JP2016113640A - 高強度チタン板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、本発明は、優れた延性を有する高強度チタン板を提供することを課題とする。
本発明者らは、β相の粒径と個数を制御するために検討を重ね、以下の知見を得た。
以上のようにβ相量、β相粒径およびβ相個数は、Fe含有量(mass%)、焼鈍温度T(℃)、焼鈍時間t(秒)に影響を受けるが、これら影響因子との関係が不明瞭であった。この関係性は、β相の分布を制御して強度と延性のバランスを優れたものにするため、明確にされることが非常に重要である。そこで、本発明者らは以下の検討を行った。β相量はFe含有量と焼鈍温度に、粒径と個数はFe含有量、焼鈍温度および焼鈍時間に強く依存する。また、粒径とともに個数が変動する。そこで、特に粒径と影響因子との関係に着目した。そして、本発明者らは、鋭意回帰分析を行った結果、以下の知見も得た。
(1)
B=0.98×[Fe]−1264÷(273+T2)+0.05×t2 0.25
(2)
(1)質量%で、Fe:0.8〜1.5%、O:0.25〜0.40%を含有し、残部がTiおよび不純物からなる化学組成を有し、再結晶した等軸α相とβ相からなる2相組織を有し、等軸α相の面積率が70〜85%であり、β相の平均結晶粒径が3μm以下であり、β相個数が圧延幅方向の断面において1μm2の面積内に平均で0.02個以上存在していることを特徴とする高強度チタン板。
(1)
B=0.98×[Fe]−1264÷(273+T2)+0.05×t2 0.25
(2)
1.高強度チタン板
1.1 化学組成
(1)Fe:0.8〜1.5%
Feは、チタン材料中に、0.8〜1.5%含有される。チタン材料において、Feはβ相安定化元素であり、一部はα相に固溶するものの、多くはβ相に固溶することが知られている。つまり、Feの量が多くなるとβ相の量が増加し、これに伴ってα相の粒成長を抑制でき細粒の組織が得られる。Fe含有量が0.8%未満であると十分な強度が得られないためである。好ましくは0.9%以上である。Fe含有量が1.5%を超えるとβ相の安定度が高くなり、室温に冷却してもα相に変態せずβ相として残留し、熱延、焼鈍などの加熱工程を経ていくごとに残留β相が粗大化する恐れがある。また、耐食性が低下する恐れがある。好ましくは1.4%以下である。さらに、Feは溶解・凝固時に偏析しやすい。コイルでの均質性の観点から、より好ましくは1.2%以下がよい。
酸素は、チタン材料中に、0.25〜0.40%含有される。酸素はチタン材料全般に強度を増加させるために有効な元素である。酸素含有量が0.25%未満であると、チタン板を用いて製造する製品に十分な強度を付与させることが困難となるおそれがある。好ましくは0.28%以上、より好ましくは0.32%以上である。酸素含有量が0.40%を超えると、強度が大きくなりすぎてしまい延性が低いチタン板となってしまうためである。好ましくは0.39%以下、より好ましくは0.38%以下である。
残部はTiおよび不純物である。
(1)再結晶した等軸α相とβ相からなる2相組織
本発明のチタン板は等軸α相とβ相の2相によって構成される。針状α相は結晶粒の回転が難しく変形しにくいため延性を低下させる。等軸α相のアスペクト比(長軸/短軸)は延性を高める観点から1〜2であることが望ましい。また、アスペクト比が1〜2である等軸α相の面積率は、十分な延性を得るため70〜85%であることが望ましい。より好ましくは72〜80%である。また、α相を再結晶した等軸組織にしてβ相を微細に多く分散させることにより、良好な延性・成形性が得られるため、等軸α相とβ相との面積率の比は7:3〜17:3であることが好ましい。
本発明のチタン板は硬度差が異なるα相とβ相で構成されている。このため、塑性変形ではα相とβ相の界面に応力が集中する。β相平均結晶粒径が3μm以下、β相個数が圧延幅方向の断面において1μm2の面積内に平均で0.02個以上としたのは、β相が3μmを超えβ相個数が圧延幅方向の断面において1μm2の面積内に平均で0.02個未満となると、α相とβ相の界面が少なくなり、応力集中がより生じやすくなるため延性が低下する。好ましくはβ相粒径が2.8μm以下、β相個数が平均で0.03個以上、より好ましくはβ相粒径が2.7μm以下、β相個数が平均で0.04個以上である。なお、「平均」としたのは、400μm×400μmの視野で3箇所のβ相個数を観察し、個数の合計を視野の合計で除した値であるためである。
2.1 純チタンインゴットの熱間圧延
本発明では、熱間加工までの工程は一般的なチタン板の製造方法により製造することができる。例えば、スポンジチタン等からチタンインゴットを製造し、このインゴットを鍛造でスラブ形状にし、これを熱間圧延により熱延板に加工した。その後、熱延板にショットブラスト、酸洗による脱スケールを行い、冷間圧延に供するチタン材を製造する。これらの条件は特に限定されず、一般的な条件であればよい。
本発明の高強度チタン板で規定する組織とするには、仕上げ焼鈍までにチタン材を750℃〜850℃の温度域で30〜300秒保持する中間焼鈍を2回以上行わなければならない。焼鈍によって生成するβ相を残留させ多量にチタン材料内に分散させるためである。
本発明では、再結晶した等軸α相を得るため、仕上げ焼鈍温度は720〜850℃、焼鈍時間は30〜200秒とする。仕上げ焼鈍温度が720℃未満の場合、数分という短時間では再結晶が起こりにくく、十分な延性が得られない。なお、720℃未満であっても長時間焼鈍すれば再結晶するが平衡状態に到達してしまう。平衡状態では温度が低いほどβ相が少ないため、中間焼鈍でβ相を多く残留させても仕上げ焼鈍後のβ相個数が少なくなってしまう。したがって、焼鈍時間によらず、仕上げ焼鈍温度は720℃以上である必要がある。好ましくは725℃以上である。一方、850℃を超えると、焼鈍で生成したβ相は、Feの固溶量が少ないため、室温に冷却すると残留せず、延性を低下させる針状のα相に変態してしまう。
式(1)および(2)で示される関係式において、−0.20≦A≦0.57、−0.20≦B≦0.55となるよう制御することが望ましい。高強度でも高延性が得られるためである。β相が微細に多数分散することでα/β相粒界への応力集中が分散しボイドが発生しにくくなり高延性となる。
A=0.98×[Fe]−1264÷(273+T1)+0.05×t1 0.25
(1)
仕上げ焼鈍:
B=0.98×[Fe]−1264÷(273+T2)+0.05×t2 0.25
(2)
その後、硝ふっ酸などで完全にスケールを除去し、冷却してチタン材を得る。
No.9および10は、酸素含有量が少ないために引張強度が劣った。
No.75および76は、Fe含有量が多いために引張強度×伸びが劣った。
Claims (3)
- 質量%で、Fe:0.8〜1.5%、O:0.25〜0.40%を含有し、残部がTiおよび不純物からなる化学組成を有し、
再結晶した等軸α相とβ相からなる2相組織を有し、等軸α相の面積率が70〜85%であり、β相の平均結晶粒径が3μm以下であり、β相個数が圧延幅方向の断面において1μm2の面積内に平均で0.02個以上存在していることを特徴とする高強度チタン板。 - チタン材に対して熱間圧延を行った後、冷間圧延および中間焼鈍をこの順で2回以上行い、最後の中間焼鈍後に仕上げ冷間加工および仕上げ焼鈍をこの順で行う請求項1に記載の高強度チタン板の製造方法であって、
前記中間焼鈍の焼鈍温度域を750〜850℃とし、前記中間焼鈍の焼鈍時間を30〜300秒とし、前記仕上げ焼鈍の焼鈍温度を720〜850℃とし、前記仕上げ焼鈍の焼鈍時間を30〜200秒とすることを特徴とする高強度チタン板の製造方法。 - 前記中間焼鈍の条件は式(1)中のAの値が−0.20〜0.57を満たし、前記仕上げ焼鈍の条件は式(2)中のBの値が−0.20〜0.55を満たすことを特徴とする請求項2に記載の高強度チタン板の製造方法。
A=0.98×[Fe]−1264÷(273+T1)+0.05×t1 0.25
(1)
B=0.98×[Fe]−1264÷(273+T2)+0.05×t2 0.25
(2)
式(1)および式(2)中、[Fe]は前記高強度チタン板のFeの含有量(質量%)であり、T1およびT2は各々前記中間焼鈍の焼鈍温度(℃)および前記仕上げ焼鈍の焼鈍温度(℃)であり、t1およびt2は各々前記中間焼鈍の焼鈍時間(s)および前記仕上げ焼鈍の焼鈍時間(s)である。
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