JP2008106323A

JP2008106323A - チタン合金

Info

Publication number: JP2008106323A
Application number: JP2006291472A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsumoto; 啓松本
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2008-05-08
Also published as: WO2008050828A1

Abstract

【課題】高強度であり、しかも、加工性に優れたチタン合金の提供を課題としている。
【解決手段】質量で０．１％を超え０．６％未満のＦｅを含有し、質量で０．００５％を超え０．２％未満のＯを含有し、しかも、前記Ｆｅの含有量と前記Ｏの含有量とがＦｅ＞Ｏの関係を満足するようにＦｅとＯとを含有し、残部がＴｉおよび不純物であることを特徴とするチタン合金を提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、チタン合金に関し、より詳しくは、高強度且つ優れた加工性が求められるチタン合金に関する。

チタン合金は、鉄やその合金などの金属材料に比べて軽量で強度が高いことからスポーツ・レジャー用具、医療器具、各種プラント用部材、航空・宇宙関係機器などに広く用いられている。
また、耐食性などにも優れることから、例えば、プレート熱交換器用のプレート材や、自動二輪車のマフラー部材などにも用いられたりしている。
このような各種の用途に供すべく、チタン合金には、絞り加工などの成形加工や表面研磨などの表面加工といった加工性に優れたものが求められている。

ところで、純チタンと言われるものにはＪＩＳ１種、ＪＩＳ２種、ＪＩＳ３種、ＪＩＳ４種などがあり、材料特性としては１種が最も低強度で、２種、３種となるに従って高強度となることが知られている。
しかし一方で、ＪＩＳ２種、ＪＩＳ３種となるほど成形性が低下し、例えば、これらを用いて絞り加工などを実施させることは容易なものではない。

このことに対し、特許文献１、２には、純チタンにおけるＴｉ以外の成分の含有量を所定の範囲に制御することで成形性が向上されることが記載されている。
しかし、これらの特許文献に記載のものは、十分な強度を期待し得るものではない。

また、特許文献３には、Ｆｅを所定量含有させたチタン合金が研磨性に優れることが記載されており、特許文献４，５には、Ｚｒなどを所定量含有させたチタン合金が研磨性に優れることが記載されている。
これら特許文献３乃至５に記載されているようなチタン合金は、結晶粒が細かく、高硬度を有することで優れた研磨性を示すものと考えられることから、高強度を有するものと見られる。
しかし、これら特許文献３乃至５に記載されているようなチタン合金においては、例えば、絞り加工などを容易に実施させ得るものではなく加工性に優れているとはいえないものである。

すなわち、従来のチタン合金においては、ＪＩＳ２種、ＪＩＳ３種などの純チタンなどに比べて表面研磨や成型加工といった加工性が低下してしまうことを抑制しつつ優れた強度のチタン合金を得ることが困難であるという問題を有している。

特開昭６３−６０２４７号公報特開平９−３５７３号公報特開平７−６２４６６号公報特開昭６２−８７９３２号公報特開昭６３−１８６８４３号公報

本発明は、高強度であり、しかも、加工性に優れたチタン合金の提供を課題としている。

本発明者は、チタン合金の成分について鋭意検討した結果、ＦｅおよびＯを所定の含有量とし、しかも、それらの含有量を所定の値とすることにより、高強度且つ加工性に優れたチタン合金とし得ることを見出し本発明の完成に至ったのである。
すなわち、前記課題を解決すべく、本発明は、質量で０．１％を超え０．６％未満のＦｅを含有し、質量で０．００５％を超え０．２％未満のＯを含有し、しかも、前記Ｆｅの含有量と前記Ｏの含有量とがＦｅ＞Ｏの関係を満足するようにＦｅとＯとを含有し、残部がＴｉおよび不純物であることを特徴とするチタン合金を提供する。

本発明によれば、高強度であり、しかも、加工性に優れたチタン合金を提供し得る。

以下に、本発明の好ましい実施の形態について、まず本実施形態のチタン合金について説明する。
本実施形態におけるチタン合金はＦｅとＯを含有し、残部がＴｉおよび不純物である。

前記Ｆｅは、チタン合金中に、質量で０．１％を超え０．６％未満の含有量で含有される。
チタン合金において、Ｆｅは、β安定化元素であり、一部は固溶するものの多くは、β相を形成させて、さらに、熱処理などによりＴｉＦｅとして存在し、結晶粒の成長を阻害することが知られており、そのため従来は、チタン合金中のＦｅ含有量を増大させると結晶粒径が小さくなり、チタン合金の強度や研磨加工の加工性を向上させ得るもののエリクセン値などの延性（成形加工性）を示す指標が低下すると考えられていた。
しかしながら、後述するように、チタン合金中のＯ含有量を所定の値としつつ、チタン合金中のＦｅ含有量を増大させることにより、延性の低下を抑制しつつ強度の向上を図ることができる。
したがって、本実施形態のチタン合金におけるＦｅ含有量が質量で０．１％を超え０．６％未満とされているのは、Ｆｅ含有量が０．１％以下の場合においては、チタン合金に十分な強度を付与することができず研磨加工の加工性を低下させるためである。
一方、０．６％以上の含有量とすると、チタン合金中のＯ含有量を所定の値としても延性の低下が生じてしまい成形加工性を低下させてしまうためである。

前記Ｏは、チタン合金中に、質量で０．００５％を超え０．２％未満の含有量で含有され、しかも、前記Ｆｅの含有量に対して、Ｆｅ＞Ｏの関係を満足するようにチタン合金中に含有されている。
本実施形態のチタン合金におけるＯ含有量が質量で０．００５％を超え０．２％未満とされているのは、Ｏ含有量が０．２％以上になると、チタン合金中のＦｅの含有量を上記範囲とし且つＦｅ＞Ｏの関係を満足するようにしても、エリクセン値の低い、すなわち、成形加工性の低下したチタン合金となってしまうためである。

また、Ｆｅの含有量とＯ含有量とが、Ｆｅ＞Ｏの関係を満足するようにチタン合金中に含有されるのは、Ｏ含有量がＦｅの含有量以上となると、チタン合金中のＦｅの含有量を上記範囲とし且つＯの含有量を上記範囲としてもエリクセン値の低い、すなわち、成形加工性の低下したチタン合金となってしまうためである。

また、前記不純物としては、Ｈ、Ｎ、などのＦｅ、Ｏ以外に工業用チタンに通常含まれている不純物が例示でき、これらは、通常、ＪＩＳＨ４６００の純チタンＪＩＳ４種に規定の含有量でチタン合金に含有されていても良く、ＪＩＳ２種に相当する含有量とされることが好ましい。

次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１〜７、従来例１〜３、比較例１〜５）
（テストピースの作製）
ボタンアーク溶解により、表１に示す組成のスラブを作製し、該スラブを８５０℃で熱延し、７５０℃で焼鈍させた後に表面のスケールを除去し、冷延により０．５ｍｍ厚さの板状試料を作製した。
なお、このとき表１に示すＦｅ含有量については、ＪＩＳＨ１６１４に準じて測定し、Ｏ含有量については、ＪＩＳＨ１６２０に準じて測定した。
該板状試料を８００℃×１５分の焼鈍を実施して、評価用試料とした。
なお、従来例１〜３については、ＪＩＳ１種〜３種の一般的な組成のものを用いた。

（評価）
（引張強度）
上記のごとく作製した評価用試料をＪＩＳＺ２２４１に準じて引張強度の測定を実施した。結果を表１に示す。
（エリクセン値）
上記のごとく作製した評価用試料をＪＩＳＺ２２４７に準じてエリクセン値の測定を実施した。結果を表１および図１に示す。
（粒度番号）
結晶粒度番号の測定は、ＪＩＳＧ０５５１の切断法により実施した。結果を表１に示す。
（研磨性）
上記のごとく作製した評価用試料を耐水研磨紙で＃５００まで研磨した後、バフ研磨（ダイヤモンドスプレー９μｍ、回転数１５０ｒｐｍ、荷重１５０Ｎ）を２分間実施し、初期の評価用試料と研磨後の評価用試料との表面粗さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１：算術平均粗さ）をそれぞれ測定し、その変化率を求めた。
初期の評価用試料の表面粗さをＲａ１、研磨後の評価用試料の表面粗さをＲａ２としたときに、下記式にて研磨性を評価した。
研磨性＝（Ｒａ２／Ｒａ１）
結果を、結果を表１に示す。

この表における、例えば、Ｏ含有量が同等でＦｅ含有量の異なる、従来例１、比較例１と実施例１との比較、従来例３と実施例５との比較、比較例３、４と実施例６との比較などからもチタン合金中のＯ含有量を所定の値としつつ、チタン合金中のＦｅ含有量を増大させることにより、エリクセン値の低下を抑制しつつ強度の向上を図り得ることがわかる。
また、図１においては、酸素含有量ごとに、ＪＩＳ１種酸素レベルの従来例１、比較例１、実施例１、２と、ＪＩＳ２種酸素レベルの従来例２、実施例３、４、比較例２と、ＪＩＳ３種酸素レベルの従来例３、比較例３乃至５、実施例５乃至７をそれぞれ同一凡例にて示しているが、いずれにおいてもＦｅとＯとの比率を示す横軸が１を境にして大きく変化していることがわかる。
すなわち、Ｆｅ＞Ｏとすることでエリクセン値に優れたものとし得ることがわかる。
さらに、図１からは、ＦｅとＯとの比率が１を超える場合であっても、Ｆｅが０．６％を超えて含有される場合には、良好なる結果が得られないこともわかる。
すなわち、本発明によれば、チタン合金を高強度且つ加工性に優れたものとし得ることがわかる。

表１におけるＦｅとＯとの比率（Ｆｅ含有量／Ｏ含有量）の値を横軸とし、エリクセン値を縦軸としたグラフ。

Claims

質量で０．１％を超え０．６％未満のＦｅを含有し、質量で０．００５％を超え０．２％未満のＯを含有し、しかも、前記Ｆｅの含有量と前記Ｏの含有量とがＦｅ＞Ｏの関係を満足するようにＦｅとＯとを含有し、残部がＴｉおよび不純物であることを特徴とするチタン合金。