KR20160129864A

KR20160129864A - 고강도ㆍ고영률을 갖는 α+β형 티타늄 합금 냉연 어닐링판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20160129864A
Application number: KR1020167026874A
Authority: KR
Inventors: 아키라 가와카미; 가즈히로 다카하시; 히데키 후지이
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2016-11-09
Also published as: US10351941B2; CN106133159B; TW201600611A; US20160326620A1; JP6187678B2; CN106133159A; JPWO2015156356A1; TWI561637B; KR101831548B1; WO2015156356A1

Abstract

본 발명은, 판폭 방향의 강도 및 영률이 높은 α+β형 티타늄 합금 냉연 어닐링판을 제공하는 것을 목적으로 한다. 티타늄 합금판은, 판면 방향의 집합 조직을 해석하였을 때에, α상의 (0002) 극점도 상에 있어서, 판폭 방향에 가까운 방위의 X선 상대 강도 피크값(XTD)과, 판면 법선 방향에 가까운 방위의 X선 상대 강도 피크값(XND)의 비 XTD/XND가 5.0 이상이고, 질량％로 Fe:0.8∼1.5％, N:0.020％ 이하, 산소 등량 Q가 0.34∼0.55이다. 티타늄 합금판의 어닐링은, 냉연율 25％ 미만의 경우에는 500℃ 이상 800℃ 미만에서, 냉연율 25％ 이상의 경우에는 500℃ 이상 620℃ 미만에서 행한다.

Description

고강도ㆍ고영률을 갖는 α+β형 티타늄 합금 냉연 어닐링판 및 그 제조 방법{α+β TYPE COLD-ROLLED AND ANNEALED TITANIUM ALLOY SHEET HAVING HIGH STRENGTH AND HIGH YOUNG'S MODULUS, AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 판폭 방향의 강도 및 영률이 높은 것을 특징으로 하는 α+β형 티타늄 합금 냉연 어닐링판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

α+β형 티타늄 합금은, 높은 비강도를 이용하여, 항공기의 부재 등으로서 오래전부터 사용되어 왔다. 최근, 항공기에 사용되는 티타늄 합금의 중량비는 높아지고 있으며, 그 중요성은 점점 더 높아지고 있다. 또한, 민생품 분야에 있어서도, 골프 클럽 페이스용으로 고영률과 경비중을 특징으로 하는 α+β형 티타늄 합금이 많이 사용되도록 되고 있다. 특히, 이 용도에서는, 박판이 소재로서 사용되는 경우가 많기 때문에, 고강도 α+β형 티타늄 합금 박판의 요구는 높다. 게다가, 경량화가 중요시되는 자동차용 부품 등에도, 고강도 α+β형 티타늄 합금의 적용이 기대되고 있으며, 이 분야에 있어서도 냉연 어닐링판을 주로 하는 박판의 필요성은 높아지고 있다.

골프 클럽 페이스 용도에서는, 판면 내에서 고강도 또한 고영률을 나타내는 방향을 페이스의 짧은 변측으로 하면 반발 규제를 클리어할 수 있는 것과, 내구성이 높은 것을 알 수 있다. 이에 반해, α+β형 티타늄 합금을 일방향 열연하면, 주상이며 HCP(Hexagonal Closed Packed, 육방 조밀) 구조를 나타내는 α상의 c축이 판폭 방향으로 강하게 배향한 Transverse-texture(T-texture)라 불리는 집합 조직을 나타낸다. 이때, α+β형 티타늄 합금에서는 쌍정 변형은 억제되고, 소성 변형을 지배하는 주슬립계의 슬립 방향은 저면 내에 한정되기 때문에, T-texture를 갖는 경우에는 판폭 방향의 강도가 상승한다. 따라서, 일방향 열연판의 판폭 방향을 페이스의 짧은 변측에 사용함으로써 반발 규제를 클리어함과 함께, 내구성을 향상시키고 있는 것이다.

이 현상을 살려, T-texture 발달과 그것에 수반되는 판폭 방향의 강도ㆍ영률 향상을 도모하면서, 집합 조직의 과도한 발달과 그것에 수반되는 과도한 강도 업ㆍ연성 저하를 초래하지 않는 화학 성분을 갖는 α+β형 티타늄 합금판이 특허문헌 1에 개시되어 있다. 또한, 자동차용 부품용으로도, T-texture를 갖는 α+β형 티타늄 합금판의 판폭 방향이, 엔진 밸브나 커넥팅 로드 등의 엔진 부품의 축방향으로 되도록 절단 가공함으로써, 축방향의 강도 및 강성이 높은 자동차 엔진 부품 및 그 소재가 특허문헌 2에 개시되어 있다. 이들 기술은 모두 α+β형 티타늄 합금 일방향 열연판에 생성하는 T-texture를 이용한 것이다. 그러나, 이들 합금은 모두 냉연성을 저하시키는 Al의 첨가량이 높아, 냉연이 곤란하기 때문에, 일방향 열연판에 있어서의 기술이며, 예를 들어 판 두께 2.5㎜ 이하와 같이 보다 판 두께가 얇은 냉연판의 제조 기술에 대해서는 지금까지 밝혀지지 않았다.

한편, α+β형 티타늄 합금에 있어서, 냉연판의 제조가 가능한 α+β형 티타늄 합금이 몇 가지 제안되어 있다. 특허문헌 3 및 특허문헌 4에는, Fe, O, N을 주요 첨가 원소로 하는 저합금계 α+β형 티타늄 합금이 제안되어 있다. β 안정화 원소로서 Fe, α 안정화 원소로서 O, N이라는 염가의 원소를 첨가하고, 또한, O, N량을 적정한 레인지, 밸런스로 첨가함으로써, 높은 강도ㆍ연성 밸런스를 확보할 수 있다. 실온에서 고연성이기 때문에, 냉연 제품의 제조도 가능하다. 또한, 특허문헌 5에서는, 고강도화에 기여하지만 연성을 저하시켜 냉간 가공성을 저하시키는 Al을 함유하면서도, 강도 상승에 효과가 있으면서 냉연성을 손상시키지 않는 Si나 C를 첨가함으로써, 냉간 압연 가능하게 하고 있다. 특허문헌 6∼특허문헌 10에는, Fe, O를 첨가하여, 결정 방위, 또는, 결정립경 등을 제어하여, 기계 특성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 11에서는, α+β형 티타늄 합금 열연판이 높은 냉연성을 확보하기 위해 가져야 할 집합 조직에 대하여 기재되어 있고, 당해 열연판이 발달한 T-texture를 갖고 있으면, 냉연성이나 냉간에서의 코일 취급성이 양호해지는 기술이 개시되어 있다. 따라서, 특허문헌 11에 기재된 화학 성분과 집합 조직을 갖는 티타늄 합금 열연판의 냉연성은 양호하고, 얇은 냉연 제품을 제조하는 것은 비교적 용이하다고 여겨진다. 그러나, 이들 특허문헌 3∼특허문헌 11에 나타낸 α+β형 티타늄 합금을 냉연한 후에 어닐링을 행하면, 냉연 및 어닐링의 조합 조건에 따라서는, HCP의 c축이 판의 법선 방향에 가까운 방향으로 배향하는 Basal-texture(B-texture)가 생성되기 쉬워, 일방향 열연에서 생성된 T-texture가 손상되어 버리기 때문에, 판폭 방향의 높은 강도와 영률을 유지하는 것은 곤란하였다.

일본 특허 공개 제2012-132057호 공보 WO2011-068247A1 일본 특허 제3426605호 공보 일본 특허 공개 평10-265876호 공보 일본 특허 공개 제2000-204425호 공보 일본 특허 공개 제2008-127633호 공보 일본 특허 공개 제2010-121186호 공보 일본 특허 공개 제2010-31314호 공보 일본 특허 공개 제2009-179822호 공보 일본 특허 공개 제2008-240026호 공보 WO2012-115242A1

사단 법인 일본 티타늄 협회 발행, 2006년 4월 28일 「티타늄」 Vol.54, No.1, 42∼51페이지

본 발명은 판폭 방향의 강도 및 영률이 높고, 박육재인 것을 특징으로 하는, 고강도 α+β형 티타늄 합금 냉연 어닐링판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

발명자들은, α+β형 합금 냉연 어닐링판에 있어서의 판폭 방향의 강도와 집합 조직의 관계에 대하여 예의 조사를 행한 결과, 일방향 냉연 어닐링판이 강한 T-texture를 갖는 경우, HCP 저면이 판폭 방향에 의해 강하게 배향함으로써 판폭 방향의 강도가 높아져, 고강도로 여겨지는 900㎫ 이상으로 되는 것과, 고영률로 여겨지는 130㎬ 이상으로 되는 것을 발견하였다.

또한, α+β형 티타늄 합금에 있어서, 냉간 압연 시의 판 두께 감소율(이하, 냉연율=(냉연 전의 판 두께-냉연 후의 판 두께)/냉연 전의 판 두께×100(％))이 높으면, 그 후의 어닐링 조건에 따라서는 B-texture로 되어 T-texture가 얻어지지 않게 되어 버리는 것도 발견하였다. 따라서, 발명자들은, 티타늄 합금 냉연 어닐링판에 있어서 예의 연구를 진행시켜, B-texture로 되는 기구를 밝힘과 함께, 냉연율과 어닐링 조건을 제어함으로써, 강한 T-texture를 유지할 수 있는 제조 조건을 알아냈다.

또한, 발명자들은, 합금 원소의 조합 및 첨가량의 적정화에 의해, 티타늄 합금 냉연 어닐링판에 있어서 T-texture가 더 발달하여, 상기 효과를 높일 수 있고, 판폭 방향에서 900㎫ 이상의 인장 강도와 130㎬ 이상의 영률을 얻을 수 있는 것을 발견하였다.

본 발명은 이상의 사정을 배경으로 하여 이루어진 것이며, 냉연하여 어닐링을 행한 후에 강한 T-texture를 유지함으로써, 판폭 방향의 강도 및 영률이 높은 것을 특징으로 하는, α+β형 티타늄 합금 냉연 어닐링판 및 그 제조 방법을 제공한다. 특히, 높은 판 두께 감소율로 냉연을 행한 후에 어닐링을 행하면, 상기 집합 조직이 손상되어 B-texture화되기 쉬워지기 때문에, 냉연율 및 그 후의 어닐링 조건을 규정함으로써, T-texture를 안정적으로 유지하는 것이 가능해진다. 당해 발명은 이들 발견에 기초하여 이루어진 것이다.

즉, 본 발명은 이하의 수단을 골자로 한다.

[1]

질량％로 0.8∼1.5％의 Fe, 0.020％ 이하의 N을 함유하고, 하기 수학식 1에 나타내는 Q=0.34∼0.55를 만족하고, 잔부 Ti 및 불순물로 이루어지는 α+β형 티타늄 합금 냉연 어닐링판에 있어서, 판면 방향의 집합 조직을 해석하였을 때에, 냉연 어닐링판의 압연면 법선 방향을 ND, 판 길이 방향을 RD, 판폭 방향을 TD라 하고, α상의 (0001)면의 법선 방향을 c축 방위로 하여, c축 방위가 ND와 이루는 각도를 θ, c축 방위의 판면에의 사영선과 판폭 방향(TD)이 이루는 각도를 φ라 하고, 각도 θ가 0도 이상 30도 이하이고, 또한 φ가 -180도∼180도에 들어가는 결정립에 의한 X선의 (0002) 반사 상대 강도 중, 가장 강한 강도를 XND라 하고, 각도 θ가 80도 이상 100도 미만이고, φ가 ±10도의 범위 내에 들어가는 결정립에 의한 X선의 (0002) 반사 상대 강도 중, 가장 강한 강도를 XTD라 한 경우, 비 XTD/XND가 5.0 이상인 것을 특징으로 하는, 판폭 방향의 강도 및 영률이 높은 α+β형 티타늄 합금 냉연 어닐링판.

[수학식 1]

여기서, [Fe], [O], [N]은 각 원소의 함유량[질량％]이다.

[2]

질량％로 0.8∼1.5％의 Fe, 0.020％ 이하의 N을 함유하고, 하기 수학식 1에 나타내는 Q=0.34∼0.55를 만족하고, 잔부 Ti 및 불순물로 이루어지는 일방향 열간 압연판을 소재로 하여, 열간 압연과 동일한 방향으로 일방향 냉간 압연하고, 어닐링하여 α+β형 티타늄 합금 냉연 어닐링판을 제조하는 방법이며,

상기 일방향 냉간 압연의 냉연율이 25％ 미만인 경우에는, 500℃ 이상 800℃ 미만에서, 하기 수학식 2의 t 이상의 유지 시간의 어닐링을 행하고, 냉연율이 25％ 이상인 경우에는, 500℃ 이상 620℃ 미만에서, 하기 수학식 2의 t 이상의 유지 시간의 어닐링을 행하는 것을 특징으로 하는, 청구항 1에 기재된 판폭 방향의 강도 및 영률이 높은 α+β형 티타늄 합금 냉연 어닐링판의 제조 방법.

[수학식 2]

여기서, t : 유지 시간(s), T : 유지 온도(K)이다.

본 발명에 의해, 판폭 방향의 강도 및 영률이 높고, 박육재인 것을 특징으로 하는, 고강도 α+β형 티타늄 합금 냉연 어닐링판 제품 및 그 제조 방법이 제공된다.

도 1은 티타늄 α상의 (0002) 극점도의 예이다.
도 2는 α+β형 티타늄 합금판의 결정 배향을 설명하는 도면이다.
도 3은 티타늄 α상의 (0002) 극점도에 있어서의 XTD와 XND의 측정 위치를 도시하는 모식도이다.
도 4는 X선 이방성 지수와 판폭 방향의 인장 강도(TS)의 관계를 도시하는 도면이다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해, 티타늄 합금 냉연 어닐링판의 판폭 방향의 강도에 미치는 열연 집합 조직의 영향을 상세하게 조사한 결과, T-texture를 안정화시킴으로써, 고강도 또한 고영률이 얻어지는 것을 발견하였다. 당해 발명은 이 발견에 기초하여 이루어진 것이다. 이하에, 본 발명의 α+β형 티타늄 합금 냉연 어닐링판에 있어서, 티타늄 α상의 집합 조직이 한정되는 이유를 나타낸다.

α+β형 티타늄 합금 냉연 어닐링판에 있어서, 판폭 방향의 강도 및 영률을 높이는 효과는, T-texture가 가장 강하게 발달한 경우에 발휘된다. 발명자들은, T-texture를 발달시키는 합금 설계 및 집합 조직 형성 조건에 대하여, 예의 연구를 진행시켜, 이하와 같이 해결하였다. 먼저, 집합 조직의 발달 정도를, X선 회절법에 의해 얻어지는, α상 저면으로부터의 X선 상대 강도의 비를 사용하여 평가하였다. 도 1에 α상 저면의 집적 방위를 나타내는 (0002) 극점도의 예를 나타내지만, 이 (0002) 극점도는, T-texture의 전형적인 예이며, 저면((0001)면)이 강하게 판폭 방향으로 배향되어 있다.

여기에서는, 냉연 어닐링판의 압연면 법선 방향을 ND, 판 길이 방향(압연 방향)을 RD, 판폭 방향을 TD라 한다(도 2의 (a)). 또한, α상의 (0001)면의 법선 방향을 c축 방위라 한다. c축 방위가 ND와 이루는 각도를 θ, c축 방위의 판면에의 사영선과 판폭 방향(TD)이 이루는 각도를 φ라 한다. 각도 θ가 도 2의 (b)의 해칭부에 나타내는 바와 같이, 0도 이상 30도 이하이며, 또한 φ가 전체 둘레(-180도∼180도)에 들어가는 결정립에 의한 X선의 (0002) 반사 상대 강도 중, 가장 강한 강도를 XND라 한다. 또한, 도 2의 (c)의 해칭부에 나타내는 바와 같이, 각도 θ가 80도 이상 100도 미만이고, φ가 ±10도의 범위 내에 들어가는 결정립에 의한 X선의 (0002) 반사 상대 강도 중, 가장 강한 강도를 XTD라 한다.

상기, T-texture의 전형적인 예이며, 저면((0001)면)이 강하게 판폭 방향으로 배향되어 있는 집합 조직은, 비 XTD/XND에 의해 특징지어진다. 비 XTD/XND를 X선 이방성 지수라 부르지만, 이에 의해 T-texture의 안정도를 평가할 수 있다.

이와 같은 α상의 (0002) 극점도 상에 있어서, 판폭 방향에 가까운 방위의 X선 상대 강도 피크값(XTD)과, 판면 법선 방향에 가까운 방위의 X선 상대 강도 피크값(XND)의 비(XTD/XND)를 다양하게 티타늄 합금 냉연 어닐링판에 대하여 평가하였다. 도 3에 XTD와 XND의 측정 위치를 모식적으로 도시한다.

또한, 상기 X선 이방성 지수를 판폭 방향의 강도와 관련지었다. 다양한 X선 이방성 지수를 나타내는 경우의 판폭 방향의 인장 강도를 도 4에 도시한다. X선 이방성 지수가 높아질수록, 판폭 방향의 인장 강도는 높아진다. α+β형 합금 냉연 어닐링판에 있어서, 판폭 방향에서 고강도로 여겨지는 인장 강도는 900㎫이다. 그 때의 X선 이방성 지수는 5.0 이상이다. 이들 발견에 기초하여, XTD/XND의 하한을 5.0으로 한정하였다.

또한, 본 발명에서는, 판폭 방향에서 높은 강도 및 영률을 갖는 α+β형 합금의 화학 성분이 규정된다. 이하에, 본 발명에 있어서의 함유 원소의 선택 이유와, 성분 범위를 한정한 이유를 나타낸다. 성분 범위에 대한 ％는 질량％를 의미한다.

Fe는 β상 안정화 원소 중에서도 염가의 첨가 원소이며, β상을 고용 강화하는 작용을 갖는다. 냉연 어닐링판에서 강한 T-texture를 얻기 위해서는, 열연 가열 온도 및 냉연 후의 어닐링 시에 안정된 β상을 적정한 양비로 얻을 필요가 있다. Fe는 다른 β 안정화 원소에 비해, β 안정화능이 높은 특성을 갖는다. 이 때문에, 다른 β 안정화 원소에 비해 첨가량을 적게 할 수 있고, Fe에 의한 실온에서의 고용 강화는 그다지 높아지지 않기 때문에, 판폭 방향의 연성을 확보할 수 있다. 열연 온도 영역 및 냉연 후의 어닐링 시에 안정된 β상을 적정한 체적비까지 얻기 위해서는, 0.8％ 이상의 Fe의 첨가가 필요하다. 한편, Fe는 Ti 중에서 응고 편석하기 쉽고, 또한, 다량으로 첨가하면 고용 강화에 의해 연성이 저하됨과 함께, β상비가 증가하기 때문에 영률이 저하된다. 그들의 영향을 고려하여, Fe의 첨가량의 상한을 1.5％로 하였다.

N은 α상 중에 침입형 고용하여 강화하는 작용을 갖는다. 그러나, 고농도의 N을 포함하는 스폰지티탄을 사용하는 등의 통상의 방법에 의해 0.020％를 초과하여 첨가하면, LDI로 불리는 미용해 개재물이 생성되기 쉬워져, 제품의 수율이 낮아지기 때문에, 0.020％를 상한으로 하였다. N은 함유하지 않아도 된다.

O는 N과 마찬가지로 α상 중에 침입형 고용하여 강화하는 작용을 갖는다. β상 중에 치환형 고용하여 강화하는 작용이 있는 Fe도 첨가하고, 이들 원소는, 다음 수학식 1에 나타내는 Q값에 따라서 강도 상승에 기여한다. 이때, Q값이 0.34 미만인 경우에는, α+β형 합금 냉연 어닐링판에서 요구되는 판폭 방향의 인장 강도 900㎫ 정도 이상의 강도를 얻을 수는 없고, 또한, Q값이 0.55를 초과하면, T-texture가 과도하게 발달하여, 판폭 방향의 강도가 너무 높아져 연성이 저하되어 버린다. 따라서, Q값의 하한을 0.34, 상한을 0.55로 하였다.

상기 수학식에 있어서, [Fe], [O], [N]은 각 원소의 함유량[질량％]이다.

수학식 1에 있어서, O의 1질량％에 의한 고용 강화능에 대한 N과 Fe의 당량, 즉 등가의 고용 강화능을 부여하는 N과 Fe의 질량％를 평가함으로써 Q에 있어서의 [N]과 [Fe]의 계수를 정하였다.

본 발명의 α+β형 합금 냉연 어닐링판은, 판 두께가 2㎜ 이하이면 바람직하다. 1㎜ 이하이면 더욱 바람직하다. 이와 같은 얇은 강판에 있어서, 본 발명의 특징이 발휘되기 때문이다.

또한, 본 발명 합금과 유사한 첨가 원소를 함유하는 티타늄 합금이 특허문헌 6에 기재되어 있지만, 본 발명 합금에 비해 O의 첨가량이 낮고, 강도 범위도 낮기 때문에, 양자는 상이하다. 또한, 특허문헌 6에서는, 주로 냉간에서의 인장 성형성을 개선하기 위해, 재질 이방성을 최대한 저감하는 것을 목적으로 하고 있는 점에서도, 본 발명 합금과는 전혀 다른 것이다.

다음에, 본 발명의 제조 방법은, 특히 냉연 어닐링판에 있어서, 강한 T-texture를 유지하고, 판폭 방향의 높은 강도와 영률을 확보하기 위한 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 제조 방법은, 상기 화학 조성을 갖는 일방향 열간 압연판을 소재로 하여, 열간 압연과 동일한 방향으로 일방향 냉연을 행할 때, 냉연율이 25％ 미만인 경우에는, 500℃ 이상 800℃ 미만에서 수학식 2의 t 이상의 유지 시간의 어닐링을 행하고, 냉연율이 25％ 이상인 경우에는, 500℃ 이상 620℃ 미만에서 수학식 2의 t 이상의 유지 시간의 어닐링을 행하는 것을 특징으로 한다.

여기서, t : 유지 시간(s), T : 유지 온도(K)이다.

본 발명에 있어서의 티타늄 합금판은, 그 집합 조직에 있어서 T-texture를 갖는 냉연판인 것이 중요하다. 또한, 당해 냉연판의 원소재인 것의 열연판의 집합 조직에 대해서는, 특히 제약을 설정하는 것은 아니다. 그러나, 냉연 어닐링판에서 강한 T-texture를 확보하기 위해서는, 소재로 하는 열연판에서 강한 T-texture인 것이 바람직하다. 또한, 열연판의 냉연 가공성의 관점에서도 바람직하다. 그를 위해서는, 열연 전 가열 온도를 β 변태점 이상으로부터 β 변태점+150℃ 이하, 판 두께 감소율을 80％ 이상, 마무리 온도를 β 변태점-50℃ 이하로부터 β 변태점-200℃ 이상의 온도로 되도록, 일방향 열간 압연하는 것이 바람직하다. 여기서, 열연판에서의 강한 T-texture란, 판면 방향의 집합 조직을 X선에 의해 해석한 경우에, 티타늄의 (0002) 극점도 상의 판폭 방향으로부터 판의 법선 방향으로 0∼10°까지 기운 방위각 내 및 판의 법선 방향을 중심축으로 하여 판폭 방향으로부터 ±10° 회전시킨 방위각 내에서의 X선 상대 강도 피크값 XTD, 판의 법선 방향으로부터 판폭 방향으로 0∼30°까지 기운 방위각 내 및 판의 법선을 중심축으로 하여 전체 둘레 회전시킨 방위각 내에서의 X선 상대 강도 피크값 XND라 하였을 때에, 그들의 비 XTD/XND가 5.0 이상으로 되는 것이다. 단, 이것을 출발 소재로 해도, 냉연 방향을 열연 방향과 크로스 방향으로 해 버리면, B-texture가 발달되어 버려, 바라는 재질 특성이 얻어지지 않게 된다. 따라서, 일방향 냉연 후에 강한 T-texture로 하기 위해서는, 일방향 냉연은 열연과 동일한 방향으로 행할 필요가 있다.

강한 T-texture를 갖는 열연판을 냉연용 소재로서 사용하였을 때에, 일방향 냉연 시의 냉연율이 25％ 미만인 경우, 그 후의 어닐링 조건에는 영향을 받지 않고 T-texture는 유지되기 때문에, 판폭 방향은 고강도 또한 높은 영률로 된다. 이것은 냉연에 의해 도입되는 가공 변형이 재결정을 일으킬 만큼 충분하지 않아, 회복만 일어나고, 결정 방위의 변화가 일어나지 않기 때문이다. 따라서, 냉연율 25％ 미만의 경우, 넓은 조건 범위에서 어닐링을 행해도 T-texture는 유지되어, 판폭 방향의 높은 강도는 확보할 수 있다. 이때, 500℃ 이하에서 어닐링하면, 회복할 때까지 장시간을 필요로 하여 생산성이 대폭 저하되는 것과, 장시간 유지 중에 Fe-Ti 금속간 화합물이 생성되어 연성을 저하시킬 가능성이 있기 때문에, 500℃ 이상이다. 바람직하게는 550℃ 이상이다. 또한, 800℃ 이상에서 어닐링을 행하면 유지 중인 β상 분율이 높아져, 유지 후의 냉각에서 그 부분이 침상 조직으로 되어 연성이 저하되어 버리는 경우가 있다. 따라서, 유지 온도의 상한은 800℃ 미만이다. 바람직하게는, 750℃이다.

냉연판 어닐링에 있어서, 회복이 일어날 때까지의 유지 시간은 수학식 2로 나타내어지는 시간 t이기 때문에, 수학식 2에 나타내는 시간 t 이상의 유지를 행한다. 본 발명에 있어서는, 유지 시간에 상한은 설정하지 않지만, 생산성의 관점에서는, 단시간인 것이 바람직하다. 또한, 상기와 같이, Fe-Ti 금속간 화합물이 석출되어 연성이 저하되지 않기 위해서는, 적어도 500℃에서의 수학식 2의 개략값인, 10000초보다 짧은 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 9500초 이하이다.

한편, 냉연율이 25％ 이상인 경우, 열연판 소재가 강한 T-texture를 갖고 있어도, 어닐링 조건에 따라서는 B-texture가 발달하여, 판폭 방향의 강도 및 영률은 저하되어 버린다. 이것은 냉연에 의해 도입된 변형이 재결정을 일으키게 하는 데 충분히 높기 때문에, 어닐링 시에 B-texture의 주성분 방위를 갖는 재결정립이 생성되어, 어닐링 시간과 함께 재결정 집합 조직이 발달하기 때문이다. 이 경우에 재결정을 일으키게 하지 않고, 회복만을 일으키게 하기 위해서는, 500℃ 이상 620℃ 미만에서 수학식 2의 t 이상의 시간에서 어닐링 유지를 행하면 된다. 이때, 수학식 2의 t 미만의 유지 시간에서 어닐링을 행하면, 충분한 회복이 일어나지 않기 때문에, 연성이 개선되지 않는다. 또한, 620℃ 이상에서 어닐링을 행하면 재결정이 일어나, B-texture가 생성되어 판폭 방향의 강도 및 영률이 저하되어 버린다. 따라서, 500℃ 이상 620℃ 미만에서 수학식 2의 t 이상의 유지 시간에 의한 어닐링이 유효하다. 이때, 500℃ 이하로 가열하여 장시간 유지해도 T-texture는 유지되지만, 수학식 2의 t 이상이면, 어닐링의 목적인 회복은 충분히 일어나 있기 때문에, 생산성이나 경제성을 고려하여, 수학식 2에 나타내는 최저 유지 시간 t를 규정하였다.

실시예

<실시예 1>

진공 아크 용해법에 의해 표 1에 나타내는 조성을 갖는 티타늄재를 용해하고, 이것을 열간으로 분괴 압연하여 슬래브로 하고, 915℃의 열연 가열 온도로 가열한 후, 열간 압연에 의해 3㎜의 열연판으로 하였다. 이 일방향 열연판에 750℃, 60s의 어닐링을 행한 후, 산세정하여 산화 스케일을 제거한 것에 냉간 압연을 행하여, 다양한 특성을 평가하였다.

또한, 표 1에 나타내는 시험 번호 3∼14에 대해서는, 냉연 공정에 있어서, 일방향 열연과 동일한 방향으로 냉연율 35％로 일방향 냉연을 행하였다. 시험 번호 1, 2에 대해서는, 열연 방향에 수직이 되는 판폭 방향으로의 냉연을 동일하게 냉연율 35％로 행하였다. 냉연 후, 600℃, 30분 유지에 의한 어닐링을 행하였다.

이들 냉연 어닐링판으로부터, 인장 시험편을 채취하여 인장 특성을 조사함과 함께, X선 회절법에 의한 α상의 (0002) 극점도 상의 판폭 방향으로부터 판의 법선 방향으로 0∼10°까지 기운 방위각 내 및 판의 법선 방향을 중심축으로 하여 판폭 방향으로부터 ±10° 회전시킨 방위각 내에서의 X선 상대 강도 피크값(XTD)과, 판의 법선 방향으로부터 판폭 방향으로 0∼30°까지 기운 방위각 내 및 판의 법선을 중심축으로 하여 전체 둘레 회전시킨 방위각 내에서의 X선 상대 강도 피크값(XND)의 비 XTD/XND를 X선 이방성 지수로 하여, 집합 조직의 발달 정도를 평가하였다.

표 1에 있어서, 시험 번호 1, 2는, 일방향 열연판의 판폭 방향으로 일방향 냉연을 행한 α+β형 티타늄 합금에 있어서의 결과이다. 시험 번호 1, 2 모두, 판폭 방향의 강도는 900㎫를 하회하고 있음과 함께, 영률도 130㎬를 하회하고 있어, 충분한 강도ㆍ영률이 얻어지고 있지 않다. 이들 재료는 모두, XTD/XND의 값이 5.0을 하회하고 있어, T-texture는 발달하고 있지 않다.

이에 반해, 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 본 발명의 실시예인 시험 번호 4, 5, 8, 10, 11, 13, 14에서는, 판폭 방향의 강도는 900㎫를 상회함과 함께, 영률도 130㎬를 초과하고 있어, 양호한 특성을 갖고 있다.

한편, 시험 번호 3, 7에서는, 강도가 낮아, 판폭 방향의 인장 강도가 900㎫에 도달하고 있지 않다. 이 중, 시험 번호 3은 Fe의 첨가량이 본 발명의 하한값을 하회하고 있었기 때문에, 인장 강도가 낮아졌다. 또한, 시험 번호 7에서는, 특히 질소 및 산소 함유량이 낮아, 산소 당량값 Q가 규정량의 하한값을 하회하고 있었기 때문에, 인장 강도가 충분히 높은 레벨에 도달하고 있지 않다.

또한, 시험 번호 6, 9에서는, X선 이방성 지수는 5.0을 상회하고 있고, 판폭 방향의 인장 강도도 900㎫를 초과하고 있지만, 판폭 방향의 전체 신장은 5％ 정도밖에 없어, 연성은 충분하지 않다. 시험 번호 6, 9에서는, 각각, Fe 첨가량과 Q값이 본 발명의 상한값을 초과하여 첨가되었기 때문에, 고용 강화로 α상이 과도하게 강화된 것과 T-texture가 과도하게 발달하였으므로, 강도가 너무 올라가 연성이 저하되었기 때문이다.

한편, 시험 번호 12는 열연판의 많은 부분에서 결함이 다발하여, 제품의 수율이 낮았기 때문에, 특성을 평가할 수 없었다. 이것은, 고질화 스펀지를 사용하는 등, 통상의 방법에 의해 N이 본 발명의 상한을 초과하여 첨가되어, LDI가 다발하였기 때문이다.

이상의 결과로부터, 본 발명에 규정된 원소 함유량 및 XTD/XND를 갖는 티타늄 합금 박판은, 판폭 방향의 인장 강도가 900㎫ 이상, 영률이 130㎬ 이상으로 양호한 특성을 나타내지만, 본 발명에 규정된 합금 원소량 및 XTD/XND를 벗어나면, 판폭 방향의 강도나 영률이 낮은 등, 우수한 특성을 만족시킬 수는 없다.

<실시예 2>

표 1의 시험 번호 4, 11의 조성을 갖는 티타늄재를 용해하고, 이것을 열간으로 분괴 압연한 슬래브를 일방향 열간 압연하여 두께 3.0㎜의 열연판으로 하고, 800℃, 60초 유지하는 어닐링ㆍ산세정을 행한 후, 표 2, 표 3에 나타내는 조건에서 냉연ㆍ어닐링한 것을 사용하여, 실시예 1과 마찬가지로, 인장 특성을 조사함과 함께, X선 이방성 지수를 산출하여, 판면 방향의 집합 조직의 발달 정도, 판폭 방향의 영률 및 인장 강도를 평가하였다. 이들 특성을 평가한 결과도 아울러 표 2, 표 3에 나타낸다. 표 2는 시험 번호 4, 표 3은 시험 번호 11에 나타내는 조성의 열연 어닐링판에 있어서의 결과이다.

이 중, 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 본 발명의 실시예인 시험 번호 15, 16, 17, 20, 22, 25, 26, 27, 28, 31, 32, 35는, 판폭 방향의 인장 강도가 900㎫를 초과함과 함께, 영률이 130㎬를 초과하고 있어, 양호한 강성ㆍ강도를 갖고 있다.

한편, 시험 번호 18, 19, 21, 23, 24, 29, 30, 33, 34, 36은, 판폭 방향의 인장 강도가 900㎫ 미만, 판폭 방향의 영률이 130㎬ 미만 중 어느 하나, 또는 양쪽을 갖고 있어, 일방향에서 강도ㆍ강성이 필요로 되는 용도에는 적용 곤란하다.

이 중, 시험 번호 18, 29에 대해서는, 냉연율이 25％ 이하인 경우에서 어닐링 온도가 본 발명의 상한보다도 높았기 때문에, 어닐링 유지 중에 β상 분율이 너무 높아져 대부분이 침상 조직으로 되어, 판폭 방향의 연성이 저하되었으므로, 그 방향의 인장 강도가 충분히 높아지지 않았기 때문이다.

시험 번호 19, 30은, 어닐링 온도가 본 발명의 하한 이하이었기 때문에, 또한 시험 번호 23, 24, 33, 34는, 어닐링 유지 시간이 본 발명의 하한 이하이었기 때문에, 모두 회복이 충분히 일어나지 않아, 연성이 충분하지 않았으므로, 판폭 방향의 인장 강도가 충분히 높아지지 않았기 때문이다.

또한, 시험 번호 21, 36은, 냉연율 25％ 이상의 조건에서, 어닐링 유지 온도가 본 발명의 상한 온도를 초과하고 있기 때문에, 재결정립이 생성되어, 어닐링 시간과 함께 B-texture로 이루어지는 재결정 집합 조직이 발달하였으므로, 이방성이 저하되어 버려, 판폭 방향의 인장 강도와 영률이 충분히 높아지지 않았기 때문이다.

이상의 결과로부터, 판폭 방향의 인장 강도와 영률이 높은 특성을 갖는 α+β형 합금 박판을 얻기 위해서는, 본 발명에 나타내는 범위의 화학 조성과 집합 조직을 갖는 티타늄 합금을, 본 발명에 나타내는 냉연율과 어닐링 조건에 따라서, 냉연ㆍ어닐링함으로써 제조할 수 있다.

상기 실시예 1 및 2에 있어서 사용한 열연판은, 그 집합 조직에 있어서 강한 T-texture를 갖고 있었다. 그러나, 동일 조성에서 제조 조건을 변화시켜 만든, 강한 T-texture를 갖지 않는 열연판을 기초로 상기 시험 번호 1∼36과 동일한 시험을 행하였지만, 약간의 냉연 가공성이 떨어지지만, 거의 동일한 결과가 얻어졌다.

본 발명에 의해, 판폭 방향의 영률 및 인장 강도가 높은 α+β형 티타늄 합금 냉연 어닐링판을 제조할 수 있다. 이것은, 골프 클럽 페이스 등의 민생품 용도나 자동차 부품 용도 등, 일방향에서 강도ㆍ강성이 요구되는 분야에서 폭넓게 사용할 수 있다.

Claims

질량％로 0.8∼1.5％의 Fe, 0.020％ 이하의 N을 함유하고, 하기 수학식 1에 나타내는 Q=0.34∼0.55를 만족하고, 잔부 Ti 및 불순물로 이루어지는 α+β형 티타늄 합금 냉연 어닐링판에 있어서, 판면 방향의 집합 조직을 해석하였을 때에, 냉연 어닐링판의 압연면 법선 방향을 ND, 판 길이 방향을 RD, 판폭 방향을 TD라 하고, α상의 (0001)면의 법선 방향을 c축 방위로 하여, c축 방위가 ND와 이루는 각도를 θ, c축 방위의 판면에의 사영선과 판폭 방향(TD)이 이루는 각도를 φ라 하고, 각도 θ가 0도 이상 30도 이하이고, 또한 φ가 -180도∼180도에 들어가는 결정립에 의한 X선의 (0002) 반사 상대 강도 중, 가장 강한 강도를 XND라 하고, 각도 θ가 80도 이상 100도 미만이고, φ가 ±10도의 범위 내에 들어가는 결정립에 의한 X선의 (0002) 반사 상대 강도 중, 가장 강한 강도를 XTD라 한 경우, 비 XTD/XND가 5.0 이상인 것을 특징으로 하는, 판폭 방향의 강도 및 영률이 높은 α+β형 티타늄 합금 냉연 어닐링판.
[수학식 1]

여기서, [Fe], [O], [N]은 각 원소의 함유량[질량％]이다.
질량％로 0.8∼1.5％의 Fe, 0.020％ 이하의 N을 함유하고, 하기 수학식 1에 나타내는 Q=0.34∼0.55를 만족하고, 잔부 Ti 및 불순물로 이루어지는 일방향 열간 압연판을 소재로 하여, 열간 압연과 동일한 방향으로 일방향 냉간 압연하고, 어닐링하여 α+β형 티타늄 합금 냉연 어닐링판을 제조하는 방법이며,
상기 일방향 냉간 압연의 냉연율이 25％ 미만인 경우에는, 500℃ 이상 800℃ 미만에서, 하기 수학식 2의 t 이상의 유지 시간의 어닐링을 행하고, 냉연율이 25％ 이상인 경우에는, 500℃ 이상 620℃ 미만에서, 하기 수학식 2의 t 이상의 유지 시간의 어닐링을 행하는 것을 특징으로 하는, 제1항에 기재된 판폭 방향의 강도 및 영률이 높은 α+β형 티타늄 합금 냉연 어닐링판의 제조 방법.
[수학식 1]

여기서, [Fe], [O], [N]은 각 원소의 함유량[질량％]이다.
[수학식 2]

여기서, t : 유지 시간(s), T : 유지 온도(K)이다.