專利名稱：鈦板和鈦板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鈦板和鈦板的制造方法，更加詳細(xì)而言，涉及成形性優(yōu)異的鈦板及其 制造方法。
背景技術(shù)：
以往，通常鈦合金、純鈦等鈦材料與鐵、鐵合金等鐵系金屬材料相比，分量輕且強(qiáng) 度高，所以廣泛地應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)-休閑器械、醫(yī)療器械、各種設(shè)備用構(gòu)件、宇航相關(guān)機(jī)器等。此外，因?yàn)槟臀g性等方面也優(yōu)異，所以也能夠應(yīng)用于例如板式熱交換器的板構(gòu)件、 自動(dòng)二輪車的消聲器的構(gòu)件等。在制造這樣的產(chǎn)品的情況下，例如，對由鈦材料形成的板(鈦板)實(shí)施彎曲加工、 拉深加工等這樣的伴隨有塑性變形的各種加工。因此，為了供給這樣的各種用途，要求拉深加工等成形加工的加工性優(yōu)異的鈦板。另外，所謂“工業(yè)用純鈦”公知有JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))第1種、JIS第2種、JIS第 3種、JIS第4種等，作為材料特性，第1種強(qiáng)度最低，并按照第2種、第3種(即種類號增 大)的順序強(qiáng)度增高。但是，另一方面，越是JIS第2種、JIS第3種(即種類號越大)成形性越低，例如， 難以用JIS第2種、JIS第3種的“工業(yè)用純鈦”實(shí)施拉深加工等。對此，在專利文獻(xiàn)1、2中記載有通過將“工業(yè)用純鈦”中的鈦以外的成分的含量控 制在規(guī)定的范圍內(nèi)來提高成形性的方法。但是，難以對這些專利文獻(xiàn)中記載的鈦材料要求足夠的強(qiáng)度。此外，在專利文獻(xiàn)3中記載有使用了含有規(guī)定量Fe的鈦合金的構(gòu)件研磨性優(yōu)異的 技術(shù)，在專利文獻(xiàn)4、5中記載有使用了含有規(guī)定量&等的鈦合金的構(gòu)件研磨性優(yōu)異的技 術(shù)。一般認(rèn)為，由上述專利文獻(xiàn)3 5中記載那樣的鈦合金所形成的成形品晶粒細(xì)小 且具有高硬度，由此顯示出優(yōu)異的研磨性，且發(fā)現(xiàn)具有高強(qiáng)度。但是，使用了上述專利文獻(xiàn)3 5中記載那樣的鈦合金的鈦板，例如不易實(shí)施拉深 加工等，因此不能說加工性優(yōu)異。S卩，以往，存在難以得到兼?zhèn)溆懈邚?qiáng)度和加工性的鈦板的問題。專利文獻(xiàn)1 日本國特開昭63-60247號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本國特開平9-3573號公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本國特開平7-62466號公報(bào)專利文獻(xiàn)4 日本國特開昭62-87932號公報(bào)專利文獻(xiàn)5 日本國特開昭63-186843號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題在于，提供一種高強(qiáng)度且加工性優(yōu)異的鈦板。
本發(fā)明人對鈦板的成分等進(jìn)行了深入地研究，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過使鐵和氧為規(guī)定 的含量，能夠形成高強(qiáng)度且加工性優(yōu)異的鈦板，從而完成了本發(fā)明。S卩，用于解決上述課題的本發(fā)明的鈦板的特征在于，該鈦板由以下的鈦材料形成 為板狀，該鈦材料的組分為，以質(zhì)量％計(jì)，鐵的含量大于0. 10%且小于0. 60%、氧的含量大 于0. 005%且小于0. 20%、碳的含量小于0. 015%、氮的含量小于0. 015%、氫的含量小于 0.015%,而且，上述鐵的含量大于上述氧的含量，剩余部分為鈦和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，該 鈦板形成α相和β相的二相組織，上述α相的當(dāng)量圓平均粒徑形成為10 μ m以下。此外，為了解決上述課題的本發(fā)明的鈦板的制造方法的特征在于，在冷軋精軋壓 下率為20%以上、最終退火溫度為600 880°C、最終退火時(shí)間為0. 5 60分鐘且下述式 (1)中的“G”的值為14以下的條件下，加工以下的鈦材料而制造鈦板，該鈦材料的組分為， 以質(zhì)量％計(jì)，鐵的含量大于0. 10%且小于0. 60%、氧的含量大于0. 005%且小于0. 20%、碳 的含量小于0. 015%、氮的含量小于0. 015%、氫的含量小于0. 015%，而且，上述鐵的含量 大于上述氧的含量，剩余部分為鈦和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。數(shù)學(xué)式1G=Il. 5XXf:0.72X {-In (l-r/100)廠。.35X exp {(-1500) / (273+T)} X t。。58 · · · (1)(其中，式中的1是上述鐵的含量(％)，r是上述冷軋精軋壓下率(％)，此外，T 是上述最終退火溫度CC )，t是上述最終退火時(shí)間(分鐘))。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供高強(qiáng)度且加工性優(yōu)異的鈦板。


圖1是以表1中的Fe和0的比率(Fe含量/0含量)的值為橫軸，以埃里克森值 為縱軸的曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下，通過本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，首先說明本實(shí)施方式的鈦板。本實(shí)施方式的鈦板由以下的鈦材料形成為板狀，該鈦材料的組分為，以質(zhì)量％計(jì)， 鐵(Fe)的含量大于0. 10%且小于0. 60%、氧(0)的含量大于0. 005%且小于0. 20%、碳 (C)的含量小于0.015%、氮(N)的含量小于0.015%、氫(H)的含量小于0. 015%，而且，上 述鐵(Fe)的含量大于上述氧(0)的含量，剩余部分由鈦(Ti)和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，該鈦 板形成α相和β相二相組織，上述α相的當(dāng)量圓平均粒徑形成為10 μ m以下。如上所述，在鈦材料中，以質(zhì)量％計(jì)，上述鐵(Fe)的含量為大于0. 10%且小于 0. 60%。在鈦材料中，公知Fe是用于穩(wěn)定β相的元素，一部分固溶，但大多形成β相，而 且，由于熱處理等作為TiFe存在，妨礙晶粒的成長。因此，以往，一般認(rèn)為，通過增加鈦材 料中的Fe含量使鈦板中所形成的晶粒直徑減小，能夠提高鈦材料的強(qiáng)度、研磨加工的加工 性，但是埃里克森值等的表示延展性(成形加工性)的指標(biāo)降低。但是，如后所述，通過一邊使鈦材料中的0含量形成為規(guī)定的值，一邊增加鈦材料 中的Fe含量，能夠抑制所得到的鈦板的延展性的降低，同時(shí)能謀求強(qiáng)度的提高。因此，上述鈦材料中的Fe含量以質(zhì)量％計(jì)大于0. 10%且小于0. 60%的理由是，F(xiàn)e含量為0. 以下時(shí)，無法對所形成的鈦板賦予足夠的強(qiáng)度，并且，研磨加工的加工性降低。另一方面，若含量為0. 60%以上，則即使鈦材料中的0含量為規(guī)定的值，也會(huì)產(chǎn)生 延展性的降低，從而導(dǎo)致鈦板的成形加工性降低。從這一點(diǎn)出發(fā)，F(xiàn)e含量優(yōu)選為0. 40%以下。在鈦材料中，以質(zhì)量％計(jì)，上述氧(0)的含量為大于0.005%且小于0.20%，而且，
上述Fe的含量為XFe (質(zhì)量％ )、0的含量為X。(質(zhì)量％ )時(shí)，在鈦材料中的含量滿足(XFe > X0)的關(guān)系。形成本實(shí)施方式的鈦板的鈦材料中的0含量以質(zhì)量％計(jì)大于0. 005 %且小于 0. 20%的理由是，若0含量為0. 20%以上，則即使鈦材料中的Fe的含量在上述范圍內(nèi)且滿 足的關(guān)系，埃里克森值也較低，即，形成為成形加工性較低的鈦板。從這一點(diǎn)出發(fā)，0含量優(yōu)選為0. 10%以下。此外，在鈦材料中Fe的含量(XFe)和0含量(X0)滿足(XFe > X0)的關(guān)系的理由是， 若0含量為Fe的含量以上(XFe彡X。)，則即使鈦材料中的Fe的含量在上述范圍內(nèi)且0的含 量在上述范圍內(nèi)，埃里克森值也較低，即，形成成形加工性較低的鈦板。此外，從確保成形加工中良好的加工性的目的出發(fā)，需要使碳(C)、氮(N)、氫(H) 為相當(dāng)于JIS第2種的含量以下。更加具體而言，C、N、H的含量以質(zhì)量％計(jì)需要分別小于0. 015%。而且，優(yōu)選C的含量為0. 01 %以下、N的含量為0. 01 %以下、H的含量為0. 01 %以下。從鈦板的加工性的觀點(diǎn)出發(fā)，對上述C、N、H的含量不規(guī)定下限，但是若使上述C、 N、H的含量非常低，則有可能大幅度地增加鈦板的制造成本。從抑制該成本提高的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選C含量為0. 0005 %以上，N的含量為0. 0005 % 以上，H的含量0. 0005%為以上。作為在成形加工中要求良好加工性的鈦板，一般認(rèn)為，晶粒直徑越大越好，然而， 在由具有如上述那樣的組成的鈦材料所形成的鈦板中，晶粒直徑越小越能提高成形性。并 且，這是由本發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的。更加具體而言，通過以α相的當(dāng)量圓平均粒徑為10 μ m以下的方式形成鈦板，能 夠提高埃里克森值等表示加工性的指標(biāo)。相反地，若α相的當(dāng)量圓平均粒徑大于10 μ m，則例如有可能埃里克森值降低到 小于10mm，從而使加工性降低。另外，該“ α相的當(dāng)量圓平均粒徑”能夠利用JIS G 0551的截點(diǎn)法(切斷法)實(shí) 施晶粒度級別數(shù)(grain-size number)的測量，將所得到的結(jié)果換算為晶粒直徑而求出。該α相的當(dāng)量圓平均粒徑(從晶粒度級別數(shù)換算的晶粒直徑)主要可以利用鈦 板的成分中的Fe含量來調(diào)整。關(guān)于該Fe含量，公知若增加純鈦中的鐵含量，則晶粒度的值減小(晶粒直徑增 大)。 例如，有以下的報(bào)告，即，氧含量在0. 09 0. 11質(zhì)量％的范圍內(nèi)，若鐵含量從0. 04 質(zhì)量％向0. 27質(zhì)量％變化，則50%冷軋后，實(shí)施了 800°C X 10分鐘的退火的情況下的平均 晶粒直徑從約63 μ m向約14 μ m變化(近藤豐、鈴木脩二郎住友金屬雜志、Vol. 8、No. 4、p201 的 Fig. 42)。一般而言，在將由含有鐵0. 06質(zhì)量％以上的鈦材料形成的構(gòu)件保持在595°C以上 的溫度時(shí)，形成α相和β相的二相組織。在鐵小于0. 06質(zhì)量％的情況下，在500 800°C的溫度范圍的部分中僅有少量β 相結(jié)晶，但是大部分形成為α相單相。在以往的高成形用鈦材料中，鐵含量小于0.06質(zhì)量％，或者，即使氧含量為 0.01 0. 03質(zhì)量％的極低值而含有較多的鐵的情況下，鐵含量也在0. 1質(zhì)量％以下，因此， 在退火中，大部分形成為α相單相。因此，結(jié)晶(α粒)的成長速度大，隨著退火的進(jìn)行，晶粒直徑迅速增大(晶粒度 級別數(shù)減小)。另一方面，因?yàn)楸緦?shí)施方式的鈦板是如上述那樣的鐵含量和氧含量，所以在退火 中形成α+β的二相組織。因此，因?yàn)棣亮５某砷L被β粒抑制，所以抑制晶粒直徑迅速增大(晶粒度級別數(shù) 減小)。此外，關(guān)于晶粒直徑的大小，如上所述，也能夠根據(jù)Fe含量以及制造鈦板時(shí)的冷 軋精軋壓下率、最終退火(finalarmealing)溫度、最終退火時(shí)間等進(jìn)行調(diào)整。以下，說明鈦板的制造方法的上述條件。在制造鈦板時(shí)的冷軋精軋壓下率、最終退火溫度、最終退火時(shí)間的各條件下，能夠 通過增大冷軋精軋壓下率而容易使晶粒再結(jié)晶。此外，能通過提高最終退火溫度而使晶粒成長，增大晶粒直徑。而且，能通過延長最終退火時(shí)間而使晶粒成長，增大晶粒直徑?；谶@樣的傾向，以使下述式⑴的“G”的值為14以下的方式調(diào)整冷軋精軋壓下 率、最終退火溫度和最終退火時(shí)間來制造鈦板，從而能夠更可靠地使所得到的鈦板的α相 的當(dāng)量圓平均粒徑為IOym以下。數(shù)學(xué)式1G=Il. 5XXf:0.72X {-In (l-r/100)廠。.35X exp {(-1500) / (273+Τ)} X t。。58 · · · (1)(其中，式中的&是上述鐵的含量(％)，r是上述冷軋精軋壓下率(%)。此外， T是上述最終退火溫度CC )，t是上述最終退火時(shí)間(分鐘))。另外，優(yōu)選上述式(1)中的“G”的值為10以下。此外，從能夠容易制造鈦板的方面考慮，優(yōu)選“G”的值為2以上。但是，即使“G”的值為如上述那樣的范圍的情況下，為了更可靠地使α相的當(dāng) 量圓平均粒徑為10 μ m以下，需要使冷軋精軋壓下率為20%以上、最終退火溫度為600 880°C、最終退火時(shí)間為0. 5 60分鐘。使冷軋精軋壓下率為這樣的范圍的理由是，當(dāng)冷軋精軋壓下率小于20%時(shí)，不產(chǎn)
生再結(jié)晶。此外，使最終退火溫度為這樣的范圍的理由是，當(dāng)最終退火溫度小于600°C時(shí)，不 產(chǎn)生再結(jié)晶，若大于880°C的溫度，則產(chǎn)生β相變。而且，使最終退火時(shí)間為這樣的范圍的理由是，當(dāng)最終退火時(shí)間小于0. 5分鐘時(shí)， 可能不產(chǎn)生再結(jié)晶，若實(shí)施最終退火超過60分鐘，則TiFe析出較多，有可能使鈦板的加工性降低。根據(jù)以上那樣的成分和制造條件，能得到強(qiáng)度和加工性優(yōu)異的鈦板。另外，在這里不詳述，但是，能夠在不明顯有損本發(fā)明的效果的范圍內(nèi)，將在以往 的鈦板和鈦板的制造方法中公知的技術(shù)用于本實(shí)施方式的鈦板和鈦板的制造方法中。實(shí)施例接著，舉出實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)地說明本發(fā)明，但是本發(fā)明不限定于這些實(shí)施例。(實(shí)施例1 7、以往例1 3、比較例1 7)(測試片的制造)利用紐扣式電弧熔解(button arc melting，得到的樣品通常為紐扣狀)，制造表1 所示的組成的板坯，在850°C熱軋?jiān)摪迮?，?50°C進(jìn)行退火后，去除表面氧化皮，利用冷軋 制造了厚度為0. 5mm的板狀樣品。另外，按照J(rèn)IS H 1614測量此時(shí)表1所示的Fe含量，按照J(rèn)ISH 1620測量0含量。對該板狀樣品實(shí)施800°C X 15分鐘的退火，作為評價(jià)用樣品。另外，對于以往例1 3，作為JIS第1種 第3種，采用市場販賣的普通的組成。(評價(jià))(抗拉強(qiáng)度)按照J(rèn)IS Z2241對如上述那樣制造的評價(jià)用樣品實(shí)施了抗拉強(qiáng)度的測量。結(jié)果表 示于表1。(埃里克森值)按照J(rèn)IS Z2247對上述那樣制造的評價(jià)用樣品實(shí)施了埃里克森值的測量。結(jié)果表 示于表1和圖1。( α相的當(dāng)量圓平均粒徑)通過JIS G 0551的截點(diǎn)法實(shí)施晶粒度級別數(shù)測量，基于該晶粒度級別數(shù)，通過計(jì) 算求出了 α相的當(dāng)量圓平均粒徑(表1中的“粒徑”)。結(jié)果表示于表1。(研磨性)用耐水研磨紙將如上述那樣制造的評價(jià)用樣品研磨到#500后，實(shí)施2分鐘拋光研 磨(金剛石噴霧(DIAMOND SPRAY) 9 μ m、轉(zhuǎn)速150rpm、載荷150N)，分別測量最初的評價(jià)用 樣品和研磨后的評價(jià)用樣品的表面粗糙度RaCJIS B 0601 算術(shù)平均粗糙度)，求出其變化率。最初的評價(jià)用樣品的表面粗糙度為Ral，研磨后的評價(jià)用樣品的表面粗糙度為 Ra2時(shí)，用下述式評價(jià)研磨性。研磨性=(Ra2/Ral)結(jié)果表示于表1。表 1 ※！·冷軋精軋壓下率，T 最終退火溫度、t 最終退火時(shí)間、Xpe 鐵含量、X0 氧含
量、Xh 含量、Xn 氮含量、Xe:碳含量G 值=11. 5 X Xpe^0-71X (_ln (l-r/100)廠。.35X exp {(-1500) / (273+T)} X t0.058※！作為JIS第1種的市售品※？作為JIS第2種的市售品※3作為JIS第3種的市售品從在該表中的、例如0含量相等且Fe含量不同的以往例1、比較例1和實(shí)施例1的 比較、以往例3和實(shí)施例5的比較、比較例3、4和實(shí)施例6的比較等也可知，通過使鈦材料 中的0含量為規(guī)定的值，同時(shí)增加鈦材料中的Fe含量，能夠抑制所得到的鈦板的埃里克森 值的降低并謀求提高強(qiáng)度。此外，在圖1中，針對各氧含量分別用同一通例表示JIS第1種氧含量水平的以往 例1、比較例1、實(shí)施例1、2，JIS第2種氧含量水平的以往例2、實(shí)施例3、4、比較例2，JIS第 3種氧含量水平的以往例3、比較例3 5、實(shí)施例5 7，然而可知，在任一曲線中以表示Fe 和0的比率的橫軸為1的位置為界產(chǎn)生較大的變化。即可知，通過使XFe > Xtj，能獲得埃里克森值優(yōu)異的鈦板。而且，從圖1還可知，即使在Fe和0的比率大于1的情況下，含有的Fe大于0.6% 時(shí)，也無法得到良好的結(jié)果。即可知，根據(jù)本發(fā)明，能夠獲得高強(qiáng)度且加工性優(yōu)異的鈦板。
此外可知，比較例6、7中的Fe、0的含量與實(shí)施例3相等且H、N、C的含量不同，然 而，埃里克森值低從而加工性低。(制造條件的比較由于α相的當(dāng)量圓平均粒徑不同而使加工性不同)接著，利用實(shí)驗(yàn)確認(rèn)由于制造條件不同對鈦板的加工性產(chǎn)生怎樣的不同。(實(shí)施例8 26、比較例8 13)(測試片的制造)用小型真空電弧熔解制造鑄錠，以1150°C鍛造該鑄錠，制造了厚度為50mm的板坯。以850°C熱軋?jiān)摪迮?，之后?50°C退火，去除了表面氧化皮。切削去除了該表面氧化皮的樣品的表面，形成0.6 5. Omm的各種板厚，進(jìn)一步冷 軋，制造了 0. 5mm厚度的板狀樣品(鈦板)。對于該鈦板，以600 850°C的溫度、在真空氣氛中實(shí)施1 60分鐘的退火加工，
對晶粒度進(jìn)行了調(diào)整。此外，按照J(rèn)IS H 1614測量去除了表面氧化皮的樣品的Fe含量，按照J(rèn)IS H 1620
測量0含量。此外，按照J(rèn)IS Z 2247測量調(diào)整了上述那樣的晶粒度的鈦板的埃里克森值，利用 JIS G 0551的截點(diǎn)法進(jìn)行晶粒度級別數(shù)的測定，以該晶粒度級別數(shù)為基礎(chǔ)通過計(jì)算求出了 α相的當(dāng)量圓平均粒徑(表2中的“粒徑”)。結(jié)果表示于表2。表2 r 冷軋精軋壓下率，T 最終退火溫度、t 最終退火時(shí)間、Xpe 鐵含量、X0 氧含量、 Xh 氫含量、Xn 氮含量、Xc 碳含量G 值=11. 5XXf;0'72X [_ln (l-r/lOO}-0.35X exp {(-1500) / (273+T)} X t0.058該表2中的實(shí)施例8 11和比較例8、9的Fe含量、0含量相同，但是根據(jù)冷軋壓 下率、退火條件的不同調(diào)整了 α相的當(dāng)量圓平均粒徑，α相的當(dāng)量圓平均粒徑越小埃里克 森值越大。此外，同樣，在Fe含量、0含量相同的、由實(shí)施例12 17和比較例IOUl構(gòu)成的 一組數(shù)據(jù)、由實(shí)施例18 22和比較例12構(gòu)成的一組數(shù)據(jù)、由實(shí)施例23 26和比較例13 構(gòu)成的一組數(shù)據(jù)中也看得出相同的傾向。S卩，從該表2可知，由“G值”小的制造條件所形成的、α相的當(dāng)量圓平均粒徑小所 形成的鈦板，埃里克森值高、加工性優(yōu)異。
權(quán)利要求
一種鈦板，其特征在于，該鈦板由以下的鈦材料形成為板狀，該鈦材料的組分為，以質(zhì)量％計(jì)，鐵的含量大于0.10％且小于0.60％、氧的含量大于0.005％且小于0.20％、碳的含量小于0.015％、氮的含量小于0.015％、氫的含量小于0.015％，而且，上述鐵的含量大于上述氧的含量，剩余部分為鈦和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，該鈦板形成α相和β相的二相組織，上述α相的當(dāng)量圓平均粒徑形成為10μm以下。
2. 一種鈦板的制造方法，其特征在于，在冷軋精軋壓下率為20%以上、最終退火溫度為600 880°C、最終退火時(shí)間為0. 5 60分鐘且下述式(1)中的“G”的值為14以下的條件下，加工以下的鈦材料而制造鈦板，該 鈦材料的組分為，以質(zhì)量％計(jì)，鐵的含量大于0. 10%且小于0. 60%、氧的含量大于0. 005% 且小于0. 20%、碳的含量小于0. 015%、氮的含量小于0. 015%、氫的含量小于0. 015%，而 且，上述鐵的含量大于上述氧的含量，剩余部分為鈦和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，式1G=Il. 5XXf;0'72X {-In (l-r/100)}^0-35Xexpi (-1500)/(273+T)} Xt0 058 · · · (1)(其中，式中的XFe是上述鐵的含量(％ )，r是上述冷軋精軋壓下率(％ )，此外，T是上 述最終退火溫度CC )，t是上述最終退火時(shí)間(分鐘))。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度且加工性優(yōu)異的鈦板。為了解決上述課題，本發(fā)明的鈦板的特征在于，該鈦板由以下的鈦材料形成為板狀，該鈦材料的組分為，以質(zhì)量％計(jì)，鐵的含量大于0.10％且小于0.60％、氧的含量大于0.005％且小于0.20％、碳的含量小于0.015％、氮的含量小于0.015％、氫的含量小于0.015％，而且，上述鐵的含量大于上述氧的含量，剩余部分為鈦和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，該鈦板形成α相和β相的二相組織，上述α相的當(dāng)量圓平均粒徑形成為10μm以下。
文檔編號C22F1/18GK101910432SQ200880124939
公開日2010年12月8日 申請日期2008年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月25日
發(fā)明者松本啟, 白井善久 申請人:住友金屬工業(yè)株式會(huì)社