JPS63176452A - α＋β型チタン合金板の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、材質特性、特に強度及び延性に優れたα＋β
型チタン合金薄板の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ Ｔｉ−６ＡＩ−４Ｖ合金（以下特に指定しない限りα＋
β型チタン合金と呼称する。）はその優れた機械的性質
（高比強度）を生かし、航空機等に広く利用されている
。

この航空機の用途では多くの場合、α＋β型チタン合金
薄板を超塑性加工して使用されるが、この場合機械的性
質が均質でかつ組織の均一微細なα＋β型チタン合金薄
板が要望されている。

このα＋β型チタン合金は冷間加工が困難なこと、及び
冷間加工では、その材質に強い異方性を生ずるため、冷
間加工によるα＋β型チタン合金薄板の製造は困難であ
り、従来はパック熱間圧延方法によるα＋β型チタン合
金薄板の製造方法が採用されている。（特開昭５９−３
５６６４号公報） このパック熱間圧延方法とは、犠牲材である両力バー材
の間に、α＋β型チタン合金板を１枚あるいは複数枚を
挟みこんで熱間圧延を行うα＋β型チタン合金薄板の製
造方法である。

然し、このパック熱間圧延方法では、その多層組立て構
造により、圧延中の温度降下が少なく、かつ圧延温度管
理が困難なため、一般の圧延材と比較して低温圧延等に
よる材質の制御が困難である。

又、バック熱間圧延材は、薄板として使用されるため材
質と共に板厚精度、表面精度も十分良好である必要があ
る。

このため、操業上１回のバック熱間圧延での圧下率にも
制限を生じている。この点においても、パック熱間圧延
方法において機械的性質に優れ、組織の均一微細なα＋
β型チタン合金薄板を製造するのは困難とされていた。

即ち、一般の圧延において、上記材質を向上させる有効
な圧延方法としては、例えばスラブ加熱温度をα＋β域
の比較的高温の９６０〜９３０℃とし、しかも大圧下加
工とする等の採用は、操業上非常に困難であった。

［発明が解決すべき問題点］ 本発明は、従来のバック熱間圧延方法により、製造され
たα＋β型チタン合金薄板のもつ低強度。

低延性値、粗大α晶組織等の材質上の問題点を、従来と
同程度の圧下比を加えるのみで、解決する新しいα＋β
型チタン合金薄板のパック熱間圧延方法を提供すること
を目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、α＋β型チタン合金板をＴβ（β変態点）以
上に加熱し、５０℃／分以上の冷却速度で４００℃以下
まで冷却してコア材とし、該コア材を用いてバック圧延
スラブを組立て、前記バック圧延スラブを（Ｔβ−１８
０）’Ｃ以上（Ｔβ−５０）℃以下に加熱後、圧下比を
２．５以上、クロス比を１．６以下で圧延することを特
徴とするα＋β型チタン合金板の製造方法である。

［作用コ 本発明は、α＋β型チタン合金薄板のパック熱間圧延方
法によるものであり、コア材製造方法とパック熱間圧延
方法との両者を厳密に制御することにより、優れた材質
特性をもつα＋β型チタン合金薄板を製造し得るもので
ある。

本発明では、コア材をβ焼入れ（β変態点以上の温度よ
り焼入れを行う）することが重要な構成要素の１つであ
る。

従来のバック熱間圧延ではコア材はα十β域圧延を行っ
たα＋β型チタン合金厚板より採取されている。

これは、バック熱間圧延による圧下率は板厚精度上、か
つ表面精度上の制約から、軽圧下に制限されている。

このため、コア材としてはα＋β域圧延を行い、組織が
予め均一化された材料を使用することで、バック熱間圧
延での圧下率の制約からくる材質上の問題点を軽減する
方法が採用されている。

即ち、コア材としてβ域圧延材を使用した場合、コア材
に残存する粒界α晶や粗大針状α晶による組織の不均一
が、軽圧下のバック熱間圧延後も残存することとなり、
最終製品であるパック熱間圧延材の曲げ性や延性値がコ
ア材としてα＋β域圧延圧延材いた場合と比較して劣る
こととなる。

然し、α＋β域圧延圧延材ア材として使用した場合、組
織の不均一性は軽減されるが、バック熱間圧延時（α＋
β域加熱加熱初析α晶が肥大化してしまい、このため軽
圧下であるバック熱間圧延後の最終のα＋β型チタン合
金薄板の初析α晶の粒径は粗大なものとなっていた。

本発明ではコア材の組織をβ焼入れにより均一なマルテ
ンサイト組織とすることにより、バック熱間圧延加熱時
の組織を微細な針状α晶を含む組織とし、更に引続くバ
ック熱間圧延時の圧延条件を併せて制御することにより
、材質特性の優れたα＋β型チタン合金薄板をバック熱
間圧延により製造し得るものである。

β焼入れされたコア材は、バック熱間圧延加熱時に、圧
延加熱温度と平衡な体積分率をもつ針状α晶を析出した
組織となる。

この針状α晶は、圧延加熱温度が高温の場合。

針状α晶粒径は若干増大するが、針状α晶の体積分率は
大きく減少するため、低温度域で強度の加工が加えられ
、針状α晶に十分な加工歪みが加えられる条件では、圧
延加熱温度を比較的高温とし、針状α晶の体積分率を少
なくした方が最終圧延組織の均一性が向上することとな
る。

従って、一般の圧延で素材としてβ焼入れスラブを使用
する場合、圧延加熱温度は９６０〜９３０℃。

圧延仕上り温度は８００℃前後の製造条件が採用されて
いる。

然し、パック熱間圧延ではその多層組立て構造により、
圧延中の温度降下が少なく、かつ圧延温度管理が困難な
ため、圧延加熱温度を９６０〜９３０℃とした場合、最
終パック圧延材のα晶の粒径が肥大化し、本発明の効果
が失われてしまう。

即ち、圧延加熱温度で残存する初析針状α晶は、圧延途
中及び圧延後の徐冷過程で肥大化した針状α晶には十分
な加工歪みが加えられておらず、粗大な針状α晶組織が
後工程まで残存する。

逆にパック圧延加熱温度を（Ｔβ−５０℃）以下と比較
的低温とし、十分針状α晶を析出させた状態より圧延を
開始し、初析針状α晶に加工歪みを加えた場合により微
細組織が得られる。

従ってパック圧延加熱温度を（Ｔβ−５０℃）以下とす
ることが本発明の効果を生かす重要な必要条件の１つで
ある。

又、パック熱間圧延後の組織を微細化し、材質特性を向
上させるためには、パック熱間圧延時に加工歪みを加え
る必要があるが、β焼入れされたコア材を使用する場合
、圧下比２．５以上の圧下を加える必要がある。

又、Ｔ　１−６Ａ　１−４Ｖ合金の材質の異方性を除く
ためにはα＋β域での圧延のクロス比を１とする必要が
あるが、従来のパック熱間圧延では一方向圧延が採用さ
れている。

即ちコア材を一方向圧延で製造し、これを９０″方向、
転換してパック圧延スラブを組立てて、一方向圧延を行
い、クロス比を１とする圧延方法が採用されている。

然し、本発明ではコア材はβ域に加熱されコア材の圧延
の効果は失われてしまい、従ってパック熱間圧延でのク
ロス比を１．６以下とすることが異方性のない材質を得
るための必要条件である。

本発明方法において、コア材の加熱温度を１５以上の温
度と規定したのは、１８未満の加熱温度では焼入れ後も
初析α晶が残存してしまい、その結果最終パック熱間圧
延後の材質特性が劣化するためである。

即ち残存した初析α晶はパック熱間圧延時に肥大化する
が、軽圧下のパック圧延ではこの肥大化した初析α晶の
痕跡が残存し、不均一組織となる。

但し、コア材の加熱温度がβ変態点以上の高温となると
、加熱時にコア材の表面スケール層厚さが増大し、歩留
りの低下を招くため、コア材の加熱温度の上限をτβ＋
１００℃とすることが望ましい。

コア材のβ域からの冷却速度を５０℃／分以上と規定し
たのは、冷却速度を５０℃／分未満とした場合、β粒界
にα晶が析出してしまい、その結果最終パック熱間圧延
後の材質特性が劣化するためである。

即ち、粒界α晶はパック熱間圧延時に肥大化するが、軽
圧下のパック圧延ではこの肥大化した粒界α晶の痕跡が
残存し、不均一組織となる。

又、コア材のβ域からの冷却停止温度を４００℃以下と
規定したのは、冷却停止温度が４００℃以上の場合、冷
却停止後粗大なα晶の析出が起り、その結果、最終パッ
ク熱間圧延後の材質特性が劣化するためである。この材
質劣化の原因は上述の原因と同様である。

パック圧延スラブの加熱温度を（Ｔβ−１８０）℃〜（
Ｔβ−５０）℃　と規定したのは（Ｔβ−５０）℃を超
える加熱温度とした場合、最終パック圧延後の組織が粗
大化し、本発明による組織微細化の効果が失われてしま
うからである。

又、（Ｔβ−１８０）℃未満の加熱温度では変形抵抗が
増大し、圧延が困難となるためである。

圧下比を２６５以上と規定したのは、圧下比が２．５未
満ではα＋β型チタン合金パック圧延材に十分な加工歪
みが与えられず、従って最終パック熱間圧延後の組織が
不均一な粗粒となる等材質特性が劣化するためである。

クロス比を１．６以下と規定したのはクロス比が１．６
を超えると異方性が強くなり材質上の問題を生ずるため
である。

ここで、圧下比及びクロス比は、次の通り定義される。

圧下比　−圧延前の板厚／圧延後の板厚クロス比 一圧延の最終パス方向と直角方向の圧下比／圧延の最終
パス方向と同方向の圧下比 クロス圧延とは、圧延方向を水平面で９０＠変更して、
圧延材をロールに相次いで通す圧延法である。

又、後述する実施例においては、Ｔｌ−８ＡＩ−４Ｖ合
金をとりあげたが、本発明方法において対象となるα＋
β型チタン合金とは、この他に　Ｔｌ−６ＡＩ−８Ｖ−
２Ｓｎ合金、　Ｔｉ−３ＡＩ−２，５Ｖ合金、　ＴＩＴ
ｌ−２ＡＩ−２合金。

Ｔｉ−８ＡＴｉ−８ＡＩ−Ｉ合金等常温で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
ものである。

次に本発明の実施例について述べる。

［実施例］ Ｔ　ｉ　−６％　Ａ　ｌ　−４％　Ｖ合金の直径５５０
關鋳塊を１０５０℃に加熱後２００鶴厚さに熱間鍛造し
てコア材圧延用スラブを作成した。

表１に用いた供試材の化学組成（重量％）を示す。（Ｔ
β−９８０℃） 表　１　供試材の化学組成（重量％） 上記スラブを９５０℃に加熱後、１５．５ｍａ＋厚さに
熱間圧延し、コア材素材とした。（クロス比は１） 素材は９７０℃より１０００℃の温度域に加熱した後、
冷却速度、４０〜ｂ ５００℃以下の温′度に焼入れコア材とした。

第１図に本発明方法の説明図を示す。

図において、−１＝コア材、２：カバー材、３：溶接部
、４ニスペーサである。

図示する如く、パックスラブは、前述の熱処理を行った
コア材１を表面研削し１５ｍｍ厚さに仕上げたものを３
枚組合わせた後、カバー材２として両面に２５１１Ｉ１
１厚さの炭素鋼を合せ、その四周を溶接部３にてシーム
溶接して作成した。

パック熱間圧延は、上記パックスラブを９４０〜８００
℃に加熱し、圧下比１．５〜５の条件で圧延を行った。

このパック熱間圧延のクロス比は、１．０より２．０ま
で変化させた。

パック熱間圧延材の熱処理条件は、７２０℃×３０分の
空冷であり、熱処理材の機械的性質は平行部１２．５ａ
ｕｓ、Ｇ、Ｌ、５０ｍ−の板状引張試験片を最終圧延方
向に平行（Ｌ方向）と直角（Ｔ方向）方向に採取して調
査した。

又、超塑性加工において重要な材質因子であるα晶粒径
（ｄα）はパック熱間圧延材を９５０℃に１時間加熱後
水焼入れした試験片でＬＺ面のα晶粒径を１００粒測定
しその平均値をもって評価した。

表２にパック熱間圧延条件とこれにより得られた材質特
性を示す。

本発明で限定する製造条件でＴｌ−８ＡＩ−４Ｖ合金薄
板を製造する場合のみＹｓ＞　９５ｋｇｆ’／ｍｍ、　
Ｔｓ＞　９５ｋｇｆ／ａｍ、　Ｅｌ＞１５％、ｄβ＜　
５１ｔｍ　Ｙｓ、　Ｔｓ異方性＜３ｋｇｒｌ關といった
従来製法材の材質特性（ｋ　１７）と比較して格段に優
れた材質特性をもつＴｉ−６ＡＩ−４Ｖ合金薄板が製造
される。

［作用］ 本発明のα＋βチタン合金板の製造方法によれば、低強
度、低延性値、粗大α晶組織等の機械的性質が均質で組
織の均一微細な材質特質に優れたα＋βチタン合金薄板
を従来方法と同程度の圧下比を加えるのみで製造出来る
効果を奏するものである。。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法の説明図である。 図において、１：コア材、２：カバー材、３：溶接部、
４ニスペーサである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. α＋β型チタン合金板をＴβ（β変態点）以上に加熱し
   、５０℃／分以上の冷却速度で４００℃以下まで冷却し
   てコア材とし、該コア材を用いてパック圧延スラブを組
   立て、前記パック圧延スラブを（Ｔβ−１８０）℃以上
   、（Ｔβ−５０）℃以下に加熱後、圧下比を２．５以上
   、クロス比を１．６以下で圧延することを特徴とするα
   ＋β型チタン合金板の製造方法。