TWI589703B - Titanium composite material and hot processing titanium material - Google Patents

Description

鈦複合材以及熱間加工用鈦材

本發明有關一種鈦複合材以及熱間加工用鈦材。

鈦材於耐蝕性、耐氧化性、耐疲勞性、耐氫脆性、中子遮斷性等之特性方面堪稱良好。此等特性可藉由於鈦中添加各種合金元素而達成。

工業用純鈦係以hcp(六方最密堆積)結構之α相為主體，若於α相多量吸收氫，則會形成氫化物而脆化，此已為人所知。因此根據使用環境，會有吸收氫而脆化破斷之事故發生的情形。「鈦之加工技術」(非專利文獻1)中，曾報告使用非氧化性之酸的設備、或是尿素-氨環境、氫氣環境下之因氫吸收所造成的事故。為此，耐氫脆性優異之鈦合金材乃被提案。

日本特開2013-163840號公報(專利文獻1)中，曾揭示一種含50體積%以上之β相、且含500~6000ppm氫之破斷伸長量大的鈦合金，其中示有即使多量含有氫也不會脆化的例子。

[先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2013-163840號公報

[非專利文獻]

[非專利文獻1]鈦之加工技術，(社)日本鈦協會編，日刊工業新聞社1992年11月發行，p. 214~230

作為對於氫所導致之脆化的對策，一般係對製品於加工後施以具有耐氫吸收性之表面處理，或是施以電氣防蝕。然而，不管是任一者，均會造成製品加工或施工之工數增加等等，無可避免成本會增高，無法以低成本提供耐氫脆性優異之鈦材。

又，如同專利文獻1所揭示之方法般，為了將素材整體之50體積%以上設為β相，必須多量含有高價之添加元素，因此成本上升。

本發明之目的在於藉由降低為了提升耐氫脆性而被添加之合金元素的含量(為了表現目標特性之特定的合金元素之使用量)，且抑制鈦材之製造成本，而價廉地獲得具備所期望之特性的鈦材。

本發明係為解決上述課題而開發完成，係以下述之鈦複合材以及熱間加工用鈦材為其要旨。

(1)一種鈦複合材，具備：第一表層部、內層部、及第二表層部；前述第一表層部及第二表層部含有鈦合金，前述內層部含有具有空隙之工業用純鈦，前述第一表層部及前述第二表層部之至少一方的化學組成符合下述(i)式：8.0<Mo當量<20.0...(i)

式中，Mo當量=Mo含量(質量%)+V含量(質量%)/1.5+Nb含量(質量%)/3.6；前述第一表層部及前述第二表層部之前述至少一方的厚度於前述鈦複合材之總厚度中所占的比率為2~20%，前述空隙之於與板厚方向垂直的斷面中之體積率超過0%且為30%以下。

(2)如上述(1)之鈦複合材，其中前述化學組成以質量%計為：合計：15.0%以下之選自Cr、Zr、Al及Sn之一種以上、以及 其餘部分：Ti及雜質。

(3)如上述(1)或(2)之鈦複合材，其中前述工業用純鈦之化學組成，以質量%計為：C：0.1%以下、H：0.015%以下、O：0.4%以下、N：0.07%以下、Fe：0.5%以下、以及其餘部分：Ti及雜質。

(4)一種熱間加工用鈦材，具備：框體、及填充於前述框體內之選自海綿鈦、海綿鈦壓縮塊體及工業用純鈦邊角料的一種以上；前述框體之一部分、且為熱間加工後構成表層之部分含有鈦合金，前述鈦合金之化學組成符合下述(i)式：8.0<Mo當量<20.0...(i)

式中，Mo當量=Mo含量(質量%)+V含量(質量%)/1.5+Nb含量(質量%)/3.6。

(5)如上述(4)之熱間加工用鈦材，其中前述化學組成以質量%計為： 合計：15.0%以下之選自Cr、Zr、Al及Sn之一種以上、以及其餘部分：Ti及雜質。

本發明相關之鈦複合材，其表層部含有鈦合金，其內層部含有工業用純鈦，因此與整體為相同鈦合金所構成之鈦材比較，具有同等之耐氫脆性，然而能夠價廉地製造。

1‧‧‧鈦複合材

2‧‧‧第一表層部

3‧‧‧第二表層部

4‧‧‧內層部

5‧‧‧熱間加工用鈦材

6‧‧‧框體

7‧‧‧鈦塊

第1圖為表示本發明相關之鈦複合材的構成之一例的說明圖。

第2圖為表示本發明相關之鈦複合材的熱間加工用素材即鈦材之構造的說明圖。

本發明人等，為了解決上述課題再三研究，藉由僅將最終製品之鈦板的表層合金化，而減少表現目標特性之特定之合金元素的使用量，且為了抑制鈦材之製造成本，而展開銳意研討之結果，終而發現一種在含有鈦合金材之框體中，將較廉價之海綿鈦等之材料於減壓下事先填充暨封入，並將該鈦材予以熱間加工而形成為鈦複合材 之方法。

本發明係基於上述知識及見解而完成者。以下，茲將本發明相關之鈦複合材以及其熱間加工用之鈦材，一面參照圖面一面說明。又，以下之說明中，有關各元素之含量的「%」，如未特別異議，均是指「質量%」。

1.鈦複合材 1-1.整體構成

如第1圖所示，本發明相關之鈦複合材1具備：第一表層部2、內層部4、及第二表層部3，第一表層部2及第二表層部3含有鈦合金，內層部4含有存在有空隙之工業用純鈦。如是，此一鈦複合材之耐氫脆性，係由與外部環境相接之表層部(第一表層部2、第二表層部3)所保證。而且，第一表層部2及第二表層部3含有與工業用純鈦相較各種性能為優異之鈦合金。

此一鈦複合材1整體，與由含有相同之鈦合金所形成的鈦材比較雖具有同等之特性，但可價廉地製造。

1-2.第一表層部及第二表層部 (厚度)

第一表層部2及第二表層部3之中，與外部環境相接之表層部的厚度若是過薄，則無法充分獲得耐氫吸收性。 另一方面，若是第一表層部2及第二表層部3厚的情形下，耐氫吸收性雖無問題，然素材整體中第一表層部2及第二表層部3之鈦合金所占的比率會增大，因此製造成本上升。因此，相對鈦複合材1之總厚度的第一表層部2及第二表層部3之至少一方(至少與外部環境相接之表層部)的厚度，設為2~20%。

鈦複合材1之第一表層部2及第二表層部3之厚度係依存於構成後述框體6之鈦合金材的厚度、或而後實施之加工率而變化，例如，將使用5mm厚之鈦材所構成的框體6的60mm厚之熱間加工用鈦材5予以熱間加工，而製造5mm厚之鈦複合材1的情形下，鈦複合材1中之第一表層部2及第二表層部3之鈦合金層的厚度，分別為約0.4mm，占鈦複合材1之總厚度的8%。

(化學成分)

本發明相關之鈦複合材1中，為了使第一表層部2及第二表層部3之至少一方(至少與外部環境相接之表層部)的耐氫吸收性提高，有必要含有以下所揭示之各種合金元素。

8.0<Mo當量<20.0

其中，Mo當量=Mo含量(質量%)+V含量(質量%)/1.5+Nb含量(質量%)/3.6。

獲得耐氫吸收性之層，為以一定範圍含有β安定化元 素之鈦合金層。規定形成β相的理由有以下特徵，亦即，鈦之α相即使是稍許數10ppm之氫濃度也會形成氫化物，相對於此，鈦合金之β相則可固溶約1000ppm以上之氫，因此不易產生起因於氫的脆化。

在含Fe、Cr等之共析型β安定化元素的情形下，鈦會與此等元素形成化合物，而有招致脆化之虞。然而，β安定化元素之中，若是Mo、V及Nb以符合「8.0<Mo當量<20.0」的範圍含有之情形下，即使Fe及Cr等同時存在，β相仍安定而不會形成化合物相，故而不會產生脆化。

此處，Mo當量之下限係為了獲得充分量之β相所必要之合金量。上限係基於合金添加量多的鈦合金價格高昂，由成本面考量不適使用而規定。又，作為框體6使用之鈦合金材，並無一定非得為完全β相，在β相中析出α相而將α相之周圍以β相覆蓋即可。

第一表層部2及第二表層部3之合金層的形成，可於下述之框體6中利用既存之β型鈦合金。例如其為Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn、Ti-8V-3Al-6Cr-4Mo-4Zr(Beta C)、Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn(Beta III)。於使用如此般之既存之β型鈦合金於框體6的情形下，上述元素以外之Cr、Sn、Al、Zr等添加元素的含有，只要是總量15.0%以下亦可容許。此等元素係於既存之β型鈦合金中為了調整熱處理性、強度及冷間加工性所含之元素，因本發明所定義之Mo當量無法降低而使用。又，可進而含有例如Si、Fe 等。

上述以外之其餘部分為雜質。作為雜質，可以不妨害目標特性之範圍含有，其他之雜質主要包括作為自邊角料混入之雜質元素的Ta、Si、Mn及Cu等，與一般之雜質元素即C、N、Fe、O及H合計，總量為5%以下可容許。

1-3.內層部 (化學成分)

鈦複合材1之內層部4的純鈦之成分，如後所述，係依存於製造時所使用之海綿鈦的成分。本發明相關之鈦複合材1，可使用JIS所規定之純鈦之中，JIS1種、JIS2種、JIS3種或JIS4種之工業用純鈦。具體言之，其為含有0.1%以下之C、0.015%以下之H、0.4%以下之O、0.07%以下之N、0.5%以下之Fe，且其餘部分為Ti之工業用純鈦。

若是使用此等JIS1~4種之工業用純鈦，將會具有充分之加工性，不會發生破裂等，且於熱間加工後可獲得與表面之鈦合金一體化的鈦材。惟因鈦係活性金屬，若為海綿鈦之平均粒徑0.1mm以下之微粉，則每單位質量之表面積將會增大，以致實際操作下O的纏集(濃化)不可避免，就此點有留意之必要。

鈦複合材之內層部的O含有率可因應所期望之機械特性調整，高強度為必要之情形下可含有最大達 0.4%。O含量若是超過0.4%，則會發生破裂等，而有在熱間加工後無法獲得與表面之鈦合金一體化的鈦材之顧慮。另一方面，較之強度更要求延性之情形下，宜使O含量更為降低，較佳的是0.1%以下，更好的是0.05%以下。

(空隙率)

本發明相關之鈦複合材1，係以後述之鈦材5為素材，利用熱間加工及冷間加工製造。此時，鈦材5中之純鈦部分中所形成的空隙，係伴隨著熱間加工及冷間加工而逐漸被壓著，但並未完全除去而以一部分殘留於內層部4中。此內層部4中之空隙若是過多，則作為塊狀金屬之機械特性(強度及延性)將會降低，因此空隙乃以愈少愈令人滿意。

惟為了將空隙完全地壓著必須有大的輾軋，以致製造之鈦複合材1的形狀(厚度)受到限制，再者，也會成為製造成本高昂的要因。另一方面，於為了維持作為鈦複合材1之構造而以具有充分之機械特性(強度及延性等)的程度含有空隙之情形下，內部鈦之密度將可變低，因此可期待製造之鈦複合材1的輕量化。

此時，內層部4中之空隙率若為30%以下，則可製造成內層部4與第一表層部2及第二表層部3一體化形態之鈦複合材1。為了有效率地製造鈦複合材1，較佳的是超過一定量地進行熱間及冷間加工，此時之空隙率成為10%以下。

如以上般，在作為塊狀金屬之機械特性重要的情形下降低空隙率、在素材之輕量化為優先的情形下提高空隙率等，可因應用途選擇空隙率。此時之內層部4中的空隙率宜為超過0%且30%以下，更好的是超過0%且10%以下。

(空隙率之算出方法)

鈦複合材1之內層部4中所殘留的空隙之比率(空隙率)，係以以下方式算出。為了能夠觀察鈦材之截面而埋入樹脂中之後，使用金剛鑽或氧化鋁懸浮液將觀察面拋光研磨而予鏡面化加工。使用此一經鏡面化加工之觀察用試料，以倍率500倍拍攝板厚中心部之光學顯微照片。測定拍攝之光學顯微鏡照片中所觀察到的空隙之面積比率，將20張之測定結果平均，而作為空隙率予以算出。觀察所用之顯微鏡，一般之光學顯微鏡雖無問題，但藉由使用可偏光觀察之微分干渉顯微鏡可作更明瞭之觀察，因此可令人滿意地使用。

2.鈦複合材之熱間加工用素材

第2圖為表示鈦複合材1的熱間加工用素材即熱間加工用鈦材5之構造的說明圖。第一表層部2及第二表層部3含有鈦合金，且內層部4含有純鈦之鈦複合材1，例如可藉由利用第2圖所示般之具有各種特性的鈦合金材密封全周而形成框體6，於框體6之內部填充鈦塊7，並將框 體6之內部減壓而形成鈦材5，將此鈦材5作為熱間加工用素材予以熱間加工而製成。以下，將素材之各部構成的細節說明之。

2-1.鈦塊 (化學成分)

本發明相關之熱間加工用鈦材5中所填充之鈦塊7，為先前之克羅爾法等之鍊製步驟所製造之一般性鈦塊，其成分可使用JIS1種、JIS2種、JIS3種或JIS4種相當之工業用純鈦。

(形狀)

鈦塊7含有選自海綿鈦、海綿鈦壓縮塊體及工業用純鈦邊角料之一種以上者。鈦塊7之大小，宜為平均粒徑30mm以下。平均粒徑若較30mm為大，則有搬送時不易處置，不易置入鈦材等處理時發生的問題，其結果為作業效率不佳。又，還有框體6中填充時之填充率降低之可能性，也會成為熱間加工所製造之鈦複合材1的密度變低而招致延性等之特性降低的要因。

另一方面，鈦塊7之大小若是過小，則於填充於框體6中時粉塵會成為問題不僅有為作業帶來妨礙之虞，而且還有每單位質量之表面積增大以致在處理中發生O濃化之顧慮。因此，鈦塊7之平均粒徑宜為0.1mm以上，更好的是1mm以上。

又，作為平均粒徑0.1mm以下之非常微細的粉末，可考慮的是使用經施以MM(Mechanical Milling，機械碾磨)處理之純鈦粉末。MM處理，係指將粉末及硬質磨球置入磨罐內密封，藉由將球磨機振動而將粉末微細化之處理。MM處理後之微粉末的表面係成為活性狀態，因此於自磨罐內回收純鈦粉末時，為了不致吸收大氣中之O及N，乃有利用惰性氣體化進行處理之必要。

又，若是將O及N之濃度低的純鈦作MM處理，則因高延性之故粉末彼此壓著，或是純鈦壓著於硬質磨球或磨罐表面。因此，會產生MM處理所得之純鈦粉末之產率不佳之問題。基於如此般之理由，利用MM處理之純鈦粉末的製作必須要有莫大的勞力與費用，不適於大量生產。

還有的是將鈦微粉末自海綿鈦利用氫化脫氫法製造之方法。然而，如此則每單位質量之表面積增加，因表面氧化之故O濃度易於上升，因此材質之控制困難。因此，以將海綿鈦原狀使用之本發明，在品質暨成本的層面較為優異。

又，將海綿鈦利用壓製成形而以塊體使用之情形下，可將海綿鈦之一部分或全部，以邊角料(純鈦邊角料)或鈦粉末代替。

2-2.框體 (化學成分)

為了形成最終製品即鈦複合材1之第一表層部2及第二表層部3的鈦合金，乃採用上述之合金成分的鈦合金。

(形狀)

作為框體6使用之鈦合金材的形狀，係依存於作為熱間加工用素材而使用之鈦材5的形狀，特別是可使用無固定形狀之板材或管材等。惟，經由熱間加工、冷間加工及退火等之製造步驟所製造之鈦複合材1，為使其具備表層之合金化所帶來的高機能化及優異之表面性狀，用於框體6之鈦合金材的厚度乃為重要。

在厚度薄至小於1mm之情形下，伴隨著塑性變形，於熱間加工之途中框體6將會破斷而真空破壞，而招致內部之鈦塊7的氧化。又，鈦材5之內部中填充的鈦塊7之起伏也會轉印至鈦材5之表面，而導致在熱間加工中於鈦材5之表面產生大的表面起伏。此等結果，將會對製造之鈦複合材1的表面性狀及延性等之機械特性，進而對耐氫脆性帶來不良影響。

又，即使是假設熱間加工及冷間加工中不發生表面缺陷之情形下，也仍會有製造之鈦複合材1之中，鈦合金部分之厚度局部地薄化以致無法發揮充分之耐氫脆性的可能性。又，框體6若是過度薄化，則無法支持內部填充之鈦塊7的重量，因此室溫或熱間下之保持中或加工中，鈦材5之剛性會不足而變形。

框體6中所使用之鈦合金材的厚度若是1mm 以上，則可在不發生此等問題下進行熱間加工，而製造具備優異之表面性狀與耐氫脆性之鈦複合材1。又，鈦合金材之厚度更好的是設為2mm以上。

另一方面，鈦合金材之厚度若是過厚，則於製造之熱間加工用鈦材5中所占之框體6的比率增大，相對的鈦材5中所占之鈦塊7的比率降低，導致產率降低成本增高。

2-3.熱間加工用鈦材

其次，對使用前述鈦塊7與框體6所製造之鈦材5進行說明。

(形狀)

鈦材5之形狀並未限定為特定之形狀，可依製造之鈦複合材1的形狀而決定。在以板材之製造為目的之情形下，可製造長方體形狀之鈦材5，在以圓棒、線材或擠壓材之製造為目的之情形下，可製造圓柱形或八角柱等多角柱形狀之鈦材5。鈦材5之大小，係依製品之大小(厚度、寬度、長度)及製造量(重量)而決定。

(內部)

以框體6密封全周所圍成之鈦材5的內部，填充有鈦塊7。鈦塊7為塊狀之粒，因此粒與粒之間具有空間(間隙)。為了提升鈦塊7之處理性及減少此等間隙，可預先 將鈦塊7壓縮成形後再置入鈦材5之中。鈦材5內之間隙內若是空氣殘留，則於熱間加工前之加熱時鈦塊7會氧化暨氮化，而導致製造之鈦複合材1的延性降低。因此，乃將鈦材5內減壓而設為高真空度。

(真空度)

為了防止熱間加工時之鈦塊7之氧化暨氮化，係將鈦材5之內部的真空度設為10Pa以下，較佳的是設為1Pa以下。鈦材5之內部壓力(絶對壓)若是大於10Pa，則因殘留之空氣之故鈦塊7會氧化或氮化。下限雖未特別規定，但為了使真空度極端地低，裝置之氣密性提升及真空排氣裝置之增強等與製造成本之上升又息息相關，因此並無必要設成小於1×10^-3Pa。

(熔接)

作為將框體6熔接之方法，可使用TIG熔接或MIG熔接等之電弧熔接、電子射束熔接或雷射熔接等，並無特別限定。惟，為了使鈦塊7及框體6之面不致氧化或氮化，熔接氛圍係設為真空氛圍或惰性氣體氛圍。將框體6之接縫最後熔接之情形下，係將鈦材5置入真空氛圍之容器(腔室)內進行熔接，鈦材5之內部宜保持真空。

3.鈦複合材之製造方法

其次，茲針對將上述本發明之鈦材5作為熱間加工用 素材進行熱間加工之鈦複合材1的製造方法進行說明。

鈦複合材(製品)1係將鈦材5作為熱間加工用素材實施熱間加工而形成。熱間加工之方法，可根據製品之形狀選擇。

在製造板材之情形下，係將長方體形狀(扁胚)之鈦材5加熱，進行熱軋而形成為鈦板。因應必要，與既知之步驟相同，可於熱軋後以酸洗等除去表面之氧化層後，進行冷軋，再予薄化加工。

在製造圓棒或線材之情形下，係將圓柱或多角形形狀(小胚)之鈦材5加熱，進行熱軋或熱間擠壓，而形成為鈦圓棒或線材。又，因應必要，與既知步驟相同，可於熱軋後以酸洗等除去表面之氧化層後，進行冷軋，再進一步予以細化加工。

再者，於製造擠壓型材之情形下，係將圓柱或多角形形狀(小胚)之鈦材5加熱，進行熱間擠壓，而形成為各種斷面形狀之鈦型材。

作為熱間加工前之加熱溫度，可設為與一般之鈦扁胚或小胚熱間加工之情形相同之加熱溫度。雖依鈦材5之大小或熱間加工之程度(加工率)而有所不同，但宜設為600℃以上且1200℃以下。加熱溫度若是過低，則鈦材5之高溫強度變得過高，因此會成為熱間加工中破裂之原因，而且鈦塊7與框體(鈦合金部)6之接合也會變得不充分。另一方面，加熱溫度若是過高，則所獲得之鈦複合材1的組織變粗，因此無法獲得充分之材料特性，而且氧 化也會造成表面之框體(鈦合金部)6減薄。加熱溫度若是設為600~1200℃，則可在如此般之問題不發生下進行熱間加工。

熱間加工時之加工的程度，具體而言加工率，可為了控制鈦複合材1之內部的空隙率而選擇。此處所稱之加工率，係將鈦材5之截面積與熱間加工後鈦複合材1之截面積的差，除以鈦材5之截面積所得之比率(百分率)。

加工率低的情形下，鈦材5之內部的鈦塊7間之間隙無法充分地壓著，因此於熱間加工後會以空隙而殘留。如此般之空隙多量含有的鈦複合材1，對應於其含有之空隙，將會變得輕量。惟內部存在之空隙若是多量，則機械特性將無法充分發揮。另一方面，加工率增大之同時，空隙率也會降低而機械特性提升。因此，在製造之鈦複合材1的機械特性被重視的情形下，加工率以高為宜。

具體而言，加工率若為90%以上，鈦材5之內部的鈦塊7之粒界的間隙將可充分壓著，可減少鈦複合材1之空隙。雖然加工率愈高，則愈可使鈦複合材1之空隙確實消滅而較佳，但必須將鈦材5之截面積增大，而且熱間加工變得必須重複多次。其結果為，產生必須長的製造時間等之問題，因此加工率宜設為99.9%以下。

以下，根據實施例將本發明更具體地說明，然本發明不受此等實施例之限定。

[實施例] (實施例1)

作為填充於框體之鈦塊，使用克羅爾法所製造之海綿鈦(JIS2種、粒度=0.25~19mm)。又，作為框體，乃使用β型鈦合金Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al板材(厚度1~15mm)，製作厚度45~80mm、寬度100mm、長度120mm之長方體。

於框體之製作時，首先，於將鈦板5片暫時組合而形成為箱形之後，於其中填充海綿鈦，並將暫時組合之箱形物的開口部以鈦板蓋合。而後，將暫時組合之鈦材置入真空腔室內，於減壓(真空)至成為特定之壓力後，將其接縫全周以電子射束熔接而密封。此時之腔室內之真空度係如表1所示為8.7×10^-3~2.2×10^-2Pa。

根據以上之步驟，形成由β型鈦合金密封全周之框體，框體之內部填充有海綿鈦，鈦材之內部係被減壓至特定之真空度。

將製作之框體於大氣氛圍下加熱至850℃後，如表1所示般以89~97%之加工率進行熱軋，形成厚度4.8~5.0mm之熱軋板。其次，於真空氛圍下，施以600~650℃、4~10小時之退火。而後進一步進行噴砂暨酸洗，而除去皮膜層。

為了能作斷面觀察，將製造之鈦複合材埋入樹脂，於研磨暨腐蝕後，以光學顯微鏡進行觀察，測定表 層部之厚度。將此一測定之表層部的厚度除以鈦複合材1之總厚度，算出表層部之比率。

以算出鈦複合材之純鈦部分中所殘留的空隙之比率(以下，稱為空隙率)為目的，為了使試料可斷面觀察而埋入樹脂中後，將其研磨及鏡面拋光，而後以倍率500倍拍攝光學顕微照片。自拍攝之光學顕微鏡照片算出空隙之面積比率，將5張之測定結果平均之，而作為空隙率予以算出。

為了與本發明相關之鈦複合材比較，使用市售之純鈦(JIS2種)之5mm板材。

將本發明之鈦複合材與比較例之各鈦板，於氫吸收環境即1體積%H₂+99體積%Ar氛圍下，作500℃、5小時之曝露。

曝露後，將4.8~5mm×10mm×55mm、2mmV凹口之衝擊試驗片，以試驗片長度方向為輥軋方向，凹口之方向成為板厚貫通方向之方式予以製作。其次，利用將夏比衝擊試驗之衝擊吸收能量除以試驗片截面積之值即衝擊值評估氫脆。此處，曝露於氫吸收環境前之純鈦2種材之衝擊值為2.5×10²J/cm²，因此若為自該值降低20%以上之小於2.0×10²J/cm²的情形下，判定為氫脆發生。

以上之結果彙總示於表1。

[表1]

試驗No.1係不使用框體下所製造之工業用純鈦2種材的例子。因曝露於氫環境之影響，衝擊值低至小於2.0×10²J/cm²。

試驗No.2係使用框體進行製造的例子，表層部之比率小於2%而較本發明之範圍為低，因此衝擊值低至小於2.0×10²J/cm²。

試驗No.6係表層部之比率為25%而較本發明之範圍為高的例子，衝擊值低至小於2.0×10²J/cm²。

試驗No.10係空隙率為35%而較本發明之範圍為高的例子，衝擊值低至小於2.0×10²J/cm²。

相對於此，符合本發明之規定的試驗No.3~5及7~9，則為衝擊值高至2.0×10²J/cm²以上的結果。

(實施例2)

相對實施例1，實施例2表示變更框體之合金種類的 例子。框體中所用之鈦板的板厚為3mm，鈦材之總厚度為60mm，熱軋後之板厚為4.8~5.0mm，其他之試料製作亦以與實施例1相同之方法進行。表2中示出其例。

試驗No.11~13，因符合本發明之規定，故為衝擊值高至2.0×10²J/cm²以上之結果。

試驗No.14，其表層部之組成以Mo當量計為6.7而脫出本發明之範圍，故衝擊值低至小於2.0×10²J/cm²。

(實施例3)

相對實施例1，實施例3表示將填充之海綿鈦之種類變更為JIS3種的例子。使用於框體之鈦板的板厚為3mm，鈦材之總厚度為60mm，熱軋後之板厚為4.8~5.0mm，其他之試料製作亦以與實施例1相同之方法進行。

此處使用之JIS3種之衝擊值為0.5×10²J/cm²，將自其降低20%以上之0.4×10²J/cm²以下判定為氫導致脆化。表3中示出其例。

[表3]

No.15係不使用框體下所製造之工業用純鈦3種材之例子。因曝露於氫環境之影響，衝擊值低至小於0.5×10²J/cm²。

No.16因符合本發明之規定，故成為衝擊值高至0.5×10²J/cm²之結果。

1‧‧‧鈦複合材

2‧‧‧第一表層部

3‧‧‧第二表層部

4‧‧‧內層部

Claims (5)

1. 一種鈦複合材，具備：第一表層部、內層部、及第二表層部；前述第一表層部及第二表層部含有鈦合金，前述內層部含有具有空隙之工業用純鈦，前述第一表層部及前述第二表層部之至少一方的化學組成符合下述(i)式：8.0<Mo當量<20.0...(i)式中，Mo當量=Mo含量(質量%)+V含量(質量%)/1.5+Nb含量(質量%)/3.6；前述第一表層部及前述第二表層部之前述至少一方的厚度於前述鈦複合材之總厚度中所占的比率為2~20%，前述空隙之於與板厚方向垂直的斷面中之體積率超過0%且為30%以下。
2. 如申請專利範圍第1項之鈦複合材，其中前述化學組成以質量%計為：合計：15.0%以下之選自Cr、Zr、Al及Sn之一種以上、以及其餘部分：Ti及雜質。
3. 如申請專利範圍第1或2項之鈦複合材，其中前述工業用純鈦之化學組成以質量%計為：C：0.1%以下、 H：0.015%以下、O：0.4%以下、N：0.07%以下、Fe：0.5%以下、以及其餘部分：Ti及雜質。
4. 一種熱間加工用鈦材，具備：框體、及填充於前述框體內之選自海綿鈦、海綿鈦壓縮塊體及工業用純鈦邊角料的一種以上；前述框體之一部分、且為熱間加工後構成表層之部分含有鈦合金，前述鈦合金之化學組成符合下述(i)式：8.0<Mo當量<20.0...(i)式中，Mo當量=Mo含量(質量%)+V含量(質量%)/1.5+Nb含量(質量%)/3.6。
5. 如申請專利範圍第4項之熱間加工用鈦材，其中前述化學組成以質量%計為：合計：15.0%以下之選自Cr、Zr、Al及Sn之一種以上、以及其餘部分：Ti及雜質。