KR20130059399A - 티탄재 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 고강도이며, 게다가 가공성이 뛰어난 티탄재의 제공을 과제로 하고있다. 이러한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은, 철의 함유량이 0.60질량% 이하, 산소의 함유량이 0.15질량% 이하이고, 잔부가 티탄 및 불가피 불순물로 이루어지는 티탄재로서, 소성 변형을 수반하는 가공이 실시되어 형성된 가공 조직과, 상기 가공 후에 소둔이 실시되어 형성된 재결정 조직을 갖고, 그 재결정 조직의 결정립의 평균 입경이 1㎛ 이상 5㎛ 이하이며, 단면적에서 차지하는 미(未)재결정부의 면적이 0%를 초과하고 30% 이하가 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 티탄재를 제공한다.

Description

티탄재{TITANIUM MATERIAL}

본 발명은, 티탄재에 관한 것이며, 더 상세하게는, 강도와 가공성이 뛰어난 티탄재에 관한 것이다.

종래, 티탄 합금이나 순티탄 등의 재료로 형성된 판 형상이나 봉 형상의 부재가 널리 이용되고 있다.

예를 들어, 공업 제품에는 판 형상의 티탄재(이하 「티탄판」이라고도 한다)가, 폭넓게 이용되고 있고, 굽힘 가공, 벌징 가공, 드로잉 가공 등과 같은 소성 변형을 수반하는 여러 가지의 가공이 상기 티탄판에 실시되어 각종 제품이 형성되어 있다.

이러한 가공이 실시되는 티탄판에는, 뛰어난 가공성이 요구되고 있다.

또, 최근에는, 재료 코스트의 저감이나, 제품의 경량화 등의 관점으로부터 티탄판의 박육화가 요구되고 있다.

그 결과, 티탄판의 강도를 향상시키는 것이 요구되어 오고 있다.

그러나, 종래, 티탄판에 있어서의 가공성과 강도는 트레이드 오프의 관계에 있어, 이들을 동시에 만족시키는 것은 어려운 상황이 되어 있다.

즉, 종래의 티탄판은, 내력이 커지면, 성형 가공이 어려워진다(가공성이 뒤떨어진다)고 하는 문제를 가지고 있다.

이것에 대해, 하기 비특허 문헌 1에는, 성분이나 결정입경이 다른 티탄 박판을 커핑 시험으로 가공성을 평가한 결과가 개시되어 있고, 결정립이 미세할수록 가공성이 양호하다고 기재되어 있다.(제103쪽, 제5행째~).

그리고, 하기 특허 문헌 1에는, 순티탄 박판의 제조 방법이 개시되어 있고, 최종적인 소둔을 대기 분위기하, (600~800)℃×(2~5)분의 연속 소둔으로 행하고, 또한 산세 처리를 실시하며, 제품의 평균 결정입경(이하, 입경이라고 한다)을 3~60μm로 조정해 표면의 광택을 억제한 순티탄 박판을 제조하는 것이 기재되어 있다.

또, 하기 특허 문헌 2에는, 건재용 순티탄, 순티탄 판 및 그 제조 방법이 개시되어 있고, 함유되는 산소를 900ppm 이하, Fe를 100ppm 이상, 600ppm 이하로 하며, 또한, Ni와 Cr의 함유량이 제약된 건재용 티탄재가 기재되어 있다.

또, 특허 문헌 2에는, 냉연 소둔 후에 초불화수소산 수용액으로 산세 처리를 실시한 평균 결정입경 70μm 이하의 건재용 티탄재에 대해 기재되어 있다.

그러나, 이 특허 문헌 1, 2에는, 5μm 이하의 미소한 결정입경인 것이 평가된 데이터가 거의 개시되어 있지 않고, 특허 문헌 2에 있어서, 결정입경이 3μm인 실시예가 개시되어 있긴 하지만 동시에 단락〔0026〕에 있어서는, 「실생산 상, 하한은 5μm 정도가 된다.」라고 기재되어 있어, 결정입경을 5μm 이하로 하는 것에 대해 부정적으로 기재되어 있다.

이는, 이들 문헌이, 광택이 억제된 건재용으로서 뛰어난 티탄재를 얻는 것을 목적으로 하고 있고, 벌징이나 딥 드로잉 등에 있어서의 가공성에 대해서는 충분한 검토가 이루어진 것은 아니기 때문이라고 생각된다.

또, 하기 특허 문헌 4에는, 가공성이 뛰어난 티탄판이 개시되어 있으나, 이들은 가공성에는 뛰어나지만 강도(내력)가 낮고, 가공성과 강도를 양립시킬 수 있는 것은 아니다.

일본국 특허공개 소63－103056호 공보 일본국 특허공개 평9－3573호 공보 일본국 특허공개 2006－316323호 공보 일본국 특허공개 소63－60247호 공보

「티탄」, Vol.57, No.2(사단법인 일본 티탄 협회, 평성 21년 4월 발행)

본 발명은, 고강도이며, 게다가, 가공성이 뛰어난 티탄판의 제공을 과제로 하고 있다.

티탄재는, 주로 산소(O)나 철(Fe)을 첨가해 강도(내력)를 크게 할 수 있는데, 이들을 첨가하면 연성이 저하해 가공성도 저하한다.

예를 들어, JIS1종에 규정되어 있는 티탄 재료에서는, 산소나 철의 함유량이 적기 때문에, 이 JIS1종의 재료를 이용한 티탄판은, 일반적으로 강도(내력)는 낮으나 연성이 뛰어나고, 가공성이 뛰어나다.

이 JIS1종보다 산소나 철의 함유량이 많은 JIS2종의 티탄 재료를 이용하면, JIS1종의 티탄 재료가 이용된 티탄재보다 강도(내력)가 커지는 한편 연성이 저하해 가공성이 저하하는 경향이 있다.

또한 산소나 철의 함유량이 많은 JIS3종이나 4종은, 더욱 강도(내력)가 커지지만 연성은 더욱 저하해 가공성이 크게 저하한다.

즉, 강도(내력)와 가공성은 어느 일정한 관계가 있다(이하, 이 관계를 「강도(내력)－가공성」밸런스라고도 한다).

그런데, 티탄 재료가 이용되어 이루어지는 판재나 선재는, 압연이나 와이어 드로잉과 같은 소성 변형을 수반하는 가공이 실시되어 형성되어 있다.

이러한 소성변형을 수반하는 가공이 실시된 판재나 선재는, 통상, 그대로의 상태에서는 내부에 가공 조직이 형성되어 있기 때문에, 조직의 재결정화를 행하기 위해 마무리 소둔으로 불리는 공정이 실시되어 시장에 제공되고 있다.

예를 들어, 티탄판이면, 냉간 압연 등의 가공을 행해 소정의 두께로 조정한 후에 배치 소둔이나 연속 소둔 등을 실시하고, 내부의 가공 조직을 재결정화 시켜 단축 형상의 결정립(이하, 「재결정립」이라고 한다)을 형성시키는 것이 행해지고 있다.

그리고, 이 재결정립은, 소둔의 시간 경과 등에 따라 크게 성장하고, 특히 재결정립의 입경이 작은 재결정 개시 직후에 있어서는, 재결정립의 성장 속도가 크고, 비교적 단시간에 5μm를 초과하는 큰 입경이 되어 버린다.

그리고, 이러한 크기까지 재결정립이 성장하면, 통상, 미(未)재결정부(가공 조직)가 잔존하고 있지 않고 재결정립에 의한 단축 형상의 조직만이 티탄재 내부에 형성되게 된다.

본 발명자들은, 상기 서술한 과제에 대해 열심히 검토를 행한 결과, 종래 강도(내력)를 향상시키는 수단으로서 주목된 적이 없었던 조직의 조정(미재결정부를 남김으로서의 결정립의 미세화)에 의해 티탄재의 강도(내력)의 향상을 도모할 수 있는 것을 발견했다.

구체적으로는, 본 발명자들은, 소정의 두께에까지 냉연한 공업용 순티탄 판을, 전기로를 이용해 진공 중에서 마무리 소둔하고, 그 온도 및 시간을 변경하여 조직이 다른 여러 가지의 티탄판을 시작(試作)하며, 이들의 강도(내력)와 가공성(연성)을 인장 시험 및 에릭센 시험에 의해 평가하여 본 발명을 완성시켰다.

그 평가의 결과에 있어서는, 결정립이 작을수록 강도(내력)가 커지고, 가공성(에릭센 값)은 저하하는 경향이 있었지만 재결정립의 평균 입경이 소정의 크기 이하이면, 에릭센 값이 별로 저하하지 않고, 「강도(내력)－가공성 밸런스」를 종래의 티탄재에 비해 향상시킬 수 있는 것을 발견했다.

또, 재결정립의 평균 결정입경이 소정 이하여도 가공성(에릭센 값)이 저하해 버려 「강도(내력)－가공성 밸런스」를 종래의 티탄재보다 향상시킬 수 없는 경우가 있었다.

그리고, 이 티탄판의 마이크로 조직을 상세하게 조사한 결과, 마무리 소둔에 의해 재결정한 입자 이외에, 미재결정부가 많이 확인되었다.

이 미재결정부의 양에 기초하여 「강도(내력)－가공성 밸런스」를 검토한 바, 특히, 티탄판의 단면적에서 차지하는 미재결정부의 면적율이 30%를 초과하면 가공성이 극단적으로 저하하는 것을 발견했다.

또한, 여기서 미재결정부란, 소성 가공된 가공 조직이 잔존하고 있는 부분을 의미한다.

즉, 상기 과제를 해결하기 위한 티탄재에 따른 본 발명은, 철의 함유량이 0.60질량% 이하, 산소의 함유량이 0.15질량% 이하이며, 잔부가 티탄 및 불가피 불순물로 이루어지는 티탄재로서, 소성 변형을 수반하는 가공이 실시되어 형성된 가공 조직과, 상기 가공 후에 소둔이 실시되어 형성된 재결정 조직을 가지고, 그 재결정 조직의 결정립의 평균 입경이 1μm 이상 5μm 이하이며, 단면적에서 차지하는 미재결정부의 면적이 0%를 초과하고 30% 이하가 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 의하면, 고강도이며, 게다가, 가공성이 뛰어난 티탄재를 제공할 수 있다.

도 1은 투과형 전자 현미경으로 관찰한 실시예인 티탄판의 마이크로 조직 사진(재결정립의 사이의 일부에서 미재결정부가 확인된다).
도 2는 내력과 에릭센 값의 관계를 도시하는 그래프.

이하에, 본 발명에 따른 티탄재의 바람직한 실시 형태에 대해 티탄판을 예로 설명한다.

본 실시 형태에 있어서의 티탄판은, 철(Fe)의 함유량이 0.60질량% 이하, 산소(O)의 함유량이 0.15질량% 이하, 잔부가 티탄(Ti) 및 불가피 불순물로 이루어지는 티탄 재료에 의해 형성되어 있다.

이 티탄판은, 소성 변형을 수반하는 가공이 실시된 후에 소둔이 실시되어 형성된 것이고, 내부에 상기 가공에 수반하는 가공 조직과, 상기 소둔에 수반하는 재결정 조직을 가지며, 게다가, 그 재결정 조직의 결정립의 평균 입경이 1μm 이상 5μm 이하인 것과 더불어 그 단면적에서 차지하는 미재결정부의 면적이 0%를 초과하고 30% 이하가 되도록 형성되어 있다.

상기와 같이 상기 철(Fe)은, 0.60질량% 이하가 되는 비율로 함유되어 있다.

또한, Fe의 함유량의 상한치가 0.60질량%인 것은, 티탄 재료에 있어서, Fe는 β상 안정화 원소이며 Fe의 함유량이 0.60질량%를 초과하면 티탄판을 구성하는 조직에 있어서 α상 이외에 β상이 많이 생성될 우려가 있기 때문이다.

즉, 형성되는 β상의 크기에 따라서는, 연성을 크게 하거나 저하시키거나, 내식성을 저하시키거나 하기 때문에, 본 실시 형태의 티탄판을 형성하고 있는 티탄 재료에 포함되는 Fe의 함유량을 0.60질량% 이하로 하는 것이 고강도이며 또한 가공성이 뛰어난 티탄판을 형성시키는 점에 있어서 중요하다.

더욱, 고강도이며 또한 가공성이 뛰어난 티탄판을 형성시키는 점에 있어서는, Fe의 함유량에 있어서의 하한치가 특별히 요구되는 것은 아니지만, Fe가 0.01질량% 미만의 티탄판을 제조하려고 하면 고가인 고순도의 스폰지 티탄을 원료로 해야만 하여, 티탄판의 재료 코스트를 증대시켜 버릴 우려가 있다.

따라서, 티탄판의 코스트 등의 관점으로부터는, Fe의 함유량이 0.01질량% 이상 0.60질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 크롤법에 있어서는, 통상, 0.60질량% 이상의 Fe 함유량을 보이는 티탄 재료는, 용기의 가까운 아주 작은 영역밖에 형성되지 않는다.

따라서, 본 실시 형태에 있어서의 티탄판은, 그 성분으로서 철의 함유량이, 0.01~0.60질량%로 함으로써, 크롤법에 따른 스폰지 티탄의 대부분의 재료가 이용 가능하다.

즉, 본 실시 형태에 있어서의 티탄판은, 스폰지 티탄의 사용 부위에 거의 제약이 가해지지 않는 점에 있어서 소비재로서 적합하다고 말할 수 있다.

상기 산소(O)는, 티탄 재료 중에 0.15질량% 이하의 함유량으로 포함된다.

본 실시 형태의 티탄판을 형성하고 있는 티탄 재료 중의 O 함유량이 0.15질량% 이하로 되어 있는 것은, O 함유량이 0.15질량%를 초과하면, 결정립을 작게하여 「강도-가공성 밸런스」의 향상을 도모하려 해도, 강도가 너무 향상한 나머지 가공성의 부여가 충분하지 않을 우려가 있고, 벌징이나 딥 드로잉 등의 가공에 적절한 티탄판으로 하는 것이 어려워지기 때문이다.

또한, O 함유량의 하한량은 특별히 정해진 것은 아니지만, 티탄판을 구성하는 티탄 재료에 있어서의 O 함유량을 0.015질량% 미만으로 하려고 하면 고가인 고순도의 스폰지 티탄을 원료로서 제조하지 않으면 안 될 우려가 있다.

따라서, O 함유량은, 0.015질량% 이상 0.15질량% 이하인 것이 바람직하다.

또, 탄소(C), 질소(N), 수소(H) 등의 불가피 불순물에 대해서는, 성형 가공에 있어서의 양호한 가공성을 확보하는 목적으로부터는, JIS 2종에 상당하는 함유량 이하로 하는 것이 중요하다.

더욱 구체적으로는, C, N, H의 함유량은, 각각, 0.02질량% 미만으로 하는 것이 중요하다.

또한, 바람직하게는, C의 함유량을 0.01질량% 이하, N의 함유량을 0.01질량% 이하, H의 함유량을 0.01질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

티탄판의 가공성의 관점으로부터는, 상기 C, N, H의 함유량에 하한이 정해진 것은 아니지만, 이들의 함유량을 극단적으로 저하시키려고 하면 티탄판의 제조 코스트를 큰폭으로 증대시킬 우려가 있다.

이 코스트업 억제의 관점으로부터는, C 함유량을 0.0005질량% 이상, N의 함유량을 0.0005질량% 이상, H의 함유량을 0.0005질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

상기에 개시한 바와 같이, 본 발명의 티탄판은, 내부에 가공 조직과, 재결정 조직을 가지며, 게다가, 그 재결정 조직의 결정립의 평균 입경이 1μm 이상 5μm 이하인 것과 더불어 그 단면적에서 차지하는 미재결정부의 면적이 0%를 초과하고 30% 이하가 되도록 형성되어 있다.

상기 재결정 조직의 평균 입경의 상한치가 5μm로 되어 있는 것은, 재결정하여 생성되는 단축 형상의 α립의 평균 결정입경이, 5μm를 초과하면 결정립의 미세화의 효과가 작아지고, 뛰어난 「강도-가공성 밸런스」를 실현시키는 것이 어려워지기 때문이다.

또, 하한치가 1μm로 되어 있는 것은 실생산 상(공업적으로 실시 가능한 방법)에서 가공(압연, 단조 등)을 실시하고, 그 후 소둔하는 경우에 있어서 평균 결정립이 1μm보다 작아지면, 후단에 있어서 서술하는 미재결정부(가공 조직)의 면적율이 많아지고, 강도가 매우 커지지만, 연성이 크게 저하해 뛰어난 「강도-가공성 밸런스」를 실현시키는 것이 어려워지기 때문이다.

상기 미재결정부는, 가공(냉연이나 단조 등)에 의해 소성 변형하고, 결정립이 부서진 가공 조직으로 형성되어 있어, 그 가공 조직을 티탄판 중에 잔존시킴으로써 그 강도를 향상시킬 수 있다.

냉연 등에 의해 형성된 가공 조직으로 구성되어 있는 티탄판은, 높은 강도를 보이는 한편 연성이 매우 작다.

그로 인해, 종래는 소둔에 의해 가공 조직을 재결정화시켜 단축 형상의 조직으로 하는 것이 행해지고 있으며, 티탄판에 가공 조직이 잔존되지 않을 정도로 충분한 소둔시간이 설정되어 있다.

한편, 본 실시 형태에 있어서의 티탄판에는, 후단에 있어서 서술하는 소둔 조건을 채용함으로써 상기 가공 조직이 티탄판 중에 잔존되어 있고, 게다가, 재결정립의 입경이 상기와 같이 조정되어 있다.

상기 미재결정부(가공 조직)는, 티탄판의 단면에서 차지하는 면적 비율이 30% 이하가 되도록 설치되는 것이 뛰어난 「강도-가공성 밸런스」를 얻는 점에 있어서 중요하다.

이 미재결정부의 면적율이 30%보다 커지면 티탄판의 강도는, 더욱 커지지만, 연성이 저하해, 뛰어난 가공성을 티탄판에 발휘시키는 것이 어려워진다.

그 결과, 뛰어난 「강도-가공성 밸런스」를 얻을 수 없게 될 우려가 있다.

이 뛰어난 「강도-가공성 밸런스」를 더욱 확실히 티탄판에 부여시킬 수 있는 점에 있어서는, 미재결정부의 면적율은 10% 이하인 것이 바람직하다.

또한, 하한치는, 특별히 한정되는 것은 아니지만 미재결정부가 없어지(면적율이 0%가 된다)면, 재결정립의 입경이 급속하게 커진다.

그로 인해, 재결정립의 입경을 더욱 확실히 상기 서술한 범위 내로 조정시킬 수 있는 점에 있어서 미결정부의 면적율은 0.1% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 재결정립의 입경의 조정이나, 미재결정부의 형성을 행하기 위해서는, 일반적인 압연 공정 등에 의해 티탄판을 원하는 두께로 조정한 후에, 소정의 조건에서의 마무리 소둔을 실시하는 방법을 들 수 있다.

상기 마무리 소둔에 있어서 채용할 수 있는 소둔 방법은, 연속식과 배치식으로 크게 나눌 수 있다.

이 중, 연속식의 마무리 소둔은, 냉연 코일을 전개해 소둔로 내에 티탄판을 일정 속도로 통판시킴으로써 소둔하는 방법이며, 통판 속도에 의해 가열 온도의 유지 시간을 제어할 수 있다.

종래의 티탄판에 있어서의 마무리 소둔에서는, 연속식의 경우, 가열 온도는 700~800℃로, 가열 시간은 수십초 내지 2분간 정도로 되어 있다.

한편 배치식의 마무리 소둔은, 티탄판의 코일을 코일 상태인 채로 소둔로 내에서 가열하는 방법이며, 코일의 표층부와 내부의 열이 가해지는 쪽의 차를 작게 하기 위해서 천천히 가열되며, 냉각 속도도 매우 늦다.

종래의 티탄판에 있어서의 마무리 소둔에서는, 배치식의 경우, 가열 온도는 550~650℃로, 가열 시간은 3시간 내지 30시간 정도로 되어 있다.

이에 비해, 본 실시 형태의 티탄판을 제작하는 경우에 실시되는 마무리 소둔으로서는, 예를 들어, 연속식이면, 580℃ 이상 600℃ 미만의 온도에서, 1분 이상 10분 이하의 가열 조건, 혹은, 600℃ 이상 650℃ 이하의 온도에서, 10초 이상 2분 미만의 가열 조건으로 실시하는 것이 바람직하다.

이 바람직한 가열 조건으로서, 10초 이상의 시간이 선택되어 있는 것은, 온도를 유지하는 시간이 10초간보다 짧으면, 소정의 소둔을 티탄판에 실시하기 위해서, 통판 속도나 가열 온도 등의 조업 조건의 적정한 범위가 매우 좁아지고, 장치나 그 조작에 정도의 높은 관리가 요구되게 되기 때문이다.

한편, 가열 시간으로서, 10분 이하의 조건이 바람직한 것은, 10분간을 초과하는 시간을 들이면, 통판 속도를 늦추지 않으면 안 되고, 생산성이 저하하기 때문이다.

또, 바람직한 가열 온도의 조건으로서, 580℃ 이상의 온도가 선택되어 있는 것은, 580℃보다 낮은 가열 온도에서는 10분간 이하의 유지 시간으로 티탄판에 소정의 재결정을 일으키는 것이 어렵고, 미재결정부의 면적율이 30%를 초과해 버리는 경우가 많아지기 때문이다.

또한, 650℃ 이하의 가열 온도가 선택되어 있는 것은, 650℃보다 높은 온도에서는 10초간의 가열 시간으로도 티탄판의 재결정이 완료해 버리고, 재결정립이 5μm 이상의 평균 입경에까지 성장할 우려가 있기 때문이다.

또, 본 실시 형태의 티탄판을 제작하는 경우에 실시되는 마무리 소둔으로서는, 배치식이면 420℃ 이상 550℃ 미만의 온도로, 3시간 이상 50시간 이하의 가열 조건인 것이 바람직하다.

이 가열 시간으로서, 3시간 이상의 조건이 바람직한 것은, 가열 시간이 3시간보다 짧으면, 코일의 크기에도 따르지만, 코일의 내부의 온도가 소정의 온도까지 도달하지 않을 가능성이 있기 때문이다.

한편, 가열 시간으로서, 50시간 이하의 조건이 바람직한 것은, 50시간을 초과하는 시간을 들이면, 소둔에 필요로 하는 시간이 너무 길어 져서 티탄판의 생산성이 저하하기 때문이다.

또, 가열 온도가 420℃ 이상인 것이 바람직한 것은, 420℃보다 낮은 가열 온도에서는 50시간 이하의 유지 시간으로 티탄판에 소정의 재결정을 일으키는 것이 어렵고, 미재결정부의 면적율이 30%를 초과해 버리는 경우가 많아지기 때문이다.

혹은, 소정의 생산량을 확보하려면, 소둔로(가열 설비)를 몇 대 정도 보유해야 하고, 설비비가 고가로 되는 것과 더불어 소둔로의 설치를 위한 넓은 스페이스도 필요하기 때문이다.

또한, 배치식에서는 코일 형태인 채로 가열하기 때문에, 코일의 표층부와 내부에서 온도의 상승 속도가 달라, 목표로 하는 온도에 도달하기까지의 시간도 다르다.

코일의 크기, 가열 온도나 소둔로의 가열 능력에 따르지만, 일반적으로는, 목표 온도에 도달하는 시간에는 수십분 내지 수시간의 차가 있다.

이로 인해, 가열 시간이 다소 달라도, 재결정한 입경에 별로 차이가 발생하지 않는, 즉, 재결정립의 성장 속도가 늦은 온도 범위로 가열하는 것이 중요하다.

그리고, 가열 온도가 550℃ 미만인 것이 바람직한 것은 550℃ 이상의 온도에서는 재결정한 결정립의 성장 속도가 크기 때문에, 코일 표층부에 맞추어 가열 시간을 짧게 하면, 코일 내부에서는 아직 목표로 하는 온도에 도달해 있지 않고, 재결정하지 않은 미재결정부가 30%보다 많은 상태로 되어 버릴 우려가 있으며, 반대로 코일 내부에 맞추어 가열 시간을 길게 하면, 코일 표층부는 재결정립이 너무 성장해 평균 결정입경이 5μm 이상이 될 우려가 있기 때문이다.

또한, 연속식에서도 배치식에서도 마무리 소둔은, 진공 중 혹은 불활성 가스 분위기하에서 실시하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 하여, 재결정의 평균 입경과, 미재결정부(가공 조직)의 잔존 비율을 소둔 조건에 따라 조정함으로써, 뛰어난 「강도-가공성 밸런스」를 가지는 티탄판을 얻을 수 있다.

또한, 여기에서는 자세히 서술하지 않으나, 종래의 티탄판 및 티탄판 제조 방법에 있어서 공지의 사항을, 본 발명의 효과를 현저하게 해치지 않는 범위에 있어서, 본 발명에 있어서도 채용하는 것이 가능하다.

또, 본 실시 형태에 있어서는, 티탄재의 예로서 티탄판을 들고 있으나, 뛰어난 「강도-가공성 밸런스」가 발휘되는 점에 있어서는, 티탄판에 한정하지 않고, 예를 들어, 선재, 봉재, 관재 등 여러 가지의 형태의 티탄재에 있어서도 마찬가지이며, 이들 티탄재도 본 발명이 의도하는 범위의 것이다.

[실시예]

다음에 실시예를 들어 본 발명을 더 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

＜평가 1＞

(샘플 No.1~45)

(테스트 피스의 제작)

소형 진공 아크 용해에 의해 주괴(φ140mm)를 제작하고, 이 주괴를 1050℃로 가열 후, 단조하여 두께 50mm인 슬래브를 제작했다.

이 슬래브를 850℃에서 두께 5mm까지 열연한 후, 750℃에서 소둔하고, 쇼트, 산세하여 표면의 스케일을 제거해 판재를 제작했다.

또한, 이 판재를 냉연하여 두께 0.5mm인 판 형상 시료(티탄판)를 제작했다.

이 두께 0.5mm인 티탄판에 대해서, 400~800℃의 온도로, 48시간 이하의 마무리 소둔을 아르곤 가스 분위기 중에서 실시해 결정립이 조정된 테스트 피스를 제작했다.

(성분 측정)

표면의 스케일이 절삭된 열연 후의 판재를 이용하고, 티탄판에 함유되는 철량과 산소량을 측정했다.

철 함유량은, JIS H1614에 준하여 측정하고, 산소 함유량은, JIS H1620에 준하여 측정했다.

(인장 강도 측정)

또, 상기와 같이 결정립도가 조정된 테스트 피스(티탄판)의 인장 강도를 JIS Z2241에 준하여 측정을 했다.

(가공성 평가)

또, 상기와 같이 결정입도가 조정된 테스트 피스(티탄판)의 가공성을 평가했다.

평가는, JIS Z2247에 준하여, 윤활제로서 그래파이트 그리스를 이용한 에릭센 값의 측정에 의해 실시했다.

(조직 조사)

티탄판의 마이크로 조직을 관찰해 결정립(재결정한 α립)이나 미재결정부(가공 조직)의 조직 사진을 얻었다.

또한, 관찰에는, 광학 현미경 혹은 투과형 전자 현미경을 이용했다.

투과형 전자 현미경에 의해 관찰된 조직 사진의 예를 도 1(샘플 No.28의 마이크로 조직)에 도시한다.

이 조직 사진에 있어서는, 재결정한 α립과 미재결정부가 보이고 있다.

(이 도 1에 도시하는 사진에 있어서는, “A”로 도시한 개소가 미재결정부이다.)

이 사진을, 화상 해석 소프트를 이용해 미재결정부 이외의 면적을 구해, 재결정하고 있는 α립의 평균 면적을 구하고, 이 평균 면적과 같은 면적을 가지는 원의 직경을 계산에 의해 구하여 재결정립의 평균 입경으로 했다.

또, 미재결정부의 면적보다, 미재결정부의 면적율을 구했다.

이상의 결과를, 표 1에 기재한다.

상기 샘플 No.1~30은, 재결정립의 평균 입경이 5μm 이하로, 티탄판의 단면에서 미재결정부가 30% 미만의 면적율로 관찰되는 것이고, No.31~42는, 종래의 티탄판과 같이, 미재결정부가 잔존하고 있지 않은 상태의 것이다.

또, 샘플 No.43~45는, 미재결정부를 일부러 잔존시키려고 소둔 조건을 조정한 것인데, 미재결정부를 그 면적율이 30%를 초과하는 상태로 잔존시킨 것이다.

상기 샘플 No.1~30과 No.31~42는, 산소 함유량, 철 함유량이 거의 동일한 티탄 재료를 이용하면서도 소둔 조건의 차이에 따라 결정립의 크기(α상의 원상당 평균 입경)와 미재결정부의 양을 조정한 것이다.

이 표 1로부터도 알 수 있듯이 미재결정부가 포함됨으로써 평균 입경을 작게 억제할 수 있어, 큰 내력이 발휘되도록 되어 있다.

상기의 평가에 있어서는, 대체로, 내력이 커질수록, 가공성(에릭센 값)은 저하하는 경향이 있지만, 같은 정도의 가공성(에릭센 값)에 비교하면, 미재결정부를 존재시킴으로서 내력이 커져 있고, 고강도인 것을 알 수 있다(예를 들어, 샘플 No.1과 31, 9와 34, 15와 39와의 비교 참조).

즉, 결정립이 5μm 이하의 크기로 미재결정부가 30% 이하이면, 「내력-가공성 밸런스」가 양호함을 알 수 있다.

한편, 샘플 No.43~45에 개시한 바와 같이, 마무리 소둔 후에 미재결정부의 면적이 30%보다 많으면, 가공성(에릭센 값)이 크게 저하되어 있다.

이것으로부터도, 본 발명에 의하면 고강도이며, 게다가, 가공성이 뛰어난 티탄판이 제공될 수 있는 것을 알 수 있다.

＜평가 2＞

(샘플 No.A~H)

(실기 시험)

(테스트 코일의 제작)

진공 아크 용해에 의해 주괴(φ750 mm)를 제작하고, 이 주괴를 850~1000℃로 가열 후, 단조하여 두께 170mm인 슬래브를 제작했다.

이 슬래브를 850℃의 온도가 될 때까지 가열한 후, 두께 3.5 mm까지 열연하고, 그 열연된 것을 750℃의 온도에서 소둔한 후, 쇼트, 산세하여 표면의 스케일을 제거해 열연코일을 제작했다.

이 열연 코일을 냉연하여 두께 0.4~0.8mm인 냉연코일로 했다.

이 냉연 코일은, 냉연유 등의 유지류를 세정 제거한 후, 진공 소둔로에 삽입했다.

냉연 코일을 수용시킨 진공 소둔로의 노내를 진공으로 한 후, 아르곤 가스로 치환하고 450~650℃로 가열해 4~36시간 유지하는 배치식의 소둔을 실시해 재결정립의 크기를 조정했다.

얻어진 티탄판으로부터 「성분 측정」, 「인장 강도 측정」, 「가공성 평가」, 「조직 조사」를 상기의 평가 1과 마찬가지로 평가하기 위해 필요한 크기의 시료를 채취해, 상기 평가를 실시했다. 결과를, 표 2에 기재한다.

상기 샘플 No.A~E는, 재결정립의 평균 입경이 5μm 이하로, 티탄판의 단면에서 미재결정부가 30% 미만의 면적율로 관찰되는 것이고, No.F~H는, 종래의 티탄판과 같이, 미재결정부가 잔존하고 있지 않은 상태의 것이다.

상기 샘플 No.A, B, C에서는 내력이 200MPa 이상이고 에릭센 값이 13mm 정도인 가공성이 뛰어난 티탄판이 얻어지고 있다.

또, 샘플 No.D, E에서는, 내력이 400MPa 정도의 고강도면서, 에릭센 값이 10mm 정도인 가공성이 좋은 티탄판이 얻어지고 있다.

한편, 샘플 No.F~H에서는, 가공성이 뛰어나지만 내력이 200MPa보다 작아 강도가 충분하지 않다.

이로부터도, 본 발명에 의하면 고강도이며, 게다가, 가공성이 뛰어난 티탄판이 제공될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (1)

1. 철의 함유량이 0.60 질량% 이하, 산소의 함유량이 0.15 질량% 이하이며, 잔부가 티탄 및 불가피 불순물로 이루어지는 티탄재로서,
   소성 변형을 수반하는 가공이 실시되어 형성된 가공 조직과, 상기 가공 후에 소둔이 실시되어 형성된 재결정 조직을 갖고, 그 재결정 조직의 결정립의 평균 입경이 1μm 이상 5μm 이하이며, 단면적에서 차지하는 미(未)재결정부의 면적이 0%를 초과하고 30% 이하가 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 티탄재.

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