KR102532976B1 - 티타늄 합금판, 티타늄 합금판의 제조 방법, 구리박 제조 드럼 및 구리박 제조 드럼의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
이 티타늄 합금판은, 질량％로, Sn: 0％ 이상 2.0％ 이하, Zr: 0％ 이상 5.0％ 이하, 및 Al: 0％ 이상 7.0％ 이하로 이루어지는 군으로부터 구성되는 1종 또는 2종 이상: 합계로 0.2％ 이상 7.0％ 이하, N: 0.100％ 이하, C: 0.080％ 이하, H: 0.015％ 이하, O: 0.700％ 이하, 및 Fe: 0.500％ 이하를 함유하고, 잔부가 Ti 및 불순물을 함유하는 화학 조성을 갖고, 평균 결정 입경이 40㎛ 이하이고, 결정 입경(㎛)의 대수에 기초하는 입경 분포의 표준 편차가 0.80 이하이고, 결정 구조가 육방 최밀 충전 구조인 α상을 포함하고, 판 두께 방향에 대한 상기 α상의 [0001] 방향이 이루는 각이 0°이상 40°이하인 결정립의 면적률이 70％ 이상이다.
Description
본 발명은 티타늄 합금판, 티타늄 합금판의 제조 방법, 구리박 제조 드럼 및 구리박 제조 드럼의 제조 방법에 관한 것이다.
본원은 2019년 4월 17일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2019-078824호 및 2019년 4월 17일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2019-078828호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그의 내용을 여기에 원용한다.
다층 배선 기판, 플렉시블 배선판 등의 배선 기판의 배선이나 리튬 이온 전지의 집전체 등의 전자 부품의 도전 부위에는 대부분의 경우, 구리박이 원료로서 이용되고 있다.
이러한 용도로 이용되는 구리박은, 구리박 제조 드럼을 구비하는 구리박 제조 장치에 의해, 제조된다. 도 7은, 구리박 제조 장치의 모식도이다. 구리박 제조 장치(1)는, 예를 들어 도 7에 도시하는 바와 같이, 황산구리 용액이 저류되어 있는 전해조(10)와, 일부가 황산구리 용액에 침지되도록 전해조(10) 내에 마련된 전착 드럼(2)과, 전해조(10) 내에서 황산구리 용액에 침지되고, 전착 드럼(2)의 외주면과 소정 간격으로 대향하도록 마련된 전극판(30)을 구비한다. 전착 드럼(2)과 전극판(30) 사이에 전압을 인가함으로써, 전착 드럼(2)의 외주면에 구리박 A가 전착하여 생성된다. 소정 두께가 된 구리박 A는, 권취부(40)에 의해 전착 드럼(2)으로부터 박리되어, 가이드 롤(50)로 가이드되면서 권취 롤(60)에 권취된다.
드럼(전착 드럼)의 재료로서는, 내식성이 우수한 것, 구리박의 박리성이 우수한 것 등의 관점에서, 그 표면(외주면)에는 티타늄이 일반적으로 사용되고 있다. 그러나, 내식성이 우수한 티타늄재를 사용한 경우에도, 구리박의 제조를 장기간에 걸쳐 행하면, 황산구리 용액 중에서 드럼을 구성하는 티타늄재의 표면이 점차 부식을 받는다. 그리고, 부식을 받은 드럼 표면의 상태는, 구리박의 제조 시에 구리박에 전사될 수 있다.
금속 재료의 부식은, 그 금속 재료가 갖는 결정 조직, 결정 방위, 결함, 편석, 가공 변형, 잔류 변형 등 금속 조직에 기인하는 다양한 내질 요인에 의해, 부식 상태나 부식의 정도가 다른 것이 알려져 있다. 부위간에서 금속 조직이 불균질의 금속 재료를 사용한 드럼이, 구리박의 제조에 수반하여 부식을 받은 경우, 드럼이 균질의 면 상태를 유지할 수 없게 되어, 드럼 표면에 불균질의 면이 생긴다. 드럼 표면에 생긴 불균질의 면은 모양으로서 식별할 수 있다. 이러한 불균질의 금속 조직에 기인하는 모양 중, 비교적 면적이 큰 매크로 조직에 기인하여, 눈으로 판별할 수 있는 모양을 「매크로 모양」이라고 한다. 드럼 표면에 생긴 매크로 모양은, 구리박의 제조 시에 구리박에 전사될 수 있다.
따라서, 고정밀도이면서 또한 균질의 두께의 구리박을 제조하기 위해서는, 드럼을 구성하는 티타늄재의 매크로 조직을 균질하게 해서, 드럼의 표면의 부식을 균질하게 함으로써, 불균질의 매크로 조직에 기인한 매크로 모양을 저감시키는 것이, 중요하다.
특허 문헌 1에는, 질량％로, Cu: 0.15％ 이상, 0.5％ 미만, 산소: 0.05％ 초과, 0.20％ 이하, Fe: 0.04％ 이하를 포함하고, 잔부 티타늄과 불가피 불순물로 이루어지고, 평균 결정 입경이 35㎛ 미만인 α상 균질 미세 재결정 조직을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전해 Cu박 제조 드럼용 티타늄판이 제안되어 있다.
특허 문헌 2에는, 질량％로, Cu: 0.3 내지 1.1％, Fe: 0.04％ 이하, 산소: 0.1％ 이하, 수소: 0.006％ 이하를 포함하고, 평균 결정 입경이 8.2 이상이며, 또한 비커스 경도가 115 이상, 145 이하이고, 판면에 평행인 부위에 있어서, 집합 조직이, 압연면에서 법선 방향(ND축)으로부터의 α상의 (0001)면 극점도에 있어서, (0001)면의 법선의 쓰러짐 각도가, 압연 폭 방향 TD 방향으로 ±45°를 장축, 최종 압연 방향 RD 방향으로 ±25°를 단축으로 하는 타원의 범위 내에 존재하는 결정립의 총 면적을 A, 그 이외의 결정립의 총 면적을 B로 하고, 면적비 A/B가 3.0 이상인 것을 특징으로 하는 전해 Cu박 제조 드럼용 티타늄판이 제안되어 있다.
특허 문헌 3에는, Al: 0.4 내지 1.8％를 함유하고, 판 두께 4㎜ 이상, 표면 하 1.0㎜ 및 1/2 판 두께부의 판면에 평행인 부위에 있어서 평균 결정 입경 8.2 이상, 비커스 경도 115 이상 145 이하, 표면 하 1㎜로부터 1/2 판 두께부에 걸친 판면에 평행인 부위에 있어서 집합 조직이 최종 압연 방향 RD 압연면의 법선 ND 압연 폭 방향을 TD(0001)면의 법선을 c축으로 하였을 때, 압연면에서 법선 방향으로부터의 α상의 (0001)면 극점도에 있어서 c축의 TD 방향으로의 쓰러짐의 각도가 -45 내지 45°, c축의 RD 방향으로의 쓰러짐의 각도가 -25 내지 25°인 타원의 영역에 c축이 존재하는 결정립의 총 면적을 A, 그 이외의 결정립의 총 면적을 B로 하고, 면적비 A/B가 3.0 이상인 티타늄 합금 후판이 제안되어 있다.
특허 문헌 4에는, 분괴 단조, 조 열연 및 마무리 열연을 순차적으로 실시하는 공정을 포함하는 방법으로 티타늄 및 티타늄 합금판을 제조할 때, 분괴 단조 및 조 열연에 있어서의 가열 온도를 950℃ 이상으로 함과 함께, 마무리 열연에 있어서의 가열 온도를 700℃ 이하로 하고, 또한 조 열연과 마무리 열연과의 압연 방향을 변환한 크로스 열연을 실시하는 것을 특징으로 하는, 균일 미세한 매크로 모양을 갖는 티타늄 및 티타늄 합금판의 제조 방법이 제안되어 있다.
특허 문헌 5에는, 구리 전해액을 사용하여 전해 구리박을 얻을 때 사용하는 티타늄재를 포함하는 티타늄제 캐소드 전극이며, 티타늄재는, 결정 입도 번호 7.0 이상이며, 또한 초기 수소 함유량이 35ppm 이하인 것을 특징으로 하는 전해 구리박 제조용 티타늄제 캐소드 전극이 제안되어 있다. 특허 문헌 5에서는, 이 티타늄제 캐소드 전극을 사용하면, 종래에 비해, 전해 구리박 제조에 있어서 매우 장기에 걸쳐 사용이 가능하고, 메인터넌스 횟수를 유효하게 저감시켜, 고품질의 전해 구리박을 장기에 걸쳐 제조하는 것이 가능하게 된다고, 개시되어 있다.
특허 문헌 6에는, 질량％로, Cu: 0.5 내지 2.1％, Ru: 0.05 내지 1.00％, Fe: 0.04％ 이하, 산소: 0.10％ 이하를 포함하고, 잔부 티타늄과 불가피 불순물로 이루어지고, 균질 미세 재결정 조직을 갖는 것을 특징으로 하는, 전해 Cu박 제조 드럼용 티타늄판이 제안되어 있다.
그러나, 금번의 전자 부품의 소형화 및 고밀도화에 수반하여, 구리박에는, 더한층의 박육화 및 표면 품질의 향상이 요구되고 있다. 이러한 상황 하, 상술한 매크로 모양에 대해서도 가일층 저감이 요구되고 있다. 특허 문헌 1 내지 6에 기재되는 종래의 기술에서는 충분히는 매크로 모양을 저감시킬 수 없었다.
또한, 구리박의 제조에 사용되는 드럼은, 구리박 제조 드럼의 코어가 되는 코어재의 표면에 티타늄판 등의 불용성 금속의 판이 수축 끼워 맞춰짐으로써 제조되기 때문에, 구리박 제조 드럼의 생산성의 관점에서는, 코어재의 표면에 수축 끼워 맞춰지는 판은, 수축 끼워 맞춤성이 우수한 판인 것이 바람직하다.
그러나, 특허 문헌 1 내지 6의 기술에서는, 코어재와 티타늄판의 수축 끼워 맞춤 작업에 수고를 요하고, 구리박 제조 드럼의 생산성에 대해 개선의 여지가 있었다.
또한, 상술한 구리박 제조 드럼은, 링 단조에 의해 제조되는 것 외에, 티타늄판을 원통상으로 굽힘 가공하고, 인접하는 단부를 용접함으로써 제조된다. 후자의 방법은, 티타늄판의 금속 조직을 제어하기 쉬운 점에서, 고품질의 구리박 제조 드럼의 제조에 적합하다. 구리박 제조 드럼을 구성하는 티타늄재의 매크로 조직을 균질하게 하여, 드럼의 균질의 부식을 달성함으로써, 불균질의 매크로 조직에 기인한 매크로 모양을 저감시킬 수 있다. 그러나, 용접에 의해 제조되는 드럼의 용접부에 대해서는, 불가피적으로 다른 부위와 금속 조직이 달라져 버리는 점에서, 구리박 제조 드럼의 표면 소재로 되는 티타늄재의 매크로 조직을 균질하게 해도, 용접부에 기인하는 매크로 모양이, 생기기 쉽다는 과제가 있었다.
구리박 제조 드럼의 표면에 있어서의 용접부의 비율은 크지 않기는 하지만, 근년, 용접부의 매크로 모양의 저감에 대한 요구가 높아지고 있다.
티타늄재의 용접에 관해, 특허 문헌 7에는, 선재 길이 방향에 있어서의 소정의 인장 강도를 갖고, 선재 본체의 표면에 1㎛ 이상 5㎛ 이하인 두께의 Ti계 산화막이 형성된, 용융 금속 형성용 Ti계 선재가 제안되어 있다. 또한, 특허 문헌 8에는, 표면에 산소 농화층을 갖고, 또한 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 갖는 금속 화합물을 갖는 Ti 또는 Ti 합금을 포함하는 용접 와이어가 제안되어 있다.
그러나, 특허 문헌 7, 8에 기재된 기술은, 구리박 제조 티타늄 드럼의 제조에 있어서의 용접 및 용접부의 조직을 개선하기 위한 것은 아니다. 그 때문에, 동 기술을 이용한 매크로 모양의 억제는 곤란하다. 즉, 구리박 제조 티타늄 드럼의 제조에 있어서 사용되고, 구리박 제조 티타늄 드럼의 용접부에 있어서의 매크로 모양의 발생을 억제할 수 있는 용접용 티타늄 봉선재에 대해서는, 종래 충분히는 검토되고 있지 않았다.
본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 구리박 제조용 드럼에 사용하였을 때 매크로 모양의 발생을 억제할 수 있는 티타늄 합금판 및 동 티타늄 합금판을 사용하여 제조되는 구리박 제조 드럼을 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 목적은, 구리박 제조용 드럼에 사용하였을 때 매크로 모양의 발생을 억제할 수 있으며, 또한 수축 끼워 맞춤성이 우수한 티타늄 합금판 및 동 티타늄 합금판을 사용하여 제조되는 구리박 제조 드럼을 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 다른 바람직한 목적은, 구리박 제조 티타늄 드럼의 제조에 있어서 사용되고, 구리박 제조 티타늄 드럼의 용접부에 있어서의 매크로 모양의 발생을 억제할 수 있는 용접용 티타늄 선재를 사용한, 구리박 제조 드럼의 제조 방법 및 구리박 제조 드럼을 제공하는 데에 있다.
본 발명자들은, 상술한 문제를 해결하기 위해 예의 검토하였다. 그 결과, 단지 티타늄재 중의 집합 조직의 결정 입경을 작게 하거나, 결정의 (0001)면의 법선을 압연면(판면)과 수직으로 근접하거나 하는 것만으로는, 이번 요구되는 수준까지 매크로 모양의 발생을 억제할 수 없는 것을 알아 내었다.
본 발명자들이 다시 검토한 결과, 화학 조성을 β상의 석출이 억제된 화학 조성으로 하고, 또한, 조직에 있어서, 결정립을 미세뿐만 아니라 균일한 크기로 하고, 조직을, 결정 구조가 육방 최밀 충전 구조인 α상을 포함하고, 판 두께 방향에 대한 α상의 [0001] 방향(c축)의 이루는 각이 0°이상 40°이하인 결정립의 면적률을 70％ 이상으로 하고, 바람직하게는 추가로 판면의 법선 방향으로부터의 (0001) 극점도에 있어서, 결정립의 집적도의 피크가 판면의 법선 방향으로부터 30° 이내에 존재하며, 또한, 최대 집적도가 4.0 이상인, 집합 조직이 되도록 제어함으로써, 매크로 모양의 발생을 억제할 수 있음을 알아냈다. 그리고, 이러한 화학 조성 및 집합 조직을 동시에 달성 가능한 티타늄 합금판의 제조 방법을 알아내고, 본 발명에 이르렀다.
또한, 본 발명자들은, 구리박 제조 드럼의 제조에 있어서의, 코어재로의 티타늄 합금판의 수축 끼워 맞춤성에 대해서도 검토를 행하였다. 그 결과, 수축 끼워 맞춤성에는, 티타늄 합금판의 영률이 영향을 주는 것을 알아 내었다.
본 발명자들은, 이 지견에 기초하여, 티타늄 합금판의 경도, 결정립 사이즈, 결정 방위, 제2상, 및 원소의 분포에 착안하여 검토를 행하였다. 그 결과, Al을 일반적인 구리박 제조용 드럼에 사용되는 티타늄 합금판보다도 다량으로 함유시키면, 입성장이 억제되어 미세 조직을 형성하기 쉬워져, 티타늄 합금판의 경도가 커지고, 또한, 티타늄 합금판의 영률이 향상되는 것을 알아내었다.
또한, 본 발명자들은, 용접부에 있어서의 매크로 모양의 발생의 억제에 대해 검토를 행하였다. 그 결과, 용접부의 금속 조직을 α상 주체로 하고, 결정립을 미세화함과 함께 경도를 제어하는 것이 용접부에 있어서의 매크로 모양의 발생을 억제하는 것이 가능한 것을 알아내었다. 또한, 이러한 용접부의 조직을 얻기 위해서는, 용접용 티타늄 선재에, Sn, Zr 및 Al으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상과, O를 적절한 양 함유시키는 것이 유효한 것을 알아내었다.
상기 지견에 기초하여 완성된 본 발명의 요지는, 이하와 같다.
[1] 본 발명의 일 양태에 관한 티타늄 합금판은, 질량％로, Sn: 0％ 이상 2.0％ 이하, Zr: 0％ 이상 5.0％ 이하, 및 Al: 0％ 이상 7.0％ 이하로 이루어지는 군으로부터 구성되는 1종 또는 2종 이상: 합계로 0.2％ 이상 7.0％ 이하, N: 0.100％ 이하, C: 0.080％ 이하, H: 0.015％ 이하, O: 0.700％ 이하, 및 Fe: 0.500％ 이하를 함유하고, 잔부가 Ti 및 불순물을 함유하는 화학 조성을 갖고, 평균 결정 입경이 40㎛ 이하이고, 단위 ㎛에서의 결정 입경의 대수에 기초하는 입경 분포의 표준 편차가 0.80 이하이고, 결정 구조가 육방 최밀 충전 구조인 α상을 포함하고, 판 두께 방향에 대한 상기 α상의 [0001] 방향이 이루는 각이 0°이상 40°이하인 결정립의 면적률이 70％ 이상이다.
[2] 상기 [1]에 기재된 티타늄 합금판은, 판면의 법선 방향으로부터의 (0001) 극점도에 있어서, 전자선 후방 산란 회절법의 구면 조화 함수법을 사용한 극점도의 전개 지수를 16, 가우스 반값폭을 5°로 하였을 때의 Texture 해석에 의해 산출되는 집적도의 피크가, 상기 판면의 상기 법선 방향으로부터 30° 이내에 존재하며, 또한, 최대 집적도가 4.0 이상인 집합 조직을 갖고 있어도 된다.
[3] 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 티타늄 합금판은, 상기 평균 결정 입경을 단위 ㎛에서 D로 하였을 때, 상기 입경 분포의 표준 편차가, (0.35×lnD-0.42) 이하여도 된다.
[4] 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 것에 기재된 티타늄 합금판은, 판 두께 방향 단면을 관찰했을 때, 표면으로부터 판 두께 1/4의 위치에 있어서의 판 두께 단면의 전체 결정 입계 길이에 대한 쌍정 입계 길이의 비율이 5.0％ 이하여도 된다.
[5] 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 것에 기재된 티타늄 합금판은, 상기 화학 조성에 있어서, Sn: 0.2％ 이상 2.0％ 이하, Zr: 0.2％ 이상 5.0％ 이하, 및 Al: 0.2％ 이상 3.0％ 이하로 이루어지는 군으로부터 구성되는 1종 또는 2종 이상을, 합계 0.2％ 이상 5.0％ 이하 함유해도 된다.
[6] 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 것에 기재된 티타늄 합금판은, 상기 화학 조성에 있어서, Al: 1.8％ 초과 7.0％ 이하를 함유하고, 비커스 경도가 350Hv 이하여도 된다.
[7] 상기 [6]에 기재된 티타늄 합금판은, 질량％에 의한, Al 함유량을 [Al％], Zr 함유량을 [Zr％], Sn 함유량을 [Sn％], O 함유량을 [O％]로 하였을 때, 하기 식 (1)로 나타내는 Al 당량 Aleq가, 7.0 이하여도 된다.
Aleq=[Al％]+[Zr％]/6+[Sn％]/3+10×[O％] 식 (1)
[8] 상기 [6] 또는 [7]에 기재된 티타늄 합금판은, 전자선 마이크로애널라이저를 사용하여, 표면으로부터 판 두께 1/4의 위치에 있어서의 판 두께 방향으로 수직인 면 20㎜×20㎜ 이상의 분석 영역을 조성 분석하였을 때, Al의 평균 함유량을 [Al％]로서, 상기 분석 영역의 면적에 대한, Al의 농도가 ([Al％]-0.2)질량％ 이상 [Al％]+0.2)질량％ 이하인 영역의 면적률이 90％ 이상이어도 된다.
[9] 상기 [1] 내지 [8] 중 어느 것에 기재된 티타늄 합금판은, 상기 α상을 98.0체적％ 이상 함유해도 된다.
[10] 상기 [1] 내지 [9] 중 어느 것에 기재된 티타늄 합금판은, 구리박 제조 드럼용 티타늄 합금판이어도 된다.
[11] 본 발명의 다른 형태에 따른 구리박 제조 드럼은, 원통상의 이너 드럼과, 상기 이너 드럼의 외주면에 피착된, [1] 내지 [10] 중 어느 것에 기재된 티타늄 합금판과, 상기 티타늄 합금판의 맞댐부에 마련된 용접부를 갖고, 상기 용접부의 금속 조직이 체적률로, 98.0％ 이상의 α상을 갖고, JIS G 0551:2013에 준거한 입도 번호로, 6 이상 11 이하이다.
[12] 본 발명의 다른 형태에 따른 구리박 제조 드럼의 제조 방법은, 원통상으로 가공한 티타늄 합금판의 인접하는 2개의 단부를, 용접용 티타늄 선재를 사용하여 용접하는 용접 공정을 갖고, 상기 용접용 티타늄 선재가, 질량％로, Sn, Zr 및 Al으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상: 합계로 0.2％ 이상 6.0％ 이하, O: 0.01％ 이상 0.70％ 이하, N: 0.100％ 이하, C: 0.080％ 이하, H: 0.015％ 이하, 및 Fe: 0.500％ 이하를 포함하고, 잔부가 Ti 및 불순물을 포함하는 화학 조성을 갖는다.
[13] 상기 [12]에 기재된 구리박 제조 드럼의 제조 방법은, 상기 용접용 티타늄 선재에 있어서, 상기 O의 적어도 일부가, Ti, Sn, Zr 및 Al로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소의 산화물로서 존재해도 된다.
본 발명의 상기 양태에 의하면, 구리박 제조용 드럼에 사용하였을 때, 매크로 모양의 발생을 억제할 수 있는 티타늄 합금판 및 동 티타늄 합금판을 사용하여 제조되는 구리박 제조 드럼을 제공하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 바람직한 양태에 의하면, 구리박 제조용 드럼에 사용하였을 때 매크로 모양의 발생을 억제할 수 있으며, 또한 수축 끼워 맞춤성이 우수한 티타늄 합금판을 제공하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 바람직한 양태에 의하면, 구리박 제조 드럼의 용접부에 있어서의 매크로 모양의 발생을 억제하는, 구리박 제조 드럼의 제조 방법 및 구리박 제조 드럼을 제공하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 티타늄 합금판의 압연면에서 법선 방향(ND)으로부터의 (0001) 극점도의 일례이다.
도 2는 부식 후의 티타늄 합금판의 표면에 관찰되는 매크로 모양의 일례를 나타내는 현미경 사진이다.
도 3은 매크로 모양의 위치를 나타내기 위해, 매크로 모양을 강조한 참고도이다.
도 4는α상의 결정 방위를 설명하기 위한 설명도이다.
도 5는 결정 방위 해석의 일례를 나타내는 결정 방위 맵의 일례이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 티타늄 합금판의 결정 방위를 설명하기 위한, 압연면의 법선 방향(ND)으로부터의 (0001) 극점도의 설명도이다.
도 7은 구리박 제조 장치의 모식도이다.
도 8은 본 실시 형태에 관한 구리박 제조 드럼의 모식도이다.
도 2는 부식 후의 티타늄 합금판의 표면에 관찰되는 매크로 모양의 일례를 나타내는 현미경 사진이다.
도 3은 매크로 모양의 위치를 나타내기 위해, 매크로 모양을 강조한 참고도이다.
도 4는α상의 결정 방위를 설명하기 위한 설명도이다.
도 5는 결정 방위 해석의 일례를 나타내는 결정 방위 맵의 일례이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 티타늄 합금판의 결정 방위를 설명하기 위한, 압연면의 법선 방향(ND)으로부터의 (0001) 극점도의 설명도이다.
도 7은 구리박 제조 장치의 모식도이다.
도 8은 본 실시 형태에 관한 구리박 제조 드럼의 모식도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.
<1. 티타늄 합금판>
먼저, 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판은, 구리박 제조용 드럼(구리박 제조 드럼)의 재료로서 이용되는 것을 상정하고 있다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판은, 구리박 제조 드럼용 티타늄 합금판이라고도 할 수 있다. 구리박 제조 드럼에 있어서 사용되는 경우, 티타늄 합금판의 한쪽 면이, 드럼의 원통 표면을 구성한다.
(1. 1 화학 조성)
먼저, 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판의 화학 조성을 설명한다. 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판은, 질량％로, Sn: 0％ 이상 2.0％ 이하, Zr: 0％ 이상 5.0％ 이하, 및 Al: 0％ 이상 7.0％ 이하로 이루어지는 군으로부터 구성되는 1종 또는 2종 이상을, 합계 0.2％ 이상 7.0％ 이하, N: 0.100％ 이하, C: 0.080％ 이하, H: 0.015％ 이하, O: 0.700％ 이하, 및 Fe: 0.500％ 이하를 함유하고, 잔부가 Ti 및 불순물을 함유한다. 이하에서는 특별히 정함이 없는 한, 화학 조성에 관한 「％」의 표기는 「질량％」를 표시하는 것으로 한다.
공업용 순티타늄은, 첨가 원소가 매우 소량이며, 조직이 실질적으로 α상 단상이다. 이러한, 공업용 순티타늄으로 제조되는 티타늄 합금판을 드럼에 사용하면, 당해 드럼을 황산구리 용액에 침지하였을 때, 드럼이 균일하게 부식된다. 이에 의해, α상, β상의 부식 속도의 차이에 의한 매크로 모양의 발생이 억제된다.
본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판은, 실질적으로 α상 단상의 공업용 순티타늄에, 질량％로, Sn: 0％ 이상 2.0％ 이하, Zr: 0％ 이상 5.0％ 이하, 및 Al: 0％ 이상 7.0％ 이하로 이루어지는 군으로부터 구성되는 1종 또는 2종 이상이, 합계 0.2％ 이상 7.0％ 이하로 되도록 함유된 합금판이다.
각 원소의 함유량의 한정 이유에 대해 설명한다.
<Sn: 0％ 이상 2.0％ 이하, Zr: 0％ 이상 5.0％ 이하, 및 Al: 0％ 이상 7.0％ 이하로 이루어지는 군으로부터 구성되는 1종 또는 2종 이상: 합계 0.2％ 이상 7.0％ 이하>
Sn, Zr 및 Al으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 함유량의 합계가 0.2％ 이상이면, 안정적으로 결정립 성장을 억제할 수 있다.
한편, Sn, Zr 및 Al으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 함유량의 합계를 7.0％ 이하로 함으로써, 상술한, 열간 압연 후의 티타늄 합금판의 변형이 생기지 않을 정도의 고온 강도가 된다. 고온 강도의 관점에서는, 바람직하게는 Al 함유량이 0.2％ 이상 3.0％ 이하이고 또한, Sn, Zr 및 Al으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상이 함유량의 합계는, 0.5％ 이상 5.0％ 이하이다. Sn, Zr 및 Al으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 함유량의 합계는, 보다 바람직하게는 0.5％ 이상 4.0％ 이하이다.
Sn은, 중성 원소이며, 티타늄 중에 고용함으로써, 결정립 성장을 억제하는 원소이다. Sn 함유량이 0.2％ 이상이면, 안정적으로 결정립 성장을 억제할 수 있다. 그 때문에, Sn 함유량은 바람직하게는 0.2％ 이상이다. Sn 함유량은, 보다 바람직하게는, 0.3％ 이상이다.
또한, Sn은, 티타늄 중의 α상 및 β상에 고용함으로써, 각각의 상을 안정화시킨다. Sn 함유량이 너무 많으면, 고온 강도가 높아지고, 열간 압연 시의 반력에 의해, 열간 압연 후의 판 형상이 변형되어, 파(波) 형상으로 되기 쉽다. 파 형상으로 된 티타늄 합금판은, 형상을 교정하기 위한 가공에 의해, 변형이 부여됨으로써, 티타늄 합금판의 결정에 전위가 도입된다. 이 전위가 원인이 되어, 매크로 모양이 발생하기 쉬워진다. 또한, Sn 함유량이 너무 많으면, 티타늄 합금판의 인성이 작아져, 구리박 제조 드럼 제조 시의 수축 끼워 맞춤성이 저하되고, 생산성이 저하된다. 그 때문에, Sn 함유량은, 2.0％ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.5％ 이하이다. Sn은, 티타늄 합금판에 있어서 필수가 아닌 점에서, Zr 및/또는 Al이 합계 0.2％ 이상 포함되어 있는 경우에는, Sn 함유량은 0％여도 된다.
Zr은, Sn과 마찬가지로 중성 원소이며, 티타늄 중에 고용함으로써, 결정립 성장을 억제하는 원소이다. Zr 함유량이 0.2％ 이상이면, 안정적으로 결정립 성장을 억제할 수 있다. 그 때문에, Zr 함유량은 바람직하게는 0.2％ 이상이다. Zr 함유량은, 보다 바람직하게는, 0.3％ 이상이다.
한편, Zr은, 티타늄 중의 α상 및 β상에 고용함으로써, 각각의 상을 안정화시키는 원소이다. Zr 함유량이 너무 많으면, α상 및 β상의 2상이 열적으로 안정되어 존재하는 온도 범위가 넓어져, 가열 시에 β상이 석출하기 쉬워진다. β상은, α상보다도 우선하여 부식되므로, β상을 포함하는 티타늄 합금판을 표면에 갖는 드럼을 구리박의 제조에 사용한 경우, β상이 우선적으로 부식되어 드럼 표면에 매크로 모양이 생긴다. 그 결과, 구리박에 그 매크로 모양이 전사될 가능성이 있다. 또한, 응고 편석에 의해, 티타늄 합금판의 부위간에 강도 차가 생기고, 얻어진 티타늄 합금판을 연마하였을 때 매크로 모양이 발생한다. 그 때문에, Zr 함유량은, 5.0％ 이하이다. Zr 함유량은, 바람직하게는 4.5％ 이하이고, 보다 바람직하게는, 4.0％이다. Zr 함유량은, 더욱 바람직하게는 2.5％ 이하이고, 한층 바람직하게는, 2.0％ 이하이다. Zr은, 티타늄 합금판에 있어서 필수가 아닌 점에서, Sn 및/또는 Al이 합계 0.2％ 이상 포함되어 있는 경우에는, Zr 함유량은 0％여도 된다.
Al은, α상 안정화 원소이며, α상 단상의 온도 영역에서의 열처리에 있어서, Sn이나 Zr과 마찬가지로, 결정립 성장을 억제한다. Al 함유량이 0.2％ 이상이면, 안정적으로 결정립 성장을 억제할 수 있다. 그 때문에, Al 함유량은 바람직하게는 0.2％ 이상이다. Al 함유량은, 보다 바람직하게는, 0.5％ 이상이다.
또한, Al은, 티타늄 합금판의 영률을 증가시키는 원소이기도 하다. 영률이 증대됨으로써, 구리박 제조 드럼의 제조에 있어서, 코어재와 티타늄 합금판이 수축 끼워 맞춤될 때의 수축 끼워 맞춤성이 향상된다. 이에 의해, 구리박 제조 드럼의 생산성이 향상된다. 또한, 영률이 증대됨으로써, 균일하게 수축 끼워 맞춰지고, 티타늄 합금판의 연마성이 향상된다. 그 결과, 또한 매크로 모양의 발생을 억제하는 것이 가능하게 된다.
영률을 높여 수축 끼워 맞춤성을 높이는 점에서는, Al 함유량을 1.8％ 초과로 하는 것이 바람직하다.
한편, Al은, Sn 또는 Zr과 비교하여, 티타늄 합금판의 고온 강도를 보다 증대시킨다. 후술하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판을 제조할 때에는, 집합 조직 제어를 목적으로, 열간 압연을 비교적 낮은 온도까지 실시한다. 그 때문에, 고온 강도가 너무 높아지면, 열간 압연 시의 반력이 커지고, 열연 후의 티타늄 합금판의 형상이 크게 변형되고, 티타늄 합금판이 파형상이 된다. 그 때문에, 티타늄 합금판에 대해 그 후의 교정이 많이 필요해지지만, 그때 변형이 부여되면 전위가 많이 도입되어 버린다. 이 결과, 티타늄 합금판을 드럼에 사용하였을 때, 매크로 모양이 발생하기 쉬워진다. Al 함유량이 7.0％ 초과이면 인성이나 가공성이 저하되어 드럼 제조가 곤란해진다. 그 결과, 구리박 제조 드럼의 생산성이 저하된다. 그 때문에, Al 함유량을 7.0％ 이하로 한다. 상기 관점으로부터는, Al 함유량은, 3.0％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 2.5％ 이하로 하는 것이 더 바람직하다. Al은, 티타늄 합금판에 있어서 필수가 아닌 점에서, Sn 및/또는 Zr이 합계 0.2％ 이상 포함되어 있는 경우에는, Al 함유량은 0％여도 된다.
또한, Al 함유량이 높으면, Al에 편석이 생기는 것이 우려된다. Al에 편석이 생기면, 티타늄 합금판의 부위간에서 경도 및 전기 저항에 차가 생긴다. 경도에 변동이 생긴 티타늄 합금판은, 연마시에 티타늄 합금판에 큰 요철이 형성되고, 매크로 모양이 발생하는 경우가 있다. 또한, 전기 저항의 변동에 의해 부식 속도에 차이가 생기고, 매크로 모양이 발생하는 경우가 있다. 그 때문에, Al의 농도 분포는 작은 쪽이 좋다.
본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판은, Al 함유량이 1.8％ 초과인 경우에 있어서, Al 함유량(평균 함유량)을 [Al％]로 하였을 때, Al의 농도가 ([Al％]-0.2)질량％ 이상 [Al％]+0.2)질량％ 이하인 영역의 면적률이, 90％ 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 매크로 모양을 안정적으로 억제할 수 있다.
Al의 편석의 평가는, 전자선 마이크로 애널라이저(EPMA; Electron Probe Microanalyzer)에 의해, 빔 직경을 500㎛, 스텝 사이즈를 빔 직경과 같은 500㎛로 하고, 판 두께 방향으로 수직인 면의 표면으로부터 판 두께의 1/4의 위치에 있어서의 20㎜×20㎜ 이상의 영역에 대해, 조성 분석함으로써 행해진다. 조성 분석 결과를 합금 원소 농도로 환산하기 위해서는, JIS 1종 공업용 순티타늄 및 대상으로 하는 티타늄 합금판의 평균 화학 조성과 Kα선의 강도를 분석하고, 그 결과로부터 선형 근사하여 얻어진 검량선이 사용된다.
또한, 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판에서는, Al 함유량을 [Al％](질량％), Zr 함유량을 [Zr％](질량％), Sn 함유량을 [Sn％](질량％), O 함유량을 [O％](질량％)로 하였을 때, 하기 식 (1)로 나타내는 Al 당량 Aleq가, 7.0(질량％) 이하인 것이 바람직하다.
Aleq=[Al％]+[Zr％]/6+[Sn％]/3+10×[O％] 식 (1)
Al 당량은, α상의 안정화 정도를 나타내는 지표이며, Al 당량이 증가하면 경도가 높아지는 한편 인성이 저하된다. Al 당량을 7.0질량％ 이하로 함으로써, 인성을 유지할 수 있고, 수축 끼워 맞춤성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
<O: 0.700％ 이하>
O는, 티타늄 합금판의 강도의 향상에 기여하고, 표면 경도의 증대에 기여하는 원소이다. 그러나, 티타늄 합금판의 강도가 너무 높아지면, 강제시에 비교적 큰 가공이 필요하게 되어, 쌍정이 발생하기 쉬워진다. 또한, 표면 경도가 너무 커지면, 티타늄 합금판을 드럼으로 하였을 때 연마가 곤란해진다. 따라서, 티타늄 합금판에 O가 함유되는 경우, O 함유량을 0.700％ 이하로 한다. O 함유량은 0.400％ 이하로 하는 것이 바람직하다. O 함유량은, 보다 바람직하게는 0.150％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.120％ 이하이다. O는, 티타늄 합금판에 있어서 필수가 아닌 점에서, 그의 함유량의 하한은 0％이다. 그러나, 용해 원료인 스폰지 티타늄이나 첨가 원소로부터의 혼입을 방지하기가 어려워, 실질적인 하한은 0.020％이다.
O 함유량에 의해 강도 향상 효과를 얻는 경우, O 함유량은 바람직하게는, 0.030％ 이상이다.
<Fe: 0.500％ 이하>
Fe는, β상을 강화하는 원소이다. 티타늄 합금판에 있어서는 β상의 석출량이 많아지면 매크로 모양의 생성에 영향을 미치므로, 티타늄 합금판에 Fe가 함유되는 경우, Fe 함유량의 상한을 0.500％로 한다. Fe 함유량은, 바람직하게는 0.100％ 이하, 보다 바람직하게는 0.080％ 이하이다. Fe는, 티타늄 합금판에 있어서 필수가 아닌 점에서, 그의 함유량의 하한은 0％이다. 그러나, 실제 제조에 있어서 Fe의 혼입을 방지하기가 어려워, 실질적인 하한은 0.001％이다.
<N: 0.100％ 이하>
<C: 0.080％ 이하>
<H: 0.015％ 이하>
본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판에는, 불순물로서, N, C, 또는 H를 더 함유할 수 있다.
N은, Ti와 함께 질화물을 형성하는 원소이다. 질화물이 형성되면, 티타늄 합금판이 경화나 취화되는 경우가 있다. 그 때문에, N의 함유는, 최대한 억제하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판에서는, N 함유량을 0.100％ 이하로 한다. N 함유량은, 바람직하게는 0.080％ 이하이다. N은, 티타늄 합금판에 있어서 필수가 아닌 점에서, 그의 함유량의 하한은 0％이다. 그러나 N은, 제조 과정에서 혼입되는 불순물이며, 실질적인 N 함유량의 하한을, 0.0001％로 해도 된다.
C는, Ti와 함께 탄화물을 형성하고, 질화물과 마찬가지로, 티타늄 합금판을 경화나 취화시키는 원소이다. 티타늄 합금판의 경화나 취화를 억제하기 위해, C 함유량은, 최대한 낮게 하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판에서는, C 함유량을 0.080％ 이하로 한다. C 함유량은, 바람직하게는 0.050％ 이하이다. C는, 티타늄 합금판에 있어서 필수가 아닌 점에서, 그의 함유량의 하한은 0％이다. 그러나 C는, 제조 과정에서 혼입되는 불순물이며, 실질적인 C 함유량의 하한을, 0.0005％로 해도 된다.
H는, Ti와 함께 수소화물을 형성하는 원소이다. 수소화물이 형성되면, 티타늄 합금판이 취화되는 경우가 있다. 또한, 수소화물에 의해, 매크로 모양이 발생하는 경우가 있다. 그 때문에, H 함유량은, 최대한 억제하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판에서는, H 함유량을 0.015％ 이하로 한다. H 함유량은, 바람직하게는 0.010％ 이하이다. H는, 티타늄 합금판에 있어서 필수가 아닌 점에서, 그의 함유량의 하한은 0％이다. 그러나 H는, 제조 과정에서 혼입되는 불순물이며, 실질적인 H 함유량의 하한을, 0.0005％로 해도 된다.
본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판의 화학 조성의 잔부는, Ti 및 불순물을 함유하고, Ti 및 불순물로 이루어져도 된다. 불순물이란, 상술한 원소 이외에 구체적으로 예시하면, 정련 공정에서 혼입되는 Cl, Na, Mg, Si, Ca 및 스크랩으로부터 혼입되는 Mo, Nb, Ta, V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu 등이다. 불순물은, 합계 함유량이 0.50％ 이하이면 문제없다.
단, 상기 불순물에는, β상 안정화 원소가 포함될 수 있다. β상의 석출량이 많아지면 매크로 모양의 발생에 영향을 미치기 때문에, β상 안정화 원소는 적은 쪽이 좋다. β상 안정화 원소로서, 예를 들어 V, Mo, Ta, Nb, Cr, Mn, Co, Ni, Cu 등을 들 수 있다. 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판에서는, 불순물의 함유량을 합계 0.50％ 이하로 한 것에 더하여, 티타늄 합금판에 포함되는 β상 안정화 원소 각각의 함유량이 0.10％ 이하인 것이 더 바람직하다.
화학 조성은, 이하의 방법으로 구한다.
Al, Zr, Sn이나 Fe, V, Mo, Ta, Nb, Cr, Mn, Co, Ni, Cu 등의 β 안정화 원소는 IPC 발광 분광 분석에 의해 측정할 수 있다. O 및 N에 대해서는, 산소ㆍ질소동시 분석 장치를 사용하여, 불활성 가스 용융, 열전도도ㆍ적외선 흡수법에 의해 측정할 수 있다. C에 대해서는, 탄소 황 동시 분석 장치를 사용하여, 적외선 흡수법에 의해 측정할 수 있다. H에 대해서는, 불활성 가스 용융, 적외선 흡수법에 의해 측정할 수 있다.
(1. 2 금속 조직)
다음에, 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판의 금속 조직에 대해 설명한다.
본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판은, 평균 결정 입경이 40㎛ 이하이고, 결정 입경(㎛)의 대수에 기초하는 입경 분포의 표준 편차가 0.80 이하이고, 결정 구조가 육방 최밀 충전 구조인 α상을 포함하고, 판 두께 방향에 대한 α상의 [0001] 방향이 이루는 각이 0°이상 40°이하인 결정립의 면적률이 70％ 이상이다.
이하, 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판의 금속 조직에 대해, 순서대로 상세하게 설명한다.
(1. 2. 1 금속 조직의 상 구성)
본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판의 금속 조직은, 육방 최밀 충전 구조를 갖는 α상을 포함한다. 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판의 금속 조직은, α상 이외에 β상을 포함하는 경우가 있다. 그러나, β상은, α상보다도 우선적으로 부식된다. 이 때문에, β상을 포함하는 티타늄 합금판을 표면에 갖는 티타늄 드럼을 구리박의 제조에 사용한 경우, β상이 우선적으로 부식되어 드럼 표면에 매크로 모양이 생기고, 구리박에 그 매크로 모양이 전사될 가능성이 있다. 또한, β상이 응집하여 생성된 경우, 티타늄 합금판의 집합 조직이 변화할 가능성이 있다. 그 때문에, β상이 적은 쪽이 좋다.
본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판에 있어서의 α상의 체적률은, 바람직하게는 98.0％ 이상이고, 보다 바람직하게는, 99.0％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 100％(α상 단상)이다.
또한, 티타늄 합금판의 금속 조직은, 미 재결정부가 포함되지 않는 것이 바람직하다. 이러한 미 재결정부는, 일반적으로 조대해, 매크로 모양의 원인이 될 수 있다. 따라서, 티타늄 합금판의 금속 조직은, 바람직하게는 완전 재결정 조직이다. 재결정 조직이란 애스펙트비가 2.0 미만인 결정립을 포함하는 조직으로 한다. 미 재결정립의 유무는, 이하의 방법으로 확인할 수 있다. 즉, 애스펙트비가 2.0 이상인 결정립을 미 재결정립이라 하고, 그 유무를 확인한다. 구체적으로는, 티타늄 합금판을 절단한 단면을 화학 연마하고, 전자선 후방 산란 회절법; EBSD(Electron Back Scattering Diffraction Pattern)를 사용하여, 1 내지 2㎜×1 내지 2㎜의 영역을, 1 내지 2㎛의 스텝에서, 2 내지 10 시야 정도 측정한다. 그 후, EBSD에 의해 측정된 5°이상의 방위차 경계를 결정 입계로 하고, 이 결정 입계로 둘러싸인 범위를 결정립으로 하고, 결정립의 장축 및 단축을 구하여, 장축을 단축으로 나눈 값(장축/단축)을 애스펙트비로 해서 산출된다. 장축이란, α상의 입계상의 임의의 2점을 묶는 선분 중에서, 길이가 최대로 되는 것을 말하며, 단축이란, 장축에 직교하고, 또한 입계상의 임의의 2점을 묶는 선분 중에서, 길이가 최대가 됨을 말한다.
상술한 바와 같은 α상 단상의 금속 조직은, 상술한 바와 같은 티타늄 합금판의 화학 조성에 의해 달성할 수 있다.
티타늄 합금판의 금속 조직을 구성하는 각 상의 체적률은, SEM(Scaning Electron Microscopy)에 부속의 EPMA(Electron Probe Microanalyzer)(SEM/EPMA)에 의해, 용이하게 측정ㆍ산출할 수 있다. 상세하게는, 판의 임의의 단면에 대해, 경면까지 연마하고, 100배의 배율로, 표면으로부터 판 두께의 1/4의 위치의, 1㎜×1㎜의 영역을, 1 내지 2㎛의 스텝에서 2 내지 5 시야 정도, SEM/EPMA를 사용하여, Fe 혹은 그 밖의 β상 안정화 원소의 농도 분포를 측정한다. 이 Fe의 농도 또는 β상 안정화 원소의 합계 농도가, 측정 범위의 평균 농도보다도 1mass％ 이상 높은 점(농화부)을 β상이라고 정의하고, 면적률을 구한다. 면적률과 체적률은 동등한 것으로 해서, 얻어진 면적률을 β상의 체적률, β상 안정화 원소가 농화되지 않은 부분(농화부 이외)의 면적률을 α상의 체적률로 한다.
(1. 2. 2 결정립의 평균 입경 및 입경 분포)
다음에, 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판의 금속 조직에 포함되는 결정립의 평균 입경 및 입경 분포에 대해 설명한다.
먼저, 티타늄 합금판의 금속 조직의 결정립의 입경(결정 입경)이 조대하면, 그 결정립 그 자체가 모양이 되고, 구리박에 모양이 전사되므로, 결정 입경은 미세한 편이 좋다. 티타늄 합금판의 금속 조직의 결정립의 평균 결정 입경이 40㎛를 초과하면, 그 결정립 그 자체가 모양이 되고, 구리박에 모양이 전사되어 버린다. 이 때문에, 티타늄 합금판의 금속 조직의 결정립의 평균 결정 입경은, 40㎛ 이하로 한다. 이에 의해, 결정립이 충분히 미세해져, 매크로 모양의 발생이 억제된다. 티타늄 합금판의 금속 조직의 결정립의 평균 결정 입경은, 바람직하게는 38㎛ 이하, 보다 바람직하게는 35㎛ 이하이다.
한편, 티타늄 합금판의 금속 조직의 결정립의 평균 결정 입경의 하한값은 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 결정립이 매우 작은 경우에는, 열처리 시에 미 재결정부가 발생할 우려가 있다. 이 때문에, 결정립의 평균 결정 입경은, 바람직하게는 3㎛ 이상, 보다 바람직하게는 5㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 10㎛ 이상이다.
또한, 금속 조직에 있어서, β상이 존재하는 경우, β상의 평균 결정 입경은, 0.5㎛ 이하인 것이 바람직하다. β상의 입경이 큰 경우에는, 부식이나 연마에 의해, 티타늄 합금판에 큰 요철이 형성될 가능성이 있다. β상의 평균 결정 입경을, 0.5㎛ 이하로 함으로써, 부식이나 연마에 의한 요철의 형성을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명자들은, 티타늄 합금판의 금속 조직의 결정립이 단순히 미세한 것만으로는, 충분히 매크로 모양을 억제할 수 없는 것을 알아 내었다. 즉, 티타늄 합금판의 금속 조직의 결정립이 미세해도, 입경 분포가 넓은 경우, 조대한 결정립이 존재되어 버린다. 이러한 조대한 결정립과 미세한 결정립이 혼재된 부위가 존재하면, 입경의 차에 의해 매크로 모양이 발생할 수 있다. 이 때문에, 티타늄 합금판의 금속 조직의 결정립은, 미세할 뿐만 아니라, 입경 분포가 좁은, 즉 결정립의 입경이 균일한 것이 매크로 모양의 발생의 억제에 중요한 것을, 본 발명자들은 알아내었다.
구체적으로는, 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판에 있어서, 각각의 결정 입경(㎛)의 대수에 기초하는 입경 분포의 표준 편차는 0.80 이하이다. 결정립이 상술한 바와 같은 평균 입경과 함께, 이러한 입경 분포의 표준 편차를 충족함으로써, 금속 조직 중의 결정립이 충분히 미세하면서 또한 균일해진다. 그 결과, 티타늄 합금판을 드럼에 사용하였을 때, 매크로 모양의 발생이 억제된다.
이에 비하여, 결정 입경(㎛)의 대수에 기초하는 입경 분포의 표준 편차가, 0.80을 초과하면, 상술한 바와 같은 평균 결정 입경을 충족한 경우에도, 조대한 결정립이 발생되어 버려, 티타늄 합금판을 드럼에 사용하였을 때, 매크로 모양이 발생하기 쉬워진다.
결정 입경(㎛)의 대수에 기초하는 입경 분포의 표준 편차는, 평균 결정 입경을 D(㎛)로 하였을 때, 임계값(0.35×lnD-0.42) 이하인 것이 바람직하다.
티타늄 합금판의 금속 조직의 결정의 평균 결정 입경 및 입경 분포의 표준 편차는, 이하와 같이 하여 측정, 산출할 수 있다. 구체적으로는, 티타늄 합금판을 절단한 단면을 화학 연마하고, 전자선 후방 산란 회절법; EBSD(Electron Back Scattering Diffraction Pattern)를 사용하여, 1 내지 2㎜×1 내지 2㎜의 영역을, 1 내지 2㎛의 스텝에서 2 내지 10 시야 정도 측정한다. 결정 입경에 대해서는, EBSD에 의해 측정된 5°이상의 방위차의 경계를 입계로 하고, 이 입계로 둘러싸인 범위를 결정립이라고 하여 결정립의 면적으로부터 원 상당 입경(면적 A=π×(입경 D/2)2)을 구하여, 이 개수 기준의 평균값을 평균 결정 입경으로 한다. 또한, 결정 입경 분포에 의해 대수 정규 분포에 있어서의 표준 편차 σ를 산출할 수 있다. 그때, 각 결정립의 원 상당 입경 D를 자연 대수 lnD로 변환한 변환값의 분포 표준 편차 σ를 구한다.
일반적으로 금속 재료의 결정 입경 분포는 대수 정규 분포에 따르는 것이 알려져 있다. 따라서, 상술한 바와 같은 입경 분포의 표준 편차 산출에 있어서는, 얻어진 입경 분포를 대수 정규 분포에 규격화하고, 규격화한 대수 정규 분포로부터 표준 편차를 산출해도 된다.
(1. 2. 3 집합 조직)
<판 두께 방향에 대한 α상의 [0001] 방향이 이루는 각이 0°이상 40°이하인 결정립의 면적률이 70％ 이상>
티타늄의 α상의 결정 구조는 육방 최밀 충전 구조(hexagonal close-packed, hcp)를 취한다. hcp 구조의 티타늄은, 결정 방위에 의한 물성의 이방성이 크다. 구체적으로는, hcp 구조의 티타늄에서는, [0001] 방향(이하 c축 방향이라고도 함)으로 평행인 방향에서는 강도가 높고, c축 방향과 수직인 방향으로 근접할수록 강도가 낮다. 이 때문에, 티타늄 합금판이 상술한 바와 같은 결정립의 입경 분포를 충족시켜도, 예를 들어 결정 방위가 다른 결정의 집합체가 발생하면, 양쪽 집합체간에서의 가공성이 다르기 때문에, 구리박 제조 드럼 제조 시에 있어서, 연마 시의 가공성이 다르게 되어 버리는 경우가 있다. 이 경우, 얻어지는 드럼에 있어서 결정립에 가까운 사이즈에서의 매크로 모양으로서 인식되어버릴 우려가 있다. 그 때문에, 티타늄 합금판의 집합 조직의 결정 방위를 가능한 한 집적시킴으로써, 매크로 모양의 발생을 억제하는 것이 바람직하다.
또한, hcp 구조의 티타늄은, c축 방향으로 평행인 방향에서는 강도가 높다. 그 때문에, c축에 대해 수직인 면을 연마하면, 연마 후의 모양이 발생하기 어렵다. 이러한 관점에서, 티타늄 합금판의 집합 조직의 결정 방위에 대해, 연마면과 수직이 되도록, 즉 티타늄 합금판의 표면과 수직인 두께 방향(판면의 법선 방향: ND)과 병행이 되도록, 티타늄 합금판의 결정 격자의 c축을 배치하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판에서는, 판면의 법선 방향(ND)과 α상의 c축([0001] 방향)이 이루는 각 θ가 40°이하인 결정립의 면적률이, 모든 결정립의 면적에 대해 70％ 이상이다. 각 θ는, 도 4에 도시하는 각도이다.
ND와 α상의 c축과의 이루는 각 θ가 40°이하인 결정립의 면적률이 70％ 이상이면, 결정 방위가 집적되어, 인접하는 결정간의 결정 방위의 차를 작게 할 수 있다. 그 결과, 매크로 모양을 억제할 수 있다. 각 θ가 40°이하인 결정립의 면적률은, 모든 결정립의 면적률에 대해, 바람직하게는 72％ 이상이다. 상기 면적률은, 높으면 높을수록 좋다. 그 때문에, 특히 면적률의 상한은 정하지 않지만, 실질적으로 제조 가능한 것이 95％ 정도까지이다.
판 두께 방향에 대한 α상의 c축이 이루는 각 θ는, 판면의 법선 방향(ND)으로부터의 (0001) 극점도를 사용하여 산출할 수 있다. (0001) 극점도는, 티타늄 합금판의 시료의 관찰 표면을 화학 연마하고, EBSD를 사용하여 결정 방위 해석함으로써 얻어진다. 구체적으로는, 예를 들어 EBSD를 사용하여, 1 내지 2㎜×1 내지 2㎜의 영역을, 1 내지 2㎛의 간격으로 스캔함으로써, 도 5에 도시하는 바와 같은 결정 방위 맵이 얻어진다.
예를 들어, 도 5에 백색으로 나타낸 영역 G1은, ND와 α상의 c축과의 이루는 각 θ가 40°이하인 결정립을 나타내고, 흑색으로 나타낸 영역 G2는, α상의 c축과의 이루는 각 θ가 40°초과 60°미만의 결정립을 나타내고, 회색으로 나타낸 영역 G3은, α상의 c축과의 이루는 각 θ가 60°초과 90°이하의 결정립을 나타내고 있다. 그리고, 결정 방위 해석에 의해, (0001) 극점도를 작도할 수 있다. 도 6에 도시하는 바와 같이, (0001) 극점도에 있어서, 점선 b1로 둘러싸인 영역 R1은, 판 두께 방향(ND)과 결정립의 c축이 이루는 각 θ가 40°이하의 영역이며, 점선 b1과 점선 b2로 둘러싸인 영역 R2는, 각 θ가 40° 초과 60° 미만의 영역이며, 점선 b2보다 외측의 영역은, 각 θ가 60°이상 90°이하의 영역이다.
티타늄 합금판의 판 두께 방향(ND)과 α상의 c축과의 이루는 각 θ가 40°이하인 결정립의 면적률은, 이하와 같이 하여 산출할 수 있다. 티타늄 합금판을 절단한 단면을 화학 연마하고, EBSD를 사용하여 결정 방위 해석을 행한다. 티타늄 합금판 표면 하부 및 판 두께 중앙부의 각각에 대해, 1 내지 2㎜×1 내지 2㎜의 영역을 1 내지 2㎛의 스텝에서 2 내지 10 시야 정도 측정한다. 그 데이터에 대해, TSL솔루션즈제의 OIM Analysis 소프트웨어를 사용하여 ND와 c축과의 이루는 각이 40°이하인 측정점 데이터를 추출한다. 이상에 의해, 티타늄 합금판의 판 두께 방향(ND)과 α상의 c축과의 이루는 각 θ가 40°이하인 결정립의 면적률이 산출된다.
<판면의 법선 방향으로부터의 (0001) 극점도에 있어서, 전자선 후방 산란 회절(EBSD)법의 구면 조화 함수법을 사용한 극점도의 Texture 해석(전개 지수=16, 가우스 반값폭=5°)에 의해 산출되는 집적도의 피크가 판면의 법선 방향으로부터 30° 이내에 존재하며, 또한, (0001)면의 최대 집적도가 4.0 이상인 집합 조직을 갖는다>
본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판은, 판면(압연재라면 압연면)의 법선 방향(ND)으로부터의 (0001) 극점도에 있어서, 결정립의 집적도의 피크가 판면의 법선 방향(TD)으로부터 30° 이내에 존재하며, 또한, 최대 집적도가 4.0 이상인, 집합 조직을 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 결정립의 c축을 티타늄 합금판의 두께 방향(ND)에 가까운 부분에서 충분히 또한 집적시킬 수 있고, 티타늄 합금판을 구리박 제조 드럼에 사용하였을 때 결정 방위의 차에 기인하는 모양의 발생이 더 억제된다.
압연 등에 의하면, 결정립의 집적도의 피크는, 최종 압연 방향과 직각의 방향(최종 압연 폭 방향(TD))으로 기울기 쉽다. 그 때문에, 최종 압연 방향이 명확한 경우에는, 판면의 법선 방향(ND)으로부터의 (0001) 극점도에 있어서, 결정립의 집적도의 피크가, 판면의 법선 방향(ND)으로부터 최종 압연 폭 방향(TD)으로 30° 이내에 존재하면 된다.
(0001) 극점도는, 티타늄 합금판의 시료의 관찰 표면을 화학 연마하고, EBSD를 사용하여 결정 방위 해석함으로써 얻어진다. 예를 들어 상술한 바와 같이, 1 내지 2㎜×1 내지 2㎜의 영역을, 1 내지 2㎛의 간격(스텝)으로 스캔하고, (0001) 극점도를 작도할 수 있다. 이 때의, 가장 등고선이 높은 위치가 집적도의 피크 위치이며, 피크 위치 중 가장 집적도가 큰 값을 최대 집적도로 한다.
도 1에, 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판의 압연면에서 법선 방향(ND)으로부터의 (0001) 극점도의 일례를 나타낸다. 도 1에 있어서는, 검출된 극점이, 최종 압연 방향(RD) 및 최종 압연 폭 방향(TD)으로의 기울기에 따라 집적되고, (0001) 극점도에 집적도의 등고선이 그려져 있다. 그리고, 도 1 중, 등고선이 가장 높아지는 부위가 결정립의 집적도의 피크 P1, P2가 된다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 결정립의 피크 P1, P2가, 각각 ND(중심)로부터 30° 이내에 존재한다. 예를 들어 피크 P1의 경우, 도면 중 a가 30°이내로 된다(도 1의 P1과 같이, TD 방향으로부터 피크 위치가 약간 어긋나는 경우가 있지만, 10°이내의 어긋남은 허용되고, a가 30°이내라면 됨). 또한, 최대 집적도가 4.0 이상이다. 통상, 최대 집적도는, 결정립의 피크 P1 또는 P2의 집적도가 된다.
이에 비하여, (0001) 극점도에 있어서, 결정립의 집적도의 피크가 최종 압연 폭 방향(TD)에 대해 30° 이내에 존재하지 않는 경우, 결정 방위가 다른 결정립이 인접하기 쉬워져, 시인 가능한 매크로 모양이 발생하기 쉬워진다. 구체적으로는, 예를 들어 통상의 1축 압연의 티타늄 열간 압연판에서는, 통상 ND에 대해 hcp 구조의 c축이 최종 압연 폭 방향(TD)으로 35 내지 40°정도 기울어진 부위에 있어서 집적도가 피크가 되는 집합 조직이 형성된다. 그러나, 피크가 이 위치인 경우, 15 내지 20°더 기울어진 위치까지 결정 방위는 분포하기 때문에, 결정 방위가 다른 결정립이 인접하는 경우가 있어, 매크로 모양이 생기기 쉬워진다.
바람직한 최대 집적도는, 4.0 이상이다. 이에 의해, 결정 방위가 충분히 집적하고, 인접하는 결정간의 결정 방위의 차를 작게 할 수 있다. 최대 집적도는, 4.0 이상이 바람직하지만, 매크로 모양의 발생의 더 한층의 억제를 목적으로 하여, 보다 바람직하게는 5.0 이상, 더욱 바람직하게는 6.0 이상이다.
최대 집적도는, 클수록 바람직하고, 따라서 상한은 한정되지 않지만, 예를 들어 열간 압연에 의해 결정 방위를 제어하는 경우, 15 내지 20 정도가 상한이 될 수 있다.
(0001) 극점도에 있어서의 특정 방위의 집적도는, 그 방위를 갖는 결정립의 존재 빈도가, 완전히 랜덤한 방위 분포를 갖는 조직(집적도 1)에 대해, 몇배인지를 나타낸다. 이 집적도는, 전자선 후방 산란 회절(EBSD)법의 구면 조화 함수법을 사용한 극점도의 Texture 해석을 사용하여 산출할 수 있다(전개 지수=16, 가우스 반값폭=5°). 구체적으로는, 티타늄 합금판을 절단한 단면을 화학 연마하고, EBSD법에 의해, 1 내지 2㎜×1 내지 2㎜의 영역을 1 내지 2㎛의 스텝에서 2 내지 10 시야정도 측정한다. 그 데이터를 TSL솔루션즈제의 OIM Analysis 소프트웨어를 사용하여 구면 조화 함수법을 사용한 극점도의 Texture 해석에 의해 산출된다.
(1. 2. 4 쌍정)
티타늄에서는 소성 변형 시에 쌍정 변형이 생기는 경우가 있다. 쌍정 변형은 화학 조성 이외에도 결정 입경에도 의존하고, 입경이 클수록 발생하기 쉽다. 그 때문에, 쌍정이 생김으로써, 외견의 결정립 분포는 균일해지는 경우가 있다.
한편, 쌍정 변형이 생기면 결정 방위차가 커지고, 결정 방위가 크게 다른 결정립이 인접해 버려, 그 경계에서 연마성이 변화해 모양으로서 인식되게 된다. 그 때문에, 쌍정은 가능한 한 억제하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판은, 판 두께 방향 단면을 관찰했을 때, 표면으로부터 판 두께 1/4의 위치에 있어서의 판 두께 단면의 전체 결정 입계 길이에 대한 쌍정 입계 길이의 비율이 5.0％ 이하인 것이 바람직하다. 이에 의해, 쌍정에 기인하는 매크로 모양을 인식 불가능한 수준까지 저감할 수 있다. 전체 결정 입계 길이에 대한 쌍정 입계 길이의 비율은, 보다 바람직하게는 3.0％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 1.0％ 이하이다. 상기 비율의 하한은 0％여도 되지만, 티타늄 합금판의 교정 등의 가공에 의해 쌍정 변형이 불가피적으로 생기기 때문에, 완전히 쌍정을 배제하기는 곤란하다. 쌍정을 저감시키기 위해서는, 교정량을 저감시키는 것이 중요해서, 예를 들어 마무리의 판 형상을 가능한 한 평평하게 하는 것이 유효하다.
상기 비율의 산출에 있어서, 판 두께 단면의 전체 결정 입계 길이 및 쌍정 입계 길이는, 이하와 같이 하여 구할 수 있다. 먼저, 티타늄 합금판의 시료의 관찰 단면(두께 방향 단면)을 화학 연마하고, 전자선 후방 산란 회절법을 사용하여 결정 방위 해석한다. 시료의 티타늄 합금판 표면으로부터 판 두께의 1/4의 위치에 있어서 1 내지 2㎜×1 내지 2㎜의 영역을, 1 내지 2㎛의 간격으로 스캔하고, TSL솔루션즈제의 OIM Analysis 소프트웨어를 사용하여 역극점도 맵(IPF: inverse pole figure)을 작성한다. 그때, 티타늄에서 발생한 (10-12)쌍정, (10-11)쌍정, (11-21)쌍정, (11-22)쌍정의 회전축 및 결정 방위차(회전각)의 이론값으로부터 2°이내를 쌍정 계면으로 간주한다(예를 들어, (10-12)쌍정의 경우, 회전축 및 결정 방위차(회전각)의 이론값은, 각각 <11-20> 및 85°). 그리고, 결정 방위차(회전각)가 2°이상의 입계를 전체 결정 입계 길이로 하고, 전체 결정 입계 길이에 대한 쌍정 입계 길이의 비율을 산출한다. 표면으로부터 판 두께의 1/4의 위치에 있어서의 쌍정 입계를 관찰하는 것은, 당해 위치가 티타늄 합금판의 조직을 충분히 대표할 수 있기 때문이다. 또한, 티타늄 합금판의 표면은, 연마 등에 의해 조직을 충분히 대표하지 못할 가능성이 있기 때문이다.
(1. 3 표면 경도)
티타늄 합금판의 드럼 표면이 되는 면의 표면 경도(비커스 경도)는, 특별히 한정되지는 않지만, HV110 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 티타늄 합금판을 사용하여 드럼을 제조하고, 표면을 연마할 때 균일한 연마가 가능해지고, 매크로 모양을 한층 더 억제할 수 있다. 티타늄 합금판의 표면 경도(비커스 경도)는, 보다 바람직하게는 HV112 이상, 더욱 바람직하게는 HV115 이상이다.
또한, 티타늄 합금판의 드럼 표면이 되는 면의 표면 경도(비커스 경도)의 상한은, 특별히 한정되지는 않지만, 표면 경도가 HV350 초과이면, 연마의 횟수가 증가하고, 시간을 요하는 것이 되기 때문에, 드럼의 생산성이 저하된다. 그 때문에, 350HV 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 300HV 이하, 더욱 바람직하게는 250HV 이하이다. 또한, 티타늄 합금판의 교정시에 필요한 가공량을 충분히 작게 하는 경우, HV160 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 HV155 이하, 더욱 바람직하게는 HV150 이하이다.
티타늄 합금판의 표면 경도는, 티타늄 합금판 표면을 경면이 될 때까지 연마한 후, JIS Z 2244:2009에 준거하여 비커스 경도 시험기를 사용하여 하중 1kg으로 3 내지 5점 측정하고, 그의 평균값으로 할 수 있다.
(1. 4 두께)
본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판의 두께는, 특별히 한정되지 않고 제조되는 드럼의 용도, 사양 등에 맞추어 적절하게 설정할 수 있다. 구리박 제조 드럼의 재료로서 사용되는 경우, 구리박 제조 드럼의 사용에 수반하여, 판 두께가 감소하기 때문에, 티타늄 합금판의 두께는 4.0㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 6.0㎜ 이상으로 해도 된다. 티타늄 합금판의 두께의 상한은, 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들어 15.0㎜이다.
이상 설명한 본 실시 형태에 있어서는, 티타늄 합금판의 화학 조성을, 입성장을 억제하고, 또한, 열간 압연 후의 변형이 작아지는 화학 조성으로 함과 함께, 결정을 미세뿐만 아니라 소정의 표준 편차 내에 드는 균일한 크기로 하고, 또한, 결정 구조가 육방 최밀 충전 구조인 α상을 포함하고, 판 두께 방향에 대한 α상의 [0001] 방향이 이루는 각이 0°이상 40°이하인 결정립의 면적률을 70％ 이상으로 하고 있다. 따라서, 구리박 제조용 드럼에 사용하였을 때 매크로 모양의 발생을 충분히 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판은, Al을 1.8％ 초과 7.0％ 이하 함유하는 경우, 티타늄 합금판의 영률이 향상된다. 그 결과, 구리박 제조 드럼 제조에 있어서, 코어재의 표면으로의 티타늄 합금판의 수축 끼워 맞춤성이 향상되고, 구리박 제조 드럼의 생산성이 향상된다.
도 2에 일례로서 티타늄 합금판의 표면의 매크로 모양의 사진을 나타낸다. 「매크로 모양」이란 도 2에 도시하는 바와 같이 압연 방향으로 평행하게, 수 ㎜ 길이의 줄무늬상으로 색이 다른 부위가 발생하는 것을 가리킨다(참고를 위해, 도 3에, 도 2의 매크로 모양의 위치를 알 수 있도록 매크로 모양을 강조한 도면을 나타냄). 이와 같은 모양이 다량으로 발생하면, 최종적으로 제조하는 구리박에 모양이 전사되어 버린다.
매크로 모양에 대해서는, 구리박의 제조 공정에서 생기지만, 티타늄 합금판에 있어서의 매크로 모양이 생기기 쉬움(동일한 조건에서의 매크로 모양의 발생 비율)에 대해서는, 티타늄 합금판의 표면을 #800의 사포에 의해 연마하고, 질산 10％, 불산 5％ 용액을 사용하여 표면을 부식시키고, 관찰함으로써, 평가할 수 있다.
<구리박 제조 드럼>
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판은, 구리박 제조용 드럼에 사용하였을 때 매크로 모양의 발생을 충분히 억제 가능하고, 구리박 제조 드럼의 재료로서 적합하다.
도 8을 참조하여, 본 실시 형태에 관한 구리박 제조 드럼(20)은, 전착 드럼의 일부이며, 원통상의 이너 드럼(21)과, 상기 이너 드럼(21)의 외주면에 피착된 티타늄 합금판(22)과, 상기 티타늄 합금판(22)의 맞댐부에 마련된 용접부(23)를 갖고, 상기 티타늄 합금판(22)이, 상술한 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판이다.
즉, 본 실시 형태에 관한 구리박 제조 드럼(20)은, 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판을 사용하여 제조된 구리박 제조 드럼이다. 본 실시 형태에 관한 구리박 제조 드럼(20)은, 구리박이 석출되는 드럼의 표면에, 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판을 사용하고 있으므로, 매크로 모양의 발생이 억제되고, 고품질의 구리박을 제조할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 구리박 제조 드럼의 사이즈는 특별히 제한되지 않지만, 드럼의 직경은, 예를 들어 1 내지 5m이다.
이너 드럼(21)은 공지된 것이면 되고, 그 소재는, 티타늄 합금판이 아니어도 되고, 예를 들어 연강이나 스테인리스강이어도 된다.
티타늄 합금판(22)은, 원통상의 이너 드럼(21)의 외주면에 감아, 맞댐부를 용접함으로써, 이너 드럼에 피착된다. 그 때문에, 맞댐부에는 용접부(23)가 존재한다.
본 실시 형태에 관한 구리박 제조 드럼의 용접부는, 금속 조직이 체적률로, 98.0％ 이상의 α상을 갖고, JIS G 0551:2013에 준거한 입도 번호로, 6 이상 11 이하이다. 입도 번호는, 바람직하게는 7 이상 10 이하이다.
용접부의 금속 조직의 결정립의 입경(결정 입경)이 조대하면, 그 결정립 그 자체가 모양으로 되어, 구리박에 모양이 전사된다. 용접부의 금속 조직에 있어서 결정립이 이렇게 미세함으로써, 결정립에 기인하는 모양의 발생이 억제된다.
용접부의 금속 조직의 결정립의 입도 번호는, JIS G 0551:2013에 따라, 비교법, 계수 방법 및 절단법에 의해 측정 가능하다.
본 실시 형태에 관한 구리박 제조 드럼(20)의 용접부(23)는, 예를 들어 이하의 금속 조직을 갖는다.
용접부의 금속 조직은, α상 주체인, 즉 주로 α상을 포함한다. β상은, α상보다도 우선적으로 부식된다. 이 때문에, 균일한 부식을 달성하고, 매크로 모양의 발생을 억제하는 관점에서는, β상은 적은 쪽이 바람직하다. 한편, β상이 소량 존재하는 경우, 열처리 시의 결정립 성장을 억제할 수 있기 때문에, 균일하고 또한 미세한 결정 입경을 얻을 수 있다. 이러한 관점에서, 용접부의 금속 조직은, β상의 체적률은, 2.0％ 이하인 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서, 티타늄 합금판의 금속 조직의 잔부는 α상이다. β상의 체적률은 바람직하게는 1.0％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 용접부의 집합 조직은 α단상이다. 또한, 본 실시 형태에 관한 용접부의 금속 조직에 있어서의 α상의 체적률은, 바람직하게는 98.0％ 이상, 보다 바람직하게는 99.0％ 이상, 더욱 바람직하게는 100％이다.
용접부의 금속 조직을 구성하는 각 상의 체적률은, 모재부와 마찬가지의 방법으로 구할 수 있다.
또한, 용접부와 드럼 모재의 경도 차가 크면 연마시에 단차가 생기는 경우가 있다. 그 때문에, 용접부와 드럼 모재의 경도(비커스 경도)의 차는 ±25 이하인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 ±15 이하이다. 이에 의해, 티타늄 합금판을 사용하여 드럼을 제조하고, 표면을 연마할 때 균일한 연마가 가능해지고, 매크로 모양을 한층 더 억제할 수 있다. 용접부의 경도는, 예를 들어 HV110 이상, 보다 바람직하게는 HV112 이상, 더욱 바람직하게는 HV115 이상이다.
용접부의 경도는, 용접부 표면을 경면이 될 때까지 연마한 후, JIS Z 2244:2009에 준거하여 비커스 경도 시험기를 사용하여 하중 1kg으로 3 내지 5점 측정하고, 그의 평균값으로 할 수 있다.
또한, 형성되는 용접부의 결정 입경과 티타늄 합금판의 결정 입경의 차(입도 번호의 차)는, -1.0 이상 1.0 이하인 것이 바람직하다. 용접부와 그 외의 부위에 있어서의 결정 입경의 차가 작아짐으로써, 보다 확실하게 매크로 모양의 발생이 억제된다.
<2. 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판의 제조 방법>
이상 설명한 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판은, 어떤 방법에 의해 제조되어도 되지만, 예를 들어 이하에 설명하는 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판의 바람직한 제조 방법은,
(I) 상술한 화학 조성을 갖는 티타늄 합금을, 750℃ 이상 950℃ 이하의 온도에서 가열하는 제1 공정(가열 공정)과,
(II) 가열 공정 후에 압연하고, 티타늄 합금판으로 하는 제2 공정(압연 공정)과,
(III) 압연 공정 후의 티타늄 합금을 어닐링하는 제3 공정(어닐링 공정)
을 갖는다. 이하, 각 공정에 대해 설명한다.
(2. 1 티타늄 합금판의 소재의 준비)
먼저, 상술한 각 공정에 앞서, 티타늄 합금판의 소재를 준비한다. 소재로서는, 상술한 화학 조성의 것을 사용할 수 있고, 공지된 방법에 의해 제조된 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 스폰지 티타늄으로부터 진공 아크 재용해법이나 전자 빔 용해법 또는 플라스마 용해법 등의 노상 용해법 등의 각종 용해법에 의해 잉곳을 제작한다. 다음에, 얻어진 잉곳을 α상 고온 영역이나 β상 단상 영역의 온도에서 열간 단조 또는 압연함으로써, 소재를 얻을 수 있다. 소재에는, 필요에 따라 세정 처리, 절삭 등의 전처리가 실시되어 있어도 된다. 또한, 노상 용해법으로 열연 가능한 직사각형의 슬래브 형상을 제조한 경우에는, 열간 단조 등을 행하지 않고 직접 하기의 제1 공정 및 제2 공정(가열, 열간 압연)에 제공해도 된다.
(2. 2 제1 공정)
본 공정은, 티타늄재의 열간 압연에 앞서 행하는 가열 공정이다. 본 공정에 있어서는, 티타늄 합금판의 소재를 750℃ 이상 950℃ 이하의 온도에서 가열한다. 가열 온도가 750℃ 이상인 것에 의해, 제2 공정의 열간 압연에 있어서 티타늄 합금판의 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 가열 온도가 950℃ 이상인 것에 의해, 제2 공정의 열간 압연에 있어서 hcp 구조의 c축이 판 폭 방향으로 배향하는 집합 조직(T-texture)이 생성되는 것을 방지할 수 있다.
이에 반하여, 가열 온도가 750℃ 미만이면, 예를 들어 열간 단조, 주조 등에 있어서 조대 입자가 생기고 있는 경우, 제2 공정의 열간 압연에 있어서 당해 조대 입자를 기점으로 하여 티타늄 합금판에 균열이 발생되어 버리는 경우가 있다.
또한, 가열 온도가 950℃를 초과하면, 제2 공정의 열간 압연에 있어서 hcp 구조의 c축이 판 폭 방향으로 배향하는 조대한 집합 조직(T-texture)이 생성된다. 이 경우, 상술한 바와 같은 판 두께 방향에 대한 α상의 [0001] 방향이 이루는 각이 0°이상 40°이하인 결정립의 면적률이 70％ 이상인 조직이 얻어지지 않는다. 가열 온도가 950℃ 이하인 것에 의해, T-texture의 생성을 방지할 수 있다. 따라서, 가열 온도는 950℃ 이하이다. 가열 온도는, 바람직하게는 β 변태점 이하, 보다 바람직하게는, 900℃ 이하 또는 (β 변태점 -10℃) 이하이다.
또한, 판면의 법선 방향으로부터의 (0001) 극점도에 있어서 결정립의 집적도의 피크가 최종 압연 폭 방향에 대해 30° 이내에 존재하며, 또한, 최대 집적도가 4.0 이상인 집합 조직을 얻기 위해서는, 가열 온도는 900℃ 이하인 것이 바람직하고, 특히 Al 함유량이 3.0％ 이하인 경우에는, 가열 온도는 880℃ 이하가 바람직하다.
본 실시 형태에 있어서, 「β 변태점」은, 티타늄 합금을 β상 단상 영역으로부터 냉각하였을 때 α상이 생성되기 시작하는 경계 온도를 의미한다. β 변태점은, 상태도로부터 취득할 수 있다. 상태도는, 예를 들어 CALPHAD(Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry)법에 의해 취득할 수 있다. 구체적으로는, Thermo-Calc Sotware AB사의 통합형 열역학 계산 시스템인 Thermo-Calc 및 소정의 데이터베이스(TI3)를 사용하여 CALPHAD법에 의해, 티타늄 합금의 상태도를 취득하고, β 변태점을 산출할 수 있다.
(2. 3 제2 공정)
본 공정에서는, 가열된 티타늄 합금판의 소재를 압연(열간 압연)한다. 그리고, 본 공정에 있어서, 합계의 압하율을 80％ 이상으로 하며, 또한, 합계의 압하율 중 200℃ 이상 650℃ 이하에 있어서의 압연의 압하율이 차지하는 비율을, 5％ 이상 70％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 결정립이 상술한 바와 같이 균일하게 미세화되고, 또한, hcp 구조의 c축이 판 두께 방향을 따라 고도로 집적된 집합 조직이 얻어진다. 본 공정에 있어서의 열간 압연 개시 온도는, 기본적으로는 상기 가열 온도가 된다.
합계의 압하율이 80％ 이상인 것에 의해, 열간 단조, 주조 등에 있어서 생긴조대 입자를 충분히 미세화할 수 있음과 함께, T-texture가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 합계의 압하율이 80％ 미만이면, 열간 단조, 주조 등에 있어서 생긴 조직이 잔존하고, 조대 입자를 형성하거나, T-texture가 발생하거나 하는 경우가 있다. 이러한 조직이 생긴 경우, 제조되는 드럼에 있어서 매크로 모양이 발생되어 버린다.
본 공정에 있어서의 합계의 압하율은, Al 함유량 3.0％ 이하인 경우에는, 85％ 이상이 바람직하다. 또한, 압하율은, 높으면 높을수록 조직이 좋아지므로, 필요해지는 제품 사이즈 및 제조 밀의 특성에 맞추어 정하면 된다.
또한, 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금의 제조 방법에 있어서는, 합계의 압하율 중, 200℃ 이상 650℃ 이하에 있어서의 티타늄 합금판의 압연의 압하율이 차지하는 비율을, 5％ 이상 70％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 특히 Al 함유량이 적은(예를 들어 3.0％ 이하) 경우에는, 상기를 충족하는 것이 바람직하다.
전(全)압연을 650℃ 초과로 행한 경우 등, 합계의 압하율 중, 200℃ 이상 650℃ 이하에 있어서의 티타늄 합금판의 압연의 압하율이 차지하는 비율이 5％ 미만인 경우, 이 온도 영역에서의 압하량이 충분하지 않고, 그 후의 냉각 시에 회복이 생기고, 변형량이 적은 부분이 발생한다. 그 때문에, 열연 후의 열처리에 의해 결정 입경의 변동이 커진다. 결정 입경의 변동은 특히 결정립 성장을 억제하는 Al 함유량이 적은 경우에 생기기 쉽다.
또한, 200℃ 이상 650℃ 이하에 있어서의 티타늄 합금판의 압연의 압하율이 차지하는 비율을, 5％ 이상 70％ 이하로 함으로써, 결정 구조가 육방 최밀 충전 구조인 α상을 포함하고, 판 두께 방향에 대한 α상의 [0001] 방향이 이루는 각이 0°이상 40°이하인 결정립의 면적률이 70％ 이상인 조직 및/또는 판면의 법선 방향으로부터의 (0001) 극점도에 있어서 결정립의 집적도의 피크가 최종 압연 폭 방향에 대해 30° 이내에 존재하며, 또한, 최대 집적도가 4.0 이상인 집합 조직이 얻어지기 쉬워진다.
한편, 전압연을 200℃ 미만으로 행한 경우 등에서, 합계의 압하율 중 200℃ 이상 650℃ 이하에 있어서의 티타늄 합금판의 압연의 압하율이 차지하는 비율이 5％ 미만인 경우, 판 형상이 불안정해진다. 이 경우, 그 후의 교정에 있어서의 가공량이 커지고, 변형이 도입되고, 교정부와 그 이외의 부분에서 변형량의 차가 커지고, 그 후의 열처리에서 결정 입경의 변동이 커진다. 또한, 열처리 후에 더 교정하면, 변형이 영향받고, 그 부분만이 부식되기 쉬워져 매크로 모양의 원인이 될 우려가 있다. 합계의 압하율 중 200℃ 이상 650℃ 이하에 있어서의 티타늄 합금판의 압연의 압하율이 차지하는 비율은, 바람직하게는 10％ 이상, 보다 바람직하게는 15％ 이상이다.
한편, 전압연을 650℃ 이하로 행한 경우 등, 합계의 압하율 중 200℃ 이상 650℃ 이하에 있어서의 티타늄 합금판의 압연의 압하율이 차지하는 비율이 70％를 초과하면, 판 형상이 불안정해진다. 이 경우, 그 후의 교정에 있어서의 가공량이 커지고, 변형이 도입되고, 교정부와 그 이외의 부분에서 변형량의 차가 커지고, 그 후의 열처리에서 결정 입경의 변동이 커진다. 또한, 열처리 후에 더 교정하면, 변형이 영향받고, 그 부분만이 부식되기 쉬워져, 매크로 모양의 원인이 될 우려가 있다.
그 때문에, 합계의 압하율 중 200℃ 이상 650℃ 이하에 있어서의 티타늄 합금판의 압연의 압하율이 차지하는 비율은, 70％ 이하가 바람직하다. 보다 바람직하게는 65％ 이하, 더욱 바람직하게는 60％ 이하이다.
본 공정에 있어서의 열간 압연 완료 시의 티타늄 합금판의 표면 온도는 200℃ 이상인 것이 바람직하다. 열간 압연 완료 시의 티타늄 합금판의 표면 온도를 200℃ 이상으로 함으로써 티타늄 합금판의 형상이 불안정해지는 것을 억제할 수 있고, 그 후의 교정에 의한 가공량을 저감할 수 있다. 이에 의해 티타늄 합금판에 도입되는 변형량이 적어지고, 그 후의 열처리에서 발생할 수 있는 결정 입경의 변동이 작아진다. 또한, 변형이 도입되면, 그 부분만이 부식되기 쉬워져 매크로 모양의 원인이 될 우려가 있지만, 열간 압연 완료 시의 티타늄 합금판의 표면 온도를 200℃ 이상으로 함으로써 교정 시의 가공량을 저감시킬 수 있고, 티타늄 합금판에 도입되는 변형량이 적어지고, 매크로 모양을 억제할 수 있다. 열간 압연 완료 시의 티타늄 합금판의 표면 온도는, 바람직하게는 300℃ 이상이다.
또한, 본 공정에 있어서, 압연은, 티타늄 합금판의 길이 방향으로 연신되는 일방향 압연이어도 되지만, 길이 방향에서의 압연 이외에도, 당해 길이 방향과 직교하는 방향에서의 압연을 행해도 된다. 이에 의해, 얻어지는 티타늄 합금판에 있어서, 집합 조직의 집적도를 한층 더 높일 수 있다.
구체적으로는, 최종 압연 방향에서의 압연에 의한 압하율을 L(％), 최종 압연 방향과 직교하는 방향에서의 압연에 의한 압하율을 T(％)로 하였을 때, L/T가 1.0 이상 10.0 이하인 것이 바람직하다. 이에 의해, 얻어지는 티타늄 합금판에 있어서, 집합 조직의 집적도를 한층 더 높일 수 있다. L/T는, 보다 바람직하게는 1.0 이상 5.0 이하이다.
본 공정에 있어서, 200℃ 이상 650℃ 이하에 있어서의 압연을 실시함에 있어서, 일정 시간 유지하여 티타늄 합금판이 냉각되는 것을 기다려도 된다.
본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판의 제조 방법에서는, 제2 공정 중에, 재가열하여 압연을 행하지 않은 것이 바람직하다. 이에 의해, 압연에 있어서 생긴 변형을 재가열에 의해 해방하는 것이 방지되고, 안정적으로 티타늄 합금판에 변형을 부여할 수 있다. 이 결과, 티타늄 합금판의 집합 조직의 집적도를 높일 수 있음과 함께, 후술하는 열처리시의 부분적인 이상립 성장을 억제할 수 있다.
제2 공정 후, 냉간 압연을 행해도 된다. 냉간 압연은, 200℃ 이하의 온도에서의 압연이며, 일방향 압연 또는 크로스 압연에 의해 행해져도 된다. 압하율은 10％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 압하율을 10％ 이상으로 함으로써 변형을 균일하게 도입할 수 있고, 그 후의 열처리에서 생길 수 있는 결정 입경의 변동을 작게 할 수 있다.
냉간 압연을 행하는 경우, 미리 열간 압연 후의 티타늄 합금판 표면의 산화 스케일의 제거를 행한다. 산화 스케일의 제거는, 예를 들어 쇼트 블라스트, 쇼트 블라스트에 이은 산세에 의해 행해도 되고, 절삭 등의 기계 가공에 의해 행해도 된다. 산화 스케일의 제거 전에, 필요에 따라, β 변태점 미만의 온도에서 어닐링을 행해도 된다. 이와 같은 어닐링은, 바람직하게는 (β 변태점 -50)℃ 이하에서 행하는 편이 좋다.
냉간 압연을 행하는 경우, 티타늄 합금판의 Al 함유량이 너무 많으면, 냉연성이 부족하고, 티타늄 합금판이 갈라질 가능성이 있다. 그 때문에, 냉간 압연을 행하는 경우의 티타늄 합금판의 Al 함유량은, 3.5％ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 전체 결정 입계 길이에 대한 쌍정 입계 길이의 비율을 작게 하는 경우에는, 냉간 압연은 행하지 않는 것이 바람직하다.
(2. 4 제3 공정)
본 공정에서는, 티타늄 합금판을 600℃ 이상 β 변태점℃ 이하의 온도에서 20분 이상의 시간, 열처리(어닐링)한다. 이에 의해, 미 재결정립을 미세한 재결정립으로서 석출시킬 수 있고, 얻어지는 티타늄 합금판의 금속 조직 중의 결정을 균일하면서 또한 미립으로 할 수 있다. 이 결과, 매크로 모양의 발생을 보다 확실하게 억제할 수 있다.
구체적으로는, 티타늄 합금판을 600℃ 이상의 온도에서 20분 이상 열처리함으로써, 미 재결정립을 충분히 재결정립으로서 석출시킬 수 있다. 어닐링 온도는, 바람직하게는 650℃ 이상이다. 결정립의 조대화를 억제하는 관점에서, 어닐링 온도를 β변태점 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 800℃ 이하이다.
어닐링 시간의 상한은 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들어 5시간 이하이다. 특히 결정립 성장 억제 효과를 갖는 Al 함유량이 적은 경우 등은, 결정립의 조대화를 억제하는 관점에서, 어닐링 시간을 90분 이하로 하는 것이 바람직하다.
열처리는, 대기 분위기, 불활성 분위기 또는 진공 분위기 중 어느 것으로 행해도 된다. 단, 티타늄 합금판에 산화 스케일이 형성되는 경우에는, 산화 스케일의 제거를 행한다. 산화 스케일의 제거는, 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 쇼트 블라스트, 쇼트 블라스트에 이은 산세에 의해 행해도 되고, 연마나 절삭 등의 기계 가공에 의해 행해도 된다. 단, 쇼트 블라스트는, 티타늄 합금판에 변형이 도입될 가능성이 있기 때문에, 쇼트 블라스트에 의한 산화 스케일의 제거는 피하는 편이 좋다.
또한, 어닐링 방법은, 특별히 제한되지 않고, 연속식 가열 방식이어도 되고, 배치식 가열 방식이어도 된다.
(2. 5 후처리 공정)
후 처리로서는, 산세나 절삭에 의한 산화 스케일 등의 제거나, 세정 처리 등을 들 수 있고, 필요에 따라 적절하게 적용할 수 있다. 혹은, 후처리로서, 티타늄 합금판의 교정 가공을 행해도 된다. 교정 가공은, 예를 들어 진공 크리프 교정(VCF; Vacuum creep flattening)에 의해 행할 수 있다.
이상, 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판의 제조 방법에 대해 설명하였다.
다음에, 본 실시 형태에 관한 구리박 제조 드럼의 제조 방법에 대해 설명한다.
본 실시 형태에 관한 구리박 제조 드럼의 제조 방법은, 원통상으로 가공한 본 실시 형태에 관한 티타늄 합금판의 인접하는 2개의 단부를 후술하는 용접용 티타늄 선재(본 실시 형태에 관한 용접용 티타늄 선재)를 사용하여 용접하는 공정(용접 공정)을 갖는다.
티타늄 합금판의 원통상으로의 가공, 용접 조건 등은, 공지된 방법으로 할 수 있다.
용접 시에는, 예를 들어 원통상으로 가공한 티타늄 합금판의 인접하는 2개의 단부를 상술한 용접용 티타늄 선재를 사용하여 덧땜 용접하여, 용접부(덧땜 용접부)를 형성한다. 여기서, 용접부에 대해, 냉간 또는 온간에 의한 가공을 행하기 위해, 덧땜부에 예비덧땜을 행하는 것이 바람직하다. 예비덧땜의 두께는, 예를 들어 티타늄 합금판의 두께의 10 내지 50％로 할 수 있다.
또한, 덧땜 용접부에 대해서는, 냉간 또는 200℃ 이하의 온간에서 압하해도 된다. 이에 의해 덧땜 용접부의 응고 조직을 균일한 미세 등축 조직으로 할 수 있다. 높은 가공률에 의한 부스러기의 발생을 방지하며, 또한 응고 조직을 확실히 균일한 미세 등축 조직으로 하기 위해, 압하율은, 10％ 이상 50％ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 용접 후에, 열처리(어닐링)을 행해도 된다. 열처리는, 예를 들어 500℃ 이상 850℃ 이하의 온도에서, 1분 이상 10분 이하 행할 수 있다. 열처리를 850℃ 이하에서 10분 이하 행함으로써, 결정립의 조대화나, 결정립의 일부가 조대화되는 것을 방지하고, 균일한 미립 결정 조직을 얻을 수 있다.
다음에, 본 실시 형태에 관한 구리박 제조 드럼의 제조에 사용하는 용접용 티타늄 선재에 대해 설명한다.
<용접용 티타늄 선재>
본 실시 형태에 관한 용접용 티타늄 선재는, 구리박 제조 티타늄 드럼을 제조하기 위해 사용될 수 있고, 더 구체적으로는 원통상으로 굽힘 가공한 티타늄 합금판의 인접하는 단부를 용접하기 위해 사용된다.
본 실시 형태에 관한 용접용 티타늄 선재는, 질량％로,
Sn, Zr 및 Al으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상: 합계로 0.2％ 이상 6.0％ 이하
O: 0.01％ 이상 0.70％ 이하,
N: 0.100％ 이하,
C: 0.080％ 이하,
H: 0.015％ 이하, 및
Fe: 0.500％ 이하를 포함하고,
잔부가 Ti 및 불순물을 포함하는 화학 조성을 갖는 것이 바람직하다.
Sn, Zr 및 Al으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 함유량은, 합계 0.2질량％ 이상 6.0질량％ 이하이다. 이에 의해, 얻어지는 용접부의 금속 조직을 α상 주체로 할 수 있고, β상의 생성을 억제할 수 있는 점에서, 용접부의 내부식성을 향상시킬 수 있다. 나아가, 얻어지는 용접부의 금속 조직 중의 결정립을 충분히 미세하게 할 수 있고, 결정립에 기인하는 매크로 모양의 발생을 억제할 수 있다.
이에 반하여, Sn, Zr 및 Al으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 함유량이 합계 0.2질량％ 미만인 경우, 얻어지는 용접부의 금속 조직 중의 결정립에 조대한 입자가 발생하는 경우가 있고, 매크로 모양의 발생을 억제할 수 없다. Sn, Zr 및 Al으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 함유량은, 바람직하게는 합계 0.3질량％ 이상, 보다 바람직하게는 합계 0.4질량％ 이상이다.
또한, Sn, Zr 및 Al으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 함유량이 합계 6.0질량％를 초과하면, 상술한 Sn, Zr 및 Al을 과잉으로 함유함으로써 발생하는 악영향에 의해 얻어지는 용접부에 있어서 매크로 모양의 발생을 억제할 수 없다. Sn, Zr 및 Al으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 함유량은, 바람직하게는 합계 5.5질량％ 이하, 보다 바람직하게는 합계 5.0질량％ 이하이다.
상술한 원소 중, Sn은, 중성 원소이며, 용접용 티타늄 선재에 함유시킴으로써 용접부의 결정립의 성장을 억제할 수 있는 원소이다. 안정적으로 결정립의 성장을 억제하기 위해, Sn 함유량은, 바람직하게는 0.2질량％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.3질량％ 이상이다.
한편, Sn을 과잉으로 첨가하면 화학 조성에 따라서는 용접용 티타늄 선재의 길이 방향으로 편석하고, 비드 용접부에 농도 유래의 매크로 모양을 형성하는 경우가 있다. 이 때문에, Sn 함유량은, 바람직하게는 6.0질량％ 이하이고, 보다 바람직하게는 5.5질량％ 이하이다.
Zr도, 중성 원소이며, 용접용 티타늄 선재에 함유시킴으로써 결정립 성장을 억제할 수 있는 원소이다. 안정적으로 결정립 성장을 억제하기 위해, Zr 함유량은, 바람직하게는 0.2질량％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.3질량％ 이상이다.
한편, Zr을 과잉으로 첨가하면 화학 조성에 따라서는 변태 온도 부근의 α+β 영역이 넓어져, 구리박 제조 티타늄 드럼의 제조 시에 있어서의 열처리에 있어서 β상이 석출되기 쉬워진다. 또한, 응고 편석에 의해 표면의 강도에 차가 생기는 결과, 구리박 제조 티타늄 드럼의 표면 연마시에 매크로 모양이 발생하는 경우가 있다. 이 때문에, Zr 함유량은, 바람직하게는 5.5질량％ 이하이고, 보다 바람직하게는 5.0질량％ 이하이다.
Al은, α 안정화 원소이며, Sn이나 Zr과 마찬가지로 용접용 티타늄 선재에 함유시킴으로써 결정립의 성장을 억제할 수 있음과 함께, 용접용 티타늄 선재 및 이를 사용하여 형성되는 용접부의 강도의 향상에 기여한다. 안정적으로 결정립 성장을 억제하기 위해, Al 함유량은, 바람직하게는 0.2질량％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.3질량％ 이상이다.
한편, Al 함유량이 과잉이면, 화학 조성에 따라서는 고온 강도의 상승이 커지고, 용접용 티타늄 선재의 응고 조직(용접부)의 열처리 전의 가공에 있어서 반력이 너무 커져 가공 균열이 생길 수 있는, 또한, 용접부와 모재의 경도의 차가 커지고, 구리박 제조 티타늄 드럼의 연마ㆍ정면시에 있어서 단차가 생길 수 있다. 이 때문에, Al 함유량은, 바람직하게는 5.0질량％ 이하, 보다 바람직하게는 4.5질량％ 이하이다.
상술한 바와 같이 Al은, 용접부의 강도의 향상에 기여할 수 있는 원소이며, 용접부의 경도를 상승시킨다. 이 때문에, 용접부의 경도 상승을 억제하는 경우, Sn 및/또는 Zr과 함께 함유시키는 것이 바람직하다.
이러한 경우, 예를 들어 Sn과 Al의 합계의 함유량은 0.2질량％ 이상 6.0질량％ 이하, 바람직하게는 0.3질량％ 이상 5.5질량％ 이하이다. 또한, 예를 들어 Zr과 Al의 합계의 함유량은, 0.2질량％ 이상 6.0질량％ 이하, 바람직하게는 0.3질량％ 이상 5.5질량％ 이하이다.
상술한 Sn, Zr 및 Al은, 합계로 상술한 양 함유되어 있으면 되고, 어느 1종 또는 2종이 용접용 티타늄 선재 중에 포함되어 있지 않아도 된다.
O는, α 안정화 원소이며, 고온 강도의 상승을 억제하면서 상온에서의 강도를 향상시킬 수 있고, 용접부의 경도를 향상시킬 수 있다. 이 효과를 얻기 위해, O 함유량은, 0.01질량％ 이상으로 한다. 용접부의 경도를 제어하는 관점에서는, O 함유량은, 바람직하게는 0.015질량％ 이상, 보다 바람직하게는 0.02질량％ 이상이다.
한편, O 함유량이 0.70질량％ 초과하면, 용접 시에 덧땜 가공에서의 균열이 생겨 버린다. 그 때문에, O 함유량은 0.70질량％ 이하이다. O 함유량은, 바람직하게는 0.60질량％ 이하, 보다 바람직하게는 0.50질량％ 이하이다.
O의 적어도 일부는, 용접용 티타늄 선재 중에 있어서, 입자 형상의 Ti, Sn, Zr 및/또는 Al의 산화물로서, 예를 들어 TiO2, SnO, SnO2, ZrO2, Al2O3으로서, 존재하고 있는 것이 바람직하다. 이들 산화물은, 용접 시에 있어서 아크에 의해 해리되고, 해리된 O가 피용접부에 있어서 산화막을 형성하고, 아크가 국소적으로 닿는 것을 억제하여, 안정됨으로써 용접부가 균질화된다. 이에 의해, 용접 시에 있어서, 덧땜 형상이나 작업성을 개선할 수 있다. O는, 드럼 용접부에 균질하게 고용될 것으로 생각된다.
더 구체적으로는, 용접용 티타늄 선재에 대해 X선 회절법에 의해 얻어지는 α-티타늄의 피크 강도를 A, TiO2(110), ZrO2(111), SnO2(110) 및 Al2O3(104)의 피크 강도의 합계를 B로 하였을 때, B/A(선 강도비)이 0.01 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 충분한 양의 산화물이 용접용 티타늄 선재에 함유되고, 상술한 효과를 충분히 얻을 수 있다. B/A는, 보다 바람직하게는 0.015 이상 0.10 이하, 더욱 바람직하게는 0.02 이상 0.09 이하이다.
본 실시 형태에 관한 용접용 티타늄 선재의 X선 회절은, 길이 방향과 수직인 단면에 대해, Cu 관구를 사용하여 전류 40mA, 전압 40kV, 2θ의 범위 10 내지 110°로 실시한다. 측정은, 0.01°의 간격, 1s/점으로 실시하고, 각 측정점에서 시료를 360°회전시킴으로써 행할 수 있다.
Fe는, β상을 강화하는 원소이다. 용접부에 있어서는 β상의 석출량이 많아지면 매크로 모양의 생성에 영향을 미치므로, 용접용 티타늄 선재 중의 Fe 함유량의 상한을 0.500％로 한다. Fe 함유량은, 바람직하게는 0.100％ 이하, 보다 바람직하게는 0.080％ 이하이다.
N, C, H는, 모두 다량으로 함유하면, 연성, 가공성을 저하시키는 원소이다. 그 때문에, N 함유량은, 0.100％ 이하, C 함유량은, 0.080％ 이하, H 함유량은, 0.015％ 이하로 각각 제한한다.
N, C, H는, 불순물이며, 그의 함유량은 각각 낮으면 낮을수록 바람직하다. 그러나, 이들 원소는 제조 과정에서 혼입되는 경우가 있고, 실질적인 함유량의 하한을, N에서 0.0001％, C에서 0.0005％, H에서 0.0005％로 해도 된다.
본 실시 형태에 관한 용접용 티타늄 선재의 화학 조성의 잔부는, 티타늄(Ti) 및 불순물을 포함하고, Ti 및 불순물로 이루어져도 된다. 불순물이란, 구체적으로 예시하면, 정련 공정에서 혼입되는 Cl, Na, Mg, Si, Ca 및 스크랩으로부터 혼입되는 Cu, Mo, Nb, Ta, V 등이다. 이들 불순물 원소가 함유되는 경우, 그의 함유량은, 예를 들어 각각 0.10질량％ 이하이고, 총량으로 또한 0.50질량％ 이하이면 문제없는 레벨이다.
본 실시 형태에 관한 용접용 티타늄 선재의 선 직경은, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 0.8㎜ 이상 3.4㎜ 이하이다.
본 실시 형태에 관한 용접용 티타늄 선재의 단면상도, 용접에 제공하는 것이 가능한 한 특별히 한정되는 것은 아니며, 임의의 형상으로 할 수 있다.
용접용 티타늄 선재의 제조는, 예를 들어 구멍 다이스 신선, 롤 다이스 신선, 캘리버 압연 등에 의한 냉간, 온간 및 열간의 소성 가공이나 분말 야금에 의해 행할 수 있다.
이상, 본 실시 형태에 따르면, 용접용 티타늄 선재가 Sn, Zr 및 Al로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 적절한 양 함유시킴으로써, 용접부의 조직을 α상 주체로 하면서, 결정립을 미세화할 수 있다. 또한, 용접용 티타늄 선재에 O를 적절한 양 함유시킴으로써, 용접부의 경도를 제어할 수 있다. 이 결과, 구리박 제조 티타늄 드럼에 있어서 용접부에 기인하는 매크로 모양의 발생이 억제된다.
특히, 용접용 티타늄 선재 중에 입자 형상의 Ti, Sn, Zr 및/또는 Al의 산화물을 포함하는 경우, 분말 야금으로 선재 중에 포함시키는 방법이나 봉선의 표면에 산화물을 부착시키고 신선함으로써 표면에 산화물을 압착시키는 방법이나, 봉선의 표면에 산화물을 부착시키고 750 내지 1000℃에서 진공 어닐링하여 확산 접합시키는 방법 등에 의해, 용접용 티타늄 선재를 제조할 수 있다. 중공의 티타늄 관에 분말상의 산화물을 삽입하여 용접용 티타늄 선재를 제조하는 방법도 있지만, 산화물의 분포에 변동이 생기기 쉽고, 그 경우, 용접부에서의 조성 변동의 하나의 요인이 되고, 동 부분에서의 경도나 결정 입경의 변동이 생기게 된다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 티타늄 관 중에 분말상 산화물을 삽입하는 방법은 채용하지 않고, 대상 외로 한다.
실시예
이하에, 실시예를 나타내면서, 본 발명의 실시 형태에 대해, 구체적으로 설명한다. 이하에 나타내는 실시예는, 본 발명의 어디까지나 일례이며, 본 발명이, 하기의 예에 한정되는 것은 아니다.
1. 티타늄 합금판의 제조
먼저, 진공 아크 재용해법에 의해 표 1, 표 2의 화학 조성을 갖는 잉곳을 제작하고, 이것을 열간 단조함으로써, 소정의 조성의 티타늄 합금판의 소재를 얻었다.
다음에, 얻어진 티타늄 합금판 소재를 표 3, 표 4에 나타내는 온도까지 가열해(제1 공정), 표 3, 표 4에 나타내는 조건으로 열간 압연을 행하였다(제2 공정). 표 중 「200 내지 650℃의 압하율의 비율」은, 합계의 압하율 중 200℃ 이상 650℃ 이하에 있어서의 티타늄 합금판의 압연의 압하율이 차지하는 비율을 말하며, 「압연비(L/T)」은, 최종 압연 방향에서의 압연에 의한 압하율을 L(％), 최종 압연 방향과 직교하는 방향에서의 압연에 의한 압하율을 T(％)로 하였을 때의 L/T의 값을 나타낸다. 또한, 표 1, 표 2에 나타낸 각 발명예 및 비교예에 있어서는, 비교예 1을 제외하여 200℃ 이상 650℃ 이하에 있어서의 티타늄 합금판의 압연을 행하기 위해, 열간 압연을 일단 정지하고, 650℃ 이하로 냉각되는 것을 기다리고, 열간 압연을 재개하였다.
일부의 예에 대해서는, 냉간 압연 전 어닐링, 냉간 압연을 행하였다.
다음에, 대기 분위기 하에서, 표 3, 표 4에 기재되는 온도, 시간에서, 열처리를 행하고(제3 공정), 두께 8.0 내지 15.0㎜의 티타늄 합금판을 얻었다.
2. 분석ㆍ평가
각 발명예 및 비교예에 관한 티타늄 합금판에 대해, 이하의 항목에 대해 분석 및 평가하였다.
2. 1 결정 입경
각 발명예 및 비교예에 관한 티타늄 합금판의 금속 조직의 결정의 평균 결정 입경 D 및 입경 분포의 표준 편차는, 이하와 같이 하여 측정, 산출하였다. 티타늄 합금판을 절단한 단면을 화학 연마지, 전자선 후방 산란 회절법을 사용하여, 2㎜×2㎜의 영역을, 2㎛의 스텝으로 10 시야 측정하였다. 그 후, 결정 입경에 대해서는, EBSD에 의해 측정한 결정립 면적에서 원 상당 입경(면적 A=π×(입경 D/2)2)을 구하여, 이 개수 기준의 평균값을 평균 결정 입경 D라 하고, 또한 결정 입경 분포에 의해 대수 정규 분포에 있어서의 표준 편차 σ를 산출하였다.
2. 2 집합 조직
이하의 방법에서, 티타늄 합금판의 판 두께 방향(ND)과 α상의 [0001] 방향(c축)이 이루는 각 θ가 40°이하인 결정립의 면적률을 산출하였다.
티타늄 합금판을 절단한 단면을 화학 연마하고, EBSD를 사용하여 결정 방위 해석을 행해. 티타늄 합금판 표면 하부 및 판 두께 중앙부의 각각에 대해, 2㎜×2㎜의 영역을 스텝 2㎛로 10 시야 측정하였다. 그 데이터에 대해, TSL솔루션즈제의 OIM Analysis 소프트웨어를 사용하여 ND와 c축과의 이루는 각이 40°이하인 측정점 데이터를 추출하였다.
각 발명예 및 비교예에 관한 티타늄재의 시료의 관찰 표면을 화학 연마하고, 전자선 후방 산란 회절법을 사용하여 결정 방위 해석함으로써, (0001) 극점도를 얻었다. 더 구체적으로는 2㎜×2㎜의 영역을, 2㎛의 간격으로 스캔하고, TSL솔루션즈제의 OIM Analysis 소프트웨어를 사용하고, (0001) 극점도를 작도하였다. 이 때의, 가장 등고선이 높은 위치를 집적도의 피크 위치로 하고, 피크 위치 중 가장 집적도의 큰 값을 최대 집적도로 하였다. 최대 집적도는, 구면 조화 함수법을 사용한 극점도의 Texture 해석을 사용하여 산출하였다(전개 지수=16, 가우스 반값폭=5°).
2. 3 Al 편석
Al의 편석의 유무(Al 균일성)에 대해, 이하와 같이 하여 확인하였다. EPMA에 의해, 빔 직경을 500㎛, 스텝 사이즈를 빔 직경과 같은 500㎛로 하고, 티타늄 합금판의 표면으로부터 판 두께의 1/4의 위치에 있어서의 판 두께 방향으로 수직인 면 20㎜×20㎜ 이상의 영역에 대해 조성 분석을 하였다. 그리고, 조성 분석 결과를, 합금 원소 농도로 환산하기 위해, JIS 1종 공업용 순티타늄 및 대상으로 하는 티타늄 합금판을 분석하고, 그 결과로 선형 근사하여 얻어진 검량선을 이용하였다. 그리고, Al의 농도가 ([Al％]-0.2)질량％ 이상 [Al％]+0.2)질량％ 이하인 영역의 면적률을 구하였다.
2. 4 쌍정
각 발명예 및 비교예에 관한 티타늄 합금판의 시료의 두께 방향 단면을 화학 연마하고, 전자선 후방 산란 회절법을 사용하여 결정 방위 해석하였다. 구체적으로는, 시료의 티타늄 합금판의 표면으로부터 판 두께의 1/4의 위치에 있어서 2㎜×2㎜의 영역을, 2㎛ 간격으로 스캔하고, 역극점도 맵(IPF: inverse pole figure)을 작성하였다. 그때, 발생한 (10-12)쌍정, (10-11)쌍정, (11-21)쌍정, (11-22)쌍정의 회전축 및 결정 방위차(회전각)의 이론값으로부터 2°이내를 쌍정 계면으로 간주하였다. 그리고, 결정 방위차(회전각)가 2°이상인 입계를 전체 결정 입계 길이로 하여, 전체 결정 입계 길이에 대한 쌍정 입계 길이의 비율을 산출하였다.
2. 5 α상의 면적률
각 발명예 및 비교예에 관한 티타늄 합금판의 두께 방향 단면을 경면 연마하여, SEM/EPMA에 의해, 표면으로부터 판 두께의 1/4의 위치에 있어서, 동단면에 있어서의 β상 안정화 원소의 농도 분포를 측정하고, β상 안정화 원소가 농화되지 않은 부분을 α상의 면적률로 하여 산출하였다.
2. 6 표면 경도
각 발명예 및 비교예에 관한 티타늄 합금판의 표면 경도에 대해서는, 티타늄 합금판 표면을 경면이 될 때까지 연마한 후, JIS Z 2244:2009에 준거하여 비커스 경도 시험기를 사용하여 하중 1kg으로 3 내지 5점 측정하고, 얻어진 값을 평균하여, 표면 경도로 하였다.
2. 7 매크로 모양
매크로 모양에 대해서는, 5 내지 10매 정도의 50×100㎜ 사이즈의 각 발명예 및 비교예에 관한 티타늄 합금판의 표면을 #800의 사포에 의해 연마하고, 질산 10％, 불산 5％ 용액을 사용하여 표면을 부식시킴으로써 관찰하였다. 이어서, 3㎜ 이상의 길이 발생한 줄무늬 상의 모양을 매크로 모양으로 하여, 발생 비율의 평균에 따라 하기와 같이 평가를 행하였다.
A: 발생 비율이 1.0개/매 이하(매우 양호, 50×100㎜ 중에 1.0개 이하)
B: 발생 비율이 1.0개/매 초과 5.0개/매 이하(양호, 50×100㎜ 중에 1.0개 초과 5.0개 이하)
C: 발생 비율이 5.0개/매 초과 10.0개/매 이하(약간 양호, 50×100㎜ 중에 5.0개 초과 10.0개 이하)
D: 발생 비율이 10.0개/매 초과(불합격, 50×100㎜ 중에 10.0개 초과)
얻어진 분석 결과ㆍ평가 결과를 표 5, 표 6에 나타낸다.
2. 8 연마성
상술한 매크로 모양 관찰을 위한 #800의 사포에 의한 연마에서, 연마 시간을 1분으로 하여 연마를 행하였다. 연마 시간 1분으로 표면 표피가 제거된 경우, 드럼 제조의 생산성은 유지된다고 판단하여, 연마성이 양호(OK)로 하고, 1분으로 표면 표피가 제거되지 않은 경우, 드럼 제조의 생산성을 떨어뜨리게 된다고 판단하여, 바람직하지 않다(NG)고 하였다.
2. 9 수축 끼워 맞춤성
수축 끼워 맞춤성에 대해서는, 이하와 같이 하여 평가하였다. 수축 끼워 맞춤성은 영률, 형상비(예를 들어, 관판이면 내부관의 외경과 외부관의 내경의 비)가 영향을 미친다. 특히, 티타늄을 고정하기 위해 필요한 응력을 얻기 위해서는, 티타늄의 영률이 클수록 작은 변형량으로 달성할 수 있기 때문에, 가열 온도를 낮출 수 있고, 작업성이 향상된다. 그 때문에, 영률로 135㎬ 이상인 경우를 수축 끼워 맞춤성이 우수하다고 하였다.
얻어진 분석 결과ㆍ평가 결과를 표 5, 표 6에 나타낸다. 표 5, 표 6에 나타내는 「각 θ가
0°이상 40°이하인 결정립의 면적률(％)」은, 판 두께 방향에 대한 α상의 c축이 이루는 각이 0°이상 40°이하인 결정립의 면적률이다. 또한, 표 2에 나타내는 「Al 균일성(％)」은, Al의 농도가 ([Al％]-0.2)질량％ 이상 [Al％]+0.2)질량％ 이하인 영역의 면적률이다. 또한, 표 2에 나타내는, 「냉간 압연 공정」에 있어서의 「RT」는, 실온을 의미한다.
표 5, 표 6에 나타내는 바와 같이 발명예 1 내지 16 및 발명예 101 내지 115에 관한 티타늄 합금판은, 매크로 모양이 억제되어 있었다. 이에 비해, 비교예 1 내지 5에 관한 티타늄 합금판은, 매크로 모양이 많이 발생하였다.
또한, Al 함유량이 낮은 발명예 1 내지 16에서는, Al 함유량이 높은 발명예 101 내지 발명예 115에 비하여 매크로 모양의 발생이 보다 억제되어 있었다. 한편, Al 함유량이 높은 발명예 101 내지 발명예 115에서는, 영률이 높고, 수축 끼워 맞춤성이 우수하였다.
<실시예 2>
구리박 제조 드럼에 대한 적용을 상정하고, 표 7에 나타내는, 상기 실시예 1의 발명예와 마찬가지의 방법으로 얻어진 티타늄 합금판을 모재로 하고, 직경 1m의 원통상으로 가공한 후, 맞댐부(인접하는 2개의 단부)를 표 7에 나타내는 용접용 티타늄 선재를 사용하여 용접하였다. 용접은, 예비덧땜의 두께를 모재의 판 두께 25％ 이하로 하였다. 다음에, 예비덧땜 후에 200℃ 이하의 온도에서 예비덧땜만을 모재 두께로 두께 감소하였다. 마지막으로 용접부를 600 내지 800℃, 20 내지 90분의 조건에서 열처리하고, 각 발명예 및 각 비교예에 관한 용접용 티타늄 선재에 의한 용접 샘플을 얻었다.
얻어진 용접부의 금속 조직 중의 결정 입경을 JIS G 0551:2013에 따라, 비교법에 기초하여 측정하고, 입도 번호(GSN)로서 얻었다.
또한, 용접부의 금속 조직에 대해, SEM/EPMA를 사용하여, Fe 혹은 β상 안정화 원소의 농도 분포를 측정하고, Fe의 농도 또는 β상 안정화 원소의 합계 농도가, 측정 범위의 평균 농도보다도 1mass％ 이상 높은 점(농화부)을 β상이라고 정의하고, 면적률을 구하였다. 면적률과 체적률은 동등한 것으로 해서, 얻어진 면적률을 β상의 체적률, β상 안정화 원소가 농화되지 않은 부분(농화부 이외)의 면적률을 α상의 체적률로서, α상의 체적률을 구하였다.
또한, 얻어진 각 발명예 및 각 비교예에 관한 용접 샘플 중의 용접부 및 모재의 비커스 경도(Hv)를 하중 1kg으로 3 내지 5점 측정하고, 그의 평균값에 의해 산출하였다. 접촉식의 조도계를 사용하여, JISB0633:2001에 따라, λc: 0.8㎜, λs: 2.5㎛, rtip: 2㎛로 용접부와 모재부의 경계의 단차(㎛)를 측정하였다.
얻어진 각 용접 샘플 중의 용접부의 매크로 모양에 대해, 5 내지 10매 정도의 50×100㎜ 사이즈의 각 티타늄 합금판의 표면을 #800의 버프에 의해 연마하고, 질산 10％, 불산 5％ 용액을 사용하여 표면을 부식 후에 관찰하였다. 다음에, 3㎜ 이상의 길이로 발생한 줄무늬 상의 모양을 매크로 모양으로 하여, 발생 비율의 평균에 따라 하기와 같이 평가를 행하였다.
A: 발생 비율이 1.0개/매 이하(매우 양호, 50×100㎜ 중에 1.0개 이하)
B: 발생 비율이 1.0개/매 초과 5.0개/매 이하(양호, 50×100㎜ 중에 1.0개 초과 5.0개 이하)
C: 발생 비율이 5.0개/매 초과 10.0개/매 이하(약간 양호, 50×100㎜ 중에 5.0개 초과 10.0개 이하)
D: 발생 비율이 10.0개/매 초과(불합격, 50×100㎜ 중에 10.0개 초과)
또한, 용접부와 모재부의 경계에 5㎛ 이상의 단차가 생긴 경우도, 매크로 모양의 란에 D로 평가하였다.
또한, 용접에 의해 얻어진 용접 비드 중의 임의의 50㎝ 구간에 있어서의 볼록부, 오목부 각 10점을 딥스 게이지로 측정하고, 볼록부 상위 3점의 평균 높이를 h, 오목부 하위 3점의 평균 높이를 D, 측정점 20점의 평균 높이를 A로 하였을 때, (h-A)/A, (A-D)/A의 값이 모두 0.3 이하가 되는 경우를 OK, 0.1 이하인 경우를 Ex로 하였다.
결과를 표 8에 나타내었다.
표 8에 나타내는 바와 같이, 발명예 201 내지 205에서는, 용접부의 매크로 모양의 생성이 억제되어 있었다. 한편, 비교예 201, 202에서는, 용접부의 매크로 모양이 많이 발생하였다.
본 발명에 의하면, 구리박 제조용 드럼에 사용하였을 때, 매크로 모양의 발생을 억제할 수 있는 티타늄 합금판 및 동 티타늄 합금판을 사용하여 제조되는 구리박 제조 드럼을 제공하는 것이 가능하게 된다.
1: 구리박 제조 장치
2: 전착 드럼
10: 전해조
30: 전극판
40: 권취부
50: 가이드 롤
60: 권취 롤
A: 구리박
20: 구리박 제조 드럼
21: 이너 드럼
22: 티타늄 합금판
23: 용접부
2: 전착 드럼
10: 전해조
30: 전극판
40: 권취부
50: 가이드 롤
60: 권취 롤
A: 구리박
20: 구리박 제조 드럼
21: 이너 드럼
22: 티타늄 합금판
23: 용접부
Claims (13)
- 질량％로,
Sn: 0％ 이상 2.0％ 이하, Zr: 0％ 이상 5.0％ 이하, 및 Al: 0％ 이상 7.0％ 이하로 이루어지는 군으로부터 구성되는 1종 또는 2종 이상: 합계로 0.2％ 이상 7.0％ 이하,
N: 0.100％ 이하,
C: 0.080％ 이하,
H: 0.015％ 이하,
O: 0.700％ 이하, 및
Fe: 0.500％ 이하를 함유하고,
잔부가 Ti 및 불순물을 함유하는 화학 조성을 갖고,
평균 결정 입경이 40㎛ 이하이고,
단위 ㎛에서의 결정 입경의 대수에 기초하는 입경 분포의 표준 편차가 0.80 이하이고,
결정 구조가 육방 최밀 충전 구조인 α상을 포함하고,
판 두께 방향에 대한 상기 α상의 [0001] 방향이 이루는 각이 0°이상 40°이하인 결정립의 면적률이 70％ 이상인,
티타늄 합금판. - 제1항에 있어서, 판면의 법선 방향으로부터의 (0001) 극점도에 있어서, 전자선 후방 산란 회절법의 구면 조화 함수법을 사용한 극점도의 전개 지수를 16, 가우스 반값폭을 5°로 하였을 때의 Texture 해석에 의해 산출되는 집적도의 피크가, 상기 판면의 상기 법선 방향으로부터 30° 이내에 존재하며, 또한, 최대 집적도가 4.0 이상인 집합 조직을 갖는,
티타늄 합금판. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 평균 결정 입경을 단위 ㎛에서 D로 하였을 때, 상기 입경 분포의 표준 편차가, (0.35×lnD-0.42) 이하인, 티타늄 합금판.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 판 두께 방향 단면을 관찰했을 때, 표면으로부터 판 두께 1/4의 위치에 있어서의 판 두께 단면의 전체 결정 입계 길이에 대한 쌍정 입계 길이의 비율이 5.0％ 이하인, 티타늄 합금판.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화학 조성에 있어서,
Sn: 0.2％ 이상 2.0％ 이하,
Zr: 0.2％ 이상 5.0％ 이하, 및
Al: 0.2％ 이상 3.0％ 이하로 이루어지는 군으로부터 구성되는 1종 또는 2종 이상을, 합계 0.2％ 이상 5.0％ 이하 함유하는,
티타늄 합금판. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화학 조성에 있어서,
Al: 1.8％ 초과 7.0％ 이하를 함유하고,
비커스 경도가 350Hv 이하인,
티타늄 합금판. - 제6항에 있어서, 질량％에 의한, Al 함유량을 [Al％], Zr 함유량을 [Zr％], Sn 함유량을 [Sn％], O 함유량을 [O％]로 하였을 때, 하기 식 (1)로 나타내는 Al 당량 Aleq가, 7.0 이하인,
티타늄 합금판.
Aleq=[Al％]+[Zr％]/6+[Sn％]/3+10×[O％] 식 (1) - 제6항에 있어서, 전자선 마이크로애널라이저를 사용하여, 표면으로부터 판 두께 1/4의 위치에 있어서의 판 두께 방향으로 수직인 면 20㎜×20㎜ 이상의 분석 영역을 조성 분석하였을 때, Al의 평균 함유량을 [Al％]로 하여, 상기 분석 영역의 면적에 대한, Al의 농도가 ([Al％]-0.2)질량％ 이상 [Al％]+0.2)질량％ 이하인 영역의 면적률이 90％ 이상인, 티타늄 합금판.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 α상을 98.0체적％ 이상 함유하는, 티타늄 합금판.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 구리박 제조 드럼용 티타늄 합금판인, 티타늄 합금판.
- 원통상의 이너 드럼과,
상기 이너 드럼의 외주면에 피착된, 제1항 또는 제2항에 기재된 티타늄 합금판과,
상기 티타늄 합금판의 맞댐부에 마련된 용접부
를 갖고,
상기 용접부는 티타늄 합금으로부터 이루어지고, 금속 조직이, 체적률로, 98.0％ 이상의 α상을 갖고, JIS G 0551:2013에 준거한 입도 번호로, 6 이상 11 이하인,
구리박 제조 드럼. - 원통상으로 가공한 제1항 또는 제2항에 기재된 티타늄 합금판의 인접하는 2개의 단부를, 용접용 티타늄 선재를 사용하여 용접하는 용접 공정을 갖고,
상기 용접용 티타늄 선재가, 질량％로,
Sn, Zr 및 Al으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상: 합계로 0.2％ 이상 6.0％ 이하,
O: 0.01％ 이상 0.70％ 이하,
N: 0.100％ 이하,
C: 0.080％ 이하,
H: 0.015％ 이하, 및
Fe: 0.500％ 이하를 포함하고,
잔부가 Ti 및 불순물을 포함하는 화학 조성을 갖는
구리박 제조 드럼의 제조 방법. - 제12항에 있어서, 상기 용접용 티타늄 선재가 있어서, 상기 O의 적어도 일부가, Ti, Sn, Zr 및 Al로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 원소의 산화물로서 존재하고 있는,
구리박 제조 드럼의 제조 방법.
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