JP6756363B2 - Titanium composite material and its manufacturing method, and packaging - Google Patents

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Description

本発明は、チタン複合材およびその製造方法、ならびに、梱包体に関する。 The present invention relates to a titanium composite material, a method for producing the same, and a package.

チタン材は、耐食性に優れた金属材料であることから、海水を用いる熱交換器や各種の化学プラント等に用いられている。また、密度が炭素鋼に比べて小さく、比強度(単位重量あたりの強度)に優れることから、航空機の機体にも多く使用されている。また、自動車等の陸上輸送機器にチタン材を使用することにより、陸上輸送機器自体が軽量となり、燃費向上が期待される。 Since titanium is a metal material with excellent corrosion resistance, it is used in heat exchangers that use seawater, various chemical plants, and the like. In addition, since its density is lower than that of carbon steel and its specific strength (strength per unit weight) is excellent, it is often used in aircraft fuselage. In addition, by using titanium material for land transportation equipment such as automobiles, the land transportation equipment itself becomes lighter and is expected to improve fuel efficiency.

しかし、チタン材は、鋼材に比べて複雑で非常に多くの工程を経て製造される。代表的な製造工程を以下に例示する。
(1)製錬工程:原料である酸化チタンを塩素化して四塩化チタンとした後、マグネシウムあるいはナトリウムで還元することにより、海綿状(塊状)の金属チタン(以下、「スポンジチタン」という)を製造する工程
(2)溶解工程:スポンジチタンをプレス成形して電極とし、真空アーク溶解炉で溶解して鋳塊を製造する工程
(3)鍛造工程:鋳塊を熱間で鍛造してスラブ(熱間圧延素材)やビレット(熱間押出しや熱間圧延などの素材)などを製造する工程
(4)熱間加工工程:スラブやビレットを加熱して熱間で圧延や押出しして板や丸棒などを製造する工程
(5)冷間加工工程:板や丸棒をさらに冷間で圧延加工や押出しして薄板や丸棒、線などを製造する工程
However, titanium material is more complicated than steel material and is manufactured through a large number of processes. A typical manufacturing process is illustrated below.
(1) Forging process: Titanium oxide, which is a raw material, is chlorinated to obtain titanium tetrachloride, and then reduced with magnesium or sodium to produce spongy (lumpy) metallic titanium (hereinafter referred to as "sponge titanium"). Manufacturing process (2) Melting process: Press molding of sponge titanium to make electrodes, melting in a vacuum arc melting furnace to produce ingots (3) Forging process: Hot forging of ingots to slab ( Process of manufacturing hot-rolled materials) and billets (materials such as hot-extruded and hot-rolled) (4) Hot-working process: Hot rolling and extruding of slabs and billets to make plates and rounds Process for manufacturing rods, etc. (5) Cold processing process: A process for manufacturing thin plates, round bars, wires, etc. by further cold rolling and forging plates and round bars.

チタン材は、このように多くの工程により製造されるため、非常に高価である。このため、チタン材は自動車等の陸上輸送機器には殆ど適用されていない。このため、チタン材の利用を促進するためには、その製造工程の生産性を高める必要がある。この課題に対処するため、チタン材の製造工程を簡略化する取り組みがなされている。 Titanium material is very expensive because it is manufactured by such many steps. For this reason, titanium materials are rarely applied to land transportation equipment such as automobiles. Therefore, in order to promote the use of titanium material, it is necessary to increase the productivity of the manufacturing process. In order to deal with this problem, efforts are being made to simplify the manufacturing process of titanium materials.

特許文献1には、チタン粉、結着剤、可塑剤、溶剤を含む組成物を薄板状に成形、乾燥、焼結、圧密および再焼結してチタン薄板を製造する方法が開示されている。この方法によれば、上記溶解工程、鍛造工程、熱間圧延工程および冷間圧延工程を省略できる。 Patent Document 1 discloses a method for producing a titanium thin plate by molding, drying, sintering, compacting and resintering a composition containing titanium powder, a binder, a plasticizer and a solvent into a thin plate. .. According to this method, the melting step, the forging step, the hot rolling step and the cold rolling step can be omitted.

特許文献2には、チタン合金粉に銅粉、クロム粉または鉄粉を添加して、炭素鋼製のカプセルに封入し、加熱して熱間で押出ししてチタン合金丸棒を製造する方法が開示されている。この方法によれば、上記溶解工程および鍛造工程を省略できるため、製造コストを下げることができる。 Patent Document 2 describes a method in which copper powder, chromium powder or iron powder is added to titanium alloy powder, encapsulated in a carbon steel capsule, heated and extruded hot to produce a titanium alloy round bar. It is disclosed. According to this method, the melting step and the forging step can be omitted, so that the manufacturing cost can be reduced.

特許文献3には、スポンジチタン粉を銅製カプセルに充填して、700℃以下に加熱して温間押出し加工を施して、丸棒を製造する方法が開示されている。この方法では、上記溶解工程および鍛造工程を省略できるため、製造コストを下げることができる。 Patent Document 3 discloses a method for producing a round bar by filling a copper capsule with titanium sponge powder, heating it to 700 ° C. or lower, and performing a warm extrusion process. In this method, since the melting step and the forging step can be omitted, the manufacturing cost can be reduced.

また、従来から知られているパック圧延は、加工性の悪いチタン合金などのコア材を加工性の良い安価な炭素鋼などのカバー材で被覆して熱間圧延する方法である。例えば、コア材の表面に剥離剤を塗布した後、少なくともその上下2面をカバー材で被覆、あるいは上下面の他に4周面もカバー材で被覆して、合わせ目を溶接して密閉被覆箱を製作し、その内部を真空に引いて密閉してから熱間圧延する。 Further, conventionally known pack rolling is a method of hot rolling by covering a core material such as titanium alloy having poor workability with a cover material such as inexpensive carbon steel having good workability. For example, after applying a release agent to the surface of the core material, at least the upper and lower two surfaces thereof are covered with a cover material, or the four peripheral surfaces in addition to the upper and lower surfaces are also covered with a cover material, and the seams are welded to seal the coating. A box is manufactured, and the inside is evacuated to seal it and then hot-rolled.

パック圧延に関して、特許文献4には、密閉被覆箱の組立方法が開示され、特許文献5には、10−3torr(約0.133Pa)以上の真空度にしてカバー材を密封(パック)して密閉被覆箱を製造する方法が開示され、さらに、特許文献6には、炭素鋼(カバー材)で覆って、10−2torr(約1.33Pa)以下の真空下で高エネルギー密度溶接によって密封(パック)して、密閉被覆箱を製造する方法が開示されている。Regarding pack rolling, Patent Document 4 discloses a method for assembling a sealed coated box, and Patent Document 5 seals (packs) the cover material with a vacuum degree of 10 -3 torr (about 0.133 Pa) or more. method of making a sealing cover box Te been disclosed, further, Patent Document 6, covered with carbon steel (cover member), by 10 -2 torr (about 1.33 Pa) or less of a high energy density welding under vacuum A method of sealing (packing) to produce a sealed cladding box is disclosed.

これらのパック圧延では、被圧延材であるコア材をカバー材で覆って熱間圧延するため、コア材の表面は冷えた媒体(大気やロール)に直接触れることがなく、コア材の温度低下を抑制できるため、加工性の悪いコア材でも薄板の製造が可能になる。 In these pack rolling, since the core material to be rolled is covered with a cover material and hot-rolled, the surface of the core material does not come into direct contact with a cold medium (atmosphere or roll), and the temperature of the core material drops. Therefore, it is possible to manufacture a thin plate even with a core material having poor workability.

カバー材として、コア材と異なる材質で、加工性が良く安価な炭素鋼などを用いている。カバー材は熱間圧延後に不要となるため、コア材から分離し易くするために、コア材の表面には剥離剤が塗布される。 As the cover material, carbon steel, which is a material different from the core material and has good workability and is inexpensive, is used. Since the cover material becomes unnecessary after hot rolling, a release agent is applied to the surface of the core material in order to facilitate separation from the core material.

特開2011−042828号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-042828 特開2014−019945号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-019945 特開2001−131609号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-131609 特開昭63−207401号公報JP-A-63-207401 特開平09−136102号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 09-136102 特開平11−057810号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-057810

特許文献1により開示された方法では、高価なチタン粉(平均粒子径が4〜200μm)を原料として用いることや、焼結や圧密などの多くの工程が必要であるため、得られたチタン薄板は非常に高価であり、チタン材の利用促進には至っていない。 The method disclosed in Patent Document 1 requires the use of expensive titanium powder (average particle size of 4 to 200 μm) as a raw material and many steps such as sintering and consolidation, so that the obtained titanium thin plate is obtained. Is very expensive and has not yet promoted the use of titanium materials.

特許文献2により開示された方法では、高価なチタン粉合金を原料として使用するため、得られたチタン合金丸棒は高価であり、チタン材の利用促進には至っていない。しかも、加熱した際にスポンジチタン粉が酸化されるため、得られた丸棒は表層や内部に酸化チタンを含み、通常工程で製造した丸棒に比べて、外観が変色し、引張特性が劣る等の問題がある。 In the method disclosed in Patent Document 2, since an expensive titanium powder alloy is used as a raw material, the obtained titanium alloy round bar is expensive and the use of the titanium material has not been promoted. Moreover, since the titanium sponge powder is oxidized when heated, the obtained round bar contains titanium oxide in the surface layer and inside, and the appearance is discolored and the tensile properties are inferior to those of the round bar manufactured in the normal process. There are problems such as.

特許文献3により開示された方法では、加熱した際にスポンジチタン粉が酸化されるため、得られる丸棒は表層および内部に酸化チタンを含み、通常工程で製造した丸棒に比べて、外観が変色し、引張特性が劣る等の問題がある。 In the method disclosed in Patent Document 3, since the sponge titanium powder is oxidized when heated, the obtained round bar contains titanium oxide in the surface layer and inside, and has an appearance as compared with a round bar manufactured in a normal process. There are problems such as discoloration and inferior tensile properties.

さらに、特許文献4〜6により開示された方法は、パック圧延のように圧延後にカバー材を剥がして廃却するため、製造コストが通常の工程よりも高くなり、得られたチタン材は、高コストであることに変わりがない。 Further, in the methods disclosed in Patent Documents 4 to 6, since the cover material is peeled off and discarded after rolling as in pack rolling, the manufacturing cost is higher than in the normal process, and the obtained titanium material is high. It's still a cost.

このため、チタン材は、自動車などの陸上輸送機器に適用されるまでには至っていない。 For this reason, titanium materials have not yet been applied to land transportation equipment such as automobiles.

本発明は、このような実情に鑑み、低コストでチタン板やチタン丸棒などのチタン材を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a titanium material such as a titanium plate or a titanium round bar at low cost.

本発明者らは、上記課題を解決するために溶解工程と鍛造工程を省略してチタン材を製造できる手段を鋭意検討し、以下に列記の知見(A)〜(F)を得て、本発明を完成した。 In order to solve the above problems, the present inventors diligently studied means capable of producing a titanium material by omitting the melting step and the forging step, and obtained the findings (A) to (F) listed below. The invention was completed.

(A)高価なチタン粉やスポンジチタン粉のような粉末ではなく、不定形で海綿状(塊状)のスポンジチタンを原料として使用する。海綿状のスポンジチタンは、従来から製造されているため、比較的安価に入手できる。また、スポンジチタンは製錬工程において鉄や塩素等の主な不純物が除去されているため、スポンジチタンからチタン材を直接製造しても、化学組成上の問題はない。また、製品にはならない端材等のチタン材(以下、「チタンスクラップ」という。)は、比較的安価に入手することができる。ただし、チタンスクラップは不定形であるため、直接加工してチタン材を製造することはできない。 (A) Instead of powders such as expensive titanium powder and sponge titanium powder, amorphous sponge-like (lumpy) sponge titanium is used as a raw material. Since the sponge-like titanium sponge is conventionally manufactured, it can be obtained at a relatively low cost. Further, since the main impurities such as iron and chlorine are removed from the titanium sponge in the smelting process, there is no problem in the chemical composition even if the titanium material is directly produced from the titanium sponge. In addition, titanium materials such as scraps that cannot be used as products (hereinafter referred to as "titanium scrap") can be obtained at a relatively low cost. However, since titanium scrap has an irregular shape, it cannot be directly processed to produce titanium material.

(B)工業用純チタン材やチタン合金材を用いて作製した容器(以下、「梱包材」という。)に、スポンジチタンなどの充填材を収容して密閉したチタン梱包体であれば、熱間加工した際に、表面割れやヘゲ状等の表面欠陥の発生を抑制できる。特に、充填材の化学組成を純チタン材と同種のものにすることによって、従来のパック圧延のように圧延後にカバー材を剥がして廃却する必要はなく、チタン梱包材を、熱間加工後にもそのままチタン複合材(製品)の一部として有効に利用できる。 (B) If it is a titanium packaging body in which a filler such as sponge titanium is housed in a container (hereinafter referred to as "packing material") made of industrial pure titanium material or titanium alloy material and sealed, heat is generated. It is possible to suppress the occurrence of surface defects such as surface cracks and sponge-like shapes during interprocessing. In particular, by making the chemical composition of the filler the same as that of pure titanium, it is not necessary to peel off the cover material after rolling and dispose of it as in conventional pack rolling, and the titanium packing material is hot-worked. Can be effectively used as it is as a part of titanium composite material (product).

(C)熱間加工前に加熱した際に、スポンジチタンなどの充填材が酸化しないように、また、熱間加工時に充填材間や充填材と梱包材の間にある空隙が減少し易いように、梱包材の内圧を極力減圧しておくことが重要である。 (C) To prevent the filler such as titanium sponge from oxidizing when heated before hot working, and to easily reduce the voids between the fillers and between the filler and the packing material during hot working. In addition, it is important to reduce the internal pressure of the packing material as much as possible.

(D)梱包材に収容する充填材として、スポンジチタンなどのチタン材とともに、炭素、炭化物、窒化物および酸化物から選択される1種以上の粉末を充填することにより、チタン複合材の引張強度を高めることができる。 (D) The tensile strength of the titanium composite material is obtained by filling a titanium material such as titanium sponge with one or more powders selected from carbon, carbides, nitrides and oxides as a filler to be contained in the packing material. Can be enhanced.

(E)すなわち、工業用純チタンの展伸材であるチタン梱包材の内部に、スポンジチタンと、チタン複合材の引張強度を高めることができる炭素、炭化物、窒化物および酸化物から選択される1種以上の粉末とを充填および封入し、内部を減圧してチタン梱包体とし、このチタン梱包体に熱間加工を行い、必要に応じてさらに冷間加工も行ってチタン複合材とすることにより、熱間加工前にはチタン塊の集合であったチタン梱包体が、熱間加工後には全体として圧縮成形されて一体化したチタン複合材(三層のクラッド材)となる。 (E) That is, it is selected from sponge titanium and carbon, carbide, nitride and oxide capable of increasing the tensile strength of the titanium composite material inside the titanium packing material which is a wrought material of pure titanium for industrial use. Filling and encapsulating with one or more kinds of powder, reducing the pressure inside to make a titanium packing body, hot-working this titanium packing body, and further cold-working if necessary to make a titanium composite material. As a result, the titanium package, which was an aggregate of titanium ingots before hot working, becomes a titanium composite material (three-layer clad material) that is compression-molded and integrated as a whole after hot working.

(F)チタン複合材は、内層部のみがチタン複合材の引張強度を高めることができる炭化物、窒化物および酸化物から選択される1種以上のチタン化合物を含有するチタンの圧縮成形体であるが、表層部は工業用純チタンまたはチタン合金材の展伸材であるため、優れた加工性と高い引張強度を有するとともに、従来の溶解工程や鍛造工程を経ずに製造できるために製造コストを大幅に低減できる。 (F) The titanium composite material is a compression molded product of titanium containing one or more titanium compounds selected from carbides, nitrides and oxides whose inner layer portion can increase the tensile strength of the titanium composite material. However, since the surface layer is a wrought material of industrial pure titanium or titanium alloy material, it has excellent workability and high tensile strength, and it can be manufactured without going through the conventional melting process and forging process, so the manufacturing cost. Can be significantly reduced.

本発明は、以下に列記の通りである。 The present invention is as listed below.

(1)内層部と前記内層部を覆う表層部とを有するチタン複合材であって、
前記表層部は、JIS1種〜4種のいずれかに属する化学組成の工業用純チタン材またはチタン合金材からなり、
前記内層部は、チタンに、炭化物、窒化物および酸化物から選択される1種以上のチタン化合物が分散しており、前記炭化物の周囲に炭素が、前記窒化物の周囲に窒素が、前記酸化物の周囲に酸素が、それぞれが拡散した部分を備え、面積率で、0%超30%以下の空隙を有する、
チタン複合材。
(1) A titanium composite material having an inner layer portion and a surface layer portion covering the inner layer portion.
The surface layer portion is made of an industrial pure titanium material or a titanium alloy material having a chemical composition belonging to any of JIS types 1 to 4.
In the inner layer portion, one or more titanium compounds selected from carbides, nitrides and oxides are dispersed in titanium, carbon is dispersed around the carbides, nitrogen is generated around the nitrides, and the oxidation is performed. Around the object, oxygen is provided with a diffused portion, and the area ratio has voids of more than 0% and 30% or less.
Titanium composite material.

(2)前記内層部は、炭素、窒素および酸素の平均含有量の合計が0.05〜2.0質量%であり、前記チタン化合物が圧延方向に並んだ筋状化合物集合体としてチタン材に分散している、
上記(1)のチタン複合材。
(2) The inner layer portion has a total average content of carbon, nitrogen and oxygen of 0.05 to 2.0% by mass, and the titanium compound is formed into a titanium material as a streak compound aggregate in which the titanium compounds are arranged in the rolling direction. Distributed,
The titanium composite material of (1) above.

(3)前記工業用純チタン材の化学組成は、質量%で、
C:0.08%以下、
H:0.013%以下、
O:0.4%以下、
N:0.05%以下、
Fe:0.5%以下、
残部:Tiおよび不純物である、
上記(1)または(2)のチタン複合材。
(3) The chemical composition of the industrial pure titanium material is mass%.
C: 0.08% or less,
H: 0.013% or less,
O: 0.4% or less,
N: 0.05% or less,
Fe: 0.5% or less,
Remaining: Ti and impurities,
The titanium composite material of (1) or (2) above.

(4)JIS1〜4種のいずれかに属する工業用純チタン材またはチタン合金材からなるチタン梱包材に、スポンジチタン、チタンブリケットおよびチタンスクラップから選択される1種以上と、炭素、炭化物、窒化物および酸化物から選択される1種以上の粉末と充填し、封入し、内部を10Pa以下に減圧することによりチタン梱包体とし、前記チタン梱包体に熱間加工を行う、
チタン複合材の製造方法。
(4) Titanium packing material made of industrial pure titanium material or titanium alloy material belonging to any of JIS 1 to 4, one or more selected from sponge titanium, titanium briquette and titanium scrap, carbon, carbide, nitride. It is filled with one or more powders selected from substances and oxides, sealed, and the inside is depressurized to 10 Pa or less to form a titanium package, and the titanium package is hot-worked.
Manufacturing method of titanium composite material.

(5)前記熱間加工を行った後に冷間加工を行う、
上記(4)のチタン複合材の製造方法。
(5) Cold working is performed after the hot working.
The method for producing a titanium composite material according to (4) above.

(6)JIS1〜4種のいずれかに属する工業用純チタン材またはチタン合金材からなるチタン梱包材と、前記チタン梱包材の内部に充填された充填材とを備える梱包体であって、
前記充填材が、スポンジチタン、チタンブリケットおよびチタンスクラップから選択される1種以上と、炭素、炭化物、窒化物および酸化物から選択される1種以上の粉末とを有し、前記内部の圧力は10Pa以下である、
熱間加工用の梱包体。
(6) A packing body including a titanium packing material made of an industrial pure titanium material or a titanium alloy material belonging to any of JIS 1 to 4 and a filling material filled inside the titanium packing material.
The filler has one or more selected from titanium sponge, titanium briquette and titanium scrap and one or more powder selected from carbon, carbides, nitrides and oxides, and the internal pressure is 10 Pa or less,
Packing body for hot processing.

本発明に係るチタン複合材は、引張強度、ヤング率などの機械的特性に優れ、また、溶解工程、および鍛造工程などを経ずに製造可能であるため、製造コストを大幅に低減できる。また、本発明に係るチタン複合材は、鋳塊の表層や底面に多い欠陥部の切削除去や、鍛造後の表面割れや形状の悪い先後端部(クロップ)の除去など、多量のチタン素材を切削除去や切断除去を行うことなく製造できるため、製造歩留りが大幅に向上し、この点からも製造コストが大幅に低減されている。 The titanium composite material according to the present invention is excellent in mechanical properties such as tensile strength and Young's modulus, and can be manufactured without going through a melting step and a forging step, so that the manufacturing cost can be significantly reduced. Further, the titanium composite material according to the present invention uses a large amount of titanium material such as cutting and removing many defective parts on the surface layer and bottom surface of the ingot, removing surface cracks after forging and removing front and rear ends (crops) having a bad shape. Since it can be manufactured without cutting or cutting, the manufacturing yield is greatly improved, and from this point as well, the manufacturing cost is greatly reduced.

図1は、本発明に係るチタン複合材の構成の一例を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the titanium composite material according to the present invention. 図2は、筋状化合物集合体42aを模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing a streak compound aggregate 42a. チタン複合材1の長さ方向(圧延方向)および厚さ方向に平行な断面(厚さ断面)において、1つの粒の厚さ方向の距離とその周囲の元素濃度分布の概念を示した図である。In the figure showing the concept of the distance in the thickness direction of one grain and the element concentration distribution around it in the cross section (thickness cross section) parallel to the length direction (rolling direction) and the thickness direction of the titanium composite material 1. is there. 図4は、本発明に係るチタン複合材の熱間加工用素材であるチタン梱包体の構成の一例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing an example of the configuration of a titanium package which is a material for hot processing of a titanium composite material according to the present invention. 図5は、チタンブリケットの構成の一例を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the titanium briquette. 図6は、本発明に係るチタン梱包体の別の構成の一例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory view showing an example of another configuration of the titanium package according to the present invention. 図7は、Ti−0.1%N板の断面ミクロ組織写真である。FIG. 7 is a cross-sectional microstructure photograph of the Ti-0.1% N plate.

本発明に係るチタン複合材およびチタン梱包体を、添付図面を参照しながら説明する。なお、以降の説明では、化学組成に関する「%」は特に断りがない限り「質量%」を意味する。 The titanium composite material and the titanium package according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description, "%" relating to the chemical composition means "mass%" unless otherwise specified.

1.本発明に係るチタン複合材1の構成
図1は、本発明に係るチタン複合材1の構成の一例を示す説明図である。
1. 1. Configuration of Titanium Composite Material 1 According to the Present Invention FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the titanium composite material 1 according to the present invention.

図1に示すように、チタン複合材1は、表層部2,3と内層部4とを備える。以下、各層について説明する。 As shown in FIG. 1, the titanium composite material 1 includes surface layer portions 2 and 3 and an inner layer portion 4. Hereinafter, each layer will be described.

(a)表層部2,3
(a−1)表層部2,3の化学組成
表層部2,3をなす工業用純チタン材としては、JIS1〜4種のいずれかに属する化学組成の工業用純チタン材を用いることができる。例えば、表層部2,3は、C:0.08%以下、H:0.013%以下、O:0.4%以下、N:0.05%以下、Fe:0.5%以下、残部Tiおよび不純物の化学組成を有する。
(A) Surface layer 2, 3
(A-1) Chemical Composition of Surface Layers 2 and 3 As the industrial pure titanium material forming the surface layers 2 and 3, an industrial pure titanium material having a chemical composition belonging to any of JIS 1 to 4 can be used. .. For example, the surface layer portions 2 and 3 have C: 0.08% or less, H: 0.013% or less, O: 0.4% or less, N: 0.05% or less, Fe: 0.5% or less, and the balance. It has a chemical composition of Ti and impurities.

なお、上記のJIS1種〜4種は、JISH4600:2012に規定されたものとする。JIS1種とはC:0.08%以下、H:0.013%以下、O:0.15%以下、N:0.03%以下、Fe:0.20%以下、残部Tiおよび不純物の組成を有する。JIS2種とは、C:0.08%以下、H:0.013%以下、O:0.20%以下、N:0.03%以下、Fe:0.25%以下、残部Tiおよび不純物の組成を有する。JIS3種とは、C:0.08%以下、H:0.014%以下、O:0.30%以下、N:0.05%以下、Fe:0.30%以下、残部Tiおよび不純物の組成を有する。JIS4種とは、C:0.08%以下、H:0.013%以下、O:0.40%以下、N:0.05%以下、Fe:0.50%以下、残部Tiおよび不純物の組成を有する。 It should be noted that the above JIS types 1 to 4 are defined in JIS SH4600: 2012. What is JIS 1 type? C: 0.08% or less, H: 0.013% or less, O: 0.15% or less, N: 0.03% or less, Fe: 0.20% or less, balance Ti and impurity composition Have. JIS2 types are C: 0.08% or less, H: 0.013% or less, O: 0.20% or less, N: 0.03% or less, Fe: 0.25% or less, balance Ti and impurities. Has a composition. JIS3 types are C: 0.08% or less, H: 0.014% or less, O: 0.30% or less, N: 0.05% or less, Fe: 0.30% or less, balance Ti and impurities. Has a composition. JIS4 types are C: 0.08% or less, H: 0.013% or less, O: 0.40% or less, N: 0.05% or less, Fe: 0.50% or less, balance Ti and impurities. Has a composition.

一方、表層部2,3をなすチタン合金材としては、α型チタン合金、α+β型チタン合金、またはβ型チタン合金を用いることができる。 On the other hand, as the titanium alloy material forming the surface layer portions 2 and 3, an α-type titanium alloy, an α + β-type titanium alloy, or a β-type titanium alloy can be used.

α型チタン合金としては、例えば、Ti−0.06%Pd、Ti−0.2Pd、Ti−0.02Pd−0.05Mm(ここで、Mmは、ミッシュメタルを指す)、Ti−0.5Ni−0.05Ru、Ti−0.5Cu、Ti−1.0Cu、Ti−1.0Cu−0.5Nb、Ti−1.0Cu−1.0Sn−0.3Si−0.25Nb、Ti−0.5Al−0.45Si、Ti−0.9Al−0.35Si、Ti−3Al−2.5V、Ti−5Al−2.5Sn、Ti−6Al−2Sn−4Zr−2Mo、Ti−6Al−2.75Sn−4Zr−0.4Mo−0.45Siなどがある。 Examples of the α-type titanium alloy include Ti-0.06% Pd, Ti-0.2Pd, Ti-0.02Pd-0.05Mm (where Mm refers to misch metal) and Ti-0.5Ni. -0.05Ru, Ti-0.5Cu, Ti-1.0Cu, Ti-1.0Cu-0.5Nb, Ti-1.0Cu-1.0Sn-0.3Si-0.25Nb, Ti-0.5Al -0.45Si, Ti-0.9Al-0.35Si, Ti-3Al-2.5V, Ti-5Al-2.5Sn, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, Ti-6Al-2.75Sn-4Zr There are −0.4Mo −0.45Si and the like.

α+β型チタン合金としては、例えば、Ti−6Al−4V、Ti−6Al−6V−2Sn、Ti−6Al−7V、Ti−3Al−5V、Ti−5Al−2Sn−2Zr−4Mo−4Cr、Ti−6Al−2Sn−4Zr−6Mo、Ti−1Fe−0.35O、Ti−1.5Fe−0.5O、Ti−5Al−1Fe、Ti−5Al−1Fe−0.3Si、Ti−5Al−2Fe、Ti−5Al−2Fe−0.3Si、Ti−5Al−2Fe−3Mo、Ti−4.5Al−2Fe−2V−3Moなどがある。 Examples of the α + β type titanium alloy include Ti-6Al-4V, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-7V, Ti-3Al-5V, Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, Ti-6Al. -2Sn-4Zr-6Mo, Ti-1Fe-0.35O, Ti-1.5Fe-0.5O, Ti-5Al-1Fe, Ti-5Al-1Fe-0.3Si, Ti-5Al-2Fe, Ti-5Al There are -2Fe-0.3Si, Ti-5Al-2Fe-3Mo, Ti-4.5Al-2Fe-2V-3Mo and the like.

さらに、β型チタン合金としては、例えば、Ti−11.5Mo−6Zr−4.5Sn、Ti−8V−3Al−6Cr−4Mo−4Zr、Ti−10V−2Fe−3Mo、Ti−13V−11Cr−3Al、Ti−15V−3Al−3Cr−3Sn、Ti−6.8Mo−4.5Fe−1.5Al、Ti−20V−4Al−1Sn、Ti−22V−4Alなどがある。 Further, examples of the β-type titanium alloy include Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn, Ti-8V-3Al-6Cr-4Mo-4Zr, Ti-10V-2Fe-3Mo, and Ti-13V-11Cr-3Al. , Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn, Ti-6.8Mo-4.5Fe-1.5Al, Ti-20V-4Al-1Sn, Ti-22V-4Al and the like.

(a−2)表層部2,3の厚さ
チタン複合材1は、表層部2,3の厚さが厚過ぎると、内層部4の厚さが薄くなるため、機械的特性向上効果を十分に得られない。このため、表層部2,3の厚さは、好ましくは、チタン複合材1の全厚さに対して片面当たり40%以下であり、さらに好ましくは、片面当たり25%以下である。
(A-2) Thickness of Surface Layers 2 and 3 If the thickness of the surface layers 2 and 3 of the titanium composite material 1 is too thick, the thickness of the inner layer 4 becomes thin, so that the effect of improving mechanical properties is sufficient. I can't get it. Therefore, the thickness of the surface layer portions 2 and 3 is preferably 40% or less per side, and more preferably 25% or less per side with respect to the total thickness of the titanium composite material 1.

一方、表層部2,3が薄い場合は、内層部4の厚さが厚くなるため、機械的特性向上効果は向上する。しかし、表層部2,3が薄過ぎるとチタン複合材1を加工する際に、表層部2,3が割れて内層部4が表面に現れ、内層部4にあるチタン化合物が脱落したり、表面に現れたチタン化合物が起点となって表面割れや端部割れが発生する。また、水等の液体が接すると、内層部4にその液体が侵入するという問題が発生する。このため、表層部2,3の厚さは、0.1mm以上とするのが好ましい。 On the other hand, when the surface layer portions 2 and 3 are thin, the thickness of the inner layer portion 4 becomes thick, so that the effect of improving the mechanical characteristics is improved. However, if the surface layer portions 2 and 3 are too thin, when the titanium composite material 1 is processed, the surface layer portions 2 and 3 are cracked and the inner layer portion 4 appears on the surface, and the titanium compound in the inner layer portion 4 falls off or the surface. Surface cracks and edge cracks occur starting from the titanium compound that appears in. Further, when a liquid such as water comes into contact with the liquid, there arises a problem that the liquid invades the inner layer portion 4. Therefore, the thickness of the surface layer portions 2 and 3 is preferably 0.1 mm or more.

(b)内層部4
内層部4は、チタン41にチタン化合物42が分散しており、前記チタン化合物の周囲にそれぞれの構成元素(すなわち、炭化物の周囲に炭素、窒化物の周囲に窒素、または酸化物の周囲に酸素)が拡散した部分(図示省略)を備え、面積率で、0%超30%以下の空隙43を有する。
(B) Inner layer 4
In the inner layer portion 4, the titanium compound 42 is dispersed in titanium 41, and each constituent element (that is, carbon around the carbide, nitrogen around the nitride, or oxygen around the oxide) is dispersed around the titanium compound. ) Is diffused (not shown), and has a void 43 having an area ratio of more than 0% and 30% or less.

(b−1)内層部4の化学組成
チタン複合材1の内層部4を構成するチタンとしては、例えば、JIS1種〜JIS4種の工業用純チタンを用いることができる。すなわち、一般的な不純物として、C:0.08%以下、H:0.013%以下、O:0.4%以下、N:0.05%以下、Fe:0.5%以下、残部がTiである工業用純チタンである。
(B-1) Chemical Composition of Inner Layer 4 As the titanium constituting the inner layer 4 of the titanium composite material 1, for example, JIS 1 to JIS 4 industrial pure titanium can be used. That is, as general impurities, C: 0.08% or less, H: 0.013% or less, O: 0.4% or less, N: 0.05% or less, Fe: 0.5% or less, and the balance It is an industrial pure titanium that is Ti.

特に、JIS1〜3種の工業用純チタンを使用すれば、十分な加工性を有しており、割れなどが発生せず、熱間加工後に上述の表層部2,3をなす工業用純チタンと一体化したチタン複合材1を得られる。 In particular, if JIS1 to 3 types of industrial pure titanium are used, they have sufficient workability, cracks do not occur, and industrial pure titanium forming the above-mentioned surface layer portions 2 and 3 after hot working. A titanium composite material 1 integrated with the above can be obtained.

上記以外の残部は不純物である。不純物としては、加工性および機械的特性向上効果を減殺しない範囲で含有することができる。上記以外の不純物は、主にスクラップから混入する不純物元素として、Al,V,Cr,Nb,Si,Sn,MoおよびCu等があり、一般的な不純物元素(C,N,Fe,O,H)と併せて、総量で5%以下許容される。 The rest other than the above is impurities. Impurities can be contained within a range that does not diminish the effect of improving processability and mechanical properties. Impurities other than the above include Al, V, Cr, Nb, Si, Sn, Mo, Cu and the like as impurity elements mainly mixed from scrap, and general impurity elements (C, N, Fe, O, H). ), And 5% or less is allowed in total.

内層部4は、チタン複合材1に良好な機械的特性を具備させるため、チタンに炭化物、窒化物および酸化物から選択される1種以上のチタン化合物が分散しているものを用いる。内層部4においては、上記の効果を得るために、炭素、窒素および酸素の平均含有量の合計が0.05〜2.0質量%であることが好ましい。それぞれの元素の平均含有量の好ましい範囲と限定理由を述べる。 As the inner layer portion 4, in order to give the titanium composite material 1 good mechanical properties, one in which one or more titanium compounds selected from carbides, nitrides and oxides are dispersed in titanium is used. In the inner layer portion 4, in order to obtain the above effects, the total average content of carbon, nitrogen and oxygen is preferably 0.05 to 2.0% by mass. The preferable range of the average content of each element and the reason for the limitation are described.

[C:0.001〜0.1%]
Cは、その平均濃度が0.001%未満であると、表層部2,3よりも内層部4の強度を高める効果が殆ど認められず、チタン複合材1の機械的特性を向上できない。一方、Cの平均濃度が0.1%を超えると、内層部4の靭性を劣化させ、熱間加工や冷間加工時に割れが多発して、内層部4の板厚方向が分断、剥離して、チタン複合材1としての形状を維持できない可能性がある。このため、内層部4のCの平均濃度は、0.001〜0.1%とするのが好ましい。
[C: 0.001 to 0.1%]
When the average concentration of C is less than 0.001%, the effect of increasing the strength of the inner layer portion 4 as compared with the surface layer portions 2 and 3 is hardly observed, and the mechanical properties of the titanium composite material 1 cannot be improved. On the other hand, when the average concentration of C exceeds 0.1%, the toughness of the inner layer portion 4 is deteriorated, cracks occur frequently during hot working and cold working, and the plate thickness direction of the inner layer portion 4 is divided and peeled off. Therefore, there is a possibility that the shape of the titanium composite material 1 cannot be maintained. Therefore, the average concentration of C in the inner layer portion 4 is preferably 0.001 to 0.1%.

[N:0.001〜0.5%]
Nは、その平均濃度が0.001%未満であると、表層部2,3よりも内層部4の強度を高める効果が殆ど認められず、チタン複合材1の特性を向上できない。一方、Nの平均濃度が0.5%を超えると、内層部4の靭性を劣化させ、熱間加工や冷間加工時に割れが多発して、内層部4の板厚方向が分断、剥離して、チタン複合材1としての形状を維持できない可能性がある。このため、内層部4のNの平均濃度は、0.001〜0.5%とするのが好ましい。
[N: 0.001 to 0.5%]
When the average concentration of N is less than 0.001%, the effect of increasing the strength of the inner layer portion 4 as compared with the surface layer portions 2 and 3 is hardly observed, and the characteristics of the titanium composite material 1 cannot be improved. On the other hand, when the average concentration of N exceeds 0.5%, the toughness of the inner layer portion 4 is deteriorated, cracks occur frequently during hot working and cold working, and the plate thickness direction of the inner layer portion 4 is divided and peeled off. Therefore, there is a possibility that the shape of the titanium composite material 1 cannot be maintained. Therefore, the average concentration of N in the inner layer portion 4 is preferably 0.001 to 0.5%.

[O:0.01〜1.0%]
Oは、その平均濃度が0.01%未満であると、表層部2,3よりも内層部4の強度を高める効果を殆ど認められず、チタン複合材1の特性を向上できない。一方、Oの平均濃度が1.0%を超えると、内層部4の靭性を劣化させ、熱間加工や冷間加工時に割れが多発して、内層部4の板厚方向が分断、剥離して、チタン複合材1としての形状を維持できない可能性がある。このため、内層部4のOの平均濃度は、0.01〜1.0%とするのが好ましい。
[O: 0.01 to 1.0%]
When the average concentration of O is less than 0.01%, the effect of increasing the strength of the inner layer portion 4 as compared with the surface layer portions 2 and 3 is hardly observed, and the characteristics of the titanium composite material 1 cannot be improved. On the other hand, when the average concentration of O exceeds 1.0%, the toughness of the inner layer portion 4 is deteriorated, cracks occur frequently during hot working and cold working, and the plate thickness direction of the inner layer portion 4 is divided and peeled off. Therefore, there is a possibility that the shape of the titanium composite material 1 cannot be maintained. Therefore, the average concentration of O in the inner layer portion 4 is preferably 0.01 to 1.0%.

表層部および内層部の成分分析は、公知の方法(例えば、JIS H 1612(1993)、JIS H 1614(1995)、JIS H 1615(1997)、JIS H 1617(1995)、JIS H 1619(2012)、JIS H 1620(1995))により求める。なお、この際、チタン複合材から表層部および内層部をそれぞれ切り出してから測定を行う。表層部は切削等で加工して得た切粉等から、内層部は表層削除後の残材から分析試料を採取して分析するのが効率的である。分析試料は、表層部、内層部の板厚方向の中心部から0.5g以上を採取する。表層部または内層部の厚さが薄く十分な量の切粉を得られない場合には、チタン複合材の全体の成分分析を行いその分析値と、表層部または内層部のいずれかの分析値と、それぞれの板厚から、表層または内層部の成分を算出(逆算)してもよい。 Component analysis of the surface layer and inner layer is performed by known methods (for example, JIS H 1612 (1993), JIS H 1614 (1995), JIS H 1615 (1997), JIS H 1617 (1995), JIS H 1619 (2012)). , JIS H 1620 (1995)). At this time, the surface layer portion and the inner layer portion are cut out from the titanium composite material, and then the measurement is performed. It is efficient to collect an analysis sample from chips and the like obtained by processing the surface layer portion and from the residual material after removing the surface layer from the inner layer portion for analysis. As an analysis sample, 0.5 g or more is collected from the central portion of the surface layer portion and the inner layer portion in the plate thickness direction. If the surface layer or inner layer is too thin to obtain a sufficient amount of chips, the entire composition of the titanium composite is analyzed and the analysis value and the analysis value of either the surface layer or the inner layer are analyzed. And, the component of the surface layer or the inner layer portion may be calculated (back calculation) from each plate thickness.

(b−2)内層部4の空隙率
チタン複合材1の空隙43の空隙率が多過ぎると、バルク金属としての機械的特性(強度や延性)が得られない。一方、空隙43は少ないほど望ましいが、空隙を完全に圧着させるためには、大圧下が必要となる。その結果、製造されるチタン複合材1の形状(厚さ)が制限され、さらには、製造コストが嵩む。
(B-2) Porosity of Inner Layer 4 If the porosity of the void 43 of the titanium composite material 1 is too large, mechanical properties (strength and ductility) as a bulk metal cannot be obtained. On the other hand, the smaller the gap 43 is, the more desirable it is, but in order to completely crimp the gap, a large reduction is required. As a result, the shape (thickness) of the titanium composite material 1 to be manufactured is limited, and the manufacturing cost is increased.

一方、チタン複合材1としての構造を維持するのに十分な機械的特性(強度や延性など)を有する程度に空隙43が含有される場合には、内層部4の密度が低くなり、チタン複合材1の軽量化を図ることができる。 On the other hand, when the void 43 is contained to such an extent that it has sufficient mechanical properties (strength, ductility, etc.) to maintain the structure of the titanium composite material 1, the density of the inner layer portion 4 becomes low, and the titanium composite The weight of the material 1 can be reduced.

以上のように、バルク金属としての機械的特性が重要な場合には空隙率を低くし、一方、チタン複合材1の軽量化を優先する場合には、空隙率を高くする。このように、用途に応じて、空隙率を選択することが可能である。この際の空隙率の範囲は、0%超30%以下であることが好ましく、0%超10%以下がより好ましい。なお、空隙率を10%以下とすることにより、一般的な工業用純チタンと遜色のない機械的特性を具備することができる。 As described above, the porosity is lowered when the mechanical properties of the bulk metal are important, while the porosity is raised when the weight reduction of the titanium composite material 1 is prioritized. In this way, the porosity can be selected according to the application. The range of the porosity at this time is preferably more than 0% and 30% or less, and more preferably more than 0% and 10% or less. By setting the porosity to 10% or less, it is possible to provide mechanical properties comparable to those of general industrial pure titanium.

チタン複合材1の内層部4に残存する空隙43の割合(空隙率)は、次のように算出される。チタン複合材1の長さ方向(圧延方向)に平行な厚さ断面が観察できるように樹脂に埋め込んだ後、ダイヤモンドまたはアルミナ研濁液を用いて観察面を研磨し(鏡面化仕上げ)、観察用試料に仕上げる。 The ratio (porosity) of the voids 43 remaining in the inner layer portion 4 of the titanium composite material 1 is calculated as follows. After embedding the titanium composite material 1 in a resin so that a cross section having a thickness parallel to the length direction (rolling direction) can be observed, the observation surface is polished with a diamond or alumina turbid solution (mirror finish) and observed. Finish as a sample for use.

この鏡面化仕上げを行った観察用試料は、光学顕微鏡で異なる位置の20か所の厚さ中心部について、撮影される。ここで、中心部とは、チタン複合材1が板の場合は、板厚中心であり、丸棒の場合は円断面の中心である。その光学顕微鏡写真にて観察される空隙43の面積割合を測定して、20枚の写真の空隙率の値を平均した結果を空隙率として算出する。 The mirrored observation sample is photographed with an optical microscope at 20 different thickness centers. Here, the central portion is the center of the plate thickness when the titanium composite material 1 is a plate, and the center of the circular cross section when the titanium composite material 1 is a round bar. The area ratio of the void 43 observed in the optical micrograph is measured, and the result of averaging the values of the porosity of 20 photographs is calculated as the porosity.

なお、光学顕微鏡で組織写真を撮影する際には、チタン複合材1の空隙の大きさ、または空隙率に応じて適正な倍率を選択する。例えば、空隙率が1%以下の場合は、空隙が小さいので、500倍程度の高倍率で観察して、写真撮影を行うのが好ましい。空隙率が10%以上の場合は、大きな空隙が多くなるので、20倍程度の低倍率で観察を行い、写真撮影を行うのが好ましい。また、空隙が小さくなるような空隙率が1%以下の場合、偏光観察が可能な微分干渉顕微鏡を用いることにより、通常の光学顕微鏡よりもより明瞭に観察することができる。 When taking a tissue photograph with an optical microscope, an appropriate magnification is selected according to the size of the voids of the titanium composite material 1 or the porosity. For example, when the porosity is 1% or less, the porosity is small, so it is preferable to observe at a high magnification of about 500 times and take a photograph. When the porosity is 10% or more, there are many large voids, so it is preferable to observe at a low magnification of about 20 times and take a photograph. Further, when the porosity such that the void becomes small is 1% or less, it can be observed more clearly than a normal optical microscope by using a differential interference microscope capable of polarization observation.

(b−3)内層部4の組織
図1に示すように、チタン複合材1中の内層部4には、チタン化合物42が多く含まれている。このチタン化合物42は、チタン複合材1の製造過程における熱間加工などにより、チタン化合物42の周囲にそれぞれの構成元素(すなわち、炭化物の周囲に炭素、窒化物の周囲に窒素、または酸化物の周囲に酸素)がチタン41に拡散するが、チタン41に固溶できないそれぞれの構成元素は、チタン化合物42としてチタン材41に分散した状態で残存する。このとき、チタン化合物42は、加工(圧延)方向に並び、筋状化合物集合体42aを構成している。また、チタン化合物42は、完全に化合物を形成しているもののほか、内部に炭素が存在している化合物を含む。例えば、チタン化合物の素材として炭素を用いた場合、熱間圧延等の製造過程において炭素がチタンと反応してチタン化合物を形成するが、そのチタン化合物の内部にチタンと反応しきれなかった炭素が残存することがある。
(B-3) Structure of Inner Layer 4 As shown in FIG. 1, the inner layer 4 in the titanium composite 1 contains a large amount of the titanium compound 42. The titanium compound 42 contains carbon around the titanium compound 42 (that is, carbon around the carbide, nitrogen or oxide around the nitride) due to hot working in the manufacturing process of the titanium composite material 1. Oxygen) diffuses into the titanium 41 in the surroundings, but each constituent element that cannot be dissolved in the titanium 41 remains as a titanium compound 42 in a dispersed state in the titanium material 41. At this time, the titanium compounds 42 are arranged in the processing (rolling) direction to form a streak compound aggregate 42a. Further, the titanium compound 42 includes a compound in which carbon is present in the titanium compound 42, in addition to the compound in which the compound is completely formed. For example, when carbon is used as a material for a titanium compound, carbon reacts with titanium to form a titanium compound in a manufacturing process such as hot rolling, but carbon that cannot completely react with titanium is contained inside the titanium compound. May remain.

(b−3−1)チタン化合物の形状
図2は、筋状化合物集合体42aを模式的に示す図である。図2に示すように、筋状化合物集合体42aは、チタン化合物42の粒の中心間距離を圧延方向に投影した距離D(以下、「粒子間距離」という。)が20μm以下である複数のチタン化合物42の集合体を意味する。なお、本明細書において、粒子間距離が20μmを超える場合には別の筋状化合物集合体として扱う。
(B-3-1) Shape of Titanium Compound FIG. 2 is a diagram schematically showing a streak compound aggregate 42a. As shown in FIG. 2, in the streak compound aggregate 42a, a plurality of distances D (hereinafter, referred to as “inter-particle distance”) obtained by projecting the distance between the centers of the particles of the titanium compound 42 in the rolling direction are 20 μm or less. It means an aggregate of titanium compound 42. In the present specification, when the interparticle distance exceeds 20 μm, it is treated as another streak compound aggregate.

筋状化合物集合体42aは、その厚さt(すなわち、圧縮加工方向の大きさ。)が100μm以下であることが好ましい。この厚さが100μmを超えると、チタン複合材を加工する際に、チタン化合物42を起点に割れが発生する可能性が大きくなるからである。一方、筋状化合物集合体42aは、その長さL(すなわち、加工方向の大きさ)は、厚さ方向の大きさ(厚さ)tの2.0倍以上(すなわち、L/t≧2.0)であることが好ましく、3.0倍以上(すなわち、L/t≧3.0)であることがより好ましい。長さLが小さいと、引張応力を受けた際に、このチタン化合物を起点に内層部が破断しやすくなるからである。なお、L/t≦100とするのが好ましく、L/t≦40とするのがより好ましい。 The thickness t (that is, the size in the compression processing direction) of the streaky compound aggregate 42a is preferably 100 μm or less. This is because if the thickness exceeds 100 μm, there is a high possibility that cracks will occur starting from the titanium compound 42 when the titanium composite material is processed. On the other hand, the length L (that is, the size in the processing direction) of the streak compound aggregate 42a is 2.0 times or more (that is, L / t ≧ 2) the size (thickness) t in the thickness direction. .0) is preferable, and 3.0 times or more (that is, L / t ≧ 3.0) is more preferable. This is because if the length L is small, the inner layer portion is likely to break from this titanium compound when subjected to tensile stress. It is preferable that L / t ≦ 100, and more preferably L / t ≦ 40.

筋状化合物集合体42aの大きさ(長さLおよび厚さt)は、次のように算出される。チタン複合材1の長さ方向(圧延方向)および厚さ方向に平行な断面(厚さ断面)を観察面とするように樹脂に埋め込んだ後、ダイヤモンドまたはアルミナ研濁液を用いて観察面を研磨して観察用試料に仕上げる。 The size (length L and thickness t) of the streak compound aggregate 42a is calculated as follows. After embedding the titanium composite material 1 in a resin so that the cross section parallel to the length direction (rolling direction) and the thickness direction (thickness cross section) is the observation surface, the observation surface is made using a diamond or alumina polishing liquid. Polish to finish the sample for observation.

光学顕微鏡を用いて、上記観察面の厚さ中心部の異なる位置の20か所を写真撮影する。ここで、厚さ中心部は、チタン複合材1が板である場合は板厚中心部であり、丸棒である場合は円断面の中心である。得られた20枚の写真において、筋状化合物集合体42aの長さLと厚さtを測定し、それぞれの値の平均値を長さLと厚さtとし、L/tを計算する。 Using an optical microscope, 20 photographs are taken at different positions at the center of the thickness of the observation surface. Here, the thickness center portion is the plate thickness center portion when the titanium composite material 1 is a plate, and is the center of the circular cross section when the titanium composite material 1 is a round bar. In the obtained 20 photographs, the length L and the thickness t of the streak compound aggregate 42a are measured, and the average value of the respective values is defined as the length L and the thickness t, and L / t is calculated.

(b−3−2)拡散層の存在
チタン化合物42のそれぞれの粒の周囲には、それぞれの構成元素(すなわち、炭化物の場合は炭素、窒化物の場合は窒素、酸化物の場合は酸素)の拡散層が存在する。拡散層とは、内層部4のチタン41に分散したチタン化合物42において、その構成元素(炭素、窒素または酸素)がチタン化合物42を中心として周辺のチタン41に拡散し、濃度勾配が形成された層をいう。
(B-3-2) Presence of Diffuse Layer Around each grain of titanium compound 42, each constituent element (that is, carbon in the case of carbide, nitrogen in the case of nitride, oxygen in the case of oxide). There is a diffusion layer of. The diffusion layer is a titanium compound 42 dispersed in titanium 41 of the inner layer portion 4, and its constituent elements (carbon, nitrogen or oxygen) are diffused to the surrounding titanium 41 centering on the titanium compound 42, and a concentration gradient is formed. Refers to a layer.

図3は、チタン複合材1の長さ方向(圧延方向)および厚さ方向に平行な断面(厚さ断面)において、1つの粒の厚さ方向の距離とその周囲の構成元素濃度分布の概念を示した図である。拡散層は、チタン複合材1を製造する過程で、加熱保持された際(熱間圧延前の加熱、熱間圧延中、熱間圧延後の熱処理等)に、チタン化合物42の粒から周囲のチタン41に各構成元素が拡散してできた層である。図3に示すように、拡散層は、内層部4のチタン41に含まれている各構成元素の値よりも多く含まれている。この拡散層が存在することにより、内層部4のチタン化合物42の粒とチタン41が強固に結合する。このため、チタン複合材1を加工する際にチタン化合物42を起点に割れることがない。 FIG. 3 shows the concept of the distance in the thickness direction of one grain and the concentration distribution of constituent elements around it in the cross section (thickness cross section) parallel to the length direction (rolling direction) and the thickness direction of the titanium composite material 1. It is a figure which showed. When the diffusion layer is heated and held in the process of producing the titanium composite material 1 (heating before hot rolling, heat treatment during hot rolling, heat treatment after hot rolling, etc.), the surroundings from the grains of the titanium compound 42 It is a layer formed by diffusing each constituent element into titanium 41. As shown in FIG. 3, the diffusion layer is contained in a larger amount than the value of each constituent element contained in the titanium 41 of the inner layer portion 4. Due to the presence of this diffusion layer, the particles of the titanium compound 42 in the inner layer portion 4 and the titanium 41 are firmly bonded. Therefore, when the titanium composite material 1 is processed, the titanium compound 42 is not cracked as a starting point.

この拡散層は次のようにして把握できる。チタン複合材1の長さ方向(圧延方向)および厚さ方向に平行な断面(厚さ断面)を観察面とするように樹脂に埋め込んだ後、ダイヤモンドまたはアルミナ研濁液を用いて観察面を研磨して観察用試料に仕上げる。EPMAを用いて、上記観察用試料で観察されるチタン化合物42の粒が中心になるようにして厚さ方向に線分析を行う。分析の対象は、それぞれの構成元素(すなわち、炭化物の場合は炭素、窒化物の場合は窒素、酸化物の場合は酸素)である。内層部4のチタン41の値を基準にしてそれよりも濃度の高く、粒子を除いた領域が拡散層である。 This diffusion layer can be grasped as follows. After embedding the titanium composite material 1 in a resin so that the cross section parallel to the length direction (rolling direction) and the thickness direction (thickness cross section) is the observation surface, the observation surface is made using a diamond or alumina polishing liquid. Polish to finish the sample for observation. Using EPMA, line analysis is performed in the thickness direction so that the grains of the titanium compound 42 observed in the observation sample are centered. The subject of analysis is each constituent element (ie, carbon for carbides, nitrogen for nitrides, oxygen for oxides). Based on the value of titanium 41 in the inner layer portion 4, the concentration is higher than that, and the region excluding the particles is the diffusion layer.

前記の拡散層の厚さは、色々な因子によって変化する。例えば、チタン化合物を添加する場合、(1) チタン化合物の分解、(2)周辺へのそれぞれの構成元素の拡散、によって形成されるために、チタン化合物の分解速度とそれぞれの構成元素のチタン材内での拡散速度によって変化する。また、製造時の熱履歴によっても変化する。さらに、熱間圧延素材としての梱包体の加熱時における、スポンジチタン等とチタン化合物の接触程度によっても変化する。よって、拡散層の厚さは同一材の中でも色々な拡散層の厚さを有することになり、一義的に決定することは困難であるが、チタン化合物やそれぞれの構成元素が存在する、または存在した部分を中心に、少なからず形成される。 The thickness of the diffusion layer varies depending on various factors. For example, when a titanium compound is added, it is formed by (1) decomposition of the titanium compound and (2) diffusion of each constituent element to the periphery, so that the decomposition rate of the titanium compound and the titanium material of each constituent element are formed. It changes depending on the diffusion rate within. It also changes depending on the heat history at the time of manufacture. Further, it also changes depending on the degree of contact between the titanium sponge or the like and the titanium compound when the package as the hot-rolled material is heated. Therefore, the thickness of the diffusion layer has various thicknesses of the diffusion layer even in the same material, and it is difficult to uniquely determine it, but the titanium compound and each constituent element are present or exist. It is formed not a little around the part that has been removed.

(b−4)内層部4の厚さ
チタン複合材1の全厚さに対する内層部4の厚さが厚いほど、機械的特性は向上するので、チタン複合材1の全厚さに対して20%超とするのが好ましく、より好ましくは50%超である。一方、厚すぎると、加工性が劣化するので、内層部4の厚さは、チタン複合材1の全厚さに対して95%以下とするのが好ましい。
(B-4) Thickness of Inner Layer 4 The thicker the inner layer 4 with respect to the total thickness of the titanium composite 1, the better the mechanical properties. Therefore, 20 is obtained with respect to the total thickness of the titanium composite 1. It is preferably more than%, more preferably more than 50%. On the other hand, if it is too thick, the workability deteriorates, so that the thickness of the inner layer portion 4 is preferably 95% or less with respect to the total thickness of the titanium composite material 1.

2.本発明に係る梱包体5の構成
チタン梱包体5は、チタン梱包材6と充填材7,8とを備える。チタン梱包体5の形状は、特定の形状に限られるものではないが、製造されるチタン複合材1の形状によって決められる。板材のチタン複合材1を製造する場合は、直方体形状のチタン梱包体5を用いる。また、丸棒や線材、さらには押出材のチタン複合材1を製造する場合には、円柱形または八角柱等多角柱形状のチタン梱包体5を用いる。チタン梱包体5の大きさは、製品の大きさ(厚さ、幅や長さ)および製造量(質量)により決められる。
2. 2. Configuration of Packing Body 5 According to the Present Invention The titanium packing body 5 includes a titanium packing material 6 and fillers 7 and 8. The shape of the titanium packaging body 5 is not limited to a specific shape, but is determined by the shape of the titanium composite material 1 to be manufactured. When the titanium composite material 1 of the plate material is manufactured, a rectangular parallelepiped titanium packing body 5 is used. Further, in the case of manufacturing a round bar, a wire rod, or a titanium composite material 1 as an extruded material, a titanium packing body 5 having a polygonal pillar shape such as a cylinder or an octagonal pillar is used. The size of the titanium packing body 5 is determined by the size (thickness, width and length) of the product and the production amount (mass).

(a)チタン梱包材6
(a−1)チタン梱包材6化学組成
チタン梱包材6は、チタン複合材1の表層部2,3と同様、JIS1種〜JIS4種に属する工業用純チタンまたはチタン合金材を用いる。
(A) Titanium packing material 6
(A-1) Titanium Packing Material 6 Chemical Composition As the titanium packing material 6, industrial pure titanium or a titanium alloy material belonging to JIS 1 to JIS 4 is used as in the surface layer portions 2 and 3 of the titanium composite material 1.

(a−2)チタン梱包材6形状
チタン梱包材6の形状は、熱間加工用素材として用いられるチタン梱包体5の形状に依存するため、特に定形はなく、板材や管材などを用いることができる。
(A-2) Titanium packing material 6 shape Since the shape of the titanium packing material 6 depends on the shape of the titanium packing body 5 used as a material for hot processing, there is no particular fixed shape, and a plate material, a pipe material, or the like may be used. it can.

熱間加工および冷間加工、焼鈍などの製造工程を経て製造されるチタン複合材1に優れた表面性状、内層部4の保持、および加工性を具備させるためには、チタン梱包材6の厚さが重要となる。 In order for the titanium composite material 1 manufactured through manufacturing processes such as hot working, cold working, and annealing to have excellent surface properties, retention of the inner layer portion 4, and workability, the thickness of the titanium packing material 6 is required. Is important.

チタン梱包材6の厚さが1mm未満と薄い場合には、塑性変形に伴って熱間加工の途中で、チタン梱包材6が破断し、チタン梱包体5内部の一部が脱落する。この場合、同時に真空が破れて、チタン梱包体5の内部に充填されているチタン材7の酸化が生じる。また、チタン梱包体5の内部に充填されたチタン材7の起伏がチタン梱包体5の表面に転写され、熱間加工中に大きな表面起伏を生じるおそれもある。 When the thickness of the titanium packing material 6 is as thin as less than 1 mm, the titanium packing material 6 breaks during the hot working due to the plastic deformation, and a part of the inside of the titanium packing body 5 falls off. In this case, the vacuum is broken at the same time, and the titanium material 7 filled inside the titanium packing body 5 is oxidized. In addition, the undulations of the titanium material 7 filled inside the titanium packaging body 5 may be transferred to the surface of the titanium packaging body 5, causing large surface undulations during hot working.

これらの結果、製造されるチタン複合材1は、表面性状または延性などの機械的特性が劣化する。さらに、チタン梱包材6が過度に薄くなると、内部に充填したチタン材7の重量を支え切れないおそれがある。このため、室温や熱間保持または加工中にチタン梱包体5の剛性が不足して変形するおそれがある。 As a result, the produced titanium composite material 1 deteriorates in mechanical properties such as surface texture or ductility. Further, if the titanium packing material 6 becomes excessively thin, the weight of the titanium material 7 filled therein may not be supported. Therefore, the rigidity of the titanium package 5 may be insufficient and the titanium package 5 may be deformed during room temperature, hot holding, or processing.

これら問題が発生することなく熱間加工を行うことができ、優れた表面性状、内層部4の保持および加工性を具備したチタン複合材1を製造するために、チタン梱包材6の厚さは、好ましくは1mm以上であり、より好ましくは2mm以上である。 In order to produce a titanium composite material 1 which can be hot-worked without causing these problems and has excellent surface properties, retention of the inner layer portion 4 and workability, the thickness of the titanium packing material 6 is increased. , It is preferably 1 mm or more, and more preferably 2 mm or more.

さらに、チタン梱包材6の厚さは、チタン梱包体5の全厚さの25%以下が好ましい。チタン梱包材6の厚さが、チタン梱包体5の全厚さの25%より厚いと、製造上の問題は特にないものの、チタン梱包体5の全厚さに占めるチタン梱包材6の割合が大きくなり、内部、または内層部4の厚さが薄くなる。このため、チタン梱包体5内部のチタン化合物量が少なくなり、機械的特性向上効果が低くなるため好ましくない。 Further, the thickness of the titanium packing material 6 is preferably 25% or less of the total thickness of the titanium packing body 5. If the thickness of the titanium packing material 6 is thicker than 25% of the total thickness of the titanium packing body 5, there is no particular problem in manufacturing, but the ratio of the titanium packing material 6 to the total thickness of the titanium packing body 5 is It becomes larger and the thickness of the inner or inner layer portion 4 becomes thinner. Therefore, the amount of the titanium compound inside the titanium packaging body 5 is reduced, and the effect of improving the mechanical properties is reduced, which is not preferable.

(b)充填材7,8
(b−1)チタン材7
充填材としてのチタン材7は、スポンジチタン、チタンブリケットおよびチタンスクラップから選択される1種以上である。
(B) Fillers 7, 8
(B-1) Titanium material 7
The titanium material 7 as a filler is one or more selected from sponge titanium, titanium briquette and titanium scrap.

(b−1−1)チタン材7の化学組成
チタン材7の化学組成は、JIS1種〜JIS4種に相当する工業用純チタンを用いることができる。すなわち、C:0.08%以下、H:0.013%以下、O:0.4%以下、N:0.05%以下、Fe:0.5%以下、残部Tiおよび不純物の化学組成を有する。
(B-1-1) Chemical Composition of Titanium Material 7 As the chemical composition of the titanium material 7, industrial pure titanium corresponding to JIS type 1 to JIS type 4 can be used. That is, the chemical composition of C: 0.08% or less, H: 0.013% or less, O: 0.4% or less, N: 0.05% or less, Fe: 0.5% or less, the balance Ti and impurities. Have.

(b−1−2)チタン材7の形状
チタン材7としては、従来のクロール法などの製錬工程により製造された通常のスポンジチタンを用いることができる。その大きさは、平均粒径で20mm以下であることが好ましい。平均粒径が20mmより大きいと、チタン化合物等の粉末8と均一に混合し難く、熱間加工によって製造したチタン複合材1の内層部4内でチタン化合物のむらを生じるおそれがある。一方、平均粒径が小さい場合には、特性面では問題はないが、チタン材7の平均粒径が0.5mm未満では、破砕するのに時間がかかり、微細な粉塵の発生も多く飛散するため、製造効率が悪くなる。このため、チタン材の平均粒径は0.5mm以上であることが好ましい。
(B-1-2) Shape of Titanium Material 7 As the titanium material 7, ordinary sponge titanium produced by a smelting process such as a conventional Kroll process can be used. The size is preferably 20 mm or less in terms of average particle size. If the average particle size is larger than 20 mm, it is difficult to uniformly mix the powder 8 such as the titanium compound, and the titanium compound may be uneven in the inner layer portion 4 of the titanium composite material 1 manufactured by hot working. On the other hand, when the average particle size is small, there is no problem in terms of characteristics, but when the average particle size of the titanium material 7 is less than 0.5 mm, it takes time to crush and a large amount of fine dust is scattered. Therefore, the manufacturing efficiency deteriorates. Therefore, the average particle size of the titanium material is preferably 0.5 mm or more.

チタン材7としては、チタンスクラップを用いることできる。例えば、チタンスクラップは、工業用純チタン材の製造工程で発生する製品にならない端材、工業用純チタン素材を製品形状とするために切削、研削した際に発生するチタン切粉、製品として使用した後の不要になった工業用純チタン材等である。チタンスクラップは、大き過ぎると、搬送し難い、チタン梱包体5に入れ難いといった問題があるので、適宜切断するのが望ましい。 As the titanium material 7, titanium scrap can be used. For example, titanium scrap is used as scraps that are not produced in the manufacturing process of industrial pure titanium material, titanium chips generated when cutting and grinding industrial pure titanium material to make it into a product shape, and as products. It is an industrial pure titanium material that is no longer needed after it has been used. If the titanium scrap is too large, there are problems that it is difficult to transport it and it is difficult to put it in the titanium packing body 5, so it is desirable to cut it appropriately.

スポンジチタンまたはチタンスクラップは塊状であるため、素材の間には空隙(すきま)9がある。スポンジチタン等のハンドリング性向上、またはこれら空隙を少なくするために、予めスポンジチタン等およびチタン化合物等の粉末8を混合後に圧縮成形して、図5に示すようなブリケット10としてからチタン梱包体5に入れてもよい。 Since titanium sponge or titanium scrap is lumpy, there are gaps 9 between the materials. In order to improve the handleability of titanium sponge or the like or reduce these voids, powder 8 of titanium sponge or the like and a titanium compound or the like is mixed in advance and then compression-molded to form a briquette 10 as shown in FIG. You may put it in.

(b−2)チタン化合物等の粉末8
(b−2−1)チタン化合物等の粉末8の化学組成
チタン化合物等の粉末8は、例えば、炭化物の場合、炭素粉末、TiC粉末等が例示され、窒化物の場合、TiN粉末のほか、FeN粉末、FeN粉末等(ただし、内層部4のチタンのFe濃度がJIS規格を超えてはならない。)が例示され、酸化物の場合、TiO粉末、TiO粉末、Ti粉末のほか、FeO粉末、Fe粉末やFe粉末等(ただし、内層部4のチタンのFe濃度がJIS規格を超えてはならない。)が例示される。これらの粉末8は、市販されているものを用いればよい。
(B-2) Powder of titanium compound or the like 8
(B-2-1) Chemical composition of powder 8 such as titanium compound The powder 8 such as titanium compound includes, for example, carbon powder, TiC powder and the like in the case of carbide, TiN powder and the like in the case of nitride, and the like. Examples include Fe 3 N powder, Fe 4 N powder, etc. (however, the Fe concentration of titanium in the inner layer 4 must not exceed the JIS standard), and in the case of oxides, TiO powder, TiO 2 powder, Ti 2 O 3 powder addition, FeO powder, Fe 2 O 3 powder and Fe 3 O 4 powder and the like (provided that, Fe concentration of titanium in the inner layer portion 4 should not exceed a JIS standard.) is exemplified. As these powders 8, commercially available powders 8 may be used.

(b−2−2)チタン化合物等の粉末8の形状
チタン化合物等の粉末8の平均粒径が50μmを超えると、チタン材7と均一に混合し難い。よって、チタン複合材1の内層部4内でチタン化合物を均一に分散させることができなくなる。このため、チタン化合物等の粉末8の平均粒径は、好ましくは50μm以下である。
(B-2-2) Shape of Powder 8 of Titanium Compound or the like If the average particle size of the powder 8 of the titanium compound or the like exceeds 50 μm, it is difficult to uniformly mix with the titanium material 7. Therefore, the titanium compound cannot be uniformly dispersed in the inner layer portion 4 of the titanium composite material 1. Therefore, the average particle size of the powder 8 such as the titanium compound is preferably 50 μm or less.

一方、チタン化合物等の粉末8の平均粒径がより小さい場合には特性面では問題はないものの、小さ過ぎると、チタン材7と混合する際、またはチタン梱包体5中に充填する際に、粉塵の飛散が問題になって作業に支障をきたすおそれがある。このため、チタン化合物等の粉末8の平均粒径は0.1μm以上であることが好ましい。 On the other hand, if the average particle size of the powder 8 such as the titanium compound is smaller, there is no problem in terms of characteristics, but if it is too small, when it is mixed with the titanium material 7 or when it is filled in the titanium packing body 5. Scattering of dust may become a problem and hinder work. Therefore, the average particle size of the powder 8 of the titanium compound or the like is preferably 0.1 μm or more.

(C)梱包体5の内部圧力
チタン梱包体5内の空隙43に空気が残存していると、熱間加工前の加熱時にチタン材7が酸化・窒化してしまい、製造されるチタン複合材1の延性が低下する。このため、チタン梱包体5内を減圧して高真空とすることが有効である。
(C) Internal pressure of the packing body 5 If air remains in the gap 43 in the titanium packing body 5, the titanium material 7 is oxidized and nitrided during heating before hot working, and the titanium composite material to be manufactured is produced. The ductility of 1 decreases. Therefore, it is effective to reduce the pressure inside the titanium packing body 5 to create a high vacuum.

熱間加工時のチタン材7の酸化・窒化を防止するためには、チタン梱包体5の内部圧力(絶対圧)を10Pa以下、好ましくは1Pa以下にすることがよい。チタン梱包体5の内部圧力が10Paより大きいと、残留している空気によりチタン材7が酸化、または窒化してしまう。内部圧力を極端に小さくすることは、装置の気密性向上、および真空排気装置の増強などを要し、製造コストの増大に繋がるので、内部圧力の下限は、1×10−3Paとするのがよい。In order to prevent oxidation and nitriding of the titanium material 7 during hot working, the internal pressure (absolute pressure) of the titanium packing body 5 is preferably 10 Pa or less, preferably 1 Pa or less. If the internal pressure of the titanium packing body 5 is larger than 10 Pa, the titanium material 7 is oxidized or nitrided by the remaining air. Reducing the internal pressure extremely requires improvement of the airtightness of the device and enhancement of the vacuum exhaust device, which leads to an increase in manufacturing cost. Therefore, the lower limit of the internal pressure is set to 1 × 10 -3 Pa. Is good.

3.チタン複合材1の製造方法
チタン複合材1は、チタン梱包体5に熱間加工、またはさらに冷間加工を行うことにより製造される。
3. 3. Manufacturing Method of Titanium Composite Material 1 The titanium composite material 1 is manufactured by hot-working or further cold-working the titanium packaging body 5.

(a)熱間加工方法
熱間加工の方法は、製品の形状によって選択することができる。板材のチタン複合材1を製造する場合は、直方体形状(スラブ)のチタン梱包体5を加熱して、熱間圧延を行い、チタン板とする。必要に応じて、従来工程と同様に、熱間圧延後に表面の酸化層を酸洗などで除去した後、冷間圧延を行い、さらに薄く加工してもよい。
(A) Hot working method The hot working method can be selected according to the shape of the product. When the titanium composite material 1 of the plate material is manufactured, the titanium packing body 5 having a rectangular parallelepiped shape (slab) is heated and hot-rolled to obtain a titanium plate. If necessary, as in the conventional step, after hot rolling, the oxide layer on the surface may be removed by pickling or the like, and then cold rolling may be performed to further reduce the thickness.

丸棒や線材のチタン複合材1を製造する場合は、円柱や多角形形状(ビレット)のチタン梱包体5を加熱して、熱間圧延や熱間押し出しを行い、チタン丸棒や線材とする。また、必要に応じて、従来工程と同様に、熱間加工後に酸化層を酸洗などで除去した後、冷間圧延を行い、さらに細く加工してもよい。 When manufacturing a titanium composite material 1 of a round bar or a wire rod, the titanium packing body 5 having a cylindrical or polygonal shape (billet) is heated and hot-rolled or hot-extruded to obtain a titanium round bar or a wire rod. .. Further, if necessary, as in the conventional step, the oxide layer may be removed by pickling or the like after hot working, and then cold rolling may be performed to further reduce the thickness.

(a−1)熱間加工の加熱温度
さらに、押出形材のチタン複合材1を製造する場合は、円柱や多角形形状(ビレット)のチタン梱包体5を加熱して、熱間押出を行い、種々の断面形状のチタン形材とする。熱間加工前の加熱温度としては、通常のチタンスラブやビレットを熱間加工する場合と同様の加熱温度とすればよい。加熱温度は、チタン梱包体5の大きさや熱間加工の度合い(加工率)によって異なるが、600℃以上1200℃以下に加熱することが好ましい。
(A-1) Heating Temperature for Hot Processing Further, when the titanium composite material 1 of the extruded profile is manufactured, the titanium package 5 having a cylindrical or polygonal shape (billet) is heated to perform hot extrusion. , Titanium profiles with various cross-sectional shapes. The heating temperature before hot working may be the same as the heating temperature when hot working a normal titanium slab or billet. The heating temperature varies depending on the size of the titanium package 5 and the degree of hot working (processing rate), but it is preferable to heat the titanium package 5 to 600 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower.

加熱温度が低過ぎると、チタン梱包体5の高温強度が高く、変形能が低いため、熱間加工中に割れが発生し易い。特に、チタン梱包体5の溶接部が割れて、内部が露出して一部が脱落したり、内部が酸化したりすると、チタン複合材1に必要な特性が得られなくなる。また、チタン化合物の粒の周囲にある構成元素の拡散層が形成されず、内層部のチタン化合物の粒とチタンが十分に結合できない。このため、チタン複合材を加工する際にチタン化合物を起点に割れが発生する場合がある。一方、加熱温度が高過ぎると、得られたチタン複合材1の組織が粗くなり、十分な材料特性が得られない。また、酸化により表面の梱包材6が減肉されてしまう。よって、加熱温度は、600℃〜1200℃とすることが推奨される。 If the heating temperature is too low, the high temperature strength of the titanium package 5 is high and the deformability is low, so that cracks are likely to occur during hot working. In particular, if the welded portion of the titanium packaging body 5 is cracked to expose the inside and partly fall off, or if the inside is oxidized, the characteristics required for the titanium composite material 1 cannot be obtained. Further, the diffusion layer of the constituent elements around the particles of the titanium compound is not formed, and the particles of the titanium compound in the inner layer and the titanium cannot be sufficiently bonded. Therefore, when the titanium composite material is processed, cracks may occur starting from the titanium compound. On the other hand, if the heating temperature is too high, the structure of the obtained titanium composite material 1 becomes coarse, and sufficient material properties cannot be obtained. In addition, the packing material 6 on the surface is thinned by oxidation. Therefore, it is recommended that the heating temperature be 600 ° C to 1200 ° C.

(a−2)熱間加工の加工率
熱間加工の際の加工の度合い、すなわち加工率は、チタン複合材1の内層部4の空隙率を制御するために選択することができる。ここでいう加工率は、チタン梱包体5の断面積と熱間加工後のチタン複合材1の断面積の差を、チタン梱包体5の断面積で除した割合(百分率)である。
(A-2) Processing rate of hot working The degree of processing during hot working, that is, the working rate can be selected in order to control the porosity of the inner layer portion 4 of the titanium composite material 1. The processing ratio referred to here is a ratio (percentage) obtained by dividing the difference between the cross-sectional area of the titanium packaging body 5 and the cross-sectional area of the titanium composite material 1 after hot processing by the cross-sectional area of the titanium packaging body 5.

この加工率が低い場合には、チタン梱包体5内部の空隙43が十分に圧着されないため、熱間加工後であっても、空隙43のまま残存する。このような空隙を多く含むチタン複合材1は、含有する空隙の分だけ軽量となり、機械的特性向上効果にも問題はない。ただし、内層部4に存在する空隙43が多いため、機械的特性が十分に得られない。一方、加工率が増大すると、空隙率は低下して機械的特性が向上する。このため、製造されるチタン複合材1の機械的特性が重要視される場合には、加工率は高いほうが好ましい。 When this processing rate is low, the voids 43 inside the titanium packing body 5 are not sufficiently crimped, so that the voids 43 remain even after hot processing. The titanium composite material 1 containing a large number of such voids is lighter by the amount of the voids contained therein, and there is no problem in the effect of improving mechanical properties. However, since there are many voids 43 existing in the inner layer portion 4, sufficient mechanical properties cannot be obtained. On the other hand, as the processing rate increases, the porosity decreases and the mechanical properties improve. Therefore, when the mechanical properties of the produced titanium composite material 1 are important, a high processing rate is preferable.

(b)熱間加工の工程
熱間圧延後は、焼鈍、冷間圧延に供してもよい。チタン複合材1は、熱間加工材(例えば熱延板)でも、冷間加工材(例えば冷延板)でも、機械的特性向上効果に大きな違いはない。また、表面状態も圧延まま、酸洗仕上げ、焼鈍仕上げのいずれの状態でも良く、機械的特性向上効果は変わらない。
(B) Hot working process After hot rolling, it may be subjected to annealing or cold rolling. The titanium composite material 1 has no significant difference in the effect of improving mechanical properties between a hot-rolled material (for example, hot-rolled plate) and a cold-worked material (for example, cold-rolled plate). Further, the surface condition may be any of the rolled state, the pickling finish and the annealing finish, and the effect of improving the mechanical properties does not change.

4.チタン梱包体5の製造方法
(a)充填材7,8の混合
チタン材7にチタン化合物等の粉末8を均一かつ高密度で充填する必要がある。このためには、これらのチタン材7およびチタン化合物等の粉末8を容器に充填して回転または振動させて、内部のチタン材7、およびチタン化合物等の粉末8が均一に分散するように混合すればよい。
4. Manufacturing Method of Titanium Package 5 (a) Mixing of Filling Materials 7 and 8 It is necessary to fill the titanium material 7 with powder 8 such as a titanium compound uniformly and at high density. For this purpose, the titanium material 7 and the powder 8 such as the titanium compound are filled in a container and rotated or vibrated, and the titanium material 7 inside and the powder 8 such as the titanium compound are mixed so as to be uniformly dispersed. do it.

撹拌する方法は、容器を上下方向に回転させる、水平から20〜70°傾けて斜め方向に回転させる、容器を上下方向や水平方向等に振動させる、あるいは容器内に撹拌子を挿入して撹拌子を回転させたりする方法等が挙げられる。 The method of stirring is to rotate the container vertically, tilt it 20 to 70 ° from the horizontal and rotate it diagonally, vibrate the container vertically or horizontally, or insert a stirrer into the container to stir. Examples include a method of rotating the child.

撹拌時間は、容器の大きさや混合するチタン材7、およびチタン化合物等の粉末8の量により変化するが、1〜30分間であるのが好ましい。生産性を考慮すると、数分間で均一に混合できるように、容器の大きさや処理量を決めることが好ましい。 The stirring time varies depending on the size of the container, the amount of the titanium material 7 to be mixed, and the amount of the powder 8 such as the titanium compound, but is preferably 1 to 30 minutes. Considering productivity, it is preferable to determine the size of the container and the amount to be processed so that the mixture can be uniformly mixed in a few minutes.

混合したチタン材7とチタン化合物等の粉末8は、そのままでチタン梱包体5内に充填する。あるいは、チタン材7のハンドリング性向上やこれら空隙を少なくするために、圧縮成形して図5に示すようなチタンブリケット10としてから、チタン梱包体5内に格納してもよい。 The mixed titanium material 7 and the powder 8 of the titanium compound or the like are filled in the titanium packing body 5 as they are. Alternatively, in order to improve the handleability of the titanium material 7 and reduce these voids, the titanium briquette 10 may be compression-molded as shown in FIG. 5 and then stored in the titanium packing body 5.

(b)溶接
チタン梱包材6を溶接部11で溶接する方法には、TIG溶接またはMIG溶接等のアーク溶接、ならびに電子ビーム溶接やレーザー溶接等が例示され、特に限定はされない。ただし、溶接雰囲気は、チタン材7、およびチタン梱包材6の面が酸化、または窒化されないように、真空雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気で溶接を行うことが好ましい。
(B) Welding Examples of the method of welding the titanium packing material 6 at the welded portion 11 include arc welding such as TIG welding and MIG welding, electron beam welding, laser welding and the like, and are not particularly limited. However, as for the welding atmosphere, it is preferable to perform welding in a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere so that the surfaces of the titanium material 7 and the titanium packing material 6 are not oxidized or nitrided.

チタン梱包材6のつなぎ目(溶接部11)を最後に溶接する際には、チタン梱包体5を真空雰囲気の容器(チャンバー)に入れて溶接を行い、チタン梱包体5の内部を真空に保つことが好ましい。 When the joint (welded portion 11) of the titanium packing material 6 is finally welded, the titanium packing body 5 is placed in a container (chamber) in a vacuum atmosphere for welding, and the inside of the titanium packing body 5 is kept in a vacuum. Is preferable.

図6に示すように、チタン化合物等の粉末8と混合し圧縮成形したチタンブリケット10を梱包材であるチタン展伸材で覆い、チタン展伸材の全周囲をシーム溶接(回転電極を用いた抵抗溶接)して密閉し、チタン梱包体12を製造してもよい。この際、事前に端部に穴をあけて銅管をろう溶接した銅管を通して、チタン展伸材の内部を所定の圧力になるまで減圧し、減圧後に銅管を圧着して、チタン展伸材内部の圧力を保ってもよい。 As shown in FIG. 6, the titanium briquette 10 which was mixed with powder 8 such as a titanium compound and compression-molded was covered with a titanium wrought material which is a packing material, and the entire circumference of the titanium wrought material was seam welded (using a rotating electrode). The titanium packing body 12 may be manufactured by (resistance welding) and sealing. At this time, the inside of the titanium wrought material is depressurized to a predetermined pressure through a copper tube in which a hole is made in advance at the end and the copper tube is brazed, and after the depressurization, the copper tube is crimped to extend the titanium. The pressure inside the material may be maintained.

5.チタン複合材1の用途
高い引張強度と良好な加工性を有するとともに、低コストで製造可能であることから、自動車などの陸上輸送機器の構造部材として用いることができる。
5. Applications of Titanium Composite Material 1 Since it has high tensile strength and good workability and can be manufactured at low cost, it can be used as a structural member of land transportation equipment such as automobiles.

表1に示すチタン梱包体を製造し、このチタン梱包体に表1に示す製作工程でチタン複合材1(板材)を製造した。 The titanium package shown in Table 1 was manufactured, and the titanium composite material 1 (plate material) was manufactured in the titanium package by the manufacturing process shown in Table 1.

充填材として、クロール法により製造した粒度が2.5mm以上6mm以下であり、化学組成がJIS1種相当(C:0.002%、H:0.001%、O:0.03%、N:0.001%、Fe:0.03%、残部Tiおよび不純物)のスポンジチタンを用いた。また、充填材として、市販のTiO粉末(平均粒径2μm)、TiC粉末(平均粒径3μm)またはTiN粉末(平均粒径5μm)を用いた。As a filler, the particle size produced by the Kroll process is 2.5 mm or more and 6 mm or less, and the chemical composition is equivalent to JIS Class 1 (C: 0.002%, H: 0.001%, O: 0.03%, N: 0.001%, Fe: 0.03%, balance Ti and impurities) sponge titanium was used. Further, as a filler, commercially available TiO 2 powder (average particle size 2 μm), TiC powder (average particle size 3 μm) or TiN powder (average particle size 5 μm) was used.

上記のスポンジチタンと、チタン化合物等の粉末は、V型混合器に所定量を投入して混合した。混合した素材は、金型に投入して圧縮成形し、厚さ15mm、幅50mm、長さ60mmの図5に示すチタンブリケットにした。比較として、試料No.11では、スポンジチタン粒7のみ添加し、粉末原料8を添加しないでチタンブリケットを作成した。 The above-mentioned titanium sponge and powder of a titanium compound or the like were mixed by putting a predetermined amount into a V-type mixer. The mixed material was put into a mold and compression molded to obtain a titanium briquette shown in FIG. 5 having a thickness of 15 mm, a width of 50 mm, and a length of 60 mm. For comparison, sample No. In No. 11, a titanium briquette was prepared by adding only the sponge titanium grains 7 and not adding the powder raw material 8.

チタン梱包材として、JIS1種(TP270C;C:0.001%、H:0.005%、O:0.04%、N:0.001%、Fe:0.03%、残部Tiおよび不純物)またはJIS2種(TP340C;C:0.002%、H:0.004%、O:0.09%、N:0.001%、Fe:0.05%、残部Tiおよび不純物)工業用純チタン材からなる、厚さ1.0mmの薄板を用いた。 As a titanium packing material, JIS type 1 (TP270C; C: 0.001%, H: 0.005%, O: 0.04%, N: 0.001%, Fe: 0.03%, balance Ti and impurities) Or JIS type 2 (TP340C; C: 0.002%, H: 0.004%, O: 0.09%, N: 0.001%, Fe: 0.05%, balance Ti and impurities) Industrial pure titanium A thin plate having a thickness of 1.0 mm made of wood was used.

図6に示すように、チタンブリケットを梱包材である工業用純チタン材で覆い、工業用純チタン材の全周囲をシーム溶接(回転電極を用いた抵抗溶接)して密閉した。この工業用純チタン材は、事前に端部に穴をあけて銅管をろう溶接した。シーム溶接後、銅管を通して、工業用純チタン材の内部を所定の圧力(0.06〜1.2Pa)になるまで減圧し、減圧後に銅管を圧着して、工業用純チタン材内部の圧力を保った。試料No.12では38Paまで減圧したところで、銅管を圧着して梱包体とした。 As shown in FIG. 6, the titanium briquette was covered with an industrial pure titanium material as a packing material, and the entire circumference of the industrial pure titanium material was sealed by seam welding (resistance welding using a rotating electrode). This industrial pure titanium material was pre-drilled at the ends and brazed to a copper tube. After seam welding, the inside of the industrial pure titanium material is depressurized to a predetermined pressure (0.06 to 1.2 Pa) through a copper tube, and after the decompression, the copper tube is crimped to the inside of the industrial pure titanium material. I kept the pressure. Sample No. In No. 12, when the pressure was reduced to 38 Pa, a copper tube was crimped to form a package.

作製したチタン梱包体は、大気雰囲気下、850℃で4時間加熱した後、熱間圧延を行い、厚さ2.0mmのチタン複合材を製作した。チタン複合材は、725℃で15分間焼鈍後、酸洗して表層のスケールを除去して、組織観察や引張試験に供した。 The produced titanium package was heated at 850 ° C. for 4 hours in an air atmosphere and then hot-rolled to produce a titanium composite material having a thickness of 2.0 mm. The titanium composite material was annealed at 725 ° C. for 15 minutes, then pickled to remove scale on the surface layer, and subjected to microstructure observation and tensile test.

チタン複合材の長さ方向(圧延方向)および厚さ方向に平行な断面(厚さ断面)が観察できるように樹脂に埋め込んだ後、ダイヤモンドまたはアルミナ研濁液を用いて観察面を研磨し(鏡面化仕上げ)、観察用試料に仕上げた。空隙率は、光学顕微鏡で、上記観察用試料の厚さ中心部を20か所写真撮影して、個々の写真毎に空隙の面積率を測定してそれらの平均値を求めた。筋状化合物集合体は、光学顕微鏡で、上記観察用試料の厚さ中心部を観察して、その形態を求めた。また、観察された筋状化合物集合体20個について、厚さtと長さLを測定してL/tを算出して、それらの平均値を求めた。 After embedding the titanium composite material in a resin so that the cross section parallel to the length direction (rolling direction) and the thickness direction (thickness cross section) can be observed, the observation surface is polished with a diamond or alumina turbid solution ( Mirror finish), finished as an observation sample. For the porosity, 20 photographs were taken at the center of the thickness of the observation sample with an optical microscope, and the area ratio of the void was measured for each photograph to obtain the average value thereof. The morphology of the streaky compound aggregate was determined by observing the central portion of the thickness of the observation sample with an optical microscope. Further, for the 20 observed streaky compound aggregates, the thickness t and the length L were measured to calculate L / t, and the average value thereof was obtained.

拡散層の厚さは、TiO粉末、TiC粉末,TiN粉末を添加したNo.2、No.4、No.6について、上記観察用試料の厚さ中心部に観察された筋状化合物集合体5個について、その中に観察された3個のチタン化合物の粒をEPMAで測定した。チタン化合物の粒が中心になるようにして厚さ方向に線分析を行い、内層部のチタンの値を基準にして、それよりもチタン化合物の構成元素(炭素、窒素または酸素)濃度が高く、粒子を除いた片側の領域の距離を測定して、それらを平均して、筋状化合物集合体それぞれの拡散層の厚さとして求めた。The thickness of the diffusion layer was No. 2 to which TiO 2 powder, TiC powder, and TiN powder were added. 2. No. 4, No. With respect to No. 6, the grains of the three titanium compounds observed in the five streaky compound aggregates observed in the central portion of the thickness of the observation sample were measured by EPMA. Line analysis is performed in the thickness direction so that the particles of the titanium compound are at the center, and the concentration of the constituent elements (carbon, nitrogen or oxygen) of the titanium compound is higher than that based on the value of titanium in the inner layer. The distances of the regions on one side excluding the particles were measured, and they were averaged to obtain the thickness of the diffusion layer of each streak compound aggregate.

引張試験はチタン複合材の圧延方向で評価した。引張速度は、降伏点を超えるまで0.4%/分で、降伏点を超えてからは30%/分で行い、強度を測定した。また、降伏するまでの応力−ひずみ曲線の勾配からヤング率を求めた。 The tensile test was evaluated in the rolling direction of the titanium composite. The tensile speed was 0.4% / min until the yield point was exceeded, and 30% / min after the yield point was exceeded, and the strength was measured. In addition, Young's modulus was obtained from the gradient of the stress-strain curve until yielding.

結果を表1にまとめて示す。 The results are summarized in Table 1.

Figure 0006756363
Figure 0006756363

図7は、Ti−0.1%N板の断面ミクロ組織の写真の一例である。 FIG. 7 is an example of a photograph of the cross-sectional microstructure of the Ti-0.1% N plate.

図7に例示するように、本発明例である試料No.8のチタン複合板の断面の組織を観察すると、黒く見えるチタン化合物が所々に認められる。この黒い筋状化合物集合体は、窒化チタンの集合体であり、X線回折で測定した結果、TiNであった。 As illustrated in FIG. 7, the sample No. which is an example of the present invention. When observing the cross-sectional structure of the titanium composite plate of No. 8, titanium compounds appearing black are observed in some places. This black streak compound aggregate was an aggregate of titanium nitride, and as a result of measurement by X-ray diffraction, it was TiN.

チタンに、炭化物、窒化物および酸化物から選択される1種以上のチタン化合物が分散している本発明例の試料No.1〜8は、これらのチタン化合物を有していない試料No.10に比べて、チタン複合材の強度やヤング率が向上した。なお、チタン梱包体5を作製する際に、チタン梱包体の内部の真空度を10Paより大きくした試料No.9は、チタン複合材の内部が一部で酸化し、強度は低下したものの、ヤング率は一定値以上を維持していた。TiO粉末を添加したNo.2では、酸素の拡散層の厚さが4〜6μmであった。TiC粉末を添加したNo.4では、炭素の拡散層の厚さが25〜32μmであった。TiN粉末を添加したNo.6では、窒素の拡散層の厚さが1〜2μmであった。Sample No. of the example of the present invention in which one or more titanium compounds selected from carbides, nitrides and oxides are dispersed in titanium. Sample Nos. 1 to 8 do not have these titanium compounds. Compared with 10, the strength and Young's modulus of the titanium composite material were improved. In addition, when the titanium packing body 5 was manufactured, the sample No. in which the degree of vacuum inside the titanium packing body was made larger than 10 Pa. In No. 9, the Young's modulus was maintained above a certain value, although the inside of the titanium composite material was partially oxidized and the strength was lowered. No. to which TiO 2 powder was added. In No. 2, the thickness of the oxygen diffusion layer was 4 to 6 μm. No. to which TiC powder was added. In No. 4, the thickness of the carbon diffusion layer was 25 to 32 μm. No. to which TiN powder was added. In No. 6, the thickness of the nitrogen diffusion layer was 1 to 2 μm.

酸化物の粉末を多量に添加した試料No.11では、熱間圧延時に内部割れが発生して、健全なチタン複合材が得られなかった。チタン梱包体5の圧下率が小さく、内層部の空隙率が大きくなった試料No.12では、酸化物が空隙とともに方向性なく点在しており、引張試験片を製作する際に割れてしまった。 Sample No. to which a large amount of oxide powder was added. In No. 11, internal cracks occurred during hot rolling, and a sound titanium composite material could not be obtained. Sample No. 5 in which the reduction rate of the titanium package 5 was small and the porosity of the inner layer was large. In No. 12, the oxides were scattered together with the voids in a non-directional manner, and cracked when the tensile test piece was manufactured.

表2に示すように、チタン梱包体からチタン複合材を製造した。 As shown in Table 2, a titanium composite material was produced from a titanium package.

充填材として使用するスポンジチタンは、クロール法により製造した化学組成がJIS1種相当(C:0.001%、H:0.001%、O:0.04%、N:0.001%、Fe:0.03%、残部Tiおよび不純物)のスポンジチタンで、スポンジチタンBは粒度が6mm以上13mm以下ものを、スポンジチタンCは粒度が2.5mm以上6mm以下のものを、スポンジチタンDは粒度が0.8mm以上2.5mm以下のものを、それぞれ用いた。 Titanium sponge used as a filler has a chemical composition equivalent to JIS 1 type (C: 0.001%, H: 0.001%, O: 0.04%, N: 0.001%, Fe) produced by the Kroll process. : 0.03%, balance Ti and impurities), sponge titanium B has a particle size of 6 mm or more and 13 mm or less, sponge titanium C has a particle size of 2.5 mm or more and 6 mm or less, and sponge titanium D has a particle size. Those having a diameter of 0.8 mm or more and 2.5 mm or less were used.

また、チタンスクラップとして、JIS2種(C:0.002%、H:0.006%、O:0.08%、N:0.001%、Fe:0.05%、残部Tiおよび不純物)の薄板を10〜20mm角に切断したものを一部(試料No.26,27)で使用した。
さらに、充填材として使用するチタン化合物等の粉末は、市販のTiO粉末(平均粒径2μm)、TiC粉末(平均粒径3μm)またはTiN粉末(平均粒径5μm)を用いた。これらのスポンジチタン粒とチタン化合物等の粉末は、V型混合器に所定量を投入して混合した。
In addition, as titanium scrap, JIS type 2 (C: 0.002%, H: 0.006%, O: 0.08%, N: 0.001%, Fe: 0.05%, balance Ti and impurities) A thin plate cut into 10 to 20 mm squares was used in a part (Sample Nos. 26 and 27).
Further, as the powder of the titanium compound or the like used as the filler, commercially available TiO 2 powder (average particle size 2 μm), TiC powder (average particle size 3 μm) or TiN powder (average particle size 5 μm) was used. These sponge titanium particles and powders such as titanium compounds were mixed by putting a predetermined amount into a V-type mixer.

梱包材の素材として、工業用純チタン材は、JIS1種(TP270HC:0.002%、H:0.006%、O:0.04%、N:0.002%、Fe:0.03%、残部Tiおよび不純物)、JIS2種(TP340H;C:0.001%、H:0.002%、O:0.10%、N:0.002%、Fe:0.06%、残部Tiおよび不純物)、およびTi−0.06%Pdの酸洗した厚さ10mmの厚板を用いた。 As the material of the packing material, the industrial pure titanium material is JIS type 1 (TP270HC: 0.002%, H: 0.006%, O: 0.04%, N: 0.002%, Fe: 0.03%. , Remaining Ti and impurities), JIS2 type (TP340H; C: 0.001%, H: 0.002%, O: 0.10%, N: 0.002%, Fe: 0.06%, Remaining Ti and An impurity) and a 10 mm thick plate pickled with Ti-0.06% Pd were used.

図4に示すように、工業用純チタン材の5枚を仮組みし、ここにスポンジチタン粒、あるいはチタンスクラップとチタン化合物等の粉末の混合物(充填材)を充填して、残りの工業用純チタン材であるチタン梱包材で蓋をした。 As shown in FIG. 4, five pieces of industrial pure titanium material are temporarily assembled, and this is filled with sponge titanium grains or a mixture (filler) of titanium scrap and powder such as titanium compound, and the remaining industrial use. The lid was covered with a titanium packing material, which is a pure titanium material.

この状態で、真空チャンバー内に入れて、所定の圧力になるまで減圧(真空)した後、梱包材の継ぎ目を全周電子ビームで溶接した。この時のチャンバー内の圧力は、9.5×10−3〜2.1×10−1Paであった。In this state, the mixture was placed in a vacuum chamber, depressurized (vacuum) until a predetermined pressure was reached, and then the seams of the packing material were welded with an electron beam all around. The pressure in the chamber at this time was 9.5 × 10 -3 to 2.1 × 10 -1 Pa.

以上のようにして、内部にスポンジチタンやチタンスクラップとチタン化合物等の粉末の混合物を充填し、雰囲気が真空であるチタン梱包体を用意した。チタン梱包体の大きさは、厚さ80×幅100×長さ120mmとした。 As described above, a titanium packing body having a vacuum atmosphere was prepared by filling the inside with a mixture of powders such as titanium sponge or titanium scrap and a titanium compound. The size of the titanium package was 80 mm in thickness × 100 mm in width × 120 mm in length.

作製したチタン梱包体は、大気雰囲気下、850℃で6時間加熱した後、熱間圧延を行い、厚さ5mmのチタン複合板を製作した。その後、チタン複合材は、725℃で15分間焼鈍後、酸洗して表層のスケールを除去して引張試験に供した。実施例1と同様に組織観察や引張試験を行ない、チタン複合材の空隙率、チタン化合物の形態や大きさL/t、拡散層の厚さ、強度およびヤング率を求めた。 The produced titanium package was heated at 850 ° C. for 6 hours in an air atmosphere and then hot-rolled to produce a titanium composite plate having a thickness of 5 mm. Then, the titanium composite material was annealed at 725 ° C. for 15 minutes and then pickled to remove the scale of the surface layer and subjected to a tensile test. The microstructure observation and the tensile test were carried out in the same manner as in Example 1, and the porosity of the titanium composite material, the morphology and size L / t of the titanium compound, the thickness of the diffusion layer, the strength and the Young's modulus were determined.

結果を表2にまとめて示す。 The results are summarized in Table 2.

Figure 0006756363
Figure 0006756363

梱包材にJIS2種を用いた場合、チタン化合物粉末を添加した本発明例である試料No.13〜19は、チタン化合物を添加していない試料No.20に比べて、チタン複合材の強度やヤング率が向上した。 When JIS type 2 was used as the packing material, the sample No. which was an example of the present invention to which titanium compound powder was added. Sample Nos. 13 to 19 to which no titanium compound was added. Compared with 20, the strength and Young's modulus of the titanium composite material were improved.

また、チタン梱包体の圧下率が小さく、内層部の空隙率が大きくなった試料No.21では、酸化物が空隙とともに方向性なく点在しており、引張試験片を製作する際に割れてしまった。 In addition, the sample No. which had a small reduction rate of the titanium package and a large porosity of the inner layer portion. In No. 21, oxides were scattered together with voids in a non-directional manner and cracked when the tensile test piece was manufactured.

梱包材にJIS1種を用いた場合、チタン化合物粉末を添加した本発明例である試料No.22〜24は、チタン化合物を添加していない試料No.25に比べて、チタン複合材の強度やヤング率が向上した。 When JIS type 1 was used as the packing material, the sample No. 1 which is an example of the present invention to which the titanium compound powder was added. No. 22 to 24 are sample Nos. No. 22 to 24 to which no titanium compound was added. Compared with 25, the strength and Young's modulus of the titanium composite material were improved.

充填材に酸素量が0.08質量%の薄板スクラップを用いた場合、チタン化合物粉末を添加した本発明例である試料No.26は、チタン化合物粉末を添加していない試料No.27に比べて、チタン複合材1の強度やヤング率が向上した。 When thin plate scrap having an oxygen content of 0.08% by mass was used as the filler, the sample No. 1 which is an example of the present invention to which the titanium compound powder was added. No. 26 is a sample No. 26 to which no titanium compound powder was added. Compared with 27, the strength and Young's modulus of the titanium composite material 1 were improved.

梱包材にJIS1種を用いた場合は、JIS2種を用いた梱包材に比べて、加工性のよいチタン複合材1が得られる。梱包材6にTi−0.06%Pdを用いた試料No.23は、JIS2種を用いた梱包材6に比べて、耐食性のよいチタン複合材が得られる。なお、TiO粉末を添加したNo.14では、酸素の拡散層の厚さは2〜6μmであった。TiC粉末を添加したNo.16では、炭素の拡散層の厚さは12〜18μmであった。TiN粉末を添加したNo.17では、窒素の拡散層の厚さは1〜2μmであった。When JIS type 1 is used as the packing material, a titanium composite material 1 having better workability can be obtained as compared with the packing material using JIS type 2. Sample No. 6 using Ti-0.06% Pd as the packing material 6. In No. 23, a titanium composite material having better corrosion resistance can be obtained as compared with the packing material 6 using JIS type 2. In addition, No. 2 to which TiO 2 powder was added. At 14, the thickness of the oxygen diffusion layer was 2 to 6 μm. No. to which TiC powder was added. At 16, the thickness of the carbon diffusion layer was 12-18 μm. No. to which TiN powder was added. At 17, the thickness of the nitrogen diffusion layer was 1 to 2 μm.

熱間圧延で得られた表2に示す、厚さ5mmのチタン複合材である試料No.13、14、16、20を、725℃で15分間焼鈍後、酸洗して表層のスケールを除去した。スケールを除去したチタン複合(熱間圧延材)は、1.0mmの厚さまで冷間圧延を行い、その後、真空加熱炉を用いて700℃で15分間焼鈍して引張試験に供した。実施例1と同様に組織観察や引張試験を行い、チタン複合材の空隙率、チタン化合物の形態や大きさL/t、拡散層の厚さ、強度およびヤング率を求めた。 Sample No. 2 which is a titanium composite material having a thickness of 5 mm and shown in Table 2 obtained by hot rolling. 13, 14, 16 and 20 were annealed at 725 ° C. for 15 minutes and then pickled to remove surface scale. The titanium composite (hot rolled material) from which the scale had been removed was cold-rolled to a thickness of 1.0 mm, and then annealed at 700 ° C. for 15 minutes using a vacuum heating furnace to be subjected to a tensile test. The structure was observed and a tensile test was carried out in the same manner as in Example 1, and the porosity of the titanium composite material, the morphology and size L / t of the titanium compound, the thickness, strength and Young's modulus of the diffusion layer were determined.

結果を表3にまとめて示す。 The results are summarized in Table 3.

Figure 0006756363
Figure 0006756363

本発明例である試料No.28〜30は、チタン化合物粉末を添加することにより、チタン化合物粉末を添加していない試料No.31に比べて、チタン複合材の強度やヤング率が向上した。なお、TiO粉末を添加したNo.29では、酸素の拡散層の厚さは1〜4μmであった。TiC粉末を添加したNo.30では、炭素の拡散層の厚さは2〜6μmであった。Sample No. which is an example of the present invention. Nos. 28 to 30 were sample Nos. In which the titanium compound powder was added and the titanium compound powder was not added. Compared with 31, the strength and Young's modulus of the titanium composite material were improved. In addition, No. 2 to which TiO 2 powder was added. At 29, the thickness of the oxygen diffusion layer was 1 to 4 μm. No. to which TiC powder was added. At 30, the thickness of the carbon diffusion layer was 2 to 6 μm.

1 チタン複合材
2 表層部
3 表層部
4 内層部
41 チタン
42 チタン化合物
42a 筋状化合物集合体
43 空隙
5 チタン梱包体
6 チタン梱包材
7 スポンジチタン
8 チタン化合物等の粉末
9 空隙
10 ブリケット
11 溶接部
12 チタン梱包体

1 Titanium composite material 2 Surface layer 3 Surface layer 4 Inner layer 41 Titanium 42 Titanium compound 42a Streak compound aggregate 43 Void 5 Titanium packing 6 Titanium packing 7 Titanium sponge 8 Titanium compound powder 9 Void 10 Bricket 11 Welded part 12 Titanium packing body

Claims (6)

内層部と前記内層部を覆う表層部とを有するチタン複合材であって、
前記表層部は、JIS1種〜4種のいずれかに属する化学組成の工業用純チタン材またはチタン合金材からなり、
前記内層部は、チタンに、炭化物、窒化物および酸化物から選択される1種以上のチタン化合物が分散しており、前記炭化物の周囲に炭素が、前記窒化物の周囲に窒素が、前記酸化物の周囲に酸素が、それぞれが拡散した部分を備え、前記チタン化合物が圧延方向に並んだ筋状化合物集合体として前記チタンに分散しており、面積率で、0%超30%以下の空隙を有し、前記内層部は、炭素、窒素および酸素の平均含有量の合計が0.05〜2.0質量%である、
チタン複合材。
A titanium composite material having an inner layer portion and a surface layer portion covering the inner layer portion.
The surface layer portion is made of an industrial pure titanium material or a titanium alloy material having a chemical composition belonging to any of JIS types 1 to 4.
In the inner layer portion, one or more titanium compounds selected from carbides, nitrides and oxides are dispersed in titanium, carbon is dispersed around the carbides, nitrogen is generated around the nitrides, and the oxidation is performed. Oxygen is dispersed around the object as a streak-like compound aggregate in which the titanium compounds are arranged in the rolling direction, and the titanium compounds are dispersed in the titanium in an area ratio of more than 0% and 30% or less. have a, the inner layer portion, the carbon, the total of the average content of nitrogen and oxygen is 0.05 to 2.0 wt%,
Titanium composite material.
前記筋状化合物集合体は、その長さをL(μm)、その厚さをt(μm)とするとき、下記の(1)式を満足する、
請求項1に記載のチタン複合材。
2.0≦L/t≦100 ・・・(1)
The streak compound aggregate satisfies the following equation (1) when its length is L (μm) and its thickness is t (μm).
The titanium composite material according to claim 1.
2.0 ≤ L / t ≤ 100 ... (1)
前記工業用純チタン材の化学組成は、質量%で、
C:0.08%以下、
H:0.013%以下、
O:0.4%以下、
N:0.05%以下、
Fe:0.5%以下、
残部:Tiおよび不純物である、
請求項1または2に記載のチタン複合材。
The chemical composition of the industrial pure titanium material is mass%.
C: 0.08% or less,
H: 0.013% or less,
O: 0.4% or less,
N: 0.05% or less,
Fe: 0.5% or less,
Remaining: Ti and impurities,
The titanium composite material according to claim 1 or 2.
JIS1〜4種のいずれかに属する工業用純チタン材またはチタン合金材からなるチタン梱包材に、スポンジチタン、チタンブリケットおよびチタンスクラップから選択される1種以上と、炭素、炭化物、窒化物および酸化物から選択される1種以上の粉末と充填し、封入し、内部を10Pa以下に減圧することによりチタン梱包体とし、前記チタン梱包体に熱間加工を行う、
チタン複合材の製造方法。
Titanium packing material made of industrial pure titanium material or titanium alloy material belonging to any of JIS 1 to 4, one or more selected from sponge titanium, titanium briquette and titanium scrap, carbon, carbide, nitride and oxidation It is filled with one or more kinds of powders selected from the products, sealed, and the inside is depressurized to 10 Pa or less to form a titanium package, and the titanium package is hot-processed.
Manufacturing method of titanium composite material.
前記熱間加工を行った後に冷間加工を行う、
請求項4に記載のチタン複合材の製造方法。
After performing the hot working, cold working is performed.
The method for producing a titanium composite material according to claim 4.
JIS1〜4種のいずれかに属する工業用純チタン材またはチタン合金材からなるチタン梱包材と、前記チタン梱包材の内部に充填された充填材とを備える梱包体であって、
前記充填材が、スポンジチタン、チタンブリケットおよびチタンスクラップから選択される1種以上と、炭素、炭化物、窒化物および酸化物から選択される1種以上の粉末とを有し、前記内部の圧力は10Pa以下である、
熱間加工用の梱包体。
Titanium packing material made of industrial pure titanium material or a titanium alloy material belongs to one of the JIS1~4 species, a packaging body and a filled filler inside the titanium packing materials,
The filler has one or more selected from titanium sponge, titanium briquette and titanium scrap and one or more powder selected from carbon, carbides, nitrides and oxides, and the internal pressure is 10 Pa or less,
Packing body for hot processing.
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