KR20200024262A

KR20200024262A - 티타늄판

Info

Publication number: KR20200024262A
Application number: KR1020207002712A
Authority: KR
Inventors: 히데노리 다케베; 가즈히로 다카하시; 히데키 후지이
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2020-03-06
Also published as: EP3623487A1; KR102334071B1; PL3623487T3; JPWO2019043882A1; US11459649B2; EP3623487B1; EP3623487A4; CN111032894A; JP6844706B2; US20200385848A1; CN111032894B; WO2019043882A1

Abstract

티타늄판이며, 화학 성분은, 질량％로, Cu: 0.70 내지 1.50％, Cr: 0 내지 0.40％, Mn: 0 내지 0.50％, Si: 0.10 내지 0.30％, O: 0 내지 0.10％, Fe: 0 내지 0.06％, N: 0 내지 0.03％, C: 0 내지 0.08％, H: 0 내지 0.013％, 상기 및 Ti를 제외하는 원소: 각각 0 내지 0.1％, 또한, 그것들의 총합은 0.3％ 이하, 잔부: Ti이고, (1) 식에 의해 정의되는 A값이 1.15 내지 2.5질량％이고, 그 금속 조직은, α상의 면적 분율이 95％ 이상, β상의 면적 분율이 5％ 이하, 금속간 화합물의 면적 분율이 1％ 이하이고, α상의 평균 결정 입경 D(㎛)가 20 내지 70㎛이고, 또한 (2) 식을 만족시키는 티타늄판.

Description

티타늄판

본 발명은, 티타늄판에 관한 것이다.

종래부터, 티타늄판은 열교환기, 용접관, 머플러 등의 이륜 배기계, 건재 등 다수의 용도로 사용되고 있다. 근년에는, 이들의 제품의 박육화·경량화를 도모하기 위하여 티타늄판의 고강도화의 요구가 높아지고 있다. 또한, 고강도이면서 복잡 형상으로의 성형에 견딜 수 있는 성형성을 유지하는 것도 요망되고 있다. 현 상황은 JIS H4600의 1종의 티타늄이 사용되고 있고, 강도면은 판 두께를 두껍게 함으로써 해결하고 있지만, 판 두께를 두껍게 하면 티타늄의 경량이라고 하는 특징을 충분히 발휘할 수 없다. 그 중에서도, 플레이트식 열교환기(PHE)에서는 복잡 형상의 프레스 성형이 이루어지는 점에서, 충분한 성형성이 요구된다. 이 요구에 따르기 위해서, 티타늄 중에서도 성형성이 우수한 것이 사용되고 있다.

PHE에는 열교환 효율을 향상시키는 것이 요망되지만, 이를 위해서는 박육화가 필요해진다. 박육화를 행한 경우, 성형성 저하, 내압 성능 저하가 발생하는 점에서, 충분한 성형성의 확보와 강도의 향상의 양립이 필요해진다. 그래서, 종래, 통상의 티타늄보다도 우수한 강도-성형성 밸런스를 얻기 위해서, O양, Fe양 등의 최적화나, 결정 입경 제어에 관한 검토, 조질 압연을 사용하는 것이 이루어지고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, 평균 결정 입경이 30㎛ 이상을 갖는 티타늄판이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1의 티타늄판에서는 강도가 떨어진다.

그래서, 특허문헌 2에는, O 함유량을 규정하고, β 안정 원소로서 Fe를 함유하고, α상의 평균 결정 입경이 10㎛ 이하의 티타늄 합금판이 개시되어 있다. 특허문헌 3에는, Fe, O양을 저감함과 함께 Cu를 함유하고, Ti₂Cu상을 석출시켜서 피닝 효과에 의해 결정립의 성장을 억제하고, 평균 결정 입경이 12㎛ 이하의 티타늄 합금 박판이 개시되어 있다. 특허문헌 4에는, Cu를 함유함과 함께 O 함유량을 저감하는 티타늄 합금이 개시되어 있다.

특허문헌 2 내지 4에 개시된 기술에 의하면, 티타늄이 합금 원소를 많이 함유하면, 결정립이 미세해지고 고강도가 되기 쉬운 것을 이용하여, 나아가, O 함유량이나 Fe 함유량의 저감에 의해 성형성의 확보를 도모하고 있다. 그러나, 이들의 문헌에 개시되어 있는 기술에서는, 근년의 요구에 대응 가능한 정도로, 충분한 성형성을 유지하면서 고강도를 나타내는 것이 가능하지 않다.

한편, 이들의 문헌에 개시되어 있는 기술과는 대조적으로, 합금 원소를 함유 함과 함께 결정립의 조립화를 도모하는 기술이 검토되고 있다.

특허문헌 5에는, Cu 및 Ni를 함유하는 화학 조성을 갖고, 600 내지 850℃의 온도 영역에서 어닐링을 행함으로써 결정 입경을 5 내지 50㎛로 조정하는 전해 구리박 제조용 캐소드 전극에 사용하는 티타늄 합금 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 6에는, Cu, Cr, 소량의 Fe, O를 함유하는 화학 조성을 갖는 전해 Cu박 제조 드럼용 티타늄판 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 이 특허문헌 6에는 630 내지 870℃에서 어닐링을 행한 예가 기재되어 있다. 게다가, 특허문헌 6에 기재된 기술은 Fe 함유량이 낮게 제어되어 있다. 리사이클에 의해 스크랩을 원료에 사용하여 티타늄판을 제조하는 경우에는, 스크랩 중의 Fe에 의해 Fe 함유량이 많아지기 때문에, Fe 함유량을 낮게 제어한 티타늄판을 제조하는 것이 곤란하다. 따라서, 리사이클에 의해 특허문헌 6에 기재된 티타늄판을 제조하기 위해서는, Fe 함유량이 낮은 스크랩을 사용하는 등의 제약이 필요해진다.

특허문헌 7 및 8에는, Si 및 Al을 함유하는 티타늄을, 냉간 압연의 압하율을 20％ 이하로 작게 함과 함께 어닐링 온도를 825℃ 이상 또한 β 변태점 이하의 조건으로 고온화함으로써, 평균 결정 입경을 15㎛ 이상으로 하는 기술이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 9에는, Cu: 0.5 내지 1.8％, Si: 0.1 내지 0.6％, 산소: 0.1％ 이하를 함유하고, 잔부 Ti 및 불가피적 불순물로 이루어지는 내산화성 및 성형성이 우수한 배기계 부품용 티타늄 합금재가 기재되어 있다.

특허문헌 10에는, 0.3 내지 1.8％의 Cu, 0.18％ 이하의 산소, 0.30％ 이하의 Fe, 잔부 Ti 및 0.3％ 미만의 불순물 원소로 이루어지는 냉간 가공성이 우수한 내열 티타늄 합금판이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 11에는, β상의 최대 결정 입경: 15㎛ 이하, α상의 면적률: 80 내지 97％, α상의 평균 결정 입경: 20㎛ 이하이며, 또한, α상의 결정 입경의 표준 편차÷α상의 평균 결정 입경×100이, 30％ 이하인 고강도에서 성형성이 우수한 티타늄 합금판이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 12에는, 질량％로, Cu: 0.1 내지 1.0％, Ni: 0.01 내지 0.20％, Fe: 0.01 내지 0.10％, O: 0.01 내지 0.10％, Cr: 0 내지 0.20％, 잔부: Ti 및 불가피적 불순물이고, 0.04≤0.3Cu+Ni≤0.44％를 만족시키는 화학 조성을 갖고, α상의 평균 결정 입경이 15㎛ 이상이고, Cu 및/또는 Ni와 Ti의 금속간 화합물이 2.0체적％ 이하인, 티타늄 박판이 기재되어 있다.

일본 특허 제4088183호 공보 일본 특허 공개2010-031314호 공보 일본 특허 공개2010-202952호 공보 일본 특허 제4486530호 공보 일본 특허 제4061211호 공보 일본 특허 제4094395호 공보 일본 특허 제4157891호 공보 일본 특허 제4157893호 공보 일본 특허 공개2009-68026호 공보 일본 특허 공개2005-298970호 공보 일본 특허 공개2010-121186호 공보 WO2016/140231A1호 공보

고강도화 방법은 합금화, 결정립의 미세화, 조질 압연 등의 가공에 의해 행하여지고 있다. 한편으로, 성형성 향상은 고강도화와는 트레이드오프의 관계에 있다. 그 때문에, 고강도이면서 또한 충분한 성형성의 확보가 어렵다. 특허문헌 2 내지 11에 개시되어 있는 기술과 같이, 합금 원소를 함유하여 결정립을 미세 혹은 조대하게 함으로써도, 근년 티타늄판에 요구되고 있는, 파단 신율 42％ 이상의 우수한 성형성과, 내력이 200MPa 이상인 고강도화의 양립이 충분하다고는 하기 어렵다. 또한, 티타늄에는 산소가 어느 정도 불가피하게 포함되지만, 0.01질량％ 정도의 산소량의 변동으로, 강도, 성형성 특성은 크게 변동해 버려, 필요한 강도와 성형성이 얻어지지 않는다. 0.01질량％ 정도의 미량의 오더로 산소량을 엄밀하게 관리하여 티타늄 합금판을 제조하는 것은 기술적으로 매우 곤란하고, 다액의 비용이 든다.

또한, 자동차용을 비롯하여, 구조물의 재료에 사용되는 티타늄판은 용접이 실시되는 경우가 많다. 이 때문에, 안정한 특성을 갖는 제품을 얻기 위해서는, 용접에 수반하는 HAZ부의 결정립의 조대화에 의한 강도 저하를 억제하는 것이 요구된다.

따라서 본 발명은, 연성과 강도의 밸런스가 우수하고, 또한 용접 후에도 충분한 강도를 확보할 수 있는 티타늄판을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 요지는 다음과 같다.

(1)

티타늄판이며,

화학 성분은, 질량％로,

Cu: 0.70 내지 1.50％,

Cr: 0 내지 0.40％,

Mn: 0 내지 0.50％,

Si: 0.10 내지 0.30％,

O: 0 내지 0.10％,

Fe: 0 내지 0.06％,

N: 0 내지 0.03％,

C: 0 내지 0.08％,

H: 0 내지 0.013％,

상기 및 Ti를 제외하는 원소: 각각 0 내지 0.1％, 또한, 그것들의 총합은 0.3％ 이하,

잔부: Ti이고,

하기 (1) 식에 의해 정의되는 A값이 1.15 내지 2.5질량％이고,

그 금속 조직은,

α상의 면적 분율이 95％ 이상,

β상의 면적 분율이 5％ 이하,

금속간 화합물의 면적 분율이 1％ 이하이고,

α상의 평균 결정 입경 D(㎛)가 20 내지 70㎛이고, 또한 하기 (2) 식을 만족시키는 티타늄판.

A=[Cu]+0.98[Cr]+1.16[Mn]+3.4[Si] ···(1) 식

D[㎛]≥0.8064×e^45.588[O] ···(2) 식

단, e는 자연대수의 밑이다.

(2)

상기 금속 조직이, α상, β상 및 금속간 화합물의 분율의 합계가 100％인, (1)에 기재된 티타늄판.

(3)

상기 금속간 화합물이 Ti-Si계 금속간 화합물과 Ti-Cu계 금속간 화합물인, (1) 또는 (2)에 기재된 티타늄판.

(4)

판 두께가 0.3 내지 1.5mm이고, 0.2％ 내력이 215MPa 이상이고, 시험편의 평행부의 폭이 6.25mm, 시험편의 원평점 간 거리가 25mm, 시험편의 두께가 판 두께인 채의 평형 인장 시험편에서의 파단 신율이 42％ 이상인, (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 티타늄판.

본 발명에 따르면, 연성과 강도의 밸런스가 우수하고, 용접 후에도 충분한 강도를 확보할 수 있는 티타늄판을 제공할 수 있다.

도 1은, A값과 0.2％ 내력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는, A값과 파단 신율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은, β상의 면적 분율과 0.2％ 내력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 금속간 화합물의 면적 분율과 신율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는, Ti-Cu-Si-Mn 성분계에 대하여 약 100㎛×약 100㎛의 영역에서 EPMA 분석한 때의 모식도이다.
도 6은, α상의 평균 결정 입경 D(㎛)와 TIG 용접 조인트와 모재의 0.2％ 내력의 변화량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 산소량과 α상의 평균 결정 입경 D와 모재의 파단 신율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은, Si양과 HAZ부 중에서 조립화한 영역 [3]에 있어서의 TIG 용접 전후의 내력 저하량 Δ0.2％ 내력의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명자는, 고강도화하면서 성형성을 확보하고, 또한 용접 후에도 충분한 강도를 확보하기 위해서, 티타늄판의 화학 성분, 금속 조직, 결정 입경의 최적화를 검토함으로써 충분한 강도 및 성형성을 갖고, 또한, 용접에 수반하는 HAZ부의 결정립의 조대화에 의한 강도 저하를 억제할 수 있는 조건을 모색하였다. 그 결과, 소정량의 Cu, Si를 합금 원소로서 첨가하는 것에 의한 합금화에 의해 고강도화하고, 또한, 금속 조직과 결정 입경을 제어함으로써, 강도 및 성형성과 HAZ부의 강도 저하를 높은 수준으로 양립시킬 수 있었다.

(본 발명의 티타늄판의 목표 특성)

0.2％ 내력: 215MPa 이상

본 발명의 티타늄판의 모재의 강도는, 0.2％ 내력으로 215MPa 이상으로 하였다.

파단 신율: 42％ 이상

또한, 성형성의 점에서, 티타늄판의 모재의 인장 시험 시의 파단 신율이 42％ 이상을 지표로 하였다. 보다 바람직한 파단 신율은, 45％ 이상이다. 파단 신율은, 판 두께가 0.3 내지 1.5mm이고, 시험편의 평행부의 폭이 6.25mm, 시험편의 원평점 간 거리가 25mm, 시험편의 두께가 판 두께인 채의 평형 인장 시험편에서의 파단 신율이다.

용접 조인트의 강도 저하량(개발 목표값): 10MPa 이하

용접 시의 용접 입열에 의해 용접 열 영향부(Heat Affected Zone: HAZ부)의 강도가 저하되고, 모재와 HAZ부의 강도 차가 커지면, 사용 중에 HAZ부만에 변형이 집중하여 바람직하지 않다. 그 때문에, 모재와 용접 조인트의 강도 저하량 Δ0.2％ 내력(개발 목표값: 용접 조인트의 0.2％ 내력-모재의 0.2％ 내력)은 10MPa 이하를 목표로 하였다.

(티타늄판의 화학 성분)

이하, 화학 성분에 대한 ％는, 「질량％」이다.

Cu: 0.70 내지 1.50％

Cu는 고강도화에의 기여가 크고, 티타늄을 형성하는 hcp 구조를 갖는 α상 중에의 고용량도 많다. 그러나, 고용 범위이어도 첨가량이 너무 많으면 결정립 성장이 억제되어, 신율이 저하되어 버린다. 그 때문에, 0.70％ 이상 1.50％ 이하 함유될 필요가 있다. 상한에 대해서, 바람직하게는 1.45％, 1.40％, 1.35％ 또는 1.30％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 1.20％ 또는 1.10％ 이하이다. 한편, 하한에 대해서는, Cu 이외에 Cr, Mn 어느 것도 함유하지 않는 경우, 0.70％ 이상 첨가하지 않으면 필요한 강도가 얻어지지 않는다. 강도 향상을 위하여, 그 하한을 0.75％, 0.80％, 0.85％ 또는 0.90％로 해도 된다.

Si: 0.10 내지 0.30％

Si는, 강도 향상에 기여하기 때문에 0.10％ 이상 첨가한다. 그러나, 첨가량이 너무 많으면 Ti-Si계 금속간 화합물의 생성을 촉진함으로써 결정립 성장을 억제하고, 신율이 저하된다. 특히, Cu, Cr, Mn, Ni에 비하여, 첨가 질량으로서는 소량으로도, 결정립의 미세화 및 강도 향상의 효과는 크다. 그 때문에, 첨가량은 0.30％ 이하로 한다. 또한, Si 첨가량은, 용접 후의 강도 확보(HAZ부의 조대화 억제)에도 영향을 미친다. HAZ부에서의 내력 저하를 억제하기 위해서도, Si양은, 0.10 내지 0.30％로 한다. 필요에 따라, 그 하한을, 0.12％, 0.14％ 또는 0.16％로 해도 되고, 그 상한을 0.28％, 0.26％, 0.24％ 또는 0.22％로 해도 된다.

Cr: 0 내지 0.40％

Cr은, 강도 향상에 기여하기 때문에 필요에 따라서 첨가한다. 그러나, 첨가량이 너무 많으면 β상의 생성을 촉진함으로써 결정립 성장을 억제하고, 신율이 저하되기 때문에, 0.40％ 이하로 한다. Cu, Mn, Si, Ni의 첨가에 의해 충분히 강화되는 경우에는 함유되어 있지 않아도 된다. 강도 향상을 위하여, Cr의 하한을 0.05％ 또는 0.10％로 해도 된다. 그러나, Cr의 함유는 필수적이지 않고, 그 하한은 0％이다. 필요에 따라, 그 상한을 0.35％, 0.30％, 0.25％ 또는 0.20％로 해도 된다.

Mn: 0 내지 0.50％

Mn은, 강도 향상에 기여하기 때문에 필요에 따라서 첨가한다. 그러나, 첨가량이 너무 많으면 β상의 생성을 촉진함으로써 결정립 성장을 억제하고, 신율이 저하되기 때문에, 0.50％ 이하로 한다. Cu, Cr, Si, Ni의 첨가에 의해 충분히 강화되는 경우에는 함유되어 있지 않아도 된다. 강도 향상을 위하여, Mn의 하한을 0.05％ 또는 0.10％로 해도 된다. 그러나, Mn의 함유는 필수적이지 않고, 그 하한은 0％이다. 필요에 따라, 그 상한을 0.40％, 0.30％, 0.25％, 0.15％ 또는 0.10％로 해도 된다.

O: 0 내지 0.10％

산소(O)는 Ti와의 결합력이 강하고, 금속 Ti를 공업적으로 제조할 때에 불가피하게 포함되는 불순물이지만, O양이 너무 많으면 고강도화하고, 성형성은 열화된다. 그를 위해서는 0.10％ 이하로 억제할 필요가 있다. O는 불순물로서 함유하지만, 그 하한을 규정할 필요는 없고, 그 하한은 0％이다. 그러나, 그 하한을 0.005％, 0.010％, 0.015％, 0.020％ 또는 0.030％로 해도 된다. 그 상한을 0.090％, 0.080％, 0.070％ 또는 0.065％로 해도 된다.

Fe: 0 내지 0.06％

철(Fe)은 금속 Ti를 공업적으로 제조할 때에 불가피하게 포함되는 불순물이지만, Fe양이 너무 많으면, β상의 생성을 촉진하기 때문에 결정립 성장을 억제한다. 그 때문에, 철량은 0.06％ 이하로 한다. 0.06％ 이하이면, 0.2％ 내력에 대한 영향이 작아 무시할 수 있다. 바람직하게는 0.05％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.04％ 이하이다. Fe는 불순물이고, 그 하한은 0％이다. 그러나, 그 하한을 0.01％, 0.015％, 0.02％ 또는 0.03％로 해도 된다.

N: 0 내지 0.03％

질소(N)도 산소와 동등 이상의 고강도화를 진척시키고, 성형성을 열화시킨다. 단, O보다도 원료에 포함되는 양은 적기 때문에, O보다도 적게 할 수 있다. 그 때문에, 0.03％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.025％ 이하 또는 0.02％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.015％ 이하 또는 0.01％ 이하이다. 또한, N은, 공업적으로 제조할 때에 0.0001％ 이상 함유되는 케이스가 많지만, 그 하한은 0％이다. 그 하한을 0.0001％, 0.001％ 또는 0.002％로 해도 된다. 그 상한을 0.025％ 또는 0.02％로 해도 된다.

C: 0 내지 0.08％

C는, 산소나 질소와 마찬가지로 고강도화를 진척시키지만, 그 효과는 산소나 질소에 비하여 작다. 산소에 비하여 절반 이하이고, 함유량이 0.08％ 이하이면, 0.2％ 내력에 대한 영향은 무시할 수 있다. 단, 함유량이 적은 쪽이 성형성이 우수하기 때문에, 바람직하게는 0.05％ 이하, 보다 바람직하게는 0.03％ 이하, 0.02％ 이하 또는 0.01％이다. C양의 하한을 규정할 필요는 없고, 그 하한은 0％이다. 필요가 있으면, 그 하한을 0.001％로 해도 된다.

H: 0 내지 0.013％

H는, 취화를 야기하는 원소이고, 실온에서의 고용 한도는 10ppm 전후이기 때문에, 이 이상의 H가 함유되는 경우에는 수소화물이 형성되고, 취화되는 것이 염려된다. 일반적으로, 함유량이 0.013％ 이하이면, 취화의 우려는 있지만 실용상 문제없이 사용되고 있다. 또한, 산소에 비하여 함유량이 적기 때문에, 0.2％ 내력에 대한 영향은 무시할 수 있다. 바람직하게는 0.010％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.008％ 이하, 0.006％ 이하, 0.004％ 이하 또는 0.003％ 이하이다. H양의 하한을 규정할 필요는 없고, 그 하한은 0％이다. 필요가 있으면, 그 하한을 0.0001％로 해도 된다.

상기 및 Ti를 제외하는 원소: 각각 0 내지 0.1％, 또한, 그것들의 총합은 0.3％ 이하, 잔부: Ti이다.

Cu, Cr, Mn, Si, Fe, N, O, H 이외에 포함되는 불순물 원소는 각각, 0.10％ 이하 포함되어도 되지만, 그 불순물 원소의 함유량의 합계 즉 그것들의 총량은 0.3％ 이하로 한다. 이것은 스크랩을 활용하기 위해서이지만, 충분히 합금 원소를 포함하고, 고강도화하고 있어, 과도하게 성형성을 열화시키지 않기 때문이다. 혼입될 가능성이 있는 원소로서는, Al, Mo, V, Sn, Co, Zr, Nb, Ta, W, Hf, Pd, Ru 등이다. 불순물 원소이고, 하한은 0％이다. 필요에 따라, 각 불순물 원소의 상한을 0.08％, 0.06％, 0.04％ 또는 0.03％로 해도 된다. 그것들의 총합의 하한은 0％이다. 총합의 상한을 0.25％, 0.20％, 0.15％ 또는 0.10％로 해도 된다.

(A값)

본 발명의 티타늄판은, 상기의 화학 성분을 만족시키고, 또한, 하기 (1) 식에 의해 정의되는 A값이 1.15 내지 2.5질량％이다.

A=[Cu]+0.98[Cr]+1.16[Mn]+3.4[Si] ···(1) 식

본 발명의 화학 성분 범위 내에서 Cu, Si, Mn, Cr을 함유하는 100g의 Ti 주괴를 진공 아크 용해로 제작하고, 이들을 1100℃로 가열 후, 열간 압연하고, 표면을 절삭으로 제거하였다. 그 후, 열간 압연과 동일한 방향으로 냉간 압연을 행하고, 판 두께 0.5mm의 박판으로 하였다. 이 박판에 다양한 조건에서 열처리를 행하고, 결정 입경을 조정하였다. 도 1에, A값과 0.2％ 내력의 관계를 나타낸다. 또한, 도 2에, A값과 신율의 관계를 나타낸다. 또한, 도 1, 2 중의 각 플롯점은, A값 이외의 금속 조직, α상의 평균 결정 입경 D는 모두 본 발명의 범위 내였다. 즉, 이것들은 α상의 면적 분율이 95％ 이상, β상의 면적 분율이 5％ 이하, 금속간 화합물의 면적 분율이 1％ 이하, α상의 평균 결정 입경 D(㎛)가 20 내지 70㎛이고, 후술하는 (2) 식을 만족시키는 것이었다.

Cu, Si, Mn, Cr의 각 함유량이 본 발명의 화학 성분 범위 내라도, A값이 너무 작아지면, 강도가 저하된다. 0.2％ 내력이 215MPa를 하회하지 않도록 하기 위해서, 1.15질량％를 A값의 하한값으로 하였다. 0.2％ 내력의 향상을 위하여, A값의 하한을 1.20％ 또는 1.25％로 해도 된다. 한편, A값이 너무 커지면, 신율이 저하되고, 가공성이 열화된다. 파단 신율이 42％를 하회하지 않도록 하기 위해서, 2.5질량％를 A값의 상한값으로 하였다. 파단 신율을 향상시키기 위해서, A값의 상한을 2.40％, 2.30％, 2.20％, 2.10％ 또는 2.00％로 해도 된다.

(금속 조직)

본 발명의 티타늄판은, α상의 면적 분율이 95％ 이상, β상의 면적 분율이 5％ 이하, 금속간 화합물의 면적 분율이 1％ 이하이다.

도 3에 β상의 면적 분율과 0.2％ 내력의 관계를 나타낸다. 또한, 도 3 중의 각 플롯점은, β상의 면적 분율 이외의 금속 조직, α상의 평균 결정 입경 D, 화학 성분 범위, A값은 모두 본 발명의 범위 내이다. 0.2％ 내력이 215MPa를 하회하지 않도록 하기 위해서, β상의 면적 분율의 상한을 5％로 하였다. 0.2％ 내력의 향상을 위하여, β상의 면적 분율의 상한을 3％, 2％, 1％, 0.5％ 또는 0.1％로 해도 된다.

또한, 도 4에 금속간 화합물의 면적 분율과 파단 신율의 관계를 나타낸다. 또한, 도 4의 각 플롯점은, 금속간 화합물의 면적 분율 이외의 금속 조직, α상의 평균 결정 입경 D, 화학 성분 범위, A값은 모두 본 발명의 범위 내이다. 파단 신율이 42％를 하회하지 않도록 하기 위해서, 1.0％를 금속간 화합물의 면적 분율의 상한값으로 하였다. 파단 신율을 향상시키기 위해서, 금속간 화합물의 면적 분율의 상한을 0.8％, 0.6％, 0.4％ 또는 0.3％로 해도 된다. 본 발명의 티타늄판은, α상, β상 및 금속간 화합물 이외의 조직은 없다. 필요에 따라, α상의 면적률의 하한을 97％, 98％, 99％, 99.5％로 해도 된다.

또한, β상 및 금속간 화합물 이외의 금속 조직은 α상이고, α상, β상 및 금속간 화합물의 면적 분율의 합계가 100％인 것이 바람직하다. 금속간 화합물은, Ti-Cu계 금속간 화합물 및 Ti-Si계 금속간 화합물이다. Ti-Cu계 금속간 화합물의 대표적인 것은 Ti₂Cu, Ti-Si계 금속간 화합물의 대표적인 것은 Ti₃Si, Ti₅Si₃이다.

(금속 조직의 측정 방법)

α상, β상, 금속간 화합물의 각 면적 분율은 SEM 관찰 및 EPMA 분석에 의해, 면적률을 구함으로써 행하여진다. SEM 관찰에 있어서, 반사 전자상(조성상)을 관찰함으로써, Ti-Si계 금속간 화합물은 검게 보인다. Ti-Cu계 금속간 화합물과 β상은 희게 보이기 때문에, 이들을 분리하는 것이 필요해진다. 그를 위해서는 가속 전압 15kV로 500배의 1시야(200㎛×200㎛ 상당)에서 EPMA에 의한 면 분석을 Si, Cu, Fe에 가하여, Cr, Mn을 함유하는 경우에는 Cr, Mn에 대하여 행한다. 또한, 1시야에 한하지 않고, 복수 시야에서 합계 200㎛×200㎛ 상당의 면적을 관찰하고, 그것들의 평균을 구해도 된다. β상에는 Fe, Cr, Mn이 농화되어 있고, Ti-Cu계 금속간 화합물에는 농화되어 있지 않다. 그 때문에, 반사 전자상과 원소 분포를 비교함으로써 백색부를 분리 식별한다. 그 후, 반사 전자상에 있어서의 면적률을 측정함으로써 각각의 면적 분율로 한다. 측정 시료는 측정면을 다이아몬드 입자에 의한 경면 마무리로 하고, 도전성 확보를 위하여 C나 Au의 증착을 행해도 된다. 도 5에, Ti-Cu-Si-Mn 성분계에 대하여 약 100㎛×약 100㎛의 영역에서 EPMA 분석한 때의 모식도를 나타낸다. 각 원소의 농화 위치를 회색으로부터 흑색으로 나타내고 있다. 또한, 도면 중의 파선은 조직의 입계를 나타내고 있다. Fe, Mn은 동일 위치에 농화되어 있고, 입계나 입자 내에 존재한다. Cu는 Fe, Mn과 동일 위치에 농화되어 있는 부분도 있지만, Cu는 Fe, Mn과는 다른 장소에도 존재하고 있고, 이것이 Ti-Cu계 금속간 화합물이다. Si는 대부분이 Fe, Mn, Cu와는 다른 장소에 존재하고 있다. 그 때문에, Cu의 농화 위치 중에서 Fe, Mn이 농화되어 있지 않은 장소(화살표 부분)의 면적률을 측정함으로써, 금속간 화합물의 면적률을 구할 수 있다. 구체적으로는, Fe가 0.2％ 이상인 영역을 β상으로 간주하고, Fe가 0.2％ 미만의 영역 중에서 Cu가 5％ 이상인 영역을 Ti-Cu계 금속간 화합물로 간주하고, Si가 1％ 이상인 영역을 Ti-Si계 금속간 화합물로 간주한다. 이와 같이 하여 분리하여 얻어진 영역의 면적률을 구한다.

(결정 입경)

α상의 평균 결정 입경 D(㎛): 20 내지 70㎛

도 6에 α상의 평균 결정 입경 D(㎛)와 TIG 용접 전후에 있어서의 0.2％ 내력의 변화량 Δ0.2％ 내력(=모재의 0.2％ 내력-용접 조인트의 0.2％ 내력)의 관계를 나타낸다. 또한, 도 6 중의 각 플롯점은, α상의 평균 결정 입경 이외의 화학 성분 범위(산소(O)를 제외함) 및 A값은 모두 본 발명의 범위 내이다. 구체적으로는, Ti-1.01％ Cu-0.19％ Si-0.03％ Fe 성분계로, 산소량을 변화시켜서 용해하고, 판 두께 0.5mm의 박판을 열간 압연, 냉간 압연, 어닐링에 의해 제작하였다. 열처리 조건을 여러가지 바꾸어서 결정 입경을 조정하였다. 조직은 모두 β상이 없고, 금속간 화합물의 면적 분율도 1％ 이하였다. 제작한 박판을 TIG 용접하고, 용접 비드가 평행부 중앙부가 되도록 용접 조인트의 인장 시험편을 채취하였다. TIG 용접 시에는 닛테츠 스미낑 요우세쯔 고교 가부시키가이샤제의 NSSW Ti-28(JIS Z3331 STi0100J 해당)을 사용하였다. 용접 조건은, 전류: 50A, 전압: 15V, 속도: 80cm/min이다. 인장 시험편의 형상은 평행부의 폭이 6.25mm, 시험편의 원평점간 거리가 25mm, 시험편의 두께가 판 두께인 채의 평형 인장 시험편이다. 단, 용접 시에 판이 휘었기 때문에 형상 교정을 행하고, 형상 교정에 의한 변형의 제거를 위해서 550℃에서 30min의 어닐링을 행하였다. 이 어닐링에 의한 입경의 변화가 없었던 것을 확인하였다. 변형 속도는 변형량 1％까지를 0.5％/min으로 행하고, 그 후 파단까지를 30％/min으로 행하였다.

α상의 평균 결정 입경 D가 20㎛ 미만이면, Δ0.2％ 내력이 10MPa 이상으로 커진다. 한편, α상의 평균 결정 입경 D가 70㎛를 초과하면, 입경이 너무 커져, 성형 시에 주름, 단차가 생길 우려가 있다. 이 때문에, α상의 평균 결정 입경 D를 20 내지 70㎛로 한다. 필요에 따라, α상의 평균 결정 입경 D의 하한을 23㎛, 25㎛ 또는 28㎛로, 그 상한을 60㎛, 55㎛, 50㎛ 또는 45㎛로 해도 된다.

(산소량과 α상의 평균 결정 입경 D의 관계)

또한, 모재로부터 취출한 시험편에 대하여 인장 시험을 행하고, 산소량과 α상의 평균 결정 입경 D의 관계와 파단 신율에 대하여 조사한 바, 도 7과 같이 되었다. 도 7 중, ○: 파단 신율 42％ 이상, ×: 파단 신율 42％ 미만, 실선: (2) 식이다. 도 7 중에 기입한 곡선인 (2) 식을 하회하지 않는 범위에서는, 파단 신율이 42％ 이상으로 되었다. 그 때문에, (2) 식을 조건으로 하였다.

D[㎛]≥0.8064×e^45.588[O] ···(2) 식

단, e는 자연대수의 밑이다.

(모재와 용접부의 강도 저하량에 대한 Si 첨가량의 영향)

본 발명의 티타늄판은 상기와 같이 Si: 0.10 내지 0.30％를 함유하지만, Si 첨가량은, 용접 조인트의 강도 확보(HAZ부의 조대화 억제)에도 영향을 미친다. 티타늄판에 용접이 실시된 경우, 용융부에서 모재부에 걸쳐서 온도 분포가 형성되고, [1] 용융부 및 β 변태점 이상 또는 β 변태점 근방까지 가열되어서 바늘상 조직화하는 영역, [2] α상과 β상이 혼재함으로써 α상의 입성장이 억제되는 영역, [3] β상이나 α상이 조대화하는 영역, [4] 금속간 화합물이 석출하는 영역이 연속적으로 형성된다. 영역 [1]에서는 집합 조직의 랜덤화나 입형상, 용접 시의 O, N 등의 흡수에 의해 모재부보다도 약간 고강도로 된다. 영역 [2]나 영역 [4]에서는 β상 또는 금속간 화합물에 의해 α상의 입성장이 억제되기 때문에 모재부와 동일 정도의 결정 입경을 유지하고 있고, 모재와 큰 강도 차는 없다. 한편, 영역 [3]에서는 α상이 조대화함으로써, Hall-Petch측에 따라서 강도 저하한다. 그 때문에, 시험편의 폭이 6.25mm 정도의 협폭의 용접 조인트 인장 시험에서는, HAZ부 중에서도 조립화한 영역 [3]에서 파단한다.

도 8은, Si양과 HAZ부 중에서 조립화한 영역 [3]을 포함하는 TIG 용접 조인트의 0.2％ 내력과 모재의 0.2％ 내력의 차 Δ0.2％ 내력(=모재의 0.2％ 내력-용접 조인트의 0.2％ 내력)의 관계를 나타내는 그래프이다. Cu, Si, Cr, Mn을 함유하는 100g 주괴를 진공 아크 용해로 제작하고, 이들을 1100℃로 가열 후 열간 압연하고, 표면을 절삭으로 제거하였다. 그 후, 열간 압연과 동일한 방향으로 냉간 압연을 행하고, 판 두께 0.5mm의 박판으로 하였다. 이 박판에 다양한 조건에서 열처리를 행하고, 평균 결정 입경을 20 내지 30㎛ 정도로 조정하였다. 또한, 도 8 중의 각 플롯점은, Si양 이외의 화학 성분 범위, A값, α상의 평균 결정 입경 D는 모두 본 발명의 범위 내였다. 금속간 화합물의 면적 분율은 1％ 미만, β상의 면적 분율은 3％ 미만이었다. 상기 결정 입경의 경우와 마찬가지의 방법으로 TIG 용접 그리고 인장 시험을 행한 결과, 0.10％ Si 이상이면 용접 후의 강도 저하가 10MPa 이하로 억제되었다. 그 때문에, 0.10％ 이상의 Si를 함유할 필요가 있다. 용접 후의 강도 저하를 억제하기 위해서, Si양의 하한을 0.14％, 0.17％ 또는 0.20％로 해도 된다.

(제조 방법의 일례)

본 발명의 티타늄판은, 상기 화학 성분 및 A값을 만족시키는 Ti 주괴에 열간 압연, 냉간 압연을 실시하고, 냉간 압연 후의 어닐링의 조건을 소정의 조건으로 함으로써 제조할 수 있다. 필요에 따라 냉간 압연 후의 어닐링 후에 조질 압연을 행해도 된다. 각 제조 조건에 대해서, 이하에 상세하게 설명한다.

(열간 압연 조건)

열간 압연에는, VAR(진공 아크 용해), EBR(전자 빔 용해), 플라스마 아크 용해 등에 의해 통상의 방법으로, 제조된 잉곳을 사용한다. 이것은 직사각형이면 그대로 열간 압연해도 된다. 그렇지 않은 경우에는 단조나 분괴 압연을 행하여 직사각형으로 성형한다. 이와 같이 하여 얻어진 직사각형의 슬래브는, 통상의 열연 온도, 압하율인 800 내지 1000℃, 압하율 50％ 이상으로 열간 압연을 행한다.

(냉간 압연 조건)

냉간 압연 전에 변형 제거의 어닐링과 통상의 탈스케일을 행한다. 변형 제거 어닐링(중간 어닐링)은 실시하지 않아도 되고, 온도나 시간을 특별히 제한하는 경우는 없다. 통례로서, 변형 제거 어닐링은, β 변태점보다 낮은 온도에서 행하고 있고, 구체적으로는 β 변태점보다 30℃ 이상 낮은 온도에서 행한다. 본 합금계에서는 β 변태점은 합금 조성에 따라서도 다르지만, 860 내지 900℃의 범위인 점에서, 본 발명에서는 800℃ 전후에서 실시하는 것이 바람직하다. 탈스케일은 쇼트 블라스트, 산세, 기계 절삭 등 방법은 따지지 않는다. 단, 탈스케일이 불충분하면 냉간 압연 시에 균열이 발생해 버리는 경우가 있다. 또한, 냉간 압연은, 통상대로, 열연판을 압하율 50％ 이상으로 행한다.

(어닐링 조건)

냉간 압연 후의 어닐링은, 먼저 최초에 저온의 배치식 어닐링을 행하고, 다음으로 고온의 연속식 어닐링으로 할 필요가 있다. 그 밖의 방법, 예를 들어 한번만의 어닐링(고온 또는 저온의 배치식 또는 연속식 어닐링)에서는, 본 발명의 조직을 얻을 수는 없고, 목표의 특성을 달성할 수 없다. 또한, 2회의 어닐링이어도, 저온의 배치식 어닐링 후의 고온의 연속식 어닐링 이외의 방법에서는, 본 발명의 조직을 얻을 수는 없고, 목표의 특성을 달성할 수 없다.

여기서, 배치식의 저온 어닐링의 목적은, Cu의 고용과 α상의 입성장이다. 배치식 어닐링에서는 코일 내의 승온 속도가 다르기 때문에, 코일 내에서의 불균일을 억제하기 위해서는 8h 이상 어닐링 할 필요가 있다. 코일의 접합을 방지하기 위하여 어닐링은 730℃ 이하가 필요하다. 또한, 저온 영역에서는 Ti-Cu계 금속간 화합물과 Ti-Si계 금속간 화합물이 석출된다. 그 때문에, 이들의 금속간 화합물이 성장하지 않도록, 어닐링 온도의 상한을 제한하고, 또한, Cu의 고용과 α상의 입성장을 행할 수 있도록 어닐링 온도의 하한을 제한할 필요가 있다. 이 때문에, 어닐링 온도는 700 내지 730℃로 한다.

(고온 어닐링 조건)

저온 배치식 어닐링으로 석출한 금속간 화합물을 저감시키기 위해서, 이어서, 고온 어닐링으로 고온 영역에 적어도 10초 이상 유지를 한다. 유지하는 온도는, 780 내지 820℃로 한다. 이때의 유지 시간을 장시간으로 하면 경화층을 두껍게 하기 때문에 최대라도 2min으로 한다. 배치식 어닐링에서는 이러한 단시간의 어닐링을 행할 수 없고, 연속식 어닐링으로 할 필요가 있다. 고온의 연속식 어닐링에서는, Ti-Si계 금속간 화합물의 면적 분율을 저하시킬 수 있지만, Ti-Si계 금속간 화합물은 석출이 빠르기 때문에, 고온의 연속식 어닐링 후의 냉각 속도는, 유지 온도로부터 550℃까지를 5℃/s 이상으로 한다.

실시예

표 1 내지 3에 기재한 No.1 내지 No.97의 Cu, Si, Mn, Cr을 함유하는 300g의 Ti 주괴를 진공 아크 용해로 제작하고, 이들을 1100℃로 가열 후, 열간 압연하고, 표면을 절삭으로 제거하였다. 그 후, 열간 압연과 동일한 방향으로 냉간 압연을 행하고, 판 두께 0.5mm의 박판으로 하였다. 이 박판(No.1 내지 No.97)에 표 4 내지 6에 기재된 다양한 조건으로 어닐링(최초의 어닐링을 「어닐링 1」, 다음의 어닐링을 「어닐링 2」라고 표기)을 행하였다. 또한, 어닐링에 있어서, 냉각이 FC(노랭)인 경우에는 배치식(진공) 어닐링(표 4 내지 6에 있어서, 「배치식」이라고 표기)을 실시하고, 그 밖에는 연속식(Ar 가스) 어닐링(표 4 내지 6에 있어서, 「연속식」이라고 표기)을 실시하였다. 배치식 어닐링은 코일 제조를 모의하여, 2장의 판을 겹쳐서 어닐링하였다. 배치식 어닐링을 행한 경우에만, 어닐링 후의 2장의 판의 접합 유무를 조사하였다. 평가는 2장의 판을 큰 변형을 수반하지 않고 박리할 수 있었던 경우를 ○, 변형되었지만 박리할 수 있었던 것을 △, 박리할 수 없었던 것을 ×로 하였다. 접합 유무의 조사에서는 변형되는 경우에는, 접합 부분을 기점으로 한 굽힘 변형으로 되었다. 또한, 배치식 어닐링을 행하고 있지 않은 경우에는, 「배치식 접합 유무」의 란에 「-」를 기입하였다. 어닐링 2의 각 란이 모두 「-」로 되어 있는 것은, 어닐링 2를 행하지 않았다.

또한, 접합한 것에 대해서는 TIG 용접 등의 평가를 행하지 않고, 인장 시험과 평균 결정 입경의 측정만을 행하였다. 또한, 어닐링 2까지 행한 판은 표면 상태를 확인하고, 그 평가는 현행의 실기 양산재 상당의 레벨을 ○로 하고, 제품으로서 출하할 수 없는 레벨을 ×로 하였다(「표면 상태」라고 표시). 게다가, 두께 50㎛의 테플론(등록 상표) 시트를 윤활제로서 사용한 공 헤드 돌출 시험을 둘출 높이가 15mm로 될 때까지 행하여, 외관의 주름의 발생 정도를 관찰하고, 표면 조화가 발생하고 있지 않은 것을 ○, 표면 조화가 발생하고 있는 것을 ×로 하였다(「가공 후의 표면」이라고 표시).

제작한 박판을 TIG 용접하고, 용접 비드가 평행부 중앙부가 되도록 인장 시험편을 채취하였다. TIG 용접 시에는, 범용성을 고려하여 닛테츠 스미낑 요우세쯔 고교 가부시키가이샤제의 제품 NSSW Ti-28(JIS Z3331 STi0100J 해당)을 사용하였다. 용접 조건은, 전류: 50A, 전압: 15V, 속도: 80cm/min이다. 인장 시험편의 형상은 평행부의 폭이 6.25mm, 시험편의 원평점 간 거리가 25mm, 시험편의 두께가 판 두께인 채의 평형 인장 시험편이다. 단, 용접 시에 판이 휘었기 때문에 형상 교정을 행하고, 형상 교정에 의한 변형의 제거를 위해서 550℃에서 30min의 어닐링을 행하였다(평균 결정 입경의 변화 없음). 변형 속도는 변형량 1％까지를 0.5％/min으로 행하고, 그 후 파단까지를 30％/min으로 행하였다. 또한, TIG 용접 및 용접 후의 인장 시험은, 일부에 대하여 시험을 행하였다. TIG 용접 전후의 0.2％ 내력 차(Δ0.2％ 내력(MPa)으로 표시)가 10MPa 이하인 경우를 합격으로 하였다. No.1 내지 No.97의 각 박판에 대하여 구한 α상의 평균 결정 입경 D(입경(㎛)으로 표시), α상의 면적 분율(α상율(％)로 표시), β상의 면적 분율(β상율(％)로 표시), 금속간 화합물의 면적 분율(금속간 화합물(％)로 표시), 0.2％ 내력(내력(MPa)으로 표시), 파단 신율(신율(％)으로 표시), 외관(표면 상태로 표시), 0.8064×e^45.588[O]의 값((2) 식의 우변: 「(2) 식(㎛)」이라고 표시), (2) 식의 판정 결과(「(2) 식(㎛) 판정으로 표시」: D-0.8064×e^45.588[O]의 값이 마이너스를 「×」, 0 이상을 「○」), 본 발명과 비교예의 분류를 표 7 내지 9에 나타내었다.

화학 성분 범위, A값, 금속 조직, α상의 평균 결정 입경 D가 모두 본 발명의 범위 내인 No.1, 34 내지 37, 60 내지 62, 80, 86 내지 97(본 발명예)은, 0.2％ 내력: 215MPa 이상, 파단 신율: 42％ 이상, 용접 조인트의 강도 저하량: 10MPa 이하를 모두 만족하였다.

기타(비교예)는, 다음과 같이 되었다.

No.2는, A값이 1.15질량％ 미만이고, 0.2％ 내력이 낮았다. 또한, Si가 첨가되어 있지 않으므로 용접 조인트의 강도 저하가 커졌다.

No.3은, Si가 첨가되어 있지 않으므로 용접 조인트의 강도 저하가 커졌다.

No.4는, A값이 1.15질량％ 미만이고, 0.2％ 내력이 낮았다. 또한, 용접 조인트의 강도 저하가 작은 것은, 모재의 α상의 평균 결정 입경 D가 크기 때문이다.

No.5는, 모재의 α상의 평균 결정 입경 D가 70㎛를 초과하고 있고, 가공했을 때에 표면에 주름이 발생하였다. 또한, 입경 D가 크므로 A값이 1.15 이상이라도 0.2％ 내력이 낮았다. 또한, 용접 조인트의 강도 저하가 작은 것은, 모재의 α상의 평균 결정 입경 D가 크기 때문이다.

No.6은, A값이 1.15질량％ 미만이고, 0.2％ 내력이 낮았다. 또한, Si가 첨가되어 있지 않으므로 용접 조인트의 강도 저하가 커졌다.

No.7은, Si가 첨가되어 있지 않으므로 용접 조인트의 강도 저하가 커졌다.

No.8은, A값이 1.15질량％ 미만이고, 0.2％ 내력이 낮았다. 또한, Si가 첨가되어 있지 않으므로 용접 조인트의 강도 저하가 커졌다.

No.9는, Si가 첨가되어 있지 않으므로 용접 조인트의 강도 저하가 커졌다.

No.10은, A값이 1.15질량％ 미만이고, 0.2％ 내력이 낮았다. 또한, Si가 첨가되어 있지 않으므로 용접 조인트의 강도 저하가 커졌다.

No.11은, Si가 첨가되어 있지 않으므로 용접 조인트의 강도 저하가 커졌다.

No.12는, A값이 1.15질량％ 미만이고, 0.2％ 내력이 낮았다. 또한, Si가 첨가되어 있지 않으므로 용접 조인트의 강도 저하가 커졌다.

No.13은, Si가 첨가되어 있지 않으므로 용접 조인트의 강도 저하가 커졌다.

No.14, 15는, 어닐링이 너무 저온이어서 α상의 평균 결정 입경 D가 20㎛ 미만으로 되고, 파단 신율이 작아졌다.

No.16, 17은, 어닐링에 의해 2장의 판이 접합해 버려, 박리할 수 없었다. 그 때문에, 인장 시험은 미실시이다.

No.18, 19는, 어닐링이 너무 저온이어서 α상의 평균 결정 입경 D가 20㎛ 미만으로 되고, 파단 신율이 작아졌다.

No.20, 21은, 고온 영역에서 장시간 어닐링했기 때문에, 파단 신율이 작아졌다.

No.22 내지 29는, α상의 평균 결정 입경 D가 (2) 식을 만족시키지 않고, 파단 신율이 작아지고, 용접 조인트의 강도 저하도 커졌다. 또한, No.22 내지 25는, 어닐링이 너무 저온이어서 α상의 평균 결정 입경 D가 20㎛ 미만으로 되고, 금속간 화합물의 면적 분율도 높아졌다.

No.30 내지 33은, α상의 평균 결정 입경 D가 20㎛ 미만으로 되고, 파단 신율이 작아졌다. 또한, 용접 조인트의 강도 저하가 커졌다.

No.38, 39는, 어닐링이 너무 저온이고, 노랭이기 때문에, α상의 평균 결정 입경 D가 20㎛ 미만으로 되고, 금속간 화합물의 면적 분율도 높아졌다.

No.40, 41은, 어닐링이 고온이었기 때문에 2장의 판이 접합해 버려, 박리할 수 없었다. 그 때문에, 인장 시험은 미실시이다.

No.42, 43은, 어닐링이 너무 저온이고, 노랭이기 때문에, α상의 평균 결정 입경 D가 20㎛ 미만으로 되고, 금속간 화합물의 면적 분율도 높아졌다.

No.44, 45는, α상의 평균 결정 입경 D가 (2) 식을 만족시키지 않고, 파단 신율이 작아졌다.

No.46 내지 49는, 어닐링이 너무 저온이고, 노랭이기 때문에, α상의 평균 결정 입경 D가 20 ㎛ 미만으로 되고, 금속간 화합물의 면적 분율도 높아졌다.

No.50, 51은, 모재의 α상의 평균 결정 입경 D가 70㎛를 초과하고 있고, 가공한 때에 표면에 주름이 발생하고, 0.2％ 내력이 낮았다. 또한, Si가 첨가되어 있지 않으므로 용접 조인트의 강도 저하가 커졌다.

No.52, 53은, α상의 평균 결정 입경 D가 20㎛ 미만으로 되고, 또한, Si가 첨가되어 있지 않으므로 용접 조인트의 강도 저하가 커졌다.

No.54 내지 56은, Si가 첨가되어 있지 않으므로 용접 조인트의 강도 저하가 커졌다.

No.57 내지 59는, α상의 평균 결정 입경 D가 20㎛ 미만으로 되고, 또한, Si가 첨가되어 있지 않으므로 용접 조인트의 강도 저하가 커졌다.

No.63은, α상의 평균 결정 입경 D가 (2) 식을 만족시키지 않고, 파단 신율이 작아졌다.

No.64는, α상의 평균 결정 입경 D가 20㎛ 미만으로 되고, 파단 신율이 작아졌다.

No.65는, α상의 평균 결정 입경 D가 (2) 식을 만족시키지 않고, 파단 신율이 작아졌다.

No.66, 67은, α상의 평균 결정 입경 D가 20㎛ 미만으로 되고, 파단 신율이 작아졌다.

No.68은, 어닐링이 고온이었기 때문에 2장의 판이 접합해 버려, 박리할 수 없었다. 그 때문에, 인장 시험은 미실시이다.

No.69는, A값이 1.15질량％ 미만이고, 0.2％ 내력이 낮았다.

No.70, 71은, Si가 첨가되어 있지 않으므로 용접 조인트의 강도 저하가 커졌다.

No.72 내지 75는, α상의 평균 결정 입경 D가 20㎛ 미만으로 되고, 용접 조인트의 강도 저하가 커졌다.

No.76 내지 79는, 금속간 화합물의 면적 분율이 1％를 초과하고, 파단 신율이 작아졌다.

No.81은, α상의 평균 결정 입경 D가 20㎛ 미만으로 되고, 파단 신율이 작아졌다.

No.82, 83은, 배치식 어닐링의 냉각 속도가 느리기 때문에 금속간 화합물의 면적 분율이 1％를 초과하고, 파단 신율이 작아졌다. 또한, 외관이 떨어졌다.

No.84는, 배치식 어닐링으로 용착이 발생하고, 외관이 떨어졌다.

No.85는, 연속식 어닐링이 고온이었기 때문에, β상의 면적 분율이 5％를 초과하고, 파단 신율이 작아졌다.

본 발명의 티타늄판은, 예를 들어 열교환기, 용접관, 머플러 등의 이륜 배기계, 건재 등에 적절하게 적용된다.

Claims

티타늄판이며,
화학 성분은, 질량％로,
Cu: 0.70 내지 1.50％,
Cr: 0 내지 0.40％,
Mn: 0 내지 0.50％,
Si: 0.10 내지 0.30％,
O: 0 내지 0.10％,
Fe: 0 내지 0.06％,
N: 0 내지 0.03％,
C: 0 내지 0.08％,
H: 0 내지 0.013％,
상기 및 Ti를 제외하는 원소: 각각 0 내지 0.1％, 또한, 그것들의 총합은 0.3％ 이하,
잔부: Ti이고,
하기 (1) 식에 의해 정의되는 A값이 1.15 내지 2.5질량％이고,
그 금속 조직은,
α상의 면적 분율이 95％ 이상,
β상의 면적 분율이 5％ 이하,
금속간 화합물의 면적 분율이 1％ 이하이고,
α상의 평균 결정 입경 D(㎛)가 20 내지 70㎛이고, 또한 하기 (2) 식을 만족시키는 티타늄판.
A=[Cu]+0.98[Cr]+1.16[Mn]+3.4[Si] ···(1) 식
D[㎛]≥0.8064×e^45.588[O] ···(2) 식
단, e는 자연대수의 밑이다.
제1항에 있어서, 상기 금속 조직이, α상, β상 및 금속간 화합물의 면적 분율의 합계가 100％인, 티타늄판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속간 화합물이 Ti-Si계 금속간 화합물과 Ti-Cu계 금속간 화합물인, 티타늄판.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 판 두께가 0.3 내지 1.5mm이고, 0.2％ 내력이 215MPa 이상이고, 시험편의 평행부의 폭이 6.25mm, 시험편의 원평점 간 거리가 25mm, 시험편의 두께가 판 두께인 채의 평형 인장 시험편에서의 파단 신율이 42％ 이상인, 티타늄판.