JPS61190053A - 組織の良好なるチタン合金棒線材の製造方法 - 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） 本発明は組織の良好なチタン合金棒線材の製造方法に関
するものであり、多段連続圧延によるα＋β型チタン合
金圧延材を得るプロセスにおいてβ変態点を超えない圧
延方法に関するものである。

（従来の技術） チタン合金は鉄やＭ合金、鋼合金に比べ比強度（引張強
度／比重）が高く、即ち軽量で高強度を要求される航空
材、宇宙開発機材などの分野をはじめ、高信頼性が要求
される用途、あるいは高温、高荷重、高腐食などの苛酷
な条件下での耐久性が要求される用途、例えば石油深井
戸掘削用部品分野に使用されている。

しかし、これらの用途に対しては、単に高強度、高耐食
性であるだけでは不十分で、特に線又は棒のような形状
で供給される場合には、ボルトあるいは構造部品として
の最終製品への製造段階で、必ず成形加工工程を終るの
で適度な延性が不可欠である。そしてこの延性の改善に
は、均一かつ微細な組織であることが必須である。

従来よりα＋β型Ｔｉ合金線材の圧延製造方法には種々
の問題点があった。一般にＴｉ合金は変形抵抗が高く、
圧延での変形熱が多い反面、熱伝導率が小さいために、
圧延変形時に発生する熱がＴｉ合金材内部に蓄積され、
外部に効率よく排出されないために、表面と中心部の温
度差が拡大することとなるという不具合がある。

Ｔｉ合金の変形抵抗については、第８図にデータを提示
するが、これはグリ−プルテストの結果得られたＴｉ　
−６ｆｉＪｌ−４Ｖ即ちα＋β型Ｔｉ合金の変形抵抗で
あり、通常鋼５Ｓ４１相当鋼が１０００Ｃ近傍で圧延さ
れるのに対し、９３００程度で圧延されるＴｉ−６ＡＪ
ｆ−４Ｖの変形抵抗はその２．５〜３．０倍程度に相当
し、極めて難変形性であることがわかる。

このように、α＋β型Ｔｉ合金の変形抵抗は極めて高く
、圧延変形時の発熱は変形抵抗に比例して多（なるが、
反面第１表に示す如く熱伝導率は極めて小さいものとな
っているので、第６図に示すような従来の線材圧延機１
２０１１ＢＸ１２０１１１Ｂの断面を有するビレットか
ら、９ＩＩ鳳φの線材を圧延する場合、９３０Ｃ程度の
α＋β域にある抽出温度から圧延を開始すると、下流に
おいて、温度が過度に上昇する現象を呈する結果となる
。

この様子全第７図に示す。すなわち、線材の中心温度は
、一時に連続圧延機２の中間部分が最低金示すが、それ
以降は温度が次第に上昇して行き、ついには中心部分ば
β変態点９８０〜９９０１１超えることとなる。

一般に、α＋β型Ｔｉ合金の加工性全支配するものは、
等方性のあるα組織によるものであり、等方α組織はα
＋β域での強圧延により得られるものであるが、一度α
＋β域よりβ変態点を超えてβ相に突入すると、それま
で得られた等方α組織が極めて短い時間に全て失われ、
加工性すなわち組織の良好なチタン合金材が得られない
という欠点があった。即ち連続熱間棒線圧延機で、α＋
β型Ｔｉ合金製造法の重要なポイントは、加工熱による
温度上昇をどの様に食いとめるかが重要なポイントであ
った。

このようなα＋β型Ｔｉ合金棒線の連続圧延において、
これまで種々の試みがなされている。例えば、特開昭５
８−２５４６５号公報あるいは特開昭５８−１００６６
３号公報においても、連続圧延による温度上昇の問題が
指摘されている。しかしながら、そこで提案されている
温度上昇の防止手段は、圧延スタンドもしくはスタンド
間における放熱ないしは水冷によるものである。

また、その他の手段として圧延に先立つ加熱温度を低く
するか、あるいはまた圧延速度を低減させることが考え
られる。

前述した従来の技術は、いずれも合理的なものでなく、
木酢は材質上の問題から回避したいところであり、また
抽出温度を下げると、第９図に示す如く、圧延加工温度
も下がり、その結果絞り値、伸びが劣化し、強度は反対
に上昇するという現象が起きることとなる。又圧延速度
金工げると、一般に表面温度が６００Ｃｋ切る様なこと
が発生する様になる。

一般に６００Ｃ以下の温度でα＋β域圧延金行うと、α
相とβ相の組織強度の差により、各相の粒界で割れる粒
界割れが発生することがある。この様な温度域でのＴｉ
合金圧延は極めて不利である。

又前述の如き不都合に対して、圧延機間での帝却装置を
用いる方法が提案されている。これは第１０図に示すご
とく、中間冷却帯７を連続圧延機列２の中間に設けて圧
延を行う方法で、確かに圧延はα＋β域での圧延は行わ
れるが、圧延機列の中間冷却帯で冷却を行うために、急
激にＴｉ合金材の表面が冷却され、内部との温度差を拡
大する一方、表面温度は６００Ｃ以下となる。図は１２
０φ止（Ｔｉ　−６ＡＬ−４Ｖ合金）から９φＩｌｌ　
？得た例を示す。

６００Ｃ以下の表面温度は、粒界での割れが表面に発生
するようになり、特に圧下率が高いダイヤ−スフウェア
カリバーでは、第１１図に示す如きヘゲ疵ａが発生し、
良好なＴｉ合金棒線材を得ることはできなかった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、α＋β型チタン合金の棒線材を連続高速ライ
ンで安定して製造する方法を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の要旨はα＋β型チタン合金ビレットｔ８５０〜
９５０Ｃに加熱して、連続的に圧延する圧延工程におい
て、圧延機列途中に設けた蓄材装置により、保定もしく
は冷却を行なった後、下流の圧延機によりα＋β域にお
いて継続して圧延すること全特徴とする組織の良好なチ
タン合金棒線材の製造方法にある。

本発明は連続圧延機列の中間に、連続圧延機ライン外に
一時被圧延材を蓄材できる蓄材装置を設けて、連続圧延
機列の途中で、一時Ｔｉ合金の線材を蓄積し均熱化をは
かる。すなわち表面温度と中心部の温度差を小さくする
とともに、圧延機最下流の圧延機出側温度をα＋β域な
るように適度に低下させるものである。

本発明者らの検討によると、Ｔｉ合金線材、棒材の圧延
製造方法について、 （１）素材ビレットより圧延されて得られる棒線材のα
＋β相での圧延比が５以上であること。

（２）適度な加工性を得るためには、圧延中のＴｉ合金
部材の各部分をβ変態点以上に上げないこと。

（３）表面’１６００７：”以下の適冷組織とすると、
線材のβ組織粒界での割れが生じることがある。

等の知見を得た。

本発明の原理図を第１図に示す。連続圧延機列２の中間
に、蓄材装置として中間巻取機８ｔ−設ける。この装置
は、例えばビレットから圧延された中間サイズである直
径１５〜４０１ｍ１φ程度のもの金、先端からドラムに
巻付けて後端がくると後端部金つかまえながら巻取りを
停止し、ついでその後端部より、それ以降の圧延機に過
材する仕組全とっている。

又、本巻取機は冷却装置およびコイルドラム内に昇熱装
置も保有して、中間巻取機で巻取った中間製品を、表面
および中心部の温度を均熱化するとともに、後段の圧延
機列で更にα＋β域圧延になるように、温度、巻取保定
時間により制御できるように構成している。

本発明において適用する蓄材装置の一実施例である中間
巻取装置について、その具体的構成を図面により詳細に
説明する。

第２図は中間巻取装置の全体を示す斜視図で、第３図、
第４図、第５図は、巻取ドラムへ圧延材の先端を巻き込
むためチャッキング動作を説明する説明図である。図に
おいて、９はエントリーガイド、１０はデリバリ−ガイ
ド、１１は巻込みの場合と巻戻して繰り出す場合の圧延
材の経路を振替えるセレクター、１２はビンチロール、
１３は巻取機直前ガイド、１４は巻取ドラム、１５は巻
取ドラム、１４を駆動するモーター、１６はキャッチン
グ装置の駆動軸、１８は駆動用シリンダーを示す。

この装置の重要なポイントは、コイル状に巻きつけるこ
とと、巻き取ったあとＴｉ合金棒線材圧先−延に最適の
温度にまで圧延材を均熱した後縁シ出す。即ち逆転して
巻きほぐし、連続圧延ラインに投入するものである。第
２図により連続圧延ラインで圧延された中間サイズの圧
延材の先端は、エントリーガイド９、ピンチロール１２
および巻取機直前ガイド１３によって、中間巻取装置８
の巻取ドラム１４へ導びかれる。

巻取ドラム１４は、第３図の如くキャッチング装置１７
と巻取ドラム１４とによって形成される細い溝部へ案内
され、キャッチング装置１７の先端部によって、圧延材
１９の先端部が巻取ドラム１４の溝部へ押し込められ、
先端部１９は摩擦力で保持されるものである。このよう
にしてキャッチング装置１７は、圧延材先端部１９がそ
の径よりも細いドラム１４の溝部に押し込められて保持
された後は、巻取の支障とならぬ様、空圧シリンダー１
８により直ちに回避される。

こうして熱間圧延途中の圧延材であるＴｉ合金棒線全、
巻取ドラム１４に巻きつけ、その後端が来た時に、巻取
ドラムのモーター１５により制動を行なう。制動は圧延
材の後端の位置が、巻取機直前ガイド１３内に入る程度
に正確に行なわれる。なお、このような中間巻取機８は
、保熱機能全盲するほか巻取ドラム１４に冷却装置ある
いは加熱装置を装備し、所定の温度に調整することがで
きる。

このようにして巻取ドラム１４に巻き取られた圧延途中
のＴｉ合金棒線材は、所定の均熱もしくは冷却が行われ
ると、モーター１５により逆転され、ピンチロール１２
に引張られながら、セレクター１１により下流側デリバ
リ−ガイド１０ヲ経由して、下工程の連続圧延機により
圧延が行なわれて行くこととなる。このような中間巻取
機を用いると、仕上り温度を自在に制御することが可能
となる。

次に本発明によるＴｉ合金棒線の材質について言及する
。

第２表及び第３表により従来法と本発明法と全比較して
示する。

従来法ではいずれもβ圧延によって得られた１２０ｍｍ
角のビレットヲ用いて、Ｔｉ合金棒線を製造したが、＆
Ａについては、圧延比が２．５と不足気味である。α＋
β域での圧延が不十分であると、等軸α粒の量が少なく
、強度（Ｔ、Ｓおよびｙ、ｐ）も不足気味であると同時
に、加工性の指標である絞り値（ＲＡ）、伸び（Ｅｌ　
）も余り良くない。＆Ｂについては、圧延比は５以上と
ることによりほぼ良好で、組織も強度、加工性について
も申し分のないデータとなっている。しかしながら、製
品のサイズが下がるにつれて、仕上り温度が次第に高ま
ってくる傾向となり、この傾向は圧延速度全選択するこ
とにより緩和することはできるが、きずなどの問題より
、前述の如くある速度以下にすることはできず、仕上り
温度は上昇する。このために仕上り温度上昇によるβ変
態が発生し、得られたＴｉ合金棒線の組織は、等軸α粒
の量の少ないβ組織のものとなり、所望の組織が得られ
ず、結果として加工性の良好なＴｉ合金が得られない。

即ち従来法のＴｉ合金棒線裂製造では、ビレットの素角
全決めると、ある一定のサイズまでは良好な組織が得ら
れる゛が、径が細くなると次第に製造が困難となるので
ある。

これに対して本発明法（第３表）では、中間巻取機８で
の温度制御が可能なために、仕上り温度全自在に制御す
ることができ、品質評価の優れたものが、細径圧延材に
おいても得られる。なお、評価欄中○印は評価の良いも
のを示し、Δ印はやや良好、Ｘ印は不良であることを示
す。

尚明細書中、蓄材装置として巻取及び巻きはぐしの可能
な中間巻取装置全実施例に挙げて説明しているが、蓄材
装置として、蓄材する機能のものであれば差し支えなく
、種々の態様をつるが、勿論本発明の範囲を逸脱するも
のではない。

（発明の効果） 以上の如く本発明を用いると、連続圧延ラインの中で急
冷法を用いずとも、冷却ならびに保定か可能であり、生
産性の高い連続高速圧延ラインで、α＋β型Ｔ＃合金の
細径のものを安定して製造することかできる。しかも正
確な温度制御を、圧延材を直接水冷することなく可能と
し、Ｔｉ合金棒線材生産の上で、極めて有用な技術とい
える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における圧延形態の説明図およ
び圧延材の温度履歴の図表、第２図は本発明に適用でき
る蓄材装置の中間巻取装置の具体的構成の斜視図、第３
，４及び５図は中間巻取装置におけるチャッキングの説
明図、第６図は従来の圧延形態の説明図、第７図は従来
の圧延形態における圧延材の温度履歴の図表、第８図は
各種金属材料の変形抵抗ｋｍ度との関係において比較し
た図表、第９図はＴｉ合金材の圧延にかかわる温度と材
質特性の関係の図表、第１０図は圧延ラインの途中に冷
却帯全役けた公知の圧延形態の説明およびその圧延材の
温度履歴の図表、第１１図は圧延材の表面性状の一例の
説明図である。 ２：圧延機列　　　　６：巻取機 第１図 奸間　□ 第３図　第４図　第５図 ＩＩＧ図 ！ 一１走　　　　　下洗□ 第１０図 時間　− 第１１図 １度Ｃ’Ｃ） ７００　　θ００　９００　１０００ ＦＬ廷湿１度（°す

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. α＋β型チタン合金ビレツトを８５０〜９５０℃に加熱
   して、連続的に圧延する圧延工程において、圧延機列途
   中に設けた蓄材装置により、保定もしくは冷却を行なつ
   た後、下流の圧延機によりα＋β域において継続して圧
   延することを特徴とする組織の良好なチタン合金棒線材
   の製造方法。