阅读说明：本技术 热轧用钛材的制造方法以及热轧材的制造方法 (Method for producing titanium material for hot rolling and method for producing hot rolled material ) 是由 井上洋介 三户武士 高桥一浩 国枝知徳 森健一 宮崎义正 于 2019-05-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种在热轧钛材中表面缺陷少的、特别是由对钛坯料的塑性应变赋予处理引起的表面缺陷少的热轧用钛材的制造方法。一种热轧用钛材的制造方法,其包括：表面缺陷去除工序,其包括通过选自由切削、磨削以及研磨构成的组中的至少一种以上对钛坯料的表面进行处理,由此沿着长尺寸方向设置在长尺寸方向正交面(10)的高低差(H)超过0.1mm、倾斜角(θ)为45°以下的多个倾斜面(20)的步骤；以及塑性应变赋予工序,在表面缺陷去除工序之后,对表面赋予塑性应变。(The invention provides a method for producing a titanium material for hot rolling, which has few surface defects in the hot-rolled titanium material, particularly few surface defects caused by plastic strain imparting treatment to a titanium billet. A method for producing a titanium material for hot rolling, comprising: a surface defect removal step of processing the surface of the titanium material by at least one selected from the group consisting of cutting, grinding, and polishing, thereby providing a plurality of inclined surfaces (20) having a height difference (H) of a plane (10) orthogonal to the longitudinal direction of more than 0.1mm and an inclination angle (theta) of 45 DEG or less along the longitudinal direction; and a plastic strain imparting step of imparting plastic strain to the surface after the surface defect removing step.)

热轧用钛材的制造方法以及热轧材的制造方法

技术领域

本发明涉及一种热轧用钛材的制造方法以及热轧材的制造方法。

背景技术

将使用铸模制造出的钛锭作为钛坯料，通过初轧(blooming)、锻造等对钛锭进行开坯(breakdown)处理，可以制造板坯(slab)、坯段(billet)等热轧用钛材。此外，利用铸模形状的自由度高的电子束熔化法、等离子电弧熔化法，能将热轧用钛材直接铸造成与所述开坯处理后的板坯、坯段形状相当的形状。

热轧用钛材在去除存在于表面的氮氧化覆膜、表面缺陷之后，供于热轧，板坯被加工成板材(厚板、薄板)或带材，坯段被加工成棒材、线材。

作为钛坯料在工业上使用的大型钛锭含有凝固组织达到几十mm的粗大晶粒。若不经过开坯处理而对这样的钛锭进行热轧，则有时会因所述粗大晶粒产生不均质的变形，产生大的表面缺陷。在通过热轧来制造板材、带材的情况下，除轧制面以外，在侧面、角部也因所述粗大的凝固组织产生大的折皱，该折皱绕到轧制面侧，成为被称为缝缺陷(seamdefect)的表面缺陷，或发展成边缘裂纹等。在通过热轧来制造棒材、线材的情况下，在与轧制辊不接触的自由面部、咬出部，与制造板材、带材的情况同样地产生折皱而成为表面缺陷。

从抑制上述不良情况的观点考虑，在使用大型的钛锭的情况下，通常进行开坯处理。然而，在开坯处理中，有时会产生所谓的死区金属(dead metal)部。即，在开坯处理中，钛锭与加工工具的接触部被摩擦阻力约束，变形量变小，有时会产生死区金属部。若对变形量不充分的具有死区金属部的热轧用钛材进行热轧，则有时会产生上述的表面缺陷。

在专利文献1中，公开了一种为了防止由死区金属部引起的表面缺陷的产生，对钛坯料的表面赋予塑性应变来制成热轧用钛材的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献：国际公开第2010/090352号

发明内容

发明所要解决的问题

根据一个实施方式，提供一种在热轧材中表面缺陷少的、特别是由对钛坯料的塑性应变赋予处理引起的表面缺陷少的热轧用钛材的制造方法。此外，根据另一实施方式，提供一种使用通过上述制造方法制造出的热轧用钛材的热轧材的制造方法。

用于解决问题的方案

本发明人等反复进行深入研究，发现了以下事实，即，通过在钛坯料的表面沿着长尺寸方向设置在长尺寸方向正交面的高低差超过0.1mm、倾斜角为45°以下的多个倾斜面，能抑制由塑性应变赋予处理引起的表面缺陷的产生。本发明人等进一步反复进行研究，完成了包括以下所说明的实施方式的发明。

即，在一方案中，本发明是一种热轧用钛材的制造方法，其包括：表面缺陷去除工序，其包括通过选自由切削、磨削以及研磨构成的组中的至少一种以上对钛坯料的表面进行处理，由此沿着长尺寸方向设置在长尺寸方向正交面的高低差超过0.1mm、倾斜角为45°以下的多个倾斜面的步骤；以及塑性应变赋予工序，在所述表面缺陷去除工序之后，对所述表面赋予塑性应变。

在本发明的热轧用钛材的制造方法的一个实施方式中，所述倾斜角为10°～30°。

在本发明的热轧用钛材的制造方法的一个实施方式中，所述高低差为8mm以下。

在本发明的热轧用钛材的制造方法的一个实施方式中，在所述表面缺陷去除工序中，通过至少切削对所述表面进行处理，作为所述切削，使用曲率半径为2mm以上且50mm以下的圆形切削工具。

在本发明的热轧用钛材的制造方法的一个实施方式中，以每3000mm所述长尺寸方向正交面的轮廓线的长度、所述倾斜面的数量为4～40个的方式，进行所述表面缺陷去除工序。

在本发明的热轧用钛材的制造方法的一个实施方式中，还包括：在所述表面缺陷去除工序之前，对钛锭或钛板坯进行铸造而得到所述钛坯料的工序。

在本发明的热轧用钛材的制造方法的一个实施方式中，还包括：在所述表面缺陷去除工序之前，在对所述钛锭进行铸造之后，通过进一步进行开坯处理而得到所述钛坯料的工序。

在本发明的热轧用钛材的制造方法的一个实施方式中，在所述塑性应变赋予工序中，通过使用半径3～30mm的钢制球和顶端形状的曲率半径3～30mm的钢制工具中的至少任一方打击所述钛坯料的表面，在所述表面形成多个韧窝(dimple)。

此外，在另一方案中，本发明是一种热轧材的制造方法，其包括：实施上述的热轧用钛材的制造方法而得到热轧用钛材的工序；以及对所述热轧用钛材进行热轧的工序。

发明效果

根据一个实施方式，提供一种在热轧材中表面缺陷少的、特别是由对钛坯料的塑性应变赋予处理引起的表面缺陷少的热轧用钛材的制造方法。此外，根据另一实施方式，提供一种制造表面缺陷少的热轧材的热轧材的制造方法。

附图说明

图1是用于说明钛坯料表面的倾斜面的高低差和倾斜角的长尺寸方向正交面的概略说明图。

图2A是表示利用方形切削工具去除了表面缺陷的钛板坯的倾斜面的例子的长尺寸方向正交面的概略说明图。

图2B是表示利用圆形切削工具去除了表面缺陷的钛板坯的倾斜面的例子的长尺寸方向正交面的概略说明图。

图2C是表示通过磨削加工或研磨加工去除了表面缺陷的钛板坯的倾斜面的例子的长尺寸方向正交面的概略说明图。

图3是表示去除了表面缺陷的钛板坯的整体形状的例子的概略立体图。

图4是表示塑性应变赋予前后的概略说明图的一个例子。

图5A是去除了表面缺陷的钛板坯的长尺寸方向正交面的概略剖视图的一个例子。

图5B是去除了表面缺陷的钛板坯的长尺寸方向正交面的概略剖视图的另一个例子。

图5C是去除了表面缺陷的钛板坯的长尺寸方向正交面的概略剖视图的又一个例子。

图5D是去除了表面缺陷的钛坯段的长尺寸方向正交面的概略剖视图的例子。

图6是说明制造实施例1～6和比较例1～3中的热轧材的制造方法的流程图。

图7是表示实施例5、6以及比较例3中的去除了表面缺陷的钛板坯的整个表面的概略立体图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行说明。但是，本发明可以在不脱离其主旨的范围内以各种方式实施，不应被解释为限定于以下所举例示出的实施方式的记载内容。

若对工序的概略进行说明，则对钛锭或钛板坯进行铸造而得到钛坯料，该钛坯料受到塑性应变赋予处理而成为热轧用钛材，该热轧用钛材被热轧而成为热轧材。受到塑性应变赋予处理的表面通常是热轧的轧制面。

钛坯料的组成并不特别限定，可以使用纯钛材和钛合金材。钛合金材是钛与Fe、Sn、Cr、Al、V、Mn、Zr、Mo等金属的合金材，作为具体例子，可列举出：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。在这些具体例子中，元素符号附带的数字表示各合金元素的含量(质量％)。

与板坯、坯段等同等形状的铸造材(所谓直接铸造材)和经过开坯处理的材料均包含于钛坯料。此外，钛坯料的形状并不特别限定，例如可以为板坯(slab)、方坯(bloom)或坯段(billet)等。

在铸造状态、开坯处理状态下，当沿着长尺寸方向观察其正交面(有时也称为正交截面)时，截面形状不稳定，加工钛坯料的表面是有利的，当着眼于组成时，钛坯料的表面通常被氮氧化覆膜(酸窒化被膜)覆盖。并且，在表面存在裂纹(defect)等表面缺陷。因此，优选的是，在后述的塑性应变赋予处理之前，对钛坯料的表面进行选自由切削、磨削以及研磨构成的组中的至少一种以上的处理，去除/成型修整(整形)表层部位。

作为上述去除处理的具体例子，可举例示出：以利用龙门铣床的加工、利用龙门刨床的加工为代表的切削、以利用磨石的加工为代表的磨削、以抛光为代表的研磨。需要说明的是，适当设定通过选自由切削、磨削以及研磨构成的组中的至少一种以上进行处理时的条件，由此能减小后述的倾斜面的倾斜角。

例如，通过使用切削角为45°以下的方形切削工具或者使用曲率半径2mm(2R)以上的圆形切削工具，能高效地形成优选的倾斜面。对于圆形切削工具，通过增大其曲率半径，能减小倾斜面的倾斜角，因此比方形切削工具更优选。特别是，圆形切削工具的曲率半径优选为2mm以上且50mm以下。若设为该范围，则能使切削机械小型化，高效地形成优选的倾斜面。

此外，将后述的倾斜面的倾斜角制成45°以下的作业也可以通过利用手摇砂轮机(hand grinder)等进行的磨削加工来实施。在成为磨削加工对象的倾斜面的数量少的情况、倾斜面的高度小的情况下等，利用手摇砂轮机进行的磨削加工有时会简易地完成作业。

在钛坯料为板坯的情况下，该板坯的长尺寸方向通常为轧制方向。在本发明中，通常将与板坯的轧制方向正交且与厚度方向平行的截面称为长尺寸方向正交面。需要说明的是，在板坯轧制面为正方形的情况下，将沿着该正方形的任一边的方向设为长尺寸方向即可。

另一方面，在钛坯料为坯段的情况下，该坯段的长尺寸方向通常为轧制方向。在本发明中，通常将与坯段的轧制方向正交且为圆形面或大致圆形面的截面称为长尺寸方向正交面。

在一个实施方式中，在塑性应变赋予处理之前，在钛坯料的表面沿着长尺寸方向设有在长尺寸方向正交面的高低差超过0.1mm的倾斜面。该高低差可以通过后述的切削等来设置，也可以在铸造时形成。一般而言，铸造后的锭(ingot)等的截面形状不稳定，也需要对其表面进行处理，在热轧之前必须进行预处理。如果在以成为高低差0.1mm以下的倾斜面的形状的方式调整为精确的矩形/圆形的情况下，不仅成品率降低，而且还产生作业负荷。因此，对在钛坯料的长尺寸方向正交面的高低差超过0.1mm的倾斜面的形状进行规定，对于抑制由塑性应变赋予处理引起的表面缺陷是重要的。倾斜面的高低差的上限值侧考虑塑性应变赋予处理来适当选择即可，一个倾斜面的高低差的上限值典型地设为8mm以下，更典型地设为4mm以下为好。需要说明的是，如图1所示，该高低差H是，在长尺寸方向正交面10观察钛坯料时，夹着成为测定对象的一个倾斜面20、与钛坯料表面的轮廓线CL相切的两条平行线PL1、PL2的距离最长的该平行线PL1、PL2的距离。

在本发明中，高低差是指各倾斜面的高低差的平均值。

倾斜面的倾斜角通过以下方法求出。即，如图1所示，在长尺寸方向正交面10观察钛坯料时，将用于确定高低差的两条平行线PL1、PL2中的处于低位置的平行线PL1设为基线BL1，将该基线BL1上的倾斜面20上升的点(上升点30)与倾斜面20的倾斜角θ最大的点连接，确定倾斜线SL。将用于确定高低差H的两条平行线PL1、PL2中的处于高位置的平行线PL2确定为基线BL2。倾斜线SL与基线BL2所形成的角是倾斜面20的倾斜角θ。需要说明的是，倾斜面20的倾斜角θ采用超过0°且为90°以下的角。

在本发明中，倾斜角是指多个倾斜面上的倾斜角的平均值。

以钛坯料为板坯的情况为例，使用图2A～图2C对倾斜角进行说明。该例子所示的钛坯料在上述的长尺寸方向正交面沿着长尺寸方向设有倾斜面。例如，如图2A所示，在利用方形切削工具对钛坯料的表面进行了切削的情况下，长尺寸方向正交面10的倾斜面20反映出方形切削工具所具有的角的形状。此外，如图2B所示，在利用圆形切削工具对钛坯料的表面进行了切削的情况下，长尺寸方向正交面10的倾斜面20成为反映出圆形切削工具所具有的形状的形状。此外，如图2C所示，在对钛坯料的表面进行了磨削加工、研磨加工的情况下，分别求出倾斜角θ、θ’，将该θ和θ’中较大的一方设为倾斜面20的倾斜角θ即可。需要说明的是，在图2A～图2C中，将下侧设为底面40。

需要说明的是，在铸造出的钛坯料的表面存在有特别深的表面缺陷的情况下，为了去除表面缺陷，当对其周边局部进行切削和磨削中的至少任一方时，也会由此产生局部倾斜面25(图3)。即使在该情况下，也可以根据上述的方法求出倾斜面20的倾斜角θ。需要说明的是，对于长尺寸方向正交面10，示出钛板坯1的切断面。

设于钛坯料的倾斜面的倾斜角设为45°以下。若倾斜角超过45°，则在塑性应变赋予处理后的热轧中容易产生表面缺陷。此外，根据情况，有时会在塑性应变赋予处理后的热轧用钛材中发现表面缺陷。这是由于存在于钛坯料表面的伴有高低差的台阶部通过塑性加工被卷入钛坯料内引起的表面缺陷。具体而言，在钛坯料的长尺寸方向正交面110上，在通过加工工具的捶打等对钛坯料的表面赋予塑性应变时，倾斜面被卷入至钛坯料的表层几百μm深，由此形成新的表面缺陷(图4)。若对具有由该卷入引起的表面缺陷的热轧用钛材进行热轧，则在通过热轧制造出的热轧材的表面容易产生塑性应变赋予材所特有的表面缺陷。因此，设于钛坯料的倾斜面的倾斜角小的话，能进一步降低因卷入到上述钛坯料而引起的热轧用钛材中的表面缺陷的产生率。倾斜面的倾斜角为45°以下，优选为40°以下，更优选为30°以下，进一步优选为20°以下。上述倾斜面的倾斜角典型地为5°以上，更典型地为10°以上。其中，在本发明中，角部21(图3)不包含在上述倾斜面的倾斜角。

需要说明的是，因卷入到上述钛坯料而引起的热轧用钛材中的表面缺陷能通过渗透探伤检查进行检测，因此，也能在塑性应变赋予后再次通过磨削等去除该表面缺陷。但是，若在塑性应变赋予后通过磨削等去除表面缺陷，则也同时去除该部位的塑性应变赋予层。因此，在该部位塑性应变的效果受损，在热轧后的热轧材表面容易产生由凝固组织引起的表面缺陷，而且导致因工序增加引起的成本增加。为了避免这样的不良情况，理想的是，在塑性应变赋予处理中不产生表面缺陷，在塑性应变赋予处理之前预先调整钛坯料表面的倾斜面的形状。

优选的是，以每3000mm钛坯料的长尺寸方向正交面的轮廓线的长度、所述倾斜面的数量为4～40个的方式，对钛坯料的表面进行处理。从尽量使切削等之后的形状接近切削等之前的形状、降低成品率损失的观点考虑，对于上述倾斜面的数量，作为下限值优选4个以上，更优选8个以上，进一步优选12个以上，进一步更优选16个以上。此外，从将切削等的所需时间控制在工业上允许的时间内的观点考虑，对于上述倾斜面的数量，作为上限值优选40个以下，更优选30个以下，进一步优选24个以下，进一步更优选20个以下。需要说明的是，对于长尺寸方向正交面的轮廓线，将长尺寸方向正交面的轮廓捕捉为线，求出其长度。

在钛坯料为板坯的情况下，作为对钛板坯的表面进行切削而去除表面缺陷的钛板坯的长尺寸方向正交面10，举例示出图5A～图5C。

此外，在钛坯料为坯段的情况下，作为对钛坯段的表面进行切削而去除表面缺陷的钛坯段的长尺寸方向正交面10，举例示出图5D。

对钛坯料表面赋予塑性应变的方法可适当选择。例如可采用国际公开第2010/090352号所记载的方法。可举出以下方法，即，利用顶端形状具有曲率半径3～30mm(3～30R)的钢制工具和半径3～30mm(3～30R)的钢制球中的至少任一方，对钛坯料的表面进行冷打击，使其按规定量塑性变形，形成规定大小的多个韧窝。需要说明的是，规定大小的韧窝是指，将所形成的韧窝的凹凸的深度(高度)、间隔以JIS B0601(2001)所记载的表面性状参数中的波纹度的轮廓曲线要素的平均高度(Wc)、韧窝的深度、波纹度的轮廓曲线要素的平均长度(WSm)表示时，在冷塑性变形而形成的韧窝表面上，优选的是，Wc在0.2～1.5mm的范围，WSm在3～15mm的范围。更优选的是，Wc在0.3～1.0mm的范围，WSm在4～10mm的范围。

对钛坯料表面进行塑性应变赋予处理，能得到热轧用钛材。通过对该热轧钛材进行热轧，能得到热轧材。该热轧的条件、设备考虑制造的热轧材来适当选择即可。

实施例

以下，通过实施例和比较例对本发明的内容进一步进行具体说明，但本发明不受这些例子的任何限定。需要说明的是，使用图6和图7进行说明，图6是说明制造实施例1～6和比较例1～3中的热轧材的制造方法的流程图，图7是表示钛板坯的整个表面的概略立体图。此外，在实施例5、6以及比较例3中，钛板坯1的倾斜面20的数量为16个。

[实施例1]

在图6所示的铸造工序S11中，通过电子束熔化炉直接制造出宽度1000mm×厚度250mm×长度6000mm的铸造钛板坯。然后，在表面缺陷去除工序S12中，使用曲率半径5mm(5R)的圆形刀头(chip)对铸造钛板坯进行切削，沿着长尺寸方向设置在长尺寸方向正交面的高低差为2.5mm的多个倾斜面。利用电子显微镜观察表面，测定高低差超过0.1mm的倾斜面的倾斜角，其结果是，在具有多个的倾斜面上确认到的倾斜角的平均值为30°。需要说明的是，所使用的钛板坯在作为与厚度方向平行的截面的长尺寸方向正交面上具有多级的倾斜面。需要说明的是，对于一个倾斜面的高低差，用游标卡尺进行了计测。

在倾斜面形成后，通过按照JIS Z2342－1(2001)所记载的方法的渗透探伤检查，确认到能全部去除钛板坯的表面缺陷。

接着，在塑性应变赋予工序S13中，以利用顶端形状的曲率半径在3～30mm(3～30R)的范围内的钢制工具对该钛板坯的表层整个面进行冷捶处理而成为规定的韧窝性状的方式，赋予塑性应变，制成热轧用钛材。通过渗透探伤检查确认了热轧用钛材，未观察到表面缺陷。然后，在热轧工序S14中，对热轧用钛材进行热轧、酸洗处理而得到了热轧材。目视观察该热轧材，未发现表面缺陷。

在同样的条件下进行了4次由上述的铸造钛板坯制造热轧材的工序。其结果是，在从铸造钛板坯经过切削、塑性应变赋予处理、热轧、酸洗处理而制造出的热轧材中，这4次通过目视均未发现表面缺陷。

[实施例2～6、比较例1～3]

使倾斜面的倾斜角和切削的工具类型如表1所示变化，除此以外，在与实施例1同样的条件下从铸造钛板坯制造出热轧用钛材。在各条件下每个条件制作5个热轧用钛材，对通过渗透探伤检查检测到表面缺陷的样品的数量进行了比较。需要说明的是，在实施例5、6以及比较例3中，在表面缺陷去除工序S12中，如图7所示，利用方形切削工具对钛板坯1的表面缺陷进行了切削。

[表1]

(考察)

在实施例1～6中，沿着长尺寸方向设有在长尺寸方向正交面的高低差为0.6mm以上的多个倾斜面，多个倾斜面的倾斜角的平均值为45°以下，因此，在塑性应变赋予工序S13后的渗透探伤检查中确认到表面缺陷少。特别是，在实施例1、2以及5中，倾斜面的倾斜角的平均值为10°～30°，因此，在塑性应变赋予工序S13后的渗透探伤检查中确认到表面缺陷全部被去除。

另一方面，在比较例1～3中，倾斜面的倾斜角的平均值超过45°，因此，在塑性应变赋予工序S13后的渗透探伤检查中确认到产生表面缺陷。

附图标记说明

1：钛板坯；10、110：长尺寸方向正交面；20：倾斜面；21：角部；25：局部倾斜面；30：上升点；40：底面；BL1、BL2：基线；CL：轮廓线；H：高低差；PL1、PL2：平行线；SL：倾斜线；θ、θ’：倾斜角；S11：铸造工序；S12：表面缺陷去除工序；S13：塑性应变赋予工序；S14：热轧工序。