热加工用α+β型钛合金铸锭制造技术

该热加工用α+β型钛合金铸锭具有如下化学组成：以质量％计，含有Al：2.5～8.0％、Fe：0.5～3.0％、以及满足0.02％≤[O]≤([Al]

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热加工用
α
+
β
型钛合金铸锭


[0001]本专利技术涉及热加工用α+β型钛合金铸锭。

技术介绍

[0002]α+β型钛合金棒材的制造工序一般包括：以海绵钛、母合金、钛废料等作为熔融原料进行熔融、铸造而制造钛合金铸锭的工序；将钛合金铸锭加热至β域而进行锻造或者轧制的开坯工序；以及加热至β域或α+β域而制成棒材的轧制工序。另一方面，为了低成本化，可考虑省略开坯工序，直接对钛合金铸锭进行轧制而制造棒材。
[0003]例如，专利文献1中公开了一种钛锭的制造方法，其具备：压缩成形工序，将选自海绵钛和钛废料中的1种以上与包含用于调整化学组成的必要元素的副原料进行压缩成形而得到钛压块；以及熔融工序，在1Pa以下的减压下对上述钛压块的表面照射电子束，使上述钛压块全部熔融而制成钛锭。在专利文献1所记载的钛锭的制造方法中，上述熔融工序具备：对上述钛压块的任意表面照射电子束，将从其表面起厚度方向的一部分熔融的工序；以及对任意其他表面照射电子束，至少使未熔融的钛压块熔融的工序。在专利文献1所记载的钛锭的制造方法中，制造出厚度7～80mm板状的钛锭、或者具有与长度方向垂直的截面为直径10～80mm的圆形的圆柱形状或当量圆直径10～80mm的五边形以上的多边形的柱形状的钛锭。
[0004]此外，由钛合金棒材制作的钛合金的粉末被用于使用3D打印机来制造造型物的材料。
[0005]作为将金属粉末作为材料并利用3D打印机进行造型的技术，可举出专利文献2。
[0006]现有技术文献<br/>[0007]专利文献
[0008]专利文献1：国际公开第2019/26251号
[0009]专利文献2：日本国特开2017
‑
222899号公报

技术实现思路

[0010]专利技术要解决的问题
[0011]然而，专利文献1中针对厚度为80mm以下的薄钛锭公开了优选的制造方法，专利文献1所记载的技术是对钛压块的表面照射电子束而使钛压块熔融后，熔融的钛压块凝固而制造钛锭的技术。当对钛压块的表面照射电子束来制造大的钛锭时，就需要增大钛压块利用电子束所产生的熔融深度。然而，在增大钛压块利用电子束所产生的熔融深度的情况下，熔融后的冷却速度变小，晶粒变得粗大。当晶粒粗大时，有时在将钛合金铸锭轧制成棒材时会产生裂纹或空隙，棒材表面会形成深的缺陷。由此，专利文献1所记载的技术还有改善的余地。
[0012]在省略开坯工序并直接对铸锭进行热轧来制造棒材的情况下，会存在因粗大的铸造组织而导致棒材的表面性状变差而成品率降低的问题。在α+β型钛合金之中，特别是含有
Al和O作为α稳定化元素且含有Fe作为β稳定化元素的合金中，由于Fe的扩散速度快，且Fe在α相中的固溶度极限小，因此有时在从β相向α+β相的相变过程中膜状α相会在β晶界析出。在β晶界析出的膜状α相有时会成为α+β型钛合金棒材的裂纹的起点而导致成品率降低。因此，要想省略开坯工序，就需要制造类似于对钛合金的铸锭进行轧制而得到的棒材的表面缺陷的深度被降低的铸锭。需要说明的是，下面有时将在β晶界析出的膜状α相称为晶界α相。
[0013]另外，当钛合金的棒材存在深的缺陷时，除了为了去除缺陷而导致成品率降低并成为制造成本增加的主要原因之外，由残留有缺陷的钛合金棒材制作而成的钛合金的粉末的化学成分有时也会产生偏差。3D打印机用钛合金粉末的原料例如可使钛合金的棒材熔融并利用气体雾化法等来制造，但在该钛合金棒材存在较大缺陷的情况下，该缺陷的部分有时会附着氧化皮、异物。当氧化皮、异物附着于缺陷部时，该缺陷部熔融而制造的钛合金粉末会具有与由不存在缺陷部分而制造的钛合金粉末不同的化学成分。而在使用3D打印机并利用不同化学成分的钛合金粉末造型而成的部分中，有时会产生与其它部分相比强度变化等问题。因此，3D打印机用钛合金粉末优选具有均匀的化学成分。因此，作为3D打印机用钛合金粉末的原料的钛合金棒材优选较大缺陷少。
[0014]进而，在省略钛合金铸锭的开坯锻造并直接进行热轧来制造直径80mm以上的钛合金的棒材的情况下，钛合金的棒材的表面缺陷得到抑制的例子仍是至今未知的。
[0015]本专利技术鉴于上述情况，课题在于：提供一种包含Al、Fe和O的α+β型钛合金的铸锭，其即使在省略开坯锻造并直接进行热轧来制造棒材的情况下，也能够在工业上廉价且稳定地制造表面性状良好(表面缺陷深度浅)的棒材。
[0016]用于解决问题的方案
[0017]本专利技术人等对于通过改善α+β型钛合金的铸锭的特性从而直接对α+β型钛合金铸锭进行热轧而不进行开坯锻造，制造表面性状良好的棒材的方法进行了深入研究。
[0018]为了提高棒材的表面性状，可首先考虑使α+β型钛合金铸锭的铸造组织变细。对于使α+β型钛合金铸锭的铸造组织变细而言，与自耗电极式真空电弧熔炼法(VAR)相比，利用电子束熔炼法(EBM)或等离子熔炼法(PAM)进行制造时在铸模形状方面具有自由度，能够使凝固速度加快，因而优选。
[0019]通过电子束熔炼法或等离子熔炼法制造的α+β型钛合金铸锭的晶粒直径(下面有时将晶粒直径简称为粒径。)会受到α+β型钛合金铸锭的尺寸的影响。直径200mm的α+β型钛合金铸锭的铸造组织的粒径通常为10～20mm左右。本专利技术人等经研究结果发现，在省略开坯锻造并直接热轧时，对于抑制棒材的表面缺陷而言，将α+β型钛合金铸锭的粒径细粒化至10mm以下且α+β型钛合金铸锭的周长的1/100以下是有效的。
[0020]但是，要想将棒材的表面缺陷的深度减少至一定基准以下，仅采用上述对策并不能认为是足够的。
[0021]本专利技术人等经研究的结果可知，将钛合金铸锭加热至β域，轧制至截面收缩率74％并对横截面进行观察时，在表层形成粒径5mm左右的再结晶β晶粒，在该再结晶β晶粒的晶界进一步形成膜状α相。进而可知，沿着再结晶β晶粒的晶界处形成的膜状α相产生裂纹，裂纹贯连至表面。而且可知，形成于该再结晶β晶粒的晶界处的膜状α相所引起的裂纹到达较深位置，因此其成为棒材中形成较深缺陷且成品率显著降低的主要原因。
[0022]本专利技术人等进行进一步研究，结果发现，对于控制钛合金铸锭的晶界α相的形成并
降低棒材的表面缺陷深度，将Al、Fe和O的含量控制在一定范围是有效的。
[0023]本专利技术是基于上述见解进一步研究而做出的，其要旨如下。
[0024](1)根据本专利技术的某一观点，提供一种热加工用α+β型钛合金铸锭，其特征在于，其具有如下化学组成：以质量％计，含有Al：2.5～8.0％、Fe：0.5～3.0％、Sn：0～3.0％、Zr：0～3.0％、Mo：0～3.0％、Si：0～3.00％、Cu：0～3.0％、Nb：0～3.0％、以及满足下述(1)式的量的O，余量为Ti和杂质，上述α+β型钛合金铸锭的垂直于长度方向的截面即横截面的周长L(mm)相对于上述横截面的面积S(mm2)之比L/S为0.010以上，在从上述α+β型钛合金铸锭的长度方向的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种热加工用α+β型钛合金铸锭，其特征在于，其具有如下化学组成：以质量％计，含有Al：2.5～8.0％、Fe：0.5～3.0％、Sn：0～3.0％、Zr：0～3.0％、Mo：0～3.0％、Si：0～3.00％、Cu：0～3.0％、Nb：0～3.0％、以及满足下述(1)式的量的O，余量为Ti和杂质，所述α+β型钛合金铸锭的垂直于长度方向的截面即横截面的周长L(mm)相对于所述横截面的面积S(mm2)之比L/S为0.010以上，在从所述α+β型钛合金铸锭的长度方向的2个端面中的一个所述端面朝向另一所述端面且相对于所述α+β型钛合金铸锭的长度方向的总长为20～80％的部分中，从所述α+β型钛合金铸锭的表面朝向所述α+β型钛合金铸锭的...

【专利技术属性】
技术研发人员：森健一，奥井利行，西山真哉，桥本翔太朗，
申请(专利权)人：日本制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：