JP2003301229A - チタン製自動車部品 - Google Patents
チタン製自動車部品Info
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C14/00—Alloys based on titanium
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
- B62K19/00—Cycle frames
- B62K19/02—Cycle frames characterised by material or cross-section of frame members
- B62K19/04—Cycle frames characterised by material or cross-section of frame members the material being wholly or mainly metallic, e.g. of high elasticity
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のＪＩＳ２種および３種と同等の強度
と、同様の部品・工程設計が可能な相構成を有し、かつ
加工後の残留延性の高いチタン製自動車部品を提供す
る。 【解決手段】 質量％で、Ｆｅ：０．１５〜０．５％、
窒素：０．０１５〜０．０４％および酸素を含有し、残
部チタンと不可避不純物からなり、Ｆｅ含有量を［Ｆ
ｅ］、窒素含有量を［Ｎ］、酸素含有量を［Ｏ］とする
とき、酸素等量値Ｑ＝［Ｏ］＋２．７７［Ｎ］＋０．１
［Ｆｅ］が、Ｑ：０．１１〜０．２８％であることを特
徴とするチタン製自動車部品。Ｑ：０．１１〜０．２０
％であることが好ましい。また自動車部品としては、マ
フラー、排気管、二輪フレーム、二輪リアフォーク、二
輪フロントフォークインナー管のいずれかに適用するの
が好適である。
と、同様の部品・工程設計が可能な相構成を有し、かつ
加工後の残留延性の高いチタン製自動車部品を提供す
る。 【解決手段】 質量％で、Ｆｅ：０．１５〜０．５％、
窒素：０．０１５〜０．０４％および酸素を含有し、残
部チタンと不可避不純物からなり、Ｆｅ含有量を［Ｆ
ｅ］、窒素含有量を［Ｎ］、酸素含有量を［Ｏ］とする
とき、酸素等量値Ｑ＝［Ｏ］＋２．７７［Ｎ］＋０．１
［Ｆｅ］が、Ｑ：０．１１〜０．２８％であることを特
徴とするチタン製自動車部品。Ｑ：０．１１〜０．２０
％であることが好ましい。また自動車部品としては、マ
フラー、排気管、二輪フレーム、二輪リアフォーク、二
輪フロントフォークインナー管のいずれかに適用するの
が好適である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、軽量・高強度の特
徴を有するチタンからなる自動車部品に関するものであ
る。特に、ＪＩＳ２種あるいは３種の工業用純チタン、
あるいはこれらにさらに少量のＦｅを添加した低合金チ
タンからなる自動車部品に関するものである。
徴を有するチタンからなる自動車部品に関するものであ
る。特に、ＪＩＳ２種あるいは３種の工業用純チタン、
あるいはこれらにさらに少量のＦｅを添加した低合金チ
タンからなる自動車部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】チタン材は、合金チタンと工業用純チタ
ンに分類されるが、その中で工業用純チタンは、中程度
の強度特性と優れた耐食性に加え加工性も比較的優れて
おり、また溶接も比較的容易であるという特徴を有して
おり、厚中板、熱延および冷延ストリップ、これらから
切り出した薄板、これら薄板を成型し溶接した溶接管、
太径丸直棒、矩形直棒、棒線コイル、これらから切り出
した中〜小径棒線、熱間押出し法による継目無し管な
ど、種々の形状に加工され、その軽量、高強度、高耐食
性などの特徴を活かすべく、これら諸特性が特に要求さ
れる航空機、化学、海洋、電力等の分野で使用されてき
た。また最近では、自動車などいわゆる民生品への適用
も著しく進んでおり、種々のチタン製部品が実際にこれ
ら分野でも多用されるようになっている。
ンに分類されるが、その中で工業用純チタンは、中程度
の強度特性と優れた耐食性に加え加工性も比較的優れて
おり、また溶接も比較的容易であるという特徴を有して
おり、厚中板、熱延および冷延ストリップ、これらから
切り出した薄板、これら薄板を成型し溶接した溶接管、
太径丸直棒、矩形直棒、棒線コイル、これらから切り出
した中〜小径棒線、熱間押出し法による継目無し管な
ど、種々の形状に加工され、その軽量、高強度、高耐食
性などの特徴を活かすべく、これら諸特性が特に要求さ
れる航空機、化学、海洋、電力等の分野で使用されてき
た。また最近では、自動車などいわゆる民生品への適用
も著しく進んでおり、種々のチタン製部品が実際にこれ
ら分野でも多用されるようになっている。
【０００３】この工業用純チタンは、添加元素および強
度特性から、ＪＩＳ１種〜４種に分類されており、最汎
用のＪＩＳ２種では、酸素が０．２０質量％以下、窒素
が０．０５質量％以下、Ｆｅが０．２５質量％以下と規
定されている。また、ＪＩＳ２種よりも高強度のＪＩＳ
３種は、酸素が０．３０質量％以下、窒素が０．０７質
量％以下、Ｆｅが０．３０質量％以下と規定されてい
る。（なお、以下の説明において化学成分量は質量％で
ある。）
度特性から、ＪＩＳ１種〜４種に分類されており、最汎
用のＪＩＳ２種では、酸素が０．２０質量％以下、窒素
が０．０５質量％以下、Ｆｅが０．２５質量％以下と規
定されている。また、ＪＩＳ２種よりも高強度のＪＩＳ
３種は、酸素が０．３０質量％以下、窒素が０．０７質
量％以下、Ｆｅが０．３０質量％以下と規定されてい
る。（なお、以下の説明において化学成分量は質量％で
ある。）
【０００４】しかし実際には、これらＪＩＳ２種、３種
の工業用純チタンは、窒素は高々０．０１５％、Ｆｅは
高々０．１％程度しか含まれていないのが現状であり、
０．０７〜０．３％の酸素と不可避的不純物を含有する
以外は、文字通り純チタンであった。
の工業用純チタンは、窒素は高々０．０１５％、Ｆｅは
高々０．１％程度しか含まれていないのが現状であり、
０．０７〜０．３％の酸素と不可避的不純物を含有する
以外は、文字通り純チタンであった。
【０００５】これら従来のＪＩＳ２種およびＪＩＳ３種
の工業用純チタンは、先に述べたとおり、種々の断面形
状、寸法の製品が製造され、幅広い分野で多用されてい
るが、マフラーや排気管、二輪のリアフォーク、フレー
ムなどの自動車部品などに適用する際には、曲げ、鍛
造、平圧延（円形断面の棒線を平板状に冷間圧延す
る）、縮管、絞り、拡管、打ち抜き、穴拡げ、などの冷
間加工工程を経て、複雑な形状に加工される。そのため
加工中に延性を消費し、部分的に、加工後の部品の延性
が小さくなる場合があった。一方、自動車部品は今後ま
すます過酷な環境で使用されるようになると考えられる
ことから、より残留延性の大きい部品が強く望まれてい
た。
の工業用純チタンは、先に述べたとおり、種々の断面形
状、寸法の製品が製造され、幅広い分野で多用されてい
るが、マフラーや排気管、二輪のリアフォーク、フレー
ムなどの自動車部品などに適用する際には、曲げ、鍛
造、平圧延（円形断面の棒線を平板状に冷間圧延す
る）、縮管、絞り、拡管、打ち抜き、穴拡げ、などの冷
間加工工程を経て、複雑な形状に加工される。そのため
加工中に延性を消費し、部分的に、加工後の部品の延性
が小さくなる場合があった。一方、自動車部品は今後ま
すます過酷な環境で使用されるようになると考えられる
ことから、より残留延性の大きい部品が強く望まれてい
た。
【０００６】加工後の部品の残留延性を増大させるに
は、素材の延性を向上させる必要がある。後者に関して
は、高強度チタン合金では、高延性を確保する方法とし
て、特表平８−８３３２９２号公報（国際公開 No.WO96
/33292）に記載されているように、Ｆｅと窒素を同時に
添加する方法がある。この方法は、もっと低強度のＪＩ
Ｓ２種あるいは３種に相当する強度水準のチタン材にも
適用できる可能性が類推されるが、この方法のように１
％近いＦｅを添加すると、マトリクスのα相（ｈｃｐ結
晶構造）とは結晶構造の異なるβ相（ｂｃｃ結晶構造）
が多量に生成し、弾性率や熱膨張特性が従来のα相のみ
を主相とする場合と異なるようになり、周辺部品との適
合性を確保するために部品形状や製造工程、加工方法を
再調整する必要があるという問題点が生じる。
は、素材の延性を向上させる必要がある。後者に関して
は、高強度チタン合金では、高延性を確保する方法とし
て、特表平８−８３３２９２号公報（国際公開 No.WO96
/33292）に記載されているように、Ｆｅと窒素を同時に
添加する方法がある。この方法は、もっと低強度のＪＩ
Ｓ２種あるいは３種に相当する強度水準のチタン材にも
適用できる可能性が類推されるが、この方法のように１
％近いＦｅを添加すると、マトリクスのα相（ｈｃｐ結
晶構造）とは結晶構造の異なるβ相（ｂｃｃ結晶構造）
が多量に生成し、弾性率や熱膨張特性が従来のα相のみ
を主相とする場合と異なるようになり、周辺部品との適
合性を確保するために部品形状や製造工程、加工方法を
再調整する必要があるという問題点が生じる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上のような現状に鑑
み、本発明は、従来のＪＩＳ２種および３種と同等の強
度を有し、かつ、従来のＪＩＳ２種および３種チタン材
と同様の部品・工程設計が可能な相構成のチタン材から
なり、かつ加工後の残留延性の高い、チタン製自動車部
品を提供するものである。
み、本発明は、従来のＪＩＳ２種および３種と同等の強
度を有し、かつ、従来のＪＩＳ２種および３種チタン材
と同様の部品・工程設計が可能な相構成のチタン材から
なり、かつ加工後の残留延性の高い、チタン製自動車部
品を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】発明者らは、種々の成分
のチタン材の組成と特性の関係について包括的な検討を
行い、酸素等量値、Ｆｅ濃度、窒素濃度などの成分と強
度・延性の関係を見いだし、従来のＪＩＳ２種および３
種チタン材とほとんど同じ強度レベルおよび相構成で、
かつ製品加工後の残留延性が従来よりも高いチタン製自
動車部品を提供することの可能な成分範囲を限定するに
至って本発明を完成させた。
のチタン材の組成と特性の関係について包括的な検討を
行い、酸素等量値、Ｆｅ濃度、窒素濃度などの成分と強
度・延性の関係を見いだし、従来のＪＩＳ２種および３
種チタン材とほとんど同じ強度レベルおよび相構成で、
かつ製品加工後の残留延性が従来よりも高いチタン製自
動車部品を提供することの可能な成分範囲を限定するに
至って本発明を完成させた。
【０００９】本発明はかかる技術思想に基づくものであ
って、その要旨とするところは以下の通りである。 （１）質量％で、Ｆｅ：０．１５〜０．５％、窒素：
０．０１５〜０．０４％および酸素を含有し、残部チタ
ンと不可避不純物からなり、Ｆｅ含有量を［Ｆｅ］、窒
素含有量を［Ｎ］、酸素含有量を［Ｏ］とするとき、酸
素等量値Ｑ＝［Ｏ］＋２．７７［Ｎ］＋０．１［Ｆｅ］
が、Ｑ：０．１１〜０．２８％であることを特徴とする
チタン製自動車部品。 （２）前記酸素等量値Ｑが０．１１〜０．２０％である
ことを特徴とする前記（１）に記載のチタン製自動車部
品。 （３）自動車部品が、マフラー、排気管、二輪フレー
ム、二輪リアフォーク、二輪フロントフォークインナー
管のいずれかであることを特徴とする前記（１）または
（２）に記載のチタン製自動車部品。
って、その要旨とするところは以下の通りである。 （１）質量％で、Ｆｅ：０．１５〜０．５％、窒素：
０．０１５〜０．０４％および酸素を含有し、残部チタ
ンと不可避不純物からなり、Ｆｅ含有量を［Ｆｅ］、窒
素含有量を［Ｎ］、酸素含有量を［Ｏ］とするとき、酸
素等量値Ｑ＝［Ｏ］＋２．７７［Ｎ］＋０．１［Ｆｅ］
が、Ｑ：０．１１〜０．２８％であることを特徴とする
チタン製自動車部品。 （２）前記酸素等量値Ｑが０．１１〜０．２０％である
ことを特徴とする前記（１）に記載のチタン製自動車部
品。 （３）自動車部品が、マフラー、排気管、二輪フレー
ム、二輪リアフォーク、二輪フロントフォークインナー
管のいずれかであることを特徴とする前記（１）または
（２）に記載のチタン製自動車部品。
【００１０】
【発明の実施の形態】発明者らは、種々の成分のチタン
材において、組成と特性の関係を鋭意検討した結果、下
記の重要な現象を見出すに至った。すなわち、 Ｆｅの添加量が０．５％を超えると、マトリクスのα
相（ｈｃｐ結晶構造）とは結晶構造の異なるβ相（ｂｃ
ｃ結晶構造）が多量に生成し、弾性率や熱膨張特性が従
来のα相のみを主相とする場合と顕著に異なるようにな
るが、Ｆｅの添加量が０．５％以下であれば、β相の生
成量は少なく、周辺部品との適合性を確保するために部
品形状や製造工程などを再調整する必要は生じない。す
なわち、従来通りの設計、製造工程にて自動車部品を製
造することが可能である。
材において、組成と特性の関係を鋭意検討した結果、下
記の重要な現象を見出すに至った。すなわち、 Ｆｅの添加量が０．５％を超えると、マトリクスのα
相（ｈｃｐ結晶構造）とは結晶構造の異なるβ相（ｂｃ
ｃ結晶構造）が多量に生成し、弾性率や熱膨張特性が従
来のα相のみを主相とする場合と顕著に異なるようにな
るが、Ｆｅの添加量が０．５％以下であれば、β相の生
成量は少なく、周辺部品との適合性を確保するために部
品形状や製造工程などを再調整する必要は生じない。す
なわち、従来通りの設計、製造工程にて自動車部品を製
造することが可能である。
【００１１】２β相の生成量が少ない０．５％以下の
Ｆｅ添加量でも、その添加量が０．１５％以上であれ
ば、０．０４％以下の窒素の添加は、延性の低下をもた
らすことなく強度上昇を達成できる。あるいは強度を低
下させることなく延性を向上させることができる。すな
わち、強度・延性バランスを向上させることができる。
Ｆｅ添加量でも、その添加量が０．１５％以上であれ
ば、０．０４％以下の窒素の添加は、延性の低下をもた
らすことなく強度上昇を達成できる。あるいは強度を低
下させることなく延性を向上させることができる。すな
わち、強度・延性バランスを向上させることができる。
【００１２】本発明は、上記二つの知見をもとに達成さ
れたものである。なお、上記知見のにおいて、Ｆｅの
添加量が０．６％を超えるとこの効果は一旦消失する
が、０．９％を超えると、強度延性バランスに優れたβ
相の量が増大するため、再度Ｆｅと窒素の複合添加によ
る強度と延性の関係向上が現れる。しかし、この効果
は、前記特表平８−８３３２９２号公報（国際公開 No.
WO96/33292）記載のような高強度合金には有効である
が、本発明が対象としている、ＪＩＳ２種あるいは３種
クラスの強度のチタン材に対しては過強度となり、逆に
このクラスのチタン材で求められている延性や加工性を
損なうため、本発明で対象としている強度水準の材料に
適用することは好ましくない。
れたものである。なお、上記知見のにおいて、Ｆｅの
添加量が０．６％を超えるとこの効果は一旦消失する
が、０．９％を超えると、強度延性バランスに優れたβ
相の量が増大するため、再度Ｆｅと窒素の複合添加によ
る強度と延性の関係向上が現れる。しかし、この効果
は、前記特表平８−８３３２９２号公報（国際公開 No.
WO96/33292）記載のような高強度合金には有効である
が、本発明が対象としている、ＪＩＳ２種あるいは３種
クラスの強度のチタン材に対しては過強度となり、逆に
このクラスのチタン材で求められている延性や加工性を
損なうため、本発明で対象としている強度水準の材料に
適用することは好ましくない。
【００１３】また上記で述べたように、この場合、β
相の量が多いため、周辺部品との適合性を確保するため
に部品形状や製造工程を再調整する必要が生じてしま
い、従来通りの製造工程では必ずしも十分な加工を行う
ことができない。
相の量が多いため、周辺部品との適合性を確保するため
に部品形状や製造工程を再調整する必要が生じてしま
い、従来通りの製造工程では必ずしも十分な加工を行う
ことができない。
【００１４】前記（１）において、酸素、窒素、Ｆｅの
含有量を規定した理由について説明する。前記（１）で
は、Ｆｅを０．１５〜０．５％添加することとした。
０．１５％以上添加することとしたのは、窒素との複合
添加により強度を低下させずして延性を向上させる、あ
るいは延性の低下なくして強度を向上させるには、上述
の知見に記載したように、０．１５％以上のＦｅの添
加が必要であるからである。
含有量を規定した理由について説明する。前記（１）で
は、Ｆｅを０．１５〜０．５％添加することとした。
０．１５％以上添加することとしたのは、窒素との複合
添加により強度を低下させずして延性を向上させる、あ
るいは延性の低下なくして強度を向上させるには、上述
の知見に記載したように、０．１５％以上のＦｅの添
加が必要であるからである。
【００１５】ただし、０．５％を超えて添加すると、こ
の効果が消失するばかりか、で述べたように、マトリ
クスのα相（ｈｃｐ結晶構造）とは結晶構造の異なるβ
相（ｂｃｃ結晶構造）が多量に生成し、弾性率や熱膨張
特性が従来のα相のみを主相とする場合と顕著に異なる
ようになるため、周辺部品との適合性を確保するために
部品形状や製造工程などを再調整する必要が生じ、従来
通りの設計、製造工程にて自動車部品を製造することが
困難となる。
の効果が消失するばかりか、で述べたように、マトリ
クスのα相（ｈｃｐ結晶構造）とは結晶構造の異なるβ
相（ｂｃｃ結晶構造）が多量に生成し、弾性率や熱膨張
特性が従来のα相のみを主相とする場合と顕著に異なる
ようになるため、周辺部品との適合性を確保するために
部品形状や製造工程などを再調整する必要が生じ、従来
通りの設計、製造工程にて自動車部品を製造することが
困難となる。
【００１６】また前記（１）では、窒素の添加量を０．
０１５〜０．０４％とした。この理由は以下の通りであ
る。すなわち、窒素の添加量が０．０１５％未満の場
合、Ｆｅと窒素の複合添加による強度と延性の関係向上
は殆ど認められず、強度を低下させることなく延性を向
上させたり、延性を損なうことなく強度を増加させるこ
とができない。したがって本発明（１）では、窒素の添
加量は０．０１５％以上とした。また、窒素の添加量が
０．０４％を超えると、Ｔｉと窒素の化合物が生成し延
性低下が著しくなり、強度と延性の関係を向上させる効
果が消失する。したがって、窒素添加量の上限は０．０
４％とした。
０１５〜０．０４％とした。この理由は以下の通りであ
る。すなわち、窒素の添加量が０．０１５％未満の場
合、Ｆｅと窒素の複合添加による強度と延性の関係向上
は殆ど認められず、強度を低下させることなく延性を向
上させたり、延性を損なうことなく強度を増加させるこ
とができない。したがって本発明（１）では、窒素の添
加量は０．０１５％以上とした。また、窒素の添加量が
０．０４％を超えると、Ｔｉと窒素の化合物が生成し延
性低下が著しくなり、強度と延性の関係を向上させる効
果が消失する。したがって、窒素添加量の上限は０．０
４％とした。
【００１７】さらに前記（１）では、酸素の添加量は、
酸素等量値Ｑ＝［Ｏ］＋２．７７［Ｎ］＋０．１［Ｆ
ｅ］が、０．１１〜０．２８となるような値とした。こ
こで、［Ｆｅ］、［Ｎ］、［Ｏ］は各々Ｆｅ含有量、窒
素含有量、酸素含有量を表している。この酸素等量値と
は、酸素、窒素、Ｆｅのチタンに対する強化能を総合的
に示す指標であり、単位質量％の酸素がチタンを強化す
る能力を１とした場合、単位質量％の窒素はその２．７
７倍の、また、単位質量％のＦｅはその０．１倍の強化
能を有していることを示している。
酸素等量値Ｑ＝［Ｏ］＋２．７７［Ｎ］＋０．１［Ｆ
ｅ］が、０．１１〜０．２８となるような値とした。こ
こで、［Ｆｅ］、［Ｎ］、［Ｏ］は各々Ｆｅ含有量、窒
素含有量、酸素含有量を表している。この酸素等量値と
は、酸素、窒素、Ｆｅのチタンに対する強化能を総合的
に示す指標であり、単位質量％の酸素がチタンを強化す
る能力を１とした場合、単位質量％の窒素はその２．７
７倍の、また、単位質量％のＦｅはその０．１倍の強化
能を有していることを示している。
【００１８】本発明でＱを０．１１〜０．２８の範囲と
したのは、この範囲のＱ値とすることにより、本発明が
対象としている、現行のＪＩＳ２種および３種が有する
と同等の強度レベルを達成することができるからであ
る。すなわち、Ｑが０．１１未満の場合は強度が低すぎ
て、実際に市販されている一般的なＪＩＳ２種クラスの
強度を有する材料を得ることができないし、相対的にチ
タン中の酸素濃度を低くする必要があり、高価な低酸素
スポンジを使用せざるを得ず好ましくない。また、Ｑが
０．２８を超える場合は高強度となりすぎて、通常の市
場に流通しているＪＩＳ３種クラスに比べて冷間での加
工がしにくくなるなどの問題が生ずる。
したのは、この範囲のＱ値とすることにより、本発明が
対象としている、現行のＪＩＳ２種および３種が有する
と同等の強度レベルを達成することができるからであ
る。すなわち、Ｑが０．１１未満の場合は強度が低すぎ
て、実際に市販されている一般的なＪＩＳ２種クラスの
強度を有する材料を得ることができないし、相対的にチ
タン中の酸素濃度を低くする必要があり、高価な低酸素
スポンジを使用せざるを得ず好ましくない。また、Ｑが
０．２８を超える場合は高強度となりすぎて、通常の市
場に流通しているＪＩＳ３種クラスに比べて冷間での加
工がしにくくなるなどの問題が生ずる。
【００１９】上記のとおりの限定された成分からなるチ
タン材は、従来のＪＩＳ２種からＪＩＳ３種と同等の強
度を有し、かつこれらよりも高い延性を有しており、こ
のチタン材からなる自動車部品は、従来のＪＩＳ２種や
３種からなる自動車部品よりも、冷間加工後の残留延性
が高くなっており、より安心して使用することができ
る。また、従来のＪＩＳ２種および３種チタン材と同様
の部品設計が可能な相構成からなっていることから、周
辺部品との適合性を確保するために部品形状などを再調
整する必要もなく、従来通りの設計、製造工程にて製造
可能である。
タン材は、従来のＪＩＳ２種からＪＩＳ３種と同等の強
度を有し、かつこれらよりも高い延性を有しており、こ
のチタン材からなる自動車部品は、従来のＪＩＳ２種や
３種からなる自動車部品よりも、冷間加工後の残留延性
が高くなっており、より安心して使用することができ
る。また、従来のＪＩＳ２種および３種チタン材と同様
の部品設計が可能な相構成からなっていることから、周
辺部品との適合性を確保するために部品形状などを再調
整する必要もなく、従来通りの設計、製造工程にて製造
可能である。
【００２０】次に前記（２）では、酸素等量値Ｑの値の
範囲を、０．１１〜０．２０の範囲とした。本発明
（１）の範囲のチタン製自動車部品において、その製造
過程でより延性を必要とするのは、より過酷な冷間加工
性を施されることの多い軟質材である。すなわち、特に
軟質の、ＪＩＳ２種に相当する強度レベルの、０．１１
〜０．２０の範囲のＱ値を有するチタン製自動車部品に
本発明を適用すると、特にその効果が強く発揮される。
範囲を、０．１１〜０．２０の範囲とした。本発明
（１）の範囲のチタン製自動車部品において、その製造
過程でより延性を必要とするのは、より過酷な冷間加工
性を施されることの多い軟質材である。すなわち、特に
軟質の、ＪＩＳ２種に相当する強度レベルの、０．１１
〜０．２０の範囲のＱ値を有するチタン製自動車部品に
本発明を適用すると、特にその効果が強く発揮される。
【００２１】なお、本発明でいうところのチタンとは、
酸素、窒素、Ｆｅと不可避的不純物以外は実質的にＴｉ
からなる。ここに不可避的不純物とは、使用する原料ス
ポンジチタンやスクラップチタンから、あるいは製造工
程途中表面から混入する、０．０５％未満のＮｉ，Ｃ
ｒ、０．０１５％未満の炭素、１００ｐｐｍ以下の水素
などを指す。
酸素、窒素、Ｆｅと不可避的不純物以外は実質的にＴｉ
からなる。ここに不可避的不純物とは、使用する原料ス
ポンジチタンやスクラップチタンから、あるいは製造工
程途中表面から混入する、０．０５％未満のＮｉ，Ｃ
ｒ、０．０１５％未満の炭素、１００ｐｐｍ以下の水素
などを指す。
【００２２】また、前記（１）乃至（２）において、Ｆ
ｅの添加量が０．３％以下の場合、本発明記載の成分
は、ＪＩＳ２種または３種に属する成分となる。しか
し、従来の技術の項で説明したように、実際に市場で流
通しているＪＩＳ２種および３種の工業用純チタンは、
Ｆｅ含有量は高々０．１％程度であり、また窒素含有量
も高々０．０１５％程度であり、同じＪＩＳ規格内に属
しているとはいえ、異質の材料である。また、Ｆｅの含
有量が０．３％を超える場合は、ＪＩＳ２種あるいは３
種には属さない低合金チタン材となる。
ｅの添加量が０．３％以下の場合、本発明記載の成分
は、ＪＩＳ２種または３種に属する成分となる。しか
し、従来の技術の項で説明したように、実際に市場で流
通しているＪＩＳ２種および３種の工業用純チタンは、
Ｆｅ含有量は高々０．１％程度であり、また窒素含有量
も高々０．０１５％程度であり、同じＪＩＳ規格内に属
しているとはいえ、異質の材料である。また、Ｆｅの含
有量が０．３％を超える場合は、ＪＩＳ２種あるいは３
種には属さない低合金チタン材となる。
【００２３】次に前記（３）は、自動車部品が、マフラ
ー、排気管、二輪フレーム、二輪リアフォーク、二輪フ
ロントフォークインナー管のいずれかであることとし
た。これら部品は、各々図１〜４に示すような外観をし
ており、例えば二輪を例にとると、各々図５に示す部位
（マフラー（Ａ）、排気管（Ｂ）、フレーム（Ｃ）、リ
アフォーク（Ｄ）、フロントフォークインナー管
（Ｅ））に使用されている。これら部品は、表１に示す
ような役割を各々果たしており、これら部品をチタン製
とすることにより、車体が軽量化され燃費や操縦性能が
向上する。また表１に示すように、これら部品は、いず
れもプレス加工（絞り、穴拡げ、張出し）、曲げ、拡管
などの冷間加工により成形されており、特に本発明の効
果が期待される自動車部品である。
ー、排気管、二輪フレーム、二輪リアフォーク、二輪フ
ロントフォークインナー管のいずれかであることとし
た。これら部品は、各々図１〜４に示すような外観をし
ており、例えば二輪を例にとると、各々図５に示す部位
（マフラー（Ａ）、排気管（Ｂ）、フレーム（Ｃ）、リ
アフォーク（Ｄ）、フロントフォークインナー管
（Ｅ））に使用されている。これら部品は、表１に示す
ような役割を各々果たしており、これら部品をチタン製
とすることにより、車体が軽量化され燃費や操縦性能が
向上する。また表１に示すように、これら部品は、いず
れもプレス加工（絞り、穴拡げ、張出し）、曲げ、拡管
などの冷間加工により成形されており、特に本発明の効
果が期待される自動車部品である。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【実施例】以下に本発明を試験例に基づく実施例で詳細
に説明する。 （試験１）表２の試験番号１〜１１に示す組成のチタン
管（１mm厚、４８mm径）等を用い、ＪＩＳ２種と全く同
じ方法でマフラーを製造し、その製造性を評価するとと
もに、マフラー長手方向に、幅１０mmで長さ１５０mmの
短冊状試験片を切り出し、評点間距離５０mmで引張試験
を実施し、引張強さおよび伸びを測定した。試験片採取
位置は、図１に示すとおりである。評価結果は表２に併
せて記す。
に説明する。 （試験１）表２の試験番号１〜１１に示す組成のチタン
管（１mm厚、４８mm径）等を用い、ＪＩＳ２種と全く同
じ方法でマフラーを製造し、その製造性を評価するとと
もに、マフラー長手方向に、幅１０mmで長さ１５０mmの
短冊状試験片を切り出し、評点間距離５０mmで引張試験
を実施し、引張強さおよび伸びを測定した。試験片採取
位置は、図１に示すとおりである。評価結果は表２に併
せて記す。
【００２６】表２において、本発明の実施例である試験
番号５，８，９、１１は、いずれも十分にマフラーに加
工でき、かつ同じ酸素等量値を有し、Ｆｅ、窒素を意図
的に添加せず、原料スポンジチタン中に存在する不可避
的量のＦｅ、窒素しか含有しない従来の工業用純チタン
（比較例）と比べて、同程度の強度と２％以上高い伸び
が残留していた。
番号５，８，９、１１は、いずれも十分にマフラーに加
工でき、かつ同じ酸素等量値を有し、Ｆｅ、窒素を意図
的に添加せず、原料スポンジチタン中に存在する不可避
的量のＦｅ、窒素しか含有しない従来の工業用純チタン
（比較例）と比べて、同程度の強度と２％以上高い伸び
が残留していた。
【００２７】すなわち、試験番号５は試験番号４と比べ
て、試験番号８，９，１１は試験番号６と比べて、２％
以上高い残留伸びが得られており、本発明の効果が発揮
されている。また、試験番号１，３は１８％以上の極め
て高い伸びが残留しており、特に試験番号３は、同じ酸
素等量値を有するもＦｅ、窒素を意図的に添加せず、原
料スポンジチタン中に存在する不可避的量のＦｅ、窒素
しか含有しない従来の工業用純チタン（試験番号２）と
比べて、同等の引張強さと２％以上高い残留伸びを有し
ている。しかし、試験番号４の最汎用ＪＩＳ２種材の引
張強度を遙かに下回る不十分な強度レベルしか得られて
おらず、使用したスポンジチタンも、０．０５質量％以
下の酸素しか含まない高純度材を使用するなど製造コス
トも高くなっており、本発明の効果を十分に発揮するこ
とができない。これは、酸素等量値Ｑが本発明における
下限値の０．１１を下回ったためである。
て、試験番号８，９，１１は試験番号６と比べて、２％
以上高い残留伸びが得られており、本発明の効果が発揮
されている。また、試験番号１，３は１８％以上の極め
て高い伸びが残留しており、特に試験番号３は、同じ酸
素等量値を有するもＦｅ、窒素を意図的に添加せず、原
料スポンジチタン中に存在する不可避的量のＦｅ、窒素
しか含有しない従来の工業用純チタン（試験番号２）と
比べて、同等の引張強さと２％以上高い残留伸びを有し
ている。しかし、試験番号４の最汎用ＪＩＳ２種材の引
張強度を遙かに下回る不十分な強度レベルしか得られて
おらず、使用したスポンジチタンも、０．０５質量％以
下の酸素しか含まない高純度材を使用するなど製造コス
トも高くなっており、本発明の効果を十分に発揮するこ
とができない。これは、酸素等量値Ｑが本発明における
下限値の０．１１を下回ったためである。
【００２８】試験番号７，１０は、同じ酸素等量値を有
するもＦｅ、窒素を意図的に添加せず、原料スポンジチ
タン中に存在する不可避的量のＦｅ、窒素しか含有しな
い従来の工業用純チタン（試験番号６）と同等の引張強
度、残留伸びしか得られておらず、本発明の効果が十分
に発揮されていない。それは、試験番号７の場合Ｆｅの
添加量が、また試験番号１０の場合窒素の添加量が、本
発明の下限値以下であったためである。
するもＦｅ、窒素を意図的に添加せず、原料スポンジチ
タン中に存在する不可避的量のＦｅ、窒素しか含有しな
い従来の工業用純チタン（試験番号６）と同等の引張強
度、残留伸びしか得られておらず、本発明の効果が十分
に発揮されていない。それは、試験番号７の場合Ｆｅの
添加量が、また試験番号１０の場合窒素の添加量が、本
発明の下限値以下であったためである。
【００２９】
【表２】
【００３０】（試験２）表３の試験番号１２〜２２に示
す組成のチタン管（２．０mm厚、３２mm径）等を用い
て、ＪＩＳ２種または３種と全く同じ方法で二輪フレー
ムを製造し、その製造性を評価するとともに、図２に示
す部位から、長手方向に、幅１０mmで長さ１５０mmの短
冊状試験片を切り出し、さらに試験片の端部を曲げ加工
により掴み部に加工し、評点間距離５０mmで引張試験を
実施し、引張強さおよび伸びを測定した。評価結果は表
３に併せて記す。なお引張試験初期には、湾曲試験片は
湾曲状態から次第に真っ直ぐに変形し、その後さらに伸
びて破断した。
す組成のチタン管（２．０mm厚、３２mm径）等を用い
て、ＪＩＳ２種または３種と全く同じ方法で二輪フレー
ムを製造し、その製造性を評価するとともに、図２に示
す部位から、長手方向に、幅１０mmで長さ１５０mmの短
冊状試験片を切り出し、さらに試験片の端部を曲げ加工
により掴み部に加工し、評点間距離５０mmで引張試験を
実施し、引張強さおよび伸びを測定した。評価結果は表
３に併せて記す。なお引張試験初期には、湾曲試験片は
湾曲状態から次第に真っ直ぐに変形し、その後さらに伸
びて破断した。
【００３１】表３において、本発明の実施例である試験
番号１３，１４，１７，１９，２０は、いずれも十分に
マフラーに加工でき、かつ同じ酸素等量値および強度レ
ベルを有する、Ｆｅ、窒素を意図的に添加せず、原料ス
ポンジチタン中に存在する不可避的量のＦｅ、窒素しか
含有しない従来の工業用純チタン（比較例）と比べて、
２％以上高い伸び値が残留していた。
番号１３，１４，１７，１９，２０は、いずれも十分に
マフラーに加工でき、かつ同じ酸素等量値および強度レ
ベルを有する、Ｆｅ、窒素を意図的に添加せず、原料ス
ポンジチタン中に存在する不可避的量のＦｅ、窒素しか
含有しない従来の工業用純チタン（比較例）と比べて、
２％以上高い伸び値が残留していた。
【００３２】すなわち、試験番号１３，１４は試験番号
１２（従来のＪＩＳ２種）と比べて、試験番号１７は試
験番号１６（従来のＪＩＳ３種）と比べて、試験番号１
９，２０は試験番号１８（従来のＪＩＳ３種）と比べ
て、同程度の強度と２％以上高い伸びが得られており、
本発明の効果が発揮されている。
１２（従来のＪＩＳ２種）と比べて、試験番号１７は試
験番号１６（従来のＪＩＳ３種）と比べて、試験番号１
９，２０は試験番号１８（従来のＪＩＳ３種）と比べ
て、同程度の強度と２％以上高い伸びが得られており、
本発明の効果が発揮されている。
【００３３】一方、試験番号１５は、加工中に割れが生
じてしまった。この理由は下記の通りである。すなわ
ち、Ｆｅの添加量が本発明の上限値を超えたため、マト
リクスのα相（ｈｃｐ結晶構造）とは結晶構造の異なる
β相（ｂｃｃ結晶構造）が多量に生成し、弾性率や熱膨
張特性が従来のα相のみを主相とする純チタンとは顕著
に異なるようになった。ところが、周辺部品との適合性
を確保するための部品形状調整や成形方法の調整を行う
ことなく、従来の純チタンと同じ設計、製造工程にて部
品製造したため、加工中に割れを生じてしまった。
じてしまった。この理由は下記の通りである。すなわ
ち、Ｆｅの添加量が本発明の上限値を超えたため、マト
リクスのα相（ｈｃｐ結晶構造）とは結晶構造の異なる
β相（ｂｃｃ結晶構造）が多量に生成し、弾性率や熱膨
張特性が従来のα相のみを主相とする純チタンとは顕著
に異なるようになった。ところが、周辺部品との適合性
を確保するための部品形状調整や成形方法の調整を行う
ことなく、従来の純チタンと同じ設計、製造工程にて部
品製造したため、加工中に割れを生じてしまった。
【００３４】また、試験番号２１も加工中に割れを生じ
てしまった。これは、窒素の添加量が本発明の上限値を
超えたためＴｉと窒素の化合物が生成し延性が損なわ
れ、本発明の効果が達成されなかったものである。試験
番号２２も加工中に割れを生じてしまったが、これは、
Ｑが０．２８を超えてしまったため高強度となりすぎて
相対的に延性が低下し、通常の市場に流通しているＪＩ
Ｓ３種クラスに比べて冷間での加工がし難くなったため
である。
てしまった。これは、窒素の添加量が本発明の上限値を
超えたためＴｉと窒素の化合物が生成し延性が損なわ
れ、本発明の効果が達成されなかったものである。試験
番号２２も加工中に割れを生じてしまったが、これは、
Ｑが０．２８を超えてしまったため高強度となりすぎて
相対的に延性が低下し、通常の市場に流通しているＪＩ
Ｓ３種クラスに比べて冷間での加工がし難くなったため
である。
【００３５】
【表３】
【００３６】（試験３）表４の試験番号２３〜２４に示
す組成のチタン管（１mm厚、３８mm径）等を用いて、Ｊ
ＩＳ２種と全く同じ方法で排気管を製造し、その製造性
を評価するとともに、図１に示す部位から、長手方向
に、幅１０mmで長さ１５０mmの湾曲短冊状試験片を切り
出し、さらに試験片の端部を曲げ加工により掴み部に加
工し、評点間距離５０mmで引張試験を実施し、引張強さ
および伸びを測定した。評価結果は表４に併せて記す。
なお引張試験初期には、湾曲試験片は湾曲状態から次第
に真っ直ぐに変形し、その後さらに伸びて破断した。
す組成のチタン管（１mm厚、３８mm径）等を用いて、Ｊ
ＩＳ２種と全く同じ方法で排気管を製造し、その製造性
を評価するとともに、図１に示す部位から、長手方向
に、幅１０mmで長さ１５０mmの湾曲短冊状試験片を切り
出し、さらに試験片の端部を曲げ加工により掴み部に加
工し、評点間距離５０mmで引張試験を実施し、引張強さ
および伸びを測定した。評価結果は表４に併せて記す。
なお引張試験初期には、湾曲試験片は湾曲状態から次第
に真っ直ぐに変形し、その後さらに伸びて破断した。
【００３７】表４において、本発明の実施例である試験
番号２４は、通常の純チタンＪＩＳ２種（試験番号２
３）と全く同じ方法で割れ等生じることなく加工でき、
しかも通常の純チタン（試験番号２３）と強度レベルは
同等であるが、これを凌ぐ残留伸びを有していた。
番号２４は、通常の純チタンＪＩＳ２種（試験番号２
３）と全く同じ方法で割れ等生じることなく加工でき、
しかも通常の純チタン（試験番号２３）と強度レベルは
同等であるが、これを凌ぐ残留伸びを有していた。
【００３８】
【表４】
【００３９】（試験４）表４の試験番号２５〜２６に示
す組成のチタン管（１．５mm厚、３２mm径）等を用い
て、ＪＩＳ３種と全く同じ方法で二輪リアフォークを製
造し、その製造性を評価するとともに、図３に示す部位
から長手方向に、幅１０mmで長さ１５０mmの短冊状試験
片を切り出し、さらに試験片の端部を曲げ加工により掴
み部に加工し、評点間距離５０mmで引張試験を実施し、
引張強さおよび伸びを測定した。評価結果は表４に併せ
て記す。なお引張試験初期には、湾曲試験片は湾曲状態
から次第に真っ直ぐに変形し、その後さらに伸びて破断
した。
す組成のチタン管（１．５mm厚、３２mm径）等を用い
て、ＪＩＳ３種と全く同じ方法で二輪リアフォークを製
造し、その製造性を評価するとともに、図３に示す部位
から長手方向に、幅１０mmで長さ１５０mmの短冊状試験
片を切り出し、さらに試験片の端部を曲げ加工により掴
み部に加工し、評点間距離５０mmで引張試験を実施し、
引張強さおよび伸びを測定した。評価結果は表４に併せ
て記す。なお引張試験初期には、湾曲試験片は湾曲状態
から次第に真っ直ぐに変形し、その後さらに伸びて破断
した。
【００４０】表４において、本発明の実施例である試験
番号２６は、通常の純チタンＪＩＳ３種（試験番号２
５）と全く同じ方法で割れ等生じることなく加工でき、
しかも通常の純チタン（試験番号２５）と強度レベルは
同等であるが、これを凌ぐ残留伸びを有していた。
番号２６は、通常の純チタンＪＩＳ３種（試験番号２
５）と全く同じ方法で割れ等生じることなく加工でき、
しかも通常の純チタン（試験番号２５）と強度レベルは
同等であるが、これを凌ぐ残留伸びを有していた。
【００４１】（試験５）表４の試験番号２７〜２８に示
す組成のチタン管（３mm厚、３２mm径）等を用いて、Ｊ
ＩＳ３種と全く同じ方法で二輪フロントフォークインナ
ー管を製造し、その製造性を評価するとともに、図４に
示す部位から長手方向に、幅１０mmで長さ１５０mmの短
冊状試験片を切り出し、評点間距離５０mmで引張試験を
実施し、引張強さおよび伸びを測定した。評価結果は表
４に併せて記す。
す組成のチタン管（３mm厚、３２mm径）等を用いて、Ｊ
ＩＳ３種と全く同じ方法で二輪フロントフォークインナ
ー管を製造し、その製造性を評価するとともに、図４に
示す部位から長手方向に、幅１０mmで長さ１５０mmの短
冊状試験片を切り出し、評点間距離５０mmで引張試験を
実施し、引張強さおよび伸びを測定した。評価結果は表
４に併せて記す。
【００４２】表４において、本発明の実施例である試験
番号２８は、通常の純チタンＪＩＳ３種（試験番号２
７）と全く同じ方法で割れ等生じることなく加工でき、
しかも通常の純チタン（試験番号２７）と強度レベルは
同等であるが、これを凌ぐ残留伸びを有していた。
番号２８は、通常の純チタンＪＩＳ３種（試験番号２
７）と全く同じ方法で割れ等生じることなく加工でき、
しかも通常の純チタン（試験番号２７）と強度レベルは
同等であるが、これを凌ぐ残留伸びを有していた。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明を適用する
ことにより、従来のＪＩＳ２種および３種と同等の強度
を有し、従来のＪＩＳ２種および３種チタン材と同様の
部品・工程設計で製造可能な相構成のチタン材からな
り、従来のＪＩＳ２種および３種チタン材よりも加工後
の残留延性の高い、チタン製自動車部品を提供すること
ができ、工業的に極めて有益な効果を得ることができ
る。
ことにより、従来のＪＩＳ２種および３種と同等の強度
を有し、従来のＪＩＳ２種および３種チタン材と同様の
部品・工程設計で製造可能な相構成のチタン材からな
り、従来のＪＩＳ２種および３種チタン材よりも加工後
の残留延性の高い、チタン製自動車部品を提供すること
ができ、工業的に極めて有益な効果を得ることができ
る。
【図１】本発明試験例に用いた二輪自動車のマフラーお
よび排気管を示す。
よび排気管を示す。
【図２】本発明試験例に用いた二輪自動車の二輪フレー
ムを示す。
ムを示す。
【図３】本発明試験例に用いた二輪自動車の二輪リアフ
ォークを示す。
ォークを示す。
【図４】本発明試験例に用いた二輪自動車の二輪フロン
トフォークインナー管を示す。
トフォークインナー管を示す。
【図５】本発明試験例に用いた二輪自動車の外観を示
す。
す。
Ａ：フラー Ｂ：排気管 Ｃ：フレー
ム Ｄ：リアフォーク Ｅ：フロントフォークインナー管
ム Ｄ：リアフォーク Ｅ：フロントフォークインナー管
フロントページの続き
(72)発明者 高橋 一浩
光市大字島田3434番地 新日本製鐵株式会
社光製鐵所内
(72)発明者 丸井 勇治
埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会
社本田技術研究所内
(72)発明者 高橋 恭
埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会
社本田技術研究所内
Ｆターム(参考） 3G004 AA01 DA06 FA04
Claims (3)
- 【請求項１】 質量％で、 Ｆｅ：０．１５〜０．５％、 窒素：０．０１５〜０．０４％および酸素 を含有し、残部チタンと不可避不純物からなり、Ｆｅ含
有量を［Ｆｅ］、窒素含有量を［Ｎ］、酸素含有量を
［Ｏ］とするとき、酸素等量値Ｑ＝［Ｏ］＋２．７７
［Ｎ］＋０．１［Ｆｅ］が、Ｑ：０．１１〜０．２８％
であることを特徴とするチタン製自動車部品。 - 【請求項２】 酸素等量値Ｑが０．１１〜０．２０％で
あることを特徴とする請求項１に記載のチタン製自動車
部品。 - 【請求項３】 自動車部品が、マフラー、排気管、二輪
フレーム、二輪リアフォーク、二輪フロントフォークイ
ンナー管のいずれかであることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載のチタン製自動車部品。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002109623A JP4064143B2 (ja) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | チタン製自動車部品 |
| US10/480,408 US20040170519A1 (en) | 2002-04-11 | 2003-04-09 | Automobile part made from titanium |
| DE03717543T DE03717543T1 (de) | 2002-04-11 | 2003-04-09 | Automobilteil aus titan |
| DE60311620T DE60311620T2 (de) | 2002-04-11 | 2003-04-09 | Fahrzeugteil aus Titan |
| PCT/JP2003/004509 WO2003085144A1 (fr) | 2002-04-11 | 2003-04-09 | Piece automobile en titane |
| EP03717543A EP1400604B1 (en) | 2002-04-11 | 2003-04-09 | Automobile part made from titanium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002109623A JP4064143B2 (ja) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | チタン製自動車部品 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003301229A true JP2003301229A (ja) | 2003-10-24 |
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Family
ID=28786593
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002109623A Expired - Fee Related JP4064143B2 (ja) | 2002-04-11 | 2002-04-11 | チタン製自動車部品 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20040170519A1 (ja) |
| EP (1) | EP1400604B1 (ja) |
| JP (1) | JP4064143B2 (ja) |
| DE (2) | DE03717543T1 (ja) |
| WO (1) | WO2003085144A1 (ja) |
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| JP2007100171A (ja) * | 2005-10-05 | 2007-04-19 | Nippon Steel Corp | 耐熱性および耐酸化性に優れた保護膜被覆チタン板およびその製造方法ならびにそれを用いた自動車用排気装置 |
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| WO2008050828A1 (fr) * | 2006-10-26 | 2008-05-02 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Alliage de titane |
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|---|---|---|---|---|
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| US7874149B2 (en) * | 2005-08-17 | 2011-01-25 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Exhaust apparatus for vehicle, and motorcycle having the same |
| JP4666271B2 (ja) * | 2009-02-13 | 2011-04-06 | 住友金属工業株式会社 | チタン板 |
| ITMI20121114A1 (it) * | 2012-06-25 | 2013-12-26 | Maiorano And Maiorano Sons S R L | Metodo per la produzione di elementi di carrozzeria di automobile in titanio o sue leghe ed elementi di carrozzeria così ottenuti |
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|---|---|---|---|---|
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