JP2023040457A - Titanium alloy plate and method for producing the same - Google Patents

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秀徳 岳辺
Hidenori Takebe
元気 塚本
Genki Tsukamoto
純一 爲成
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Abstract

To provide a titanium alloy plate having excellent strength, moldability and economical efficiency and a method for producing the same.SOLUTION: A titanium alloy plate has a chemical composition consisting of in mass%, Cu: 0.70% or less, Cr: 0.03-0.30%, Si: 0.03-0.15%, Fe: 0.06% or less, O: 0.15% or less, N: 0.15% or less, C: 0.05% or less, H: 0.013% or less, with the balance being: Ti and impurities, satisfying [Cu+1.2Cr+3.4Si+5O≥0.80]. In the metallographic structure, the average grain size d is 0.020-0.150 mm, and the relationship between a plate thickness t (mm) and the average grain size d (mm) satisfies [t/d≥3.0].SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、チタン合金板およびその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a titanium alloy plate and a method for producing the same.

チタン合金は、強度、耐食性等に優れるため、航空分野、輸送機関等、様々な用途で活用されている。その一方、チタン合金は、成形性が低く、複雑な部品形状に加工しにくい。このため、例えば、特許文献1~3には、成形性を向上させたチタン合金板が開示されている。 Titanium alloys are excellent in strength, corrosion resistance, etc., and are used in various applications such as the field of aviation and transportation. On the other hand, titanium alloys have low moldability and are difficult to process into complex shapes. For this reason, for example, Patent Documents 1 to 3 disclose titanium alloy plates with improved formability.

特開2005-298970号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-298970 国際公開第2019/043882号WO2019/043882 特開2010-31314号公報JP 2010-31314 A

ところで、強度と成形性とは、互いに相反する特性である。すなわち、成形性が向上すると、強度が低下する。このため、強度と成形性とをともに、バランスよく向上させることは難しいという問題がある。また、強度と成形性とを向上させるために、合金元素を添加する場合があるが、この場合、製造コストが増加するという問題がある。 By the way, strength and formability are properties that conflict with each other. That is, when formability improves, strength decreases. Therefore, there is a problem that it is difficult to improve both strength and formability in a well-balanced manner. Also, in order to improve strength and formability, alloying elements are sometimes added, but in this case, there is a problem that the manufacturing cost increases.

上述した特許文献1~3に開示されたチタン合金板は、添加元素の含有量が比較的高く、製造コストが増加する。従って、経済性の観点からさらに改善の余地がある。このように、強度、成形性および経済性のすべてに優れたチタン合金板を得ることは難しいという課題がある。 The titanium alloy plates disclosed in Patent Documents 1 to 3 mentioned above have a relatively high content of additive elements, which increases the manufacturing cost. Therefore, there is room for further improvement from the viewpoint of economy. Thus, there is a problem that it is difficult to obtain a titanium alloy sheet excellent in all of strength, formability and economy.

以上を踏まえ、本発明は、上記の課題を解決し、成形性を維持した上で経済性に優れた高強度チタン合金板およびその製造方法を提供することを目的とする。なお、具体的には、後述するように、高強度とは、0.2%耐力で200MPa以上が好ましく、成形性を維持とは、均一伸びで25%以上が好ましいと考える。 Based on the above, an object of the present invention is to solve the above problems and to provide a high-strength titanium alloy sheet which maintains formability and is excellent in economic efficiency, and a method for producing the same. Specifically, as will be described later, high strength is preferably 200 MPa or more at 0.2% yield strength, and maintaining formability is preferably uniform elongation of 25% or more.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のチタン合金板およびその製造方法を要旨とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and the gist thereof is the following titanium alloy plate and method for producing the same.

(1)化学組成が、質量%で、
Cu:0.70%以下、
Cr:0.03~0.30%、
Si:0.03~0.15%、
Fe:0.06%以下、
O:0.15%以下、
N:0.15%以下、
C:0.05%以下、
H:0.013%以下、
残部:Tiおよび不純物であり、
下記(i)式を満足し、
金属組織において、平均結晶粒径dが0.020~0.150mmであり、
板厚tと前記平均結晶粒径dとの関係が、下記(ii)式を満足する、チタン合金板。
Cu+1.2Cr+3.4Si+5O≧0.80 ・・・(i)
t/d≧3.0 ・・・(ii)
但し、上記(i)式中の各元素記号はチタン合金中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとし、上記(ii)式中の各記号は、以下のように定義される。
t:板厚(mm)
d:平均結晶粒径(mm)
(1) chemical composition, in mass %,
Cu: 0.70% or less,
Cr: 0.03 to 0.30%,
Si: 0.03 to 0.15%,
Fe: 0.06% or less,
O: 0.15% or less,
N: 0.15% or less,
C: 0.05% or less,
H: 0.013% or less,
balance: Ti and impurities,
satisfying the following formula (i),
In the metal structure, the average crystal grain size d is 0.020 to 0.150 mm,
A titanium alloy plate, wherein the relationship between the plate thickness t and the average crystal grain size d satisfies the following formula (ii).
Cu+1.2Cr+3.4Si+5O≧0.80 (i)
t/d≧3.0 (ii)
However, each element symbol in the above formula (i) represents the content (% by mass) of each element contained in the titanium alloy, and if it is not contained, it is zero, and each symbol in the above formula (ii) is as follows. is defined as
t: plate thickness (mm)
d: average grain size (mm)

(2)板厚が0.3~1.5mmである、上記(1)に記載のチタン合金板。 (2) The titanium alloy plate according to (1) above, which has a plate thickness of 0.3 to 1.5 mm.

(3)金属組織において、単位結晶粒当たりに存在する変形双晶の境界長さの総和が、0mm超1.0mm以下である、上記(1)または(2)に記載のチタン合金板。 (3) The titanium alloy plate according to (1) or (2) above, wherein the sum of boundary lengths of deformation twins existing per unit crystal grain in the metal structure is more than 0 mm and 1.0 mm or less.

(4)上記(1)または(2)に記載のチタン合金板の製造方法であって、
上記(1)に記載の化学組成を有するチタンスラブまたはチタン鋳塊を800~1100℃の温度域に加熱後、圧延し、当該圧延を700℃以上の温度域で完了する熱間圧延工程と、
前記熱間圧延工程後に、600℃以下の温度域まで急冷し、熱延板とする、冷却工程と、
前記熱延板を冷間圧延し、冷延板とする、冷間圧延工程と、
前記冷間圧延工程の後に冷延板を600~700℃の温度域で仕上焼鈍し、冷延焼鈍板とする、焼鈍工程と、を有する、
チタン合金板の製造方法。
(4) A method for producing a titanium alloy plate according to (1) or (2) above,
A hot rolling step in which a titanium slab or titanium ingot having the chemical composition described in (1) above is heated to a temperature range of 800 to 1100° C. and then rolled, and the rolling is completed in a temperature range of 700° C. or higher;
After the hot rolling step, a cooling step of quenching to a temperature range of 600 ° C. or less to form a hot rolled sheet;
A cold-rolling step of cold-rolling the hot-rolled sheet to obtain a cold-rolled sheet;
After the cold rolling step, the cold rolled sheet is finish annealed in a temperature range of 600 to 700 ° C. to obtain a cold rolled annealed sheet.
A method for manufacturing a titanium alloy plate.

(5)上記(1)~(3)のいずれかに記載のチタン合金板の製造方法であって、
前記焼鈍工程の後に、前記冷延焼鈍板に5.0%未満の伸び率で予ひずみを付与する工程、をさらに有する、
上記(4)に記載のチタン合金板の製造方法。
(5) A method for producing a titanium alloy plate according to any one of (1) to (3) above,
After the annealing step, the step of pre-straining the cold-rolled annealed sheet at an elongation rate of less than 5.0%.
A method for producing a titanium alloy plate according to (4) above.

本発明によれば、強度、成形性および経済性に優れたチタン合金板を得ることができる。 According to the present invention, a titanium alloy sheet excellent in strength, formability and economy can be obtained.

本発明者らは、強度、成形性および経済性に優れたチタン合金板について検討を行い、以下の(a)~(c)の知見を得た。 The present inventors have studied titanium alloy sheets that are excellent in strength, formability and economy, and have obtained the following findings (a) to (c).

(a)強度を向上させるためには、Cu、Cr、Siの含有量を高めることが望ましい。その一方、これらの元素は、Tiと結合し、微細な金属間化合物を形成する。このような金属間化合物は、結晶粒を微細にする。結晶粒が微細であると、成形性が低下する。このため、金属間化合物を極力形成させず、結晶粒が粗粒であるのが望ましい。具体的には、平均結晶粒径を、0.020~0.150mmの範囲とするのが好ましい。 (a) In order to improve the strength, it is desirable to increase the contents of Cu, Cr and Si. On the other hand, these elements combine with Ti to form fine intermetallic compounds. Such an intermetallic compound makes crystal grains finer. If the crystal grains are fine, the moldability is lowered. For this reason, it is desirable that the crystal grains are coarse grains while minimizing the formation of intermetallic compounds. Specifically, the average crystal grain size is preferably in the range of 0.020 to 0.150 mm.

(b)従って、Cu、Cr、およびSiを含有させることで、強度を高めつつも、成形性を低下させる金属間化合物を形成させないようにする必要がある。そこで、これらの元素の含有量を所定の範囲に制御するのが有効である。これにより、各元素の含有量に上限を設けつつ、バランスよく含有させることができる。この結果、金属間化合物を形成させることなく、チタン合金板の強度を向上させることができるため、経済性に優れたチタン合金板を得ることができる。また、製造時に熱間圧延後の冷却条件等を適切に制御することでも、金属間化合物の形成を抑制することができ、成形性も確保できる。 (b) Therefore, it is necessary to contain Cu, Cr, and Si to prevent the formation of intermetallic compounds that reduce formability while increasing strength. Therefore, it is effective to control the content of these elements within a predetermined range. Thereby, it is possible to contain each element in a well-balanced manner while setting the upper limit of the content of each element. As a result, it is possible to improve the strength of the titanium alloy plate without forming an intermetallic compound, so that it is possible to obtain a titanium alloy plate excellent in economic efficiency. In addition, the formation of intermetallic compounds can be suppressed and formability can be ensured by appropriately controlling the cooling conditions after hot rolling during production.

(c)加えて、冷間圧延後に行われる仕上焼鈍後、予ひずみを加えるのが望ましい。予ひずみを加えることで、成形後の製品の強度を効率的に向上させることができる。 (c) In addition, it is desirable to apply prestrain after the final annealing which is performed after cold rolling. By applying pre-strain, the strength of the molded product can be efficiently improved.

本発明の一実施形態は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本実施形態の各要件について詳しく説明する。 An embodiment of the present invention has been made based on the above findings. Each requirement of this embodiment will be described in detail below.

1.化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明で、含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。また、以下の段落で説明する各元素の含有量は、合金板全体の平均的な分析値である。分析試料は、O、Nなどの偏在が懸念される表層0.05mm(全厚で0.1mm)を除去し、板厚全体から試料を均等に採取して分析すればよい。
1. Chemical composition The reasons for limiting each element are as follows. In addition, in the following description, "%" about content means "mass %." Also, the content of each element described in the following paragraphs is the average analytical value of the entire alloy plate. A sample for analysis may be obtained by removing a surface layer of 0.05 mm (0.1 mm in the total thickness) where O, N and the like are likely to be unevenly distributed, and sampling the sample evenly from the entire plate thickness for analysis.

Cu:0.70%以下
Cuは、強度を向上させる効果を有する。しかしながら、Cuを過剰に含有させると、CuがTiとの金属間化合物を形成し、焼鈍時の結晶粒の成長を阻害する。特に、バッチ式焼鈍では、0.70%超含有させると、金属間化合物の形成に起因し、結晶粒が微細になる。この結果、成形性が低下する。このため、Cu含有量は、0.70%以下とする。Cu含有量は、0.65%以下とするのが好ましく、0.60%以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Cu含有量は、0.10%以上とするのが好ましい。
Cu: 0.70% or less Cu has the effect of improving the strength. However, when Cu is contained excessively, Cu forms an intermetallic compound with Ti, which inhibits the growth of crystal grains during annealing. In particular, in batch annealing, if the content exceeds 0.70%, the crystal grains become fine due to the formation of intermetallic compounds. This results in poor moldability. Therefore, the Cu content is set to 0.70% or less. The Cu content is preferably 0.65% or less, more preferably 0.60% or less. On the other hand, in order to obtain the above effects, the Cu content is preferably 0.10% or more.

Cr:0.03~0.30%
Crは、Cuと同様、強度を向上させる効果を有する。このため、Cr含有量は、0.03%以上とする。Cr含有量は、0.05%以上とするのが好ましく、0.10%以上とするのがより好ましい。しかしながら、Crは、β安定化元素である。このため、Crを過剰に含有させると、β相が形成され、焼鈍時の結晶粒の成長を阻害し、結晶粒が微細になる。この結果、成形性が低下する。このため、Cr含有量は、0.30%以下とする。Cr含有量は、0.25%以下とするのが好ましく、0.20%以下とするのがより好ましい。
Cr: 0.03-0.30%
Cr, like Cu, has the effect of improving strength. Therefore, the Cr content is set to 0.03% or more. The Cr content is preferably 0.05% or more, more preferably 0.10% or more. However, Cr is a β-stabilizing element. For this reason, when Cr is contained excessively, a β phase is formed, inhibiting the growth of crystal grains during annealing and making the crystal grains finer. This results in poor moldability. Therefore, the Cr content is set to 0.30% or less. The Cr content is preferably 0.25% or less, more preferably 0.20% or less.

Si:0.03~0.15%
Siも、CuおよびCrと同様、強度を向上させる効果を有する。このため、Si含有量は、0.03%以上とする。Si含有量は、0.05%以上とするのが好ましい。しかしながら、Siを過剰に含有させると、結晶粒の成長を阻害する。また、Siは、Tiとの間で金属間化合物を形成することでも、焼鈍時、結晶粒の成長を阻害する。このため、Si含有量は、0.15%以下とする。Si含有量は、0.12%以下とするのが好ましく、0.10%以下とするのがより好ましい。
Si: 0.03-0.15%
Si, like Cu and Cr, also has the effect of improving strength. Therefore, the Si content should be 0.03% or more. The Si content is preferably 0.05% or more. However, excessive Si content inhibits the growth of crystal grains. Si also inhibits the growth of crystal grains during annealing by forming an intermetallic compound with Ti. Therefore, the Si content should be 0.15% or less. The Si content is preferably 0.12% or less, more preferably 0.10% or less.

Fe:0.06%以下
Feは、β安定化元素であり、チタン合金中に含有される不純物である。Fe含有量が過剰であると、β相が形成され、焼鈍時に結晶粒の成長を阻害する。この結果、成形性が低下する。このため、Fe含有量は、0.06%以下とする。Fe含有量は、0.04%以下とするのが好ましい。なお、Fe含有量の下限については、特に制限しないが、実質的には、0.001%以上であるのが好ましい。
Fe: 0.06% or less Fe is a β-stabilizing element and an impurity contained in the titanium alloy. Excessive Fe content results in the formation of β-phase, which inhibits grain growth during annealing. This results in poor moldability. Therefore, the Fe content is set to 0.06% or less. The Fe content is preferably 0.04% or less. Although the lower limit of the Fe content is not particularly limited, it is substantially preferably 0.001% or more.

O:0.15%以下
Oは、チタン合金中に含有される不純物元素であり、後述するNと同様、強度を向上させる効果を有する。しかしながら、Oを過剰に含有させると、著しく成形性が低下する。このため、O含有量は、0.15%以下とする。O含有量は、N含有量との総和で、0.15%以下であるのが好ましい。一方、上述した効果を得るために、O含有量は、N含有量との総和で、0.05%以上とするのが好ましい。
O: 0.15% or less O is an impurity element contained in the titanium alloy, and has the effect of improving the strength, like N, which will be described later. However, when O is contained excessively, the moldability is remarkably lowered. Therefore, the O content is set to 0.15% or less. The sum of the O content and the N content is preferably 0.15% or less. On the other hand, in order to obtain the effect described above, the sum of the O content and the N content is preferably 0.05% or more.

Cu、Cr、SiおよびOは、強度を向上させる効果を有する一方、成形性を低下させる金属間化合物を形成しやすい。このため、これら元素の含有量の関係は、(i)式を満足する必要がある。 Cu, Cr, Si and O have the effect of improving strength, but tend to form intermetallic compounds that reduce formability. Therefore, the relationship between the contents of these elements must satisfy the formula (i).

Cu+1.2Cr+3.4Si+5O≧0.80 ・・・(i)
但し、上記(i)式中の各元素記号は、チタン合金中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとする。
Cu+1.2Cr+3.4Si+5O≧0.80 (i)
However, each element symbol in the above formula (i) represents the content (% by mass) of each element contained in the titanium alloy, and is zero when not contained.

(i)式左辺値の値が0.80未満であると、十分な強度を得ることができない。このため、(i)式左辺値は、0.80以上とする。(i)式左辺値は、0.90以上とするのが好ましく、1.0以上とするのがより好ましい。なお、(i)式左辺値の上限については、特に制限しない。各元素の上限値を鑑みると、(i)式左辺値は、2.32程度となる。 (i) If the value of the left side of the formula is less than 0.80, sufficient strength cannot be obtained. Therefore, the left-side value of formula (i) is set to 0.80 or more. (i) The left-side value of the formula is preferably 0.90 or more, more preferably 1.0 or more. Note that the upper limit of the left-side value of expression (i) is not particularly limited. Considering the upper limit of each element, the left side value of the formula (i) is about 2.32.

N:0.15%以下
Nは、チタン合金中の含有される不純物元素であり、上述したOと同様、強度を向上させる効果を有する。しかしながら、Nを過剰に含有させると、著しく成形性が低下する。このため、N含有量は、0.15%以下とする。N含有量は、O含有量との総和で、0.15%以下であるのが好ましい。一方、上述した効果を得るために、O含有量は、N含有量との総和で、0.05%以上とするのが好ましい。
N: 0.15% or less N is an impurity element contained in the titanium alloy, and has the effect of improving the strength, like O described above. However, when N is contained excessively, the formability is remarkably lowered. Therefore, the N content is set to 0.15% or less. The total N content and O content is preferably 0.15% or less. On the other hand, in order to obtain the effect described above, the sum of the O content and the N content is preferably 0.05% or more.

C:0.05%以下
Cは、上述したOおよびNと同様、強度を向上させる効果を有する。しかしながら、Cを過剰に含有させると、成形性が低下する。このため、C含有量は、0.05%以下とする。C含有量は、0.02%以下とするのが好ましい。なお、C含有量の下限については、特に制限しないが、実質的には0.001%以上であるのが好ましい。
C: 0.05% or less C, like O and N described above, has the effect of improving the strength. However, when C is contained excessively, moldability is lowered. Therefore, the C content should be 0.05% or less. The C content is preferably 0.02% or less. Although the lower limit of the C content is not particularly limited, it is substantially preferably 0.001% or more.

H:0.013%以下
Hは、チタン合金中に不純物として含有され、脆化を引き起こす元素である。このため、H含有量は、0.013%以下とする。H含有量は、0.008%以下とするのがより好ましい。なお、H含有量の下限については、特に制限しないが、実質的には0.0001%以上であるのが好ましい。
H: 0.013% or less H is an element that is contained as an impurity in titanium alloys and causes embrittlement. Therefore, the H content should be 0.013% or less. The H content is more preferably 0.008% or less. Although the lower limit of the H content is not particularly limited, it is substantially preferably 0.0001% or more.

本実施形態の化学組成において、残部はTiおよび不純物である。ここで「不純物」とは、チタン合金を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本実施形態に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 In the chemical composition of this embodiment, the balance is Ti and impurities. Here, the term "impurities" refers to components mixed in by various factors in raw materials such as ores, scraps, and manufacturing processes during the industrial production of titanium alloys, as long as they do not adversely affect the present embodiment. means acceptable.

不純物として、混入する可能性のある元素としては、例えば、Al、Sn、Ni、Mn、Zr、Nb、Mo、V、その他、白金族等の元素がある。これらの元素は、スクラップ、低級のスポンジチタン等の原料を使用した場合に混入することがあるが、混入した場合であっても、各元素の含有量が、0.05%以下とするのが好ましい。また、これらの元素が含有される場合、その合計含有量は、0.3%未満とするのが好ましい。 Elements that may be mixed as impurities include, for example, Al, Sn, Ni, Mn, Zr, Nb, Mo, V, and other platinum group elements. These elements may be mixed in when raw materials such as scrap or low-grade sponge titanium are used, but even if they are mixed, the content of each element should be 0.05% or less. preferable. Moreover, when these elements are contained, the total content is preferably less than 0.3%.

2.平均結晶粒径
本実施形態のチタン合金板の金属組織において、平均結晶粒径dは、0.020~0.150mmの範囲とする。平均結晶粒径dが0.020mm未満であると、結晶粒が微細で、十分な成形性を有するチタン合金板を得ることができない。このため、平均結晶粒径dは、0.020mm以上とする。平均結晶粒径dは、0.030mm以上とするのが好ましく、0.040mm以上とするのがより好ましい。
2. Average Grain Size In the metal structure of the titanium alloy plate of the present embodiment, the average grain size d is in the range of 0.020 to 0.150 mm. If the average grain size d is less than 0.020 mm, a titanium alloy sheet with fine crystal grains and sufficient formability cannot be obtained. Therefore, the average crystal grain size d is set to 0.020 mm or more. The average crystal grain size d is preferably 0.030 mm or more, more preferably 0.040 mm or more.

一方、平均結晶粒径dが、0.150mmを超えると、結晶粒単位の変形によって表面凹凸が大きくなり、却って、成形性が低下する。また、表面欠陥の検査も困難になる。このため、平均結晶粒径dは、0.150mm以下とする。平均結晶粒径dは、0.120mm以下とするのが好ましく、0.100mm以下とするのがより好ましい。 On the other hand, if the average crystal grain size d exceeds 0.150 mm, the deformation of the crystal grain unit increases the surface unevenness, and conversely, the formability decreases. Also, inspection of surface defects becomes difficult. Therefore, the average crystal grain size d is set to 0.150 mm or less. The average crystal grain size d is preferably 0.120 mm or less, more preferably 0.100 mm or less.

ここで、上記平均結晶粒径dについては、以下の方法で測定することができる。具体的には、合金板のL断面の板厚中央部(位置)を測定面とし、適当な腐食液でエッチングを行い、EBSDを用いた測定を行うことで平均結晶粒径dを算出する。平均結晶粒径dの算出には、データ解析ソフト(OIM Analysis)を用いればよい。 Here, the average crystal grain size d can be measured by the following method. Specifically, the thickness central portion (position) of the L cross section of the alloy plate is used as a measurement surface, etching is performed with an appropriate corrosive liquid, and the average grain size d is calculated by performing measurement using EBSD. Data analysis software (OIM Analysis) may be used to calculate the average grain size d.

なお、結晶粒径は結晶粒を円相当直径とし、算出すればよい。また、EBSDの測定条件は、測定倍率および視野数は材料の結晶粒径によって変更することができ、原則、1視野に100個以上の結晶粒が含まれる範囲で行うことが望ましい。装置、その他観察条件により、1視野に100個以上の結晶粒が含まれない場合であっても、20個以上の結晶粒が含まれるように測定し、複数視野の測定によって100個以上の結晶粒が含まれるようにすればよい。測定する結晶粒は、測定視野に完全に含まれるものだけを用いて行う。つまり、結晶粒界が視野の境界を分断する場合は、その結晶粒を測定から除外する。 Note that the crystal grain size may be calculated by taking the crystal grain as a circle-equivalent diameter. As for the EBSD measurement conditions, the measurement magnification and the number of fields of view can be changed depending on the crystal grain size of the material, and in principle, it is desirable to carry out the measurement in a range in which one field of view contains 100 or more crystal grains. Even if 100 or more crystal grains are not included in one field of view due to the equipment and other observation conditions, measure so that 20 or more crystal grains are included, and measure 100 or more crystals by measuring multiple fields of view. Grains should be included. Only crystal grains that are completely included in the field of view for measurement are used. That is, if a grain boundary divides the boundary of the field of view, that grain is excluded from the measurement.

そのときのステップサイズは平均結晶粒径の1/10以下で行う。ステップサイズは平均結晶粒径の1/30~1/20程度の値とするのがより好ましい。例えば、平均結晶粒径が約30μmの場合には、倍率が300倍、視野面積350μm×400μm、1視野、ステップサイズを1μmとすればよい。 The step size at that time is 1/10 or less of the average crystal grain size. More preferably, the step size is about 1/30 to 1/20 of the average crystal grain size. For example, when the average crystal grain size is about 30 μm, the magnification should be 300×, the field area should be 350 μm×400 μm, one field of view, and the step size should be 1 μm.

3.板厚
本実施形態のチタン合金板において、板厚tは、0.3~1.5mmの範囲とするのがこのましい。板厚tが0.3~1.5mmである場合において、強度および成形性の両特性が要求されやすいためである。
3. Plate Thickness In the titanium alloy plate of the present embodiment, the plate thickness t is preferably in the range of 0.3 to 1.5 mm. This is because when the plate thickness t is 0.3 to 1.5 mm, both strength and moldability are likely to be required.

4.板厚と平均結晶粒径との関係
本実施形態のチタン合金板においては、板厚tと平均結晶粒径dとの関係が、下記(ii)式を満足する必要がある。
t/d≧3.0 ・・・(ii)
但し、上記(ii)式中の各記号は、以下のように定義される。
t:板厚(mm)
d:平均結晶粒径(mm)
4. Relationship Between Plate Thickness and Average Grain Size In the titanium alloy plate of the present embodiment, the relationship between the plate thickness t and the average grain size d must satisfy the following formula (ii).
t/d≧3.0 (ii)
However, each symbol in the above formula (ii) is defined as follows.
t: plate thickness (mm)
d: average grain size (mm)

通常、平均結晶粒径dが大きくなると、成形性が向上するが、(ii)式左辺値であるt/dが3.0未満であると、板厚方向の結晶粒の数が過剰に少なくなり、均一伸びが却って低下する。このため、成形性が低下する。また、安定的に良好な成形性を得にくくなる。このため、t/dは、3.0以上とする。t/dは、3.5以上とするのが好ましく、4.0以上とするのがより好ましい。なお、t/dの上限は、特に制限しないが、通常、10.0程度になる。 Usually, when the average crystal grain size d increases, the formability improves, but when t/d, which is the left side value of the formula (ii), is less than 3.0, the number of crystal grains in the plate thickness direction is excessively small. , and uniform elongation decreases. For this reason, moldability deteriorates. Moreover, it becomes difficult to stably obtain good moldability. Therefore, t/d is set to 3.0 or more. t/d is preferably 3.5 or more, more preferably 4.0 or more. Although the upper limit of t/d is not particularly limited, it is usually about 10.0.

5.変形双晶の長さの総和
チタン合金板は、成形加工して用いられる。この際、加えられた加工の度合いによって、強度が異なる。これは、加工硬化の度合いが異なるからである。そして、加工硬化初期での強度向上は、延性の低下が小さく、成形後の強度向上に有効である。このため、後述する予ひずみ、すなわち均一でかつ、延性を大きく低下させない程度の加工を加えることが望ましい。予ひずみを加えることで、結晶粒内に変形双晶が形成し、強度が向上する。そして、本実施形態のチタン合金板の金属組織においては、単位結晶粒当たりに存在する変形双晶の境界長さの総和(以下、単に「総双晶境界長さ」と記載する。)が0mm超1.0mm以下であるのが好ましい。
5. Sum of Lengths of Deformation Twins A titanium alloy plate is used after forming. At this time, the strength varies depending on the degree of processing applied. This is because the degrees of work hardening are different. Further, the improvement in strength at the initial stage of work hardening is effective in improving the strength after molding because the reduction in ductility is small. For this reason, it is desirable to apply a pre-strain described later, that is, a process that is uniform and does not significantly reduce the ductility. By applying pre-strain, deformation twins are formed in the grains and the strength is improved. In the metal structure of the titanium alloy plate of the present embodiment, the sum of the boundary lengths of deformation twins existing per unit grain (hereinafter simply referred to as "total twin boundary length") is 0 mm. It is preferably more than 1.0 mm or less.

ここで、単位結晶粒当たりに存在する総双晶境界長さとは、後述する方法で測定される変形双晶の周囲の長さのことであり、導入された予ひずみの程度を表す指標となる。 Here, the total twin boundary length existing per unit grain is the length around the deformation twin measured by the method described later, and is an index representing the degree of pre-strain introduced. .

単位結晶粒当たりの総双晶境界長さが0mm超であれば、初期の加工硬化が生じている。このため、単位結晶粒当たりに存在する総双晶境界長さが0mm超とするのが好ましく、0.1mm以上とするのがより好ましい。一方、単位結晶粒当たりの総双晶境界長さが、1.0mm超であると、加工硬化が進み過ぎて、却って、成形性が低下する。このため、単位結晶粒当たりの総双晶境界長さは、1.0mm以下とするのが好ましく、0.9mm以下とするのがより好ましく、0.8mm以下がさらに好ましい。 If the total twin boundary length per unit grain exceeds 0 mm, initial work hardening occurs. Therefore, the total twin boundary length existing per unit crystal grain is preferably more than 0 mm, more preferably 0.1 mm or more. On the other hand, if the total twin boundary length per unit crystal grain exceeds 1.0 mm, work hardening will proceed excessively, resulting in a decrease in moldability. Therefore, the total twin boundary length per unit grain is preferably 1.0 mm or less, more preferably 0.9 mm or less, and even more preferably 0.8 mm or less.

なお、上記単位結晶粒当たりの総双晶境界長さは、以下の手順で測定すればよい。具体的には、上述した平均結晶粒径と同様、EBSDにより測定を行えばよい。ただし、ステップサイズは0.2~0.5μmで測定を行う。その他の条件は平均結晶粒径の測定と同様で行う。測定後、データ解析ソフト(OIM Analysis)を用い、測定視野に完全に含まれている結晶粒のみに分離する。変形双晶は、{11-22}双晶、{10-12}双晶、{11-21}双晶の3つを考慮すればよい。これら双晶のK1面および軸の許容範囲は10°として解析を行い、変形双晶を特定する。これら3つの方位から特定された双晶について、その境界の全周の長さの総和Lを測定し、視野に含まれる結晶粒の数で除することで、単位結晶粒あたりの総双晶境界長さとなる。なお、複数の視野で測定する場合であっても、同様に測定された全ての双晶境界長さの総和Lを、視野の中に含まれる結晶粒の総和で除すればよい。 The total twin boundary length per unit crystal grain may be measured by the following procedure. Specifically, as with the average crystal grain size described above, the measurement may be performed by EBSD. However, the step size is measured at 0.2 to 0.5 μm. Other conditions are the same as those for the measurement of the average crystal grain size. After measurement, data analysis software (OIM Analysis) is used to separate only crystal grains that are completely included in the measurement field. Three deformation twins, {11-22} twins, {10-12} twins, and {11-21} twins, should be considered. The K1 plane and axis of these twins are analyzed with an allowable range of 10° to identify deformation twins. For the twins identified from these three orientations, the sum of the lengths of the perimeters of the boundaries L is measured and divided by the number of grains included in the field of view to obtain the total twin boundaries per unit grain. be the length. Even when measuring in a plurality of fields of view, the total sum L of all twin boundary lengths similarly measured may be divided by the total sum of crystal grains included in the field of view.

6.目標とする強度と成形性
本実施形態のチタン合金板において、強度は、上述のように合金元素を含まない経済性に優れたチタン合金で得ることが難しい範囲の強度、すなわち0.2%耐力で200MPa以上であるが好ましく、この範囲を高強度であると評価する。強度は、0.2%耐力で、220MPa以上であるのがより好ましく、230MPa以上であるのがさらに好ましい。また、成形性については、均一伸びが25%以上であるのが好ましく、この範囲を成形性が良好であると評価する。均一伸びは、26%以上とするのが好ましく、27%以上とするのがより好ましい。
6. Target Strength and Formability In the titanium alloy sheet of the present embodiment, the strength is in a range that is difficult to obtain with an economical titanium alloy that does not contain alloying elements as described above, that is, 0.2% yield strength. is preferably 200 MPa or more, and this range is evaluated as high strength. The strength, at 0.2% yield strength, is preferably 220 MPa or more, more preferably 230 MPa or more. Further, with respect to formability, the uniform elongation is preferably 25% or more, and this range is evaluated as good formability. The uniform elongation is preferably 26% or more, more preferably 27% or more.

7.製造方法
本実施形態に係るチタン合金板の好ましい製造方法について説明する。本実施形態に係るチタン合金板は、例えば、以下のような製造方法により、安定して製造することができる。
7. Manufacturing Method A preferred method for manufacturing the titanium alloy plate according to the present embodiment will be described. The titanium alloy plate according to this embodiment can be stably produced by, for example, the following production method.

7-1.分塊工程
上述した化学組成の鋳塊を、電子ビーム溶解、真空アーク溶解(「VAR」ともいう。)、電子ビーム溶解(「EB溶解」ともいう。)等の方法で製造するのが好ましい。鋳塊の形状は特に制限しない。矩形でも円柱状でもよい。また、必要に応じて鋳塊の表面を切削加工する工程を行ったり、熱間鍛造等により分塊する工程(以下、単に「分塊工程」と記載する。)を行ったりしてもよい。
7-1. Blooming Process The ingot having the chemical composition described above is preferably produced by a method such as electron beam melting, vacuum arc melting (also referred to as "VAR"), or electron beam melting (also referred to as "EB melting"). The shape of the ingot is not particularly limited. It may be rectangular or cylindrical. If necessary, a step of cutting the surface of the ingot, or a step of blooming by hot forging or the like (hereinafter simply referred to as "blooming step") may be performed.

上述した分塊工程では、β単相域(β変態点以上1300℃以下)に加熱し、20%以上の断面減少率の加工を行うのが好ましい。この分塊工程は、凝固欠陥と凝固組織とを解消し、熱間加工性を向上させる目的で行う。このため、熱間圧延等で製造上、支障が無ければ分塊工程を行わなくてもよい。 In the blooming process described above, it is preferable to heat to a β single-phase region (above the β transformation point and 1300° C. or below) and perform processing with a cross-sectional reduction rate of 20% or more. This blooming step is performed for the purpose of eliminating solidification defects and solidified structures and improving hot workability. Therefore, the blooming step may not be performed if there is no problem in terms of manufacturing by hot rolling or the like.

矩形状の鋳塊において分塊工程を行わない場合は、熱間圧延の際、鋳肌が表面欠陥の原因となる。このため、表面を切削し、鋳肌を解消するのが望ましい。また、分塊工程を行う場合は、鋳肌にもよるが、表面を切削する必要はない。この場合、分塊工程完了の後、スケール除去と合わせて、表面を切削してもよい。すなわち、分塊工程の最後に表層のスケールおよび硬化層を除去し、熱間圧延用のスラブとすればよい。また、円柱状の鋳塊の場合、そのままの形状では、熱間圧延が難しいため、矩形状の鋳塊と同様、分塊工程を行い、熱間圧延用のスラブとすればよい。 If the blooming process is not performed on a rectangular ingot, the casting surface causes surface defects during hot rolling. Therefore, it is desirable to remove the casting surface by cutting the surface. Further, when the blooming process is performed, it is not necessary to cut the surface although it depends on the casting surface. In this case, after the blooming process is completed, the surface may be cut together with scale removal. That is, at the end of the blooming process, the scale and hardened layer on the surface layer are removed to obtain a slab for hot rolling. In the case of a columnar ingot, it is difficult to hot-roll the ingot as it is. Therefore, as with the rectangular ingot, a blooming process may be performed to obtain a slab for hot rolling.

7-2.熱間圧延工程
続いて、上記鋳塊または熱間圧延用のスラブを、800~1100℃の温度域に加熱し、熱間圧延するのが好ましい。熱間圧延の際の加熱温度が800℃未満であると、熱間圧延後に好ましい温度域で冷却しにくくなる。このため、熱間圧延の際の加熱温度は、800℃以上とするのが好ましい。一方、熱間圧延の際の加熱温度が、1100℃を超えると、酸化が過剰に進行し、歩留まりが低下するとともに、硬化層の形成等により表面欠陥が発生する。このため、熱間圧延の際の加熱温度は、1100℃以下とするのが好ましい。なお、熱間圧延では、1回の加熱において、70%以上の圧下率を確保できればよい。
7-2. Hot Rolling Step Subsequently, the ingot or slab for hot rolling is preferably heated to a temperature range of 800 to 1100° C. and hot rolled. If the heating temperature during hot rolling is less than 800° C., it becomes difficult to cool within the preferred temperature range after hot rolling. Therefore, the heating temperature during hot rolling is preferably 800° C. or higher. On the other hand, if the heating temperature during hot rolling exceeds 1100° C., oxidation proceeds excessively, the yield decreases, and surface defects occur due to the formation of a hardened layer. Therefore, the heating temperature during hot rolling is preferably 1100° C. or lower. In addition, in hot rolling, it suffices if a rolling reduction of 70% or more can be secured in one heating.

熱間圧延は、700℃以上の温度域で完了するのが好ましい。すなわち、熱間圧延の完了温度は、700℃以上とするのが好ましい。本実施形態のチタン合金板の製造では、後述するように、熱間圧延後、金属間化合物の形成を抑制するために、所定の温度域まで急冷する必要があるからである。 Hot rolling is preferably completed in a temperature range of 700°C or higher. That is, the hot rolling completion temperature is preferably 700° C. or higher. This is because, as will be described later, the production of the titanium alloy sheet of the present embodiment requires rapid cooling to a predetermined temperature range after hot rolling in order to suppress the formation of intermetallic compounds.

板厚が比較的薄い、薄板の場合、一般的にコイル形状で製造される。コイル形状にするために、巻き取られる必要があるが、この場合、板表面から放熱しにくくなるため、冷却が遅くなる。従って、コイル形状に巻き取る前に十分冷却する必要がある。 In the case of a thin plate with a relatively thin plate thickness, it is generally manufactured in a coil shape. In order to form the coil shape, it must be wound, but in this case, it becomes difficult to dissipate heat from the plate surface, which slows down the cooling. Therefore, it must be sufficiently cooled before being wound into a coil shape.

ここで、本実施形態のチタン合金板の化学組成においては、700℃付近の温度で、TiとSiとを含む金属間化合物が析出しやすくなる。また、600℃付近の温度で、TiとCuとを含む金属間化合物が析出しやすくなる。すなわち、600~700℃の範囲において、金属間化合物が析出しやすい。このような金属間化合物が形成した結果、熱間圧延後の結晶粒が微細になり、成形性が低下する。 Here, in the chemical composition of the titanium alloy plate of the present embodiment, intermetallic compounds containing Ti and Si are likely to precipitate at temperatures around 700°C. At temperatures around 600° C., intermetallic compounds containing Ti and Cu are likely to precipitate. That is, in the range of 600 to 700° C., intermetallic compounds tend to precipitate. As a result of the formation of such an intermetallic compound, the crystal grains after hot rolling become finer and formability is lowered.

また、この金属間化合物は、上記のような温度範囲だけでなく、熱間圧延により導入された加工ひずみが残留している程、析出しやすくなる。従って、熱間圧延後に、上記金属間化合物が形成しにくい温度域まで、十分冷却した後、コイルに巻き取る必要がある。 In addition, the intermetallic compound is more likely to precipitate not only within the above temperature range, but also as the working strain introduced by hot rolling remains. Therefore, after hot rolling, it is necessary to wind the steel sheet into a coil after sufficiently cooling it to a temperature range in which the intermetallic compound is difficult to form.

後述するように、バッチ式焼鈍を行った場合には、600~700℃の温度域で、冷間圧延後の仕上焼鈍を行うことがある。この際にも、金属間化合物が析出していると、結晶粒が微細になり、成形性が低下する。また、金属間化合物が形成することで、母相中で添加元素の固溶量が低下し、固溶強化により強度を向上させにくくなる。 As will be described later, when batch annealing is performed, finish annealing may be performed in a temperature range of 600 to 700° C. after cold rolling. Also in this case, if the intermetallic compound is precipitated, the crystal grains become finer and the formability is lowered. In addition, the formation of intermetallic compounds reduces the solid-solution amount of additive elements in the matrix, making it difficult to improve the strength by solid-solution strengthening.

このため、熱間圧延工程後、コイルに巻き取る前までに、600℃以下の温度域まで急冷し、熱延板とするのが好ましい。コイルに巻き取る前までに、550℃以下の温度域まで急冷されているのがより好ましい。なお、上記急冷とは、10℃/s以上の冷却速度で冷却することをいい、冷却方法としては、例えば、水冷が考えられる。また、上述した温度とは、板の表面温度のことであり、放射温度計で測定する温度のことをいい、後述する段落でも同様である。 For this reason, after the hot rolling process, it is preferable to rapidly cool the steel sheet to a temperature range of 600° C. or lower before winding it into a coil, to form a hot rolled sheet. It is more preferable to rapidly cool to a temperature range of 550° C. or less before winding into a coil. The rapid cooling means cooling at a cooling rate of 10° C./s or more, and water cooling can be considered as a cooling method, for example. Moreover, the temperature mentioned above is the surface temperature of the plate, which is the temperature measured by the radiation thermometer, and the same applies to the paragraphs described later.

熱間圧延後は、必要に応じて、脱スケールを行ってもよい。また、熱間圧延後の焼鈍、いわゆる熱延板焼鈍は、金属間化合物が形成しやすくなるため、冷間圧延の際に支障がなければ行わない方が望ましい。 After hot rolling, descaling may be performed as necessary. Annealing after hot rolling, so-called hot-rolled sheet annealing, tends to form intermetallic compounds.

なお、熱延板焼鈍を行う場合は、700~800℃の温度域で行うのが望ましい。700℃未満の温度域で熱延板焼鈍をすると、金属間化合物が形成しやすくなる。一方、800℃以上の温度域で熱延板焼鈍すると、β相が形成され、CuおよびSiがβ相に濃化することで、金属間化合物が析出しやすくなる。このため、熱延板焼鈍を行う場合は、700~800℃の温度域で行うのが望ましい。また、焼鈍時間は、短い程、生産性が向上するため、30s以上5min以下とするのが好ましい。 When hot-rolled sheet annealing is performed, it is desirable to perform it in a temperature range of 700 to 800°C. When the hot-rolled sheet is annealed in a temperature range of less than 700°C, intermetallic compounds are likely to be formed. On the other hand, when the hot-rolled sheet is annealed in a temperature range of 800° C. or higher, a β phase is formed, and Cu and Si are concentrated in the β phase, thereby facilitating the precipitation of intermetallic compounds. Therefore, when hot-rolled sheet annealing is performed, it is desirable to perform it in the temperature range of 700 to 800°C. Further, the shorter the annealing time is, the more the productivity is improved.

熱延板焼鈍を行う場合、連続式焼鈍で焼鈍するのが好ましい。バッチ式焼鈍では金属間化合物の析出を避けつつ、十分に焼きなますことができないためである。焼鈍雰囲気は、特に、限定しないが、大気雰囲気で行えばよい。 When performing hot-rolled sheet annealing, it is preferable to anneal by continuous annealing. This is because batch annealing cannot sufficiently anneal while avoiding precipitation of intermetallic compounds. Although the annealing atmosphere is not particularly limited, the annealing may be performed in an air atmosphere.

また、熱延板焼鈍後の冷却速度であるが、この際、板厚が6mm以下であるのが通常であり、この場合、冷却速度は、空冷に相当する1℃/s以上であればよい。金属間化合物が析出するのを抑制できるからである。 In addition, regarding the cooling rate after hot-rolled sheet annealing, at this time, the sheet thickness is usually 6 mm or less, and in this case, the cooling rate may be 1 ° C./s or more, which corresponds to air cooling. . It is because it can suppress that an intermetallic compound precipitates.

板厚が6mm超の場合には、冷却が進みにくくなる。このため、冷却速度は、遅くなり、板厚によっては1℃/s以上の冷却速度を得られない場合がある。その場合には、より早く冷却できる水冷を行った方がよい。水冷を行うことで、板厚にもよるが10℃/s以上の冷却速度となり、十分に1℃/s以上の冷却速度を得ることができるからである。熱延板焼鈍を行い、冷却した後に脱スケールを行ってもよい。脱スケールの方法は、特に限定しないが、例えば、ショットブラスト、酸洗、研磨等の機械的な手法または化学的手法によって行えばよい。 If the plate thickness exceeds 6 mm, the cooling will be difficult to proceed. Therefore, the cooling rate becomes slow, and depending on the plate thickness, it may not be possible to obtain a cooling rate of 1° C./s or more. In that case, it is better to perform water cooling that can cool faster. This is because water cooling provides a cooling rate of 10° C./s or more, depending on the thickness of the plate, and a sufficiently high cooling rate of 1° C./s or more can be obtained. The hot-rolled sheet may be annealed and then descaled after cooling. The descaling method is not particularly limited, but may be performed by, for example, a mechanical method such as shot blasting, pickling, or polishing, or a chemical method.

7-3.冷間圧延工程
続いて、熱延板に冷間圧延を行い冷延板とするのが好ましい。冷間圧延は、複数回に分けて行ってもよい。また、この際、冷間圧延と冷間圧延との間に、必要に応じて、中間焼鈍を行ってもよい。中間焼鈍を行う場合は、例えば、750~800℃の温度域で30秒~2分行うのが好ましい。中間焼鈍は、熱延板焼鈍と同様、連続式焼鈍とすればよい。また、中間焼鈍における焼鈍雰囲気は、特に限定しない。大気雰囲気で焼鈍すればよい。また、中間焼鈍を行った場合は、上述した空冷または水冷に相当する冷却速度で冷却するのが好ましい。熱延板焼鈍と同様に、板厚が6mm以下で板厚が薄い場合は、冷却速度の遅い空冷等で冷却してもよいが、板厚が6mm超で板厚が厚い場合は、水冷で冷却するのがよい。
7-3. Cold Rolling Step Subsequently, the hot-rolled sheet is preferably cold-rolled to obtain a cold-rolled sheet. Cold rolling may be performed in multiple steps. In this case, intermediate annealing may be performed between cold rollings, if necessary. When intermediate annealing is performed, it is preferable to perform it in a temperature range of 750 to 800° C. for 30 seconds to 2 minutes, for example. Intermediate annealing may be continuous annealing, like hot-rolled sheet annealing. Moreover, the annealing atmosphere in the intermediate annealing is not particularly limited. Annealing may be performed in an air atmosphere. Moreover, when intermediate annealing is performed, it is preferable to cool at a cooling rate corresponding to the air cooling or water cooling described above. As with hot-rolled sheet annealing, if the sheet thickness is 6 mm or less and the sheet thickness is thin, it may be cooled by air cooling with a slow cooling rate, but if the sheet thickness is over 6 mm and the sheet thickness is thick, water cooling may be used. It is better to cool.

冷間圧延において、後述する仕上焼鈍の直前に行う最終冷間圧延での冷間圧延率は、50%以上とするのが好ましい。上述した冷間圧延率が、50%未満であると、均質な等軸粒が得られずに、粗大な粒と微細な粒とが入り混じった混粒組織となりやすい。 In the cold rolling, the cold rolling reduction in the final cold rolling performed immediately before the finish annealing, which will be described later, is preferably 50% or more. If the above-mentioned cold rolling rate is less than 50%, uniform equiaxed grains cannot be obtained, and a mixed grain structure in which coarse grains and fine grains are mixed is likely to occur.

混粒組織になると、局所的に粗大な粒が存在する。このような部分では、板厚方向で結晶粒の数が少なくなる。この結果、均一伸びが低下し、成形性が低下しやすくなる。このため、所望する板厚に応じて、最終冷間圧延での冷間圧延率を調整すればよいが、当該冷間圧延率は、50%以上とするのが好ましい。 In a mixed grain structure, coarse grains are present locally. In such portions, the number of crystal grains decreases in the plate thickness direction. As a result, the uniform elongation is lowered, and the formability tends to be lowered. Therefore, the cold rolling reduction in the final cold rolling may be adjusted according to the desired plate thickness, but the cold rolling reduction is preferably 50% or more.

7-4.仕上焼鈍
上記冷間圧延工程の後に、冷延板に仕上焼鈍を行うのが好ましい。仕上焼鈍は、冷間圧延工程が全て完了した後に行う、最終の焼鈍のことであり、最終焼鈍ともいう。仕上焼鈍においては、焼鈍温度を600~700℃の温度域として焼鈍し、冷延焼鈍板とするのが好ましい。仕上焼鈍の焼鈍温度が600℃未満であると、結晶粒が微細になる。この結果、成形性が低下する。このため、仕上焼鈍における焼鈍温度は、600℃以上とするのが好ましい。一方、仕上焼鈍における焼鈍温度が700℃超であると、コイル内部の焼き付きによる表面性状の劣化が生じやすくなる。このため、仕上焼鈍における焼鈍温度は、700℃以下とするのが好ましい。仕上焼鈍における焼鈍温度は、630~680℃の範囲とするのがより好ましい。
7-4. Finish Annealing After the cold rolling step, the cold-rolled sheet is preferably subjected to finish annealing. Finish annealing is the final annealing performed after all the cold rolling steps are completed, and is also called final annealing. In the final annealing, the steel is preferably annealed at an annealing temperature of 600 to 700° C. to form a cold-rolled annealed sheet. Crystal grains become fine as the annealing temperature of finish annealing is less than 600 degreeC. This results in poor moldability. Therefore, the annealing temperature in the final annealing is preferably 600° C. or higher. On the other hand, if the annealing temperature in the final annealing is higher than 700° C., the deterioration of the surface properties is likely to occur due to seizure inside the coil. Therefore, the annealing temperature in the final annealing is preferably 700° C. or lower. The annealing temperature in the final annealing is more preferably in the range of 630-680°C.

また、仕上焼鈍における焼鈍時間は、1h以上とするのが好ましい。仕上焼鈍の焼鈍時間が1h未満であると、結晶粒が十分に成長せず、成形性が低下する。このため、上記焼鈍時間は、1h以上とするのが好ましく、4h以上とするのがより好ましい。なお、仕上焼鈍の焼鈍時間の上限は、特に限定しないが、通常、生産性の観点から20h程度となる。 Also, the annealing time in the final annealing is preferably 1 hour or more. If the annealing time of the final annealing is less than 1 hour, the crystal grains will not grow sufficiently and the formability will deteriorate. Therefore, the annealing time is preferably 1 hour or longer, more preferably 4 hours or longer. Although the upper limit of the annealing time of the finish annealing is not particularly limited, it is usually about 20 hours from the viewpoint of productivity.

仕上焼鈍においては、焼鈍する前に予備加熱を行ってもよい。予備加熱を行うことで、コイル内の温度のばらつきが小さくしやすいからである。予備加熱をする場合も、金属間化合物の析出を抑制するために、加熱温度は550℃以下とするのが好ましい。また、仕上焼鈍は、バッチ式焼鈍とすればよい。低温で長時間の焼鈍を行うことができるからである。また、仕上焼鈍の焼鈍雰囲気は、酸化を抑制するため、真空またはArガスとするのがよい。 In the final annealing, preheating may be performed before annealing. This is because preheating tends to reduce temperature variations in the coil. Also when preheating, the heating temperature is preferably 550° C. or less in order to suppress precipitation of intermetallic compounds. Also, the finish annealing may be batch annealing. This is because annealing can be performed at a low temperature for a long time. The annealing atmosphere for the final annealing is preferably vacuum or Ar gas in order to suppress oxidation.

7-5.予ひずみ
仕上焼鈍後、すなわち、600~700℃の温度域での焼鈍後に、必要に応じて、冷延焼鈍板の強度を向上させるために、予ひずみを加えてもよい。予ひずみとは、製品の加工前に予め加工量の小さい加工を行うことをいう。本実施形態のチタン合金板では、伸び率5.0%未満の予ひずみを付与するのが好ましい。伸び率が5.0%以上では、一因として変形双晶境界長さ総和が1.0mmを超えると考えられ、成形性が低下するからである。伸び率は、4.0%以下とするのが好ましく、3.0%以下とするのがより好ましい。予ひずみを加える方法としては、形状矯正に用いられるテンションレベラーまたはスキンパス圧延で、行うのが好ましい。なお、伸び率とは、以下の(a)式を用いて算出される。
7-5. Pre-strain After finish annealing, that is, after annealing in the temperature range of 600 to 700° C., pre-strain may be applied to improve the strength of the cold-rolled annealed sheet, if necessary. Pre-straining refers to performing processing with a small amount of processing in advance before processing the product. The titanium alloy plate of the present embodiment is preferably pre-strained with an elongation of less than 5.0%. This is because when the elongation is 5.0% or more, the sum of deformation twin boundary lengths exceeds 1.0 mm, and the formability is lowered. The elongation rate is preferably 4.0% or less, more preferably 3.0% or less. As a method for applying pre-strain, a tension leveler used for shape correction or skin pass rolling is preferably used. The elongation rate is calculated using the following formula (a).

伸び率(%)=(l-l)/l×100 ・・・(a)
但し、上記式中の各記号は、以下により定義される。
:予ひずみ加工前の試験片の標点間距離
l:予ひずみ加工後の試験片の標点間距離
Elongation rate (%) = (l−l 0 )/l 0 ×100 (a)
However, each symbol in the above formula is defined as follows.
l 0 : Gauge length of test piece before pre-straining l: Gauge length of test piece after pre-straining

以下、実施例によって本実施形態に係るチタン合金板をより具体的に説明するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the titanium alloy plate according to the present embodiment will be described in more detail with reference to Examples, but the present embodiment is not limited to these Examples.

表1に記載の化学組成を有する厚さ60mmのチタン合金のブロックを、表2に記載の条件で、熱間圧延し、600℃以下まで水冷または空冷し、板厚4mmの熱延板とした。なお、表1の化学組成において、O含有量は、不活性ガス溶融赤外線吸収法による分析値である。NおよびH含有量は、不活性ガス溶融熱伝導度法による分析値である。また、C含有量は、高周波燃焼赤外線吸収法による分析値である。また、これら以外の元素の含有量は、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析法による分析値である。また、表2中の「WQ」は、「水冷」を表し、「AC」は「空冷」を表し、「FC」は「炉冷」を表す。 A 60 mm thick titanium alloy block having the chemical composition shown in Table 1 was hot-rolled under the conditions shown in Table 2 and water-cooled or air-cooled to 600°C or less to obtain a hot-rolled sheet having a thickness of 4 mm. . In addition, in the chemical composition of Table 1, the O content is an analytical value by an inert gas fusion infrared absorption method. The N and H contents are analytical values obtained by the inert gas fusion thermal conductivity method. Also, the C content is an analytical value obtained by a high-frequency combustion infrared absorption method. Contents of elements other than these are analytical values obtained by inductively coupled plasma (ICP) emission spectrometry. Further, "WQ" in Table 2 represents "water cooling", "AC" represents "air cooling", and "FC" represents "furnace cooling".

その後、No.17、18、21および22以外の例については、熱延板焼鈍を行わず、ショットブラストおよびふっ酸での酸洗により、脱スケールを行った。一方、No.17、18、21および22の例については、熱延板焼鈍を行い、その後、上述した脱スケールを行った。冷間圧延は、1回または2回行い、一部のNo.19~22については、冷間圧延の間に大気中で中間焼鈍を行った。なお、表中のNo.19~22中の中間冷延・焼鈍の項目の冷延率(冷間圧延率)は、中間焼鈍を行う前の冷間圧延の冷延率である。 After that, No. For Examples other than 17, 18, 21 and 22, descaling was performed by shot blasting and pickling with hydrofluoric acid without performing hot-rolled sheet annealing. On the other hand, No. For Examples 17, 18, 21 and 22, hot-rolled sheet annealing was performed, followed by descaling as described above. Cold rolling is performed once or twice, and some No. For 19-22, intermediate annealing was performed in air between cold rolling. In addition, No. in the table. The cold rolling rate (cold rolling rate) in the item of intermediate cold rolling/annealing in 19 to 22 is the cold rolling rate of cold rolling before intermediate annealing.

行われた中間焼鈍の条件については、表2に示すとおりである。No.19~22については、中間焼鈍後、ショットブラストおよびふっ酸での酸洗により脱スケールを行った。その後、全てのチタン合金の例について表2に示す条件で、最終冷間圧延および仕上焼鈍を行い、冷却した。仕上焼鈍は、真空中で行い、炉冷した。冷却後、No.2、24~26、32~36については、表2に記載の伸び率で、調質圧延により予ひずみを付与した。 The conditions of the intermediate annealing performed are as shown in Table 2. No. For Nos. 19 to 22, after intermediate annealing, descaling was performed by shot blasting and pickling with hydrofluoric acid. Thereafter, final cold rolling and finish annealing were performed under the conditions shown in Table 2 for all titanium alloy examples, followed by cooling. Finish annealing was performed in a vacuum and furnace cooled. After cooling, no. 2, 24 to 26, and 32 to 36 were pre-strained by temper rolling at the elongation percentages shown in Table 2.

Figure 2023040457000001
Figure 2023040457000001

Figure 2023040457000002
Figure 2023040457000002

こうして得られたチタン合金板について、平均結晶粒径および総双晶境界長さを以下の手順で測定した。 The average grain size and the total twin boundary length of the titanium alloy sheets thus obtained were measured by the following procedure.

(平均結晶粒径)
平均結晶粒径は、合金板のL断面の板厚中央部(位置)を測定面とし、適当な腐食液でエッチングを行い、EBSDを用いた測定を行うことで平均結晶粒径dを算出した。平均結晶粒径dの算出には、データ解析ソフト(OIM Analysis)を用いた。なお、結晶粒径は結晶粒を円相当直径とし、算出した。また、EBSDの測定条件は、2視野に合計130~150個の結晶粒が含まれる範囲で行った。その他の条件については、上述したように、適宜、平均結晶粒径の大きさに合わせて調整した。
(Average grain size)
For the average crystal grain size, the central portion (position) of the plate thickness of the L cross section of the alloy plate is used as a measurement surface, etching is performed with an appropriate corrosive liquid, and the average crystal grain size d is calculated by performing measurement using EBSD. . Data analysis software (OIM Analysis) was used to calculate the average grain size d. In addition, the crystal grain size was calculated by taking the crystal grain as a circle-equivalent diameter. The EBSD measurement conditions were such that a total of 130 to 150 crystal grains were included in two fields of view. Other conditions were appropriately adjusted according to the average crystal grain size, as described above.

(総双晶境界長さ)
総双晶境界長さは、上述した平均結晶粒径と同様、EBSDにより測定した。ただし、ステップサイズは0.2~0.5μmで測定を行った。その他の条件は平均結晶粒径の測定と同様とした。測定後、データ解析ソフト(OIM Analysis)を用い、測定視野に完全に含まれている結晶粒のみに分離した。変形双晶は、{11-22}双晶、{10-12}双晶、{11-21}双晶の3つを考慮した。これら双晶のK1面および軸の許容範囲は10°として解析を行い、変形双晶を特定した。これら3つの双晶境界長さの総和Lを測定した視野に含まれる結晶粒の数で除することで、単位結晶粒あたりの総双晶境界長さとした。
(total twin boundary length)
The total twin boundary length was measured by EBSD in the same manner as the average grain size described above. However, the step size was measured at 0.2 to 0.5 μm. Other conditions were the same as those for the measurement of the average crystal grain size. After the measurement, data analysis software (OIM Analysis) was used to separate only crystal grains completely included in the measurement field. Three deformation twins, {11-22} twins, {10-12} twins, and {11-21} twins, were considered. Analyzes were performed with the allowable range of the K1 plane and axis of these twins set at 10°, and deformation twins were identified. The total twin boundary length per unit grain was obtained by dividing the sum L of these three twin boundary lengths by the number of crystal grains included in the measured visual field.

また、得られたチタン合金板について、引張試験を行い、0.2%耐力および均一伸びを測定した。0.2%耐力が200MPa以上である場合を強度が良好であると評価した。また、均一伸びが25%以上である場合を成形性が良好であると評価した。 Also, the obtained titanium alloy plate was subjected to a tensile test to measure the 0.2% yield strength and uniform elongation. When the 0.2% proof stress was 200 MPa or more, the strength was evaluated as good. Moreover, when the uniform elongation was 25% or more, the formability was evaluated as good.

引張試験の試験片は、JIS 13Bサブサイズ試験片を用いた。試験片は、並行部の長さが32mm、幅6.25mmとし、標点間距離を25mmであるものを使用した。また、引張速度は、ストローク制御によって、ひずみ2%までを0.13mm/minとし、それ以降から破断までを7.5mm/minで実施した。以下、結果を纏めて、表3に記載する。 A JIS 13B subsize test piece was used as the test piece for the tensile test. The test piece used had a parallel portion length of 32 mm, a width of 6.25 mm, and a gauge length of 25 mm. In addition, the tensile speed was set to 0.13 mm/min up to 2% strain by stroke control, and thereafter set to 7.5 mm/min until breakage. The results are summarized in Table 3 below.

Figure 2023040457000003
Figure 2023040457000003

本実施形態の要件を満足する試験No.4、5、11~15、17~22、24~29および31~36のチタン合金板は、高強度かつ良好な成形性を有していた。ここで、No.24、26、32~36は、好ましい範囲の予ひずみを付与したため、強度が向上した上、良好な成形性も維持した。一方、No.25は、付与した予ひずみの量が多かったため、強度は向上したものの、均一伸びが他の本発明例と比較して小さく、成形性がやや劣る結果となった。 Test No. that satisfies the requirements of this embodiment. 4, 5, 11-15, 17-22, 24-29 and 31-36 titanium alloy plates had high strength and good formability. Here, No. In Nos. 24, 26, and 32-36, since prestrain was applied within a preferable range, the strength was improved and good moldability was maintained. On the other hand, No. In No. 25, since the amount of prestrain applied was large, although the strength was improved, the uniform elongation was smaller than that of the other invention examples, resulting in slightly inferior formability.

一方、本実施形態の要件を満足しない試験No.1~3、6~10、16、23および30のチタン合金板は、強度または成形性の少なくとも一方が劣る結果となった。化学組成が本実施形態の要件を外れる試験No.1~3については、主に強度が劣るものとなった。他方、同要件を外れる試験No.6~10については、成形性に劣るものとなった。なお、試験No.9は特に高強度であり、成形性が劣ると考えられ、冷間圧延中に幅端部の一部に耳割れが発生した。また、No.16、23、および30の例については、好ましい製造条件で製造されなかったため、平均結晶粒径等が本実施形態の範囲外となり、強度または成形性が劣る結果となった。

On the other hand, Test No. which does not satisfy the requirements of this embodiment. Titanium alloy sheets Nos. 1 to 3, 6 to 10, 16, 23 and 30 were inferior in at least one of strength and formability. Test No. whose chemical composition deviates from the requirements of this embodiment. As for 1 to 3, the strength was mainly inferior. On the other hand, test no. With respect to 6 to 10, the moldability was inferior. In addition, test No. No. 9 had particularly high strength and was considered to have poor formability, and edge cracks occurred in part of the width end portion during cold rolling. Also, No. Examples 16, 23, and 30 were not manufactured under preferable manufacturing conditions, so the average crystal grain size and the like were outside the range of the present embodiment, resulting in poor strength or moldability.

Claims (5)

化学組成が、質量%で、
Cu:0.70%以下、
Cr:0.03~0.30%、
Si:0.03~0.15%、
Fe:0.06%以下、
O:0.15%以下、
N:0.15%以下、
C:0.05%以下、
H:0.013%以下、
残部:Tiおよび不純物であり、
下記(i)式を満足し、
金属組織において、平均結晶粒径dが0.020~0.150mmであり、
板厚tと前記平均結晶粒径dとの関係が、下記(ii)式を満足する、チタン合金板。
Cu+1.2Cr+3.4Si+5O≧0.80 ・・・(i)
t/d≧3.0 ・・・(ii)
但し、上記(i)式中の各元素記号はチタン合金中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表し、含有されない場合はゼロとし、上記(ii)式中の各記号は、以下のように定義される。
t:板厚(mm)
d:平均結晶粒径(mm)
The chemical composition, in mass %,
Cu: 0.70% or less,
Cr: 0.03 to 0.30%,
Si: 0.03 to 0.15%,
Fe: 0.06% or less,
O: 0.15% or less,
N: 0.15% or less,
C: 0.05% or less,
H: 0.013% or less,
balance: Ti and impurities,
satisfying the following formula (i),
In the metal structure, the average crystal grain size d is 0.020 to 0.150 mm,
A titanium alloy plate, wherein the relationship between the plate thickness t and the average crystal grain size d satisfies the following formula (ii).
Cu+1.2Cr+3.4Si+5O≧0.80 (i)
t/d≧3.0 (ii)
However, each element symbol in the above formula (i) represents the content (% by mass) of each element contained in the titanium alloy, and if it is not contained, it is zero, and each symbol in the above formula (ii) is as follows. is defined as
t: plate thickness (mm)
d: average grain size (mm)
板厚が0.3~1.5mmである、請求項1に記載のチタン合金板。 The titanium alloy plate according to claim 1, having a plate thickness of 0.3 to 1.5 mm. 金属組織において、単位結晶粒当たりに存在する変形双晶の境界長さの総和が、0mm超1.0mm以下である、請求項1または2に記載のチタン合金板。 3. The titanium alloy plate according to claim 1 or 2, wherein the sum of boundary lengths of deformation twins existing per unit crystal grain in the metal structure is more than 0 mm and not more than 1.0 mm. 請求項1または2に記載のチタン合金板の製造方法であって、
請求項1に記載の化学組成を有するチタンスラブまたはチタン鋳塊を800~1100℃の温度域に加熱後、圧延し、当該圧延を700℃以上の温度域で完了する熱間圧延工程と、
前記熱間圧延工程後に、600℃以下の温度域まで急冷し、熱延板とする、冷却工程と、
前記熱延板を冷間圧延し、冷延板とする、冷間圧延工程と、
前記冷間圧延工程の後に冷延板を600~700℃の温度域で仕上焼鈍し、冷延焼鈍板とする、焼鈍工程と、を有する、
チタン合金板の製造方法。
A method for producing a titanium alloy plate according to claim 1 or 2,
A hot rolling step in which a titanium slab or titanium ingot having the chemical composition according to claim 1 is heated to a temperature range of 800 to 1100° C. and then rolled, and the rolling is completed in a temperature range of 700° C. or higher;
After the hot rolling step, a cooling step of quenching to a temperature range of 600 ° C. or less to form a hot rolled sheet;
A cold-rolling step of cold-rolling the hot-rolled sheet to obtain a cold-rolled sheet;
After the cold rolling step, the cold rolled sheet is finish annealed in a temperature range of 600 to 700 ° C. to obtain a cold rolled annealed sheet.
A method for manufacturing a titanium alloy plate.
請求項1~3のいずれかに記載のチタン合金板の製造方法であって、
前記焼鈍工程の後に、前記冷延焼鈍板に5.0%未満の伸び率で予ひずみを付与する工程、をさらに有する、
請求項4に記載のチタン合金板の製造方法。
A method for producing a titanium alloy plate according to any one of claims 1 to 3,
After the annealing step, the step of pre-straining the cold-rolled annealed sheet at an elongation rate of less than 5.0%.
A method for producing a titanium alloy plate according to claim 4.
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