強度か著しく
上昇しており、逆に、冷間加工による絞り値の低下はご
（わずかである。したがって、より高い強度を必要とす
る場合には、熱間ダイレス伸線に続いて冷間ダイス伸線
を行うことが非常に有利である。試験Ｎ。

６．７．８は同じ伸線条件で加熱温度のみを順に上げた
ものであり、試験Ｎｏ、６およびＮｏ、　８の場合は本
発明の範囲外である。同Ｎｏ、６では線の出口速度■４
−１ｍ／ｍｉｎで減面率５０％の伸線を行ったところ断
線してしまい、この加熱温度では伸線不可能であった。

また、試験Ｎｏ、　８は加熱温度がβ変態点を越えるた
めに逆変態がおこり、強度および延性はいずれも低い値
であった。

第３図は試験隔３で得られた線材の顕微鏡組織写真であ
る。組織が極めてよく微細化しているのが分かる。

（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明によれば伸線工
程が著しく簡略化されるために、生産コストおよび生産
性の面で非雷に有利であるばかりてなく、従来法では実
現できなかった高”：！ｔｒ度お１表び高鼾性か同時に
得られるために、優れたチタン合金線か製造され、これ
によってチタン合金線の用途が人いζこ広がるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のダイレス伸線法の１例を示す模式図
； 第２図は、各種材料の変形抵抗を示すグラフ、および 第３図は、本発明により製造されたヂタン合金線材の顕
微鏡組織耳翼である。 １：圧延素材　　　　　２：加熱コイル３：冷却用ノズ
ル 出願人　　住友金属工業株式会社 代理人　　弁理士　広　瀬　章　−・（他１名）＃１図 秦２　図 石炭（０Ｃ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）張力をかけた状態で加熱部および冷却部を順次経
   過させてチタン合金線材を伸線するチタン合金線のダイ
   レス伸線法によるチタン合金線の製造方法において、前
   記加熱部での加熱温度を８００℃〜β変態点未満、減面
   率を５０％以上とすることを特徴とする、高強度、高延
   性Ｊ−タン合金線の製造方法。
2. （２）張力をかけた状態で加熱部および冷却部を順次経
   過させてチタン合金線材を伸線するチタン合金線のタイ
   レス伸線法によるチタン合金線の製造方法において、前
   記加熱部での加熱温度を８００℃〜β変態点未満、減面
   率を５０％以上とするとともに、このダイレス伸線を少
   なくとも１回行ってからダイスによる冷間伸線をさらに
   行うことを特徴とする、高強度、高延性チタン合金線の
   製造方法。