CN102317485B - 钛板 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种高强度而且加工性优异的钛板。为了解决上述课题，提供一种钛板，其特征在于，以质量计，铁的含量大于0.10％且小于0.60％、氧的含量大于0.005％且小于0.10％、碳的含量小于0.015％、氮的含量小于0.015％、氢的含量小于0.015％，剩余部分由钛以及不可避免的杂质组成；该钛板形成有α相和β相的双相组织，并且前述β相的平均圆当量粒径形成为3μm以下。

Description

钛板

技术领域

本发明涉及一种钛板，更具体涉及一种加工性优异的钛板。

背景技术

以往，通常钛合金、纯钛等钛材料比铁、铁合金等铁系材料质量轻且强度更高，因此广泛用于运动·休闲用具、医疗器具、各种设备用部件、航空·航天相关机器等。

另外，钛材料的耐蚀性等也优异，因此也用于例如板式热交换器的板材、机动两轮车的消声器部件等。

在制造这样的制品时，例如，对由钛材料形成的板(钛板)实施折弯加工、拉深加工等伴随有塑性变形的各种加工。

因此，为了供于这样的各种用途，要求钛板在拉深加工等成型加工方面具有优异的加工性。

然而最近，考虑到材料成本的减低等，要求实现钛板的薄壁化，结果要求强度的提高。

即，要求同时满足为背反关系的成型性与强度的特性。

此钛板等的原料即海绵钛通过克罗尔法(Kroll process)制作；例如，纯钛通过如下方法生产：对由克罗尔法获得的海绵钛进行电弧熔炼等操作而获得铸锭。

在日本工业规格(JIS)中，纯钛根据除了钛以外的铁、氧的含量进行分类，在JIS中规定了JIS第1种、JIS第2种、JIS第3种、JIS第4种等。

作为它们的材料特性，铁等的含量少的JIS第1种的强度最低并且成型性优异。

而且已知，按照JIS第2种、JIS第3种的顺序强度变高。

另一方面，按照JIS第2种、JIS第3种的顺序成型性降低，不容易通过对由它们形成的钛板施加拉深加工等从而获得良好的成型品。

对于这些内容，在下述专利文献1～3中记载了通过将钛材料中的铁等除了钛以外的成分的含量控制为规定以下的范围，从而提高成型性。

然而，不能期待这些专利文献中记载的物质具有充分的强度。

另外，前述克罗尔法中的还原反应通常在碳钢或者铁合金容器内非连续地(分批式)实施，因此在所获得的海绵钛之中，接近容器侧的部位的海绵钛中含有的铁比接近容器中心部的部位的海绵钛更多。

因此，如果将铁的含量限定为例如如专利文献3那样的0.035％～0.100％的范围，那么存在如下担忧：必须使用容器中心部的钛，导致使用材料受限而且导致高成本。

予以说明，与专利文献1～3记载的发明相比，下述专利文献4、5中的钛材料中容许含有较多的铁，但是其还称不上具有充分的成型性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭63-60247号公报

专利文献2：日本特开平9-3573号公报

专利文献3：日本特开2006-316323号公报

专利文献4：日本特开2008-127633号公报

专利文献5：日本特开2002-180166号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明的课题在于提供一种高强度而且加工性优异的钛板。

用于解决问题的方案

本发明人为了解决上述课题而进行了深入研究，结果发现如下事实，从而完成本发明：通过按照将铁及氧设为规定的含量并且晶粒成为规定的状态的方式形成钛板，从而可形成高强度且加工性优异的钛板。

即，用于解决前述课题的本发明所涉及的钛板，其特征在于，以质量计，铁的含量大于0.10％且小于0.60％、氧的含量大于0.005％且小于0.10％、碳的含量小于0.015％、氮的含量小于0.015％、氢的含量小于0.015％，剩余部分由钛以及不可避免的杂质组成；该钛板形成有α相和β相的双相组织，前述β相的平均圆当量粒径形成为3μm以下。

发明的效果

根据本发明，可提供一种高强度而且加工性优异的钛板。

附图说明

图1所示为实施例7的钛板的微观组织的显微镜照片。

图2所示为β相的平均圆当量粒径与埃里克森值(Erichsenvalue)的关系的图。

具体实施方式

以下，对本发明的优选实施方式进行说明。

本实施方式中的钛板由含有以下那样的成分的钛材料形成，形成α相和β相的双相组织，前述β相的平均圆当量粒径形成为3μm以下。

前述钛材料中，以质量计，铁(Fe)的含量大于0.10％且小于0.60％、氧(O)的含量大于0.005％且小于0.10％、碳(C)的含量小于0.015％、氮(N)的含量小于0.015％、氢(H)的含量小于0.015％，剩余部分由钛(Ti)以及不可避免的杂质组成。

如上述那样，以质量计，前述铁(Fe)以大于0.10％且小于0.60％的含量含于钛材料中。

Fe为β稳定化元素，虽然一部分固溶但是大多数形成β相。

并且已知，Fe因热处理等而以TiFe的形式存在，阻碍晶粒的生长。

因此以往认为，如果增大钛材料中的Fe含量，那么钛板中形成的α相的晶粒粒径变小，可提高钛材料的强度、研磨加工的加工性，但是埃里克森值等表示延展性(成型加工性)的指标降低。

然而，如在后段中详述的那样，即使增大钛板中的Fe含量，也可通过将O含量设为规定的值并且将β相的大小调整为规定的值，从而抑制延展性的降低并且实现强度的提高。

形成本实施方式的钛板的钛材料的Fe含量以质量计为大于0.10％且小于0.60％，这是因为在Fe含量为0.10％以下的情况下，可能无法赋予所形成的钛板以充分的强度。

另一方面，如果制成0.60％以上的含量，那么即使将钛材料中的O含量设为规定的值，也可能引发延展性降低并且降低钛板的成型加工性。

予以说明，在克罗尔法中，显示0.60％以上的铁含量的钛材料通常仅形成于靠近容器的微小的区域。

因此，就本实施方式中的钛板而言，其成分铁的含量的上限值设为0.60质量％，因此可将通过克罗尔法获得的海绵钛的大部分用作其原材料。

即，可以说在容易获取原材料方面，本实施方式的钛板优选用作成型品的形成中所使用的消耗材料。

以质量计，前述氧(O)以大于0.005％且小于0.10％的含量包含于钛材料中。

形成本实施方式的钛板的钛材料中的O含量以质量计为大于0.005％且小于0.10％，这是因为如果O含量设为0.10％以上，那么钛板的强度太过于提高，即使调整β相也无法得到成型加工性良好的产品。

另外，出于确保成型加工中的良好加工性的目的，重要的是将碳(C)、氮(N)、氢(H)设为相当于JIS第2种的含量以下。

更具体而言，以质量计，重要的是将C、N、H的含量分别设为小于0.015％。

进一步，优选将C的含量设为0.01％以下，N的含量设为0.01％以下，H的含量设为0.01％以下。

确定上述C、N、H的含量下限，并非从钛板的加工性的观点考虑，而是如果要极端地降低它们的含量那么可能会大幅增大钛板的制造成本。

从抑制这样的成本上涨的观点考虑，优选将C含量设为0.0005％以上，将N的含量设为0.0005％以上，将H的含量设为0.0005％以上。

以往，要求成型加工中有良好加工性的钛板，由于使用相当于JIS第1种或JIS第2种的铁含量少的钛材料，因此通常为α单相。

其α粒径尺寸越大则成型性越优异，因此对于本实施方式中的钛板而言，重要的是具有α+β的双相组织，并且β相的平均圆当量粒径为3μm以下。

按照成为这样的组织的方式形成钛板，从而可提高埃里克森值等表示加工性的指标。

如果β相的平均圆当量粒径大于3μm，那么埃里克森值例如降低为小于10mm等从而可能降低加工性。

这是因为，粗大化了的β相与α相的边界处容易因应力集中而产生裂痕，从而降低钛板的加工性。

β相的平均圆当量粒径的下限没有特别限定，为了获得β相的平均圆当量粒径小于0.05μm的钛板，可能会导致其制造成本大幅增高，因此优选设为0.05μm以上。

予以说明，关于此β相的平均圆当量粒径，可通过后段的“实施例”中记载的方法求出。

予以说明，本发明申请人等通过以下那样的方法而发现了上述见解。

即，在小型真空电弧熔炼炉中使用铁含量不同的多种钛材料，改变退火条件，并试制0.5mm厚的冷轧板，通过埃里克森试验(Erichsen test)评价了所获得的冷轧板(钛板)的成型性(详细记载于后段的“实施例”中)。

而且发现了，例如，如果使退火时间变长，那么β相的粒径增大，β相的粒径越大则埃里克森值越减少。

而且，详细调查了组织、断面，结果判明了：由于在粗大的β粒与α相的界面发现裂痕，因此通过改变退火条件而减小β相的粒径，结果Erichsen值增大并且成型性得到改良。

特别是发现了，β相的平均圆当量粒径以3μm作为界限，如果为其以下那么可获得加工性优异的高强度的钛板。

如获得此见解的过程的说明中所示，β相的粒径大小可通过钛材中的铁含量、在钛板制造时的精加工退火温度以及精加工退火时间等而调整。

以下，对钛板制造方法中的这些条件进行说明。

在钛板制造时的精加工退火温度、精加工退火时间的各条件中，可通过降低精加工退火温度来抑制β粒的生长从而减小晶粒粒径。

进一步，可通过缩短精加工退火时间来抑制晶粒的生长从而减小晶粒粒径。

更具体而言，如果将精加工退火温度设为小于550℃，那么冷轧后的加工组织不发生重结晶化、存在成型性降低的可能。

另一方面，如果设为大于800℃那样的温度，那么钛中的铁的扩散变快，存在β相的晶粒粗大化的可能。

由此，精加工退火温度优选设为550℃以上且800℃以下的范围内的任一温度。

另外，精加工退火时间根据上述精加工退火温度、钛板的板厚、退火炉的容量等来确定。

即，在精加工退火温度为650℃以上且800℃度以下的情况下，精加工退火时间优选为大于0分钟且15分钟以下。

予以说明，即使在钛板的温度刚达到前述精加工退火温度之后立即结束精加工退火的情况下，由于加热中组织也发生重结晶化，因此如果精加工退火时间少许超过0分钟，那么降低成型性的可能性也低。

另一方面，在前述精加工退火温度中精加工退火时间的上限值设为15分钟，这是因为，如果实施大于15分钟的精加工退火，那么β相的晶粒粗大化，存在降低钛板的加工性的可能。

予以说明，如果使精加工退火温度为550℃以上且小于650℃，那么在将退火时间设为t(分种)、退火温度设为T(℃)时，优选按照满足下述式(1)的方式实施精加工退火。

[数学式1]

t≥32.5-0.05×T          (1)

(其中，550≤T＜650)

在这样的温度范围中，重结晶虽然进行但是其速度迟缓，因此重结晶化所需要的时间在某种程度是必需的。

于是，可通过选择满足上述式(1)的条件而实现提高基于重结晶化的成型性。

但是，在精加工退火温度为大于630℃且小于650℃的情况下，如果实施长时间的退火，β相的晶粒粗大化，存在钛板的加工性降低的可能。

因此，优选在此温度范围、按照满足下述式(2)的方式实施精加工退火。

[数学式2]

t＜9277.5-14.25×T         (2)

(其中，630＜T＜650)

另外，在精加工退火温度为550℃以上且630℃以下的范围内的温度的情况下，退火时间优选为300分钟以下。

通过选择这样的条件，从而可抑制钛板中形成的组织中的β相的粗大化，可赋予钛板以良好的加工性。

予以说明，如果在此温度范围设置大于300分钟的精加工退火时间，β相的晶粒粗大化，存在降低钛板的加工性的可能。

采用上述所例示的制造条件，可将钛板中的β相的粒径调整为规定以下，可获得强度和加工性优异的钛板。

予以说明，在不显著损害本发明的效果的范围，可以将以往的钛板以及钛板制造方法中的公知的事项应用于本实施方式的钛板，此处不进行详述。

实施例

下面通过列举实施例来进一步详细说明本发明，但是本发明不受限于它们。

(实施例1～22、比较例1～3)

(测试件的制作)

通过小型真空电弧熔炼而制作铸块(φ140mm)，将该铸块加热至1150℃后，进行锻造从而制作了厚度50mm的板坯(slab)。

在850℃将该板坯热轧至厚度5mm之后，在750℃退火，切削掉表面的氧化皮(scale)从而制作了厚度4mm的板材。

进一步对此板材进行冷轧从而制作了厚度0.5mm的板状试样(钛板)。

对此厚度0.5mm的钛板实施在真空气氛中的精加工退火，制作了评价用的测试件。

在前述精加工退火中，通过调整其温度(550℃以上且800℃以下)、时间(300分钟以下)，从而调整了前述测试件的晶粒粒度。

(成分测定)

使用切削掉了表面的氧化皮的厚度4mm的板材，测定了钛板中所含的铁量和氧量。

铁含量按照JIS H1614测定，氧含量按照JIS H1620来测定。

(拉伸强度测定)

另外，按照JIS Z 2241测定如上述调整了晶粒粒度的测试件(钛板)的拉伸强度。

(加工性评价)

另外，按照JIS Z2247测定如上述调整了晶粒粒度的测试件(钛板)的埃里克森值，对钛板的加工性进行评价。

(组织调查)

将从显微镜照片观察到的钛板的微观组织的情况示于图1(实施例7的微观组织)。

在此组织照片中，由于β相映现为黑、α相映现为白，因此使用图像解析软件对此照片进行2值化处理从而求出β相的平均面积，根据计算来求出面积与该平均面积相同的圆的直径来作为平均圆当量粒径。

将以上的结果示于表1。

[表1]

此表1中，虽然实施例1～4与的铁含量、氧含量比较例1相同，但是通过不同的退火条件调整了β相的平均圆当量粒径；β相的平均圆当量粒径越小则埃里克森值越大。

另外，在其它的实施例、比较例中也可发现同样的倾向，从表示了此表1中的β相的平均圆当量粒径与埃里克森值的关系的图2也可知，本发明可提供高强度而且加工性优异的钛板。

Claims (1)

1.一种钛板，其特征在于，

以质量计，铁的含量大于0.10％且小于0.60％、氧的含量大于0.005％且小于0.10％、碳的含量小于0.015％、氮的含量小于0.015％、氢的含量小于0.015％，剩余部分由钛以及不可避免的杂质组成；该钛板形成有α相和β相的双相组织，并且所述β相的平均圆当量粒径形成为3μm以下。

Images