KR20130137553A

KR20130137553A - 티탄판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20130137553A
Application number: KR1020130064651A
Authority: KR
Inventors: 가츠시 마츠모토; 요시노리 이토
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2013-06-05
Publication date: 2013-12-17
Also published as: CN103484805B; CN103484805A

Abstract

본 발명의 과제는, 충분한 강도와 열교환기용 플레이트에 프레스 가공 가능한 고성형성을 겸비한 티탄판을 제공하는 것이다.
α상의 결정립 조직을 함유하고, 공업용 순 티탄으로 이루어지는 티탄판이며, α상의 결정립계의 방위차 분포에 있어서, 방위차 60°∼70°의 범위에 있어서의 최대 피크가 0.010 이상 0.040 이하의 비율인 것을 특징으로 한다. 방위차 60°∼70°인 쌍정 입계가 많이 존재함으로써, 강도를 가지면서 성형성이 향상된다.

Description

티탄판 및 그 제조 방법{TITANIUM SHEET AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은, 공업용 순(純) 티탄으로 이루어지는 티탄판에 관한 것으로, 특히 성형 가공을 실시하여 플레이트식 열교환기용 플레이트로서 사용되는 티탄판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 티탄판은, 비강도 및 내식성이 우수하므로, 화학, 전력, 식품 제조 플랜트 등의 열교환기용 부재, 카메라 보디, 주방 기기 등의 민생품이나, 오토바이, 자동차 등의 수송 기기 부재, 가전 기기 등의 외장재에 사용되고 있다. 티탄판은, 상기 용도 중에서도, 최근 적용이 진행되고 있는 플레이트식 열교환기에 사용되는 경우, 높은 열교환 효율이 요구되므로, 표면적을 증가시키기 위해 프레스 성형에 의해 물결 형상으로 가공되어 적용되고 있다. 그로 인해, 열교환기용 티탄판은, 깊은 잔물결 모양을 형성하기 위해 우수한 성형성을 필요로 한다.

상기한 각종 용도에 다용되는 순 티탄판은, JIS H4600의 규격으로 규정되고, Fe, O 등의 불순물 농도나 강도 등에 따라 JIS 1종, 2종, 3종 등의 등급이 있고, 등급이 증가할수록, 최저 강도가 높아져, 용도에 따라서 그들의 구분 사용이 행해지고 있다. 종래는, 높은 성형성이 요구되는 부재에는, 강도에서 떨어지지만 연성이 높기 때문에, Fe나 O의 농도가 낮은 JIS 1종의 순 티탄판이 사용되고 있었다. 그러나, 최근에는 열교환기 효율의 향상에 더하여, 고강도화ㆍ경량화의 요구도 점점 증대되고 있다. 그 요구에 따르기 위해서는, 보다 강도 레벨이 높은 JIS 2종(내력 215㎫ 이상), 혹은 JIS 3종의 적용이 필요해지지만, 이들 순 티탄판의 강도 레벨로 되면 성형성이 떨어지므로, 열교환기에의 적용이 곤란하다. 또한, 일반적으로 티탄 재료는, Fe, O 등의 불순물 농도를 높게 하거나, 결정립 미세화에 의해 고강도화가 도모되지만, 이들 방법으로는 성형성이 크게 저하된다.

금속 재료가 성형되기 위해서는 소성 변형될 필요가 있고, 그러기 위해서는 전위의 슬립 변형 혹은 쌍정 변형이 필요해진다. 순 티탄은, 조밀 육방정(hcp 구조)으로 이루어지는 α상의 결정립 조직을 주체로 구성된다. 티탄의 α상에서 용이하게 활동하는 슬립계는, 기둥면 슬립 {10-10}<11-20>이고, 그 밖에 저면 슬립 {0001}<11-20>, 뿔면 슬립이 있다. 또한, 프레스 성형시의 변형에서는, {11-22}<11-23>의 쌍정이 활동할 수 있다. 그러나, 순 티탄은, bcc 구조의 철강 재료나 fcc 구조의 알루미늄에 비해 활동 슬립계의 수가 적고, 또한 복수의 슬립계가 용이하게 활동하기 어렵다고 되어 있어, 소성 변형이 어렵다. 이것으로부터, 성형성을 향상시키기 위해서는, 복수의 슬립계/쌍정계를 활동시키는 것이 중요하다고 생각된다.

따라서, 다음과 같은, 성형성을 향상시킨 티탄판의 기술이 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 최종 어닐링 후의 집합 조직(C축의 각도) 및 결정립 직경을 규정(30㎛ 이상)하고, 강도와 성형성의 밸런스를 향상시킨 티탄판이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 냉간 압연 후에 대기 어닐링에 의해 결정립 직경을 소정의 범위의 크기로 하고, 산세와 압하율 0.2∼1.0％의 경압하(스킨 패스) 압연을 실시함으로써, 프레스 성형성을 향상시킨 티탄판이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는, 최종 어닐링 후에 압하율 0.7∼5％의 스킨 패스 압연을 실시하여, 집합 조직(C축의 어긋남 각도)을 조정하여, 규정된 축적 변형량으로 함으로써, 프레스 성형성을 향상시킨 티탄판이 제안되어 있다.

일본 특허 제4088183호 공보 일본 특허 제4584341호 공보 일본 특허 출원 공개 제2011-026649호 공보

그러나, 상기한 종래 기술에는, 열교환기에 적용되기 위해서는 개선의 여지가 있다. 특허문헌 1에는 스킨 패스 압연을 행하는 것이 기재되어 있지 않으므로, 압연에 의해 조질된 경우에는 특성이 변화된다. 한편, 특허문헌 2에서는, 스킨 패스 압연에 있어서의 압하율이 낮아, 강도가 불충분하다. 또한, 특허문헌 3은, Fe, O가 비교적 고농도로 되면 냉간 압연시에 에지 균열을 발생하기 쉬워, 생산성이 저하될 우려가 있다.

본 발명은, 상기 문제점에 비추어 이루어진 것이며, JIS 2종 상당 이상의 내력이 높은 강도와 열교환기에 적용 가능한 고성형성을 겸비한 티탄판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이 과제이다.

본 발명자들은 예의 연구 결과, 티탄재의 결정립 조직에 있어서의 특정 방위 관계를 만족시키는, 방위차 60°∼70°사이에 존재하는 쌍정 입계의 존재 비율이 강도와 성형성의 밸런스의 증대에 기여하는 것을 발견하였다. 또한, 본 발명자들은, 방위차가 82°∼87°사이에 존재하는 쌍정 입계가, 상기한 강도와 성형성의 밸런스를 향상시키는 효과를 저하시키는 것을 실험적으로 발견하였다.

즉, 본 발명에 관한 티탄판은, α상의 결정립 조직을 함유하고, 공업용 순 티탄으로 이루어지고, 상기 α상의 결정립계의 방위차 분포에 있어서, 방위차 60°∼70°의 범위에 있어서의 최대 피크가 0.010 이상 0.040 이하의 비율인 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 관한 티탄판은, 상기 α상의 결정립계의 방위차 분포에 있어서, 방위차 82°∼87°의 범위에 있어서의 최대 피크가 0.010 미만의 비율인 것이 바람직하다.

이러한 구성의 티탄판은, α상의 결정립계에 특정 방위차를 많이 포함함으로써, 충분한 강도를 가지면서 성형성이 향상되고, 또 다른 특정 방위차를 제한함으로써, 강도와 성형성의 밸런스가 손상되지 않는다.

또한, 본 발명에 관한 티탄판은, 상기 α상의 평균 결정립 직경이 10㎛ 이상 120㎛ 이하인 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의해, 티탄판은, 상기한 α상의 결정립계의 방위차 분포를 얻기 쉬워진다.

또한, 본 발명에 관한 티탄판은, Fe:0.020∼0.120질량％, O:0.030∼0.160질량％를 함유하고, 잔량부가 티탄 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의해, 티탄판은, 강도가 한층 더 향상된다.

본 발명에 관한 티탄판은, 성형 가공이 실시되어 플레이트식 열교환기용 플레이트로서 사용된다.

이러한 구성에 의해, 티탄판은 깊은 잔물결 모양을 형성하여 표면적을 많게 하여, 열교환 효율이 우수한 열교환기의 플레이트로 할 수 있다.

본 발명에 관한 티탄판의 제조 방법은, 최종 냉간 압연 후에, α상 결정립이 평균 입경 10㎛ 이상 120㎛의 범위로 되도록, 600∼890℃로 어닐링하고, 40℃/s 이상으로 200℃ 이하까지 냉각하는 최종 어닐링 공정을 행하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 관한 티탄판의 제조 방법은, 상기 최종 어닐링 공정 후에, 1패스의 압하율 0.5％ 이상 또한 총 압하율 5％ 이하로 압연하는 경압하 압연 공정을 더 행하는 것이 바람직하고, 또한 상기 경압하 압연 공정을, 상기 최종 냉간 압연에 있어서의 압연 방향과 평행하게 압연하는 것이 바람직하다.

이러한 순서에 의해, 최종 어닐링에서 결정립을 적당한 크기로 함으로써, 그 후의 냉각시 등에 쌍정 변형이 일어나기 쉽고, 또한 급속하게 냉각함으로써 변형을 충분히 도입하여, α상의 결정립계에 특정 방위차를 많이 포함한 티탄판이 얻어진다. 또한 소정의 압연 방향으로, 또한 적당한 압하율로 압연함으로써 예비 변형을 부여하여, 강도와 성형성을 한층 더 향상시킨 티탄판이 얻어진다.

본 발명에 관한 티탄판에 따르면, JIS 2종 상당 이상의 내력이 높은 강도를 가지면서, 플레이트식 열교환기용 플레이트에 프레스 가공 가능한 고성형성을 구비할 수 있다. 또한, 본 발명에 관한 티탄판의 제조 방법에 따르면, 상기 효과를 갖는 티탄판을 안정적으로 얻을 수 있다.

도 1은 티탄판에 있어서의, Ti 육방정의 (0001)의 배향 정도를 설명하기 위한 개념도.
도 2는 본 발명에 관한 실시예 및 비교예의 결정립간의 방위차 분포를 나타내는 그래프로, (a)는 시험재 No.2, 10의 방위차 60°∼70°에 있어서의 분포, (b)는 시험재 No.2, 15의 방위차 82°∼87°에 있어서의 분포.
도 3은 실시예에서 프레스 성형성의 평가를 행하기 위해 사용한 프레스 성형 금형을 도시하는 것으로, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 E-E선 단면도.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.

〔티탄판〕

본 발명에 관한 티탄판은, 일반적인 공업용 순 티탄이 적용되는, 열교환기용 부재, 수송 기기 부재, 가전 기기 등의 외장재에 사용할 수 있고, 특히 강도와 함께 높은 성형성이 요구되는 플레이트식 열교환기용 플레이트에 적합하다.

본 발명에 관한 티탄판은, α상의 결정립 조직을 함유하고, 예를 들어 JIS H 4600에 규정되는 1종의 순 티탄과 같은 공업용 순 티탄으로 이루어지고, α상의 결정립계의 방위차 분포에 있어서, 방위차 60°∼70°의 범위에 있어서의 최대 피크가 0.010 이상 0.040 이하의 비율이다.

(α상의 결정립계의 방위차 분포)

압연 프로세스에 의해 제조되는 종래의 티탄 제품에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, C축[(0001)축]이 압연면에 수직한 방향(ND)으로 배향하고, 또한 압연면 법선으로부터 압연 폭 방향(TD)으로 양측으로 각각 약 30°∼40°로 기울어진 위치에 각각 분포하고 있어, 그 방향으로 집적되는 경향이 있다. 따라서, 티탄재는, 마찬가지의 방향으로 방위가 정렬된 결정립 조직의 집합이므로, 결정립간의 방위차가 작은(15°이내의) 소경각(小傾角) 입계가 많고, 그 이상의 방위차로 되는 결정립간은, C축이 압연면 법선으로부터 압연 폭 방향으로 양측으로 각각 기울어진 위치에 집적되어 있는 것에 대응한 방위차로 되는 결정립간의 비율이 돌출되어 비교적 많이 존재하는 조직으로 이루어지고, 그 밖의 방위차로 되는 결정립간은 존재 비율이 대략 균일하게 0.01(1％) 미만이다. 소경각 입계는, 소성 변형시에, 전위의 이동의 저항으로는 되기 어렵기 때문에, 내력의 증대에는 기여하기 어렵다. 소경각 입계의 존재 비율은, O(산소) 함유량 증대나 결정립 미세화에 의해서는 크게 변화되지 않는다. 티탄재는, O 함유량이 증대되면, 본질적으로 슬립계의 활동이 발생하기 어려워진다고 생각되고, 전위의 이동 자체에 대한 저항 증대에 의해 내력이 증대되지만, 결과적으로 변형능이 저하되어, 성형성이 떨어진다. 또한, 티탄재는, 결정립이 미세화되면, 소경각 입계 이외의 대경각(大傾角) 입계에 의한 전위의 이동의 저항력에 의해, 내력이 증대된다. 한편, 이러한 티탄재는, 입경이 작기 때문에 입내를 전위가 이동하여 입계에서 멈추어질 때까지의 이동 거리가 작아, 입계에 퇴적되는 전위량이 감소하므로, 인접하는 결정립의 2차 슬립계가 효율적으로 활성화되지 않아, 균일한 2차 슬립계가 작용하기 어렵기 때문에, 균일한 소성 변형이 일어나기 어렵다고 생각된다. 또한 통상의 대경각 입계는, 입계 에너지가 높고 입계 강도가 낮기 때문에, 변형이 집중되었을 때의 크랙 발생, 파괴의 기점으로 되기 쉽다고 상정되어, 티탄재의 성형성을 떨어뜨린다.

본 발명에 관한 티탄판은, 전위의 이동의 저항으로 되는 결정립계 중, 방위차가 60°∼70°의 범위의 관계를 갖는 쌍정 입계를 다른 방위차의 입계에 대해 고빈도로 한 것으로 한다. 이에 의해, 소성 변형시의 전위의 저항으로 되는 동시에, 인접하는 결정립의 2차 슬립계를 효율적으로 활성화하여, 균일하게 2차 슬립계가 작용하기 쉬워짐으로써, 티탄판은 소성 변형되기 쉬워진다고 생각된다. 또한, 쌍정 입계는 입계 에너지가 낮고 입계 강도가 높기 때문에, 그러한 입계에서는 입계 파단이 일어나기 어려워지고, 티탄판은, 강도의 증대에 대한 연성의 열화가 억제되어, 강도와 성형성의 밸런스가 향상된다고 생각된다. 단, 쌍정 입계의 빈도가 지나치게 높으면, 결정립 직경이 작아지는 것으로 이어지고, 미세립에서 확인되는, 균일한 소성 변형이 일어나기 어려운 현상이 현저해져, 오히려 성형성을 떨어뜨리게 되므로, 쌍정 입계의 빈도는 이하의 범위로 한다.

α상의 결정립계의 방위차 분포에 있어서, 방위차 60°∼70°의 범위에 있어서의 최대 피크가, 0.010 미만인 비율에서는, 쌍정 입계의 빈도가 부족하여 강도 향상 효과가 얻어지지 않으므로, 0.010 이상으로 하고, 0.012 이상이 바람직하다. 한편, 상기 범위에 있어서의 최대 피크가 0.040을 초과하는 비율로 되면, 강도가 과대해져 연성이 저하되고, 또한 결정립이 미세화되어 균일한 소성 변형이 일어나기 어려워져, 강도와 성형성의 밸런스가 저하되므로, 0.040 이하로 하고, 0.025 이하가 바람직하다. 이러한 α상 조직은, 후기하는 바와 같이, 티탄판의 제조에 있어서, 최종 어닐링시의 냉각 속도를 제어하거나, 또는 최종 어닐링 후에 예비 변형을 부여함으로써 얻어진다.

한편, 마찬가지로 대경각 입계라도, 방위차가 82°∼87°의 범위의 관계를 갖는 쌍정 입계는, 상기한 방위차가 60°∼70°의 범위의 관계를 갖는 쌍정 입계와는 달리, 강도를 저하시킨다. 그 이유는 충분히 명백하지는 않지만, 쌍정의 종류에 따라, 인접하는 결정립의 방위차가 변화됨으로써, 2차 슬립계의 활성화의 정도가 변화되어 있거나, 혹은 쌍정 입계의 빈도의 증대에 의한 미세립화가 현저하게 영향을 미치기 쉽다고 생각된다. 구체적으로는, α상의 결정립계의 방위차 분포에 있어서, 방위차 82°∼87°의 범위에 있어서의 최대 피크가, 0.010 이상의 비율에서는, 강도와 성형성의 밸런스의 향상 효과가 충분히 얻어지지 않으므로, 0.010 미만이 바람직하고, 0.008 이하가 보다 바람직하다. 이러한 α상 조직은, 후기하는 바와 같이, 티탄판의 제조에 있어서, 최종 어닐링 후의 예비 변형의 부여의 방향을 제어함으로써 얻어진다.

α상의 결정립계의 방위차 분포는, 티탄판의 압연면과 평행한 면에, 주사 전자 현미경(SEM)으로 전자선을 주사하면서 전자 후방 산란 회절(Electron Backscatter Diffraction:EBSD)법으로 EBSD 패턴을 측정, 해석함으로써 얻어진다.

본 발명에 관한 티탄판은, α상의 평균 결정립 직경이 10㎛ 이상 120㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 관한 티탄판은, Fe:0.020∼0.120질량％, O:0.030∼0.160질량％를 함유하고, 잔량부가 티탄 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것이 바람직하다.

(α상의 평균 결정립 직경:10㎛ 이상 120㎛ 이하)

티탄판은, 평균 결정립 직경이 10㎛ 미만에서는, 변형 도입시에 쌍정 변형이 일어나기 어려워져, 방위차 60°∼70°의 범위에 있어서의 최대 피크가 충분히 얻어지지 않는다. 따라서, 본 발명에 관한 티탄판은, α상의 평균 결정립 직경이 10㎛ 이상인 것이 바람직하고, 20㎛ 이상인 것이 보다 바람직하고, 30㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 티탄판은, α상의 결정립 직경이 커지면, 표면 거칠어짐이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 본 발명에 관한 티탄판은, α상의 평균 결정립 직경이 120㎛ 이하인 것이 바람직하고, 100㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 80㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. α상의 결정립 직경은, 원상당 직경이고, SEM 등의 공지의 수단에 의해 측정하여, 평균이 산출된다. α상의 결정립 직경은, 티탄판의 Fe 함유량의 조정이나, 후기하는 바와 같이, 제조에 있어서 최종 어닐링 조건 등을 제어함으로써 얻어진다.

(Fe:0.020∼0.120질량％, O:0.030∼0.160질량％)

티탄판은, Fe, O의 함유량이 적으면 강도가 저하된다. Fe, O 부족에 의한 강도 부족을 보충하려고 하면, 도입해야 할 변형량이 커져, 결과적으로 성형성이 저하된다. 그로 인해, Fe 함유량은 0.020질량％ 이상이 바람직하고, 0.025질량％ 이상이 보다 바람직하고, 0.030질량％ 이상이 더욱 바람직하다. 또한, O 함유량은 0.030질량％ 이상이 바람직하고, 0.050질량％ 이상이 보다 바람직하고, 0.070질량％ 이상이 더욱 바람직하다. 한편, Fe 함유량이 많아지면, 잉곳의 편석이 커져 생산성이 저하된다. 또한, β상의 석출량이 증대됨으로써 결정립이 미세화되므로, 방위차가 60°∼70°의 범위에 있어서의 최대 피크가 부족하여, 성형성이 저하된다. 그로 인해, Fe 함유량은 0.120질량％ 이하가 바람직하고, 0.080질량％ 이하가 보다 바람직하고, 0.070질량％ 이하가 더욱 바람직하다. 또한, O 함유량이 많아지면, 티탄판이 취약해져 냉간 압연시의 균열이 발생하기 쉬워져, 생산성이 저하되고, 또한 성형성이 저하된다. 그로 인해, O 함유량은 0.160질량％ 이하가 바람직하고, 0.140질량％ 이하가 보다 바람직하고, 0.125질량％ 이하가 더욱 바람직하다.

본 발명에 관한 티탄판은, Fe, O 및 Ti(티탄) 이외에, C, H, N, Si, Cr, Ni 등을 불가피적 불순물로서 함유해도 된다. C:0.015질량％ 이하, N:0.02질량％ 이하, H:0.005질량％ 이하, 그 밖의 원소:각 0.1질량％ 이하이면, 본 발명의 효과를 저해시키지 않고 허용된다.

〔티탄판의 제조 방법〕

본 발명에 관한 티탄판은, 종래의 티탄판과 마찬가지로, 공지의 방법으로, 잉곳을 분괴 압연하고, 열간 압연, 중간 어닐링, 냉간 압연, 최종 어닐링을 행하여 제조된다. 냉간 압연 공정에서는, 소재의 냉간 압연성(에지 균열의 발생 용이성, 변형 하중 등)에 따라서 적절한 압하율과 어닐링 조건을 선택하고, 냉간 압연과 중간 어닐링이 반복된다. 최종 어닐링 공정은, 냉간 압연에서 경화된 소재(티탄)를 재결정시켜 성형성을 부여하기 위해 행한다. 그로 인해, 최종 어닐링 공정의 직전에 실시하는 냉간 압연(최종 냉간 압연)은, 재결정시키기 위해 필요한 가공율로, 구체적으로는 50％ 이상의 압하율로 행한다. 또한, 어닐링(중간 어닐링, 최종 어닐링) 후에 티탄판 표면에 스케일이 부착되는 경우는, 다음 공정(중간 어닐링이면 후속되는 냉간 압연) 전에, 스케일 제거 공정으로서, 예를 들어 솔트 열처리, 산세 처리 등을 행한다.

본 발명에 관한 티탄판은, 최종 냉간 압연 공정 및 최종 어닐링 공정을 소정의 조건으로 행함으로써, α상의 결정립 조직을 상기에서 규정된 것으로 할 수 있다. 이하, 본 발명에 관한 티탄판의 제조 방법에 있어서의 최종 냉간 압연 공정 및 최종 어닐링 공정에 대해 설명한다.

(최종 냉간 압연)

본 발명에 관한 티탄판은, 최종 어닐링 공정의 직전에 실시하는 냉간 압연(최종 냉간 압연)에 있어서, 냉간 압연율을 조정하여, α상의 평균 결정립 직경을 제어하는 것이 바람직하다. 최종 냉간 압연의 압하율은 50％ 이상 88％ 이하가 바람직하다. 압하율이 50％ 미만에서는, 그 후의 최종 어닐링에 있어서 조건을 조정해도, 상기한 바와 같이 재결정시키기 어렵고, 또한 최종 어닐링 후에 있어서 재결정립 직경이 조대화되기 쉬워, α상의 결정립 직경을 120㎛ 이하로 제어하는 것이 곤란해진다. 한편, 최종 냉간 압연의 압하율이 88％를 초과하면, 냉간 압연시의 에지 균열이 일어나기 쉬워져, 수율이 저하되는 등의 공업적인 문제가 발생한다. 또한, 최종 어닐링 후에 있어서 재결정립 직경이 미세화되기 쉬워져, α상의 결정립 직경이 10㎛ 미만으로 된다.

(최종 어닐링)

본 발명에 관한 티탄판은, 최종 어닐링에 있어서, 온도 및 시간을 조정하여, α상의 평균 결정립 직경을 제어하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 어닐링 온도는 600∼890℃로 한다. 온도가 600℃ 미만에서는, 재결정이 진행되지 않고, 결정립 직경도 작기 때문에, 충분히 쌍정이 도입되지 않는다. 한편, 온도가 890℃를 초과하면, β상의 분율이 증대되어 α상립의 입성장이 저해되고, 결정립 직경이 미세화된다. 또한, 온도가 β 변태점 온도를 초과하면, 냉각 후에 α상립이 침상 조직으로 되어, 현저하게 미세한 조직으로 되고, 프레스 성형성이 저해된다. 유지 시간은, 일례로서 연속 어닐링로이면 15분간 이내로 하는 것이 바람직하고, 어닐링 온도에 따라서 다시 설정된다. 즉, 어닐링 온도가 높을수록, 재결정의 진행이 빠르고, 결정립 직경도 급속하게 커지므로, 단시간으로 한다. 또한, 상기한 바와 같이, 티탄판의 Fe 함유량이 많으면 결정립이 미세화되는 경향이 있으므로, 최종 어닐링은 고온에서, 또한 장시간으로 하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 관한 티탄판은, 최종 어닐링 후의 냉각 속도를 빠르게 한다. 이에 의해, 티탄판은, 냉각시의 변형에 의해, 쌍정이 도입되어 α상의 결정립계의 방위차 분포가 상기한 규정 범위로 된다. 통상의 소성 가공(인장, 압연 등)에 의해 도입되는 변형은 이방성이 있으므로, 그 변형 모드에서 발생하는 쌍정도 이방성을 가져, 결정립 분포 내에서 불균일해지기 쉽다. 그것에 대해, 냉각시의 변형은, 면내 등방적으로 발생하기 쉬워지므로 이방성이 저감되고, 도입되는 쌍정도 결정립 분포 내에서 균일해지기 쉽다. 따라서, 티탄판은, 냉각시에 변형이 도입됨으로써, 강도와 성형성의 밸런스가 향상되는 효과가 현저하게 얻어진다. 구체적으로는, 상기 조건의 최종 어닐링 후에, 40℃/s 이상으로 냉각하는 것이 바람직하고, 60℃/s 이상이 보다 바람직하고, 100℃/s 이상이 더욱 바람직하다. 상기한 냉각 속도는, 200℃ 이하로 될 때까지로 하고, 추가 냉각에 있어서의 속도는 특별히 규정하지 않는다. 이러한 급속 냉각을 행하기 위해, 최종 어닐링은 연속로에서 행하는 것이 바람직하다.

최종 어닐링의 그 밖의 조건은 특별히 규정되지 않고, 공지의 방법으로 행할 수 있다. 예를 들어, 분위기는 대기, 진공, Ar 등의 불활성 가스, 환원성 가스 중 어느 쪽이든 좋다. 또한, 특히 대기 분위기에서 어닐링(대기 어닐링)한 경우는, 상기한 바와 같이, 산세 처리 등의 스케일 제거 공정을 행한다.

(스킨 패스 압연)

또한, 본 발명에 관한 티탄판은, 종래의 티탄판과 마찬가지로, 최종 어닐링 후에 인장(스트레치)이나 압연 등을 행하여, 평탄성을 높게 할 뿐만 아니라, 변형을 부여하여 강도와 성형성을 향상시켜도 된다. 냉각시에 도입되는 변형량에는 상한이 있으므로, 최종 어닐링 후에 스트레치나 압연 등을 행하여 변형을 부여하는 것이 바람직하고, 이에 의해 티탄판은, 더욱 강도와 성형성의 밸런스의 향상 효과가 얻어진다.

여기서, 최종 어닐링 후의 인장이나 압연에 의한 변형을 부여하는 방향을, 최종 어닐링의 직전의 압연, 즉, 최종 냉간 압연에 있어서의 압연 방향과 평행하게 함으로써, 방위차가 60°∼70°의 범위의 관계를 갖는 쌍정 입계만의 빈도가 증대된다. 한편, 이 변형을 부여하는 방향이 최종 냉간 압연에 있어서의 압연 방향에 수직(압연 폭 방향)이면, 방위차가 82°∼87°의 범위의 관계를 갖는 쌍정 입계의 빈도도 증대된다. 따라서, 예비 변형을 부여하는 경우에는, 그 부여 방향은 최종 냉간 압연에 있어서의 압연 방향과 동일한 방향이 바람직하다.

최종 어닐링 후에 부여하는 총 변형량은, 강도와 성형성을 향상시키기 위해 0.5％ 이상이 바람직하다. 한편, 변형량이 5％를 초과하면, 강도가 과대해져 성형성이 저하된다. 변형 부여로는, 일례로서 경압하 압연(스킨 패스 압연)을 들 수 있고, 이 경우, 총 압하율을 5％ 이하로 한다. 또한, 스킨 패스 압연의 1회(1패스)당 변형량이 작으면, 압연판의 판 두께 중심부까지 본 발명에서 규정되는 방위차 분포의 결정 조직이 얻어지기 어렵다. 따라서, 스킨 패스 압연에 있어서의 1패스의 압하율은 0.5％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.8％ 이상이 더욱 바람직하다.

[실시예]

이상, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 서술해 왔지만, 이하에, 본 발명의 효과를 확인한 실시예를, 본 발명의 요건을 만족시키지 않는 비교예와 대비하여 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명은 본 실시예에 의해 제한을 받는 것이 아니라, 청구항에 나타낸 범위에서 변경을 가하여 실시하는 것도 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

〔시험체 제작〕

표 1에 나타내는 Fe, O 조성의 순 티탄(JIS H4600) 열연판(판 두께 4.0㎜)에, 통상의 냉간 압연 및 중간 어닐링을 한 후, 표 1에 나타내는 압하율로 최종 냉간 압연을 하여, 대기 분위기하에서 표 1에 나타내는 조건의 최종 어닐링 및 산세 공정에 의해, 판 두께 0.5㎜의 냉간 압연판을 얻었다. 이 냉간 압연판에, 또한 표 1에 나타내는 방향(예비 변형 방향) 및 압하율의 압연에 의해 경압하를 부여하여 시험재로 하였다. 또한, 표 1에 나타내는 예비 변형의 부여 방향(최종 어닐링 후의 압연 방향)은, 최종 냉간 압연에 있어서의 압연 방향에 대한 방향으로 나타내고, RD:압연 방향, TD:압연 폭 방향을 나타낸다. 또한, 표 1에 있어서 예비 변형의 압하율 0의 시험체는, 최종 어닐링 후의 압연을 하고 있지 않다.

(α상의 평균 결정립 직경의 측정)

시험재의 표면(판면)을 연마하여, 표층부, 판 두께 1/4부 및 판 두께 중심부의 각각의 압연면에 있어서, 한 변이 0.5㎜(압연 방향, 판폭 방향으로 각 0.5㎜)인 영역을, EBSD에 의한 조직 관찰을 행하였다. EBSD 측정은, FE-SEM(Carl-Zeiss제, ULTRA55) 및 EBSD 검출기(Oxford Instruments제, NordlysII)를 사용하였다. 측정 데이터에 대해, EBSD 데이터 해석 소프트웨어 Channel 5의 프로그램 : Tango를 사용하여 해석하였다. Tango에 의해, Boundary Component로서 Grain Boundaries를 선택하고, 방위차 5°이상의 경계를 결정립계로 설정하여, Grain Area Determination의 조작을 행하여, 각 결정립의 원상당 직경 및 그 평균을 산출하였다. 얻어진 평균값을 표 1에 나타낸다.

(α상의 결정립계의 방위차 분포의 측정)

평균 결정립 직경의 측정에 있어서의 EBSD 측정 결과로부터, 인접하는 결정립간의 방위차의 분포를 해석하여, 방위차 60°∼70°, 82°∼87°의 각 범위에 있어서의 최대 빈도를 구하였다. 상세하게는, Tango에 의해, Boundary Component로서 Grain Boundaries를 선택하고, Legend 기능을 사용하여, 방위차 0°로부터 94.5° 까지 0.5°피치로 빈도를 구하였다. 방위차 60°∼70°, 82°∼87°의 각 범위에 있어서의 빈도를 표 1에 나타낸다. 또한, 이들 범위에 있어서 피크가 관찰되는 경우(쌍정 입계의 존재에 대응)는, 그 피크 강도를, 피크가 관찰되지 않는 경우(쌍정 입계가 존재하지 않음)는, 상기 범위에 있어서의 최대값을 측정하였다. 또한, 시험재 No.2, 10의 결정립간의 방위차 60°∼70°에 있어서의 분포를 도 2의 (a)에, 시험재 No.2, 15의 결정립간의 방위차 82°∼87°에 있어서의 분포를 도 2의 (b)에 각각 나타낸다.

〔평가〕

(강도)

시험재로부터, 시험재의 압연 방향이 하중축과 일치하는 방향으로 JIS Z2201에 규정되는 13호 시험편을 채취하고, 실온에서 JIS H4600에 기초하여 인장 시험을 실시하여 0.2％ 내력(YS)을 측정하고, 표 1에 나타낸다. 합격 기준은 0.2％ 내력이 215㎫ 이상인 것으로 하였다.

(성형성)

시험재에 대해 플레이트식 열교환기의 열교환(플레이트) 부분을 모의하여, 도 3에 나타내는 형상의 성형 금형을 사용하여 80t 프레스기에 의해 프레스 성형을 행하여, 성형성을 평가하였다. 성형 금형은, 100㎜×100㎜의 성형부에, 최대 높이 6.5㎜의 능선부를 17㎜ 피치로 4개 갖고, 상기 능선부는 정점에 R=2.5㎜의 R 형상으로 형성되어 있다. 프레스 성형은, 시험재의 양면에 두께 0.05㎜의 폴리시트를 깔고, 압연 방향이 도 3의 (a)에 있어서의 상하 방향과 일치하도록 하측의 금형 상에 시험재를 배치하고, 플랜지부를 블랭크 홀더에 의해 구속하여, 프레스 속도 1㎜/초로 금형을 압입하였다. 0.1㎜ 피치로 압입하여, 시험재에 균열이 발생하지 않는 최대의 압입 깊이량(㎜) Y를 구하였다.

상기 인장 시험에서 측정한 압연 방향에 있어서의 0.2％ 내력(㎫) YS와, 압입 깊이량 Y에 기초하여, 수학식 1로 나타내어지는 성형성 지표(㎜) F가 정의 값(F＞0)으로 되는 것을 합격으로 하였다. 압입 깊이량 및 성형성 지표 F를 표 1에 나타낸다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 시험재 No.1∼9, 15, 16은, α상의 결정립계의 방위차 분포가 본 발명의 범위 내이고, 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이 방위차 60°∼70°에 있어서 존재 비율이 돌출된 결정립간, 즉, 쌍정 입계가 존재하므로, 충분한 강도와 성형성을 갖고 있었다. 특히 시험체 No.1∼9는, 방위차 82°∼87°의 분포가 억제되어 있었으므로, 방위차 60°∼70°의 쌍정 입계에 의해 강도와 성형성의 밸런스가 충분히 얻어졌다. 또한, 시험체 No.1∼3, 5∼9는, 최종 어닐링 후에, 최종 냉간 압연에 있어서의 압연 방향과 동일 방향으로 압연하여 예비 변형을 부여하였으므로, 강도와 성형성이 한층 더 향상되었다. 또한, 시험재 No.9는, 최종 어닐링 시간이 길고, 결정립이 커졌기 때문에, 표면에 표면 거칠어짐을 발생하였다.

한편, 시험체 No.15, 16은, 최종 어닐링 후의 압연에 의한 예비 변형의 부여 방향을, 시험체 No.2, 8이 최종 냉간 압연에 있어서의 압연 방향과 동일 방향인 것에 대해, 직교하는 방향(압연 폭 방향)으로 한 것이다. 그 결과, 방위차 60°∼70°의 분포가 시험체 No.2, 8과 동일 정도로 증대되었지만, 동시에, 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이 방위차 82°∼87°의 분포도 증대되었으므로, 시험체 No.2, 8과 비교하여 성형성이 저하되었다.

이들에 대해, 시험체 No.10∼13은, 방위차 60°∼70°의 분포가 적고, 쌍정 입계가 부족하였으므로, 강도가 부족하여 성형성과의 밸런스가 불충분했다. 시험체 No.10, 11은, 최종 어닐링 후의 냉각이 일반적인 냉각 속도로 느렸기 때문에 냉각시에 변형이 충분히 도입되지 않고, 또한 시험체 No.10은, 그 후의 압연도 하지 않았기 때문에, 도 2에 나타내는 바와 같이 방위차 60°∼70°의 분포가 시험재 No.2와 비교하여 적었다. 또한, 시험체 No.12는 최종 어닐링 온도가 낮고, 시험체 No.13은 최종 어닐링의 온도에 대한 유지 시간이 불충분하였기 때문에, 각각 재결정이 충분히 진행되지 않아, 결정립이 작고, 그 후의 급속 냉각이나 경압하에 의해서도 충분히 쌍정이 도입되지 않았다. 또한 시험체 No.12는, 강도가 특히 부족했다. 한편, 시험체 No.14는, 최종 어닐링 후의 압하가 과잉으로 방위차 60°∼70°의 분포가 과대해지고, 과잉의 쌍정 입계에 의해 강도가 과대해져 연성이 저하되어, 성형성이 저하되었다.

Claims

α상의 결정립 조직을 함유하고, 공업용 순 티탄으로 이루어지는 티탄판이며,
상기 α상의 결정립계의 방위차 분포에 있어서, 방위차 60°∼70°의 범위에 있어서의 최대 피크가 0.010 이상 0.040 이하의 비율인 것을 특징으로 하는, 티탄판.
제1항에 있어서, 상기 α상의 결정립계의 방위차 분포에 있어서, 방위차 82°∼87°의 범위에 있어서의 최대 피크가 0.010 미만의 비율인 것을 특징으로 하는, 티탄판.
제1항에 있어서, 상기 α상의 평균 결정립 직경이 10㎛ 이상 120㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 티탄판.
제1항에 있어서, Fe:0.020∼0.120질량％, O:0.030∼0.160질량％를 함유하고,
잔량부가 티탄 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 티탄판.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 티탄판을 성형 가공함으로써 얻어진 플레이트를 구비한, 플레이트식 열교환기.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 티탄판을 제조하는 방법이며,
최종 냉간 압연 후에, α상 결정립이 평균 입경 10㎛ 이상 120㎛의 범위로 되도록, 600∼890℃로 어닐링하고, 40℃/s 이상으로 200℃ 이하까지 냉각하는 최종 어닐링 공정을 행하는 것을 특징으로 하는, 티탄판 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 최종 어닐링 공정 후에, 1패스의 압하율 0.5％ 이상 또한 총 압하율 5％ 이하로 압연하는 경압하 압연 공정을 더 행하는 것을 특징으로 하는, 티탄판 제조 방법.
제7항에 있어서, 상기 경압하 압연 공정을, 상기 최종 냉간 압연에 있어서의 압연 방향과 평행하게 압연하는 것을 특징으로 하는, 티탄판 제조 방법.