JP2012158776A - プレス成形性と強度のバランスに優れた純チタン板 - Google Patents

Abstract

【課題】ＪＩＳ２種レベル（０．２％耐力で２１５ＭＰａ）以上の強度を有し、且つ優れたプレス成形性を有するチタン板を提供すること。
【解決手段】本発明はチタンを含み残部不可避不純物からなる純チタン板であって、前記純チタン板の六方晶結晶構造の各結晶粒における圧延方向を軸とした（１１−２２）双晶のシュミット因子の平均値（ＳＦ）と、前記純チタン板の組織の平均結晶粒径（ｄ：μｍ）との関係が下記式（１）を満足することに要旨を有する強度が２１５ＭＰａ以上有し、且つプレス成形性と強度のバランスに優れた純チタン板。
０．０５５≦ＳＦ／√ｄ≦０．０８４・・・（１） （但し、式中、２５≦ｄ≦７５）
【選択図】なし

Description

本発明は、プレス成形性と強度のバランスに優れたチタン板に関し、詳細には、ＪＩＳＨ４６００（２００７年）に規定される２種相当の純チタンの０．２％耐力（以下、「強度」ということがある。）で２１５ＭＰａ以上を有すると共に、プレス成形性にも優れた純チタン板に関するものである。

チタンは、その優れた耐食性、比強度、軽量性などを利用して、例えば、眼鏡、カメラケース、モバイル機器などの筐体、自転車等の構造体、バイクや自動車のマフラーなどの排気系部品、熱交換器のパイプやプレート、化学プラント容器の電極など幅広い分野、用途に適用されている。また新素材分野での利用も検討されており、例えば燃料電池用セパレータへの適用が期待されている。

これらに多用される純チタンはＪＩＳ Ｈ４６００の規格で規定されており、Ｆｅ、Ｏなどの不純物量や強度などによってＪＩＳ１種、２種、３種などの等級がある。その等級が増す程、最低強度が高くなり、用途に応じてそれらの使い分けがなされている。

純チタン板の中で最も多く使用されている用途の一つにプレート式熱交換器（ＰＨＥ）が挙げられるが、本用途に適用するチタン板には、熱交換率を向上させる観点から、一般的に熱交換有効面積を拡大すべく、冷間で複雑な波板形状にプレス成形を行っており、素材にとって極限的な厳しいプレス環境にさらされている。このような厳しいプレス成形条件に対して利用されている純チタンは、規格上、最も成形しやすい軟質なＪＩＳ１種の純チタンが用いられている。

しかしながら熱交換器の熱交換率向上は、上記のような熱交換器そのものの形状に依拠したものに限られず、例えば熱媒（又は冷媒）の流量増加などによっても図られ、これらには高い耐圧性が必要とされるため、チタン板にはより高い強度と優れた成形性が求められている。しかしながら、強度とプレス成形性は相反する特性であり、これら両特性を満足し得るようなチタン板が提供されていないのが実情である。

純チタン板のプレス成形性を向上させる手段としては、例えば、チタンの組織を制御したり（特許文献１）、或いはチタンを合金化することが提案されている（特許文献２）。しかし、これら技術が対象としているチタンはＪＩＳ１種相当の強度（降伏強度）レベルを有する純チタンの成形性向上を目的としたものであって、強度レベルがＪＩＳ２種相当の純チタンを対象としたものではない。すなわち、強度レベルがＪＩＳ２種相当の場合、ＪＩＳ１種で主たる変形を担う双晶変形が生じ難く、ＪＩＳ１種を対象にした技術をそのまま適用しても成形性の向上が見られない。

ＪＩＳ２種、或いはＪＩＳ３種相当の強度レベル（２１５ＭＰａ以上）を有する純チタンのプレス成形性を向上させる手段として、酸素（Ｏ）と鉄（Ｆｅ）の含有量を調整すると共に、チタンの結晶粒径を制御する技術が提案されている（特許文献３）。しかし酸素や鉄、及びチタンの結晶粒径を制御するだけでは、プレス成形性と強度のバランスを図ることは困難である。

特開２００４−２８５４５７号公報 特開２００２−３１７２３４号公報 特開２００９−２２８０９２号公報

本発明は、上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、プレス成形性と強度とのバランスに優れた純チタン板を提供することである。

具体的には、ＪＩＳ２種レベル（０．２％耐力で２１５ＭＰａ）以上の強度を有し、且つ優れたプレス成形性を有する純チタン板を提供することである。

上記目的を達成し得た本発明の純チタン板とは、チタンを含み残部不可避不純物からなる純チタン板であって、前記純チタン板の六方晶結晶構造の各結晶粒における圧延方向を軸とした（１１−２２）双晶のシュミット因子の平均値（ＳＦ）と、前記純チタン板の組織の平均結晶粒径（ｄ：μｍ）との関係が下記式（１）を満足すると共に、０．２％耐力が２１５ＭＰａ以上であることに要旨を有する。
０．０５５≦ＳＦ／√ｄ≦０．０８４・・・（１）
（但し、式中、２５≦ｄ≦７５）

本発明によれば、純チタン板の結晶粒の特定面のシュミット因子と平均結晶粒径との間に所定の関係を満足させることによって、プレス成形性と強度とのバランスに優れた純チタン板を実現できる。こうした純チタン板は、熱交換器や化学プラント等において複雑な形状を有する成型品とした時に要求される高いプレス成形性と強度を有する素材として極めて有用である。

プレス成形性を評価する方法を説明するための平面図である。 図１（ａ）のＡ−Ａ’間の概略断面図である。 実施例において潤滑材１を用いたときのプレス成形性と（ＳＦ／√ｄ）との関係を示すグラフである。 実施例において潤滑材２を用いたときのプレス成形性と（ＳＦ／√ｄ）との関係を示すグラフである。 実施例において潤滑材３を用いたときのプレス成形性と（ＳＦ／√ｄ）との関係を示すグラフである。 プレス成形性と仕上げ焼鈍前の冷間圧延の圧下率（最終冷延率）との関係を示すグラフである。 プレス成形試験結果の評価基準を示す写真である。

純チタン板の成形性については、すべり変形に加えて双晶変形も変形に大きく寄与することから、双晶が生じやすい程、プレス成形性に優れることが知られている。純チタンは軟質であるほど変形双晶が生じやすく、プレス成形性が良好であることから、JＩＳ２〜３種相当の強度レベル（強度が２１５ＭＰａ〜４８５ＭＰａ未満）を有する純チタン板はＪＩＳ１種相当の強度レベルを有する純チタン板（強度が１６５ＭＰａ以上）に比べ、変形双晶が生じにくく、プレス成形性に劣ることが知られている。

本発明者らは、ＪＩＳ２〜３種相当の高い強度レベル（強度が２１５ＭＰａ以上）を維持したままプレス成形性（特に、プレート式熱交換器のような複雑形状を有する成型品としたときのプレス成形性）を改善すべく、金属組織について様々な角度から検討し、次の様な知見が得られた。

一方向に冷間圧延するとチタン板には強度異方性が生じ、低延性の幅方向よりも圧延方向の強度が低くなるため、プレス成形を行うと強度が低い圧延方向での変形が優先的に進行する。従って、プレス成形性を向上させるためには、主たる変形方向である圧延方向の双晶変形を促す組織制御が有効であると考え、ＪＩＳ２〜３種においても変形双晶を発生させやすい結晶配向を揃えることが重要であることが分かった。

そこで本発明では、変形双晶の起こりやすさに影響を与えるシュミット因子と結晶粒径について検討した結果、シュミット因子と結晶粒径との関係が特定の範囲にあれば、強度レベルを維持しつつ、プレス成形性を向上できることを見出し、本発明に至った。

具体的には、一方向に圧延された純チタン板の六方晶結晶構造の圧延方向を軸とした（１１−２２）面の双晶変形のシュミット因子の平均値（ＳＦ）と、チタン板組織の平均結晶粒径（ｄ：μｍ）との関係が式（１）、すなわち［０．０５５≦ＳＦ／√ｄ≦０．０８４（但し、式中、２５≦ｄ≦７５）］（以下、単に式（１）という場合がある）を満足する関係にあれば、ＪＩＳ２〜３種相当の強度レベルを維持しつつ、格別に優れたプレス成形性を有するチタン板が得られる。

なお、結晶面を示すミラー指数では、指数がマイナスになる場合に、数字の上にバーを付す表記法が一般的である。しかし、指数がマイナスになる場合、本明細書では、便宜的にマイナス数で表記する。したがって、上記（１１−２２）面における−２は指数がマイナスであることを示している。

本発明では、プレス成形性を向上させるための指標としてシュミット因子を採用している。一般に結晶面に沿って転位を移動させるのに必要な臨界せん断応力（τ）の大きさは結晶面と結晶軸方向によって異なり、［τ＝σｃｏｓφ・ｃｏｓλ］（式中、σは軸方向の引張応力、φはすべり面法線と引張軸とのなす角、λはすべり方向と引張軸とのなす角を表す）によって与えられることが知られている。

上記式中の［ｃｏｓφ・ｃｏｓλ］はシュミット因子と呼ばれており、引張軸における結晶の傾きを示している。したがって、金属多結晶体の塑性変形が起きるために必要な前記臨界せん断応力（τ）の値は、シュミット因子（［ｃｏｓφ・ｃｏｓλ］）の値によって変化し、金属板に外力が加わった場合、シュミット因子の値が最大となる結晶面が最初に変形する。

純チタン板では、結晶の変形が起きるために必要な臨界せん断応力（τ）は、上記角度φと角度λとの関係から、シュミット因子の平均値（ＳＦ）を算出することによって求めることができる。

純チタンの結晶粒（主相α）は最密六方格子の結晶構造を有しており、ＪＩＳ１種相当の純チタンの場合、この結晶粒の（１１−２２）面での双晶変形が最も生じやすいことが知られている。そして本発明者らが確認したところ、ＪＩＳ２〜３種相当の強度レベルの純チタン板では、圧延方向（引張軸方向）における結晶粒の（１１−２２）面でのシュミット因子の値が大きいほど、プレス成形性が良好となることがわかった。したがって、本発明ではシュミット因子の平均値（ＳＦ）は、チタン板の六方晶結晶構造の各結晶粒における圧延方向を軸とした（１１−２２）面の値を採用する。

本発明でシュミット因子の平均値（ＳＦ）の範囲は特に限定されず、式（１）における平均結晶粒径との関係（ＳＦ／√ｄ）が、所定の範囲内（０．０５５≦ＳＦ／√ｄ≦０．０８４）となる値であればよく、このような範囲を満足するシュミット因子の平均値（ＳＦ）であれば、潤滑条件にかかわらずプレス成形性が良好となる。

本発明では、チタンの平均結晶粒径（ｄ：μｍ）は２５μｍ以上であることが必要である。平均結晶粒径が２５μｍ未満の場合、双晶変形に必要な結晶粒界での応力が不十分となるため、変形双晶が発生し難くなり、プレス成形性が低下する。したがってチタンの平均結晶粒径の下限は２５μｍとした。好ましい平均結晶粒径は３０μｍ以上、より好ましく３５μｍ以上である。

チタンの平均結晶粒径が粗大化しすぎるとチタン板表面に肌荒れが生じて意匠性が低下したり、結晶粒が粗大化し粒界に応力が集中するため成形時に粒界界面から割れが生じることがある。したがって結晶粒径は７５μｍ以下とし、好ましく６５μｍ以下、より好ましくは５５μｍ以下とすることが望ましい。

本発明においてシュミット因子の平均値（ＳＦ）と結晶粒径（ｄ：μｍ）は［ＳＦ／√ｄ］によって関係付けられる。プレス成形性に影響を及ぼす双晶変形の起こりやすさは、結晶の配向性、すなわち「ＳＦ」と双晶変形を誘発する内部応力の大きさによって表すことができる。そしてこの内部応力の大きさは結晶粒径（ｄ：μｍ）の平方根の逆数に比例することから、「√ｄ」で除することとした。［ＳＦ／√ｄ］が０．０５５未満の場合、結晶粒径が大きく、しかも変形双晶が生じる方位がランダムとなるため、良好なプレス成形性が得られない。したがって、本発明では［ＳＦ／√ｄ］の下限は０．０５５以上、好ましくは０．０５８以上、より好ましくは０．０６１以上とした。一方、［ＳＦ／√ｄ］が０．０８４を超える場合、結晶粒径が微細化し過ぎて結晶粒界での内部応力が不十分となり、変形双晶が生じ難くなりプレス成形性が低下する。したがって、本発明では［ＳＦ／√ｄ］の上限は０．０８４以下、好ましくは０．０８１以下、より好ましく０．０７８以下とした。

本発明で対象とする純チタン板の組成は、おおむね工業的に用いられる純チタン（ＪＩＳ Ｈ４６００に記載の２種または３種）を想定したものであり、したがって純チタン板の化学成分組成は、好ましくはＪＩＳ２種またはＪＩＳ３種として規定されている化学成分組成を満足するもので、更に強度（０．２％耐力）は２１５ＭＰａ以上とする。また、ＪＩＳ２種またはＪＩＳ３種に相当するＡＳＴＭなどの規格に規定されている純チタン板にも適用できる。具体的には、本発明で対象とする純チタン板として、ＪＩＳ Ｈ４６００（２００７年）２種（Ｎ：０．０３質量％以下、Ｃ：０．０８質量％以下、Ｈ：０．０１３質量％以下、Ｆｅ：０．２５質量％以下、Ｏ：０．２０質量％以下、残部Ｔｉ）、ＪＩＳ３種（Ｎ：０．０５質量％以下、Ｃ：０．０８質量％以下、Ｈ：０．０１３質量％以下、Ｆｅ：０．３０質量％以下、Ｏ：０．３０質量％以下、残部Ｔｉ）、ＡＳＴＭグレード Ｂ２６５ Ｇｒａｄｅ１（Ｎ：０．０３質量％以下、Ｃ：０．０８質量％以下、Ｈ：０．０１５質量％以下、Ｆｅ：０．２０質量％以下、Ｏ：０．１８質量％以下、残部Ｔｉ）、Ｇｒａｄｅ２（Ｎ：０．０３質量％以下、Ｃ：０．０８質量％以下、Ｈ：０．０１５質量％以下、Ｆｅ：０．３０質量％以下、Ｏ：０．２５質量％以下、残部Ｔｉ）などが代表的に挙げられるが、本発明はこれらに限定する趣旨ではない。

以下、本発明の純チタン板の製造方法について説明するが、本発明の上記純チタン板は下記製造方法によって製造されたものに限定する趣旨ではない。

本発明では後記する望ましい冷間圧延条件と焼鈍以外の製造条件については特に限定されず、通常の純チタン板の製造方法を採用できる。

純チタン板は、一般に鋳造→分塊圧延→熱間圧延→熱延後焼鈍→冷間圧延→中間焼鈍→冷間圧延→最終焼鈍という工程を経て製造される。

例えば、特定の成分組成に調整した純チタンを溶製・鍛造等によって所望の形状（例えばブロック状）にした後、熱間圧延して熱延板を得る。その後、熱延板に対して焼鈍、酸洗を行って脱スケールしてから、冷間圧延、焼鈍を行って、本発明のチタン板を得ることができる。

特に上記本発明の純チタン板を製造する上で、仕上げ最終焼鈍直前の冷間圧延条件と、仕上げ焼鈍条件は上記（１１−２２）面のシュミット因子の平均値（ＳＦ）及び平均結晶粒径（ｄ）を制御し、［ＳＦ／√ｄ］を上記範囲内にコントロールするために重要な工程である。

ＳＦをコントロールするために、ＳＦと冷間圧延率の関係について調査したところ、冷間圧延率を６８％以上とすると双晶変形が起こりやすい、すなわち、ＳＦが高い結晶配向が得られ、良好なプレス成形性が得られることがわかった。冷間圧延時の圧下率が高くなる程、ＳＦが高まり、プレス成形性が向上するため、好ましい冷間圧延時の圧下率は７０％以上、より好ましくは８０％以上であり、一方、圧下率の上限は特に限定されず、冷延限界まで圧下率を高めてもよい。

詳細は不明であるが冷間圧延率が６８％未満の場合には、冷間圧延前の結晶粒において、シュミット因子が高い結晶粒が優先的に冷間圧延で変形するため、その領域での焼鈍による再結晶粒は比較的細かい。一方、シュミット因子が低い結晶粒は変形し難いため焼鈍に際して再結晶は起こらず比較的大きな結晶粒として残り易い。変形が進行した前者は焼鈍し再結晶するとシュミット因子の高い結晶粒を形成し易い傾向にあり、一般的に多結晶の粒成長では大きな粒が小さな粒を侵食して粗大化が起こるため、結果的に、冷間圧延率が小さいと焼鈍時にシュミット因子の低い結晶（粒径としては大きい）がシュミット因子の高い結晶粒（粒径としては小さい）を侵食してしまうことになり、ＳＦも高くならないものと考えられる。これに対し、６８％以上の強圧延を施した場合、シュミット因子の低い結晶粒でも変形量が増加し焼鈍で細かな再結晶粒を形成するようになり、シュミット因子の高い結晶粒も新たに生じるため、ＳＦは高くなる。他方、シュミット因子の高い結晶粒は圧延初期から変形が進むため、歪みの蓄積が多く、再結晶後の粒成長において、ＳＦが高い結晶粒が優先的に成長、即ち、シュミット因子の低い結晶粒を侵食してＳＦが高まるため、プレス成形性も向上すると推定している。

なお、上記冷間圧延の圧下率とは、仕上げ焼鈍（最終焼鈍）直前の冷間圧延のみを対象とした圧下率である。本発明では必要に応じて、複数回の冷間圧延を行うことができるが、最終冷間圧延の圧延率が最もＳＦに影響を与えるため最終冷間圧延の圧下率のみを規定した。

本発明では上記した６８％以上の圧下率で冷間圧延をした後、仕上げ焼鈍（最終焼鈍）を行う。最終焼鈍の温度、滞在時間等の条件を制御することでチタン結晶粒径や結晶方位を適切にコントロールすることができる。

焼鈍時の昇温速度は適宜調整すればよいが、昇温速度が遅すぎるとプレス性に適した結晶配向とならなことがあるため、好ましくは２０℃／ｓ以上、より好ましく２５℃／ｓ以上である。

焼鈍温度は結晶粒径等に影響を与えるため、適切に調節することが望ましい。焼鈍温度が高すぎるとβ相が多く析出してプレス成形性が低下することがある。したがって焼鈍温度は好ましくは８８０℃以下、より好ましく８６０℃以下とすることが望ましい。一方、焼鈍温度が低すぎると上記所望のサイズの結晶粒径が得られないことがある。したがって好ましくは７５０℃以上、より好ましく８００℃以上である。もっとも、上記よりも低い温度で焼鈍をした場合でも焼鈍保持時間を長くすることによって結晶粒を上記範囲にコントロールすることは可能であるが生産性の観点からは上記温度範囲内で行うことが望ましい。

上記焼鈍温度での保持時間は１分以上、１０分以下とすることが好ましい。保持時間が短すぎると上記所望サイズの結晶粒が得られないことがある。一方、保持時間が長すぎると生産効率の低下と共に、結晶サイズが大きくなり好ましくない。より好ましい保持時間は２分以上、６分以下である。

仕上げ焼鈍処理時の雰囲気は、大気雰囲気下でよいが、真空雰囲気やＡｒ等の不活性雰囲気下であってもよく、特に限定されない。

なお、上記所望の平均結晶粒径の範囲とするために、焼鈍を複数回繰り返して結晶粒径を制御してもよい。

以上の仕上げ焼鈍直前の冷間圧延の圧下率、及びその後の仕上げ焼鈍条件を適切に組み合わせることで、本発明の高強度で成形性に優れた純チタン板を製造することができる。

ところで、プレス成形時に良好なプレス成形性を確保する手段として、チタン板に潤滑油を塗布したり、または潤滑皮膜等をチタン板表面に形成する方法が知られている。こうした方法では、プレス油又はチタン板表面に潤滑皮膜を形成することによって、金型へのチタン板の変形を許容してプレス成形性を向上させるものである。本発明のチタン板では、基本的に上記のような潤滑皮膜を施さなくても優れたプレス成形性を発揮するものであるが、必要に応じてチタン板表面に潤滑性の高い皮膜を形成してもよい。こうした潤滑手段を施すことによって、プレス成形性を更に高めることができる。

潤滑手段として例えばプレス油等の潤滑油をチタン板に塗布する方法；ポリエチレンフィルム等のフィルムでチタン板の表面を被覆する方法；ポリウレタン樹脂やポリオレフィン樹脂等を主体とする有機系樹脂でチタン板の表面を被覆する方法などが挙げられる。また、潤滑皮膜には、必要によりシリカ系の無機系固体潤滑剤を配合したものも使用できる。

本発明のチタン板は、例えば熱交換機器や化学プラントの素材として適用され、こうした素材に適用するときのプレス成形性を良好にできる。チタン板の板厚は特に限定されないが、板厚があまりにも厚くなると加工自体が困難となる。こうしたことから、本発明のチタン板は所望の用途での使用が可能な板厚のチタン板に適用することが好ましく、したがって具体的な板厚の上限は規定しないが、例えば板厚２ｍｍのチタン板に適用できる。また板厚の下限についても、必要とされる強度等を考慮して設定すればよく、本発明のチタン板は高強度も達成されるので、板厚０．１ｍｍであっても十分に適用可能である。

本発明で用いられる純チタン板とは、チタン及び不可避不純物からなるものである。不可避不純物とは、原料のスポンジチタンに不可避的に含まれる不純物元素のことであり、代表的には、酸素、鉄、炭素、窒素、水素、クロム、ニッケル等があり、また製造工程において製品中に取り込まれる可能性のある元素、例えば水素等も不可避不純物に含まれる。

チタン板に含まれる不可避不純物の含有量は特に限定されないが、不純物含有量が多いと、本発明の好ましい製造条件、すなわち、コイル等を製造する際に仕上げ焼鈍前の冷間圧延率を６８％以上とすることが難しくなることから、適宜低減させることが望ましい。

例えば酸素は、チタン板の強度を確保するのに有効な元素であり、こうした効果を発揮させるためには、酸素量は０．０６％以上（質量％の意味、以下、化学成分について同じ）、より好ましく０．０８％以上含有させてもよいが、酸素含有量が多くなり過ぎると強度が高くなりすぎて冷間加工性やプレス成形性が低下する。したがって酸素は０．３％以下、好ましく０．２％以下、より好ましくは０．１５％以下とすることが望ましい。

また鉄も酸素と同様に、チタン板の強度を確保するのに有効な元素であり、酸素による強度向上効果を補強させるために必要に応じて含有させてもよいが、鉄量が多くなりすぎると、強度が上昇して冷間加工性やプレス成形性が低下するだけでなく、耐隙間腐食性も低下する。したがって鉄量は０．５０％以下、好ましく０．３５％以下とすることが望ましい。

炭素も酸素や鉄と同様に、チタン板の強度を確保するのに有効な元素であるが、炭素を過剰に含有すると、強度が上昇して冷間加工性やプレス成形性が低下する。したがって、炭素量は０．０５％以下とすることが好ましく、より好ましくは０．０３％以下である。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

下記表１に示す各種化学成分組成１〜３（ＪＩＳ Ｈ４６００）の純チタン板を用い（板厚：２００ｍｍ）、熱間圧延（圧延条件：８３０℃で板厚２００ｍｍから４．０ｍｍに圧延）、焼鈍、酸洗処理（酸洗条件：片面２５０μｍ）を行って板厚３．５ｍｍの供試材を作製した。

得られた供試材に熱延後焼鈍（表２参照）を行い、１回目の冷間圧延処理を行った後、中間焼鈍（表２参照）を行った。続いて２回目の冷間圧延処理（圧延率は表２「仕上げ焼鈍前冷延率」参照）を行って板厚０．６ｍｍの冷延材を得た。この冷延材に大気雰囲気下で仕上げ焼鈍（平均昇温速度は約２０℃／ｓ、焼鈍温度、焼鈍温度での保持時間は表２参照）を行った後、酸洗（ソルト処理：片面当たり５０μｍ）を行って、試験片（板厚０．５ｍｍ）を得た。

またＪＩＳ２種相当の化学成分組成（表１「化学成分組成Ｎｏ．２」参照）と強度を有する参考例を作製した（試験片Ｎｏ．Ａ）。

各試験片の平均結晶粒径（ｄ）、シュミット因子平均値（ＳＦ）、プレス成形性（スコア）、強度について下記方法により測定した結果を表３に示す。

（１）平均結晶粒径（ｄ：μｍ）
平均結晶粒径（ｄ）は各サンプルの倍率１００倍の光学顕微鏡写真を用い、圧延方向断面の任意の箇所の全板厚（０．５ｍｍ）、圧延方向０．７ｍｍの範囲において切片法を用いて求めた。

（２）シュミット因子の平均値（ＳＦ）
圧延方向を引張軸とした場合の六方晶における（１１−２２）面のシュミット因子の平均値(ＳＦ)は、試験片のｔ×１／４（ｔは板厚）面の任意の１．８ｍｍ×１．８ｍｍの範囲を結晶粒の１／１０のピッチで後方散乱電子回折像ＥＢＳＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｐａｔｅｒｎ）を用いた結晶方位解析方法によって測定し、各結晶粒のシュミット因子の値の平均値を求めた。

（３）プレス成形性（スコア）
図１（ａ）（ｂ）はプレス成形性の評価方法の説明図である。上記試験片を用いてプレート式熱交換器の熱交換部分を模擬したプレス試験片［大きさ１６０ｍｍ×１６０ｍｍ（評価部分１００ｍｍ×１００ｍｍ）、ピッチ：１０ｍｍ、最大高さ４ｍｍ、曲率半径Ｒ＝０．４，０．６，０．８，１．０，１．４，１．８（ｍｍ）の６種の稜線を有するヘリンボーン型で場所によって山の曲率半径Ｒが異なる］を作製し、８０ｔｏｎ油圧プレス機で試験を行った。プレス条件は、１ｍｍ／秒、押し込み深さ３．４ｍｍ、最大荷重は２００ｋＮ、塗布量は１．０ｇ／ｍ^２とした。また潤滑条件として下記潤滑材１〜３のいずれかを使用した。
潤滑材１（皮膜）：ポリエチレンフィルム
潤滑材２ ：プレス油（スギムラ化学工業株式会社製 サンプレスＳ−３０４）
潤滑材３（皮膜）：潤滑皮膜（アクリル系樹脂８０質量％、コロイダルシリカ１０質量％、ポリエチレンワックス１０質量％）

プレス試験片の割れ測定位置は、図１［図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図］、に示すように、稜部と破線の交点の２４箇所（稜端部１２箇所（凸部）、稜中央部１２箇所（凸部６箇所、凹部６箇所））である。

割れの基点となる、Ａ−Ａ’ライン、Ｂ−Ｂ’ライン、Ｃ−Ｃ’ラインに関しては、目視にて判断したときに、健全なら４点、ネッキング（くびれる現象）傾向があれば３点、ネッキングが生じていれば２点、小さな割れが生じていれば１点、大きな割れが生じていれば０点とし、下記（２）式、更に夫々の点数に曲率半径Ｒ（これらを一括してＲ（ｉｊ）と表す）の逆数を掛けて割れの状況を数値化し、その値と全体に割れが生じていない場合の割合をスコアとして表しており（下記（３）式）、本発明におけるプレス成形性評価の指標としている。
Ｅ（ｉｊ）＝（健全：４、ネッキング傾向：３、ネッキング：２、小割れ：１、大割れ：０） …（２）
スコア＝［ΣＥ（ｉｊ）／Ｒ（ｉｊ）］／［Σ４／Ｒ（ｉｊ）］×１００…（３）

尚、図６に示すように「ネッキング傾向」とはネッキングが生じていることが目視ではなく、触診して判断できることをいい、「ネッキング」とは一部が細くなっていることが目視で確認できることである。また「小割れ」とは変形部に生じた割れをいい、「大割れ」とは３ｍｍ以上の割れが生じていることをいう。

（４）強度（ＭＰａ）
強度はＡＳＴＭに規定されている試験片を採取し、ＡＳＴＭ Ｅ８に規定されている金属材料試験方法に基づいて、Ｌ方向（圧延方向）の降伏応力（０．２％耐力）を測定した。引張試験時の試験方法は始めから０．５％の歪みまでは０．５％／ｍｉｎでそれ以降は４０％／ｍｉｎとした。

表３より、本発明の要件（ＳＦ／√ｄ、ｄ）を満足するＮｏ．１〜６は強度（０．２％耐力）がＪＩＳ２種に相当する２１５ＭＰａ以上の強度を有すると共に、プレス成形性にも優れていた。

一方、ＳＦ／√ｄ値が本発明の上記範囲を外れるＮｏ．Ａ〜Ｈは２１５ＭＰａ以上の強度を有するものの、プレス成形性に劣っていた。

すなわちＮｏ．Ｃ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈから、仕上げ焼鈍前冷延率（圧下率）が低いと、シュミット因子の値（ＳＦ）が大きくならず、一方で平均結晶粒径が大きくなる傾向を示し、その結果、ＳＦ／√ｄの値が本発明で規定する上記範囲を外れてプレス成形性に劣る傾向があることがわかった。

またＮｏ．Ａから、仕上げ焼鈍時間が短いと、結晶粒が十分に成長せず、また仕上げ焼鈍前冷延率が低いとシュミット因子の値が大きくならず、ＳＦ／√ｄの値が本発明で規定する範囲を外れて、プレス成形性に劣る傾向があることがわかった。

Ｎｏ．Ｂから、仕上げ焼鈍温度を低くしても、仕上げ焼鈍時間が長すぎると、結晶粒が成長しすぎてＳＦ値とのバランスが悪くなり、ＳＦ／√ｄの値が本発明で規定する上記範囲を外れて、プレス成形性に劣る傾向があることがわかった。

Ｎｏ．Ｄは仕上げ焼鈍温度が低いため、十分に結晶粒径が成長しなかった例である。

また図２〜４は潤滑条件とプレス成形性の関係を示すグラフであるが、これらの図に示されている様にいずれの潤滑条件（潤滑材１〜３）でも上記ＳＦ／√ｄを満たす本発明の純チタン板はＪＩＳ２種（試験片Ｎｏ．Ａ）よりも高いプレス成形性を発揮することがわかった。なお、図２は潤滑材１、図３は潤滑材２、図４は潤滑材３を用いた場合のグラフである。

図５は潤滑剤１における最終焼鈍前の冷間圧延の圧下率（最終冷延率）とプレス成形性との関係を示すグラフである。図５に示されているように圧延率を高くすることによって、ＪＩＳ２種（試験片Ｎｏ．Ａ）よりも高いプレス成形性を発揮することがわかった。

Claims (1)

1. チタンを含み残部不可避不純物からなる純チタン板であって、前記純チタン板の六方晶結晶構造の各結晶粒における圧延方向を軸とした（１１−２２）双晶のシュミット因子の平均値（ＳＦ）と、前記純チタン板の組織の平均結晶粒径（ｄ：μｍ）との関係が下記式（１）を満足することを特徴とする０．２％耐力が２１５ＭＰａ以上であって、且つプレス成形性と強度のバランスに優れた純チタン板。
   ０．０５５≦ＳＦ／√ｄ≦０．０８４・・・（１）
   （但し、式中、２５≦ｄ≦７５）