JP2021080489A - Titanium alloy thin plate and manufacturing method of titanium alloy thin plate - Google Patents

Titanium alloy thin plate and manufacturing method of titanium alloy thin plate Download PDF

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Abstract

To provide a titanium alloy thin plate having high strength and small anisotropy and a manufacturing method of the titanium alloy thin plate.SOLUTION: A titanium alloy thin plate according to the present invention has a texture that contains Al: 4.0 to 6.6 mass%, and in a (0001) pole view from a thickness direction, an angle between a direction showing a peak of integration degree calculated by a texture analysis of the inverse pole diagram using a spherical harmonic function method of the backscattered electron diffraction (EBSD) method (expansion index=16, Gauss half width value=5°) and a plate thickness direction is 30°or smaller, and, the maximum degree of integration of a (0001) plane is 4 or larger, in which a ratio of 0.2% proof stress in a plate width direction to 0.2% proof stress in a plate longer direction is 0.95 or larger and smaller than 1.05.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、チタン合金薄板およびチタン合金薄板の製造方法に関する。 The present invention relates to a titanium alloy thin plate and a method for producing a titanium alloy thin plate.

チタンは、軽量、高強度かつ耐食性に優れた材料であり、軽量化、燃費向上の観点から航空機分野に適用可能な材料である。そのため、航空機の各構成部材に求められる特性に応じたチタン合金の開発が盛んに行われている。 Titanium is a material that is lightweight, has high strength, and has excellent corrosion resistance, and is a material that can be applied to the aircraft field from the viewpoint of weight reduction and improvement of fuel efficiency. Therefore, titanium alloys are being actively developed according to the characteristics required for each component of the aircraft.

例えば、特許文献1には、1.4%以上2.1%未満のFe、4.4%以上5.5%未満のAl、残部チタンおよび不純物からなるα+β型チタン合金線材が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an α + β type titanium alloy wire rod composed of Fe of 1.4% or more and less than 2.1%, Al of 4.4% or more and less than 5.5%, residual titanium, and impurities. ..

特許文献2には、0.5%以上1.4%未満のFe、4.4%以上5.5%未満のAl、残部チタンおよび不純物からなるα+β型チタン合金棒材が開示されている。 Patent Document 2 discloses an α + β type titanium alloy rod composed of Fe of 0.5% or more and less than 1.4%, Al of 4.4% or more and less than 5.5%, residual titanium, and impurities.

特許文献3には、一枚または複数枚の板状のコア材をスペーサ材とカバー材で覆ってパック圧延材を形成し、このパック材を圧延してコア材を減厚する薄板の製造方法において、各々の初期板厚を、パック材に対するコア材の比率が少なくとも0.25以上となるようにカバー材の板厚を設定することを特徴とするパック圧延によるTi−6Al−4V合金薄板の製造方法が開示されている。 Patent Document 3 describes a method for producing a thin plate in which one or a plurality of plate-shaped core materials are covered with a spacer material and a cover material to form a packed rolled material, and the packed material is rolled to reduce the thickness of the core material. The Ti-6Al-4V alloy thin plate by pack rolling is characterized in that the plate thickness of the cover material is set so that the ratio of the core material to the pack material is at least 0.25 or more for each initial plate thickness. The manufacturing method is disclosed.

特許文献4には、一枚または複数枚の板状のコア材をスペーサ材とカバー材で覆ってパック材を形成し、このパック材を圧延してコア材を減厚する薄板の製造方法において、パック材の減厚前後の板厚の圧下比が3以上となる圧延について、1パス当たりの圧延率を15%以上とすることを特徴とするパック圧延によるTi−6Al−4V合金薄板の製造方法が開示されている。 Patent Document 4 describes a method for producing a thin plate in which one or a plurality of plate-shaped core materials are covered with a spacer material and a cover material to form a pack material, and the pack material is rolled to reduce the thickness of the core material. , Manufacture of Ti-6Al-4V alloy thin plate by pack rolling, characterized in that the rolling ratio per pass is 15% or more for rolling in which the rolling reduction ratio of the plate thickness before and after the thickness reduction of the pack material is 3 or more. The method is disclosed.

特許文献5には、重量%で、Al:2.5〜3.5%、V:2.0〜3.0%、残部Tiおよび通常の不純物からなるチタン合金の熱延焼鈍板を、熱間圧延方向と同一の方向に総圧延率67%以上で冷間圧延し、次いで650〜900℃の間の温度で焼鈍することを特徴とするチタン合金薄板の製造方法が開示されている。 Patent Document 5 describes a hot-rolled annealed sheet of a titanium alloy composed of Al: 2.5 to 3.5%, V: 2.0 to 3.0%, the balance Ti and ordinary impurities in% by weight. A method for producing a titanium alloy sheet is disclosed, which comprises cold rolling in the same direction as the inter-rolling direction at a total rolling ratio of 67% or more, and then annealing at a temperature between 650 and 900 ° C.

特許文献6には、α+β型チタン合金冷延板の製造工程で、冷間圧延後に実施する中間焼鈍を、焼鈍温度:〔β変態点−25℃〕以上でβ変態点未満の温度範囲、焼鈍時間:0.5〜4時間、加熱保持後の冷却速度:0.5〜5℃/秒、上記冷却速度での冷却を施す温度区間:300℃以下まで、なる条件で行うことを特徴とする、α+β型チタン合金薄板の製造方法が開示されている。 In Patent Document 6, intermediate annealing performed after cold rolling in the manufacturing process of an α + β type titanium alloy cold-rolled plate is annealed in a temperature range below the β transformation point at an annealing temperature: [β transformation point -25 ° C] or higher. Time: 0.5 to 4 hours, cooling rate after heating and holding: 0.5 to 5 ° C./sec, temperature interval for cooling at the above cooling rate: 300 ° C. or less. , A method for producing an α + β type titanium alloy thin plate is disclosed.

特許文献7には、全率固溶型β安定化元素の少なくとも1種をMo当量で2.0〜4.5質量%、共析型β安定化元素の少なくとも1種をFe当量で0.3〜2.0質量%、α安定化元素の少なくとも1種をAl当量で3.0質量%超5.5質量%以下、を含有し、残部がTiおよび不可避的不純物からなるα+β型チタン合金薄板であって、α相の平均粒径が5.0μm以下であるとともに、α相の最大粒径が10.0μm以下であり、α相の平均アスペクト比が2.0以下であるとともに、α相の最大アスペクト比が5.0以下であることを特徴とするα+β型チタン合金薄板が開示されている。 Patent Document 7 states that at least one of the total rate solid-soluble β-stabilizing elements is 2.0 to 4.5% by mass in Mo equivalent, and at least one of the eutectoid β-stabilizing elements is 0 in Fe equivalent. An α + β type titanium alloy containing 3 to 2.0% by mass, at least one α-stabilizing element in an Al equivalent of more than 3.0% by mass and 5.5% by mass or less, and the balance being Ti and unavoidable impurities. In a thin plate, the average particle size of the α phase is 5.0 μm or less, the maximum particle size of the α phase is 10.0 μm or less, the average aspect ratio of the α phase is 2.0 or less, and α. An α + β type titanium alloy thin plate characterized by having a maximum phase ratio of 5.0 or less is disclosed.

特許文献8には、α+β型チタン合金熱延板であって、(a)熱間圧延板の法線方向(板厚方向)をND、熱間圧延方向をRD、熱間圧延板幅方向をTDとし、α相の(0001)面の法線方向をc軸方位として、c軸方位がNDとなす角度をθ、c軸方位とNDを含む面がNDとTDを含む面となす角度をΦとし、(b1)θが0度以上、30度以下であり、かつ、Φが全周(−180度〜180度)に入る結晶粒によるX線の(0002)反射相対強度のうち、最も強い強度をXNDとし、(b2)θが80度以上、100度未満であり、かつ、Φが±10度に入る結晶粒によるX線の(0002)反射相対強度のうち、最も強い強度をXTDとして、(c)XTD/XNDが5.0以上であることを特徴とする冷延性および冷間での取扱性に優れたα+β型チタン合金板が開示されている。 Patent Document 8 describes an α + β type titanium alloy hot-rolled plate, wherein (a) the normal direction (plate thickness direction) of the hot-rolled plate is ND, the hot-rolling direction is RD, and the hot-rolled plate width direction. Let TD be the normal direction of the (0001) plane of the α phase, the c-axis orientation be the c-axis orientation, the angle between the c-axis orientation and ND be θ, and the angle between the c-axis orientation and the plane containing ND be the plane containing ND and TD. Let Φ be, and (b1) θ is 0 degrees or more and 30 degrees or less, and Φ is the highest among the (0002) reflection relative intensities of X-rays by crystal grains that enter the entire circumference (-180 degrees to 180 degrees). Let XND be the strong intensity, and the strongest intensity among the (0002) reflection relative intensities of X-rays by crystal grains with (b2) θ of 80 degrees or more and less than 100 degrees and Φ of ± 10 degrees is XTD. (C) An α + β type titanium alloy plate characterized by having an XTD / XND of 5.0 or more and having excellent cold rolling properties and cold handling is disclosed.

特許文献9には、質量%で、Fe:0.8〜1.5%、Al:4.8〜5.5%、N:0.030%以下を含有するとともに、Oの含有量(質量%)を[O]、Nの含有量(質量%)を[N]として、Q(%)=[O]+2.77・[N]で定義するQ(%)=0.14〜0.38を満足する範囲のOおよびNを含有し、残部がTiおよび不可避的不純物からなる高強度α+β型チタン合金熱延板であって、(a)熱間圧延板の法線方向をND、熱間圧延方向をRD、熱間圧延板幅方向をTDとし、α相の(0001)面の法線方向をc軸方位として、c軸方位がNDとなす角度をθ、c軸方位とNDを含む面がNDとTDを含む面となす角度をφとし、(b1)θが0度以上、30度以下であり、かつ、φが全周(−180度〜180度)に入る結晶粒によるX線の(0002)反射相対強度のうち、最も強い強度をXNDとし、(b2)θが80度以上、100度未満であり、かつ、φが±10度に入る結晶粒によるX線の(0002)反射相対強度のうち、最も強い強度をXTDとして、(c)XTD/XNDが4.0以上であることを特徴とする冷間でのコイル取扱性に優れた高強度α+β型チタン合金板が開示されている。 Patent Document 9 contains Fe: 0.8 to 1.5%, Al: 4.8 to 5.5%, N: 0.030% or less in mass%, and contains O (mass). %) Is [O], the content of N (% by mass) is [N], and Q (%) = 0.14 to 0. Defined by Q (%) = [O] +2.77 · [N]. It is a high-strength α + β type titanium alloy hot-rolled plate containing O and N in a range satisfying 38, and the balance is Ti and unavoidable impurities. The inter-rolling direction is RD, the hot-rolled plate width direction is TD, the normal direction of the (0001) plane of the α phase is the c-axis orientation, the angle formed by the c-axis orientation with ND is θ, and the c-axis orientation and ND are set. The angle formed by the surface containing ND and the surface containing TD is φ, and it depends on the crystal grains in which (b1) θ is 0 degrees or more and 30 degrees or less and φ is in the entire circumference (-180 degrees to 180 degrees). Of the (0002) reflected relative intensities of X-rays, the strongest intensity is XND, and (b2) θ of X-rays (b2) by crystal grains with θ of 80 degrees or more and less than 100 degrees and φ of ± 10 degrees. 0002) Among the relative reflection strengths, the strongest strength is XTD, and (c) a high-strength α + β-type titanium alloy plate having excellent cold coil handling characteristics, characterized in that XTD / XND is 4.0 or more. Is disclosed.

特許文献10には、圧延あるいは鍛造によって製造されたα+β型チタン合金薄板に圧下率20%以上の冷間圧延を施した後に700℃以上β変態点以下の温度で焼鈍することにより、微細な等軸α組織を有する板を得ることを特徴とするα+β型チタン合金薄板の製造方法が開示されている。 According to Patent Document 10, a thin plate of α + β type titanium alloy manufactured by rolling or forging is subjected to cold rolling with a rolling reduction ratio of 20% or more and then annealed at a temperature of 700 ° C. or higher and β transformation point or lower to obtain fineness. A method for producing an α + β type titanium alloy thin plate, which comprises obtaining a plate having an axial α structure, is disclosed.

非特許文献1には、圧延方向と圧延方向に垂直な方向の強度に異方性を有するα+βチタン合金薄板が開示されている。 Non-Patent Document 1 discloses an α + β titanium alloy thin plate having anisotropy in strength in a rolling direction and a direction perpendicular to the rolling direction.

非特許文献2には、β変態点よりも高い温度で熱間圧延して、圧延方向と圧延方向に垂直な方向の強度の異方性を低減させたα+βチタン合金薄板が開示されている。 Non-Patent Document 2 discloses an α + β titanium alloy thin plate in which hot rolling is performed at a temperature higher than the β transformation point to reduce the anisotropy of the strength in the rolling direction and the direction perpendicular to the rolling direction.

特開平7−62474号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-62474 特開平7−70676号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-70676 特開2001−300603号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-300603 特開2001−300604号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-300604 特開昭61−147864号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 61-147864 特開平1−127653号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-127653 特開2013−227618号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-227618 国際公開第2012/115242号International Publication No. 2012/115242 国際公開第2012/115243号International Publication No. 2012/115243 特開昭62−33750号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 62-33750

神戸製鋼技報/Vol.59、No.1(2009)、P.81〜84Kobe Steel Technical Report / Vol. 59, No. 1 (2009), P.M. 81-84 神戸製鋼技報/Vol.60、No.2(2010)、P.50〜54Kobe Steel Technical Report / Vol. 60, No. 2 (2010), P.M. 50-54

ところで、航空機の構成部材の中でもより高い強度が求められる部材に用いられるチタン材はAlを多く含むが、熱間圧延または冷間圧延における変形抵抗が大きいため、薄板を製造する際に圧延機の許容荷重を超える場合がある。そのため、従来の熱間圧延方法または冷間圧延方法で高強度のチタン合金薄板を製造することは困難であり、異方性が小さいチタン合金薄板を製造することはさらに困難である。 By the way, titanium material used for a member requiring higher strength among the constituent members of an aircraft contains a large amount of Al, but has a large deformation resistance in hot rolling or cold rolling. The allowable load may be exceeded. Therefore, it is difficult to produce a high-strength titanium alloy thin plate by a conventional hot rolling method or a cold rolling method, and it is further difficult to produce a titanium alloy thin plate having a small anisotropy.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、高い強度を有し、かつ、異方性が小さいチタン合金薄板および同チタン合金薄板の製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a titanium alloy thin plate having high strength and low anisotropy and a method for producing the titanium alloy thin plate. To do.

本発明者らは、チタン合金薄板が、所定の量のAlを含有し、かつ、板厚方向からの(0001)極点図において、結晶粒の集積度のピークが最終圧延板幅方向に対し所定の角度以内に存在し、その最大集積度を高くすることで、高い強度を有し、かつ、異方性が小さくなることを見出した。そして、このような化学組成および集合組織を同時に達成可能なチタン合金薄板を冷間でクロス圧延して製造する方法を見出し、本発明に至った。 The present inventors have determined that the titanium alloy thin plate contains a predetermined amount of Al, and the peak of the degree of accumulation of crystal grains is predetermined with respect to the final rolled plate width direction in the (0001) pole diagram from the plate thickness direction. It was found that it exists within the angle of, and by increasing the maximum degree of integration, it has high strength and the anisotropy becomes small. Then, they have found a method for coldly cross-rolling a titanium alloy thin plate capable of achieving such a chemical composition and texture at the same time, and have arrived at the present invention.

上記知見に基づき完成された本発明の要旨は、以下の通りである。
(1) Al:4.0〜6.6質量%、を含有し、
板厚方向からの(0001)極点図において、後方散乱電子線回折(EBSD)法の球面調和関数法を用いた逆極点図のTexture解析(展開指数=16、ガウス半値幅=5°)により算出される集積度のピークを示す方向と板厚方向とのなす角が30°以下、かつ、(0001)面の最大集積度が4以上である集合組織を有し、
板長手方向の0.2%耐力に対する板幅方向の0.2%耐力の比が0.95以上1.05未満である、チタン合金薄板。
(2) アスペクト比が3.0以下である等軸組織と、アスペクト比が3.0超であり板長手方向に伸長したバンド組織と、からなるミクロ組織を有し、
前記等軸組織の平均粒径が0.1μm以上10μm以下であり、
前記ミクロ組織の面積に対する前記バンド組織の面積率が10.0%以下である、(1)に記載のチタン合金薄板。
(3) さらに、質量%で、
Fe:0.5〜2.3%またはV:2.5〜4.5%のいずれか、
Si:0〜0.60%、
を含有し、さらに、
C:0.08%未満、
N:0.05%以下、および
O:0.40%以下、
に制限され、残部がTi及び不純物からなる、(1)または(2)に記載のチタン合金薄板。
(4) 前記Feまたは前記Vの一部に替えて、質量%で、
Ni:0.15%未満、
Cr:0.25%未満、および、
Mn:0.25%未満、からなる群より選択される1種または2種以上を含有する、(3)に記載のチタン合金薄板。
(5) 平均板厚が2.5mm以下であり、かつ、板厚の寸法精度が前記平均板厚に対して5.0%以下である、(1)〜(4)のいずれか1項に記載のチタン合金薄板。
(6) 引張試験において、板長手方向の伸びが3%になったときの、板厚方向の対数ひずみεに対する板幅方向の対数ひずみεの比であるr値が2.0以上10.0以下である、(1)〜(5)のいずれか1項に記載のチタン合金薄板。
(7) 25℃における0.2%耐力が700MPa以上である、(1)〜(6)のいずれか1項に記載のチタン合金薄板。
(8) (1)〜(7)のいずれか1項に記載のチタン合金薄板の製造方法であって、
Al:4.0〜6.6質量%を含有するチタン素材を当該チタン素材の長手方向および幅方向に圧延する冷間クロス圧延工程と、
前記冷間クロス圧延工程後のチタン素材を焼鈍する最終焼鈍工程と、を有し、
前記冷間クロス圧延工程における合計の圧延率が60%以上であり、
前記幅方向の圧延率に対する前記長手方向の圧延率の比であるクロス圧延比が0.05以上20.0以下である、チタン合金薄板の製造方法。
(9) 前記冷間クロス圧延工程は、複数の冷間圧延パスを行う場合は、複数の前記冷間圧延パスの間に前記チタン素材を焼鈍する中間焼鈍工程を含み、
前記中間焼鈍工程および前記最終焼鈍工程における焼鈍条件は、
焼鈍温度が600℃以上(Tβ−50)℃以下であり、かつ、
前記焼鈍温度T(℃)と、前記焼鈍温度における保持時間t(秒)とが、下記式(1)を満足する条件である、(8)に記載のチタン合金薄板の製造方法。
22000≦(T+273.15)×(Log10(t)+20)≦27000 …式(1)
ここで、Tβは、β変態点(℃)である。
The gist of the present invention completed based on the above findings is as follows.
(1) Al: contains 4.0 to 6.6% by mass,
Calculated by Texture analysis (expansion index = 16, Gaussian half width = 5 °) of the inverse pole diagram using the spherical harmonics method of backscattered electron diffraction (EBSD) method in the (0001) pole diagram from the plate thickness direction. It has an aggregate structure in which the angle between the direction showing the peak of the degree of integration and the thickness direction is 30 ° or less and the maximum degree of integration of the (0001) plane is 4 or more.
A titanium alloy thin plate in which the ratio of 0.2% proof stress in the plate width direction to 0.2% proof stress in the plate longitudinal direction is 0.95 or more and less than 1.05.
(2) It has a microstructure consisting of an equiaxed structure having an aspect ratio of 3.0 or less and a band structure having an aspect ratio of more than 3.0 and extending in the longitudinal direction of the plate.
The average particle size of the equiaxed structure is 0.1 μm or more and 10 μm or less.
The titanium alloy thin plate according to (1), wherein the area ratio of the band structure to the area of the microstructure is 10.0% or less.
(3) Furthermore, in% by mass,
Fe: 0.5 to 2.3% or V: 2.5 to 4.5%,
Si: 0-0.60%,
Containing, in addition
C: less than 0.08%,
N: 0.05% or less, and O: 0.40% or less,
The titanium alloy thin plate according to (1) or (2), which is limited to the above and the balance is composed of Ti and impurities.
(4) Instead of the Fe or a part of the V, by mass%,
Ni: less than 0.15%,
Cr: less than 0.25% and
The titanium alloy thin plate according to (3), which contains one or more selected from the group consisting of Mn: less than 0.25%.
(5) In any one of (1) to (4), wherein the average plate thickness is 2.5 mm or less and the dimensional accuracy of the plate thickness is 5.0% or less with respect to the average plate thickness. The titanium alloy thin plate described.
(6) In the tensile test, the r value, which is the ratio of the logarithmic strain ε t in the plate thickness direction to the logarithmic strain ε W in the plate width direction when the elongation in the plate longitudinal direction becomes 3%, is 2.0 or more and 10 The titanium alloy thin plate according to any one of (1) to (5), which is 0.0 or less.
(7) The titanium alloy thin plate according to any one of (1) to (6), which has a 0.2% proof stress at 25 ° C. of 700 MPa or more.
(8) The method for producing a titanium alloy thin plate according to any one of (1) to (7).
A cold cross rolling step of rolling a titanium material containing Al: 4.0 to 6.6% by mass in the longitudinal direction and the width direction of the titanium material, and
It has a final annealing step of annealing the titanium material after the cold cloth rolling step.
The total rolling ratio in the cold cross rolling step is 60% or more.
A method for producing a titanium alloy thin plate, wherein the cross-rolling ratio, which is the ratio of the rolling ratio in the longitudinal direction to the rolling ratio in the width direction, is 0.05 or more and 20.0 or less.
(9) The cold cross-rolling step includes an intermediate annealing step of annealing the titanium material between the plurality of cold rolling passes when a plurality of cold rolling passes are performed.
The annealing conditions in the intermediate annealing step and the final annealing step are as follows.
The annealing temperature is 600 ° C or higher (T β- 50) ° C or lower, and
The method for producing a titanium alloy thin plate according to (8), wherein the annealing temperature T (° C.) and the holding time t (seconds) at the annealing temperature are conditions that satisfy the following formula (1).
22000 ≤ (T + 273.15) x (Log 10 (t) + 20) ≤ 27000 ... Equation (1)
Here, T β is the β transformation point (° C.).

以上説明したように、本発明によれば、高い強度を有し、かつ、異方性が小さいチタン合金薄板および同チタン合金薄板の製造方法を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a titanium alloy thin plate having high strength and low anisotropy and a method for producing the titanium alloy thin plate.

本発明の一実施形態に係るチタン合金薄板の板厚方向(ND)からの(0001)極点図の一例である。It is an example of the (0001) pole figure from the thickness direction (ND) of the titanium alloy thin plate which concerns on one Embodiment of this invention. チタン合金薄板の表面に観察されるバンド組織の一例を示す顕微鏡写真である。It is a micrograph which shows an example of the band structure observed on the surface of a titanium alloy thin plate. 平均板厚の測定方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the measuring method of the average plate thickness.

以下、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
1. チタン合金薄板
2. チタン合金薄板の製造方法
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. 1. Titanium alloy thin plate 2. Manufacturing method of titanium alloy sheet

<1. チタン合金薄板>
まず、図1〜3を参照して、本実施形態に係るチタン合金薄板について説明する。図1は、本実施形態に係るチタン合金薄板の板厚方向(ND)からの(0001)極点図の一例である。図2は、チタン合金薄板の表面に観察されるバンド組織の一例を示す顕微鏡写真である。図3は、平均板厚の測定方法を説明するための模式図である。なお、詳細は後述するが、本実施形態に係るチタン合金薄板は、冷間圧延工程を含む方法により製造可能のものである。
<1. Titanium alloy thin plate >
First, the titanium alloy thin plate according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is an example of a (0001) pole figure from the thickness direction (ND) of the titanium alloy thin plate according to the present embodiment. FIG. 2 is a photomicrograph showing an example of a band structure observed on the surface of a titanium alloy thin plate. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a method of measuring the average plate thickness. Although the details will be described later, the titanium alloy sheet according to the present embodiment can be manufactured by a method including a cold rolling step.

(1.1. 化学組成)
まず、本実施形態に係るチタン合金薄板が含有する化学成分を説明する。本実施形態に係るチタン合金薄板は、Al:4.0〜6.6質量%を含有する。なお、以下では化学成分の説明において特に断りのない限り、「%」との表記は「質量%」を表わすものとする。
(1.1. Chemical composition)
First, the chemical components contained in the titanium alloy thin plate according to the present embodiment will be described. The titanium alloy thin plate according to the present embodiment contains Al: 4.0 to 6.6% by mass. In the following, unless otherwise specified in the description of the chemical composition, the notation "%" shall represent "mass%".

Alは、α相安定化元素であり、固溶強化能の高い元素である。Al含有量が増加すると室温(25℃)での引張強度が高くなる。Al含有量が4.0%以上であれば、高い引張強度を得ることができる。さらに、冷間圧延前の熱延板が高い冷間圧延性を維持することができる。Al含有量は、好ましくは、4.5%以上である。一方で、Al含有量が6.6%超であると、冷間圧延前の熱延板の冷間圧延性が著しく低下するとともに、凝固偏析等によりAlが過剰に固溶した領域が局所的に生成し、Alが規則化する。このAlが規則化した領域により、チタン合金薄板の衝撃靭性が低下する。よって、Al含有量は、6.6%以下である。 Al is an α-phase stabilizing element and is an element having a high solid solution strengthening ability. As the Al content increases, the tensile strength at room temperature (25 ° C.) increases. When the Al content is 4.0% or more, high tensile strength can be obtained. Further, the hot-rolled plate before cold rolling can maintain high cold rollability. The Al content is preferably 4.5% or more. On the other hand, when the Al content exceeds 6.6%, the cold rollability of the hot-rolled sheet before cold rolling is remarkably lowered, and the region where Al is excessively dissolved due to solidification segregation or the like is locally localized. And Al is regularized. The region where Al is regularized reduces the impact toughness of the titanium alloy sheet. Therefore, the Al content is 6.6% or less.

本実施形態に係るチタン合金薄板は、任意元素として、Fe:0.5〜2.3%またはV:2.5〜4.5%のいずれか、Si:0〜0.60%、を含有し、さらに、C:0.08%未満、N:0.05%以下、およびO:0.40%以下、に制限されることが好ましい。以下に、各元素について説明する。なお、Fe、V、Si、C、NおよびOは、チタン合金薄板において必須ではないことから、その含有量の下限値は0%である。 The titanium alloy thin plate according to the present embodiment contains Fe: 0.5 to 2.3%, V: 2.5 to 4.5%, or Si: 0 to 0.60% as an optional element. Further, it is preferable that C: less than 0.08%, N: 0.05% or less, and O: 0.40% or less. Each element will be described below. Since Fe, V, Si, C, N and O are not essential in the titanium alloy thin plate, the lower limit of their contents is 0%.

Feは、β相安定化元素である。Feは、固溶強化能の高い元素であるため、Fe含有量を増やすと室温での引張強度が高くなる。また、β相はα相と比較して高い加工性を有するため、Fe含有量を増やすと、チタン合金薄板の加工性が向上する。室温で加工性の良いβ相を維持しつつ所望の引張強度を得るため、Fe含有量の下限は0.5%であることが好ましい。Fe含有量の下限は、より好ましくは、0.7%である。一方、Feは非常に凝固偏析し易い元素であるため、Feが過剰に含有されると局所的にFeが偏析し、Feが偏析した部分と偏析していない部分とで特性のばらつきが生じることがある。また、Feがチタン合金薄板に過剰に含有されると疲労強度が低下する場合がある。よって、Fe含有量の上限は、2.3%であることが好ましい。Fe含有量の上限は、より好ましくは、2.1%である。なお、Feは、VまたはSi等のβ相安定化元素と比較して安価である。 Fe is a β-phase stabilizing element. Since Fe is an element having a high solid solution strengthening ability, increasing the Fe content increases the tensile strength at room temperature. Further, since the β phase has higher workability than the α phase, increasing the Fe content improves the workability of the titanium alloy thin plate. In order to obtain a desired tensile strength while maintaining a β phase having good workability at room temperature, the lower limit of the Fe content is preferably 0.5%. The lower limit of the Fe content is more preferably 0.7%. On the other hand, since Fe is an element that is very easily solidified and segregated, if Fe is excessively contained, Fe segregates locally, and the characteristics vary between the segregated portion and the non-segregated portion. There is. Further, if Fe is excessively contained in the titanium alloy thin plate, the fatigue strength may decrease. Therefore, the upper limit of the Fe content is preferably 2.3%. The upper limit of the Fe content is more preferably 2.1%. Fe is cheaper than β-phase stabilizing elements such as V or Si.

本実施形態に係るチタン合金薄板に含有され得るFeは、Vで代替されてもよい。Vは、全率固溶型のβ相安定化元素であり、固溶強化能を有する元素である。上述したFeと同等の固溶強化能を得るためには、V含有量の下限は、2.5%であることが好ましい。V含有量の下限は、より好ましくは、3.0%である。FeをVに代替するとコストが高くなるものの、VはFeに比べて偏析し難いため、偏析による特性のばらつきが抑制される。その結果、チタン合金薄板の板長手方向および板幅方向において安定した特性を得やすくなる。Vの偏析による特性のばらつきを抑制するためには、V含有量の上限は、4.5%であることが好ましい。上記のとおりVはFeと比較して偏析し難いため、大型インゴット製造時する場合にはVがチタン素材に含有されることが好ましい。 Fe that can be contained in the titanium alloy thin plate according to the present embodiment may be replaced with V. V is a total solid solution type β-phase stabilizing element, and is an element having a solid solution strengthening ability. In order to obtain the solid solution strengthening ability equivalent to that of Fe described above, the lower limit of the V content is preferably 2.5%. The lower limit of the V content is more preferably 3.0%. Substituting Fe for V increases the cost, but since V is less likely to segregate than Fe, variations in characteristics due to segregation are suppressed. As a result, it becomes easy to obtain stable characteristics in the plate longitudinal direction and the plate width direction of the titanium alloy thin plate. In order to suppress variations in characteristics due to segregation of V, the upper limit of the V content is preferably 4.5%. As described above, since V is less likely to segregate than Fe, it is preferable that V is contained in the titanium material when manufacturing a large ingot.

Siはβ相安定化元素であるが、α相中にも固溶して高い固溶強化能を示す。上記のように、Feは、チタン合金薄板に2.3%超含有されると偏析する場合があることから、必要に応じてSiを含有させてチタン合金薄板を高強度化しても良い。また、Siは、下記のOと逆の偏析傾向にあり、さらにO程には凝固偏析し難いことから、適正量のSiおよびOをチタン合金薄板に含有させることにより、高い疲労強度と引張強度を両立することが期待できる。一方で、Si含有量が多いとシリサイドと称するSiの金属間化合物が形成され、チタン合金薄板の疲労強度が低下する場合がある。Si含有量が0.60%以下であれば、粗大なシリサイドの生成が抑制され、疲労強度の低下が抑制される。よって、Si含有量の上限は、0.60%であることが好ましい。Si含有量の上限は、より好ましくは、0.50%である。 Si is a β phase stabilizing element, but it also dissolves in the α phase and exhibits a high solid solution strengthening ability. As described above, Fe may segregate when it is contained in the titanium alloy thin plate in an amount of more than 2.3%. Therefore, Si may be contained in the titanium alloy thin plate to increase the strength of the titanium alloy thin plate, if necessary. Further, Si tends to segregate in the opposite direction to O described below, and it is difficult to solidify and segregate as much as O. Therefore, by containing an appropriate amount of Si and O in the titanium alloy thin plate, high fatigue strength and tensile strength are achieved. Can be expected to be compatible. On the other hand, if the Si content is high, an intermetallic compound of Si called VDD may be formed, and the fatigue strength of the titanium alloy thin plate may decrease. When the Si content is 0.60% or less, the formation of coarse silicide is suppressed and the decrease in fatigue strength is suppressed. Therefore, the upper limit of the Si content is preferably 0.60%. The upper limit of the Si content is more preferably 0.50%.

Cは、チタン合金薄板に多量に含有されると、チタン合金薄板の延性または加工性を低下させる場合がある。よって、C含有量は、好ましくは0.08%未満である。なお、Cは、不可避的に混入する不純物であり、実質的な含有量は、通常、0.0001%以上である。C含有量は、より好ましくは0.06%以下である。 If C is contained in a large amount in the titanium alloy thin plate, the ductility or workability of the titanium alloy thin plate may be lowered. Therefore, the C content is preferably less than 0.08%. C is an impurity that is unavoidably mixed, and its substantial content is usually 0.0001% or more. The C content is more preferably 0.06% or less.

Nは、Cと同様に、チタン合金薄板に多量に含有されると、チタン合金薄板の延性または加工性を低下させる場合がある。よって、N含有量の上限は、好ましくは0.05%である。なお、Nは、不可避的に混入する不純物であり、実質的な含有量は、通常、0.0001%以上である。N含有量は、より好ましくは0.04%以下である。 Similar to C, when N is contained in a large amount in the titanium alloy thin plate, the ductility or processability of the titanium alloy thin plate may be lowered. Therefore, the upper limit of the N content is preferably 0.05%. In addition, N is an impurity unavoidably mixed, and the substantial content is usually 0.0001% or more. The N content is more preferably 0.04% or less.

Oは、Cと同様に、チタン合金薄板に多量に含有されると、チタン合金薄板の延性または加工性を低下させる場合がある。よって、O含有量の上限は、好ましくは0.40%、より好ましく0.30%である。なお、Oは、不可避的に混入する不純物であり、実質的な含有量は、通常、0.01%以上である。 Similar to C, when O is contained in a large amount in the titanium alloy thin plate, the ductility or processability of the titanium alloy thin plate may be lowered. Therefore, the upper limit of the O content is preferably 0.40%, more preferably 0.30%. Note that O is an impurity that is inevitably mixed in, and the substantial content is usually 0.01% or more.

本実施形態に係るチタン合金薄板が、Fe:0.5〜2.3%またはV:2.5〜4.5%のいずれかを含有する場合は、FeまたはVの一部に替えて、Ni:0.15%未満、Cr:0.25%未満、および、Mn:0.25%未満、からなる群より選択される1種または2種以上を含有することが好ましい。以下に、Ni、Cr、およびMnについて説明する。なお、Ni、CrおよびMnは、チタン合金薄板において必須ではないことから、その含有量の下限値は0%である。 When the titanium alloy thin plate according to the present embodiment contains either Fe: 0.5 to 2.3% or V: 2.5 to 4.5%, replace it with a part of Fe or V. It is preferable to contain one or more selected from the group consisting of Ni: less than 0.15%, Cr: less than 0.25%, and Mn: less than 0.25%. Hereinafter, Ni, Cr, and Mn will be described. Since Ni, Cr and Mn are not essential in the titanium alloy thin plate, the lower limit of their contents is 0%.

Niは、FeまたはVと同様に、引張強度および加工性を向上させる元素である。しかしながら、Ni含有量が0.15%以上であると、平衡相である金属間化合物TiNiが生成し、チタン合金薄板の疲労強度および室温延性が劣化する場合がある。よって、Ni含有量は、0.15%未満であることが好ましい。Ni含有量は、より好ましくは、0.10%以下である。 Like Fe or V, Ni is an element that improves tensile strength and workability. However, when the Ni content is 0.15% or more, the intermetallic compound Ti 2 Ni, which is an equilibrium phase, is generated, and the fatigue strength and room temperature ductility of the titanium alloy thin plate may deteriorate. Therefore, the Ni content is preferably less than 0.15%. The Ni content is more preferably 0.10% or less.

Crは、FeまたはVと同様に、引張強度および加工性を向上させる元素である。しかしながら、Cr含有量が0.25%以上であると、平衡相である金属間化合物TiCrが生成し、チタン合金薄板の疲労強度および室温延性が劣化する場合がある。よって、Cr含有量は、0.25%未満であることが好ましい。Cr含有量は、より好ましくは、0.20%以下である。 Cr, like Fe or V, is an element that improves tensile strength and workability. However, when the Cr content is 0.25% or more, the intermetallic compound TiCr 2 which is an equilibrium phase is generated, and the fatigue strength and room temperature ductility of the titanium alloy thin plate may deteriorate. Therefore, the Cr content is preferably less than 0.25%. The Cr content is more preferably 0.20% or less.

Mnは、FeまたはVと同様に、引張強度および加工性を向上させる元素である。しかしながら、Mn含有量が0.25%以上であると、平衡相である金属間化合物TiMnが生成し、チタン合金薄板の疲労強度および室温延性が劣化する場合がある。よって、Mn含有量は、0.25%未満であることが好ましい。Mn含有量は、より好ましくは、0.20%以下である。 Mn, like Fe or V, is an element that improves tensile strength and workability. However, if the Mn content is 0.25% or more, the intermetallic compound Timn, which is an equilibrium phase, may be generated, and the fatigue strength and room temperature ductility of the titanium alloy thin plate may deteriorate. Therefore, the Mn content is preferably less than 0.25%. The Mn content is more preferably 0.20% or less.

本実施形態に係るチタン合金薄板がFeを含有する場合において、Ni:0.15%未満、Cr:0.25%未満、および、Mn:0.25%未満、からなる群より選択される1種または2種以上を含有するとき、Fe、Ni、Cr、およびMnの総量は、0.5%以上、2.3%以下であることが好ましい。Fe、Ni、Cr、およびMnの総量が0.5%以上であると、高い引張強度が得られる。また、Fe、Ni、Cr、およびMnの総量が0.5%以上であると、室温で加工性の良いβ相が維持されてチタン合金薄板の加工性が向上する。また、Fe、Ni、Cr、およびMnの総量が2.3%以下であると、これらの元素の偏析が抑制され、チタン合金薄板における特性のばらつきを抑制することが可能となる。 When the titanium alloy thin plate according to the present embodiment contains Fe, it is selected from the group consisting of Ni: less than 0.15%, Cr: less than 0.25%, and Mn: less than 0.25%. When the seeds or two or more kinds are contained, the total amount of Fe, Ni, Cr, and Mn is preferably 0.5% or more and 2.3% or less. When the total amount of Fe, Ni, Cr, and Mn is 0.5% or more, high tensile strength can be obtained. Further, when the total amount of Fe, Ni, Cr, and Mn is 0.5% or more, the β phase having good workability is maintained at room temperature, and the workability of the titanium alloy thin plate is improved. Further, when the total amount of Fe, Ni, Cr, and Mn is 2.3% or less, segregation of these elements is suppressed, and it is possible to suppress variations in the characteristics of the titanium alloy thin plate.

また、本実施形態に係るチタン合金薄板がVを含有する場合において、Ni:0.15%未満、Cr:0.25%未満、および、Mn:0.25%未満、からなる群より選択される1種または2種以上を含有するとき、V、Ni、Cr、およびMnの総量は、2.5%以上、4.5%以下であることが好ましい。V、Ni、Cr、およびMnの総量が2.5%以上であると、高い引張強度が得られる。Fe、Ni、Cr、およびMnの総量が4.5%以下であると、室温で加工性の良いβ相が維持されてチタン合金薄板の加工性が向上する。また、Fe、Ni、Cr、およびMnの総量が4.5%以下であると、これらの元素の偏析が抑制され、チタン合金薄板における特性のばらつきを抑制することが可能となる。 Further, when the titanium alloy thin plate according to the present embodiment contains V, it is selected from the group consisting of Ni: less than 0.15%, Cr: less than 0.25%, and Mn: less than 0.25%. When one kind or two or more kinds are contained, the total amount of V, Ni, Cr, and Mn is preferably 2.5% or more and 4.5% or less. When the total amount of V, Ni, Cr, and Mn is 2.5% or more, high tensile strength can be obtained. When the total amount of Fe, Ni, Cr, and Mn is 4.5% or less, the β phase having good workability is maintained at room temperature, and the workability of the titanium alloy thin plate is improved. Further, when the total amount of Fe, Ni, Cr, and Mn is 4.5% or less, segregation of these elements is suppressed, and it is possible to suppress variations in the characteristics of the titanium alloy thin plate.

本実施形態に係るチタン合金薄板の化学組成の残部は、Tiおよび不純物であってよい。不純物とは、具体的に例示すれば、精錬工程で混入するCl、Na、Mg、Si、Caおよびスクラップから混入するFe、Zr、Sn、Mo、Nb、Ta、V等である。不純物は、総量で0.5%以下であれば問題無いレベルである。 The balance of the chemical composition of the titanium alloy sheet according to the present embodiment may be Ti and impurities. Specific examples of the impurities include Cl, Na, Mg, Si, Ca mixed in the refining step and Fe, Zr, Sn, Mo, Nb, Ta, V and the like mixed in from scrap. If the total amount of impurities is 0.5% or less, there is no problem.

なお、本実施形態に係るチタン合金薄板がFeを0.5〜2.3%含有する場合、チタン合金薄板に含有されるVは不純物とみなされる量だけ含有される場合があり、本実施形態に係るチタン合金薄板がVを2.5〜4.5%含有する場合、チタン合金薄板に含有されるFeは不純物とみなされる量だけ含有される場合がある。 When the titanium alloy thin plate according to the present embodiment contains 0.5 to 2.3% of Fe, V contained in the titanium alloy thin plate may be contained in an amount regarded as an impurity, and the present embodiment. When the titanium alloy thin plate according to the above contains 2.5 to 4.5% of V, Fe contained in the titanium alloy thin plate may be contained in an amount regarded as an impurity.

また、本実施形態に係るチタン合金薄板は、高い強度を有し、かつ、小さな異方性を示すチタン合金薄板となる限り、Tiに替えて各種元素を含有しても構わないことは言うまでもない。不純物として例示した元素についても、同様に、チタン合金薄板が高い強度を有し、かつ、小さな異方性を示すチタン合金薄板となる限り、不純物とみなされる量以上の量を含有してもよい。 Needless to say, the titanium alloy thin plate according to the present embodiment may contain various elements instead of Ti as long as it is a titanium alloy thin plate having high strength and exhibiting small anisotropy. .. Similarly, with respect to the elements exemplified as impurities, as long as the titanium alloy thin plate has high strength and exhibits small anisotropy, it may contain an amount equal to or greater than the amount regarded as an impurity. ..

ここまで説明したように、本実施形態に係るチタン合金薄板は、上記の化学成分を有することができる。より具体的には、本実施形態に係るチタン合金薄板の化学組成は、Ti−6Al−4V、Ti−6Al−4V ELI、Ti−5Al−1Feであってもよい。 As described above, the titanium alloy thin plate according to the present embodiment can have the above chemical components. More specifically, the chemical composition of the titanium alloy thin plate according to the present embodiment may be Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI, Ti-5Al-1Fe.

(1.2. 集合組織およびミクロ組織)
次に、本実施形態に係るチタン合金薄板の集合組織およびミクロ組織について説明する。
(1.2. Aggregate structure and microstructure)
Next, the texture and microstructure of the titanium alloy sheet according to the present embodiment will be described.

[集合組織]
本実施形態に係るチタン合金薄板は、板厚方向からの(0001)極点図において、後方散乱電子線回折(EBSD)法の球面調和関数法を用いた逆極点図のTexture解析(展開指数=16、ガウス半値幅=5°)により算出される集積度のピークを示す方向と板厚方向とのなす角が30°以下、かつ、(0001)面の最大集積度が4以上である集合組織を有する。チタン合金は、一般に、β域またはβ相割合の高いα+β高温域の温度で、一方向に高速で熱間圧延を行うと、β相からα相への相変態時に、バリアント選択則により板幅方向に六方最密充填構造(hexagonal close−packed、hcp)のc軸が配向した集合組織(T−texture)を形成する。hcpのc軸が板幅方向に配向した集合組織では、板幅方向と板長手方向の引張特性に大きな異方性が生じる。板幅方向と板長手方向の引張特性に大きな異方性があると、成形加工がし難く、また、形状不良を生じることがある。EBSD法の球面調和関数法を用いた逆極点図のTexture解析(展開指数=16、ガウス半値幅=5°)により算出される集積度のピークを示す方向は、hcpのc軸が最も配向する方向に対応する。本実施形態に係るチタン合金薄板は、板厚方向からの(0001)極点図において、hcpのc軸が最も配向する方向(集積度のピークを示す方向)と板厚方向とのなす角が30°以下であることで、異方性を小さくし、高い加工性を確保することが可能となる。hcpのc軸が最も配向する方向(集積度のピークを示す方向)と板厚方向とのなす角は、好ましくは、28°以下である。
[Aggregate organization]
The titanium alloy thin plate according to the present embodiment has a texture analysis (expansion index = 16) of the inverse pole diagram using the spherical harmonic method of the backscattered electron diffraction (EBSD) method in the (0001) pole diagram from the plate thickness direction. , Gaussian half-value width = 5 °), the angle between the direction showing the peak of the degree of integration and the plate thickness direction is 30 ° or less, and the maximum degree of integration of the (0001) plane is 4 or more. Have. Titanium alloys are generally hot-rolled in one direction at high speed in the β region or α + β high temperature region with a high β phase ratio, and when the phase is transformed from β phase to α phase, the plate width is determined by the variant selection rule. A structure (T-texture) in which the c-axis of the hexagonal close-packed (hcp) is oriented in the direction is formed. In the texture in which the c-axis of hcp is oriented in the plate width direction, a large anisotropy occurs in the tensile properties in the plate width direction and the plate longitudinal direction. If there is a large anisotropy in the tensile properties in the plate width direction and the plate longitudinal direction, molding processing is difficult and shape defects may occur. The c-axis of hcp is most oriented in the direction showing the peak of the degree of integration calculated by the Texture analysis (expansion index = 16, Gauss half width = 5 °) of the inverse pole diagram using the spherical harmonics method of the EBSD method. Corresponds to the direction. In the titanium alloy thin plate according to the present embodiment, in the (0001) pole figure from the plate thickness direction, the angle formed by the direction in which the c-axis of hcp is most oriented (the direction indicating the peak of the degree of integration) and the plate thickness direction is 30. When the temperature is less than or equal to °, the anisotropy can be reduced and high workability can be ensured. The angle formed by the direction in which the c-axis of hcp is most oriented (the direction indicating the peak of the degree of integration) and the plate thickness direction is preferably 28 ° or less.

ここで、(0001)極点図の作図方法を説明する。(0001)極点図は、チタン合金薄板の試料の観察表面を化学研磨し、EBSDを用いて結晶方位解析することにより得られる。具体的には、チタン合金薄板を板厚方向に切断した断面を化学研磨し、その断面の(板厚)×200μmの領域を1〜5μmの間隔で2〜5か所程度、EBSD法による結晶方位解析を行うことで、(0001)極点図を作図することができる。(0001)極点図における特定の方位の集積度ピーク位置は、そのデータをTSLソリューションズ製のOIM Analysisソフトウェアを用い、球面調和関数法を用いた逆極点図のTexture解析により算出する。この際の、最も等高線が高い位置が集積度のピーク位置であり、ピーク位置のうち最も集積度の大きな値を最大集積度とする。なお、(0001)極点図における特定の方位の集積度は、その方位をもつ結晶粒の存在頻度が、完全にランダムな方位分布をもつ組織(集積度1)に対して、何倍であるかを示す。 Here, a method of drawing the (0001) pole figure will be described. (0001) The pole figure is obtained by chemically polishing the observation surface of the sample of the titanium alloy thin plate and analyzing the crystal orientation using EBSD. Specifically, a cross section obtained by cutting a titanium alloy thin plate in the plate thickness direction is chemically polished, and a region of (plate thickness) × 200 μm of the cross section is crystallized at about 2 to 5 places at intervals of 1 to 5 μm by the EBSD method. By performing the orientation analysis, the (0001) pole map can be drawn. (0001) The accumulation degree peak position of a specific direction in the pole figure is calculated by using the data of the OIM Analysis software manufactured by TSL Solutions by Texture analysis of the inverse pole figure using the spherical harmonic method. At this time, the position with the highest contour line is the peak position of the degree of integration, and the value with the highest degree of integration among the peak positions is the maximum degree of integration. It should be noted that the degree of accumulation of a specific orientation in the (0001) pole map is how many times the frequency of existence of crystal grains having that orientation is higher than that of a structure having a completely random orientation distribution (degree of integration 1). Is shown.

図1に、本実施形態に係るチタン合金薄板の板厚方向(ND)からの(0001)極点図の一例を示す。図1においては、検出された各結晶方位の極点が、最終圧延方向(RD)および最終圧延板幅方向(TD)への傾きに応じて集積され、(0001)極点図に集積度の等高線が描かれている。そして、図中等高線が最も高くなる部位が結晶粒のピークP1、P2となる。したがって、本実施形態においては、結晶粒のピークP1、P2を示す方向とNDとのなす角が30°以下である。通常、最大集積度は、結晶粒のピークP1、P2の集積度となる。 FIG. 1 shows an example of a (0001) pole figure from the thickness direction (ND) of the titanium alloy thin plate according to the present embodiment. In FIG. 1, the detected poles of each crystal orientation are accumulated according to the inclinations in the final rolling direction (RD) and the final rolled plate width direction (TD), and the contour lines of the degree of integration are shown in the (0001) pole diagram. It is drawn. The sites where the contour lines are highest in the figure are the peaks P1 and P2 of the crystal grains. Therefore, in the present embodiment, the angle formed by the directions indicating the peaks P1 and P2 of the crystal grains and the ND is 30 ° or less. Usually, the maximum degree of accumulation is the degree of accumulation of peaks P1 and P2 of crystal grains.

[ミクロ組織]
本実施形態に係るチタン合金薄板は、アスペクト比が3.0以下である等軸組織と、アスペクト比が3.0超であり板長手方向に伸長したバンド組織と、からなるミクロ組織を有し、等軸組織の粒径が0.1μm以上10μm以下であり、ミクロ組織の面積に対する前記バンド組織の面積率が10.0%以下であることが好ましい。以下に各組織について説明する。
[Micro tissue]
The titanium alloy thin plate according to the present embodiment has a microstructure composed of an equiaxed structure having an aspect ratio of 3.0 or less and a band structure having an aspect ratio of more than 3.0 and extending in the longitudinal direction of the plate. It is preferable that the particle size of the equiaxed structure is 0.1 μm or more and 10 μm or less, and the area ratio of the band structure to the area of the microstructure is 10.0% or less. Each organization will be described below.

チタン合金は、α+β域やβ域の温度で熱間圧延を行うと、図2に示すように「バンド組織」と称する組織を形成する。ここで言うバンド組織とは、具体的には、結晶粒の長軸/短軸で表されるアスペクト比が3.0超の結晶粒のことを言う。本実施形態に係るチタン合金薄板は、板長手方向に伸長したバンド組織を有する。バンド組織が形成されると、強度の異方性の原因または成形加工時の不良の原因となることがある。そのため、バンド組織はできるだけ少ない方が良い。ミクロ組織の面積に対するバンド組織の面積率は、10.0%以下であることが好ましい。バンド組織の面積率は、より好ましくは、8.0%以下である。一方、このバンド組織は無い方が良いため、下限は0%である。 When the titanium alloy is hot-rolled at a temperature in the α + β region or β region, a structure called a “band structure” is formed as shown in FIG. The band structure referred to here specifically refers to a crystal grain having an aspect ratio of more than 3.0 represented by the major axis / minor axis of the crystal grain. The titanium alloy thin plate according to the present embodiment has a band structure extending in the longitudinal direction of the plate. When a band structure is formed, it may cause anisotropy of strength or a defect during molding. Therefore, it is better to have as few band structures as possible. The area ratio of the band structure to the area of the microstructure is preferably 10.0% or less. The area ratio of the band structure is more preferably 8.0% or less. On the other hand, since it is better not to have this band structure, the lower limit is 0%.

アスペクト比およびバンド組織の面積率は、以下のようにして算出することができる。チタン合金薄板を板幅方向に垂直に切断した断面を化学研磨し、その断面の(板厚)×200μmの領域を、ステップ1〜5μmで2〜5視野程度を対象に、EBSD法による結晶方位解析を行う。このEBSDの結晶方位解析結果から、結晶粒のそれぞれについてアスペクト比を算出する。その後、アスペクトが3.0超の結晶粒の面積率を算出する。 The aspect ratio and the area ratio of the band structure can be calculated as follows. A cross section of a titanium alloy thin plate cut perpendicularly in the plate width direction is chemically polished, and a region of (thickness) × 200 μm of the cross section is targeted at about 2 to 5 fields in steps 1 to 5 μm, and the crystal orientation by the EBSD method. Perform analysis. From the crystal orientation analysis result of this EBSD, the aspect ratio is calculated for each of the crystal grains. Then, the area ratio of the crystal grains having an aspect of more than 3.0 is calculated.

ミクロ組織のバンド組織以外の残部は、再結晶により形成した等軸組織であることが好ましい。チタン合金薄板は、成形性の観点から等軸組織を有することが好ましく、特に、チタン合金薄板は、超塑性特性を活用して成形されることがあることから微細粒であることが好ましい。成形性や超塑性の観点から、等軸組織の平均粒径は、10μm以下であることが好ましい。等軸組織の平均粒径は、より好ましくは、8μm以下である。一方、等軸組織の平均粒径が0.1μm未満であると、結晶粒微細効果により強度が大きくなりすぎ、延性が著しく低下することがある。その結果、特に冷間(室温)での加工性が低下することがある。そのため、等軸組織の平均粒径は、0.1μm以上であることが好ましい。等軸組織の平均粒径は、より好ましくは、0.5μm以上である。 The rest of the microstructure other than the band structure is preferably an equiaxed structure formed by recrystallization. The titanium alloy thin plate preferably has an equiaxed structure from the viewpoint of moldability, and in particular, the titanium alloy thin plate is preferably fine particles because it may be formed by utilizing the superplastic property. From the viewpoint of formability and superplasticity, the average particle size of the equiaxed structure is preferably 10 μm or less. The average particle size of the equiaxed structure is more preferably 8 μm or less. On the other hand, if the average particle size of the equiaxed structure is less than 0.1 μm, the strength may become too large due to the grain fine effect, and the ductility may be significantly lowered. As a result, workability, especially in cold weather (room temperature), may decrease. Therefore, the average particle size of the equiaxed structure is preferably 0.1 μm or more. The average particle size of the equiaxed structure is more preferably 0.5 μm or more.

再結晶の有無は、結晶粒のアスペクト比(長軸/短軸の比)を測定することで判別可能である。アスペクト比が3.0以下であれば、その結晶粒は再結晶粒と判断できる。なお、等軸組織のアスペクト比の下限は1.0である。 The presence or absence of recrystallization can be determined by measuring the aspect ratio (long-axis / short-axis ratio) of the crystal grains. If the aspect ratio is 3.0 or less, the crystal grains can be judged to be recrystallized grains. The lower limit of the aspect ratio of the equiaxed structure is 1.0.

等軸組織の平均結晶粒径は、以下のようにして算出することができる。等軸組織についてEBSDにより測定した結晶粒面積より円相当粒径(面積A=π×(粒径D/2))を求め、この個数基準の平均値を等軸組織の平均結晶粒径とする。 The average crystal grain size of the equiaxed structure can be calculated as follows. For the equiaxed structure, the circle-equivalent particle size (area A = π × (particle size D / 2) 2 ) was obtained from the crystal grain area measured by EBSD, and the average value based on this number was taken as the average crystal grain size of the equiaxed structure. To do.

(1.3. 板長手方向の0.2%耐力)
本実施形態に係るチタン合金薄板の25℃における板長手方向の0.2%耐力は、700MPa以上であることが好ましい。航空機分野等では、汎用のα+β型チタン合金であるTi−6Al−4Vの25℃での引張強度に近い引張強度が要求されることが多い。チタン合金薄板の25℃における板長手方向の0.2%耐力が700MPa以上であれば、高い強度が求められる用途に用いることが可能である。チタン合金薄板の25℃における板長手方向の0.2%耐力は、より好ましくは、730MPa以上である。一方、強度が高すぎると、冷間圧延前の熱間圧延板の強度も高いため、冷間圧延板を冷間圧延しづらくなり、冷間圧延パス数が多くなってコスト増となる場合がある。また、強度が高すぎると、切欠き感受性が高くなり、板破断が生じる可能性がある。よって、チタン合金薄板の25℃における板長手方向の0.2%耐力は、1200MPa以下であることが好ましい。チタン合金薄板の25℃における板長手方向の0.2%耐力は、より好ましくは、1150MPa以下である。さらに、チタン合金薄板の25℃における板長手方向の0.2%耐力が1100MPa以下であれば、クロス圧延時の割れが一層抑制されるため、チタン合金薄板の25℃における板長手方向の0.2%耐力は、より一層好ましくは、1100MPa以下である。板長手方向の0.2%耐力は、JIS Z2241:2011に準拠した方法で測定することができる。
(1.3. 0.2% proof stress in the longitudinal direction of the plate)
The 0.2% proof stress in the longitudinal direction of the titanium alloy thin plate according to the present embodiment at 25 ° C. is preferably 700 MPa or more. In the field of aircraft and the like, a tensile strength close to the tensile strength of Ti-6Al-4V, which is a general-purpose α + β type titanium alloy, at 25 ° C. is often required. If the 0.2% proof stress in the longitudinal direction of the titanium alloy thin plate at 25 ° C. is 700 MPa or more, it can be used in applications requiring high strength. The 0.2% proof stress in the longitudinal direction of the titanium alloy thin plate at 25 ° C. is more preferably 730 MPa or more. On the other hand, if the strength is too high, the strength of the hot-rolled plate before cold-rolling is also high, which makes it difficult to cold-roll the cold-rolled plate, which may increase the number of cold-rolled passes and increase the cost. is there. On the other hand, if the strength is too high, the notch sensitivity becomes high and the plate may break. Therefore, the 0.2% proof stress of the titanium alloy thin plate in the plate longitudinal direction at 25 ° C. is preferably 1200 MPa or less. The 0.2% proof stress in the longitudinal direction of the titanium alloy thin plate at 25 ° C. is more preferably 1150 MPa or less. Further, if the 0.2% proof stress of the titanium alloy thin plate in the plate longitudinal direction at 25 ° C. is 1100 MPa or less, cracking during cross rolling is further suppressed. The 2% proof stress is even more preferably 1100 MPa or less. The 0.2% proof stress in the longitudinal direction of the plate can be measured by a method according to JIS Z2241: 2011.

(1.4. 異方性)
本実施形態に係るチタン合金薄板は、25℃における板長手方向の0.2%耐力σに対する25℃における板幅方向の0.2%耐力σの比である耐力比σ/σが0.95以上1.05未満である。α+β型チタンは、上記のようにhcp相(α相)を有するため、hcpの方向により高い異方性を示す。上述したように、T−textureが形成されると異方性が大きくなることから、特に航空機分野では異方性をできるだけ小さくすることが望まれることがある。冷間クロス圧延を行うことにより、耐力比σ/σが1.05未満のチタン合金薄板を製造可能である。また、耐力比σ/σが1.05未満であれば、優れた加工性を得ることができる。耐力比σ/σは、好ましくは、1.04以下である。一方、耐力比σ/σが0.95未満であると、異方性が大きくなる。
(1.4. Anisotropy)
The titanium alloy thin plate according to the present embodiment has a proof stress ratio σ T / σ L, which is a ratio of 0.2% proof stress σ L in the plate longitudinal direction at 25 ° C. to 0.2% proof stress σ T in the plate width direction at 25 ° C. Is 0.95 or more and less than 1.05. Since α + β type titanium has an hcp phase (α phase) as described above, it exhibits higher anisotropy in the direction of hcp. As described above, since the anisotropy increases when the T-texture is formed, it may be desired to reduce the anisotropy as much as possible, especially in the field of aircraft. By performing cold cross rolling, yield strength ratio σ T / σ L can be produced titanium alloy sheet of less than 1.05. Further, when the proof stress ratio σ T / σ L is less than 1.05, excellent workability can be obtained. The proof stress ratio σ T / σ L is preferably 1.04 or less. On the other hand, when the proof stress ratio σ T / σ L is less than 0.95, the anisotropy becomes large.

(1.5. r値)
r値(ランクフォード値)は、異方性を表す特性値であり、本実施形態におけるr値は、引張試験において、板長手方向の伸びが3%になったときの、板厚方向の対数ひずみεに対する板幅方向の対数ひずみεの比(ε/ε)である。一般に、チタンでは長手方向よりも幅方向にr値が小さいが、クロス圧延を行うことで、長手方向のr値を大きくすることができる。r値が高いと板面内方向での材料流動が起こりやすくなる。また、耐力比σ/σが0.95以上1.05未満に加え、長手方向のr値も大きいと、深絞り成形性が優れる。本実施形態に係るチタン合金薄板は、r値が2.0以上10.0以下であることが好ましい。r値が2.0以上であれば、優れた深絞り加工性が得られる。r値は、より好ましくは、2.2以上であり、より一層好ましくは、2.5以上である。一方、r値が10.0超であると、極端に曲げ加工性が低下する場合がある。r値は、より好ましくは、9.0以下である。
(1.5. R value)
The r value (Rankford value) is a characteristic value representing anisotropy, and the r value in the present embodiment is the logarithm in the plate thickness direction when the elongation in the plate longitudinal direction becomes 3% in the tensile test. is the ratio of strain in the plate width direction with respect to epsilon t logarithmic strain ε W (ε W / ε t ). Generally, in titanium, the r value in the width direction is smaller than that in the longitudinal direction, but the r value in the longitudinal direction can be increased by performing cross rolling. When the r value is high, material flow tends to occur in the inward direction of the plate surface. Further, when the proof stress ratio σ T / σ L is 0.95 or more and less than 1.05 and the r value in the longitudinal direction is large, the deep drawing formability is excellent. The titanium alloy thin plate according to the present embodiment preferably has an r value of 2.0 or more and 10.0 or less. When the r value is 2.0 or more, excellent deep drawing workability can be obtained. The r value is more preferably 2.2 or more, and even more preferably 2.5 or more. On the other hand, if the r value exceeds 10.0, the bending workability may be extremely lowered. The r value is more preferably 9.0 or less.

r値は、例えば、以下の方法で算出することができる。すなわち、板の長手方向にJIS13B号引張試験片を作製し、ひずみ速度を0.15〜15mm/minの範囲として、板長手方向の伸びが3%になるまで当該試験片に引張荷重を負荷した後、当該荷重を除荷し、引張前後の標点間の距離、板幅変化から変形量を求める。なお、板厚については体積が一定であることから、計算により求める。これにより得られた幅方向の対数歪みεと、板厚の対数歪みεの比であるr値を算出することができる。 The r value can be calculated by, for example, the following method. That is, a JIS13B tensile test piece was prepared in the longitudinal direction of the plate, the strain rate was set in the range of 0.15 to 15 mm / min, and a tensile load was applied to the test piece until the elongation in the longitudinal direction of the plate became 3%. After that, the load is unloaded, and the amount of deformation is obtained from the distance between the reference points before and after tensioning and the change in plate width. Since the volume is constant, the plate thickness is calculated. The r value, which is the ratio of the logarithmic strain ε W in the width direction obtained thereby and the logarithmic strain ε t of the plate thickness, can be calculated.

(1.6. 平均板厚)
本実施形態に係るチタン合金薄板の平均板厚は、2.5mm以下であることが好ましい。後述するチタン合金薄板の製造方法により、Alを4.0%以上6.6%以下含有するチタン素材を用いて、チタン合金薄板の平均板厚を2.5mm以下とすることができる。Al含有量が4.0%以上6.6%以下のチタン素材は、変形抵抗が大きいため、一般の圧延機では薄板を製造する際に圧延機の許容荷重を超えるため、一般の冷間圧延法によって、Al含有量が4.0%以上6.6%以下であり、板厚が2.5mm以下のチタン合金薄板を製造することは難しい。また、パック圧延を用いずに熱間圧延を行う場合でも、板厚が薄くなると温度が急激に低下することで変形抵抗が増大する。これにより、高強度材を熱間圧延する場合、圧延機の許容荷重を超えることがあり、平均板厚を2.5mm以下にすることが難しい。一方、本実施形態に係るチタン合金薄板の平均板厚の下限には特に制限はないものの、上記の強度を有するようなチタン合金では、現実的には平均板厚は0.1mm以上であることが多い。そのため、本実施形態に係るチタン合金薄板の平均板厚は、0.1mm以上であることが好ましい。本実施形態に係るチタン合金薄板の厚さの上限は、より好ましくは、2.0mmである。また、本実施形態に係るチタン合金薄板の平均板厚の下限は、より好ましくは、0.2mmである。
(1.6. Average plate thickness)
The average thickness of the titanium alloy thin plate according to the present embodiment is preferably 2.5 mm or less. According to the method for producing a titanium alloy thin plate described later, the average thickness of the titanium alloy thin plate can be set to 2.5 mm or less by using a titanium material containing Al of 4.0% or more and 6.6% or less. Titanium material with an Al content of 4.0% or more and 6.6% or less has a large deformation resistance, and therefore exceeds the allowable load of the rolling mill when manufacturing a thin plate in a general rolling mill. According to the method, it is difficult to produce a titanium alloy thin plate having an Al content of 4.0% or more and 6.6% or less and a plate thickness of 2.5 mm or less. Further, even when hot rolling is performed without using pack rolling, when the plate thickness becomes thin, the temperature drops sharply and the deformation resistance increases. As a result, when hot rolling a high-strength material, the allowable load of the rolling mill may be exceeded, and it is difficult to reduce the average plate thickness to 2.5 mm or less. On the other hand, although there is no particular limitation on the lower limit of the average plate thickness of the titanium alloy thin plate according to the present embodiment, the average plate thickness of the titanium alloy having the above strength is actually 0.1 mm or more. There are many. Therefore, the average thickness of the titanium alloy thin plate according to the present embodiment is preferably 0.1 mm or more. The upper limit of the thickness of the titanium alloy thin plate according to the present embodiment is more preferably 2.0 mm. Further, the lower limit of the average plate thickness of the titanium alloy thin plate according to the present embodiment is more preferably 0.2 mm.

ここで、図3を参照して、平均板厚の測定方法を説明する。板幅方向(TD)中央位置および板幅方向の両端からそれぞれ板幅の1/4の距離の位置について、各位置の板厚を5か所以上測定し、測定した板厚の平均値を平均板厚とする。 Here, a method of measuring the average plate thickness will be described with reference to FIG. For the center position in the plate width direction (TD) and the position at a distance of 1/4 of the plate width from both ends in the plate width direction, the plate thickness at each position is measured at 5 or more points, and the average value of the measured plate thickness is averaged. The plate thickness.

(1.7. 板厚寸法精度)
本実施形態に係るチタン合金薄板の板厚寸法精度は、平均板厚に対して5.0%以下であることが好ましい。チタン合金薄板が製造可能なパック圧延では、複数積層され、鋼材で包まれたチタン材を熱間圧延して、チタン合金薄板を製造するが、温度分布によって複数積層されたチタン材の変形抵抗が大きく変化するため、均一な板厚の薄板を製造することが難しい。しかしながら、本実施形態に係るチタン合金薄板は、後述するように冷間圧延を経て製造されるため、板厚寸法精度に優れたチタン合金薄板とすることが可能である。本実施形態に係るチタン合金薄板の寸法精度は、より好ましくは、平均板厚に対して4.0%以下である。本実施形態に係るチタン合金薄板の寸法精度は、より一層好ましくは、平均板厚に対して2.0%以下である。
(1.7. Plate thickness dimensional accuracy)
The thickness dimensional accuracy of the titanium alloy thin plate according to the present embodiment is preferably 5.0% or less with respect to the average plate thickness. In pack rolling, which can produce titanium alloy thin plates, a plurality of laminated titanium materials wrapped in steel are hot-rolled to produce titanium alloy thin plates, but the deformation resistance of the multiple laminated titanium materials due to the temperature distribution It is difficult to manufacture a thin plate with a uniform plate thickness because it changes greatly. However, since the titanium alloy thin plate according to the present embodiment is manufactured through cold rolling as described later, it is possible to obtain a titanium alloy thin plate having excellent plate thickness dimensional accuracy. The dimensional accuracy of the titanium alloy thin plate according to the present embodiment is more preferably 4.0% or less with respect to the average plate thickness. The dimensional accuracy of the titanium alloy thin plate according to the present embodiment is even more preferably 2.0% or less with respect to the average plate thickness.

板厚寸法精度は、実際に測定された板厚dと、上記の平均板厚daveとを用い、下記式(101)により算出されたaの最大値である。
a=(d−dave)/dave×100 …式(101)
The plate thickness dimensional accuracy is the maximum value of a calculated by the following formula (101) using the actually measured plate thickness d and the above average plate thickness dave.
a = (d-d- ave ) / d- ave × 100 ... Equation (101)

以上、本実施形態に係るチタン合金薄板を説明した。本実施形態に係るチタン合金薄板は、Al:4.0〜6.6質量%を含有し、上記の金属組織を有するため、高い強度および小さな異方性を有する。以上説明した本実施形態に係るチタン合金薄板は、いかなる方法によって製造されてもよいが、例えば以下に説明する本実施形態に係るチタン合金薄板の製造方法により製造することもできる。 The titanium alloy thin plate according to the present embodiment has been described above. The titanium alloy thin plate according to the present embodiment contains Al: 4.0 to 6.6% by mass and has the above-mentioned metal structure, and therefore has high strength and small anisotropy. The titanium alloy thin plate according to the present embodiment described above may be produced by any method, but can also be produced, for example, by the method for producing a titanium alloy thin plate according to the present embodiment described below.

<2. チタン合金薄板の製造方法>
本実施形態に係るチタン合金薄板の製造方法は、チタン合金スラブを製造するスラブ製造工程と、チタン合金スラブを熱間圧延する熱間圧延工程と、熱間圧延工程後のチタン材を冷間クロス圧延する冷間クロス圧延工程と、必要に応じて、冷間クロス圧延工程後のチタン材を調質圧延または引張矯正する調質圧延・引張矯正工程とを含む。以下、本実施形態に係るチタン合金薄板の製造方法の各工程について説明する。
<2. Manufacturing method of titanium alloy thin plate >
The method for manufacturing a titanium alloy thin plate according to the present embodiment is a slab manufacturing step for manufacturing a titanium alloy slab, a hot rolling step for hot rolling a titanium alloy slab, and a cold cloth for a titanium material after the hot rolling step. It includes a cold cross rolling step of rolling and, if necessary, a temper rolling / tensile straightening step of temper rolling or tensile straightening the titanium material after the cold cross rolling step. Hereinafter, each step of the method for manufacturing a titanium alloy thin plate according to the present embodiment will be described.

(2.1. スラブ製造工程)
スラブ製造工程では、チタン合金スラブを製造する。チタン合金スラブの製造方法は、特段制限されず、例えば、以下の手順で製造することができる。まず、スポンジチタンから真空アーク溶解法や電子ビーム溶解法またはプラズマ溶解法等のハース溶解法等の各種溶解法によりインゴットを作製する。次に、得られたインゴットをα相高温域やα+β二相域、β相単相域の温度で熱間鍛造することにより、チタン合金スラブを得ることができる。なお、チタン合金スラブには、必要に応じて洗浄処理、切削等の前処理が施されていてもよい。また、ハース溶解法で熱延可能な矩形とした場合は、熱間鍛造等を行わず熱間圧延に供してもよい。製造されたチタン合金スラブは、Alを4.0%以上6.6%以下含有する。
(2.1. Slab manufacturing process)
In the slab manufacturing process, a titanium alloy slab is manufactured. The method for producing the titanium alloy slab is not particularly limited, and for example, it can be produced by the following procedure. First, an ingot is prepared from titanium sponge by various melting methods such as a vacuum arc melting method, an electron beam melting method, and a hearth melting method such as a plasma melting method. Next, a titanium alloy slab can be obtained by hot forging the obtained ingot at a temperature in the α-phase high temperature region, the α + β two-phase region, or the β-phase single-phase region. The titanium alloy slab may be subjected to pretreatment such as cleaning treatment and cutting, if necessary. Further, when a rectangle that can be hot-rolled by the hearth melting method is formed, it may be subjected to hot rolling without hot forging or the like. The produced titanium alloy slab contains 4.0% or more and 6.6% or less of Al.

(2.2. 熱間圧延工程)
熱間圧延工程では、チタン合金スラブを加熱した後、熱間圧延する。熱間圧延条件は、特段制限されず、公知の条件でチタン合金スラブを熱間圧延すればよい。例えば、チタン合金スラブをβ変態点Tβ℃以上の温度に加熱した後、合計の圧下率が80%以上となるように圧延すればよい。また、仕上げ温度は、例えば、(Tβ−250)℃以上(Tβ−50)℃以下とすることができる。また、圧下率が一回の熱間圧延で上記の圧下率となるように熱間圧延してもよいし、複数回の熱間圧延により、上記の圧下率となるように熱間圧延してもよい。本熱間圧延工程後のチタン材は、Alを4.0%以上6.6%以下含有する。
(2.2. Hot rolling process)
In the hot rolling step, the titanium alloy slab is heated and then hot rolled. The hot rolling conditions are not particularly limited, and the titanium alloy slab may be hot rolled under known conditions. For example, the titanium alloy slab may be heated to a temperature of β transformation point T β ° C. or higher and then rolled so that the total reduction ratio is 80% or higher. Further, the finishing temperature can be, for example, (T β −250) ° C. or higher and (T β- 50) ° C. or lower. Further, the reduction rate may be hot-rolled so as to have the above-mentioned reduction rate in one hot rolling, or hot-rolled so as to have the above-mentioned reduction rate by a plurality of hot rollings. May be good. The titanium material after the main hot rolling step contains Al in an amount of 4.0% or more and 6.6% or less.

なお、本明細書において、「β変態点」は、チタン合金をβ相単相域から冷却した際にα相が生成し始める境界温度を意味する。β変態点は、状態図から取得することができる。状態図は、例えばCALPHAD(Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry)法により取得することができる。具体的には、Thermo−Calc Sotware AB社の統合型熱力学計算システムであるThermo−Calcおよび所定のデータベース(TI3)を用いてCALPHAD法により、チタン合金の状態図を取得し、β変態点を算出することができる。 In the present specification, the “β transformation point” means the boundary temperature at which the α phase begins to be generated when the titanium alloy is cooled from the β phase single phase region. The β transformation point can be obtained from the phase diagram. The phase diagram can be obtained by, for example, the CALPHAD (Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry) method. Specifically, the phase diagram of the titanium alloy is obtained by the CALPHAD method using Thermo-Calc, which is an integrated thermodynamic calculation system of Thermo-Calc Waterare AB, and a predetermined database (TI3), and the β transformation point is determined. Can be calculated.

熱間圧延工程では、公知の連続熱間圧延設備を使用してチタン合金スラブを連続的に熱間圧延することができる。連続熱間圧延設備を使用する場合、チタン合金スラブは、熱間圧延された後に巻取機で巻き取られ、チタン合金熱延コイルとなる。 In the hot rolling step, the titanium alloy slab can be continuously hot rolled using a known continuous hot rolling facility. When a continuous hot rolling facility is used, the titanium alloy slab is hot rolled and then wound by a winder to form a titanium alloy hot rolled coil.

上記の熱間圧延工程後の熱間圧延板は、必要に応じて、公知の方法による焼鈍、酸洗や切削による酸化物スケール等の除去、または洗浄処理等が施されてもよい。例えば、熱間圧延工程後の熱間圧延板は、650℃以上800℃以下の温度で20分以上90分以下の時間、焼鈍される。これにより、熱間圧延板の未再結晶粒を微細な再結晶粒として析出させることができ、最終的に得られるチタン合金薄板の金属組織中の結晶をより均一かつ微粒にすることができる。なお、焼鈍は、大気雰囲気、不活性雰囲気または真空雰囲気のいずれで行ってもよい。 The hot-rolled plate after the hot-rolling step may be subjected to annealing by a known method, removal of oxide scale or the like by pickling or cutting, or cleaning treatment, if necessary. For example, the hot-rolled plate after the hot-rolling step is annealed at a temperature of 650 ° C. or higher and 800 ° C. or lower for a time of 20 minutes or more and 90 minutes or less. As a result, the unrecrystallized grains of the hot-rolled sheet can be precipitated as fine recrystallized grains, and the crystals in the metal structure of the finally obtained titanium alloy thin plate can be made more uniform and fine. Annealing may be performed in an air atmosphere, an inert atmosphere, or a vacuum atmosphere.

(2.3. 冷間クロス圧延工程)
本工程では、熱間圧延工程後のAl:4.0〜6.6質量%を含有するチタン材を板長手方向および板幅方向に圧延する。
(2.3. Cold cross rolling process)
In this step, the titanium material containing Al: 4.0 to 6.6% by mass after the hot rolling step is rolled in the plate longitudinal direction and the plate width direction.

板長手方向の圧延および板幅方向の圧延のいずれもを含めた合計の圧延率は60%以上である。合計の圧延率が60%以上であれば、hcpのc軸がよりNDに配向するようになり、異方性が小さいチタン合金薄板を製造することが可能である。圧延率が大きいほどチタン合金薄板のα相のc軸が板厚方向に近くなりかつ集積度も大きくなるため、圧延率の上限は制限されない。 The total rolling ratio including both rolling in the plate longitudinal direction and rolling in the plate width direction is 60% or more. When the total rolling ratio is 60% or more, the c-axis of hcp is more oriented toward ND, and it is possible to manufacture a titanium alloy thin plate having a small anisotropy. As the rolling ratio increases, the c-axis of the α phase of the titanium alloy thin plate becomes closer to the plate thickness direction and the degree of integration increases, so that the upper limit of the rolling ratio is not limited.

クロス圧延比は、0.05以上20.0以下である。ここで言うクロス圧延比は、板厚が4mmから目標の板厚になるまでに施した板幅方向の圧延率に対する板長手方向の圧延率(板長手方向圧延率/板幅方向圧延率)を言う。このクロス圧延比が0.05以上20.0以下であれば、hcpのc軸がよりNDに配向するようになり、異方性が小さい薄板を製造することが可能である。また、過剰に生じたバンド組織を低減することが可能である。クロス圧延比は、より好ましくは、0.07以上15.0以下である。 The cross-rolling ratio is 0.05 or more and 20.0 or less. The cross-rolling ratio referred to here is the rolling rate in the plate longitudinal direction (rolling rate in the plate longitudinal direction / rolling rate in the plate width direction) with respect to the rolling rate in the plate width direction applied from the plate thickness of 4 mm to the target plate thickness. To tell. When this cross-rolling ratio is 0.05 or more and 20.0 or less, the c-axis of hcp becomes more oriented toward ND, and it is possible to manufacture a thin plate having a small anisotropy. In addition, it is possible to reduce the excessive band structure. The cross-rolling ratio is more preferably 0.07 or more and 15.0 or less.

冷間圧延パス1回当たりの圧延率は、合計の圧延率が60%以上であれば、特段制限されない。なお、ここで言う1回の冷間圧延パスとは、熱間圧延板に対し連続的に実施される板長手方向の冷間圧延または板幅方向の冷間圧延を言う。したがって、本冷間クロス圧延工程において、熱間圧延板に板長手方向の冷間圧延および板幅方向の冷間圧延がそれぞれ複数回実施される場合は、その合計回数が冷間圧延パス数となる。例えば、熱間圧延板に1回の板長手方向の冷間圧延および1回の板幅方向の冷間圧延を施す場合、冷間圧延パス数は2回となる。板長手方向の圧延または板幅方向の圧延を複数回実施してもよい。また、板厚が4mm以下であっても、再加熱等は行っても良い。また、板長手方向への熱間圧延を1回または数回行うごとに板幅方向への熱間圧延を行ってもよい。 The rolling rate per cold rolling pass is not particularly limited as long as the total rolling rate is 60% or more. The single cold rolling pass referred to here refers to cold rolling in the longitudinal direction of the plate or cold rolling in the width direction of the plate, which is continuously performed on the hot rolled plate. Therefore, in the main cold cross rolling process, when cold rolling in the plate longitudinal direction and cold rolling in the plate width direction are performed a plurality of times on the hot rolled plate, the total number of times is the number of cold rolling passes. Become. For example, when a hot-rolled plate is subjected to one cold rolling in the plate longitudinal direction and one cold rolling in the plate width direction, the number of cold rolling passes is two. Rolling in the longitudinal direction of the plate or rolling in the width direction of the plate may be performed a plurality of times. Further, even if the plate thickness is 4 mm or less, reheating or the like may be performed. Further, the hot rolling in the plate width direction may be performed every time the hot rolling in the plate longitudinal direction is performed once or several times.

冷間圧延パス1回あたりの圧延率は、特段制限されず、例えば、5%以上とすることができる。冷間圧延パス1回あたりの圧延率は、好ましくは、10%以上、より好ましくは、20%以上である。 The rolling ratio per cold rolling pass is not particularly limited and may be, for example, 5% or more. The rolling ratio per cold rolling pass is preferably 10% or more, more preferably 20% or more.

冷間クロス圧延工程における圧延温度は、500℃以下であることが好ましい。圧延温度が500℃以下であれば、高い寸法精度を得ることが可能であり、かつ、圧延時に結晶粒が微細化される。圧延温度は、より好ましくは、400℃以下である。 The rolling temperature in the cold cross rolling step is preferably 500 ° C. or lower. When the rolling temperature is 500 ° C. or lower, high dimensional accuracy can be obtained and the crystal grains are refined during rolling. The rolling temperature is more preferably 400 ° C. or lower.

[中間焼鈍工程]
冷間クロス圧延工程では、複数の冷間圧延パスを行う場合は、冷間圧延パスの間にチタン材(冷間圧延パス後の熱間圧延板)を焼鈍する中間焼鈍工程を有することが好ましい。中間焼鈍工程では、焼鈍温度Tが600℃以上(Tβ−50)℃以下であり、かつ、焼鈍温度T(℃)と、焼鈍温度Tにおける保持時間t(秒)とが、下記式(102)を満足するように、冷間圧延工程の中間材を焼鈍することが好ましい。なお、下記式(102)の(T+273.15)×(Log10(t)+20)は、ラーソンミラーパラメータである。
22000≦(T+273.15)×(Log10(t)+20)≦27000 …(102)式
ここで、Tβは、β変態点(℃)である。
[Intermediate annealing process]
In the cold cross rolling step, when performing a plurality of cold rolling passes, it is preferable to have an intermediate annealing step of annealing the titanium material (hot rolled plate after the cold rolling pass) between the cold rolling passes. .. In the intermediate annealing step, the annealing temperature T is 600 ° C. or higher (T β- 50) ° C., and the annealing temperature T (° C.) and the holding time t (seconds) at the annealing temperature T are expressed by the following formula (102). ) Is preferably annealed in the intermediate material in the cold rolling process. In addition, (T + 273.15) × (Log 10 (t) +20) of the following formula (102) is a Larson mirror parameter.
22000 ≦ (T + 273.15) × (Log 10 (t) + 20) ≦ 27000 ... (102) Equation Here, T β is a β transformation point (° C.).

[最終焼鈍工程]
冷間クロス圧延工程では、最後の冷間圧延パスの後のチタン材を焼鈍する最終焼鈍工程を有する。最終焼鈍工程における焼鈍条件は特段制限されないが、チタン合金板の成型性を向上させるため、焼鈍温度Tが600℃以上(Tβ−50)℃以下であり、かつ、焼鈍温度T(℃)と、焼鈍温度Tにおける保持時間t(秒)とが、上記式(102)を満足することが好ましい。
[Final annealing process]
The cold cross-rolling step has a final annealing step of annealing the titanium material after the final cold rolling pass. The annealing conditions in the final annealing step are not particularly limited, but in order to improve the moldability of the titanium alloy plate, the annealing temperature T is 600 ° C. or higher (T β- 50) ° C. and the annealing temperature is T (° C.). It is preferable that the holding time t (seconds) at the annealing temperature T satisfies the above formula (102).

上記の条件で中間焼鈍工程および最終焼鈍工程を実施することで、未結晶粒が再結晶してα相のc軸がND方向に近づく。これにより、チタン合金薄板の異方性をより一層低減することが可能となる。また、再結晶により、ミクロ組織における過剰量のバンド組織が消滅する。一方で、焼鈍温度がβ変態点Tβ以上であると、β相からα相への相変態が生じ、これにより生じたα相は針状組織となる。また、焼鈍温度がβ変態点直下であっても、等軸組織と針状組織が混在したバイモーダル組織となる。針状組織およびバイモーダル組織は、冷間圧延したときの内部割れや耳割れの原因となることがある。さらに、針状組織またはバイモーダル組織は、粗大粒となることが多く、超塑性特性が発現し難くなる。中間焼鈍工程および最終焼鈍工程において、焼鈍温度Tが600℃以上(Tβ−50)℃以下であり、かつ、焼鈍温度Tと焼鈍時間tとが上記式(102)を満足するように焼鈍温度Tと焼鈍時間tとを決定することで、再結晶により、α相のc軸がND方向に近づいてチタン合金薄板の異方性をより一層低減し、かつ、ミクロ組織におけるバンド組織をより一層低減することが可能となる。さらに、中間焼鈍工程および最終焼鈍工程において、焼鈍温度Tが600℃以上(Tβ−50)℃以下であり、かつ、焼鈍温度Tと焼鈍時間tとが上記式(102)を満足するように焼鈍温度Tと焼鈍時間tとを決定することで、微細な等軸組織が増加し、冷間圧延時の内部割れや耳割れが抑制され、また、超塑性特性が発現し易くなる。 By carrying out the intermediate annealing step and the final annealing step under the above conditions, the uncrystallized grains are recrystallized and the c-axis of the α phase approaches the ND direction. This makes it possible to further reduce the anisotropy of the titanium alloy thin plate. In addition, recrystallization eliminates an excessive amount of band structure in the microstructure. On the other hand, when the annealing temperature is equal to or higher than the β transformation point T β , a phase transformation from the β phase to the α phase occurs, and the α phase generated thereby becomes a needle-like structure. Further, even if the annealing temperature is just below the β transformation point, the bimodal structure is a mixture of equiaxed structure and acicular structure. Needle-like and bimodal structures can cause internal cracks and ear cracks during cold rolling. Further, the needle-like structure or the bimodal structure often has coarse particles, which makes it difficult to develop superplastic properties. In the intermediate annealing step and the final annealing step, the annealing temperature T is 600 ° C. or higher (T β- 50) ° C., and the annealing temperature T and the annealing time t satisfy the above equation (102). By determining T and the annealing time t, the c-axis of the α phase approaches the ND direction due to recrystallization, further reducing the anisotropy of the titanium alloy thin plate, and further reducing the band structure in the microstructure. It is possible to reduce it. Further, in the intermediate annealing step and the final annealing step, the annealing temperature T is 600 ° C. or higher (T β- 50) ° C., and the annealing temperature T and the annealing time t satisfy the above formula (102). By determining the annealing temperature T and the annealing time t, fine equiaxed structures are increased, internal cracks and ear cracks during cold rolling are suppressed, and superplastic properties are easily exhibited.

(2.4. 調質圧延・引張矯正工程)
上記冷間圧延工程を経てチタン合金薄板が製造されるが、冷間圧延工程後のチタン合金薄板は、必要に応じて、機械的特性を調整するための調質圧延または形状を矯正するための引張矯正が施されることが好ましい。調質圧延における圧下率は10%以下が好ましく、引張矯正における伸び率は5%以下であることが好ましい。なお、調質圧延および引張矯正は、必要がない場合は実施しなくてもよい。以上、本実施形態に係るチタン合金薄板の製造方法について説明した。
(2.4. Tempered rolling / tensile straightening process)
A titanium alloy sheet is manufactured through the above cold rolling process, and the titanium alloy sheet after the cold rolling process is used for temper rolling for adjusting mechanical properties or for correcting the shape, if necessary. It is preferable that tensile straightening is performed. The rolling reduction in temper rolling is preferably 10% or less, and the elongation in tensile straightening is preferably 5% or less. It should be noted that temper rolling and tensile straightening may not be performed if it is not necessary. The method for manufacturing the titanium alloy thin plate according to the present embodiment has been described above.

本実施形態に係るチタン合金薄板の製造方法によれば、上記のチタン合金薄板の素材を用いて製造された熱間圧延板を合計の圧延率が60%以上であり、クロス圧延比が0.05以上20.0以下である冷間クロス圧延することで、板厚方向からの(0001)極点図において、EBSD法の球面調和関数法を用いた逆極点図のTexture解析(展開指数=16、ガウス半値幅=5°)により算出される集積度のピークを示す方向と板厚方向とのなす角が30°以下であり、かつ、(0001)面の最大集積度が4以上である集合組織を有し、板長手方向の0.2%耐力に対する板幅方向の0.2%耐力の比が0.95以上1.05未満のチタン合金薄板が得られる。 According to the method for producing a titanium alloy sheet according to the present embodiment, the total rolling ratio of the hot-rolled sheet produced using the above-mentioned material of the titanium alloy sheet is 60% or more, and the cross-rolling ratio is 0. By cold cross-rolling of 05 or more and 20.0 or less, in the (0001) pole diagram from the plate thickness direction, the Texture analysis of the inverse pole diagram using the spherical harmonic function method of the EBSD method (expansion index = 16, Aggregate structure in which the angle between the direction showing the peak of the degree of integration calculated by Gaussian half-price width = 5 °) and the thickness direction is 30 ° or less, and the maximum degree of integration of the (0001) plane is 4 or more. A titanium alloy thin plate having a ratio of 0.2% strength in the plate width direction to 0.2% strength in the longitudinal direction of the plate of 0.95 or more and less than 1.05 can be obtained.

また、本実施形態に係るチタン合金薄板の製造方法によれば、中間焼鈍工程および最終焼鈍工程における焼鈍条件を、焼鈍温度が600℃以上(Tβ−50)℃以下であり、かつ、焼鈍温度T(℃)と、焼鈍温度における保持時間t(秒)とが、上記式(102)を満足する条件とすることで、中間焼鈍工程後または最終焼鈍工程後のチタン素材において微細な等軸組織の割合が高くなる。これにより、チタン素材がAlを4.0〜6.6%含有する場合においても、内部割れや耳割れが抑制される。 Further, according to the method for producing a titanium alloy thin plate according to the present embodiment, the annealing conditions in the intermediate annealing step and the final annealing step are such that the annealing temperature is 600 ° C. or higher (T β- 50) ° C. and the annealing temperature. By setting T (° C.) and the holding time t (seconds) at the annealing temperature to satisfy the above formula (102), a fine equiaxed structure in the titanium material after the intermediate annealing step or the final annealing step. The ratio of As a result, even when the titanium material contains 4.0 to 6.6% of Al, internal cracks and ear cracks are suppressed.

また、チタン素材がV等のβ相安定化元素を多く含有する場合、β域またはβ相割合の高いα+β高温域の温度で、一方向に高速で熱間圧延すると、T−textureが形成しやすく、チタン合金薄板の異方性が大きくなりやすい。しかしながら、本実施形態に係るチタン合金薄板の製造方法によれば、冷間クロス圧延を実施するため、チタン素材がV等のβ相安定化元素を含む場合においてもT−textureの形成が抑制される。その結果、異方性が小さいチタン合金薄板を製造することが可能である。 Further, when the titanium material contains a large amount of β-phase stabilizing elements such as V, T-texture is formed by hot rolling in one direction at high speed in the β region or the α + β high temperature region having a high β phase ratio. It is easy, and the anisotropy of the titanium alloy thin plate tends to increase. However, according to the method for producing a titanium alloy sheet according to the present embodiment, since cold cross rolling is carried out, the formation of T-texture is suppressed even when the titanium material contains a β-phase stabilizing element such as V. To. As a result, it is possible to manufacture a titanium alloy thin plate having a small anisotropy.

また、本実施形態に係るチタン合金薄板の製造方法によれば、さらにr値が2.0以上10.0以下であるチタン合金薄板は、深絞り加工性に優れる。 Further, according to the method for producing a titanium alloy thin plate according to the present embodiment, the titanium alloy thin plate having an r value of 2.0 or more and 10.0 or less is excellent in deep drawing workability.

また、本実施形態に係るチタン合金薄板の製造方法によれば冷間圧延により、結晶粒が微細化して超塑性特性が発現し易くなり、チタン合金薄板は、薄板成型における加工性にすぐれたものとなる。 Further, according to the method for producing a titanium alloy thin plate according to the present embodiment, the crystal grains are refined by cold rolling and the superplastic characteristics are easily exhibited, and the titanium alloy thin plate is excellent in processability in thin plate molding. It becomes.

以下に、実施例を示しながら、本発明の実施形態について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明のあくまでも一例であって、本発明が、下記の例に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to examples. The examples shown below are merely examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

1. チタン合金薄板の製造
まず、真空アーク溶解(VAR:Vacuum Arc Remelting)、電子ビーム溶解(EBR:Electron Beam Remelting)、またはプラズマ溶解(PAM:Prasma Arc Melting)のいずれかにて表1に示すチタン合金インゴットを製造した後、分塊圧延または鍛造により厚さ150mm×幅800mm×長さ5000mmのチタン合金スラブを製造した。その後、これらのチタン合金スラブに対して熱間圧延、熱延板焼鈍、ショットブラストおよび酸洗を施して厚さ4mmの熱延板とした。なお、表1中、「Bal.」は残部を表す。
1. 1. Manufacture of Titanium Alloy Thin Plate First, the titanium alloy shown in Table 1 by either vacuum arc remelting (VAR: Vacuum Arc Remelting), electron beam melting (EBR: Electron Beam Remelting), or plasma melting (PAM: Prasma Arc Melting). After manufacturing the ingot, a titanium alloy slab having a thickness of 150 mm, a width of 800 mm, and a length of 5000 mm was manufactured by bulk rolling or forging. Then, these titanium alloy slabs were hot-rolled, hot-rolled, annealed, shot-blasted, and pickled to obtain a hot-rolled plate having a thickness of 4 mm. In Table 1, "Bal." Represents the rest.

熱延板の化学成分について、Al、Fe、Si、Ni、Cr、Mn、VをIPC発光分光分析により測定した。OおよびNについては、酸素・窒素同時分析装置を用い、不活性ガス溶融、熱伝導度・赤外線吸収法により測定した。Cについては、炭素硫黄同時分析装置を用い、赤外線吸収法により測定した。製造された熱延板それぞれの化学成分は、表1に示したチタン合金スラブの化学成分と等しいものであった。また、表1に示したチタン素材A〜Mについて、Thermo−Calc Sotware AB社の統合型熱力学計算システムであるThermo−Calcおよび所定のデータベース(TI3)を用いてCALPHAD法により、チタン合金の状態図を取得し、β変態点を算出した。 Regarding the chemical composition of the hot-rolled plate, Al, Fe, Si, Ni, Cr, Mn, and V were measured by IPC emission spectroscopy. O and N were measured by an inert gas melting method and a thermal conductivity / infrared absorption method using an oxygen / nitrogen simultaneous analyzer. C was measured by an infrared absorption method using a carbon-sulfur simultaneous analyzer. The chemical composition of each of the produced hot-rolled plates was the same as the chemical composition of the titanium alloy slab shown in Table 1. Further, regarding the titanium materials A to M shown in Table 1, the state of the titanium alloy was obtained by the CALPHAD method using the Thermo-Calc, which is an integrated thermodynamic calculation system of Thermo-Calc Storage AB, and a predetermined database (TI3). The figure was acquired and the β transformation point was calculated.

Figure 2021080489
Figure 2021080489

次に、得られた熱間圧延板について表2に示す条件で冷間圧延を行った。発明例1〜15、17〜19、および比較例1、2は、冷間圧延パス1回当たりの圧延率を5%以上として、表2に示す合計の圧延率となるように複数の冷間圧延パスを行った。表2の発明例1〜15は、25℃の圧延温度での複数の冷間圧延パスと、表2に示す条件の中間焼鈍を繰り返し、合計圧延率が60〜92%となるまで冷間でクロス圧延した例である。中間焼鈍は800〜900℃の温度で60〜28800s、最終焼鈍は650〜900℃の温度で60〜28800s行った。発明例1〜15のクロス圧延比は、0.15〜7.00とした。発明例16〜18は、400℃の圧延温度での複数の冷間圧延パスと、表2に示す条件の中間焼鈍を繰り返し、合計圧延率が70〜90%となるまで冷間でクロス圧延した例である。中間焼鈍は680〜850℃の温度で120〜28800s、最終焼鈍は700〜900℃の温度で120〜28800s行った。発明例16〜18のクロス圧延比は、15.00とした。参考例は、冷間圧延工程を実施しなかった熱延板である。比較例1は、25℃の圧延温度の複数の冷間圧延パスと、表2に示す条件の中間焼鈍を繰り返し、合計圧延率が50%となるまで冷間圧延した例である。比較例1では、クロス圧延は行わなかった。比較例2は、25℃の圧延温度の複数の冷間圧延パスと、表2に示す条件の中間焼鈍を繰り返し、合計圧延率が66%となるまで冷間圧延した例である。比較例2のクロス圧延比は、0.02とした。なお、表2中、「Tβ」は、β変態点であり、「ラーソンミラーパラメータ」は、(T+273.15)×(Log10(t)+20)の値である。 Next, the obtained hot-rolled plate was cold-rolled under the conditions shown in Table 2. In Invention Examples 1 to 15 and 17 to 19, and Comparative Examples 1 and 2, a plurality of cold rolling ratios are obtained so as to have a total rolling ratio shown in Table 2, assuming that the rolling ratio per cold rolling pass is 5% or more. A rolling pass was made. In Invention Examples 1 to 15 in Table 2, a plurality of cold rolling passes at a rolling temperature of 25 ° C. and intermediate annealing under the conditions shown in Table 2 are repeated, and cold until the total rolling ratio reaches 60 to 92%. This is an example of cross-rolling. The intermediate annealing was performed at a temperature of 800 to 900 ° C. for 60 to 28800 s, and the final annealing was performed at a temperature of 650 to 900 ° C. for 60 to 28800 s. The cross-rolling ratio of Invention Examples 1 to 15 was 0.15 to 7.00. In Invention Examples 16 to 18, a plurality of cold rolling passes at a rolling temperature of 400 ° C. and intermediate annealing under the conditions shown in Table 2 were repeated, and cold cross-rolling was performed until the total rolling ratio became 70 to 90%. This is an example. The intermediate annealing was carried out at a temperature of 680 to 850 ° C. for 120 to 28800 s, and the final annealing was carried out at a temperature of 700 to 900 ° C. for 120 to 28800 s. The cross-rolling ratio of Invention Examples 16 to 18 was 15.00. A reference example is a hot-rolled sheet that has not been cold-rolled. Comparative Example 1 is an example in which a plurality of cold rolling passes having a rolling temperature of 25 ° C. and intermediate annealing under the conditions shown in Table 2 are repeated, and cold rolling is performed until the total rolling ratio reaches 50%. In Comparative Example 1, cross rolling was not performed. Comparative Example 2 is an example in which a plurality of cold rolling passes having a rolling temperature of 25 ° C. and intermediate annealing under the conditions shown in Table 2 were repeated, and cold rolling was performed until the total rolling ratio reached 66%. The cross-rolling ratio of Comparative Example 2 was 0.02. In Table 2, "T β " is a β transformation point, and "Larson mirror parameter" is a value of (T + 273.15) × (Log 10 (t) + 20).

Figure 2021080489
Figure 2021080489

2. 評価
各発明例、参考例および比較例に係るチタン合金薄板について、以下の項目の評価を行った。
2. Evaluation The following items were evaluated for the titanium alloy thin plates according to each invention example, reference example, and comparative example.

2.1. 化学成分
各発明例、参考例および比較例に係るチタン合金薄板の化学成分を、熱延板の化学成分の測定方法と同様の方法で測定した。
2.1. Chemical Composition The chemical composition of the titanium alloy thin plate according to each invention example, reference example and comparative example was measured by the same method as the method for measuring the chemical composition of the hot-rolled plate.

2.2. 最大集積度および集積度ピーク位置
各発明例、参考例および比較例に係るチタン合金薄板の試料の観察表面を化学研磨し、電子線後方散乱回折法を用いて結晶方位解析することにより、(0001)極点図を得た。具体的には、各試料を板厚方向に切断した断面を化学研磨し、その断面において、(板厚)×200μmの領域を1〜5μmの間隔で2〜5視野程度を対象に、EBSD法による結晶方位解析を行い、(0001)極点図を作図した。(0001)極点図における特定の方位の集積度ピーク位置は、そのデータをTSLソリューションズ製のOIM Analysisソフトウェアを用いて球面調和関数法を用いた逆極点図のTexture解析(展開指数=16、ガウス半値幅=5°)により算出した。
2.2. Maximum degree of integration and degree of accumulation Peak position By chemically polishing the observation surface of the sample of the titanium alloy thin plate according to each invention example, reference example and comparative example, and analyzing the crystal orientation using the electron backscatter diffraction method (0001). ) I got a polar diagram. Specifically, a cross section obtained by cutting each sample in the plate thickness direction is chemically polished, and in the cross section, an EBSD method is applied to a region of (plate thickness) × 200 μm at intervals of 1 to 5 μm for about 2 to 5 fields of view. The crystal orientation was analyzed by (0001) and a pole figure was drawn. (0001) For the peak position of the degree of integration in a specific direction in the pole figure, the data is analyzed by using the OIM Analysis software manufactured by TSL Solutions and the inverse pole figure using the spherical harmonic method (expansion index = 16, Gaussian and a half). Price range = 5 °).

2.3. アスペクト比およびバンド組織面積率
チタン合金薄板の試料を板幅方向に垂直に切断した断面を化学研磨し、その断面の(板厚)×200μmの領域を、ステップ1〜5μmで2〜5視野程度を対象に、EBSD法による結晶方位解析を行った。このEBSDの結晶方位解析結果から、結晶粒のそれぞれについてアスペクト比を算出した。バンド組織面積率として、アスペクトが3.0超の結晶粒の面積率を算出した。
2.3. Aspect ratio and band structure area ratio A cross section of a titanium alloy thin plate cut perpendicularly in the plate width direction is chemically polished, and a region of (plate thickness) x 200 μm of the cross section is about 2 to 5 visual fields in steps 1 to 5 μm. The crystal orientation was analyzed by the EBSD method. From the crystal orientation analysis result of this EBSD, the aspect ratio was calculated for each of the crystal grains. As the band structure area ratio, the area ratio of crystal grains having an aspect of more than 3.0 was calculated.

2.4. 等軸組織の平均結晶粒径
等軸組織の平均結晶粒径は、等軸組織についてEBSDにより測定した結晶粒面積から円相当粒径(面積A=π×(粒径D/2))を求め、この個数基準の平均値を等軸組織の平均結晶粒径とした。
2.4. Average crystal grain size of equiaxed structure The average crystal grain size of equiaxed structure is the equivalent grain size of a circle (area A = π × (particle size D / 2) 2 ) from the crystal grain area measured by EBSD for the equiaxed structure. The average value based on the number was used as the average crystal grain size of the equiaxed structure.

2.5. 0.2%耐力
各発明例、参考例および比較例に係るチタン合金薄板の25℃における0.2%耐力については、JIS Z 2241:2011に準拠して測定した。
2.5. 0.2% proof stress The 0.2% proof stress of the titanium alloy thin plate according to each invention example, reference example and comparative example at 25 ° C. was measured in accordance with JIS Z 2241: 2011.

2.6. r値
各発明例、参考例および比較例に係るチタン合金薄板のr値は、以下の方法で算出した。すなわち、板の長手方向にJIS13B号引張試験片を作製し、ひずみ速度を0.15〜15mm/minの範囲として、板長手方向の伸びが3%となるまで当該試験片に引張荷重を負荷した後、当該引張荷重を除荷し、引張前後の標点間の距離、板幅変化から変形量を求めた。なお、板厚については体積が一定であることから、計算により求めた。これにより得られた幅方向の対数歪みεと、板厚の対数歪みεの比であるr値を算出した。
2.6. r-value The r-value of the titanium alloy sheet according to each of the invention examples, reference examples and comparative examples was calculated by the following method. That is, a JIS13B tensile test piece was prepared in the longitudinal direction of the plate, the strain rate was set in the range of 0.15 to 15 mm / min, and a tensile load was applied to the test piece until the elongation in the longitudinal direction of the plate became 3%. After that, the tensile load was unloaded, and the amount of deformation was obtained from the distance between the reference points before and after the tension and the change in plate width. Since the volume is constant, the plate thickness was calculated. The r value, which is the ratio of the logarithmic strain ε W in the width direction obtained by this to the logarithmic strain ε t of the plate thickness, was calculated.

2.7. 平均板厚
各発明例、参考例および比較例に係るチタン合金薄板の平均板厚を以下の方法で測定した。製造された各チタン合金薄板の板幅方向中央位置および板幅方向の両端からそれぞれ板幅の1/4の距離の位置について、各位置の板厚を5か所以上測定し、測定した板厚の平均値を平均板厚とした。
2.7. Average plate thickness The average plate thickness of the titanium alloy thin plates according to each invention example, reference example, and comparative example was measured by the following method. The thickness of each of the manufactured titanium alloy thin plates was measured at five or more locations at the center position in the plate width direction and at a distance of 1/4 of the plate width from both ends in the plate width direction. The average value of was taken as the average plate thickness.

2.8. 板厚寸法精度
各発明例、参考例および比較例に係るチタン合金薄板の板厚寸法精度は、上記の方法で実際に測定された板厚dと、上記の平均板厚daveとを用い、下記式(101)により算出されたaの最大値を寸法精度とした。
a=(d−dave)/dave×100 …式(101)
2.8. Plate thickness dimensional accuracy For the plate thickness dimensional accuracy of the titanium alloy thin plate according to each invention example, reference example and comparative example, the plate thickness d actually measured by the above method and the above average plate thickness dave are used. The maximum value of a calculated by the following formula (101) was taken as the dimensional accuracy.
a = (d-d- ave ) / d- ave × 100 ... Equation (101)

2.9. 深絞り加工性
各発明例、参考例および比較例に係るチタン合金薄板の深絞り加工性を以下の方法で評価した。すなわち、製造したチタン合金薄板よりブランク径φ80mmの円形ブランクを切り出し、円筒ポンチ径φ40mm、ポンチ肩部の曲率半径4mm、クリアランス1mm、ダイスの肩部の曲率半径6mm、しわ押さえ荷重1.1トン、潤滑をテフロン(登録商標)シート、速度20mm/minの条件で深絞り試験を行い、評価した。深絞り時に割れを生じた場合を×(不良)、割れを生じなかったが高さが5mm超の耳が発生した場合を△(良好)、割れを生じず、かつ、高さが5mm以下の耳が発生した場合を○(極めて良好)とした。△以上を合格とした。なお、深絞り試験後の円筒状のチタン材における軸方向長さの最大値と軸方向長さの最小値の差を耳の高さとした。
2.9. Deep drawing workability The deep drawing workability of the titanium alloy thin sheet according to each invention example, reference example and comparative example was evaluated by the following method. That is, a circular blank having a blank diameter of φ80 mm was cut out from the manufactured titanium alloy thin plate, and a cylindrical punch diameter of φ40 mm, a radius of curvature of the punch shoulder of 4 mm, a clearance of 1 mm, a radius of curvature of the die shoulder of 6 mm, and a wrinkle pressing load of 1.1 tons. Lubrication was evaluated by performing a deep drawing test under the conditions of a Teflon (registered trademark) sheet and a speed of 20 mm / min. × (defective) when cracks occur during deep drawing, Δ (good) when ears with a height of more than 5 mm occur without cracks, and 5 mm or less in height without cracks. The case where ears were generated was marked as ◯ (extremely good). △ The above was accepted. The difference between the maximum value of the axial length and the minimum value of the axial length of the cylindrical titanium material after the deep drawing test was defined as the ear height.

3. 結果
上記の評価結果を表3に示す。なお、表4に示す「θ」は、板厚方向からの(0001)極点図において、後方散乱電子線回折(EBSD)法の球面調和関数法を用いた逆極点図のTexture解析(展開指数=16、ガウス半値幅=5°)により算出される集積度のピークを示す方向と板厚方向とのなす角である。
3. 3. Results Table 3 shows the above evaluation results. In addition, "θ" shown in Table 4 is a Texture analysis (expansion index =) of the inverse pole diagram using the spherical harmonic method of the backscattered electron diffraction (EBSD) method in the (0001) pole diagram from the plate thickness direction. 16. Gaussian full width at half maximum = 5 °) is the angle formed by the direction indicating the peak of the degree of integration and the plate thickness direction.

Figure 2021080489
Figure 2021080489

発明例1〜15について、(0001)極点図における集積度のピーク(最大集積度)は6以上であり、当該集積度のピークを示す方向と板厚方向とのなす角は、15〜27°であった。また、等軸組織の平均粒径は、1.5〜6.7μmであり、バンド組織の面積率は0.0〜8.0%であった。最終板厚は0.3〜1.8mmであり、寸法精度は1.1〜3.5%であった。また、25℃における板長手方向の0.2%耐力σLは700MPa以上であり、耐力比σT/σLは、0.95以上1.05未満であった。また、r値は、2.0以上10.0以下であった。深絞り加工性は、いずれも極めて良好であった。 Regarding Examples 1 to 15, the peak of the degree of integration (maximum degree of integration) in the (0001) pole figure is 6 or more, and the angle between the direction showing the peak of the degree of integration and the plate thickness direction is 15 to 27 °. Met. The average particle size of the equiaxed structure was 1.5 to 6.7 μm, and the area ratio of the band structure was 0.0 to 8.0%. The final plate thickness was 0.3 to 1.8 mm, and the dimensional accuracy was 1.1 to 3.5%. Further, the 0.2% proof stress σL in the plate longitudinal direction at 25 ° C. was 700 MPa or more, and the proof stress ratio σT / σL was 0.95 or more and less than 1.05. The r value was 2.0 or more and 10.0 or less. The deep drawing workability was extremely good in each case.

発明例16〜18について、(0001)極点図における集積度のピーク(最大集積度)は7であり、当該集積度のピークを示す方向と板厚方向とのなす角は、いずれも25°であった。また、等軸組織の平均粒径は、1.7〜3.5μmであり、バンド組織の面積率はいずれも0.0%であった。最終板厚は0.4〜1.2mmであり、寸法精度は1.5〜2.1%以下であった。また、25℃における板長手方向の0.2%耐力σLは700MPa以上であり、耐力比σT/σLは、0.95以上1.05未満であった。また、r値は、2.0以上10.0以下であった。深絞り加工性は、いずれも極めて良好であった。 In Invention Examples 16 to 18, the peak of the degree of integration (maximum degree of integration) in the (0001) pole figure is 7, and the angle between the direction showing the peak of the degree of integration and the plate thickness direction is 25 °. there were. The average particle size of the equiaxed structure was 1.7 to 3.5 μm, and the area ratio of the band structure was 0.0%. The final plate thickness was 0.4 to 1.2 mm, and the dimensional accuracy was 1.5 to 2.1% or less. Further, the 0.2% proof stress σL in the plate longitudinal direction at 25 ° C. was 700 MPa or more, and the proof stress ratio σT / σL was 0.95 or more and less than 1.05. The r value was 2.0 or more and 10.0 or less. The deep drawing workability was extremely good in each case.

参考例について、(0001)極点図における集積度のピークを示す方向と板厚方向とのなす角は、30°以上であった。そのため、耐力比σT/σLは1.05以上となり、強い異方性を示した。また、r値は、2.0未満であった。深絞り加工性は、不良であった。 For the reference example, the angle formed by the direction showing the peak of the degree of integration and the plate thickness direction in the (0001) pole figure was 30 ° or more. Therefore, the proof stress ratio σT / σL was 1.05 or more, showing strong anisotropy. The r value was less than 2.0. The deep drawing workability was poor.

また、比較例1のチタン合金薄板は、(0001)極点図における集積度のピークを示す方向と板厚方向とのなす角が30°以上であり、耐力比σT/σLは1.05以上となり、強い異方性を示した。また、r値は、2.0未満であった。深絞り加工性は、不良であった。 Further, the titanium alloy thin plate of Comparative Example 1 has an angle formed by the direction showing the peak of the degree of integration in the (0001) pole figure and the plate thickness direction of 30 ° or more, and the proof stress ratio σT / σL is 1.05 or more. , Showed strong anisotropy. The r value was less than 2.0. The deep drawing workability was poor.

また、比較例2のチタン合金薄板は、(0001)極点図における集積度のピークを示す方向と板厚方向とのなす角が30°以上であり、耐力比σT/σLは1.05以上となり、強い異方性を示した。また、r値は、2.0未満であった。深絞り加工性は、良好であったものの、発明例1〜18より劣っていた。 Further, in the titanium alloy thin plate of Comparative Example 2, the angle formed by the direction showing the peak of the degree of integration in the (0001) pole figure and the plate thickness direction is 30 ° or more, and the proof stress ratio σT / σL is 1.05 or more. , Showed strong anisotropy. The r value was less than 2.0. Although the deep drawing workability was good, it was inferior to Invention Examples 1 to 18.

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such examples. It is clear that a person having ordinary knowledge in the field of technology to which the present invention belongs can come up with various modifications or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. , These are also naturally understood to belong to the technical scope of the present invention.

Claims (9)

Al:4.0〜6.6質量%、を含有し、
板厚方向からの(0001)極点図において、後方散乱電子線回折(EBSD)法の球面調和関数法を用いた逆極点図のTexture解析(展開指数=16、ガウス半値幅=5°)により算出される集積度のピークを示す方向と板厚方向とのなす角が30°以下、かつ、(0001)面の最大集積度が4以上である集合組織を有し、
板長手方向の0.2%耐力に対する板幅方向の0.2%耐力の比が0.95以上1.05未満である、チタン合金薄板。
Al: contains 4.0 to 6.6% by mass,
Calculated by Texture analysis (expansion index = 16, Gaussian half width = 5 °) of the inverse pole diagram using the spherical harmonics method of backscattered electron diffraction (EBSD) method in the (0001) pole diagram from the plate thickness direction. It has an aggregate structure in which the angle between the direction showing the peak of the degree of integration and the thickness direction is 30 ° or less and the maximum degree of integration of the (0001) plane is 4 or more.
A titanium alloy thin plate in which the ratio of 0.2% proof stress in the plate width direction to 0.2% proof stress in the plate longitudinal direction is 0.95 or more and less than 1.05.
アスペクト比が3.0以下である等軸組織と、アスペクト比が3.0超であり板長手方向に伸長したバンド組織と、からなるミクロ組織を有し、
前記等軸組織の平均粒径が0.1μm以上10μm以下であり、
前記ミクロ組織の面積に対する前記バンド組織の面積率が10.0%以下である、請求項1に記載のチタン合金薄板。
It has a microstructure consisting of an equiaxed structure having an aspect ratio of 3.0 or less and a band structure having an aspect ratio of more than 3.0 and extending in the longitudinal direction of the plate.
The average particle size of the equiaxed structure is 0.1 μm or more and 10 μm or less.
The titanium alloy thin plate according to claim 1, wherein the area ratio of the band structure to the area of the microstructure is 10.0% or less.
さらに、質量%で、
Fe:0.5〜2.3%またはV:2.5〜4.5%のいずれか、
Si:0〜0.60%、
を含有し、さらに、
C:0.08%未満、
N:0.05%以下、および
O:0.40%以下、
に制限され、残部がTi及び不純物からなる、請求項1または2に記載のチタン合金薄板。
In addition, in% by mass,
Fe: 0.5 to 2.3% or V: 2.5 to 4.5%,
Si: 0-0.60%,
Containing, in addition
C: less than 0.08%,
N: 0.05% or less, and O: 0.40% or less,
The titanium alloy thin plate according to claim 1 or 2, wherein the titanium alloy thin plate is limited to and the balance is composed of Ti and impurities.
前記Feまたは前記Vの一部に替えて、質量%で、
Ni:0.15%未満、
Cr:0.25%未満、および、
Mn:0.25%未満、からなる群より選択される1種または2種以上を含有する、請求項3に記載のチタン合金薄板。
In place of the Fe or a part of the V, in% by mass,
Ni: less than 0.15%,
Cr: less than 0.25% and
The titanium alloy thin plate according to claim 3, which contains one or more selected from the group consisting of Mn: less than 0.25%.
平均板厚が2.5mm以下であり、かつ、板厚の寸法精度が前記平均板厚に対して5.0%以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のチタン合金薄板。 The titanium alloy thin plate according to any one of claims 1 to 4, wherein the average plate thickness is 2.5 mm or less, and the dimensional accuracy of the plate thickness is 5.0% or less with respect to the average plate thickness. .. 引張試験において、板長手方向の伸びが3%になったときの、板厚方向の対数ひずみεに対する板幅方向の対数ひずみεの比であるr値が2.0以上10.0以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のチタン合金薄板。 In the tensile test, the r value, which is the ratio of the logarithmic strain ε t in the plate thickness direction to the logarithmic strain ε W in the plate width direction when the elongation in the plate longitudinal direction becomes 3%, is 2.0 or more and 10.0 or less. The titanium alloy thin plate according to any one of claims 1 to 5. 25℃における0.2%耐力が700MPa以上である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のチタン合金薄板。 The titanium alloy thin plate according to any one of claims 1 to 6, wherein the 0.2% proof stress at 25 ° C. is 700 MPa or more. 請求項1〜7のいずれか1項に記載のチタン合金薄板の製造方法であって、
Al:4.0〜6.6質量%、を含有する熱間圧延板を板長手方向および板幅方向に圧延する冷間クロス圧延工程と、
前記冷間クロス圧延工程後のチタン素材を焼鈍する最終焼鈍工程と、を有し、
前記冷間クロス圧延工程における合計の圧延率が60%以上であり、
前記板幅方向の圧延率に対する前記板長手方向の圧延率の比であるクロス圧延比が0.05以上20.0以下である、チタン合金薄板の製造方法。
The method for manufacturing a titanium alloy sheet according to any one of claims 1 to 7.
A cold cross-rolling step of rolling a hot-rolled plate containing Al: 4.0 to 6.6% by mass in the plate longitudinal direction and the plate width direction, and
It has a final annealing step of annealing the titanium material after the cold cloth rolling step.
The total rolling ratio in the cold cross rolling step is 60% or more.
A method for producing a titanium alloy thin plate, wherein the cross-rolling ratio, which is the ratio of the rolling ratio in the plate longitudinal direction to the rolling ratio in the plate width direction, is 0.05 or more and 20.0 or less.
前記冷間クロス圧延工程は、複数の冷間圧延パスを行う場合は、複数の前記冷間圧延パスの間にチタン素材を焼鈍する中間焼鈍工程
を含み、
前記中間焼鈍工程および前記最終焼鈍工程における焼鈍条件は、
焼鈍温度が600℃以上(Tβ−50)℃以下であり、かつ、
前記焼鈍温度T(℃)と、前記焼鈍温度における保持時間t(秒)とが、下記式(1)を満足する条件である、請求項8に記載のチタン合金薄板の製造方法。
22000≦(T+273.15)×(Log10(t)+20)≦27000 …式(1)
ここで、Tβは、β変態点(℃)である。
The cold cross-rolling step includes an intermediate annealing step of annealing the titanium material between the plurality of cold rolling passes when a plurality of cold rolling passes are performed.
The annealing conditions in the intermediate annealing step and the final annealing step are as follows.
The annealing temperature is 600 ° C or higher (T β- 50) ° C or lower, and
The method for producing a titanium alloy thin plate according to claim 8, wherein the annealing temperature T (° C.) and the holding time t (seconds) at the annealing temperature are conditions that satisfy the following formula (1).
22000 ≤ (T + 273.15) x (Log 10 (t) + 20) ≤ 27000 ... Equation (1)
Here, T β is the β transformation point (° C.).
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