JPH01205060A - α＋β型チタン合金継目無管の製造方法 - 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α→−β型チタフチタフ合金る継目無管の熱間
製造方法に関する。

〔従来の技術〕

チタンは純チタンとα型、α＋β型、β型のチタン合金
とに分類される。これらのチタンは軽量、高耐食性を有
し、特にその継目無管は化学プラント、航空機用油圧配
管へ適用されている。

これらチタンのうら、α＋β型チタン合金は室温でαと
βの２相が共存し、高温では安定相であるβ単相となる
。α＋βからβ単相となる温度はβトランザスと呼ばれ
ている。代表的なαトβ型合金としてはＴｉ−３Ａρ−
２，５■、Ｔｉ−６ＡＩｌ−４Ｖ、Ｔｌ−６ＡＪ−６Ｖ
−２５ｎ、Ｔｉ　−６Ａｊ！−２３ｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ
、ＴＩＴｌ−６ＡＩｌ−２３ｎ−４Ｚｒ−６などがある
。

ところで、従来より継目無金属管の製造法としては押出
し法、傾斜圧延法等の熱間製管法がよく知られている。

押出し法の一方式としてユジーンセジェルネ法と呼ばれ
る方式があり、この方式は熱間でガラス潤滑材を使用し
て押出し成型加工を行う方法である（以下、押出し法と
はユジーンセジュルネ方式傾斜圧延法は、傾斜ロール圧
延機にて中実ビレットを熱間で穿孔する方法である。そ
して、得られた中空素管は、更にマンドレルミル、プラ
グミル、サイザー、レデューサ等の圧延機により熱間で
所定の寸法まで縮径減肉圧延される。

前述したチタンはおしなべて熱間加工性が悪く、チタン
の継目無管の製造には前者の押出し法がもっばら用いら
れている。

後者の傾斜圧延法は、製造能率および歩留りが高く、製
造コストの而で有利な方法であるが、チタンの継目無管
の製造に適用された例はない。

〔発明が解決しようとする課題） ところが、チタンは活性で焼付き易く、前者の押出し法
を使用しても押出し後の肌が悪くなり、押出管の外面を
研削する必要がある。その上、押出し法では製造能率が
低く、ビレットの穴ぐり等の前加工を要する。そのため
、歩留りが悪く、製造コストの上昇は避けられない。

なお、チタン継目無管の製造に後者の高能率な傾斜圧延
法を適用した場合は、加工速度が速く、部分的な昇温に
より組織の不均一が生し、場合によっては熱間圧延後に
粗大な針状組織ないしは加工組織が残存し、製品の延性
を低下させるという致命的な問題が生じる。

本発明は、チタンのなかの特にα４β型チタン合金に対
し高能率な傾斜圧延法を適用して、なおかつ優れた強度
と延性を保証するα＋β型チタン合金継目無管の製造法
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らの調査によると、チタン継目無管の製造に（
頃斜圧延法を適用した場合、最終圧延機（例えばサイザ
ーとかレデューサ）の出ロ材ネミ１／Ａ＆度によって管
の金属組織が大きな影響を受けることが判明した。

第２図は純チタンとチタン合金の変態温度と、Ｖ、Ｍｏ
、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ等のβ相安定化元素量との関係を模
式的に示す状態図である。図によると、β相安定化元素
が増加するにつれβ相からα＋β相に変化する温度、す
なわちβトランザス線が低下することが示される。

純チタンとチタン合金の板圧延での安定な加工温度範囲
はβトランザス線の下にある。チタンがβトランザス線
より上の高温である場合はβ単相になり、この温度域で
加工されると粗い針状組織を生成し、製品の延性を害す
るおそれが生じる。

したがって、板圧延はβトランザス以下の温度で行われ
ている。

しかし、純チタンまたはチタン合金が管状に圧延され、
かつ傾斜圧延法のごとき三次元状態の大きな変形歪を受
けるときは、材料が最終圧延機をβトランザス以上、β
トランザス＋５０℃以下温度で出るならば、針状ｍｍは
生成するものの、その組織は細かくなり、製品晶質に弊
害を及ぼさないことが明らかとなった。また、最終圧延
機の出口１ｌｊＬ度が２００℃以−し、βトランザス以
下の温度範囲内であれば細かな等軸組織を保つことがで
きる。

一方、傾斜圧延ｌｊｉでは部分的な昇温による組織の不
均一が不可避的に生じるが、これを解消するためには、
圧延後に５００℃以上、βトランザス以下の温度で焼鈍
することも有効なことも明らかとなった。

以上の知見より、純チタンまたはα型もしくはαトβ型
チタン合金継目無管を傾斜圧延法により製造するに際し
、最終圧延機出口温度を２００℃以上、βトランプスト
５０℃以下とし、圧延後さらに５００°Ｃ以上、βトラ
ンザス以下の温度で焼鈍すればチタン継目無管を高能率
な傾斜圧延法で延性低下を生じることなく製造すること
が可能となる。

ここで最終圧延機とは、傾斜圧延ラインの最終段に位置
する圧延機を言い、通常は定形圧延機、絞り圧延機と呼
ばれるサイザー、レデューサが該当する。

ところが、このような製造方法は、α→β型チクン合金
に対しては、その合金が本来保有している強度を有効に
発揮させることができない。これは、製造工程の中の焼
鈍に問題があるためである。

本発明者らはα→−β型チタクチ２フ な延性を保証しつつ強度向上を図るには、延性低下の原
因である粗大な針状組織を生成させることなく、強化に
有効な過飽和固溶体を生成させ、かつこの過飽和固溶体
よりα相を析出さセるのが有効であると判断した。

すなわら、α＋β型チタン合金においては、高温加熱に
より高温安定相であるα相中に添加元素を固溶させ、そ
の後急冷により過飽和固溶体とした後、これを時効する
ことで過飽和な準安定相より低温安定相であるα相を析
出させるのが強化に有効である。

そして本発明者らは、このような要求を満足させるため
の傾斜圧延条件および熱処理条件の把握につとめた結果
、傾斜圧延の際の最終圧延機出口温度を２００℃以上、
βトランザス＋５０℃以下とした上で、圧延後さらにβ
トランザス−２００℃以上、βトランザス以下に加熱し
て冷却する焼入れを行い、その後、４５０〜７５０℃で
２〜２４ｈｒ時効することが有効なことを見出した。

ここで冷却とは、過飽和固溶体を生成するのに十分な速
度の冷却のことで、空冷以上の冷却速度を持つ水冷、油
冷等を指す。

本発明は、斯かる知見に基づきなされたもので、第１図
に示されるように、α←β型チタン合金からなる継目無
管を傾斜圧延法により製造するに際し、最終圧延を圧延
機用１）温度２００℃以上、βトランザス４５０℃以下
で行い、圧延後さらにβトランザス−２００℃以上、β
トランザス以下に加熱し、空冷以上の冷却速度で冷却し
た後、４５０〜７５０℃で２〜２４時間時効処理を行う
ことを特徴とするα＋β型チタン合金継目無管の製造方
法を要旨とする。

〔作　　用〕

本発明の方法において、最終圧延機出口温度を２００℃
以上、βトランザス＋５０℃以下に限定したのは、２０
０℃未満では製品の加工中に割れを発生し、βトランザ
ス＋５０℃を超えると最終圧延後の冷却中に針状組織が
ｔＵ大化し、製品の延性が著しく低下することによる。

圧延後の焼入工程における加熱温度をβトランザス−２
００℃以上、βトランザス以下としたのは、βトランザ
ス−２００°Ｃ未満の加熱では低ｔｉｆ＆相であるα相
の比率が大きく、製品の強化に寄与するのに十分な過飽
和準安定相を生成することが不可能になり、βトランザ
スを超えて加熱されると、Ｉ１）大な針状晶が生成し、
延性の低下を招くからである。

焼入工程における冷却速度を空冷以−ヒとしたのは、炉
冷等の徐冷では過飽相和を生成し得ないためである。

焼入後の時効工程を４５０〜７５０℃、２〜２４時間で
行うのは、次の理由による。４５０℃未満ではα相の析
出がないため製品が強化されず、７５０℃を超える温度
では析出するα相が粗大化し、やはり製品が強化されな
い。処理時間が２時間未満ではα相の析出が充分におこ
らず、２４時間を超える時効では時効効果は変わらず熱
経済性を悪化させるだけとなる。

〔実施例〕

本発明の効果を明らかにするため、２種類の比較試験を
行った。各比較試験における材質、工程、性能試験を第
１表に整理して示す。

○　比較試験１ 代表的なα＋β型チタン合金の１つであるＴｔ−６Ａｌ
−４Ｖに対する比較試験である。この合金のβトランザ
スは９８０℃である。

傾斜圧延工程は、熱間で中実丸ビレットを穿孔圧延機、
延伸圧延機にて１）０龍φ×９鰭りに加工した後、これ
を加熱炉で再加熱し、最終圧延機であるストレッチレデ
工−サーにて６９．５　＋ｎ　ｔ　ｘ８．５鰭むに仕上
げるものとした。圧延後の熱処理工程は焼入、時効処理
の順で行うものとした。そして、得られた製品について
引張試験を実施した。

試験片は６．２５ｍ−φ×標点距離２５璽烏とし、判定
基準はＡＭ３４９３５Ｅを用いた。

試験結果を傾斜圧延での最終圧延機であるレデューサ−
の出口温度、焼入温度、冷却速度、時効温度、時効時間
に対応させて第２表に示す。

嵩１はレデューサ−出口温度がβトランザス（９８０℃
）＋５０℃を超える場合であり、試験の結果は伸びが少
なく延性が不足した。これはレデューサ−圧延後の冷却
過程で組織が粗大化したことによる 隘２ばレデューサ−出口温度が２００℃未満の場合であ
り、伸びが少なく延性が不足した。これは低温圧延によ
り延性が不足し、管材内部に割れ（ボイド）が発生する
ためである。

阻３では焼入温度がβトランザス（９８０℃）を超える
ため、針状組織の生成により伸びが小さく総合評価は不
良である。

磁４．５では焼入温度がβトランザス（９８０’ＩＩ：
）−２００℃未満であるため、引張強さが規格値を下回
る。これは、焼入温度が低温になると冷却しても過飽和
な固溶体が生成されず製品が強化されないためである。

隘６は焼入工程における冷却速度が緩やかな炉冷である
場合で、引張強さが規格値より小さい。

陽７は時効温度が７５０℃を超える場合であり、過飽和
の準安定相より析出したα相が高温のため粗大化して引
張強さが規格値に達しない。

１ｌｋＬ８は時効温度が４５０℃未満である場合で、低
温のためα相の析出がおこらす引張強さが規格値を下回
っている。

丸９は時効時間が２時間未満の場合で、α相の析出が充
分でなく引張強さが規格値に達しない。

−１Ｏ〜２３では、レデューサ−出口温度、焼入温度、
冷却速度、時効温度、時効時間の全てが本発明範囲内に
あり、室温引張性能は八ＭＳ４９３５Ｅの規格を全て満
足するものである。

０　比較試験■ ＴＩＴｌ−６Ａ１−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６に対する比較試
験で、この合金のβトランザスは９４０℃である。

傾斜圧延工程は熱間で中実丸ビレットを穿孔圧延機、延
伸圧延機にて１９１ｍｍφＸ１５’ｍｔ、に加工し、こ
れを最終圧延機であるサイザーにて１７４、５　＋ｎφ
ｘ１５ｍｉｔに仕上げるものとした。熱処理工程は焼入
、時効処理からなる。

得られた製品について、比較試験１と同じ調査を行った
結果を第３表に示す６判定基準としては、ＡＭ５４９８
１Ａ（降伏点’；！：　１）２．６１ｇｆ　７ｍ”　。

引張強さ≧１）９．７ｋｇｆ／ａｍ”　、伸び≧１０％
）を用いた。

阻１はサイザー出口温度がβトランザス（９４０℃）ト
５０℃を超える場合であり、試験の結果では伸びが規格
を外れ延性が不足している。

１Ｉｋ１２はサイザー出口温度が２００°Ｃ未満の場合
であり、伸びが小さく延性が不足している。

磁３では焼入温度がβトランザス（９４０℃）を超えて
いるため、伸びが小さい。

隘４．５では焼入温度が共にβトランザス（９４０℃）
−２００℃未満であるため、強度が規格１）αに比して
不足している。

隘６は焼入工程における冷却速度が空冷より遅い炉冷の
場合であり、強度が規格４＋ｔに比して不足している。

陽７は時効温度が７５０℃を超える場合で、やはり強度
が不足している。

１）ｋＬ８は時効温度が４５０℃未満である場合で、や
はり強度が不足している。

ｌ１ｋＬ９は時効時間が２時間未満の場合で、やはり強
度が不足している。　　　　′ これに対し階ｌＯ〜２３では、サイザー出［１）温度、
焼入／２！１度、冷却速度、時効温度、時効時間の全て
が本発明範囲内にあり、製品の室温引張性質はＡＭ５４
９８１Ａの規格を全て満足する。

比較試験Ｉ、■を通じて本発明法により製造された継目
無管は、熱処理後、脱スケールのために内外面を０．５
鴎づつ研削すれば製品として使用できるものであった。

また、素材ビレットに対する内外削後の製品の歩留りは
８１％であり、これは従来のニージン押出法での歩留り
６０％に比べて著しく優れるものである。

〔発明の効果〕

以上のごとく、本発明はα＋β型チタン合金の継目無管
を傾斜圧延法により能率よく製造し、かつ優れた強度と
延性を保証するものであるから、製造コストの低減に多
大の効果を発揮するものでる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法における熱履歴を糸す概念間、第
２図は変態温度とβ相安定化元素との関係を模式的に示
す状態図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）α＋β型チタン合金からなる継目無管を傾斜圧延
   法により製造するに際し、最終圧延での圧延機出口温度
   を２００℃以上、βトランザス＋５０℃以下で行い、圧
   延後さらにβトランザス−２００℃以上、βトランザス
   以下に加熱し、空冷以上の冷却速度で冷却した後、４５
   ０〜７５０℃で２〜２４時間時効処理を行うことを特徴
   とするα＋β型チタン合金継目無管の製造方法。