JP3562475B2 - 建材用純チタン材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋根用板材、外壁材等の建築用の素材として用いられる建材用純チタン材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チタンは軽量でしかも耐食性に優れ、また熱膨張係数が小さい等の特徴を有しており、これらの特徴を生かして屋根材などに多く用いられている。特に、海水に含まれる塩分が飛散する海浜地域においては、従来のステンレス鋼製の屋根材では腐食の問題が起こるため、チタン製の屋根材が用いられるケースが増えてきている。また、高層建築物の外装材にもチタンが多用されてきており、このような建材用としての用途が増加している。
【０００３】
建材用のチタン材としては、ＪＩＳ Ｈ４６００に規定される１種から３種の工業用純チタン板、その中でも特に１種の軟質のチタン板が主として用いられている。このような建材用のチタン材（以下、これらを「建材用純チタン材」または単に「純チタン材」という）としては、例えば、Ｆｅを１００〜６００ｐｐｍ、ＮｉおよびＣｒを１００〜７００ｐｐｍ含有させ、かつＦｅ、ＮｉおよびＣｒの合計含有量を１０００ｐｐｍ以下とすることにより表面光沢を抑えた外装用に適した建築用純チタン板が公知である（特許第３０５２７８７号公報）。
【０００４】
ところで、純チタン材を屋根などの外装に用いた場合に、耐食性は良好であるため特に問題はないが、長期にわたって使用する間に表面の酸化皮膜が徐々に成長し、変色を起こすという問題が出てきている。純チタン材の表面の酸化皮膜が成長して厚さが増すと、皮膜の厚さに応じて干渉色による着色が部分的に、あるいは全面に生じ、建設当初の金属色が失われるため、建築物の外観の美麗さが著しく損なわれる。
【０００５】
前記の変色は、建築物の外表面のなかでも水はけの悪い領域で激しく起こることが問題となっており、雨水などが流れる部分を中心に変色が進行する。この変色が生じる機構（メカニズム）は完全には解明されていないが、水が純チタン材の表面に残留すると、大気中の硫黄酸化物などがこの水に溶解して薄い酸が生じ、この酸との化学反応により純チタン材から極微量のチタンが溶解することによって変色が進行するものと考えられる。
【０００６】
建築用外装材等に用いられるチタンおよびチタン合金の経時的な変色を抑制するために、例えば特開平８−２８３９８５号公報では、チタンまたはチタン合金材の表面に形成された酸化皮膜の表層に、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、白金族元素のうちの１種以上、もしくはそれらを主成分として含む合金からなる厚さ０．１μｍ以下のメッキを施す技術が提案されている。この方法によれば、チタンまたはチタン合金材表面の変色を抑えることが可能である。しかし、メッキによる製造コストの上昇は避けられない。
【０００７】
また、特開２０００−１７２９号公報では、厚さ１０ｎｍ（１００オングストローム）の酸化皮膜が素地表面に存在するとともに、その表面酸化皮膜中のＣ量が３０原子％以下であり、かつ前記酸化皮膜下の素地表層部におけるＣ量が３０原子％以下である耐変色性に優れたチタンまたはチタン合金材が提案されている。このチタンまたはチタン合金材では、酸化皮膜のＮＯｘ、ＳＯｘ等に対する障壁作用や素地チタン材の耐食性を劣化させるＣを所定量以下に抑えているので、変色しにくいと考えられる。しかし、酸化皮膜の厚さやその酸化皮膜中のＣ量等の測定はオージェ電子分光法で行わなければならず、測定に手間がかかり、製品全体の品質保証が難しいという問題がある。また、建築物の外表面の雨水などが流れる部分を中心に部分的な変色が起こるという前述した問題に対しては必ずしも十分な解決方法であるとは言い難い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような状況に鑑みなされたもので、屋根用板材、外壁材等の建築用の素材として長期にわたって使用しても変色を起こし難い建材用純チタン材を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明者らは種々検討を重ねた。その結果、純チタン材の製造過程で、冷間圧延により所定の板厚とした後、成形性、加工性を付与するために行う焼鈍処理（大気中での焼鈍処理）の際に表面に生成するスケール（酸化皮膜）の有無によって純チタン材表面の撥水性が大きく異なり、それが前記の建築物の外表面のなかでも水はけの悪い領域で起こる変色に顕著な影響を及ぼすことを見いだした。
【００１０】
建材用純チタン材（例えば、板材）は、一般に、スポンジ状の金属チタンを真空下でアーク溶解して得たインゴットを分塊圧延し、さらに熱間圧延、冷間圧延により所定の板厚とした後、焼鈍処理を施すことにより製造される。焼鈍処理の方法として、アルゴン雰囲気中で焼鈍する雰囲気焼鈍法と、大気中で焼鈍する大気焼鈍法とがあるが、大気焼鈍法の場合には、焼鈍後、純チタン材表面に生成したスケールを除去するため、溶融塩中への浸漬および酸洗処理を施す。この溶融塩中浸漬および酸洗処理の際に、純チタン材表面のスケール（酸化皮膜）を全て除去するのではなく、一部を残存させると、純チタン材表面の撥水性がよくなって、前記の建築物の外表面の水はけの悪い、雨水などが流れる部分を中心に生じる変色を抑制することができる。
【００１１】
本発明はこのような知見に基づいてなされたもので、その要旨は、下記の建材用純チタン材にある。
【００１２】
表面に焼鈍処理で生じた酸化皮膜が残存する建材用純チタン材であって、前記酸化皮膜の残存率が０．１％以上２０％以下である建材用純チタン材。
【００１３】
ここでいう「酸化皮膜の残存率」とは、冷間圧延により所定の板厚とした後に行う大気中での焼鈍処理により生成した酸化皮膜（以下、通常の呼称に従い、「スケール」という）の残存率、すなわち、焼鈍処理後、酸洗による脱スケールで母材から剥離せずに純チタン材表面に残存しているスケールの比率である。この「残存率」は、純チタン材の表面を１００倍程度の倍率下で顕微鏡観察し、その観察視野内において上下方向および左右方向に等間隔で直交するそれぞれ２０本の直線を押し当て（これら直線の交点数の合計は４００点）、スケールが存在する交点数の全交点数（４００点）に対する割合を百分率で表したものである。
【００１４】
表面のスケールの残存率が上記の範囲（０．１％以上２０％以下）内に入る建材用純チタン材では、その表面における水（純水をいう）との接触角が８０度以上となる。したがって、上記の建材用純チタン材は、「表面における水との接触角が８０度以上である純チタン材」であると規定することができる。なお、前記の「接触角」とは、純チタン材表面に水滴を滴下したときのその水滴の形状を模式的に示す図１において、水滴２の外縁が純チタン材表面１に接する点Ｐにおける接線Ｌ（すなわち、水滴２の輪郭を表す曲線ＳのＰ点における接線）と、前記純チタン材表面１とがなす角度θをいう。滴下する水滴は１ｍｌ（ミリリットル）とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の建材用純チタン材について詳細に説明する。
【００１６】
本発明の建材用純チタン材は、脱スケール後の表面のスケールの残存率が０．１％以上２０％以下の純チタン材である。通常は、板材、すなわち純チタン板である。
【００１７】
スケールの残存率は、０．１％以上２０％以下とすることが必要である。スケールの残存率が０．１％未満であると、純チタン材表面の撥水性が悪くなり、水が純チタン材表面に残留しやすくなるため、前述したように、大気中の硫黄酸化物などがこの水に溶解して薄い酸が生じ、この酸とチタンとの化学反応が起こって変色が促進されると考えられる。一方、前記残存率が２０％を超えると、純チタン材の表面が全体として黒色化し、外観の美麗さが損なわれる。
【００１８】
スケールの残存率が上記の範囲内であると、純チタン材表面における水との接触角が８０度以上となる。したがって、表面における水との接触角が８０度以上であれば、純チタン材表面の撥水性がよくなって、前述した建築物の外表面の雨水などが流れる部分を中心に生じる変色を抑制することができる。
【００１９】
上記本発明の建材用純チタン材は、純チタン素材を大気中で焼鈍した後、酸洗処理を施して脱スケールするに際し、表面のスケールの残存率を０．１％以上２０％以下とすることにより製造することができる。なお、前記の「純チタン素材」とは、所定の板厚または形状の純チタン素材であって、成形性、加工性を付与するために行う焼鈍処理に供し得る素材をいう。例えば、前述のアーク溶解によるインゴットを分塊圧延し、さらに熱間圧延、冷間圧延により所定の板厚にした純チタン板をいう。
【００２０】
前述したように、建材用の純チタン材は、通常、スポンジ状の金属チタンをアーク溶解して得たインゴットを分塊圧延し、さらに熱間圧延、冷間圧延により所定の板厚とし、その後、焼鈍処理を施すことにより製造される。焼鈍処理の方法として、アルゴン雰囲気中で焼鈍する雰囲気焼鈍法と、大気中で焼鈍する大気焼鈍法とがあるが、焼鈍時に生成したスケールが表面に一部残存している本発明の建材用純チタン材を製造するにあたっては、大気焼鈍法を採用する。雰囲気焼鈍のみではスケールを純チタン材表面に上記のように部分的に形成させることは困難だからである。なお、焼鈍処理を施すのは、結晶粒径を制御し、機械的性質を調整して成形性、加工性を付与するためである。
【００２１】
焼鈍処理の後、酸洗処理を施して純チタン材の表面に生成したスケールを除去するのであるが、このとき、純チタン材表面に生成したスケールを全て除去するのではなく、一部を残存させる。すなわち、脱スケールの際、素材表面の凸部などが優先的に脱スケールされ、凹部では脱スケールが比較的遅れるので、表面全体が完全に脱スケールされる前の適切な段階（スケールの残存率が０．１％以上２０％以下となる段階）で脱スケールを中止するのである。この「適切な段階」は、酸洗処理の条件（例えば、酸洗液の温度、浸漬時間等）とスケールの残存率との関係をあらかじめ求めておくことにより容易に把握することができる。なお、酸洗処理では、通常用いられる硝弗酸水溶液を使用すればよい。
【００２２】
上記の酸洗処理を行うに際し、通常は、焼鈍処理の後、純チタン材を、まず溶融塩中に浸漬し、次いで酸洗槽に浸漬する。酸洗処理の前に溶融塩中での浸漬処理を行うのは、酸洗処理によるスケールの除去が母材を溶解して母材表面のスケールを脱落させることにより行われるので、溶融塩中に浸漬して母材表面のスケールを部分的に破壊し、酸洗液の母材表面への到達を容易にするためである。
【００２３】
本発明の建材用純チタン材は、上記のように、酸洗処理の条件をわずかに変えて焼鈍処理により純チタン材の表面に生成したスケールを一部残存させるだけで、容易にかつ安価に製造することができる。
【００２４】
【実施例】
ＪＩＳ Ｈ４６００に規定される１種の純チタンの板材（厚さ０．５ｍｍ、圧延ままの状態）を素材として用い、これを大気中８００℃で５分間加熱し、表面にスケールを生成させた。次いで、溶融塩（ＮａＯＨ、ＮａＮＯ_３およびＮａＣｌの混合塩）に浸漬した後、表１に示す条件で硝弗酸水溶液（ＨＮＯ_３：１０質量％、ＨＦ：３質量％、）による酸洗処理を行い、表面のスケールの残存率を変化させた。スケール残存率は、前記のように、酸洗処理後の純チタン板材の表面を１００倍の倍率下で顕微鏡観察し、スケールが存在する交点数の全交点数に対する比率から求めた。なお、表１に示したスケール残存率は、精度を高めるため、それぞれの条件で脱スケールを行った純チタン板材について各１０視野（全交点数４０００点）で観察し、下式により算出した残存率である。
【００２５】
スケール残存率＝（スケールが存在する交点数／４０００）×１００
【００２６】
【表１】

このようにして得られた各純チタン板材から暴露用試験片（幅７０ｍｍ×長さ１００ｍｍ）を採取し、海浜地区で約２年間暴露し、暴露前後の試験片について、その中心部で色彩色差計により色差（δＥ）を測定して変色の程度を調査した。
【００２７】
また、板材の表面における水との接触角を測定した。接触角の測定は、各純チタン板材の表面に１ｍｌの蒸留水を滴下し、前述した接触角θを接触角測定器により測定することにより行った。
【００２８】
スケール残存率、接触角および色差（δＥ）の測定結果を表１に併せて示す。なお、暴露前後の色差（δＥ）が２以上の場合は色差有り、２未満の場合は色差なしと評価して、「総合評価」の欄にそれぞれ×印または○印で表示した。
【００２９】
表１に示した結果から、スケール残存率が本発明で規定する範囲内にあるＮｏ．２〜Ｎｏ．７の純チタン板材では接触角が８０度以上で、色差なしと評価でき、変色が抑制されていることがわかる。また、スケール残存率が、７％程度を境にしてこれより減少または増大すると色差が大きくなる傾向が見られた。なお、Ｎｏ．１の純チタン板材は、スケールの残存率が高く、表面が黒っぽい色を示したので、商品価値がないものと判断して暴露試験は実施しなかった。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の建材用純チタン材は、長期間使用しても変色が起こりにくく、屋根用板材、外壁材等の建築用の素材として好適である。この純チタン材は、焼鈍処理後の脱スケールの際、表面のスケールを所定量残存させることにより、容易かつ安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】純チタン材表面における水との接触角を説明するための図で、前記表面に水滴を滴下したときの水滴の形状を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１：純チタン材表面
２：水滴
θ：接触角

Claims (1)

1. 表面に焼鈍処理で生じた酸化皮膜が残存する建材用純チタン材であって、前記酸化皮膜の残存率が０．１％以上２０％以下であることを特徴とする建材用純チタン材。

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