JPH1177212A - チタンスラブの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】微細でかつ均一な結晶粒を有する熱間変形能に
優れた熱間圧延用チタンスラブの製造方法。 【解決手段】変態点以下の温度で、鋳塊移送方向におけ
る金型と鋳塊表面との接触長さを３００ｍｍ以下にして
鍛造し、次いで変態点以上に加熱して変態点以上の温度
で鍛造を開始し、変態点以下の温度で鍛造を終了するチ
タンスラブの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工業用チタン鋳塊
をプレスで鍛造することにより、微細で均一な組織とし
た熱間圧延に供するチタンスラブを製造する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】工業用純チタンおよびそれに少量のパラ
ジウム等を含むチタン（以下、本発明では単にチタンと
記す）の熱延板や冷延板の製造には、一般にスポンジチ
タンを真空アーク溶解等で溶解して得られた断面が円形
状の鋳塊が用いられる。通常この鋳塊の直径は６００〜
１０００ｍｍ程度で、熱間でプレスや大径のロールによ
り分塊されてスラブに成形され、熱間圧延に供される。

【０００３】チタンの分塊方法には、大型の分塊ロール
を用いる場合が多いが、鍛造によりスラブ形状に成形さ
れる場合もある。しかしながら、いずれの場合も組織の
形態は分塊工程の最終の加工温度に依存する。

【０００４】分塊工程の最終の加工温度が、チタンの変
態点以下の温度であれば等軸晶のα相となり、変態点以
上であればβ相の影響を受け針状のα相になることは従
来から知られている。

【０００５】一般的な金属学的知見から、スラブの結晶
粒の大きさは、後工程の熱間加工の変形能に影響する。
すなわち、スラブの結晶粒が小さいほど結晶粒単位の変
形が容易になり、結果として全体の変形能は増加する。
変形能が大きいほどその後の熱間圧延で熱圧板の表面に
疵が発生しにくい。そのためスラブの結晶粒は細かい方
がよい。

【０００６】先に述べたように、チタンの熱延に供され
るスラブの製造は大型の分塊ロールを用いて製造される
場合が多い。結晶粒の大きさは、分塊前の鋳塊の加熱温
度と分塊終了時の温度管理によってある程度の結晶粒制
御が可能であるが、大型の設備であるため結晶粒の制御
は制約される。鍛造でスラブを製造する場合、温度管理
は比較的容易であるが、ロールによる分塊とは異なり、
スラブ板厚方向で分塊加工が不均一になり易い。特にス
ラブの表面近傍で結晶粒が大きくなる傾向にあり、厚さ
方向の中央部では結晶粒が小さくなり、結晶粒が不均一
に分布したスラブとなる。その原因は、鍛造金型の直下
の部分（以下、デッドメタルと呼ぶ）では鍛錬されにく
いからである。

【０００７】図１は、デッドメタルを説明するための断
面図である。この図は、チタン鋳塊１が、プレスの上金
型３により鍛造された状態を示し、２は鍛造後の鍛伸材
を示す。上金型３により圧下されると金型の直下の図１
の斜線で示す三角状の部分の加工率が小さくなり、この
部分がデッドメタルと呼ばれている。

【０００８】特開平８−２３２０６１号公報には、高純
度チタン材の鍛造プロセスにおいて、変態点以上の温度
では、鍛錬成形比が５以上となるように鍛伸と据え込み
を組み合わせた１次鍛造加工を１回以上おこなった後、
変態点以下の温度での鍛錬成形比が５以上となるように
鍛伸と据え込みを組み合わせた２次鍛造加工を１回以上
おこない、結晶粒を微細化する鍛造方法が開示されてい
る。

【０００９】しかし、工業的規模での生産をする範囲に
おいて、鋳塊からスラブを成形するには寸法上の制約が
あるので、簡単に鍛錬比を上げることは困難な場合が多
い。また、加熱回数が多くなり生産効率もよくない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、微細でかつ
均一な結晶粒を有する熱間変形能に優れた熱間圧延用チ
タンスラブを、プレス鍛造で製造する方法を提供するこ
とを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、プレス鍛造
により鍛造比をそれほど大きくしないで、チタンの結晶
粒を微細かつ均一にする方法を開発すべく実験検討重ね
た結果、以下のような知見を得るに至った。

【００１２】ａ）鍛造後のチタンスラブの組織を微細化
するには、変態点以下の低温で比較的軽度の鍛造を行
い、予め鋳塊に歪を与えておき、その後変態点以上の温
度に加熱して、変態点以上の温度で鍛造を開始し、変態
点以下で終了するのがよい。

【００１３】ｂ）鍛造時に避け難いデッドメタルによる
結晶粒の不均一化の防止は、変態点以下の鍛造において
鋳塊移送方向における金型と鋳塊表面との接触長さを制
限することにより達成できる。

【００１４】ｃ）予め鋳塊に歪を与えるための変態点以
下の温度での鍛造における加工率の大きさおよび温度の
高低は、結晶粒の微細化にはほとんど影響しない。本発
明は、このような知見に基づきなされたもので、その要
旨は以下の通りである。

【００１５】「チタン鋳塊をプレスで鍛造してスラブを
製造する方法であって、変態点以下の温度で、鋳塊移送
方向における金型と鋳塊表面との接触長さを３００ｍｍ
以下にして鍛造し、次いで変態点以上に加熱して変態点
以上の温度で鍛造を開始し、変態点以下の温度で鍛造を
終了することを特徴とするチタンスラブの製造方法」 ここで、チタンとは、工業用純チタンに加え、微量のＰ
ｄ、Ｃｏ、Ｔａ等の耐食性向上元素を含んでいるチタン
も含むものとする。例えば、Ｐｄは０．０４〜０．２５
％含む場合は、耐食性が向上する。

【００１６】また、鋳塊表面とは鍛造されていない鋳造
されたままの状態の表面をいう。

【００１７】

【発明の実施の形態】図２は、本発明の製造方法におけ
るチタン鋳塊のヒートパターンを示す図である。同図に
示すように、本発明の製造方法は、変態点（８８０〜９
００℃）以下の稠密六方晶のα相温度域で鍛造（図２の
ジグザグ部）を加え、次いで変態点以上の体心立方晶の
β相温度域に加熱して、β相温度域で鍛造を開始し、変
態点以下の温度域で鍛造を終了する方法で、最初の変態
点以下のα相温度域での鍛造では、鋳塊移送方向におけ
る金型と鋳塊表面との接触長さを３００ｍｍ以下にす
る。

【００１８】図３は、鋳塊移送方向における金型と鋳塊
表面との接触長さを説明するための鍛造部近傍の縦断面
図である。この図は、鍛造前のチタン鋳塊１が上金型３
および図示しない下金型で鍛造されて鍛伸材２となる状
態を示している。鋳塊１のＤ部分の鍛造を開始するとこ
ろを示している。この鋳塊の移送方向における金型３と
鋳塊表面１Ｓとの接触する長さＤが接触長さである。な
お、幅方向（Ｄと直交する方向）の接触長さは、細粒化
に及ぼす影響は小さいので特に規定しないが、通常鋳塊
は断面が円形なので、必然的に３００ｍｍ程度となる。
以下、本発明の製造条件を限定した理由を説明する。

【００１９】チタン鋳塊は、通常使用されている断面が
円形で直径が６００〜１０００ｍｍ程度のインゴットで
ある。この鋳塊を、変態点以下の温度で、鋳塊移送方向
における金型と鋳塊表面との接触長さを３００ｍｍ以下
にして鍛造し、次いで変態点以上に加熱するのは、以下
の理由による。

【００２０】変態点以下の温度で鍛造するのは、鋳塊に
歪を与えるためである。また、歪を与えた後変態点以上
の温度に加熱するのは、加工歪を内在させたα相を変態
点を超える温度に加熱することで、β相に再結晶する際
により細かいβ粒とするためである。

【００２１】変態点以下の鍛造温度は、変態点以下の温
度であれば何度でもよいが、８８０〜７００℃に加熱
し、７００〜６００℃の範囲で鍛造するのが鍛造し易く
好ましい。

【００２２】また、変態点以下の鍛造における加工率
も、結晶粒微細化にあまり影響しないので特に限定しな
い。

【００２３】変態点以下の温度での鍛造による加工率お
よび鍛造温度の結晶粒の微細化に及ぼす影響を調べるた
め以下のような試験を実施した。

【００２４】直径１４０ｍｍのＪＩＳ Ｈ−４６００の
１種に相当の純チタン２０ｋｇの鋳塊から、厚さ３０ｍ
ｍ、幅１００ｍｍ、長さ１５０ｍｍの試験片を切出し、
７５０℃および８５０℃の各温度で加工率を５〜７０％
と種々変えて圧延し、圧延後９５０℃に加熱して冷却し
た後、光学顕微鏡で比較法により結晶粒度を判定して結
晶粒の平均面積を求めた。なお、鋳塊移送方向における
金型と鋳塊表面との接触長さは全て１５０ｍｍとした。

【００２５】図４は、上記試験により得られた加工率と
結晶粒面積の関係を示す図である。この図から明らかな
ように、結晶粒の平均面積は、すべての条件で０．３８
〜０．４８ｍｍ² であり、結晶粒が微細であり、かつ加
工温度の高低や加工率の大きさは、結晶粒の微細化には
ほとんど影響しないことが分かる。

【００２６】次に、鋳塊移送方向における金型と鋳塊表
面との接触長さを３００ｍｍ以下にするのは、３００ｍ
ｍを超えるとデッドメタル部の加工率が極めて小さくな
り、歪が鋳塊全体に均一に付与されなく、結晶粒の大き
さが不均一になるからである。３００ｍｍ未満とするこ
とにより、デッドメタル部の細粒化が可能となる。

【００２７】鍛造効率とデッドメタル部への歪付与の観
点から、好ましくは、１００〜３００ｍｍである。

【００２８】この３００ｍｍは、以下に示す実験により
求めたものである。

【００２９】直径７６０ｍｍの ＪＩＳ Ｈ−４６００の
１種に相当する純チタン鋳塊を用いて、変態点以下の８
５０℃で、加工率を２０％と４０％の２種とし、鋳塊移
送方向における金型と鋳塊表面との接触長さを１００〜
４００ｍｍと種々変化さて鍛造し、９５０℃に加熱して
鍛造および冷却後、顕微鏡で結晶粒を調べるための試片
をスラブ表層から採取し、結晶粒の平均面積を上記と同
じ方法で求めた。

【００３０】図５は、この試験により求めた、鍛造時の
送り量と結晶粒面積との関係を示す図である。この図が
示すように金型と鋳塊表面との接触長さが３００ｍｍを
超えると結晶粒が細粒化されていない。

【００３１】なお、接触長さを３００ｍｍ以下にして鍛
造するのは、鋳塊全長にわたりおこなうのは当然である
が、１度３００ｍｍ以下で鍛造した部分を２度目の鍛造
を施す場合は、送り量が３００ｍｍを超えてもよく、細
粒化に大きな影響はない。

【００３２】次に、変態点以上に加熱して変態点以上の
温度で鍛造を開始し、変態点以下の温度で鍛造を終了す
るのは、以下の理由による。

【００３３】変態点以上の体心立方晶のβ相温度域で鍛
造するのは、加工が容易であり目標の大きさに効率よく
鍛造ができ、また結晶粒をより細粒にすることができる
からである。さらに、鍛造終止温度を変態点以下とした
のは、スラブの結晶粒がβ相の影響を受け、熱延用素材
としては好ましくない針状組織になるのを防止するため
である。

【００３４】

【実施例】以下、実施例により本発明の効果を説明す
る。

【００３５】真空溶解により２回溶解したＪＩＳ-Ｈ-４
６００の１種に相当する直径７６０ｍｍの６ｔ鋳塊を用
いて表１に示す条件でプレス鍛造した。

【００３６】すなわち、変態点以下の鍛造温度は、７５
０℃そして８５０℃の３種とし、またそれぞれの温度に
おける加工率は１０％、３０％そして５０％とした。ま
た、変態点以上への加熱温度はいずれの場合も９５０℃
とし、変態点以上で鍛造を開始し、鍛造終了時の温度を
変態点以下となるよう調整しながら作業し、鍛造終止後
の温度はスラブの温度を実測した。

【００３７】比較例としては、変態点以下の温度では鍛
造しないで、変態点以上の温度のみで鍛造する条件と、
変態点以下の温度で鍛造し、変態点以上の温度に加熱、
鍛造し鍛造終了温度を変態点以上とする条件で鍛造し
た。

【００３８】なお変態点以上の温度での加工率は全て約
７０％とした。また、鋳塊の送り量はすべて１５０ｍｍ
とした。

【００３９】

【表１】

【００４０】鋳塊の加熱には大気雰囲気加熱炉を、鍛造
には断面が４００ｍｍ角状の金型の２５００ｔ自由鍛造
機を用いた。鍛造終了後、スラブからミクロ組織観察用
サンプルを切り出して結晶粒の面積を求めた。サンプル
は、スラブの結晶粒の均一性を見るために、スラブ板厚
方向に対し、スラブの表層部と中心部から採取した。ミ
クロ組織は、スラブの縦断面で観察し、その時の結晶粒
平均面積を求めた。結果を表１に併せて示す。

【００４１】表１から明らかなように、変態点以下の温
度で鍛造したスラブの結晶粒は、それを行わないスラブ
の結晶粒に比較し、細粒となっている。しかも、変態点
以下の加工を行わなかったスラブは、その表面と中心で
結晶粒の面積の差が大きいが、変態点以下の温度で鍛造
したスラブは結晶粒の大きさが均一になっている。

【００４２】また、比較例の NO.４、８、１１は、鍛造
終了温度が９００℃であったため、後工程の熱延にとっ
て好ましくない針状組織が残っていた。

【００４３】

【発明の効果】 本発明のスラブの製造方法によ
れば、結晶粒が微細で均一に分布したスラブが得られ、
その後の熱延に供するして疵のないチタン熱延板がえら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】デッドメタルを説明するための断面図である。

【図２】本発明の製造方法におけるチタン鋳塊のヒート
パターンを示す図である。

【図３】送り量を説明するための図である。

【図４】加工率と結晶粒面積の関係を示す図である。

【図５】鋳塊の送り量と結晶粒の平均面積の関係を示す
図である。

【符号の説明】

１ チタン鋳塊 ２ 鍛伸材 ３ 上金型 １Ｓ チタン鋳塊表面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チタン鋳塊をプレスで鍛造してスラブを製
   造する方法であって、変態点以下の温度で、鋳塊移送方
   向における金型と鋳塊表面との接触長さを３００ｍｍ以
   下にして鍛造し、次いで変態点以上に加熱して変態点以
   上の温度で鍛造を開始し、変態点以下の温度で鍛造を終
   了することを特徴とするチタンスラブの製造方法。