KR20230118978A - 티탄 합금 박판 및 티탄 합금 박판의 제조 방법 - Google Patents

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KR20230118978A
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겐키 츠카모토
도모노리 구니에다
요시키 고이케
도시유키 오쿠이
히데노리 다케베
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

본 개시에 관한 티탄 합금 박판은, 소정의 화학 성분을 함유하고, α상의 결정 방위를 Bunge의 표기 방법에 의한 오일러각 g={φ1, Φ, φ2}로 나타낸 경우에, 후방 산란 전자선 회절법의 구면 조화 함수법을 사용한 Texture 해석에 있어서, 전개 지수를 16으로 하고, 가우스 반값폭을 5°로 하여 산출되는 결정 방위 분포 함수 f(g)로 나타내어지는 최대 집적 방위가 φ1: 0 내지 30°, Φ: 60 내지 90°, φ2: 0 내지 60°의 범위에 있고, 상기 최대 집적 방위의 집적도가 10.0 이상이고, 25℃에 있어서의 판 폭 방향의 0.2％ 내력이 800MPa 이상이고, 판 폭 방향의 영률이 125GPa 이상이고, 평균 판 두께가 2.5mm 이하이다.

Description

티탄 합금 박판 및 티탄 합금 박판의 제조 방법
본 개시는 티탄 합금 박판 및 티탄 합금 박판의 제조 방법에 관한 것이다.
티탄은, 경량, 고강도이면서도 내식성이 우수한 재료이며, 경량화, 연비 향상의 관점에서 항공기 분야에 적용 가능한 재료이다.　항공기의 각 구성 부재에 요구되는 특성에 따른 티탄 합금의 개발이 활발히 행해지고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 1.4％ 이상 2.1％ 미만의 Fe, 4.4％ 이상 5.5％ 미만의 Al, 잔부 티탄 및 불순물로 이루어지는 α+β형 티탄 합금 선재가 개시되어 있다.
특허문헌 2에는, 0.5％ 이상 1.4％ 미만의 Fe, 4.4％ 이상 5.5％ 미만의 Al, 잔부 티탄 및 불순물로 이루어지는 α+β형 티탄 합금 봉재가 개시되어 있다.
특허문헌 3에는, 1매 또는 복수매의 판상의 코어재를 스페이서재와 커버재로 덮어 팩재를 형성하고, 이 팩재를 압연하여 코어재를 두께 감소하는 박판의 제조 방법에 있어서, 각각의 초기 판 두께를, 팩재에 대한 코어재의 비율이 적어도 0.25 이상이 되도록 커버재의 판 두께를 설정하는 것을 특징으로 하는 팩 압연에 의한 Ti-6Al-4V 합금 박판의 제조 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 4에는, 1매 또는 복수매의 판상의 코어재를 스페이서재와 커버재로 덮어 팩재를 형성하고, 이 팩재를 압연하여 코어재를 두께 감소하는 박판의 제조 방법에 있어서, 팩재의 감압 전후의 판 두께의 압하비가 3 이상이 되는 압연에 대하여, 1패스당 압연율을 15％ 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 팩 압연에 의한 Ti-6Al-4V 합금 박판의 제조 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 5에는, 중량％로, Al: 2.5 내지 3.5％, V: 2.0 내지 3.0％, 잔부 Ti 및 통상의 불순물로 이루어지는 티탄 합금의 열연 어닐링판을, 열간 압연 방향과 동일한 방향으로 총 압연율 67％ 이상에서 냉간 압연하고, 이어서 650 내지 900℃ 사이의 온도에서 어닐링하는 것을 특징으로 하는 티탄 합금 박판의 제조 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 6에는, α+β형 티탄 합금 냉연판의 제조 공정에서, 냉간 압연 후에 실시하는 중간 어닐링을, 어닐링 온도: 〔β 변태점-25℃〕 이상에서 β 변태점 미만의 온도 범위, 어닐링 시간: 0.5 내지 4시간, 가열 유지 후의 냉각 속도: 0.5 내지 5℃/초, 상기 냉각 속도에서의 냉각을 실시하는 온도 구간: 300℃ 이하까지, 되는 조건에서 행하는 것을 특징으로 하는, α+β형 티탄 합금 박판의 제조 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 7에는, 전체율 고용형 β 안정화 원소의 적어도 1종을 Mo 당량으로 2.0 내지 4.5질량％, 공석형 β 안정화 원소의 적어도 1종을 Fe 당량으로 0.3 내지 2.0질량％, α 안정화 원소의 적어도 1종을 Al 당량으로 3.0질량％ 초과 5.5질량％ 이하를 함유하고, 잔부가 Ti 및 불가피적 불순물로 이루어지는 α+β형 티탄 합금 박판이며, α상의 평균 입경이 5.0㎛ 이하임과 함께, α상의 최대 입경이 10.0㎛ 이하이고, α상의 평균 애스펙트비가 2.0 이하임과 함께, α상의 최대 애스펙트비가 5.0 이하인 것을 특징으로 하는 α+β형 티탄 합금 박판이 개시되어 있다.
특허문헌 8에는, α+β형 티탄 합금 열연판이며, (a) 열간 압연판의 압연면 법선 방향(판 두께 방향)을 ND, 열간 압연 방향을 RD, 열간 압연판 폭 방향을 TD로 하고, α상의 (0001)면의 법선 방향을 c축 방위로 하여, c축 방위가 ND와 이루는 각도를 θ, c축 방위와 ND를 포함하는 면이 ND와 TD를 포함하는 면과 이루는 각도를 Φ로 하고, (b1) θ가 0도 이상, 30도 이하이고, 또한 Φ가 전체 둘레(-180도 내지 180도)에 드는 결정립에 의한 X선의 (0002) 반사 상대 강도 중, 가장 강한 강도를 XND로 하고, (b2) θ가 80도 이상, 100도 미만이고, 또한 Φ가 ±10도에 드는 결정립에 의한 X선의 (0002) 반사 상대 강도 중, 가장 강한 강도를 XTD로 하여, (c) XTD/XND가 5.0 이상인 것을 특징으로 하는 냉연성 및 냉간의 취급성이 우수한 α+β형 티탄 합금판이 개시되어 있다.
특허문헌 9에는, 질량％로, Fe: 0.8 내지 1.5％, Al: 4.8 내지 5.5％, N: 0.030％ 이하를 함유함과 함께, O의 함유량(질량％)을 [O], N의 함유량(질량％)을 [N]으로 하여, Q(％)=[O]+2.77·[N]으로 정의하는 Q(％)=0.14 내지 0.38을 만족시키는 범위의 O 및 N을 함유하고, 잔부 Ti 및 불가피적 불순물로 이루어지는 고강도 α+β형 티탄 합금 열연판이며, (a) 열간 압연판의 법선 방향을 ND, 열간 압연 방향을 RD, 열간 압연판 폭 방향을 TD로 하고, α상의 (0001)면의 법선 방향을 c축 방위로 하여, c축 방위가 ND와 이루는 각도를 θ, c축 방위와 ND를 포함하는 면이 ND와 TD를 포함하는 면과 이루는 각도를 φ로 하고, (b1) θ가 0도 이상, 30도 이하이고, 또한 φ가 전체 둘레(-180도 내지 180도)에 드는 결정립에 의한 X선의 (0002) 반사 상대 강도 중, 가장 강한 강도를 XND로 하고, (b2) θ가 80도 이상, 100도 미만이고, 또한 φ가 ±10도에 드는 결정립에 의한 X선의 (0002) 반사 상대 강도 중, 가장 강한 강도를 XTD로 하여, (c) XTD/XND가 4.0 이상인 것을 특징으로 하는 냉간에서의 코일 취급성이 우수한 고강도 α+β형 티탄 합금판이 개시되어 있다.
특허문헌 10에는, 질량％로 0.8 내지 1.5％의 Fe, 0.020％ 이하의 N을 함유하고, O의 함유량(질량％)을 [O], N의 함유량(질량％)을 [N], Fe의 함유량(질량％)을 [Fe]로 하여, Q(％)=[O]+2.77×[N]+0.1×[Fe]로 정의하는 Q(％)가 Q=0.34 내지 0.55를 만족시키는 범위의 O, N 및 Fe를 함유하고, 잔부 Ti 및 불가피적 불순물로 이루어지는 고강도 α+β형 티탄 합금 냉연 어닐링판에 있어서, 판면 방향의 집합 조직을 해석했을 때, 냉연 어닐링판의 압연면 법선 방향을 ND, 판 길이 방향을 RD, 판 폭 방향을 TD로 하고, α상의 (0001)면의 법선 방향을 c축 방위로 하여, c축 방위가 ND와 이루는 각도를 θ, c축 방위의 판면으로의 사영선과 판 폭 방향(TD)이 이루는 각도를 φ로 하고, 각도 θ가 0도 이상 30도 이하이고, 또한 φ가 -180도 내지 180도에 드는 결정립에 의한 X선의 (0002) 반사 상대 강도 중, 가장 강한 강도를 XND로 하고, 각도 θ가 80도 이상 100도 미만이고, φ가 ±10도의 범위 내에 드는 결정립에 의한 X선의 (0002) 반사 상대 강도 중, 가장 강한 강도를 XTD로 한 경우, 비 XTD/XND가 5.0 이상인 것을 특징으로 하는, 판 폭 방향의 강도 및 영률이 높은 α+β형 티탄 합금판이 개시되어 있다.
비특허문헌 1에는, 압연 방향과 압연 방향에 수직인 방향의 강도에 이방성을 갖는 α+β 티탄 합금 박판이 개시되어 있다.
비특허문헌 2에는, β 변태점보다 높은 온도에서 열간 압연하여, 압연 방향과 압연 방향에 수직인 방향의 강도의 이방성을 저감시킨 α+β 티탄 합금 박판이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 평7-62474호 공보 일본 특허 공개 평7-70676호 공보 일본 특허 공개 2001-300603호 공보 일본 특허 공개 2001-300604호 공보 일본 특허 공개 소61-147864호 공보 일본 특허 공개 평1-127653호 공보 일본 특허 공개 제2013-227618호 공보 국제 공개 제2012/115242호 국제 공개 제2012/115243호 국제 공개 제2015/156356호
KOBE STEEL ENGINEERING REPORTS/Vol. 59, No. 1(2009), P. 81 내지 84 KOBE STEEL ENGINEERING REPORTS/Vol. 60, No. 2(2010), P. 50 내지 54
그런데, 항공기의 구성 부재 중에서도 보다 높은 강도가 요구되는 부재에는 α상의 고용 강화형 원소인 Al을 비교적 많이 함유하는 합금, 예를 들어 α+β형 티탄 합금인 Ti-6Al-4V(64 합금)가 많이 사용된다.　64 합금과 같은 Al을 많이 함유하고, 고강도가 되는 α+β형 티탄 합금은 일반적으로 가공성이 부족하여, 냉간 압연하는 것은 곤란하다고 생각되고 있었다.
한편, 티탄 합금을 β역 또는 β상 비율이 높은 α+β 고온역의 온도에서 일방향의 고속 열간 압연을 행하면, β상으로부터 α상으로의 변태 시에, 베어리언트 선택에 의해 판 폭 방향으로 육방 최밀 충전 구조(hexagonal close-packed, hcp)의 c축이 배향된 집합 조직(T-texture)이 형성된다.　티탄의 c축 방향이 다른 방향에 비하여 높은 영률, 강도를 갖기 때문에, T-texture는, 판 폭 방향의 고강도화나 고영률화에 적합한 집합 조직이다.　그러나, 열간 압연에 의해 얇은 티탄 합금판을 제조하고자 하면, 판 두께의 감소에 의해 열간 압연 시의 재료의 온도가 급격하게 저하되기 때문에, 고강도의 α상이 증가하고, 고온 강도가 낮은 β상이 감소하는 티탄 합금은 현저하게 변형 저항이 증대하여, 압연기의 허용 하중을 초과하는 경우가 있다.　그 때문에, 열간 압연만으로는 판 두께 2.5mm 이하의 박판을 제조하는 것이 곤란하다.　또한, 냉간 압연에서의 가공 경화의 연화를 목적으로 한 고온의 어닐링에 의해, 재결정 집합 조직이 형성된 경우, 본 집합 조직은 용이하게 소실된다.　이 때문에, 종래에는 판 두께 2.5mm 이하의 박판에서는, 본 집합 조직은 유효 활용되어 오지 않았다.　이들에 의해, 종래, Al을 많이 함유하고 또한 T-texture가 발달된 고강도, 고영률의 티탄 합금 박판을 제조하는 것은 곤란하다고 생각되고 있었다.
본 개시는, 상기 문제에 비추어 이루어진 것으로, 본 개시의 목적으로 하는 바는, T-texture를 활용하여, 판 폭 방향의 강도가 높고, 또한 판 폭 방향의 영률이 높은, 판 두께 2.5mm 이하의 Al 함유 티탄 합금 박판 및 동 티탄 합금 박판의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본래, hcp 구조의 티탄에 있어서의 T-texture는, 열간 압연 방향으로의 미끄럼에 의한 변형이 기대되기 때문에, 동일 방향으로의 냉간 압연이 곤란하다고 단정은 할 수 없다.　본 발명자들은, 열간 압연에 의해 T-texture를 발달시킨 Al 함유 티탄 합금을 사용하여 냉간 압연에 의한 2.5mm 이하의 박판의 제조에 대하여, 예의 또한 상세하게 검토를 행하였다.
본 개시는 상기 지견에 기초하여 완성된 것이며, 그 요지는, 이하와 같다.
[1] 본 개시의 일 양태에 관한 티탄 합금 박판은, 질량％로, Al: 4.0％ 초과, 6.6％ 이하, Fe: 0％ 이상, 2.3％ 이하, V: 0％ 이상, 4.5％ 이하, Si: 0％ 이상, 0.60％ 이하, Ni: 0％ 이상, 0.15％ 미만, Cr: 0％ 이상, 0.25％ 미만, Mn: 0％ 이상, 0.25％ 미만, C: 0％ 이상, 0.080％ 미만, N: 0％ 이상, 0.050％ 이하, 및 O: 0％ 이상, 0.40％ 이하를 함유하고, 잔부가 Ti 및 불순물로 이루어지고,
α상의 결정 방위를 Bunge의 표기 방법에 의한 오일러각 g={φ1, Φ, φ2}로 나타낸 경우에, 후방 산란 전자선 회절법의 구면 조화 함수법을 사용한 Texture 해석에 있어서, 전개 지수를 16으로 하고, 가우스 반값폭을 5°로 하여 산출되는 결정 방위 분포 함수 f(g)로 나타내어지는 최대 집적 방위가 φ1: 0 내지 30°, Φ: 60 내지 90°, φ2: 0 내지 60°의 범위에 있고, 상기 최대 집적 방위의 집적도가 10.0 이상이고,
25℃에 있어서의 판 폭 방향의 0.2％ 내력이 800MPa 이상이고,
판 폭 방향의 영률이 125GPa 이상이고,
평균 판 두께가 2.5mm 이하이다.
[2] 상기 [1]에 기재된 티탄 합금 박판은, 질량％로,
Fe: 0.5％ 이상, 2.3％ 이하 또는 V: 2.5％ 이상, 4.5％ 이하
를 함유해도 된다.
[3] 상기 [2]에 기재된 티탄 합금 박판은, 상기 Fe 또는 상기 V의 일부 대신에, 질량％로,
Ni: 0.15％ 미만,
Cr: 0.25％ 미만, 및
Mn: 0.25％ 미만으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.
[4] 상기 [2] 또는 [3]에 기재된 티탄 합금 박판은, 상기 Ti의 일부 대신에, O, N, Fe, 및 V로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 경우, 질량％에 의한, O의 함유량을 [O], N의 함유량을 [N], Fe의 함유량을 [Fe], V의 함유량을 [V]로 했을 때, 하기 식 (1)로 나타내어지는 Q가 0.340 이하여도 된다.
Q=[O]+(2.77×[N])+(0.1×[Fe])+(0.025×[V]) … 식 (1)
[5] 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 한 항에 기재된 티탄 합금 박판은, CuKα를 선원으로 하는 X선 회절법에 의해 검출되는 2θ=53.3±1°에 있어서의 회절 피크의 반값폭이 0.20° 이상이어도 된다.
[6] 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 한 항에 기재된 티탄 합금 박판은, 애스펙트비가 3.0 초과이며 판 길이 방향으로 신장된 밴드 조직을 갖고,
상기 밴드 조직의 면적률이 70％ 이상이어도 된다.
[7] 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 한 항에 기재된 티탄 합금 박판은, 판 두께의 치수 정밀도가 상기 평균 판 두께에 대하여 5.0％ 이하여도 된다.
[8] 본 개시의 다른 양태에 관한 티탄 합금 박판의 제조 방법은, 상기 [1] 내지 [7] 중 어느 한 항에 기재된 티탄 합금 박판의 제조 방법이며,
질량％로, Al: 4.0％ 초과, 6.6％ 이하, Fe: 0％ 이상, 2.3％ 이하, V: 0％ 이상, 4.5％ 이하, Si: 0％ 이상, 0.60％ 이하, Ni: 0％ 이상, 0.15％ 미만, Cr: 0％ 이상, 0.25％ 미만, Mn: 0％ 이상, 0.25％ 미만, C: 0％ 이상, 0.08％ 미만, N: 0％ 이상, 0.05％ 이하, 및 O: 0％ 이상, 0.40％ 이하를 함유하고, 잔부가 Ti 및 불순물로 이루어지는 티탄 소재를 가열하는 가열 공정과,
상기 가열 공정 후의 상기 티탄 소재를 일방향으로 열간 압연하는 열간 압연 공정과,
상기 열간 압연 공정 후의 상기 티탄 소재에 대하여 당해 티탄 소재의 길이 방향으로 1회 이상의 냉간 압연 패스를 행하는 냉간 압연 공정을 갖고,
상기 가열 공정에 있어서의 상기 티탄 소재의 가열 온도는, β 변태점을 Tβ(℃)로 했을 때, Tβ℃ 이상 (Tβ+150)℃ 이하이고,
상기 열간 압연 공정에 있어서의 압하율은, 80.0％ 이상이고,
상기 열간 압연 공정에 있어서의 마무리 온도는, (Tβ-250)℃ 이상 (Tβ-50)℃ 이하이고,
상기 냉간 압연 공정은,
냉간 압연 패스 1회당 압연율이 40％ 이하이고, 복수의 상기 냉간 압연 패스를 행하는 경우에는 중간 어닐링 처리를 포함하고,
상기 중간 어닐링 처리의 어닐링 조건은,
어닐링 온도가 500℃ 이상 750℃ 이하이고, 또한
상기 어닐링 온도 T(℃)와, 상기 어닐링 온도에 있어서의 유지 시간 t(초)가 하기 식 (2)를 만족시킨다.
18000≤(T+273.15)×(Log10(t)+20)<22000 … 식 (2)
[9] 상기 [8]에 기재된 티탄 합금 박판의 제조 방법에서는, 최후의 상기 냉간 압연 패스 후에, 어닐링 온도가 500℃ 이상 750℃ 이하이고, 또한 상기 식 (2)를 만족시키는 최종 어닐링을 실시해도 된다.
본 개시에 의하면, T-texture를 활용, 판 폭 방향의 강도가 높고, 또한 판 폭 방향의 영률이 높은, 판 두께 2.5mm 이하의 Al 함유 티탄 합금 박판 및 동 티탄 합금 박판의 제조 방법을 제공하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 Bunge의 표기 방법에 의한 오일러각에 의한 티탄판의 α상 결정립의 결정 방위를 설명하기 위한 설명도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 전자선 후방 산란 회절법에 의해 구해진 결정 방위 분포 함수의 일례이다.
도 3은 밴드 조직의 일례를 나타내는 광학 현미경 사진이다.
도 4는 동 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 광학 현미경 사진의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5는 평균 판 두께의 측정 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
<1. 티탄 합금 박판>
먼저, 도면을 참조하여, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판에 대하여 설명한다.
(1.1. 화학 조성)
본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판이 함유하는 화학 성분을 설명한다.　본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판은, 질량％로, Al: 4.0％ 초과, 6.6％ 이하, Fe: 0％ 이상, 2.3％ 이하, V: 0％ 이상, 4.5％ 이하, Si: 0％ 이상, 0.60％ 이하, Ni: 0％ 이상, 0.15％ 미만, Cr: 0％ 이상, 0.25％ 미만, Mn: 0％ 이상, 0.25％ 미만, C: 0％ 이상, 0.08％ 미만, N: 0％ 이상, 0.05％ 이하, 및 O: 0％ 이상, 0.40％ 이하를 함유하고, 잔부가 Ti 및 불순물로 이루어진다.　또한, 이하에서는 화학 성분의 설명에 있어서 특별히 언급이 없는 한, 「％」라는 표기는 「질량％」를 나타내는 것으로 한다.
Al은, α상 안정화 원소이며, 고용 강화능이 높은 원소이다.　Al 함유량이 증가하면 실온에서의 인장 강도 및 비교적 고온에서의 강도가 높아진다.　또한, Al은, 영률을 증가시키는 효과를 갖는다.　또한, Al 함유량이 4.0％ 초과이면, 냉간 압연 전의 열연판이 높은 냉간 압연성을 유지할 수 있다.　Al 함유량은, 바람직하게는 4.5％ 이상이다.　한편, Al 함유량이 6.6％ 초과이면, 냉간 압연 전의 열연판의 냉간 압연성이 현저하게 저하됨과 함께, 응고 편석 등에 의해 Al이 국소적으로 과잉으로 농화되어, Al이 규칙화된다.　이 Al이 규칙화된 영역에 의해 티탄 합금 박판의 충격 인성이 저하된다.　따라서, Al 함유량은, 6.6％ 이하, 바람직하게는 6.5％ 이하, 6.3％ 이하, 보다 바람직하게는 6.2％ 이하이다.
Fe는, β상 안정화 원소이다.　Fe는, 고용 강화능이 높은 원소이기 때문에, Fe 함유량을 증가시키면 실온에서의 인장 강도가 높아진다.　또한, β상은 α상과 비교하여 높은 가공성을 갖기 때문에, Fe 함유량을 증가시키면, 티탄 합금 박판의 가공성이 향상된다.　실온에서 가공성이 좋은 β상을 유지하면서 원하는 인장 강도를 얻기 위해, Fe 함유량은 0.5％ 이상인 것이 바람직하다.　Fe는, 티탄 합금 박판에 있어서 필수는 아니기 때문에, 그 함유량의 하한값은 0％이다.　Fe 함유량은, 보다 바람직하게는 0.7％ 이상이다.　한편, Fe는 매우 응고 편석되기 쉬운 원소이기 때문에, Fe가 과잉으로 함유되면 국소적으로 Fe가 편석되고, Fe가 편석된 부분과 편석되어 있지 않은 부분에서 특성의 변동이 발생하는 경우가 있다.　또한, Fe가 티탄 합금 박판에 과잉으로 함유되면 피로 강도가 저하되는 경우가 있다.　따라서, Fe 함유량은, 2.3％ 이하인 것이 바람직하다.　Fe 함유량은, 보다 바람직하게는 2.1％ 이하, 더욱 바람직하게는 2.0％ 이하이다.　또한, Fe는, V 또는 Si 등의 β상 안정화 원소와 비교하여 저렴하다.
본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판에 함유될 수 있는 Fe는, V로 대체되어도 된다.　V는, 전체율 고용형의 β상 안정화 원소이며, 고용 강화능을 갖는 원소이다.　상술한 Fe와 동등한 고용 강화능을 얻기 위해서는, V 함유량은, 2.5％ 이상인 것이 바람직하다.　V 함유량은, 보다 바람직하게는 3.0％ 이상이다.　V는, 티탄 합금 박판에 있어서 필수는 아니기 때문에, 그 함유량의 하한값은 0％이다.　Fe를 V로 대체하면 비용이 높아지지만, V는 Fe에 비하여 편석되기 어렵기 때문에, 편석에 의한 특성의 변동이 억제된다.　그 결과, 티탄 합금 박판의 판 길이 방향 및 판 폭 방향에 있어서 안정된 특성을 얻기 쉬워진다.　V의 편석에 의한 특성의 변동을 억제하기 위해서는, V 함유량은, 4.5％ 이하인 것이 바람직하다.　또한, 상기한 바와 같이 V는 Fe와 비교하여 편석되기 어렵기 때문에, 대형 잉곳 제조 시의 경우에는 V가 티탄 소재에 함유되는 것이 바람직하다.
Si는 β상 안정화 원소이지만, α상 중에도 고용되어 높은 고용 강화능을 나타낸다.　상기한 바와 같이 Fe는, 티탄 합금 박판에 2.3％ 초과 함유되면 편석되는 경우가 있으므로, 필요에 따라 Si를 함유시켜 티탄 합금 박판을 고강도화해도 된다.　또한, Si는, 하기의 O와 반대의 편석 경향이 있고, 또한 O 정도로는 응고 편석되기 어렵기 때문에, 적정량의 Si 및 O를 티탄 합금 박판에 함유시킴으로써, 높은 피로 강도와 인장 강도를 양립시키는 것을 기대할 수 있다.　한편, Si 함유량이 많으면 실리사이드라고 칭하는 Si의 금속간 화합물이 형성되어, 티탄 합금 박판의 피로 강도가 저하되는 경우가 있다.　Si 함유량이 0.60％ 이하이면, 조대한 실리사이드의 생성이 억제되어, 피로 강도의 저하가 억제된다.　따라서, Si 함유량은, 0.60％ 이하인 것이 바람직하다.　Si 함유량은, 바람직하게는 0.50％ 이하, 보다 바람직하게는 0.40％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.30％ 이하이다.　Si는, 티탄 합금판에 있어서 필수는 아니기 때문에, 그 함유량의 하한값은 0％이지만, Si 함유량은, 예를 들어 0.10％ 이상이어도 되고, 0.15％ 이상이어도 된다.
Ni는, Fe 또는 V와 마찬가지로, 인장 강도 및 가공성을 향상시키는 원소이다.　그러나, Ni 함유량이 0.15％ 이상이면, 평형상인 금속간 화합물 Ti2Ni가 생성되어, 티탄 합금 박판의 피로 강도 및 실온 연성이 열화되는 경우가 있다.　따라서, Ni 함유량은, 0.15％ 미만인 것이 바람직하다.　Ni 함유량은, 보다 바람직하게는 0.14％ 이하, 0.11％ 이하이다.　Ni는, 티탄 합금판에 있어서 필수는 아니기 때문에, 그 함유량의 하한값은 0％이지만, Ni 함유량은, 예를 들어 0.01％ 이상이어도 된다.
Cr은, Fe 또는 V와 마찬가지로, 인장 강도 및 가공성을 향상시키는 원소이다.　그러나, Cr 함유량이 0.25％ 이상이면, 평형상인 금속간 화합물 TiCr2가 생성되어, 티탄 합금 박판의 피로 강도 및 실온 연성이 열화되는 경우가 있다.　따라서, Cr 함유량은, 0.25％ 미만인 것이 바람직하다.　Cr 함유량은, 보다 바람직하게는 0.24％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.21％ 이하이다.　Cr은, 티탄 합금 박판에 있어서 필수는 아니기 때문에, 그 함유량의 하한값은 0％이지만, Cr 함유량은, 예를 들어 0.01％ 이상이어도 된다.
Mn은, Fe 또는 V와 마찬가지로, 인장 강도 및 가공성을 향상시키는 원소이다.　그러나, Mn 함유량이 0.25％ 이상이면, 평형상인 금속간 화합물 TiMn이 생성되어, 티탄 합금 박판의 피로 강도 및 실온 연성이 열화되는 경우가 있다.　따라서, Mn 함유량은, 0.25％ 미만인 것이 바람직하다.　Mn 함유량은, 보다 바람직하게는 0.24％ 이하, 더욱 바람직하게는, 0.20％ 이하이다.　Mn은, 티탄 합금 박판에 있어서 필수는 아니기 때문에, 그 함유량의 하한값은 0％이지만, Mn 함유량은, 예를 들어 0.01％ 이상이어도 된다.
상술한 화학 성분의 효과를 고려하면, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판은, 임의 원소로서, Fe: 0.5 내지 2.3％ 또는 V: 2.5 내지 4.5％ 중 어느 것을 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 화학 성분의 효과를 고려하면, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판이, Fe: 0.5 내지 2.3％ 또는 V: 2.5 내지 4.5％ 중 어느 것을 함유하는 경우에는, Fe 또는 V의 일부 대신에, Ni: 0.15％ 미만, Cr: 0.25％ 미만, 및 Mn: 0.25％ 미만으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판이 Fe를 함유하는 경우에 있어서, Ni: 0.15％ 미만, Cr: 0.25％ 미만, 및 Mn: 0.25％ 미만으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유할 때, Fe, Ni, Cr, 및 Mn의 총량은, 0.5％ 이상, 2.3％ 이하인 것이 바람직하다.　Fe, Ni, Cr, 및 Mn의 총량이 0.5％ 이상이면, 높은 인장 강도가 얻어짐과 함께, 실온에서 가공성이 좋은 β상이 유지되어 티탄 합금 박판의 가공성이 향상된다.　또한, Fe, Ni, Cr, 및 Mn의 총량이 2.3％ 이하이면, 이들 원소의 편석이 억제되어, 티탄 합금 박판에 있어서의 특성의 변동을 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판이 V를 함유하는 경우에 있어서, Ni: 0.15％ 미만, Cr: 0.25％ 미만, 및 Mn: 0.25％ 미만으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유할 때, V, Ni, Cr, 및 Mn의 총량은, 2.5％ 이상, 4.5％ 이하인 것이 바람직하다.　V, Ni, Cr, 및 Mn의 총량이 2.5％ 이상이면, 높은 인장 강도가 얻어짐과 함께, 실온에서 가공성이 좋은 β상이 유지되어 티탄 합금 박판의 가공성이 향상된다.　또한, V, Ni, Cr, 및 Mn의 총량이 4.5％ 이하이면, 이들 원소의 편석이 억제되어, 티탄 합금 박판에 있어서의 특성의 변동을 억제하는 것이 가능하게 된다.
본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판은, C: 0.080％ 미만, N: 0.050％ 이하, 및 O: 0.40％ 이하로 제한되는 것이 바람직하다.　이하에, 각 원소의 함유량에 대하여 설명한다.　또한, C, N 및 O는, 티탄 합금 박판에 있어서 필수는 아니기 때문에, 그 함유량의 하한값은 0％이다.
C는, 티탄 합금 박판에 다량으로 함유되면, 티탄 합금 박판의 연성 또는 가공성을 저하시키는 경우가 있다.　따라서, C 함유량은, 바람직하게는 0.080％ 미만이다.　또한, C는, 불가피하게 혼입되는 것이며, 실질적인 함유량은, 통상 0.0001％ 이상이다.
N은, C와 마찬가지로, 티탄 합금 박판에 다량으로 함유되면, 티탄 합금 박판의 연성 또는 가공성을 저하시키는 경우가 있다.　또한, N은 침입형 원소이며 α상에 침입하여 티탄재를 고용 강화하지만, 다량으로 함유되면 냉연성이 저하되는 경우가 있다.　따라서, N 함유량은, 바람직하게는 0.050％ 이하이다.　또한, N은, 불가피하게 혼입되는 것이며, 실질적인 함유량은, 통상 0.0001％ 이상이다.
O는, C와 마찬가지로, 티탄 합금 박판에 다량으로 함유되면, 티탄 합금 박판의 연성 또는 가공성을 저하시키는 경우가 있다.　또한, O는, N과 마찬가지로, 침입형 원소이며 α상에 침입하여 티탄재를 고용 강화하지만, 다량으로 함유되면 냉연성이 저하되는 경우가 있다.　따라서, O 함유량은, 바람직하게는 0.40％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.35％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.30％ 이하이다.　또한, O는, 불가피하게 혼입되는 것이며, 실질적인 함유량은, 통상 0.0001％ 이상이다.
본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판은, O, N, Fe, 및 V로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 경우, 질량％에 의한, O의 함유량을 [O], N의 함유량을 [N], Fe의 함유량을 [Fe], V의 함유량을 [V]로 했을 때, 하기 식 (1)로 나타내어지는 Q값이 0.340 이하인 것이 바람직하다.　Q값의 하한값은 특별히 제한되지 않지만, O 및 N이 불가피하게 혼입되는 것이기 때문에, Q값은, 실질, 0 초과이다.
Q=[O]+(2.77×[N])+(0.1×[Fe])+(0.025×[V]) … 식 (1)
Q값은, 티탄재의 냉연성을 어림하는 지표이다.　Q값이 0.340 초과이면 냉연성이 현저하게 저하되는 경우가 있다.　O 및 N은, 상기한 바와 같이, 다량으로 함유되면 냉연성이 저하된다.　특히, Al을 4.0질량％ 초과 함유하는 계에서는, O가 Al과 규칙화되어 금속간 화합물을 형성하여 냉연성이 저하되는 경우가 있다.　Fe 및 V는, β상 안정화 원소이며, 기본적으로 냉연성을 높이는 효과를 갖지만, 과잉으로 함유되면, α상 및 β상의 강도가 높아져, 연성을 손상시키기 때문에, 냉연성을 저하시키는 경우가 있다.　[N], [Fe] 및 [V]의 계수는, 냉연성 저하에 대한 영향도를 고려하여 결정된다.
본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 화학 조성의 잔부는, Ti 및 불순물이어도 된다.　불순물이란, 예시하면, 정련 공정 등에서 혼입되는 H, Cl, Na, Mg, Ca, B 및 스크랩 등으로 혼입되는 Zr, Sn, Mo, Nb, Ta이다.　불순물은, 총량으로 0.5％ 이하이면 문제없는 레벨이다.　또한, H 함유량은, 150ppm 이하이다.　B는, 주괴 내에서 조대한 석출물이 될 우려가 있다.　그 때문에, 불순물로서 함유되는 경우에도, B 함유량은 최대한 억제하는 것이 바람직하다.　본 실시 형태의 티탄 합금판에서는, B 함유량을 0.01％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판이 Fe를 0.5 내지 2.3％ 함유하는 경우, 티탄 합금 박판에 함유되는 V는 불순물로 간주되는 양만큼 함유되는 경우가 있고, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판이 V를 2.5 내지 4.5％ 함유하는 경우, 티탄 합금 박판에 함유되는 Fe는 불순물로 간주되는 양만큼 함유되는 경우가 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판은, 판 폭 방향의 높은 강도 및 높은 영률이 얻어지면, Ti로 대체하여 각종 원소를 함유해도 상관없는 것은 말할 것도 없다.　불순물로서 예시한 원소에 대해서도, 마찬가지로, 티탄 합금 박판이 높은 강도를 갖고, 또한 우수한 가공성을 갖고 있으면, 불순물로 간주되는 양 이상의 양을 함유해도 된다.
여기까지 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판은, 상기의 화학 성분을 가질 수 있다.　보다 구체적으로는, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 화학 조성은, 예를 들어 Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI, Ti-5Al-1Fe여도 된다.
(1.2. 금속 조직)
다음으로, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 금속 조직에 대하여 설명한다.
[집합 조직]
먼저, 티탄 합금 박판의 집합 조직의 결정 방위에 대하여 설명한다.　티탄 합금은, β역 또는 β상 비율이 높은 α+β 고온역의 온도에서, 일방향으로 고속으로 열간 압연을 행하면, β상으로부터 α상으로의 상변태 시에, 베어리언트 선택칙에 의해 판 폭 방향으로 hcp의 c축이 배향된 집합 조직(T-texture)을 형성한다. T-texture는, 압연 변형을 받은 미재결정의 β상이 α상으로 변태할 때 형성되는 집합 조직이다.　T-texture는, 판 폭 방향의 강도와 영률을 향상시킨다.　α상의 결정 방위를 Bunge의 표기 방법에 의한 오일러각 g={φ1, Φ, φ2}로 나타낸 경우에, 결정 방위 분포 함수 f(g)에 의해 나타내어지는 최대 집적 방위가 φ1: 0 내지 30°, Φ: 60 내지 90°, φ2: 0 내지 60°의 범위에 있고, 상기 최대 집적 방위의 집적도가 10.0 이상이면, T-texture가 발달된 조직이다.　본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판은, T-texture가 발달된 조직이며, 미재결정 조직을 많이 포함하고 있다.
여기서, 도 1을 참조하여, Bunge의 표기 방법에 의한 오일러각 g={φ1, Φ, φ2}를 설명한다.　도 1은 Bunge의 표기 방법에 의한 오일러각에 의한 티탄 합금 박판의 α상 결정립의 결정 방위를 설명하기 위한 설명도이다.　시료 좌표계로서, 서로 직교하는 관계에 있는, RD(압연 방향), TD(판 폭 방향) 및 ND(압연면의 법선 방향)의 3개의 좌표축이 나타내어져 있다.　또한, 결정 좌표계로서, 서로 직교하는 관계에 있는 X축, Y축 및 Z축의 3개의 좌표축이 나타내어져 있다.　그리고, 각 좌표계의 원점이 일치하도록 각각의 좌표축이 배치되어 있고, hcp를 나타내는 육각 기둥이 티탄의 α상인 hcp의 (0001)면의 중심이 원점과 일치하도록 나타내어져 있다.　도 1에서는, X축은 α상의 [10-10] 방향과 일치하고, Y축은 [-12-10] 방향과 일치하고, Z축은 [0001] 방향(C축 방향)과 일치한다.
Bunge의 표기 방법에서는, 시료 좌표계의 RD, TD, ND와 결정 좌표계의 X축, Y축, Z축이 각각 일치한 상태를 먼저 생각한다.　거기에서, 결정 좌표계를 Z축 주위로 각도 φ1만큼 회전시켜, φ1 회전 후의 X축(도 1의 상태) 주위로 각도 Φ만큼 회전시킨다.　마지막으로 Φ 회전의 후의 Z축 주위로 각도 φ2만큼 회전시킨다.　이들 φ1, Φ, φ2의 3개의 각도에 의해, 결정 또는 결정 좌표계는, 시료 좌표계에 대하여 특정의 기울어진 상태가 표현된다.　즉, φ1, Φ, φ2의 3개의 각도를 사용하여, 결정 방위는 일의적으로 정해진다.　이들 3개의 각도 φ1, Φ, φ2를, Bunge의 표기 방법에 의한 오일러각이라고 한다.　이 Bunge의 표기 방법에 의한 오일러각에 의해, 티탄 합금 박판의 α상 결정립의 결정 방위(C축 방향 등)를 규정한다.
도 1에서는, φ1은, 시료 좌표계의 RD-TD 평면(압연 평면)과 결정 좌표계의 [10-10]-[-12-10] 평면의 교선과, 시료 좌표계의 RD(압연 방향)가 이루는 각도이다.　Φ는, 시료 좌표계의 ND(압연면의 법선 방향)와, 결정 좌표계의 [0001]　방향((0001)면의 법선 방향)이 이루는 각도이다.　φ2는, 시료 좌표계의 RD-TD 평면(압연면)과 결정 좌표계의 [10-10]-[-12-10] 평면의 교선과, 결정 좌표계의 [10-10] 방향이 이루는 각도이다.
최대 집적 방위 및 최대 집적도는, 이하와 같이 하여 구할 수 있다.　티탄 합금 박판을 폭 방향(TD) 중앙 위치에서, 판 폭 방향에 수직인 단면(L 단면)을 화학 연마하여 후방 산란 전자선 회절(EBSD)법을 사용하여 결정 방위 해석을 행한다. 티탄 합금 박판의 표면 하부 및 판 두께 중앙부 각각에 대하여, (전체 판 두께)×200㎛의 영역을 스텝 1㎛로 5시야 정도 측정한다.　그 데이터에 대하여, TSL 솔루션즈제의 OIM Analysis TM 소프트웨어(Ver. 8.1.0)를 사용하여 결정 방위 분포 함수 f(g)(ODF; Oriantation Disutribution Function)를 산출한다.　결정 방위 분포 함수 f(g)는 EBSD법의 구면 조화 함수법을 사용한 Texture 해석에 있어서, 전개 지수를 16으로 하고, 가우스 반값폭을 5°로 하여 산출한다.　그때, 압연 변형의 대칭성을 고려하여, 판 두께 방향, 압연 방향, 판 폭 방향 각각에 대하여 선 대칭이 되도록, 계산을 행한다.　ODF는, 측정된 결정 방위가 φ1-Φ-φ2의 3차원 공간(오일러 공간)에 플롯된 삼차원 분포를 분포 함수로 나타낸 것이다.　도 2는 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 전자선 후방 산란 회절법에 의해 구해진 결정 방위 분포 함수 f(g)의 일례이다.　도 2에서는, 오일러 공간을 이차원으로 표시하기 위해, 오일러 공간을 각도 φ2 방향으로 5도마다 수평으로 슬라이스하여, 얻어진 단면이 배열되어 있다.　이 ODF에 의해, 최대 집적 방위 및 최대 집적도를 산출할 수 있다.　또한, 도 2에서는, φ1=0°, Φ=90°, φ2=30°(점 A)에 있어서, 최대 집적 방위가 확인되며, 최대 집적도는, 36.3이다.　또한, 상기에서는, 폭 방향 중앙 위치에서의 L 단면을 기초로 최대 집적 방위 및 최대 집적도를 구하고 있지만, 티탄 합금 박판의 집합 조직은 폭 방향으로 균일하므로, 임의의 판 폭 위치에 있어서의 L 단면을 기초로 최대 집적 방위 및 최대 집적도를 구해도 된다.
[전위 밀도]
금속 재료는, 일반적으로, 전위를 도입함으로써 경화하는 가공 경화가 발생한다.　티탄 합금 박판에 있어서도, 전위 밀도가 높을수록 강도는 높아진다.　본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판은, T-texture가 발달된 조직이기 때문에, 미재결정 조직을 많이 포함한다.　미재결정 조직은, 다량의 전위가 도입되어 있는 조직이다.　이 전위 밀도를 어림하는 방법으로서, X선 회절법(XRD; X-Ray Diffraction)에 의해 얻어지는 회절 피크의 반값폭으로부터 전위 밀도를 어림하는 방법이 있다. 회절 피크의 반값폭이 클수록 전위 밀도는 높다.　충분한 가공 경화를 얻기 위해서는, CuKα를 선원으로 하는 X선 회절에 의해 검출되는 2θ=53.3±1°의 위치에 나타나는 (102)면의 회절 피크 반값폭이 0.20° 이상인 것이 바람직하다.　한편, 전위 밀도가 너무 높으면, 강도가 너무 높아지고, 절결 감수성이 높아져, 판 파단이 발생할 가능성이 있다.　그 때문에, (102)면의 회절 피크 반값폭이 1.00° 이하인 것이 바람직하고, 0.80° 이하인 것이 보다 바람직하다.
전위 밀도는 이하의 방법으로 산출한다.　티탄 합금 박판의 표면을 에머리지를 사용하여 습식 연마한 후, 당해 표면을 콜로이달 실리카를 사용하여 경면 연마하여 경면으로 한다.　경면으로 한 티탄 합금 박판의 표면에 대하여 XRD 측정을 실시한다.　XRD 측정은 CuKα를 선원으로 하여, 2θ가 50.0°로부터 55.0°까지의 범위를 측정 피치 0.01°, 측정 속도 2°/분으로 실시한다.　반값폭은 Rigaku제 Smartlab에 의해 측정된 X선 회절 데이터를 사용하여, Rigaku제 통합 분말 X선 해석 소프트웨어 PDXL에 의해 산출한다.
[밴드 조직]
본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판은, 애스펙트비가 3.0 초과이며 판 길이 방향으로 신장된 밴드 조직을 갖고, 당해 밴드 조직의 면적률이 70％ 이상인 것이 바람직하다.　여기서 말하는 밴드 조직이란, 예를 들어 도 3의 밴드 조직의 광학 현미경 사진에 나타내는 바와 같은, 길이 방향으로 신장된 조직이다.　구체적으로는, 결정립의 장축/단축으로 표현되는 애스펙트비가 3.0 초과인 결정립을 말한다. 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판은, 도 4의 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 광학 현미경 사진에 나타내는 바와 같이, 판 길이 방향으로 신장된 밴드 조직을 갖는다.　티탄 합금은, α+β역이나 β역의 온도에서 열간 압연을 행하면, 판 길이 방향으로 신장된 밴드 조직이 형성된다.　밴드 조직은, 판 두께 방향에 대하여 수직인 결정립계를 많이 갖고 있다.　밴드 조직의 면적률이 70％ 이상이면, 판 표면에서 발생한 균열의 판 두께 방향으로의 진전을 느리게 할 수 있다.　밴드 조직의 면적률은, 보다 바람직하게는 75％ 이상, 더욱 바람직하게는 80％ 이상이다. 또한, 모든 결정립이 밴드 조직이어도 되고, 상한은 100.0％이다.
애스펙트비 및 밴드 조직의 면적률은, 이하와 같이 하여 산출할 수 있다. 티탄 합금 박판을 폭 방향(TD) 중앙 위치에서, 판 폭 방향에 대하여 수직으로 절단한 단면(L 단면)을 화학 연마하고, 그 단면의 임의의 5개소의 시야에서, (전체 판 두께)×200㎛의 영역을, 스텝 1㎛로 측정하고, EBSD법에 의한 결정 방위 해석을 행한다.　이 EBSD의 결정 방위 해석 결과로부터, 결정립 각각에 대하여 애스펙트비를 산출한다.　그 후, 애스펙트비가 3.0 초과인 결정립의 면적률을 산출한다.　또한, 상기에서는, 폭 방향 중앙 위치에서의 L 단면을 기초로 애스펙트비 및 밴드 조직의 면적률을 산출하고 있지만, 밴드 조직은 폭 방향으로 균일하게 분포하므로, 임의의 판 폭 위치에 있어서의 L 단면을 기초로 애스펙트비 및 밴드 조직의 면적률을 산출해도 된다.
(1.3. 판 폭 방향의 0.2％ 내력)
본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 실온에서의 판 폭 방향의 0.2％ 내력은, 800MPa 이상이다.　항공기 분야 등에서는, 범용의 α+β형 티탄 합금인 Ti-6Al-4V의 실온에서의 인장 강도에 가까운 인장 강도가 요구되는 경우가 많다.　티탄 합금 박판의 실온에서의 판 폭 방향의 0.2％ 내력이 800MPa 이상이면, 높은 강도가 요구되는 용도로 사용하는 것이 가능하다.　실온에서의 판 폭 방향의 0.2％ 내력은, 바람직하게는 850MPa 이상이다.　한편, 강도가 너무 높으면, 냉간 압연 전의 열연판의 강도도 높기 때문에, 열연판을 냉간 압연하기 어려워져, 복수 패스의 냉간 압연을 요하여 비용 증가가 되는 경우가 있다.　또한, 강도가 너무 높으면, 절결 감수성이 높아져, 판 파단이 발생할 가능성이 있다.　따라서, 실온에서의 판 폭 방향의 0.2％ 내력은, 1300MPa 이하인 것이 바람직하다.　실온에서의 판 폭 방향의 0.2％ 내력은, 보다 바람직하게는 1250MPa 이하이다.　0.2％ 내력은, JIS Z2241:2011에 준거한 방법으로 측정할 수 있다.　구체적으로는, 인장 방향이, 티탄 합금 박판의 판 폭 방향이 되도록 JIS Z 2241:2011에 규정되는 13B호 인장 시험편(평행부의 폭 12.5mm, 표점 간 거리 50mm)을 제작하고, 변형 속도 0.5％/min으로 인장 시험을 행함으로써 측정할 수 있다
(1.4. 판 폭 방향의 영률)
본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 판 폭 방향의 영률은, 125GPa 이상이다.　영률이 125GPa 이상이면, 높은 합성이 요구되는 항공기 분야나 자동차용 부품, 민생품 등의 용도로 사용하는 것이 가능하게 된다.　특히, 판 폭 방향의 영률이 125GPa 이상이면, 종래보다 3 내지 4％ 정도 경량화할 수 있다는 이점이 있다. 영률이 너무 높은 것으로 문제는 없지만, 티탄에서는 현실적으로는 150GPa 정도가 상한이다.　판 폭 방향의 영률은, 이하의 방법으로 측정할 수 있다.　즉, 인장 방향이, 티탄 합금 박판의 판 폭 방향이 되도록 JIS Z 2241:2011에 규정되는 13B호 인장 시험편(평행부의 폭 12.5mm, 표점 간 거리 50mm)을 제작하고, 변형 게이지를 붙여서 변형 속도 10.0％/min으로, 100MPa로부터 0.2％ 내력의 절반까지의 응력 범위에서 부하-제하를 5회 반복하여, 그 기울기를 구하고, 최댓값과 최솟값을 제외한 3회의 평균값을 영률로 한다.
(1.5. 비커스 경도 HV)
본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 비커스 경도 HV는, 330 이상이다. 비커스 경도 HV는, JIS Z 2244:2009에 준거하여, 압연판에 있어서의 판 폭 방향(TD) 중앙 위치에서, 판 폭 방향에 대하여 수직인 단면(TD(Transverse direction)면)을 경면 연마하고, 당해 단면에 대하여, 하중 500g, 부하 시간 15초로 하여, 7개소 측정하고, 최댓값과 최솟값을 제외한 5점의 평균값을 비커스 경도 HV로 한다.　본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 비커스 경도 HV는, 340 이상이어도 되고, 350 이상이어도 된다.　또한, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 비커스 경도 HV는, 430 이하여도 되고, 420 이하여도 된다.　또한, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 비커스 경도 HV330 이상은, JIS Z2241:2011에 준거한 방법으로 측정한 인장 강도 1GPa 이상에 상당한다.　또한, 상기에서는, 길이 방향 중앙 위치에서의 TD면을 비커스 경도 HV의 측정면으로 하고 있지만, 티탄 합금 박판의 비커스 경도 HV의 길이 방향에서의 변동은 작으므로, 임의의 길이 방향 위치에 있어서의 TD면을 비커스 경도 HV의 측정면으로 해도 된다.
(1.6. 평균 판 두께)
본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 평균 판 두께는, 2.5mm 이하이다.　통상의 열간 압연을 행하는 경우, 판 두께가 얇아지면 온도가 급격하게 저하됨으로써 변형 저항이 증대한다.　이에 의해, 고강도재를 열간 압연하는 경우, 압연기의 허용 하중을 초과하는 경우가 있고, 평균 판 두께를 2.5mm 이하로 하는 것이 어렵다.　한편, 상세는 후술하지만, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판은, 냉간 압연 공정을 포함하는 방법으로 제조되기 때문에, 평균 판 두께를 2.5mm 이하로 하는 것이 가능하다.　또한, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 평균 판 두께의 하한에는 특별히 제한은 없지만, 상기의 강도를 갖는 티탄 합금에서는, 현실적으로는 평균 판 두께는 0.1mm 이상인 경우가 많다.　그 때문에, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 평균 판 두께는, 0.1mm 이상인 것이 바람직하다.　본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 평균 판 두께는, 보다 바람직하게는 0.3mm 이상이다.
여기서, 도 5를 참조하여, 평균 판 두께의 측정 방법을 설명한다.　도 5는 평균 판 두께의 측정 방법을 설명하기 위한 모식도이다.　판 폭 방향(TD) 중앙 위치 및 판 폭 방향의 양단으로부터 각각 판 폭의 1/4의 거리의 위치에 대하여, 각 위치의 판 두께를 X선, 마이크로미터 또는 버니어 캘리퍼스를 사용하여, 길이 방향으로 1m 이상의 간격을 두고 5개소 이상 측정하고, 측정한 판 두께의 평균값을 평균 판 두께로 한다.
(1.7. 판 두께 치수 정밀도)
본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 판 두께 치수 정밀도는, 평균 판 두께에 대하여 5.0％ 이하인 것이 바람직하다.　팩 압연에서는, 복수 적층되고, 강재로 둘러싸인 티탄재를 열간 압연하여, 티탄 합금 박판을 제조하지만, 온도 분포에 의해 복수 적층된 티탄재의 변형 저항이 크게 변화하기 때문에, 균일한 판 두께의 박판을 제조하는 것이 어렵다.　그러나, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판은, 후술하는 바와 같이 냉간 압연을 거쳐 제조되기 때문에, 판 두께 치수 정밀도가 우수한 티탄 합금 박판이 된다.　본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 치수 정밀도는, 보다 바람직하게는 평균 판 두께에 대하여 4.0％ 이하이고, 한층 더 바람직하게는, 2.0％ 이하이다.
판 두께 치수 정밀도는, 이하의 방법으로 측정한다.　폭 방향(TD) 중앙 위치 및 폭 방향의 양단으로부터 각각 판 폭의 1/4의 거리의 위치에 대하여, 각 위치의 판 두께를 X선, 마이크로미터 또는 버니어 캘리퍼스를 사용하여, 길이 방향으로 1m 이상의 간격을 두고 5개소 이상 측정한다.　실제로 측정된 판 두께 d와, 상기의 평균 판 두께 dave를 사용하여, 하기 식 (101)에 의해 산출된 a'의 최댓값을 판 두께 치수 정밀도 a로 한다.
a'=(d-dave)/dave×100 … 식 (101)
이상, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판을 설명하였다.　이상 설명한 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판은, 어떠한 방법에 의해 제조되어도 되지만, 예를 들어 이하에 설명하는 티탄 합금 박판의 제조 방법에 의해 제조할 수도 있다.
<2. 티탄 합금 박판의 제조 방법>
본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 제조 방법은, 티탄 합금 박판의 소재(티탄 소재)가 되는 티탄 합금 슬래브를 제조하는 슬래브 제조 공정과, 티탄 합금 슬래브를 가열하는 가열 공정과, 가열 공정 후의 티탄 합금 슬래브를 열간 압연하는 열간 압연 공정과, 열간 압연 공정 후의 티탄 소재를 냉간 압연하는 냉간 압연 공정과, 필요에 따라, 냉간 압연 공정 후의 티탄 소재를 조질 압연 또는 인장 교정하는 조질 압연·인장 교정 공정을 포함한다.　이하, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 제조 방법의 각 공정에 대하여 설명한다.
(2.1. 슬래브 제조 공정)
슬래브 제조 공정에서는, 티탄 합금 슬래브를 제조한다.　소재로서는, 상술한 화학 조성을 갖고, 공지된 방법에 의해 제조된 소재를 사용할 수 있다.　티탄 합금 슬래브의 제조 방법은, 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 이하의 수순으로 제조할 수 있다.　예를 들어, 스폰지 티탄으로부터 진공 아크 용해법이나 전자 빔 용해법 또는 플라스마 용해법 등의 하스 용해법 등의 각종 용해법에 의해 잉곳을 제작한다.　다음으로, 얻어진 잉곳을 α상 고온역이나 α+β 2상역, β상 단상역의 온도에서 열간 단조함으로써, 티탄 합금 슬래브를 얻을 수 있다.　또한, 티탄 합금 슬래브에는, 필요에 따라 세정 처리, 절삭 등의 전처리가 실시되어 있어도 된다. 또한, 하스 용해법으로 열연 가능한 직사각형으로 한 경우에는, 열간 단조 등을 행하지 않고 열간 압연에 제공해도 된다.　제조된 티탄 합금 슬래브는, Al을 4.0％ 초과, 6.6％ 이하, Fe: 0％ 이상, 2.3％ 이하, V: 0％ 이상, 4.5％ 이하, Si: 0％ 이상, 0.60％ 이하, Ni: 0％ 이상, 0.15％ 미만, Cr: 0％ 이상, 0.25％ 미만, Mn: 0％ 이상, 0.25％ 미만, C: 0％ 이상, 0.080％ 미만, N: 0％ 이상, 0.050％ 이하, 및 O: 0％ 이상, 0.40％ 미만을 함유한다.
(2.2. 가열 공정)
본 공정에서는, 티탄 합금 슬래브를 β 변태점 Tβ℃ 이상 (Tβ+150℃) 이하의 온도로 가열한다.　가열 온도가 Tβ℃ 미만인 경우, α상의 비율이 높은 상태에서 티탄 합금 슬래브가 압하되게 되고, β상의 비율이 높은 상태에서의 압하가 불충분해진다.　그 때문에, T-texture가 충분히 발달되지 않는다.　또한, 가열 온도가 (Tβ+150℃)를 초과하면, 압연 중에 β상이 재결정될 가능성이 매우 높아진다. 이 경우, β상으로부터 α상으로의 상변태 시에 베어리언트 선택이 발생하지 않기 때문에, T-texture는 발달되기 어렵다.　나아가, 티탄 합금 슬래브 표면의 산화가 심해져, 열간 압연 후에 열연판 표면에 긁힘이나 흠집을 발생시키기 쉬워진다.　여기서 말하는 티탄 합금 슬래브의 온도는, 표면 온도이며, 방사 온도계로 측정한다. 방사 온도계의 방사율에는, 가열로에서 나온 직후의 슬래브에 대하여 접촉식의 열전대를 사용하여 측정한 온도와 일치하도록 교정한 값을 사용한다.
또한, 본 명세서에 있어서, β 변태점 Tβ는, 티탄 합금을 β상 단상역으로부터 냉각했을 때 α상이 생성되기 시작하는 경계 온도를 의미한다.　Tβ는, 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, 티탄 합금의 상태도를 취득하여, Tβ를 산출할 수 있다.
(2.3. 열간 압연 공정)
티탄 합금은, 통상 β역 또는 β상 비율이 높은 α+β역의 고온측의 온도에서 일방향의 고속 열연을 행하면, β상으로부터 α상으로의 변태 시에, T-texture를 형성한다.　β역 단상 혹은 β상 분율이 높은 온도역, 예를 들어 (Tβ-50)℃ 이상에서 열간 압연을 개시함으로써, 충분히 T-texture를 발달시킬 수 있다.　티탄 합금 슬래브의 조성에 따라 β 변태점은 다르지만, 예를 들어 950℃ 이상의 온도로 열간 압연을 개시한다.　또한, T-texture를 발달시키기 위해서는, β상 비율이 높은 온도역에서 높은 압하율로 압연을 행하여, β상의 집합 조직을 발달시키고, 또한 β상의 재결정을 억제하는 것도 중요하다.　T-texture를 형성하고, 발달시키기 위해, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 제조 방법에 있어서는, 티탄 합금 슬래브를 일방향으로 열간 압연하는 열간 압연 공정을 갖고, 당해 열간 압연 공정에 있어서의 티탄 합금 슬래브의 압하율이 80％ 이상이고, 마무리 온도가 (Tβ-250)℃ 이상 (Tβ-50)℃ 이하이다.　이에 의해, 슬래브가 열간 압연되어 얻어진 티탄 합금 열연판에 T-texture가 형성된다.　T-texture는, 냉간 압연성이 우수하고 또한 판 폭 방향의 고강도화나 고영률화에 유효하다.
마무리 온도가 (Tβ-250)℃ 미만인 경우, α상의 비율이 높은 상태에서 티탄 합금 슬래브가 압하되게 되고, β상의 비율이 높은 상태에서의 압하가 불충분해진다.　그 때문에, T-texture가 충분히 발달되지 않는다.　또한, 마무리 온도가 (Tβ-250)℃ 미만이면, 급격하게 열간 변형 저항이 높아져, 열간 가공성이 저하되므로, 모서리 균열 등이 발생하기 쉬워져, 수율 저하가 저하된다.
마무리 온도가 (Tβ-50)℃를 초과하면, 열간 압연 중에 β상이 재결정될 가능성이 매우 높아진다.　이 경우, β상으로부터 α상으로의 상변태 시에 베어리언트 선택이 발생하지 않기 때문에, T-texture는 발달되기 어렵다.
압하율이 80.0％ 미만이면, 도입되는 가공 변형이 충분하지 않고, 변형이 판 두께 전체에 걸쳐서 균일하게 도입되지 않아, T-texture가 충분히 발달되지 않는 경우가 있다.
티탄 합금 열연판의 집합 조직을 강한 T-texture로 하고, 높은 이방성을 확보하기 위해서는, 티탄 합금 슬래브를 상기 가열 온도로 가열하여 30분 이상 유지하는 것이 바람직하다.　티탄 합금 슬래브가 상기 가열 온도에서 30분 이상 유지됨으로써, 티탄 합금 슬래브의 결정상이 β 단상이 되어, T-texture가 한층 더 형성, 발달되기 쉬워진다.
또한, 가열 온도 및 마무리 온도는, 티탄 합금 슬래브의 표면 온도이며, 공지된 방법으로 측정할 수 있다.　가열 온도 및 마무리 온도는, 예를 들어 방사 온도계를 사용하여 측정할 수 있다.
열간 압연 공정에서는, 공지된 연속 열간 압연 설비를 사용하여 티탄 합금 슬래브를 연속적으로 열간 압연할 수 있다.　연속 열간 압연 설비를 사용하는 경우, 티탄 합금 슬래브는, 열간 압연된 후에 권취기로 권취되어, 티탄 합금 열연 코일이 된다.
상기의 열간 압연 공정을 거쳐 얻어진 티탄 합금 열연판은, 필요에 따라, 공지된 방법에 의한 어닐링, 산세나 절삭에 의한 산화물 스케일 등의 제거, 또는 세정 처리 등이 실시되어도 된다.
(2.4. 냉간 압연 공정)
본 공정에서는, 열간 압연 공정 후의 티탄 소재를 길이 방향으로 1회 이상의 냉간 압연 패스를 실시한다.　냉간 압연 공정에 있어서의 냉간 압연 패스 1회당 압연율이 40％ 이하이다.　냉간 압연 패스 1회당 압연율이 40％ 이하이면, 그 후의 중간 어닐링이나 최종 어닐링에서 재결정이 발생하기 어려워, T-texture를 유지할 수 있다.
또한, 여기서 말하는 냉간 압연 패스란, 연속적으로 실시되는 냉간 압연을 말한다.　냉간 압연 패스는, 구체적으로는, 열간 압연 공정 후로부터 티탄 소재가 최종 제품 두께가 될 때까지, 또는 열간 압연 공정 후에 후술하는 조질 압연 공정을 실시하는 경우에는, 열간 압연 공정 후로부터 조질 압연 공정 전까지의 냉간 압연을 말한다.　단, 냉간 압연 공정에 있어서 중간 어닐링 처리를 실시하는 경우에는, 열간 압연 공정 후 중간 어닐링 처리까지의 냉간 압연, 중간 어닐링 처리로부터 티탄 소재가 최종 제품 두께가 될 때까지 또는 조질 압연 공정 전까지의 냉간 압연을 각각 냉간 압연 패스라고 한다.　또한, 중간 어닐링 처리를 복수회 실시하는 경우에는, 앞의 중간 어닐링 처리로부터 뒤의 중간 어닐링 처리까지의 냉간 압연도 냉간 압연 패스라고 한다.
냉간 압연 패스의 실시 온도는, 예를 들어 500℃ 이하여도 되고, 400℃ 이하여도 된다.　냉간 압연 패스의 실시 온도의 하한은 특별히 제한되지 않고, 냉간 압연 패스의 실시 온도는, 예를 들어 실온 이상으로 할 수 있다.　여기서의 실온은 0℃ 이상을 의도한다.
냉간 압연 공정에서는, 최후의 냉간 압연 패스 후의 티탄 소재에 최종 어닐링 처리를 실시해도 된다.　최종 어닐링 처리는, 적절히 실시되면 되고, 필수적인 처리가 아니다.　중간 어닐링 처리 및 최종 어닐링 처리의 처리 조건은, 어닐링 온도가 500℃ 이상 750℃ 이하이고, 또한 어닐링 온도 T(℃)와, 어닐링 온도에 있어서의 유지 시간 t(초)가 하기 식 (102)를 만족시킨다.
또한, 하기 식 (102)의 (T+273.15)×(Log10(t)+20)은 라슨 미러 파라미터이다.
18000≤(T+273.15)×(Log10(t)+20)<22000 ... (102) 식
상기의 조건에서 중간 어닐링 처리 또는 최종 어닐링 처리를 실시함으로써, 재결정이 억제되어 T-texture가 유지된다.　어닐링 온도가 500℃ 미만 또는 상기 (102) 식을 만족시키지 않는 어닐링 온도 혹은 유지 시간인 경우, 금속 조직의 회복이 불충분해져, 냉간 압연 시의 내부 균열 또는 모서리 균열의 원인이 되고, 또한 누적에서의 변형 축적이 많아져서 재결정되어 버리는 경우가 있다.　한편, 어닐링 온도가 750℃ 초과이면, 재결정이 일어나, T-texture가 상실된다.　중간 어닐링 공정 및 최종 어닐링 공정에 있어서, 어닐링 온도가 500℃ 이상 750℃ 이하이고, 또한 어닐링 온도 T(℃)와, 어닐링 온도에 있어서의 유지 시간 t(초)가 하기 식 (102)를 만족하도록 어닐링 온도 T와 어닐링 시간 t를 결정함으로써, T-texture가 유지되며, 또한 냉간 압연 시의 내부 균열이나 모서리 균열이 억제된다.
(2.5. 조질 압연·인장 교정 공정)
상기 냉간 압연 공정을 거쳐 티탄 합금 박판이 제조되지만, 냉간 압연 공정 후의 티탄 합금 박판은, 필요에 따라, 기계적 특성을 조정하기 위한 조질 압연 또는 형상을 교정하기 위한 인장 교정이 실시되는 것이 바람직하다.　조질 압연에 있어서의 압하율은 10％ 이하가 바람직하고, 인장 교정에 있어서의 티탄 합금 냉연판의 신장률은 5％ 이하인 것이 바람직하다.　또한, 조질 압연 및 인장 교정은, 필요가 없는 경우에는 실시하지 않아도 된다.　이상, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 제조 방법에 대하여 설명하였다.
본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 제조 방법에 의하면, 상기의 열간 압연 공정에 의해 T-texture가 생성, 발달되고, 상기의 냉간 압연 공정에 의해 T-texture가 유지된 상태의 티탄 합금 박판이 얻어진다.　구체적으로는, α상의 결정 방위를 Bunge의 표기 방법에 의한 오일러각 g={φ1, Φ, φ2}로 나타낸 경우에, 결정 방위 분포 함수 f(g)에 의해 나타내어지는 최대 집적 방위가 φ1: 0 내지 30°, Φ: 60 내지 90°, φ2: 0 내지 60°의 범위에 있고, 상기 최대 집적 방위의 집적도가 10.0 이상인 티탄 합금 박판이 얻어진다.　이 티탄 합금 박판은, 질량％로, Al: 4.0％ 초과, 6.6％ 이하, Fe: 0％ 이상, 2.3％ 이하, V: 0％ 이상, 4.5％ 이하, Si: 0％ 이상, 0.60％ 이하, Ni: 0％ 이상, 0.15％ 미만, Cr: 0％ 이상, 0.25％ 미만, Mn: 0％ 이상, 0.25％ 미만, C: 0％ 이상, 0.080％ 미만, N: 0％ 이상, 0.050％ 이하, 및 O: 0％ 이상, 0.40％ 이하를 함유한다.　이 티탄 합금 박판은, 25℃에 있어서의 판 폭 방향의 0.2％ 내력이 800MPa 이상이고, 판 폭 방향의 영률이 125GPa 이상이다.
또한, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 제조 방법에 의하면, 판 두께 치수 정밀도를 평균 판 두께에 대하여 5.0％ 이하로 하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시 형태에 관한 티탄 합금 박판의 제조 방법에 의하면, 일방향의 압연이기 때문에, 코일 제조도 가능하고, 높은 생산성으로 티탄 합금 박판을 제조하는 것이 가능하다.
실시예
이하에, 실시예를 예시하면서, 본 개시의 실시 형태에 대하여, 구체적으로 설명한다.　또한, 이하에 나타내는 실시예는, 본 개시의 어디까지나 일례이며, 본 개시가, 하기의 예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
1. 티탄 합금 박판의 제조
먼저, 진공 아크 용해(VAR: Vacuum Arc Remelting)로 표 1에 나타내는 티탄 합금 박판의 소재가 되는 티탄 합금 잉곳을 제조한 후, 분괴 압연 또는 단조에 의해 두께 150mm×폭 800mm×길이 5000mm의 슬래브를 제조하였다.　또한, 표 1에 기재된 원소 이외는, Ti 및 불순물이다.　또한, 표 1 중의 「Q」는, 하기 식 (1)에 의해 산출한 값이다.
Q=[O]+(2.77×[N])+(0.1×[Fe])+(0.025×[V]) … 식 (1)
또한, 식 중, [O]는 질량％에 의한 O 함유량, [N]은 질량％에 의한 N 함유량, [Fe]는 질량％에 의한 Fe 함유량 및 [V]는 질량％에 의한 V 함유량이다.
슬래브의 화학 성분에 대하여, Al, Fe, Si, Ni, Cr, Mn, V를 ICP 발광 분광 분석에 의해 측정하였다.　O 및 N에 대해서는, 산소·질소 동시 분석 장치를 사용하여, 불활성 가스 용융, 열전도도·적외선 흡수법에 의해 측정하였다.　C에 대해서는, 탄소 황 동시 분석 장치를 사용하여, 적외선 흡수법에 의해 측정하였다.　제조된 각각의 열연판 화학 성분은, 표 1에 나타낸 티탄 합금 슬래브의 화학 성분과 동등한 것이었다.　또한, 표 1에 나타낸 티탄 소재 A 내지 P에 대하여, Thermo-Calc Sotware AB사의 통합형 열역학 계산 시스템인 Thermo-Calc 및 소정의 데이터베이스(TI3)를 사용하여 CALPHAD법에 의해, 티탄 합금의 상태도를 취득하여, β 변태점 Tβ를 산출하였다.
[표 1]
Figure pct00001
다음으로, 그 후, 이들 슬래브에 대하여 표 2-1 및 표 2-3에 나타내는 조건에서 열간 압연을 행하고, 열연판 어닐링, 쇼트 블라스트 및 산세를 실시하여 두께 4mm의 열연판으로 하였다.　열간 압연은, 가열 온도로부터 약 50℃ 내려간 곳으로부터 개시하였다.　계속해서, 얻어진 열연판에 대하여 표 2-2 및 표 2-4에 나타내는 조건에서 냉간 압연을 행하였다.　또한, 표 2-1 및 표 2-3 중, 「Tβ」는, β 변태점이며, 「라슨 미러 파라미터」는, (T+273.15)×(Log10(t)+20)의 값이다.
[표 2-1]
Figure pct00002
[표 2-2]
Figure pct00003
[표 2-3]
Figure pct00004
[표 2-4]
Figure pct00005
2. 평가
각 발명예 및 비교예에 관한 티탄 합금 박판에 대하여, 이하의 항목의 평가를 행하였다.
2.1. 집합 조직
각 발명예 및 비교예에 관한 티탄판의 집적도가 최대가 되는 방위 및 최대 집적도는, 이하와 같이 하여 측정, 산출하였다.　티탄 합금 박판의 폭 방향(TD) 중앙 위치에서, 판 폭 방향에 수직인 단면을 화학 연마하고, EBSD를 사용하여 결정 방위 해석을 행하였다.　(전체 판 두께)×200㎛의 영역을, 스텝 1㎛로 5시야 정도 측정하였다.　그 데이터에 대하여, TSL 솔루션즈제의 OIM AnalysisTM 소프트웨어(Ver. 8.1.0)를 사용하여 ODF를 산출하고, 이 ODF로부터, 집적도의 피크 위치 및 최대 집적도를 산출하였다.　ODF는, EBSD법의 구면 조화 함수법을 사용한 Texture 해석에 있어서, 전개 지수를 16으로 하고, 가우스 반값폭을 5°로 하여 산출하였다.　그때, 압연 변형의 대칭성을 고려하여, 판 두께 방향, 압연 방향, 판 폭 방향 각각에 대하여 선 대칭이 되도록, 계산을 행하였다.
2.2. 전위 밀도
전위 밀도와 XRD에 의해 검출되는 회절 피크의 반값폭은 상관이 있기 때문에, 본 실시예에서는, CuKα를 선원으로 하는 XRD에 의해 검출되는 2θ=53.3±1°의 위치에 나타나는 (102)면의 회절 피크 반값폭을 산출하였다.　구체적으로는, 티탄 합금 박판의 표면을 에머리지를 사용하여 습식 연마한 후, 당해 표면을 콜로이달 실리카를 사용하여 경면 연마하여 경면으로 한다.　경면으로 한 티탄 합금 박판의 표면에 대하여 XRD 측정을 실시한다.　XRD 측정은 CuKα를 선원으로 하여, 2θ가 50.0°로부터 55.0°까지의 범위를 측정 피치 0.01°, 측정 속도 2°/분으로 실시하였다.　반값폭은 Rigaku제 Smartlab에 의해 측정된 X선 회절 데이터를 사용하여, Rigaku제 통합 분말 X선 해석 소프트웨어 PDXL에 의해 산출하였다.　반값폭이 0.20° 이상이면, 충분한 가공 경화가 얻어지는 정도의 전위 밀도이다.
2.3. 밴드 조직 면적률
각 시료를 판 폭 중앙의 위치에서 판 폭 방향에 대하여 수직으로 절단한 단면을 화학 연마하고, 그 단면의 (전체 판 두께)×200㎛의 영역을, 스텝 1㎛로 5시야 정도를 대상으로, EBSD법에 의한 결정 방위 해석을 행하고, 결정립 각각에 대하여 애스펙트비를 산출하고, 애스펙트비가 3.0 초과인 결정립의 면적률을 산출하였다.
2.4. 0.2％ 내력 σT
각 발명예, 참고예 및 비교예에 관한 티탄 합금 박판에 25℃에 있어서의 판 폭 방향의 0.2％ 내력 σT에 대해서는, JIS Z 2241:2011에 준거하여 측정하였다. 구체적으로는, 인장 방향이, 티탄 합금 박판의 판 폭 방향이 되도록 JIS Z 2241:2011에 규정되는 13B호 인장 시험편(평행부의 폭 12.5mm, 표점 간 거리 50mm)을 제작하고, 변형 속도 0.5％/min으로 인장 시험을 행하여 측정하였다.
2.5. 판 폭 방향의 영률 E
각 발명예, 참고예 및 비교예에 관한 티탄 합금 박판의 판 폭 방향의 영률 E를 이하의 방법으로 측정하였다.　즉, 인장 방향이, 티탄 합금 박판의 판 폭 방향이 되도록 JIS Z 2241:2011에 규정되는 13B호 인장 시험편(평행부의 폭 12.5mm, 표점 간 거리 50mm)을 제작하고, 변형 게이지를 붙여서 변형 속도 10.0％/min으로, 100MPa로부터 0.2％ 내력의 절반까지의 응력 범위에서 부하-제하를 5회 반복하여, 그 기울기를 구하고, 그때, 최댓값과 최솟값을 제외한 3회의 평균값을 영률로 하였다.
2.6. 비커스 경도 HV
비커스 경도 HV는, JIS Z 2244:2009에 준거하여, 길이 방향(RD) 중앙 위치에서, 압연면에 있어서의 판 폭 방향을 따라 수직인 단면(TD(Transverse direction)면)을 경면 연마하고, 당해 단면에 대하여, 하중 500g, 부하 시간 15초로 하여, 7개소 측정하고, 최댓값과 최솟값을 제외한 5점의 평균값을 비커스 경도 HV로 하였다.
2.7. 평균 판 두께 dave
각 발명예, 참고예 및 비교예에 관한 티탄 합금 박판의 평균 판 두께를 이하의 방법으로 측정하였다.　제조된 각 티탄 합금 박판의 판 폭 방향 중앙 위치 및 판 폭 방향의 양단으로부터 각각 판 폭의 1/4의 거리의 위치에 대하여, 각 위치의 판 두께를 X선 또는 버니어 캘리퍼스를 사용하여, 길이 방향으로 1m 이상의 간격을 두고 5개소 이상 측정하고, 측정한 판 두께의 평균값을 평균 판 두께로 하였다.
2.8. 판 두께 치수 정밀도 a
각 발명예, 참고예 및 비교예에 관한 티탄 합금 박판의 판 두께 치수 정밀도는, 상기의 방법으로 실제로 측정된 판 두께 d와, 상기의 평균 판 두께 dave를 사용하여, 하기 식 (101)에 의해 산출된 a'의 최댓값을 치수 정밀도 a로 하였다.
a'=(d-dave)/dave×100 … 식 (101)
2.9. 냉간 압연성
각 발명예, 참고예 및 비교예에 관한 티탄 합금 박판의 냉간 압연성을 이하의 방법으로 평가하였다.　즉, 냉간 압연 후의 모서리 균열의 최댓값으로 평가하였다.　그리고, 냉간 압연 후의 모서리 균열의 최댓값이 1mm 이하인 경우, 냉연성은 극히 양호 「A」로 하고, 냉간 압연 후의 모서리 균열의 최댓값 1mm 초과 2mm 이하인 경우, 냉연성은 양호 「B」로 하고, 냉간 압연 후의 모서리 균열의 최댓값이 2mm 초과인 경우, 냉연성은 불량 「C」로 하였다.
3. 결과
상기의 평가 결과를 표 3-1 및 표 3-2에 나타낸다.　또한, 표 3 중의 「φ1」, 「Φ」 및 「φ2」는, Bunge의 표기 방법에 기초한 각도이다.
[표 3-1]
Figure pct00006
[표 3-2]
Figure pct00007
발명예 1 내지 49 중 어느 것에 대해서도, 최대 집적 방위가 φ1: 0 내지 30°, Φ: 60 내지 90°, φ2: 0 내지 60°의 범위에 있고, 최대 집적도가 10.0 이상이었다.　또한, 발명예 1 내지 26, 28 내지 35, 37 내지 49에 대해서는, 반값폭은 0.20° 이상이고, 밴드 조직의 면적률은, 70％ 이상이었다.　또한, 발명예 1 내지 49 중 어느 것에 대해서도, 25℃에 있어서의 판 폭 방향의 0.2％ 내력 σT가 800MPa 이상이고, 판 폭 방향의 영률이 125GPa 이상이었다.　최종 평균 판 두께 dave는, 1.2 내지 1.9mm이고, 치수 정밀도 a는 5.0％ 이하였다.　비교예 10은, Al 함유량이 적기 때문에, 0.2％ 내력이 692MPa로 작고, 판 폭 방향의 영률이 122GPa로 작았다.　비교예 11은, Al 함유량이 많아, 열연 후, 냉연 시에 표면 균열 및 심한 모서리 균열이 발생하였다.　비교예 12는, 열연의 후반에서 온도가 크게 저하되어, 열연판이 균열되었기 때문에, 2.5mm 두께의 판을 제조할 수 없었다.
발명예 1 내지 6, 9 내지 20, 25 내지 49는, Q값이 0.340 이하이고, 이들 예는, Q값이 0.340 초과인 발명예 7, 8, 21 내지 24와 비교하여, 양호한 냉연성을 나타내었다.
한편, 비교예 1 내지 10은, 본 개시에 관한 티탄 합금 박판의 제조 방법의 제조 조건에서 벗어나, 최대 집적 방위 또는 상기 최대 집적 방위의 집적도가 본원 규정을 만족시키지 않고, 판 폭 방향의 영률 E가 125GPa 미만이었다.
이상, 본 개시의 바람직한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 개시는 이러한 예에 한정되지 않는다.　본 개시가 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자라면, 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하며, 이들에 대해서도, 당연히 본 개시의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.

Claims (9)

  1. 질량％로,
    Al: 4.0％ 초과, 6.6％ 이하,
    Fe: 0％ 이상, 2.3％ 이하,
    V: 0％ 이상, 4.5％ 이하,
    Si: 0％ 이상, 0.60％ 이하,
    Ni: 0％ 이상, 0.15％ 미만,
    Cr: 0％ 이상, 0.25％ 미만,
    Mn: 0％ 이상, 0.25％ 미만,
    C: 0％ 이상, 0.080％ 미만,
    N: 0％ 이상, 0.050％ 이하, 및
    O: 0％ 이상, 0.40％ 이하
    를 함유하고, 잔부가 Ti 및 불순물로 이루어지고,
    α상의 결정 방위를 Bunge의 표기 방법에 의한 오일러각 g={φ1, Φ, φ2}로 나타낸 경우에, 후방 산란 전자선 회절법의 구면 조화 함수법을 사용한 Texture 해석에 있어서, 전개 지수를 16으로 하고, 가우스 반값폭을 5°로 하여 산출되는 결정 방위 분포 함수 f(g)로 나타내어지는 최대 집적 방위가 φ1: 0 내지 30°, Φ: 60 내지 90°, φ2: 0 내지 60°의 범위에 있고, 상기 최대 집적 방위의 집적도가 10.0 이상이고,
    25℃에 있어서의 판 폭 방향의 0.2％ 내력이 800MPa 이상이고,
    판 폭 방향의 영률이 125GPa 이상이고,
    평균 판 두께가 2.5mm 이하인,
    티탄 합금 박판.
  2. 제1항에 있어서,
    질량％로,
    Fe: 0.5％ 이상, 2.3％ 이하 또는 V: 2.5％ 이상, 4.5％ 이하를 함유하는, 티탄 합금 박판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 Fe 또는 상기 V의 일부 대신에, 질량％로,
    Ni: 0.15％ 미만,
    Cr: 0.25％ 미만, 및
    Mn: 0.25％ 미만으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는, 티탄 합금 박판.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 Ti의 일부 대신에, O, N, Fe, 및 V로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 경우, 질량％에 의한, O의 함유량을 [O], N의 함유량을 [N], Fe의 함유량을 [Fe], V의 함유량을 [V]로 했을 때, 하기 식 (1)로 나타내어지는 Q가 0.340 이하인, 티탄 합금 박판.
    Q=[O]+(2.77×[N])+(0.1×[Fe])+(0.025×[V]) … 식 (1)
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    CuKα를 선원으로 하는 X선 회절법에 의해 검출되는 2θ=53.3±1°에 있어서의 회절 피크의 반값폭이 0.20° 이상인, 티탄 합금 박판.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    애스펙트비가 3.0 초과이며 판 길이 방향으로 신장된 밴드 조직을 갖고,
    상기 밴드 조직의 면적률이 70％ 이상인, 티탄 합금 박판.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    판 두께의 치수 정밀도가 상기 평균 판 두께에 대하여 5.0％ 이하인, 티탄 합금 박판.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 티탄 합금 박판의 제조 방법이며, 질량％로, Al: 4.0％ 초과, 6.6％ 이하, Fe: 0％ 이상, 2.3％ 이하, V: 0％ 이상, 4.5％ 이하, Si: 0％ 이상, 0.60％ 이하, Ni: 0％ 이상, 0.15％ 미만, Cr: 0％ 이상, 0.25％ 미만, Mn: 0％ 이상, 0.25％ 미만, C: 0％ 이상, 0.08％ 미만, N: 0％ 이상, 0.05％ 이하, 및 O: 0％ 이상, 0.40％ 이하를 함유하고, 잔부가 Ti 및 불순물로 이루어지는 티탄 소재를 가열하는 가열 공정과,
    상기 가열 공정 후의 상기 티탄 소재를 일방향으로 열간 압연하는 열간 압연 공정과,
    상기 열간 압연 공정 후의 상기 티탄 소재에 대하여 당해 티탄 소재의 길이 방향으로 1회 이상의 냉간 압연 패스를 행하는 냉간 압연 공정을 갖고,
    상기 가열 공정에 있어서의 상기 티탄 소재의 가열 온도는, β 변태점을 Tβ(℃)로 했을 때, Tβ℃ 이상 (Tβ+150)℃ 이하이고,
    상기 열간 압연 공정에 있어서의 압하율은, 80.0％ 이상이고,
    상기 열간 압연 공정에 있어서의 마무리 온도는, (Tβ-250)℃ 이상 (Tβ-50)℃ 이하이고,
    상기 냉간 압연 공정은,
    냉간 압연 패스 1회당 압연율이 40％ 이하이고, 복수의 상기 냉간 압연 패스를 행하는 경우에는 중간 어닐링 처리를 포함하고,
    상기 중간 어닐링 처리의 어닐링 조건은,
    어닐링 온도가 500℃ 이상 750℃ 이하이고, 또한
    상기 어닐링 온도 T(℃)와, 상기 어닐링 온도에 있어서의 유지 시간 t(초)가 하기 식 (2)를 만족시키는, 티탄 합금 박판의 제조 방법.
    18000≤(T+273.15)×(Log10(t)+20)<22000 … 식 (2)
  9. 제8항에 있어서,
    최후의 상기 냉간 압연 패스 후에, 어닐링 온도가 500℃ 이상 750℃ 이하이고, 또한 상기 식 (2)를 만족시키는 최종 어닐링을 실시하는, 티탄 합금 박판의 제조 방법.
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