WO2020003784A1 - 熱間圧延用チタン材の製造方法、および熱間圧延材の製造方法 - Google Patents

熱間圧延用チタン材の製造方法、および熱間圧延材の製造方法 Download PDF

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titanium
hot rolling
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hot
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洋介 井上
武士 三戸
一浩 ▲高▼橋
知徳 國枝
森　健一
義正 宮崎
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東邦チタニウム株式会社
日本製鉄株式会社
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    • B21B1/02—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling heavy work, e.g. ingots, slabs, blooms, or billets, in which the cross-sectional form is unimportant ; Rolling combined with forging or pressing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B45/04—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for de-scaling, e.g. by brushing
    • B21B45/06—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for de-scaling, e.g. by brushing of strip material
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    • B24B27/00—Other grinding machines or devices
    • B24B27/033—Other grinding machines or devices for grinding a surface for cleaning purposes, e.g. for descaling or for grinding off flaws in the surface

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a titanium material for hot rolling and a method for producing a hot-rolled material.
  • Titanium ingot produced using a mold is used as a titanium material, and the titanium ingot is subjected to breakdown processing by slab rolling, forging, or the like to produce a titanium material for hot rolling such as a slab or a billet.
  • a titanium material for hot rolling such as a slab or a billet.
  • the electron beam melting method or the plasma arc melting method having a high degree of freedom of the mold shape, it is possible to directly cast a titanium material for hot rolling into a shape corresponding to the slab or billet shape after the breakdown treatment. .
  • the titanium material for hot rolling is subjected to hot rolling after removing the oxynitride film and surface defects existing on the surface, and the slab is processed into a plate (thick or thin) or strip, and the billet is processed into a bar wire Is done.
  • Patent Document 1 discloses a technique in which a plastic strain is applied to the surface of a titanium material to produce a titanium material for hot rolling in order to prevent generation of surface defects due to a dead metal portion.
  • a method for producing a hot-rolled titanium material having few surface defects in a hot-rolled material, particularly having few surface defects due to a plastic strain imparting treatment to a titanium material According to another embodiment, there is provided a method for manufacturing a hot-rolled material using the titanium material for hot rolling manufactured by the above-described manufacturing method.
  • the present inventors have conducted intensive studies, and provided a plurality of inclined surfaces having a height difference of more than 0.1 mm in a surface orthogonal to the longitudinal direction and an inclination angle of 45 ° or less along the longitudinal direction on the surface of the titanium material. It has been found that the generation of surface defects caused by the plastic strain imparting treatment can be suppressed. The present inventors have further studied and completed the invention including the embodiments described below.
  • the surface of the titanium material by processing at least one selected from the group consisting of cutting, grinding, and polishing, the height difference in the longitudinal orthogonal plane exceeds 0.1 mm,
  • a surface defect removing step including providing a plurality of inclined surfaces having an inclination angle of 45 ° or less along the longitudinal direction, and after the surface defect removing step, a plastic strain applying step of applying a plastic strain to the surface.
  • the inclination angle is 10 to 30 °.
  • the height difference is 8 mm or less.
  • the surface defect removing step at least the surface is treated by cutting, and the cut is a round having a radius of curvature of 2 mm or more and 50 mm or less. Use a mold cutting tool.
  • the number of the inclined surfaces is 4 to 40 per 3000 mm of a contour of the orthogonal surface in the longitudinal direction.
  • a defect removal step is performed.
  • One embodiment of the method for producing a titanium material for hot rolling according to the present invention further includes a step of casting a titanium ingot or a titanium slab to obtain the titanium material before the surface defect removing step.
  • a step of obtaining the titanium material by further performing a breakdown process after casting the titanium ingot before the surface defect removing step is further included.
  • the plastic strain applying step in the plastic strain applying step, at least a steel tool having a tip shape having a radius of curvature of 3 to 30 mm and a steel ball having a radius of 3 to 30 mm.
  • a plurality of dimples are formed on the surface of the titanium material by hitting the surface of the titanium material with either one of them.
  • a step of obtaining the titanium material for hot rolling by performing the method for producing a titanium material for hot rolling described above, and a step of hot rolling the titanium material for hot rolling, And a method for producing a hot-rolled material.
  • a method for producing a hot-rolled titanium material which has a small number of surface defects in a hot-rolled material, particularly a small number of surface defects due to a plastic strain imparting treatment to a titanium material.
  • a method for manufacturing a hot-rolled material for manufacturing a hot-rolled material having few surface defects is provided.
  • FIG. 3 is a schematic explanatory view in a plane orthogonal to a longitudinal direction for explaining a height difference and an inclination angle of an inclined surface of a titanium material surface. It is a schematic explanatory view in the longitudinal direction orthogonal plane which shows the example of the slope in the titanium slab in which the surface defect was removed by the square cutting tool. It is a schematic explanatory view in a longitudinal orthogonal plane showing an example of an inclined surface in a titanium slab from which surface defects have been removed by a round cutting tool. It is a schematic explanatory view in a longitudinal orthogonal plane showing an example of an inclined surface in a titanium slab from which surface defects have been removed by grinding or polishing.
  • FIG. 1 It is a schematic perspective view which shows the example of the whole shape of the titanium slab from which the surface defect was removed. It is an example of the schematic explanatory drawing which shows before and after giving a plastic strain. It is an example of the schematic sectional drawing in the longitudinal direction orthogonal plane of the titanium slab which removed the surface defect. It is another example of the schematic cross section in the longitudinal direction orthogonal plane of the titanium slab which removed the surface defect. It is another example of the schematic sectional drawing in the longitudinal direction orthogonal surface of the titanium slab which removed the surface defect. It is an example of the schematic sectional drawing in the longitudinal direction orthogonal plane of the titanium billet from which the surface defect was removed. FIG.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a manufacturing method for manufacturing a hot-rolled material in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3. It is a schematic perspective view which shows the whole surface of the titanium slab in which the surface defect in Example 5, 6 and Comparative Example 3 was removed.
  • a titanium material is obtained by casting a titanium ingot or a titanium slab, and the titanium material is subjected to a plastic strain treatment to become a titanium material for hot rolling. Hot rolling is performed during hot rolling.
  • the surface subjected to the plastic strain imparting treatment is usually a hot-rolled rolled surface.
  • the composition of the titanium material is not particularly limited, and a pure titanium material and a titanium alloy material can be used.
  • the titanium alloy material is an alloy material of titanium and a metal such as Fe, Sn, Cr, Al, V, Mn, Zr, and Mo.
  • Ti-6-4 Ti-6Al-4V
  • Ti-5Al-2.5Sn Ti-8-1-1 (Ti-8Al-1Mo-1V)
  • Ti-6-2-4-2 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si
  • Ti-6-6-2 Ti-6Al-6V-2Sn-0.7Fe-0.7Cu
  • Ti-6-2-4-6 Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo
  • SP700 Ti- 4.5Al-3V-2Fe-2Mo
  • Ti-17 Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr
  • ⁇ -CEZ Ti-5Al-2Sn-4Zr-4Mo-2Cr-1Fe
  • TIMETAL555 Ti -5553 (Ti-5Al-5M -5V-3Cr-0.5Fe)
  • TIMETAL21S Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si
  • TIMETAL @ LCB Ti-4.5Fe-6.8Mo-1.5Al
  • Titanium materials include cast materials having the same shape as slabs and billets (so-called direct cast materials) and those that have undergone breakdown treatment.
  • the shape of the titanium material is not particularly limited, and may be, for example, a slab, bloom, billet, or the like.
  • the orthogonal plane (sometimes referred to as an orthogonal cross section) along the longitudinal direction of the as-cast or breakdown-processed material makes the cross-sectional shape unstable, and it is advantageous to process the surface of the titanium material.
  • the surface of the titanium material is usually covered with an oxynitride film.
  • surface defects such as flaws are present on the surface. Therefore, it is preferable to perform at least one or more processes selected from the group consisting of cutting, grinding, and polishing on the surface of the titanium material to remove and shape the surface layer portion before the plastic strain imparting process described later.
  • a preferable inclined surface can be efficiently formed by using a square cutting tool having a cutting angle of 45 ° or less or a round cutting tool having a radius of curvature of 2 mm (2R) or more.
  • a round cutting tool is preferable to a square cutting tool because it can reduce the angle of inclination of the inclined surface by increasing the radius of curvature.
  • the radius of curvature of the round cutting tool is preferably 2 mm or more and 50 mm or less. Within this range, the size of the cutting machine can be reduced, and the formation of a preferable inclined surface becomes efficient.
  • the work of reducing the inclination angle of the inclined surface which will be described later, to 45 ° or less can be performed by grinding using a hand grinder or the like.
  • the work may be simplified by grinding using a hand grinder.
  • the longitudinal direction of the slab is usually the rolling direction.
  • a section perpendicular to the rolling direction of the slab and parallel to the thickness direction is generally referred to as a plane perpendicular to the longitudinal direction.
  • the slab rolling surface is a square
  • the direction along any side of the square may be the longitudinal direction.
  • the titanium material is a billet
  • the longitudinal direction of the billet is usually the rolling direction.
  • a cross section that is generally a circular surface or a substantially circular surface perpendicular to the rolling direction of the billet is referred to as a longitudinal orthogonal surface.
  • the surface of the titanium material before the plastic strain imparting process, is provided with an inclined surface along the longitudinal direction that exceeds a height difference of 0.1 mm in a plane perpendicular to the longitudinal direction.
  • the height difference may be provided by cutting or the like described later, or may be formed at the time of casting.
  • the cross section of an ingot or the like after casting is not stable, and its surface also needs to be treated, and pretreatment is required before hot rolling. If the rectangular shape and the circular shape are accurately adjusted so that the height of the inclined surface is 0.1 mm or less, not only the yield is reduced but also the work load is generated.
  • the shape of the inclined surface having a height difference of more than 0.1 mm in the plane orthogonal to the longitudinal direction of the titanium material in order to suppress surface defects caused by the plastic strain imparting treatment.
  • the upper limit of the height difference of the inclined surface may be appropriately selected in consideration of the plastic strain imparting treatment, and the upper limit of the height difference of one inclined surface is typically 8 mm or less, more typically 4 mm or less. .
  • the height difference H is in contact with the contour line CL of the surface of the titanium material with one inclined surface 20 to be measured interposed therebetween. This is the distance between the parallel lines PL1 and PL2 at which the distance between the two parallel lines PL1 and PL2 is the longest.
  • the height difference means an average value of the height difference on each inclined surface.
  • the inclination angle of the inclined surface is obtained by the following method. That is, as shown in FIG. 1, when the titanium material is observed on the plane 10 perpendicular to the longitudinal direction, the lower parallel line PL1 of the two parallel lines PL1 and PL2 for determining the height difference is defined as the base line BL1.
  • the slope line SL is determined by connecting a point at which the slope 20 rises (a rise point 30) on the base line BL1 and a point at which the slope angle ⁇ of the slope 20 is maximum.
  • the parallel line PL2 at a higher position is determined as the base line BL2.
  • the angle formed by the inclined line SL and the base line BL2 is the inclined angle ⁇ of the inclined surface 20.
  • the angle of inclination ⁇ of the inclined surface 20 is more than 0 ° and equal to or less than 90 °.
  • the inclination angle refers to an average value of the inclination angles on a plurality of inclined surfaces.
  • an inclined surface is provided along the longitudinal direction in the above-described perpendicular surface in the longitudinal direction.
  • the inclined surface 20 of the longitudinal orthogonal surface 10 reflects the shape of the corner of the square cutting tool.
  • the inclined surface 20 of the longitudinal orthogonal surface 10 has a shape reflecting the shape of the round cutting tool.
  • the inclination angles ⁇ and ⁇ ′ are individually obtained as shown in FIG. 2C, and the larger one of ⁇ and ⁇ ′ is determined as the inclination angle of the inclined surface 20.
  • ⁇ may be used.
  • the lower side is the bottom surface 40.
  • An inclined surface 25 is generated (FIG. 3). Even in this case, the inclination angle ⁇ of the inclined surface 20 can be obtained by the above-described method.
  • the cutting surface of the titanium slab 1 is shown.
  • the inclination angle of the inclined surface provided on the titanium material is 45 ° or less. If the inclination angle exceeds 45 °, surface defects are likely to occur in hot rolling after the plastic strain imparting treatment. In some cases, surface defects may be found in the titanium material for hot rolling after the plastic strain imparting treatment. This is a surface defect caused by a stepped portion having a height difference existing on the surface of the titanium material being caught in the titanium material by plastic working. Specifically, when the plastic strain is applied to the surface of the titanium material by hammering or the like of the processing tool on the surface 110 perpendicular to the longitudinal direction of the titanium material, the inclined surface may be caught in the surface layer of the titanium material to a depth of several hundred ⁇ m. , A new surface defect (FIG. 4).
  • the angle of inclination of the inclined surface is 45 ° or less, preferably 40 ° or less, more preferably 30 ° or less, and even more preferably 20 ° or less.
  • the inclination angle of the inclined surface is typically 5 ° or more, more typically 10 ° or more.
  • the corner 21 (FIG.
  • the surface defect in the titanium material for hot rolling due to the entrainment in the titanium material can be detected by the penetrant inspection, the surface defect is removed again by grinding or the like after the plastic strain is applied. It is also possible. However, if the surface defect is removed by grinding or the like after the plastic strain is applied, the plastic strain-imparting layer at the site is also removed at the same time. Therefore, the effect of plastic strain is impaired in the portion, and a surface flaw caused by a solidified structure is easily generated on the surface of the hot-rolled material after hot rolling, and the cost is increased due to an increase in the number of steps. In order to avoid such inconveniences, it is desirable not to generate surface defects in the plastic strain applying process, and the shape of the inclined surface of the titanium material surface is adjusted before the plastic strain applying process.
  • the number of the inclined surfaces is 4 to 40 per 3000 mm of the contour line of the surface orthogonal to the longitudinal direction of the titanium material.
  • the number of the inclined surfaces is preferably 4 or more as a lower limit, more preferably 8 or more, from the viewpoint of reducing the yield loss by bringing the shape after cutting or the like as close as possible to the shape before cutting or the like as much as possible. , 12 or more are still more preferred, and 16 or more are even more preferred.
  • the number of the inclined surfaces is preferably 40 or less, more preferably 30 or less, and still more preferably 24 or less as an upper limit, from the viewpoint of keeping the time required for cutting or the like within an industrially acceptable time. Preferably, 20 or less are even more preferred.
  • the outline of the plane orthogonal to the longitudinal direction is obtained by taking the outline of the plane orthogonal to the longitudinal direction as a line, and determining its length.
  • FIGS. 5A to 5C are examples of the surface 10 orthogonal to the longitudinal direction of the titanium slab from which the surface of the titanium slab has been cut to remove surface defects.
  • FIG. 5D shows an example of a surface 10 orthogonal to the longitudinal direction of the titanium billet obtained by cutting the surface of the titanium billet and removing surface defects.
  • the method of imparting plastic strain to the surface of the titanium material can be appropriately selected.
  • the method described in WO 2010/090352 can be employed.
  • the surface of the titanium material is hit cold by at least one of a steel tool having a tip shape having a radius of curvature of 3 to 30 mm (3 to 30R) and a steel ball having a radius of 3 to 30 mm (3 to 30R),
  • a method of forming a plurality of dimples of a predetermined size by plastically deforming by a predetermined amount is exemplified.
  • the dimple of a predetermined size refers to the depth (height) and interval of the concavities and convexities of the formed dimple, among the surface property parameters described in JIS B0601 (2001).
  • the surface of the dimple formed by cold plastic deformation is 0.2 to 1 Wc.
  • 0.5 mm and WSm are preferably in the range of 3 to 15 mm. More preferably, Wc is in the range of 0.3 to 1.0 mm and WSm is in the range of 4 to 10 mm.
  • Titanium material for hot rolling can be obtained by performing plastic strain treatment on the surface of the titanium material.
  • a hot-rolled material can be obtained by hot-rolling the hot-rolled titanium material.
  • the conditions and equipment for the hot rolling may be appropriately selected in consideration of the hot rolled material to be manufactured.
  • FIG. 6 which is a flow chart illustrating a manufacturing method for manufacturing a hot-rolled material in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 and FIG. 7 which is a schematic perspective view showing the entire surface of a titanium slab are used. It will be explained while doing so.
  • the number of the inclined surfaces 20 of the titanium slab 1 is 16.
  • Example 1 In the casting step S11 shown in FIG. 6, a cast titanium slab having a width of 1000 mm ⁇ a thickness of 250 mm ⁇ a length of 6000 mm was directly manufactured in an electron beam melting furnace. Thereafter, in the surface defect removing step S12, the cast titanium slab is cut using a round tip having a radius of curvature of 5 mm (5R), and a plurality of inclined surfaces having a height difference of 2.5 mm in a plane perpendicular to the longitudinal direction are cut in the longitudinal direction. Provided along.
  • the average value of the inclined angles observed on the plurality of inclined surfaces was 30 °.
  • the titanium slab used has a multi-step inclined surface in a plane orthogonal to the longitudinal direction, which is a cross section parallel to the thickness direction. The height difference on one inclined surface was measured with a caliper.
  • a plastic strain applying step S13 the titanium slab is subjected to a cold hammering process on the entire surface of the titanium slab using a steel tool having a tip shape having a radius of curvature of 3 to 30 mm (3 to 30R).
  • a plastic strain was applied so as to have a predetermined dimple property to obtain a titanium material for hot rolling.
  • the titanium material for hot rolling was confirmed by a penetrant inspection, but no surface defects were observed.
  • the titanium material for hot rolling was hot-rolled and pickled to obtain a hot-rolled material. The hot-rolled material was visually observed, but no surface flaw was found.
  • Examples 2 to 6, Comparative Examples 1 to 3 A titanium material for hot rolling was manufactured from a cast titanium slab under the same conditions as in Example 1 except that the inclination angle of the inclined surface and the cut tool type were changed as shown in Table 1. Five titanium materials for hot rolling were manufactured under each condition, and the number of samples in which surface defects were detected by the penetrant inspection was compared. In Examples 5 and 6 and Comparative Example 3, in the surface defect removing step S12, as shown in FIG. 7, the surface defects of the titanium slab 1 were cut with a square cutting tool.

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Abstract

熱間圧延チタン材において表面欠陥が少ない、特にチタン素材への塑性歪付与処理に起因する表面欠陥が少ない熱間圧延用チタン材の製造方法が提供される。チタン素材の表面に、切削、研削、および研磨からなる群から選ばれる少なくとも１以上で処理することで、長手方向直交面１０において高低差Ｈが０．１ｍｍを超え、傾斜角θが４５°以下である複数の傾斜面２０を長手方向に沿って設けることを含む表面欠陥除去工程と、表面欠陥除去工程後に、表面に塑性歪を付与する塑性歪付与工程とを含む、熱間圧延用チタン材の製造方法。

Description

熱間圧延用チタン材の製造方法、および熱間圧延材の製造方法
　本発明は、熱間圧延用チタン材の製造方法、および熱間圧延材の製造方法に関する。
　鋳型を用いて製造したチタンインゴットをチタン素材とし、これを分塊圧延や鍛造などによりブレークダウン処理してスラブやビレットなどの熱間圧延用チタン材を製造できる。また、鋳型形状の自由度が高い電子ビーム溶解法やプラズマアーク溶解法では、前記ブレークダウン処理後のスラブやビレット形状に相当する形状に熱間圧延用チタン材を直接鋳造することが可能である。
　熱間圧延用チタン材は、表面に存在する酸窒化被膜や表面欠陥を除去した後、熱間圧延に供され、スラブは板材（厚板や薄板）または帯材に、ビレットは棒線に加工される。
　チタン素材として工業的に使用される大型チタンインゴットは凝固組織が数十ｍｍにもおよぶ粗大な結晶粒を含む。ブレークダウン処理を経ることなくこのようなチタンインゴットを熱間圧延すると前記粗大な結晶粒に起因して不均質な変形が生じ、大きな表面欠陥が生じる場合がある。熱間圧延により板材や帯材を製造する場合は、圧延面以外に側面やコーナー部にも前記粗大な凝固組織に起因して大きな皺が生じ、この皺が圧延面側に周り込みシーム疵と呼ばれる表面欠陥になったり、エッジ割れなどに発展したりする。熱間圧延により棒線を製造する場合は、圧延ロールと接触しない自由面部や噛み出し部において、板材や帯材を製造する場合と同様に、皺が生じ表面欠陥となってしまう。
　上記不具合を抑制する観点より大型のチタンインゴットを使用する場合は一般にブレークダウン処理が行われる。しかしながら、ブレークダウン処理ではいわゆるデッドメタル部が生じることがある。すなわち、ブレークダウン処理においてチタンインゴットと加工工具との接触部は摩擦抵抗によって拘束され変形量が小さくなり、デッドメタル部が生じることがある。変形量が不十分であるデッドメタル部を有する熱間圧延用チタン材を熱間圧延すると上記した表面欠陥が発生する場合がある。
　特許文献１には、デッドメタル部に起因する表面欠陥の発生を防ぐため、チタン素材の表面に対して塑性歪を付与して熱間圧延用チタン材とする技術が開示されている。
国際公開第２０１０／０９０３５２号
　一実施形態により、熱間圧延材において表面欠陥が少ない、特にチタン素材への塑性歪付与処理に起因する表面欠陥が少ない、熱間圧延用チタン材の製造方法を提供する。また、他の一実施形態により、上記製造方法によって製造した熱間圧延用チタン材を使用する熱間圧延材の製造方法を提供する。
　本発明者らは鋭意検討を重ね、チタン素材の表面に、長手方向直交面において高低差０．１ｍｍを超え、傾斜角が４５°以下である複数の傾斜面を長手方向に沿って設けることで、塑性歪付与処理に起因する表面欠陥の発生を抑制できることを見出した。本発明者らはさらに検討を重ね以下に説明する実施形態を含む発明を完成した。
　即ち、本発明は一側面において、チタン素材の表面に、切削、研削、および研磨からなる群から選ばれる少なくとも１以上で処理することで、長手方向直交面において高低差が０．１ｍｍを超え、傾斜角が４５°以下である複数の傾斜面を長手方向に沿って設けることを含む表面欠陥除去工程と、前記表面欠陥除去工程後に、前記表面に塑性歪を付与する塑性歪付与工程とを含む、熱間圧延用チタン材の製造方法である。
　本発明に係る熱間圧延用チタン材の製造方法の一実施形態においては、前記傾斜角は、１０～３０°である。
　本発明に係る熱間圧延用チタン材の製造方法の一実施形態においては、前記高低差は、８ｍｍ以下である。
　本発明に係る熱間圧延用チタン材の製造方法の一実施形態においては、前記表面欠陥除去工程において前記表面を少なくとも切削で処理し、前記切削としては、曲率半径が２ｍｍ以上５０ｍｍ以下である丸型切削工具を使用する。
　本発明に係る熱間圧延用チタン材の製造方法の一実施形態においては、前記長手方向直交面の輪郭線の長さ３０００ｍｍあたり、前記傾斜面の数が４～４０個となるように前記表面欠陥除去工程を行う。
　本発明に係る熱間圧延用チタン材の製造方法の一実施形態においては、前記表面欠陥除去工程前に、チタンインゴットまたはチタンスラブを鋳造して前記チタン素材を得る工程を更に含む。
　本発明に係る熱間圧延用チタン材の製造方法の一実施形態においては、前記表面欠陥除去工程前に、前記チタンインゴットを鋳造した後、ブレークダウン処理を更に行うことで前記チタン素材を得る工程を更に含む。
　本発明に係る熱間圧延用チタン材の製造方法の一実施形態においては、前記塑性歪付与工程では、先端形状が曲率半径３～３０ｍｍの鋼製工具および半径３～３０ｍｍの鋼製球の少なくともいずれか一方を用いて前記チタン素材の表面を打撃することにより、該表面に複数のディンプルを形成する。
　また、本発明は別の一側面において、上述した熱間圧延用チタン材の製造方法を実施して熱間圧延用チタン材を得る工程と、前記熱間圧延用チタン材を熱間圧延する工程とを含む、熱間圧延材の製造方法である。
　一実施形態によれば、熱間圧延材において表面欠陥が少ない、特にチタン素材への塑性歪付与処理に起因する表面欠陥が少ない、熱間圧延用チタン材の製造方法が提供される。また、他の一実施形態によれば、表面欠陥の少ない熱間圧延材を製造する熱間圧延材の製造方法が提供される。
チタン素材表面の傾斜面の高低差と傾斜角を説明するための長手方向直交面における概略説明図である。 表面欠陥を角型切削工具により除去したチタンスラブにおける傾斜面の例を示す長手方向直交面における概略説明図である。 表面欠陥を丸型切削工具により除去したチタンスラブにおける傾斜面の例を示す長手方向直交面における概略説明図である。 表面欠陥を研削加工又は研磨加工により除去したチタンスラブにおける傾斜面の例を示す長手方向直交面における概略説明図である。 表面欠陥を除去したチタンスラブの全体形状の例を示す概略斜視図である。 塑性歪付与の前後を示す概略説明図の一例である。 表面欠陥を除去したチタンスラブの長手方向直交面における概略断面図の一例である。 表面欠陥を除去したチタンスラブの長手方向直交面における概略断面図の別の例である。 表面欠陥を除去したチタンスラブの長手方向直交面における概略断面図の更に別の例である。 表面欠陥を除去したチタンビレットの長手方向直交面における概略断面図の例である。 実施例１～６及び比較例１～３における熱間圧延材を製造する製造方法を説明するフロー図である。 実施例５、６及び比較例３における表面欠陥を除去したチタンスラブの表面全体を示す概略斜視図である。
　以下、本発明の実施形態について説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
　工程の概略を説明すると、チタンインゴットまたはチタンスラブを鋳造してチタン素材を得て、該チタン素材は塑性歪付与処理を受けて熱間圧延用チタン材となり、該熱間圧延用チタン材は熱間圧延されて熱間圧延材となる。塑性歪付与処理を受ける表面は、通常、熱間圧延の圧延面である。
　チタン素材の組成は特に限定されず、純チタン材とチタン合金材を使用可能である。チタン合金材は、チタンとＦｅ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｖ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｍｏ等の金属との合金材であり、具体例としては、Ｔｉ－６－４（Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ）、Ｔｉ－５Ａｌ－２．５Ｓｎ、Ｔｉ－８－１－１（Ｔｉ－８Ａｌ－１Ｍｏ－１Ｖ）、Ｔｉ－６－２－４－２（Ｔｉ－６Ａｌ－２Ｓｎ－４Ｚｒ－２Ｍｏ－０．１Ｓｉ）、Ｔｉ－６－６－２（Ｔｉ－６Ａｌ－６Ｖ－２Ｓｎ－０．７Ｆｅ－０．７Ｃｕ）、Ｔｉ－６－２－４－６（Ｔｉ－６Ａｌ－２Ｓｎ－４Ｚｒ－６Ｍｏ）、ＳＰ７００（Ｔｉ－４．５Ａｌ－３Ｖ－２Ｆｅ－２Ｍｏ）、Ｔｉ－１７（Ｔｉ－５Ａｌ－２Ｓｎ－２Ｚｒ－４Ｍｏ－４Ｃｒ）、β－ＣＥＺ（Ｔｉ－５Ａｌ－２Ｓｎ－４Ｚｒ－４Ｍｏ－２Ｃｒ－１Ｆｅ）、ＴＩＭＥＴＡＬ５５５、Ｔｉ－５５５３（Ｔｉ－５Ａｌ－５Ｍｏ－５Ｖ－３Ｃｒ－０．５Ｆｅ）、ＴＩＭＥＴＡＬ２１Ｓ（Ｔｉ－１５Ｍｏ－２．７Ｎｂ－３Ａｌ－０．２Ｓｉ）、ＴＩＭＥＴＡＬ　ＬＣＢ（Ｔｉ－４．５Ｆｅ－６．８Ｍｏ－１．５Ａｌ）、１０－２－３（Ｔｉ－１０Ｖ－２Ｆｅ－３Ａｌ）、Ｂｅｔａ　Ｃ（Ｔｉ－３Ａｌ－８Ｖ－６Ｃｒ－４Ｍｏ－４Ｃｒ）、Ｔｉ－８８２３（Ｔｉ－８Ｍｏ－８Ｖ－２Ｆｅ－３Ａｌ）、１５－３（Ｔｉ－１５Ｖ－３Ｃｒ－３Ａｌ－３Ｓｎ）、ＢｅｔａＩＩＩ（Ｔｉ－１１．５Ｍｏ－６Ｚｒ－４．５Ｓｎ）、Ｔｉ－１３Ｖ－１１Ｃｒ－３Ａｌ等が挙げられる。これらの具体例において、元素記号に付随する数字は各合金元素の含有量（質量％）を表す。
　チタン素材にはスラブやビレット等と同等形状の鋳造材（いわゆる直接鋳造材）、およびブレークダウン処理を経たもの、いずれも含まれる。また、チタン素材の形状は特に限定されず、例えばスラブ、ブルーム又はビレット等でよい。
　鋳造ままやブレークダウン処理ままでは長手方向に沿ってその直交面（直交断面と称する場合もある）を観察すると断面形状が安定せず、チタン素材の表面を加工することが有利であり、組成に着目するとチタン素材の表面は通常、酸窒化被膜で覆われている。その上、表面には疵などの表面欠陥が存在している。よって、後述の塑性歪付与処理前において、チタン素材の表面に切削、研削、および研磨からなる群から選ばれる少なくとも１以上の処理を行い、表層部位を除去・整形することが好ましい。
　上記除去処理の具体例として、プラノミラーでの加工やプレーナーでの加工に代表される切削、砥石での加工に代表される研削、バフ掛けに代表される研磨を例示できる。なお、切削、研削、および研磨からなる群から選ばれる少なくとも１以上で処理する際の条件を適切に設定することにより後述する傾斜面の傾斜角を小さくすることが可能である。
　例えば、切削角が４５°以下の角型切削工具を使用するか、曲率半径２ｍｍ（２Ｒ）以上の丸型切削工具を使用することで効率的に好ましい傾斜面を形成できる。丸型切削工具はその曲率半径を大きくすることで傾斜面の傾斜角を小さくすることが可能なため、角型切削工具よりも好ましい。特に、丸型切削工具の曲率半径は２ｍｍ以上５０ｍｍ以下が好ましい。この範囲とすると、切削機械が小型化でき、好ましい傾斜面の形成が効率的となる。
　また、後述する傾斜面の傾斜角を４５°以下にする作業は、ハンドグラインダー等による研削加工によっても実施することができる。研削加工対象となる傾斜面の数が少ない場合や、傾斜面の高さが小さい場合等は、ハンドグラインダーによる研削加工の方が、作業が簡易的に済む場合がある。
　チタン素材がスラブである場合、該スラブの長手方向は通常、圧延方向となる。本発明においては、通常、スラブの圧延方向に直交し厚み方向に平行な断面を長手方向直交面という。なお、スラブ圧延面が正方形である場合は該正方形のいずれかの辺に沿う方向を長手方向とすればよい。
　一方、チタン素材がビレットである場合、該ビレットの長手方向は通常、圧延方向となる。本発明においては、通常、ビレットの圧延方向に直交し円形面または略円形面である断面を長手方向直交面という。
　一実施形態において、塑性歪付与処理前に、チタン素材の表面には、長手方向直交面において高低差０．１ｍｍを超える、傾斜面が長手方向に沿って設けられる。この高低差は後述する切削等によって設けられてもよいし、鋳造時に形成されたものであってもよい。一般的には、鋳造後のインゴット等は断面形状が安定しておらず、その表面も処理が必要であり、熱間圧延前には前処理が必須である。もし、高低差０．１ｍｍ以下の傾斜面の形状となるように精確な矩形・円形に調整した場合には、歩留まりの低下だけでなく作業負荷も生じる。よって、チタン素材の長手方向直交面において高低差０．１ｍｍを超える傾斜面の形状を規定することが、塑性歪付与処理に起因する表面欠陥を抑制する上では重要である。傾斜面の高低差の上限値側は塑性歪付与処理に鑑み適宜選択すればよく、一つの傾斜面の高低差の上限値は、典型的には８ｍｍ以下、より典型的には４ｍｍ以下としてよい。なお、この高低差Ｈは、図１に示すように、チタン素材を長手方向直交面１０において観察したときに、測定対象となる１つの傾斜面２０を挟み、チタン素材表面の輪郭線ＣＬに接する２本の平行線ＰＬ１、ＰＬ２の距離が最も長くなる当該平行線ＰＬ１、ＰＬ２の距離である。
　本発明において、高低差とは、各傾斜面における高低差の平均値をいう。
　傾斜面の傾斜角は以下の方法により求める。すなわち、図１に示すように、チタン素材を長手方向直交面１０において観察したときに、高低差を決めるための２本の平行線ＰＬ１、ＰＬ２のうち低い位置にある平行線ＰＬ１を基線ＢＬ１とし、その基線ＢＬ１における傾斜面２０が立ち上がる点（立ち上がり点３０）と、傾斜面２０の傾斜角θが最大となる点を結び傾斜線ＳＬを決定する。高低差Ｈを決めるための２本の平行線ＰＬ１、ＰＬ２のうち高い位置にある平行線ＰＬ２を基線ＢＬ２として決定する。傾斜線ＳＬと基線ＢＬ２が形成する角が傾斜面２０の傾斜角θである。なお、傾斜面２０の傾斜角θは０°を超えて９０°以下となる角を採用する。
　本発明において、傾斜角とは、複数の傾斜面における傾斜角の平均値をいう。
　チタン素材がスラブである場合を例にとり、図２Ａ～Ｃを用いて傾斜角を説明する。この例に示されるチタン素材は、上述した長手方向直交面において傾斜面が長手方向に沿って設けられている。例えば、チタン素材の表面を角型切削工具により切削した場合には、図２Ａに示すように、長手方向直交面１０の傾斜面２０は角型切削工具が有する角の形状を反映している。また、チタン素材の表面を丸型切削工具により切削した場合には、図２Ｂに示すように、長手方向直交面１０の傾斜面２０は丸型切削工具が有する形状を反映した形状となる。また、チタン素材の表面を研削加工や研磨加工した場合には、図２Ｃのように、個別に傾斜角θ、θ’を求め、これらθとθ’のうち大きい方を傾斜面２０の傾斜角θとすればよい。なお、図２Ａ～Ｃにおいては、下側を底面４０とする。
　なお、鋳造されたチタン素材の表面に特に深い表面欠陥が存在した場合には、表面欠陥を除去するため、その周辺を局所的に切削および研削の少なくともいずれか一方を行うと、これによっても局所的な傾斜面２５が生じる（図３）。この場合であっても、上述の方法により傾斜面２０の傾斜角θを求めることができる。なお、長手方向直交面１０については、チタンスラブ１の切断面を示すものである。
　チタン素材に設けられた傾斜面の傾斜角は４５°以下とする。傾斜角が４５°を超えると塑性歪付与処理後の熱間圧延において表面欠陥が発生しやすくなる。また、場合によっては、塑性歪付与処理後の熱間圧延用チタン材において表面欠陥が見出される場合もある。これは、チタン素材表面に存在する高低差を伴う段部が塑性加工によってチタン素材内に巻き込まれることに起因する表面欠陥である。具体的には、チタン素材の長手方向直交面１１０において、加工工具のハンマリング等によって塑性歪をチタン素材の表面に付与する際、傾斜面がチタン素材の表層数百μｍ深さに巻き込まれることで新たな表面欠陥となる（図４）。この巻き込みに起因する表面欠陥を有する熱間圧延用チタン材を熱間圧延すると、熱間圧延により製造される熱間圧延材の表面に、塑性歪付与材に特有の表面欠陥が発生しやすくなる。このため、チタン素材に設けられた傾斜面の傾斜角は小さい方が上記チタン素材への巻き込みに起因する熱間圧延用チタン材における表面欠陥の発生率をより低くできる。傾斜面の傾斜角は、４５°以下であり、４０°以下であることが好ましく、３０°以下であることがより好ましく、２０°以下であることが更に好ましい。上記傾斜面の傾斜角は、典型的に５°以上であり、より典型的に１０°以上である。ただし、本発明において、コーナー部２１（図３）は、上記傾斜面の傾斜角に含まれるものではない。
　なお、上記チタン素材への巻き込みに起因する熱間圧延用チタン材における表面欠陥は、浸透探傷検査にて検出することが可能であるため、塑性歪付与後に再度この表面欠陥を研削等で除去することも可能である。しかし、塑性歪付与後に表面欠陥を研削等で除去すると、当該部位の塑性歪付与層も同時に除去することになる。よって、当該部位では塑性歪の効果が損なわれ、熱間圧延後の熱間圧延材表面に、凝固組織に起因する表面疵が発生しやすくなる上、工程が増えることによるコスト増を招く。このような不具合を回避するため、塑性歪付与処理において表面欠陥を発生させないことが望ましく、塑性歪付与処理の前にチタン素材表面の傾斜面の形状を調整しておく。
　チタン素材の長手方向直交面の輪郭線の長さ３０００ｍｍあたり、前記傾斜面の数が４～４０個となるようにチタン素材の表面を処理することが好ましい。上記傾斜面の数は、切削等の後の形状を、なるべく切削等の前の形状に近づけて歩留ロスを低減するという観点から、下限値として４個以上が好ましく、８個以上がより好ましく、１２個以上が更に好ましく、１６個以上が更により好ましい。また、上記傾斜面の数は、切削等の所要時間を工業的に許容される時間内に収めるという観点から、上限値として４０個以下が好ましく、３０個以下がより好ましく、２４個以下が更に好ましく、２０個以下が更により好ましい。なお、長手方向直交面の輪郭線は、長手方向直交面の輪郭を線として捉え、その長さを求めている。
　チタン素材がスラブである場合には、チタンスラブの表面を切削して、表面欠陥を除去したチタンスラブの長手方向直交面１０としては、図５Ａ～Ｃが例示される。
　また、チタン素材がビレットである場合には、チタンビレットの表面を切削して、表面欠陥を除去したチタンビレットの長手方向直交面１０としては、図５Ｄが例示される。
　チタン素材表面に塑性歪を付与する方法は適宜選択可能である。例えば国際公開第２０１０／０９０３５２号に記載されている方法が採用できる。先端形状が曲率半径３～３０ｍｍ（３～３０Ｒ）を有する鋼製工具および半径３～３０ｍｍ（３～３０Ｒ）の鋼製球の少なくともいずれか一方によって、チタン素材の表面を冷間で打撃し、所定量塑性変形させて所定の大きさの複数のディンプルを形成する方法が挙げられる。なお、所定の大きさのディンプルとは、形成されたディンプルの凹凸の深さ（高さ）や間隔を、ＪＩＳ　Ｂ０６０１（２００１）に記載されている表面性状パラメーターのうち、うねりの輪郭曲線要素の平均高さ（Ｗｃ）、ディンプルの深さ、うねりの輪郭曲線要素の平均長さ（ＷＳｍ）で表したとき、冷間で塑性変形されて形成されたディンプル表面において、Ｗｃが０．２～１．５ｍｍ、ＷＳｍが３～１５ｍｍの範囲であることが好ましい。より好ましくは、Ｗｃが０．３～１．０ｍｍ、ＷＳｍが４～１０ｍｍの範囲である。
　チタン素材表面に塑性歪付与処理を行って熱間圧延用チタン材を得ることができる。該熱間圧延チタン材を熱間圧延することで熱間圧延材を得ることができる。該熱間圧延の条件や設備は製造する熱間圧延材に鑑み適宜選択すればよい。
　以下、本発明の内容を実施例及び比較例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例１～６及び比較例１～３における熱間圧延材を製造する製造方法を説明するフロー図である図６と、チタンスラブの表面全体を示す概略斜視図である図７を使用しながら説明する。また、実施例５，６及び比較例３では、チタンスラブ１の傾斜面２０の数が１６である。
　［実施例１］
　図６に示す鋳造工程Ｓ１１では、幅１０００ｍｍ×厚み２５０ｍｍ×長さ６０００ｍｍの鋳造チタンスラブを電子ビーム溶解炉で直接製造した。その後、表面欠陥除去工程Ｓ１２では、鋳造チタンスラブを曲率半径５ｍｍ（５Ｒ）の丸型チップを用いて切削し、長手方向直交面において高低差が２．５ｍｍである、複数の傾斜面を長手方向に沿って設けた。電子顕微鏡で表面を観察して、高低差が０．１ｍｍを超える傾斜面の傾斜角を測定した結果、複数ある傾斜面で確認された傾斜角の平均値は３０°であった。なお、使用するチタンスラブは厚み方向に平行となる断面である長手方向直交面において多段の傾斜面を有する。なお、１つの傾斜面における高低差については、ノギスで計測した。
　傾斜面の形成後、ＪＩＳ　Ｚ２３４２－１（２００１）に記載の方法に則った浸透探傷検査によりチタンスラブの表面欠陥を全て除去できたことを確認した。
　次いで、塑性歪付与工程Ｓ１３では、該チタンスラブは、先端形状が曲率半径３～３０ｍｍ（３～３０Ｒ）の範囲内にある鋼製工具にて、その表層全面に冷間でハンマリング処理して所定のディンプル性状となるように塑性歪を付与し熱間圧延用チタン材とした。熱間圧延用チタン材を浸透探傷検査により確認したが、表面欠陥は観察されなかった。その後、熱間圧延工程Ｓ１４では、熱間圧延用チタン材を熱間圧延し、酸洗処理して熱間圧延材を得た。該熱間圧延材を目視観察したが、表面疵は発見されなかった。
　上記の鋳造チタンスラブから熱間圧延材を製造する工程を同様の条件で４回行った。その結果、鋳造チタンスラブから切削、塑性歪付与処理、熱間圧延、酸洗処理を経て製造した熱間圧延材において、４回とも表面の疵は目視観察にて発見されなかった。
　［実施例２～６、比較例１～３］
　傾斜面の傾斜角及び切削した工具型を表１に示すように変化させたこと以外は、実施例１と同様の条件にて鋳造チタンスラブから熱間圧延用チタン材を製造した。それぞれの条件で５個ずつ熱間圧延用チタン材を作製し、浸透探傷検査にて表面欠陥が検出されたサンプルの数を比較した。なお、実施例５、６及び比較例３では、表面欠陥除去工程Ｓ１２において、図７に示すように、チタンスラブ１の表面欠陥を角型切削工具で切削した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　　（考察）
　実施例１～６では、長手方向直交面において高低差が０．６ｍｍ以上である、複数の傾斜面が長手方向に沿って設けられ、複数の傾斜面の傾斜角の平均値が４５°以下であったため、塑性歪付与工程Ｓ１３後の浸透探傷検査において表面欠陥が少ないことを確認した。特に、実施例１、２及び５では、傾斜面の傾斜角の平均値が１０～３０°であったため、塑性歪付与工程Ｓ１３後の浸透探傷検査において表面欠陥がすべて除去されていることを確認した。
　一方、比較例１～３では、傾斜面の傾斜角の平均値が４５°を超えていたため、塑性歪付与工程Ｓ１３後の浸透探傷検査において表面欠陥が生じていることを確認した。
１　チタンスラブ
１０、１１０　長手方向直交面
２０　傾斜面
２１　コーナー部
２５　局所的な傾斜面
３０　立ち上がり点
４０　底面
ＢＬ１、ＢＬ２　基線
ＣＬ　輪郭線
Ｈ　高低差
ＰＬ１、ＰＬ２　平行線
ＳＬ　傾斜線
θ、θ’　傾斜角
Ｓ１１　鋳造工程
Ｓ１２　表面欠陥除去工程
Ｓ１３　塑性歪付与工程
Ｓ１４　熱間圧延工程

Claims (9)

  1. 　チタン素材の表面に、切削、研削、および研磨からなる群から選ばれる少なくとも１以上で処理することで、長手方向直交面において高低差が０．１ｍｍを超え、傾斜角が４５°以下である複数の傾斜面を長手方向に沿って設けることを含む表面欠陥除去工程と、
    　前記表面欠陥除去工程後に、前記表面に塑性歪を付与する塑性歪付与工程とを含む、熱間圧延用チタン材の製造方法。
  2. 　前記傾斜角は、１０～３０°である請求項１に記載の熱間圧延用チタン材の製造方法。
  3. 　前記高低差は、８ｍｍ以下である請求項１または２に記載の熱間圧延用チタン材の製造方法。
  4. 　前記表面欠陥除去工程において前記表面を少なくとも切削で処理し、前記切削としては、曲率半径が２ｍｍ以上５０ｍｍ以下である丸型切削工具を使用する請求項１～３のいずれか一項に記載の熱間圧延用チタン材の製造方法。
  5. 　前記長手方向直交面の輪郭線の長さ３０００ｍｍあたり、前記傾斜面の数が４～４０個となるように前記表面欠陥除去工程を行う請求項１～４のいずれか一項に記載の熱間圧延用チタン材の製造方法。
  6. 　前記表面欠陥除去工程前に、チタンインゴットまたはチタンスラブを鋳造して前記チタン素材を得る工程を更に含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の熱間圧延用チタン材の製造方法。
  7. 　前記表面欠陥除去工程前に、前記チタンインゴットを鋳造した後、ブレークダウン処理を更に行うことで前記チタン素材を得る工程を更に含む、請求項６に記載の熱間圧延用チタン材の製造方法。
  8. 　前記塑性歪付与工程においては、先端形状が曲率半径３～３０ｍｍの鋼製工具および半径３～３０ｍｍの鋼製球の少なくともいずれか一方を用いて前記チタン素材の表面を打撃することにより、該表面に複数のディンプルを形成する、請求項１～７のいずれか一項に記載の熱間圧延用チタン材の製造方法。
  9. 　請求項１～８のいずれか一項に記載の熱間圧延用チタン材の製造方法を実施して熱間圧延用チタン材を得る工程と、
    　前記熱間圧延用チタン材を熱間圧延する工程とを含む、熱間圧延材の製造方法。
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