JPH05117791A - 高強度高靱性で冷間加工可能なチタン合金 - Google Patents
高強度高靱性で冷間加工可能なチタン合金Info
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- JPH05117791A JPH05117791A JP28153391A JP28153391A JPH05117791A JP H05117791 A JPH05117791 A JP H05117791A JP 28153391 A JP28153391 A JP 28153391A JP 28153391 A JP28153391 A JP 28153391A JP H05117791 A JPH05117791 A JP H05117791A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 冷間加工可能でかつ強度・靱性値バランスに
優れるα／β型チタン合金を提供する。 【構成】 Al：1.5 〜4.0 ％、Ｖ：1.5 〜4.0 ％、Nb：
0.10〜10.0％、Fe：0.30％以下、Ｏ：0.30％以下で、残
部Tiであるα／β型チタン合金。製造に際しては、20％
以上の冷間加工後350 〜850 ℃の温度で15分間以上の熱
処理を行う。 【効果】 冷間加工で製品形状に仕上げることができ、
機械加工工程の大幅な短縮化が可能となる。
優れるα／β型チタン合金を提供する。 【構成】 Al：1.5 〜4.0 ％、Ｖ：1.5 〜4.0 ％、Nb：
0.10〜10.0％、Fe：0.30％以下、Ｏ：0.30％以下で、残
部Tiであるα／β型チタン合金。製造に際しては、20％
以上の冷間加工後350 〜850 ℃の温度で15分間以上の熱
処理を行う。 【効果】 冷間加工で製品形状に仕上げることができ、
機械加工工程の大幅な短縮化が可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、化学工業およびエネル
ギー開発分野において用いられる、あるいは一般工業用
構造材として用いられるチタン合金、特に高強度高靱性
でかつ冷間加工可能なチタン合金に関する。
ギー開発分野において用いられる、あるいは一般工業用
構造材として用いられるチタン合金、特に高強度高靱性
でかつ冷間加工可能なチタン合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】チタン合金は、比強度 (強度／比重) が
高いことから、従来は、航空・宇宙材料として用いられ
てきた。しかし近年に至り、厳しい環境に耐え得る油井
用材料の要求や軽量化を目的とする自動車用材料の見直
しの気運が高まり、これらエネルギー開発分野や一般工
業用構造材等の非航空・宇宙用途へのチタン合金の適用
が注目されつつある。
高いことから、従来は、航空・宇宙材料として用いられ
てきた。しかし近年に至り、厳しい環境に耐え得る油井
用材料の要求や軽量化を目的とする自動車用材料の見直
しの気運が高まり、これらエネルギー開発分野や一般工
業用構造材等の非航空・宇宙用途へのチタン合金の適用
が注目されつつある。
【０００３】チタン合金は、大きく分けると、α型、α
／β型、β型に分類できるが、強度、靱性が高いこと、
熱的安定性に優れること、実用データが豊富なこと等に
より、チタン合金といえばα／β型チタン合金が最も代
表的である。
／β型、β型に分類できるが、強度、靱性が高いこと、
熱的安定性に優れること、実用データが豊富なこと等に
より、チタン合金といえばα／β型チタン合金が最も代
表的である。
【０００４】α／β型チタン合金の実用合金には、Ti-6
Al-4V 、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti
-3Al-2.5V 、Ti-8Al-1Mo-1V 等があるが、非航空・宇宙
用途への適用に際しては、単に比強度が高いだけでは不
十分であり、他の要求性能との関係で、これら実用合金
をそのまま使用することはできず、種々の改良がなれて
きている。
Al-4V 、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、Ti
-3Al-2.5V 、Ti-8Al-1Mo-1V 等があるが、非航空・宇宙
用途への適用に際しては、単に比強度が高いだけでは不
十分であり、他の要求性能との関係で、これら実用合金
をそのまま使用することはできず、種々の改良がなれて
きている。
【０００５】例えば、本出願人はα／β型チタン合金に
白金族元素の１種以上を0.02〜0.20％添加すること、あ
るいはα／β型チタン合金に0.005 〜0.12％の白金族元
素、およびNi、Co、Ｗ、Moのうち１種以上を0.05〜2.0
％添加することにより、過酷な油井環境中でのチタン合
金の耐食性を改善する方法を提案している (特開昭63−
114931号公報) 。
白金族元素の１種以上を0.02〜0.20％添加すること、あ
るいはα／β型チタン合金に0.005 〜0.12％の白金族元
素、およびNi、Co、Ｗ、Moのうち１種以上を0.05〜2.0
％添加することにより、過酷な油井環境中でのチタン合
金の耐食性を改善する方法を提案している (特開昭63−
114931号公報) 。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、たとえ
これらの性能が改善されても、大部分のα／β型チタン
合金は冷間加工性が乏しいという欠点を有しており、寸
法精度に劣る熱間加工により概ねの形状に仕上げた後
に、長時間かけて機械加工で製品形状にせざるを得ず、
コストが高くなるという根本的な問題点が残っていた。
これらの性能が改善されても、大部分のα／β型チタン
合金は冷間加工性が乏しいという欠点を有しており、寸
法精度に劣る熱間加工により概ねの形状に仕上げた後
に、長時間かけて機械加工で製品形状にせざるを得ず、
コストが高くなるという根本的な問題点が残っていた。
【０００７】ただ、α／β型チタン合金の内でもTi-3Al
-2.5Vは、例外的に冷間加工が可能な合金であることが
知られている。本合金はAMS4943 およびAMS4944 に規格
化されており、その基本的な成分はAlが2.5 〜3.5 ％、
Ｖが2.0 〜3.0 ％、Feが0.30％以下、Ｏが0.12％以下の
主に航空機の油圧配管に用いられている合金である。こ
の合金であれば冷間加工で製品形状に仕上げ、コスト高
の主要因である機械加工費は大幅に削減できる。しか
し、他のα／β型チタン合金に比べ合金元素が少ないた
め、強度が低く、また加工硬化により強化しても靱性が
悪化し、優れた強度・靱性値のバランスを得ることがで
きず、エネルギー開発分野や一般工業用構造材等に用い
るには、望ましい性質を有していると言うことはできな
かった。
-2.5Vは、例外的に冷間加工が可能な合金であることが
知られている。本合金はAMS4943 およびAMS4944 に規格
化されており、その基本的な成分はAlが2.5 〜3.5 ％、
Ｖが2.0 〜3.0 ％、Feが0.30％以下、Ｏが0.12％以下の
主に航空機の油圧配管に用いられている合金である。こ
の合金であれば冷間加工で製品形状に仕上げ、コスト高
の主要因である機械加工費は大幅に削減できる。しか
し、他のα／β型チタン合金に比べ合金元素が少ないた
め、強度が低く、また加工硬化により強化しても靱性が
悪化し、優れた強度・靱性値のバランスを得ることがで
きず、エネルギー開発分野や一般工業用構造材等に用い
るには、望ましい性質を有していると言うことはできな
かった。
【０００８】本発明の目的は、冷間加工が可能であっ
て、かつ強度・靱性値のバランスに優れたチタン合金、
具体的には従来の冷間加工可能なα／β合金であるTi-3
Al-2.5V より優れた強度靱性値バランスを有するチタン
合金を提供することである。
て、かつ強度・靱性値のバランスに優れたチタン合金、
具体的には従来の冷間加工可能なα／β合金であるTi-3
Al-2.5V より優れた強度靱性値バランスを有するチタン
合金を提供することである。
【０００９】さらに、本発明のさらなる目的としては、
50％以上の冷間加工でも割れが発生しない冷間加工性を
有し、室温における0.2 ％耐力が90.0 kgf/mm2以上で、
かつ靱性値として室温(25 ℃) でのシャルピー衝撃値が
4.0kg-m/cm2 以上である、冷間加工が可能であって、か
つ強度および靱性値のバランスに優れたチタン合金を提
供することである。
50％以上の冷間加工でも割れが発生しない冷間加工性を
有し、室温における0.2 ％耐力が90.0 kgf/mm2以上で、
かつ靱性値として室温(25 ℃) でのシャルピー衝撃値が
4.0kg-m/cm2 以上である、冷間加工が可能であって、か
つ強度および靱性値のバランスに優れたチタン合金を提
供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる課
題を解決するために種々検討を重ね、次のような知見を
得た。 (a) Ti-3Al-2.5V 近傍のAl、Ｖ組成の合金に、Nbを添加
することで、Ti-3Al-2.5V の冷間加工性を保持しなが
ら、冷間加工後の強度・靱性値のバランスを向上させる
ことができることを見いだした。
題を解決するために種々検討を重ね、次のような知見を
得た。 (a) Ti-3Al-2.5V 近傍のAl、Ｖ組成の合金に、Nbを添加
することで、Ti-3Al-2.5V の冷間加工性を保持しなが
ら、冷間加工後の強度・靱性値のバランスを向上させる
ことができることを見いだした。
【００１１】(b) このα／β型チタン合金に、白金族元
素の１種以上を0.02〜0.20％添加するか、あるいはこの
α／β型チタン合金に0.005 〜0.12％の白金族元素およ
びNi、Co、Ｗ、Moのうち１種以上を総量で0.05〜2.0 ％
添加しても、上記の冷間加工性と優れた強度・靱性値の
バランスを保持しながら、硫化水素を含む環境下におい
ても優れた耐食性を発揮する。
素の１種以上を0.02〜0.20％添加するか、あるいはこの
α／β型チタン合金に0.005 〜0.12％の白金族元素およ
びNi、Co、Ｗ、Moのうち１種以上を総量で0.05〜2.0 ％
添加しても、上記の冷間加工性と優れた強度・靱性値の
バランスを保持しながら、硫化水素を含む環境下におい
ても優れた耐食性を発揮する。
【００１２】ここに、本発明は、重量％にて、Al：1.5
〜4.0 ％、Ｖ：1.5 〜4.0 ％、Nb：0.10〜10.0％、Fe：
0.30％以下、Ｏ：0.30％以下、残部Tiおよび不可避的不
純物から成る、高強度高靱性でかつ冷間加工可能なチタ
ン合金である。本発明は、別の面からは、Al：1.5 〜4.
0 ％、Ｖ：1.5 〜4.0 ％、Nb：0.10〜10.0％、Fe：0.30
％以下、Ｏ：0.30％以下、さらに白金族元素：0.02〜0.
20％含有し、残部Tiおよび不可避的不純物から成る、高
強度高靱性でかつ冷間加工可能なチタン合金である。
〜4.0 ％、Ｖ：1.5 〜4.0 ％、Nb：0.10〜10.0％、Fe：
0.30％以下、Ｏ：0.30％以下、残部Tiおよび不可避的不
純物から成る、高強度高靱性でかつ冷間加工可能なチタ
ン合金である。本発明は、別の面からは、Al：1.5 〜4.
0 ％、Ｖ：1.5 〜4.0 ％、Nb：0.10〜10.0％、Fe：0.30
％以下、Ｏ：0.30％以下、さらに白金族元素：0.02〜0.
20％含有し、残部Tiおよび不可避的不純物から成る、高
強度高靱性でかつ冷間加工可能なチタン合金である。
【００１３】本発明は、さらに別の面から、Al：1.5 〜
4.0％、Ｖ：1.5 〜4.0 ％、Nb：0.10〜10.0％、Fe：0.3
0％以下、Ｏ：0.30％以下、さらに白金族元素：0.005
〜0.12％、およびNi、Co、Ｗ、Moのうち１種以上を総量
で0.05〜2.0 ％含有し、残部Tiおよび不可避的不純物か
ら成る、高強度高靱性でかつ冷間加工可能なチタン合金
である。また、本発明にかかる合金の製造条件について
は、前記の強度と靱性値の目標値を達成するために冷間
で20％以上の加工を加えた後、350 〜850 ℃の温度で15
分以上焼鈍することが望ましい。
4.0％、Ｖ：1.5 〜4.0 ％、Nb：0.10〜10.0％、Fe：0.3
0％以下、Ｏ：0.30％以下、さらに白金族元素：0.005
〜0.12％、およびNi、Co、Ｗ、Moのうち１種以上を総量
で0.05〜2.0 ％含有し、残部Tiおよび不可避的不純物か
ら成る、高強度高靱性でかつ冷間加工可能なチタン合金
である。また、本発明にかかる合金の製造条件について
は、前記の強度と靱性値の目標値を達成するために冷間
で20％以上の加工を加えた後、350 〜850 ℃の温度で15
分以上焼鈍することが望ましい。
【００１４】
【作用】以下、本発明での条件の限定理由について記載
する。 (1) Al、Ｖ Alはチタン合金にはα相安定化元素であり最も一般的に
用いられる添加元素である。一方、Ｖはβ相安定化元素
である。これらの元素は固溶強化の目的でチタン合金に
添加される。
する。 (1) Al、Ｖ Alはチタン合金にはα相安定化元素であり最も一般的に
用いられる添加元素である。一方、Ｖはβ相安定化元素
である。これらの元素は固溶強化の目的でチタン合金に
添加される。
【００１５】まず強化するためにはAl 1.5％以上、また
Ｖ 1.5％以上添加することが必要である。しかし、Alの
濃度が4.0 ％超になると固溶強化が著しくなり、冷間加
工性が低下するため冷間加工時に割れが生じる。またＶ
が4.0 ％超含まれると強度が著しく上昇するが、これに
ともなって靱性の低下が大きく、前記の強度・靱性値の
目標値を満足することができなくなる。
Ｖ 1.5％以上添加することが必要である。しかし、Alの
濃度が4.0 ％超になると固溶強化が著しくなり、冷間加
工性が低下するため冷間加工時に割れが生じる。またＶ
が4.0 ％超含まれると強度が著しく上昇するが、これに
ともなって靱性の低下が大きく、前記の強度・靱性値の
目標値を満足することができなくなる。
【００１６】(2) Nb Nbは本発明の最も重要な元素であり、冷間加工性を悪化
させずに固溶強化し、チタン合金の強度・靱性値のバラ
ンスを高める効果を有する。Nbの濃度が0.10％未満であ
ると強化の効果がなく、また10.0％超含有すると強度は
上昇するが、靱性が低下してしまい、前述の目標値を満
足することができない。
させずに固溶強化し、チタン合金の強度・靱性値のバラ
ンスを高める効果を有する。Nbの濃度が0.10％未満であ
ると強化の効果がなく、また10.0％超含有すると強度は
上昇するが、靱性が低下してしまい、前述の目標値を満
足することができない。
【００１７】(3) Fe、Ｏ Fe、Ｏは強度向上のために添加される元素であり、通常
Feは0.30％以下、Ｏは0.30％以下の添加がなされる。し
かしながらこれら元素の前記上限近傍までの添加は強度
の上昇を招き、靱性の低下を促すため、望ましくはFeは
0.20％以下、Ｏは0.20％以下が推奨できる。
Feは0.30％以下、Ｏは0.30％以下の添加がなされる。し
かしながらこれら元素の前記上限近傍までの添加は強度
の上昇を招き、靱性の低下を促すため、望ましくはFeは
0.20％以下、Ｏは0.20％以下が推奨できる。
【００１８】その他、不可避的不純物としては、Ｃ、
Ｈ、Ｎ、Ｙ等が含有され、これらは通常、次の範囲内に
含まれることが許容される。Ｃ:0.10 ％以下、Ｈ:0.012
5 ％以下、Ｎ:0.05 ％以下、Ｙ:0.005％以下 (4) 白金族元素 (Pd、Ru、Rh、Os、IrおよびPt) これらの元素は、何れも油井環境にみられる高温で高濃
度のH2S やCO2 とClイオンとを含む環境での全面腐食を
防止する要求がなされたのに有効な成分であり、そのた
めに一種以上が添加されるものであるが、その効果は、
Ni、Co、ＷおよびMoとの複合添加がなされない場合には
合計量が0.02％以上の添加で明確になり、添加量が多い
程良好な結果が得られる。しかし、合計量で0.20％を超
えて添加しても上記効果は飽和してしまい、いたずらに
コスト高を招くことから、白金族元素の添加量は合計で
0.02〜0.20％と定めた。
Ｈ、Ｎ、Ｙ等が含有され、これらは通常、次の範囲内に
含まれることが許容される。Ｃ:0.10 ％以下、Ｈ:0.012
5 ％以下、Ｎ:0.05 ％以下、Ｙ:0.005％以下 (4) 白金族元素 (Pd、Ru、Rh、Os、IrおよびPt) これらの元素は、何れも油井環境にみられる高温で高濃
度のH2S やCO2 とClイオンとを含む環境での全面腐食を
防止する要求がなされたのに有効な成分であり、そのた
めに一種以上が添加されるものであるが、その効果は、
Ni、Co、ＷおよびMoとの複合添加がなされない場合には
合計量が0.02％以上の添加で明確になり、添加量が多い
程良好な結果が得られる。しかし、合計量で0.20％を超
えて添加しても上記効果は飽和してしまい、いたずらに
コスト高を招くことから、白金族元素の添加量は合計で
0.02〜0.20％と定めた。
【００１９】一方、Ni、Co、ＷおよびMoの何れか一種以
上との複合添加がなされる場合には、白金族元素の必要
添加量はより少なくなって経済性は一層向上する。つま
り、この場合には0.005 ％以上の添加で白金族元素の添
加効果が明瞭となる。しかし、0.12％を超えて添加して
もコストアップの割にはそれに見合った特性の向上がみ
られないことから、Ni、Co、ＷおよびMoとの複合添加が
なされる場合には白金族元素の添加量は合計で0.005 〜
0.12％と定めた。
上との複合添加がなされる場合には、白金族元素の必要
添加量はより少なくなって経済性は一層向上する。つま
り、この場合には0.005 ％以上の添加で白金族元素の添
加効果が明瞭となる。しかし、0.12％を超えて添加して
もコストアップの割にはそれに見合った特性の向上がみ
られないことから、Ni、Co、ＷおよびMoとの複合添加が
なされる場合には白金族元素の添加量は合計で0.005 〜
0.12％と定めた。
【００２０】(5) Ni、Co、ＷおよびMo これらの成分は、その中の一種以上を微量の白金族元素
に複合して添加することで、高温で高濃度のH2S やCO2
とClイオンとを含む環境での耐食性を極めて効果的に向
上させる、白金族元素と同等の作用を有しているが、そ
の添加量が0.05％未満では上記作用に所望の効果が得ら
れず、一方2.0 ％を超えて添加しても耐食性改善効果が
飽和することから、Ni、Co、ＷおよびMoの何れか一種以
上の添加量は合計で0.05〜2.0 ％と定めた。
に複合して添加することで、高温で高濃度のH2S やCO2
とClイオンとを含む環境での耐食性を極めて効果的に向
上させる、白金族元素と同等の作用を有しているが、そ
の添加量が0.05％未満では上記作用に所望の効果が得ら
れず、一方2.0 ％を超えて添加しても耐食性改善効果が
飽和することから、Ni、Co、ＷおよびMoの何れか一種以
上の添加量は合計で0.05〜2.0 ％と定めた。
【００２１】本発明にかかるチタン合金の製造方法は、
強度・靱性値の目標値を達成するためには、以下の範囲
内の処理条件で行うことが望ましい。すなわち、冷間で
20％以上の加工を行い、その後350 〜800 ℃の温度範囲
で15分以上保持した後空冷する熱処理を加える。なお、
ここで規定する加工度は以下の式で算出される。
強度・靱性値の目標値を達成するためには、以下の範囲
内の処理条件で行うことが望ましい。すなわち、冷間で
20％以上の加工を行い、その後350 〜800 ℃の温度範囲
で15分以上保持した後空冷する熱処理を加える。なお、
ここで規定する加工度は以下の式で算出される。
【００２２】 Ｒ＝100 ×(Ao −Af ) ／Ao Ｒ : 加工度 (％) Ao : 加工前素材の断面積 Af : 加工後製品の断面 なお、冷間での加工度が20％未満であれば強度目標が達
成されない場合がある。また熱処理温度が350 ℃未満で
は冷間加工による残留応力が除去されず、靱性値の目標
が達成されない。一方800 ℃超の温度では完全に軟化し
強度の目標が達成されなくなる。
成されない場合がある。また熱処理温度が350 ℃未満で
は冷間加工による残留応力が除去されず、靱性値の目標
が達成されない。一方800 ℃超の温度では完全に軟化し
強度の目標が達成されなくなる。
【００２３】さらに熱処理時の保持時間が15分未満では
熱処理の効果が発揮されず、残留応力が除去されず靱性
の改善がなされない場合がある。一方熱処理時間の上限
側については特に制限しないが経済的理由を考慮する
と、８時間程度を上限とするのが望ましい。
熱処理の効果が発揮されず、残留応力が除去されず靱性
の改善がなされない場合がある。一方熱処理時間の上限
側については特に制限しないが経済的理由を考慮する
と、８時間程度を上限とするのが望ましい。
【００２４】
【実施例】 (実施例１)機械的性質に与える添加成分の影響を調査す
る目的で表１に示す成分のチタン合金を溶解し機械的性
質を調査した。本実験での不純物はＣ＝0.05％、Ｈ＝0.
005 ％、Ｎ＝0.008 ％、Ｙ＝0.001 ％前後であった。実
験素材はインゴット (外径φ100 mm×高さ200 mm) をア
ルゴン雰囲気下でスカル溶解により作製した。インゴッ
トは1100℃に加熱後、幅50mm×厚さ30mmまで鍛造した
後、900 ℃に再加熱して、幅50mm×厚さ７mmまで熱間圧
延を行った。熱間圧延後の素材は850 ℃で１時間の熱処
理を行って完全焼鈍状態とした。
る目的で表１に示す成分のチタン合金を溶解し機械的性
質を調査した。本実験での不純物はＣ＝0.05％、Ｈ＝0.
005 ％、Ｎ＝0.008 ％、Ｙ＝0.001 ％前後であった。実
験素材はインゴット (外径φ100 mm×高さ200 mm) をア
ルゴン雰囲気下でスカル溶解により作製した。インゴッ
トは1100℃に加熱後、幅50mm×厚さ30mmまで鍛造した
後、900 ℃に再加熱して、幅50mm×厚さ７mmまで熱間圧
延を行った。熱間圧延後の素材は850 ℃で１時間の熱処
理を行って完全焼鈍状態とした。
【００２５】次に熱間加工で発生したスケールを除去す
る目的で厚さ６mmとなるまで機械加工した後、厚さ３mm
まで50％の冷間圧延を行った。添加した成分系によって
はこの冷間圧延で割れが発生する場合があった。冷間圧
延後の製品端部から１mm以上の割れが発生したものは冷
間加工性が乏しいものとして機械的性質の評価対象から
除外した。冷間圧延性の評価で割れの発生したものは
「×」とし、割れのないものを「○」とした。
る目的で厚さ６mmとなるまで機械加工した後、厚さ３mm
まで50％の冷間圧延を行った。添加した成分系によって
はこの冷間圧延で割れが発生する場合があった。冷間圧
延後の製品端部から１mm以上の割れが発生したものは冷
間加工性が乏しいものとして機械的性質の評価対象から
除外した。冷間圧延性の評価で割れの発生したものは
「×」とし、割れのないものを「○」とした。
【００２６】冷間圧延後の素材は550 ℃に加熱後、30分
保持してから空冷する熱処理を施した。熱処理後の素材
より圧延長手方向に平行部の肉厚３mmで幅6.25mm、標点
間距離＝25mmの板状試験片を採取しASTMに準拠して室温
で引張性質を調査した。また靱性値を評価する目的で圧
延長手方向に幅2.5 mmのJIS4号1/4 サイズのシャルピー
衝撃試験片(Vノッチ) を採取し、25℃にて試験を行っ
た。この場合シャルピー衝撃試験片の採取方向は圧延方
向に平行で亀裂の進展方向は圧延方向と直角とした。
保持してから空冷する熱処理を施した。熱処理後の素材
より圧延長手方向に平行部の肉厚３mmで幅6.25mm、標点
間距離＝25mmの板状試験片を採取しASTMに準拠して室温
で引張性質を調査した。また靱性値を評価する目的で圧
延長手方向に幅2.5 mmのJIS4号1/4 サイズのシャルピー
衝撃試験片(Vノッチ) を採取し、25℃にて試験を行っ
た。この場合シャルピー衝撃試験片の採取方向は圧延方
向に平行で亀裂の進展方向は圧延方向と直角とした。
【００２７】表１に試験結果を併せて示す。試験結果の
評価は0.2 ％耐力とシャルピー衝撃値に注目して行い、
0.2 ％耐力が90.0 kgf/mm2以上、かつシャルピー値が4.
0kg-m/cm2 以上を達成した場合に評価○とした。表１の
結果より本発明の規定する範囲内の成分において、冷間
加工性が充分でありかつ強度・靱性値の目標が達成され
ていることが判る。
評価は0.2 ％耐力とシャルピー衝撃値に注目して行い、
0.2 ％耐力が90.0 kgf/mm2以上、かつシャルピー値が4.
0kg-m/cm2 以上を達成した場合に評価○とした。表１の
結果より本発明の規定する範囲内の成分において、冷間
加工性が充分でありかつ強度・靱性値の目標が達成され
ていることが判る。
【００２８】(実施例２)Ti-3.2Al-2.6V-5.0Nb-0.10Fe-
0.11Ｏの配合成分を基本成分系として、これに表２に示
す各元素を添加した。素材の製造条件は実施例１の条件
と同じで、熱処理製品から切欠付４点曲げ試験片を素材
圧延方向と平行に採取し、応力腐食割れ試験を行った。
試験条件は以下の通りであった。
0.11Ｏの配合成分を基本成分系として、これに表２に示
す各元素を添加した。素材の製造条件は実施例１の条件
と同じで、熱処理製品から切欠付４点曲げ試験片を素材
圧延方向と平行に採取し、応力腐食割れ試験を行った。
試験条件は以下の通りであった。
【００２９】すなわち付加応力は0.2 ％耐力と等しい応
力とし、試験環境は10atmH2S＋10atmCO2＋25％NaCl＋1g
/1S で温度は232 ℃とした。この条件下でオートクレー
ブに６ヵ月間浸漬し、試験片取り出し後切り欠底を50倍
に拡大して観察し、割れの発生の有無を調査した。
力とし、試験環境は10atmH2S＋10atmCO2＋25％NaCl＋1g
/1S で温度は232 ℃とした。この条件下でオートクレー
ブに６ヵ月間浸漬し、試験片取り出し後切り欠底を50倍
に拡大して観察し、割れの発生の有無を調査した。
【００３０】また機械的性質は実施例１と同じ方法で調
査した。表２に結果を示す。この結果から、本発明の範
囲内のAl、Ｖ、Nb、Fe、Ｏを含み、さらに白金族元素、
あるいは白金族元素とNi、Co、Ｗ、Mo等を適当量含む本
発明の合金は、強度と靱性値が高く、さらに良好な耐応
力腐食割れ性が確保できることが判る。
査した。表２に結果を示す。この結果から、本発明の範
囲内のAl、Ｖ、Nb、Fe、Ｏを含み、さらに白金族元素、
あるいは白金族元素とNi、Co、Ｗ、Mo等を適当量含む本
発明の合金は、強度と靱性値が高く、さらに良好な耐応
力腐食割れ性が確保できることが判る。
【００３１】(実施例３)Ti-3.2Al-2.6V-5.0Nb-0.10Fe-
0.11Ｏ合金を用い、真空アーク溶解された150 kgのイン
ゴット (外径φ300 mm) を1150℃に加熱後、鍛造にて幅
50mm×厚さ30mmとした。さらに900 ℃に加熱後、熱間圧
延にて幅50mm×厚さ12mmに仕上げた。圧延後の素材より
厚さ10mmの冷間圧延素材を採取し、冷間加工度を70％ま
で変化させ、冷間加工度の影響を調べた。調査した冷間
加工度については表３に示す。
0.11Ｏ合金を用い、真空アーク溶解された150 kgのイン
ゴット (外径φ300 mm) を1150℃に加熱後、鍛造にて幅
50mm×厚さ30mmとした。さらに900 ℃に加熱後、熱間圧
延にて幅50mm×厚さ12mmに仕上げた。圧延後の素材より
厚さ10mmの冷間圧延素材を採取し、冷間加工度を70％ま
で変化させ、冷間加工度の影響を調べた。調査した冷間
加工度については表３に示す。
【００３２】冷間圧延後の熱処理条件はすべて500 ℃×
30分である。機械的性質評価のための試験片採取方法お
よび評価方法は実施例１と同じである。ただし引張試験
片の厚みは２mmとした。機械的性質の評価結果を表３に
併せて示す。また表４には、従来合金であるTi-3.2Al-
2.6V-0.10Fe-0.11Ｏ合金を、本実施例と同一条件で加工
した場合の機械的性質を示す。
30分である。機械的性質評価のための試験片採取方法お
よび評価方法は実施例１と同じである。ただし引張試験
片の厚みは２mmとした。機械的性質の評価結果を表３に
併せて示す。また表４には、従来合金であるTi-3.2Al-
2.6V-0.10Fe-0.11Ｏ合金を、本実施例と同一条件で加工
した場合の機械的性質を示す。
【００３３】図１には、表３と表４のデータに基づき、
本発明合金と従来合金の強度・靱性値バランスを比較し
た結果を示す。図中の数字は冷間加工度を表わす。図１
より、本発明合金の強度・靱性値バランスは、従来合金
より優れていることが分かる。また、本発明の合金で
は、20％以上の加工度で冷間加工が実施された場合は強
度・靱性値の目標を満足している。一方従来合金では、
冷間加工度を調整しても強度・靱性値の目標値を満足で
きないことがわかる。
本発明合金と従来合金の強度・靱性値バランスを比較し
た結果を示す。図中の数字は冷間加工度を表わす。図１
より、本発明合金の強度・靱性値バランスは、従来合金
より優れていることが分かる。また、本発明の合金で
は、20％以上の加工度で冷間加工が実施された場合は強
度・靱性値の目標を満足している。一方従来合金では、
冷間加工度を調整しても強度・靱性値の目標値を満足で
きないことがわかる。
【００３４】(実施例４)厚さ５mmまで、50％冷間加工し
た素材について、熱処理条件の検討を行った。表５に検
討した熱処理条件を示す。合金組成、冷間加工までの製
造履歴、および評価方法は実施例３の場合と同じであ
る。機械的性質の評価結果を表５に併せて示す。
た素材について、熱処理条件の検討を行った。表５に検
討した熱処理条件を示す。合金組成、冷間加工までの製
造履歴、および評価方法は実施例３の場合と同じであ
る。機械的性質の評価結果を表５に併せて示す。
【００３５】また表６には、従来合金であるTi-3.2Al-
2.6V-0.10Fe-0.11Ｏ合金を、本実施例と同一条件で熱処
理した場合の機械的性質を示す。図２には表５と表６の
データに基づき、本発明合金と従来合金の強度・靱性値
バランスを比較した結果を示す。白丸が表５の結果を、
黒丸が表６の結果を表わす。
2.6V-0.10Fe-0.11Ｏ合金を、本実施例と同一条件で熱処
理した場合の機械的性質を示す。図２には表５と表６の
データに基づき、本発明合金と従来合金の強度・靱性値
バランスを比較した結果を示す。白丸が表５の結果を、
黒丸が表６の結果を表わす。
【００３６】図２より、本発明合金の強度・靱性値バラ
ンスは、従来合金より優れていることが分かる。また、
本発明の合金では、350 〜800℃の温度範囲および15分
以上の時間で熱処理された場合に強度・靱性値の目標を
満足している。一方従来合金では熱処理条件にかかわら
ず強度・靱性値の目標を満足できないことがわかる。
ンスは、従来合金より優れていることが分かる。また、
本発明の合金では、350 〜800℃の温度範囲および15分
以上の時間で熱処理された場合に強度・靱性値の目標を
満足している。一方従来合金では熱処理条件にかかわら
ず強度・靱性値の目標を満足できないことがわかる。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
【表３】
【００４０】
【表４】
【００４１】
【表５】
【００４２】
【表６】
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、構造材として用いられ
る高強度で高靱性を有する冷間加工可能なチタン合金が
提供され、チタン合金製の構造材を冷間加工で仕上げる
ことが可能となる。その結果、非航空・宇宙分野にチタ
ン合金を用いる際に実用化の障害となっていた、コスト
アップの主要因である製品形状仕上げのための機械加工
費が大幅に削減でき、化学工業、エネルギー開発分野、
一般工業用の構造材のチタン合金化が今後大幅に促進さ
れるものと考えられる。
る高強度で高靱性を有する冷間加工可能なチタン合金が
提供され、チタン合金製の構造材を冷間加工で仕上げる
ことが可能となる。その結果、非航空・宇宙分野にチタ
ン合金を用いる際に実用化の障害となっていた、コスト
アップの主要因である製品形状仕上げのための機械加工
費が大幅に削減でき、化学工業、エネルギー開発分野、
一般工業用の構造材のチタン合金化が今後大幅に促進さ
れるものと考えられる。
【図１】冷間加工度を変えた場合の、本発明合金と従来
合金の強度・靱性値バランスの比較図である。
合金の強度・靱性値バランスの比較図である。
【図２】熱処理条件を変えた場合の、本発明合金と従来
合金の強度・靱性値バランスの比較図である。
合金の強度・靱性値バランスの比較図である。
Claims (3)
- 【請求項１】 重量％にて、Al：1.5 〜4.0 ％、Ｖ：1.
5 〜4.0 ％、Nb：0.10〜10.0％、Fe：0.30％以下、Ｏ：
0.30％以下、残部Tiおよび不可避的不純物から成ること
を特徴とする、高強度高靱性で冷間加工可能なチタン合
金。 - 【請求項２】 重量％にて、さらに白金族元素：0.02〜
0.20％含有することを特徴とする、請求項１記載の高強
度高靱性で冷間加工可能なチタン合金。 - 【請求項３】 重量％にて、さらに白金族元素：0.005
〜0.12％、ならびにNi、Co、Ｗ、およびMoのうち１種以
上を総量で0.05〜2.0 ％含有することを特徴とする、請
求項１記載の高強度高靱性でかつ冷間加工可能なチタン
合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28153391A JPH05117791A (ja) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | 高強度高靱性で冷間加工可能なチタン合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28153391A JPH05117791A (ja) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | 高強度高靱性で冷間加工可能なチタン合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05117791A true JPH05117791A (ja) | 1993-05-14 |
Family
ID=17640499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28153391A Withdrawn JPH05117791A (ja) | 1991-10-28 | 1991-10-28 | 高強度高靱性で冷間加工可能なチタン合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05117791A (ja) |
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002050324A1 (fr) * | 2000-12-20 | 2002-06-27 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Alliage de titane a capacite de deformation elastique elevee et procede de production dudit alliage de titane |
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| US8834653B2 (en) | 2010-07-28 | 2014-09-16 | Ati Properties, Inc. | Hot stretch straightening of high strength age hardened metallic form and straightened age hardened metallic form |
| CN104152744A (zh) * | 2014-07-08 | 2014-11-19 | 宁夏东方钽业股份有限公司 | 一种低成本中高强度耐蚀钛合金及其加工方法 |
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| US9206497B2 (en) | 2010-09-15 | 2015-12-08 | Ati Properties, Inc. | Methods for processing titanium alloys |
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| US12344918B2 (en) | 2023-07-12 | 2025-07-01 | Ati Properties Llc | Titanium alloys |
-
1991
- 1991-10-28 JP JP28153391A patent/JPH05117791A/ja not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|
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