JPS62174359A - 加工性に優れたチタン合金材の製造方法 - 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】 本発明は、β型チタン合金であるＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ
−３Ｓｎ−５Ａｌ合金材の製造方法に関するものであり
、特には微細な結晶粒を有しそして加工性に優れた当該
チタン合金材の冷間加工品をｙｓ造するべく、冷間加工
前の溶体化処理（軟化焼鈍、中間焼鈍）を従来より高い
湿灰で行うことを特徴とするものである。本方法により
、従来よりも加工性に優れ、更には優れた機械的性質を
具備する冷間加工品の製造が可能となり、Ｔｉ−１５Ｖ
−３Ｃｒ−３Ｓｎ−５Ａｌ合金材の有用性が一段と向上
する。

発明の背景 チタン及びチタン合金はその優れた比強圧、耐食性及び
耐熱性を保有しているために、宇諭航窒機材料、各種化
学プラント、閥水険水化装置ｊ等広範な用途に利用され
ている。

チタン合金としては従来Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ等に代表さ
れるα＋β型合金が広く用いられてきたが、α＋β型合
金は成形性に乏しく、加工の多くを切削に顆るため最終
製品に至るまでの歩留りが非常に低いという欠点を有し
ている。そこで、α＋β型合金に比較して冷間加工性に
優れしかも富強度が得られることからβ型チタン合金の
Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌの利用が近年拡
がりつつある。

尚、本例＋ｍｓにおいてＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ
−３Ａｌ　　チタン合金とは次の組成範囲にあるものを
包括する： ■　＝　１４〜１６　Ｗｔｑｂ Ｃｒ　　：　　１５〜Ａ５　　ｗｔ％ Ｓｎ：２．５〜五５ｗｔ％ Ａ１：２．５　〜　＆５ｗｔ　％ 残部　Ｔｉ及び不可避的不純物 β型チタン合金は［ＭＩＣ言えば準安定β凰合金であり
、β域からの急冷によって常温でもβ単−相となり、時
効硬化性をもつ。

従来技術と問題点 Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ合金は、従来、
冷間加工前の溶体化処理に際しては、変形抵抗を下げそ
してα相を消失することを兼ねて、７５０〜８５０℃の
Ｗ８体化温度に３〜６０分間保持した後、空冷以上の冷
却速度での冷却を施す処理を行っていた。この処理によ
り、材料は変形抵抗を上げるようなα相は一切消失し、
冷間加工を加えるのに十分な軟化状態に至る。

この後、冷間加工が実施されそして再溶体化処理が行わ
れて冷間加工品がＦｌ造される。冷間加工品はその後、
加工、熱処理等が施されて最終製品となる。

しかしながら、従来の冷間加工品は必ずしも十分な加工
性を有するとは言い難かった。それは結晶粒が十分に微
細でないためである。

従って、微細結晶組織を有する冷間加工品の製造方法が
確立しうるなら、その後最終表品に仕上げる加工が一層
答易に行われ、最終製品の品質も向上する。

発明の概要 上記の状況Ｋｌみて、本発明は、従来より微細な結晶組
織を有するＴｌ−１５Ｖ−１ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ合金
の冷間加工品を提供することを目的とする。

本発明者等は、本合金の処理工程と結晶粒組織との関係
について研究を進めた。再結晶粒の粒径な細かくするた
めには、再結晶粒の核発生の場所を多くすることが必要
となる。本合金では、冷間加工品の褥結晶焼鈍とα相の
消失とを兼ねて溶体化処理を行うため、おのずから溶体
化温度は限定される。そのような、成る特定の温度で行
われる熱処理で再結晶粒を微細にするためには冷間加工
により蓄えられろ歪みエネルギーを大きくすることが必
要となる。

一較に、結晶粒界は転位連動の障害となるため、加工中
は、粒界近傍で転位のｐｉｌｅ−ｕｐが生ずる。

このｐｉｌｅ−ｕｐ転位の数は、転位のｍｅａｎ−ｆｒ
ｅｅ−ｐａｔｈの長さに比例する。Ｔｉ−Ｔｉ−１５Ｖ
−１ｃｒ−３Ｓｎ−合金は、準安定のβ型合金で、溶体
化状態で冷間加工をするため、材料は冷ｔＬｔ＋加工さ
れるときα相を冨まず転位のｒｎｅａｎ　ｆｒｅｅ　ｐ
ａｔｈ　は結晶粒１個の大きさに々る。このため、結晶
粒が粗大になると、ｐｉｌｅ−ｕｐ転位の数は多くなる
。この転位が何らかの形でその場所に同法されれば蓄え
られるひずみエネルギーは大きくカリ、再結晶後の結晶
粒径も微細となるｏ　Ｔｉ１５Ｖ−５Ｃｒ−３Ｓｎ−３
Ａｌ合金はまさＫこの例で、高温で溶体化した粗大粒を
含むもの程、冷間圧延・溶体化処理後の結晶粒径は微細
になる。

以上の理由から、冷間加工前の溶体化の温度を従前より
高くすることにより微細結晶粒を得ることが出来るはず
と考えるに至った。実験を重ねた結果、冷間加工前に８
３０℃を超え１１５０℃以下の溶体化温度に加熱後急冷
することによって溶体化を行うことがよいことが判明し
た。

斯禄に、本発明は、冷間加工前のき体化処理を、ただ単
に材料を軟化させろという従来の考え方から一歩進め、
冷間加工後の？％’ｆＢ体化した際の結晶粒径を調整す
る機能をも持つものとしてとらえることにより、従来概
念を拡大したものである。

斯くして、本発明は、Ｖ１４〜１６ｗｔチ　、Ｃｒ　２
．５〜五５ｗｔ％　、Ｓｎ　２．５〜ｌ　５　ｗｔ％　
、Ａｌ１．５〜ｌ５ｗｔ％　そして残部チタン及び不可
避的不純物から成るチタン合金材の製造方法において、
冷間加工前に８３０℃を超え１１５０℃以下の温度に加
熱後急冷して溶体化処理を行い、次いで冷間加工し、更
に再溶体化処理して微細結晶組織とすることを特徴とす
る、加工性に優れたチタン合金材の製造方法を提供する
。溶体化処理の冷却速度は１８℃／分以上とすることが
好ましく、また溶体化温度での保持時間は３分間〜５時
間とすることが好ましい。

発明の詳細な説明 本発明の対象とするチタン合金材は、Ｔｉ−１５Ｖ−３
Ｃｒ−５Ｓｎ−３Ａｌであり、これは最初に定義した組
成範囲をとる。また、酸素はＱ、３ｗｔチ以下とするこ
とが好ましい。

この酸素をα５ｗｔ％以下含有するとチタン合金材の強
度が増加する。

ただしｏ、３ｗｔ％　を超えると延性の低下を招き好ま
しくないので、上限を［１１３ｗｔ％　　とした。

チタン合金製品は、　ｊＲに、坊造されたインゴットを
、そのりｊ造組戦を破壊すると共に、その後の工程に適
した中間素材を生成するだめのインゴットブレイクダウ
ン工程を出発工程とする。インゴットブレイクダウンは
、インゴットを分塊圧延或いは鍛造することにより実施
される。次いで、生成するスラブ材は熱間圧延工程を絆
由し、最終寸法に仕上げる冷間圧延を最後に行うことが
多く、その際溶体化処理が冷間圧延前に施される。圧延
工程後の材料は、溶体化処理を経た後、製品の用途に応
じて加工、熱処理等を施されて最終製品となる。本発明
が関与するのは、溶体化処理−冷間圧延−再溶体化処理
の工程であり、その前歴は本発明においては一切問わな
い。

最近、良質のチタン合金材の製造の為インゴットブレイ
クダウン工程及び圧延工程において様々の改善策が提唱
されており（例えば特願昭６０−４３８４３．６０−４
５８４４等多数）、それらのいずれをも本発明と併用し
うる。

前述した通り、従来の製造方法では、冷間加工前の溶体
化処理は、変形抵抗を十分に下げ冷間加工を可能とする
ことのみを目的としていたが、本発明では結晶粒を粗大
化させ、転位のｍｅａｎ　ｆｒｅｅｐａｔｈ　　を長く
することにより、その冷間加工時の粒界近傍の加工硬化
を窩＜シ、冷間加工により蓄えられた歪みエネルギーを
増加することにより再結晶時の結晶粒を微細にするとい
う役割を冷間加工前溶体化処理に持たせんとするもので
ある。

そこで、冷間加工前の溶体化処理を従来行われていたβ
変態点以上８３０℃以下の溶体化温度より高い、８３０
℃を超え１１５０℃以下の温度域において行い、その温
度から急冷する。

十分に粗大な結晶粒を生成するには８３０°Ｃを超えた
温度への加熱が必要であるが、反面あまりに粗大な結晶
粒（粒径４５０μｍ以上）をもつものは脆化現象を引起
し、冷間加工を困難とするので、温度の上限は１１５０
℃と設定した。

冷却はα相の析出を防止するため空冷以上の速度での急
冷により行う。ｔ８℃／分以上の冷却速成がα相の析出
防止を保証するために好ましい。

溶体化温度での保持時間は、３分間〜５時間とすること
が好ましい。３分以下ではα相が完全に消失せず、溶体
化できない。他方、５時間以上ではコストがかかりすぎ
、結晶のあまりの粗大化を生じやすく、また無用である
。

こうして、溶体化処理された材料は、結晶粒が十分に粗
大化しまたα相が完全に消失した状態となっている。

その後、材料は冷間加工されそして再溶体化される。再
溶体化は、７５０〜８３０℃の温度に３〜６０分保持し
、空冷以上の冷却速度による冷却を施すことＫよって実
施される。

斯うして生成される冷間加工品は微細な結晶粒組織を有
し、従って冷間加工性に優れる。

この後、冷間加工品は、曲げその他の加工により各種の
製品に成形加工される。また、このようにして成形加工
された材料を４００〜６００℃の温度で時効処理するか
、又は７５０〜８３０℃で溶体化処理した後４００〜６
００℃で時効処理を行うことによって更に優れた強度等
の機械的性質を持つ材料が得られる。

発明の効果 Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａ１合金冷間加工品
の結晶粒の微細化技術を確立し、その後の仕上げ加工を
容易々らしめ、優れた品質の最終チタン製品の製造を可
能とする。

表１に示す化学成分をもつ熱間圧延板を用いて冷間圧延
を行った。素材として用いた熱間圧延板のＰ械的性質を
表２に示す（熱間圧延したままの状態）。

表ｔ　供試材化学成分（ｗ　ｔ％） 表λ　熱間圧延板の機械的性質 （Ｌ方向） 上記熱間圧延後の素材に、（１）　８００℃、（２）９
５０℃、（３１１０００℃、（４１１１００℃及び（５
）１２００℃の温度で３０分の溶体化を施し、ただちに
空冷した。これら材料の結晶粒径と機械的性質を表５に
示す。

表五 （Ｌ方向） これら材料に冷間圧延を施し、板厚を１１ｍｍから２．
５Ｂまで落としたや々、８００℃×５０分−空冷の解体
化処理を施した。

但し、１２００℃で溶体化したもの（５）は、溶体化温
度が高すぎるため脆化し、途中で圧延割れを起したため
、割れた部分を削除し、その後最終まで圧延を行った。

表４に、冷間圧延−溶体化処理後の結晶粒径を示す。ま
た第１図（１１、（２）、（３）、（４）及び（５）に
その組織写真を示す。明らかに、冷間加工前の溶体化温
度が高い程結晶粒は微細になっており、本発明の有効性
を証明している。尚、結晶粒径はＴＺ面（圧延方向に平
行な板厚断面）において線分法により測定した。

表４ 第１図（１）、（２）、（３）、（４）及び（５）は、
冷間圧延前の溶体化温度がそれぞれ８００℃、９５０℃
、１０００℃、１１００℃及び１２００℃の場合の冷間
圧延後溶体化地理を行った後の結晶粒金属組織を示す顕
微鏡写真である（Ｘ１００）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）Ｖ１４〜１６ｗｔ％、Ｃｒ２．５〜３．５ｗｔ％、
   Ｓｎ２．５〜３．５ｗｔ％、Ａｌ２．５〜３．５ｗｔ％
   そして残部Ｔｉ及び不可避的不純物から成るチタン合金
   材の製造方法において、冷間加工前に８３０℃を超え１
   １５０℃以下の温度に加熱後急冷して溶体化処理を行い
   、次いで冷間加工し、更に再溶体化処理して微細結晶組
   織とすることを特徴とする、加工性に優れたチタン合金
   材の製造方法。 ２）冷間加工前の溶体化処理の冷却速度が１．８℃／分
   以上である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３）８３０℃を超え１１５０℃以下の温度に３分間〜５
   時間保持される特許請求の範囲第１項又は２項記載の方
   法。 ４）チタン合金材の酸素含有量が０．３ｗｔ％以下であ
   る特許請求の範囲第１〜３項のうちのいずれかの項記載
   の方法。