JP7448859B2 - チタン材 - Google Patents
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Description
[1]本発明のチタン材は、少なくとも一方の表面において、粗さ曲線要素の平均長さRSmが8μm超であり、上記粗さ曲線要素の平均長さRSmが8μm超300μm以下である場合、二乗平均平方根傾斜RΔq(rad)が下記式(1)を満足し、上記粗さ曲線要素の平均長さRSmが300μm超である場合、上記二乗平均平方根傾斜RΔq(rad)が下記式(2)を満足する。
RΔq≧0.060 ・・・式(1)
RΔq≧2×RSm/10000 ・・・式(2)
[2]上記[1]に記載のチタン材は、上記粗さ曲線要素の平均長さRSmが400μm以下であり、かつ、二乗平均平方根傾斜RΔqが0.190rad以下であってもよい。
[3]上記[1]又は[2]に記載のチタン材は、荷重を50gfとしたときのビッカース硬さが荷重を1000gfとしたときのビッカース硬さに対して30HV以上大きくてもよい。
[4]上記[1]~[3]のいずれかに記載のチタン材は、酸化皮膜又は窒化皮膜を備えていてもよい。
[5]上記[4]に記載のチタン材は、上記酸化皮膜又は上記窒化皮膜の厚さが1.00μm未満であってもよい。
[チタン材の表面性状]
本実施形態に係るチタン材は、少なくとも一方の表面において、粗さ曲線要素の平均長さRSmが8μm超300μm以下である場合、二乗平均平方根傾斜RΔq(rad.)が下記式(1)を満足し、前記粗さ曲線要素の平均長さRSmが300μm超である場合、前記二乗平均平方根傾斜RΔq(rad.)が下記式(2)を満足する。
RΔq≧0.060 ・・・式(1)
RΔq≧2×RSm/10000 ・・・式(2)
以下に、本実施形態に係るチタン材について詳細に説明する。
本実施形態に係るチタン材は、荷重を50gfとしたときのビッカース硬さが荷重を1000gfとしたときのビッカース硬さに対して30HV以上大きいことが好ましい。チタン材の表面が柔らかいと、深絞り成形中に表面が変形して金型との接触面積が大きくなり、摺動抵抗が大きくなりやすい。摺動抵抗が大きくなると、固体潤滑剤が剥離しやすくなる。よって、チタン材のより表面近傍の硬さを示す荷重50gfのビッカース硬さは、荷重1000gfのビッカース硬さに対して30HV以上大きいことが好ましい。チタン材の内側が表面と同程度に硬すぎる場合、摺動性は良くても成形そのものが困難になり、深絞り時に割れてしまうことがある。一方、チタン材の表面が硬すぎると、深絞り成形が困難になる場合がある。摺動の観点からは、硬さに上限はないが、例えば荷重を50gfとしたときのビッカース硬さが800HVを超える場合、硬化層が厚すぎて曲げ加工性の低下が懸念される。そのため、実使用においては荷重を50gfとしたときのビッカース硬さが800HV以下となるのが好ましい。
荷重1000gfのビッカース硬さは、成形後の強度の観点から、105HV以上であることが好ましく、110HV以上であることがより好ましい。一方、荷重1000gfのビッカース硬さは、成形性の観点から、300HV以下であることが好ましく、250HV以下であることがより好ましい。
ビッカース硬さには、JIS Z 2244:2009に準拠した方法で5点ずつ測定された値の平均値を用いる。
一方、酸化皮膜又は窒化皮膜の厚さの下限は特段制限されない。酸化皮膜又は窒化皮膜の厚さは、例えば、0.02μm以上であってもよいし、0.06μm以上であってもよい。
本実施形態に係るチタン材の板厚は、例えば、0.3mm以上4.5mm以下である。チタン材の板厚は、0.4mm以上、又は0.5mm以上であってもよい。また、チタン材の板厚は、4.3mm以下、又は4.0mm以下であってもよい。
ここまで、本実施形態に係るチタン材を説明した。
本実施形態に係るチタン材の製造方法は、チタン素材の少なくとも一方の表面に凹凸を形成する凹凸形成工程と、真空雰囲気、酸化雰囲気、又は窒化雰囲気の少なくともいずれかの雰囲気で焼鈍を施す焼鈍工程と、を有する。凹凸形成工程では、複数回のダルロールを用いた冷間のスキンパス圧延又はブラスト処理を施す。以下に凹凸形成工程及び焼鈍工程について詳細に説明する。
凹凸形成工程では、チタン素材の少なくとも一方の表面に凹凸を形成する。凹凸形成工程では、少なくとも2回のダルロールを用いた冷間のスキンパス圧延を施す。ダルロールは、その表面にダル加工が施されたものであるが、ロール表面のダル加工方法は、特段制限されず、例えば、ショット又はグリットを用いたダル加工であってよい。ショット又はグリットとしては、例えば、JIS G 5903:2018に準拠したものを用いることができる。具体的には、SG-50、SG-100、SG-140、SG-170、もしくはSG-200と呼ばれるスチールグリット等、又は、SS-200もしくはSS-240と呼ばれるスチールショット等が用いられてよい。2回のスキンパス圧延を施す場合、以下の条件を満たすことが好ましい。
(条件)SG-50~SG-240又は、SS-50~SS-240のいずれかの投射材を用い、1回目のスキンパス圧延に用いるダルロールの表面粗さRaを7.0μm以上8.0μm未満とし、2回目のスキンパス圧延に用いるダルロールの表面粗さRaを6.0μm以上8.5μm以下とする。このとき、2回目のスキンパス圧延に用いるダルロールを製造するときの投射材径は、1回目のスキンパス圧延に用いるダルロールを製造するときの投射材径以上となるようにすることが好ましい。また、同一の投射材を用いて製造した異なる表面粗さRaのダルロールを用いる場合は、1回目のスキンパス圧延に用いるダルロールの表面粗さRaが、2回目のスキンパス圧延に用いるダルロールの表面粗さRaよりも小さい方が好ましい。
焼鈍工程では、チタン素材に対して、真空雰囲気、酸化雰囲気、又は窒化雰囲気の少なくともいずれかの雰囲気で焼鈍を施す。
一方、凹凸形成工程が焼鈍工程の前に実施される場合、凹凸形成工程におけるスキンパス圧延の圧下率は、例えば、0.5%以上であればよい。凹凸形成工程が焼鈍工程の後に実施される場合の凹凸形成工程におけるスキンパス圧延の圧下率の上限は特段制限されないが、ダルロールを用いたスキンパス圧延では、圧延時にチタン素材に生じる摩擦力が大きく、圧下率を大きくしようとすると圧延機にかかる負荷が大きくなりすぎ、所望の圧下率で圧下できない場合がある。よって、凹凸形成工程が焼鈍工程の前に実施される場合の凹凸形成工程におけるスキンパス圧延の圧下率は、例えば、7.0%以下である。
以上、本実施形態に係るチタン材の製造方法について説明した。
本実施例では、表1に示した成分を有するJIS H 4600:2012に準拠した、JIS1種~JIS3種に相当する純チタンのスラブ、JIS12種、JIS17種及びJIS21種に相当するチタン合金のスラブ、Ti-1.0Cuで表されるTi-1.0Cu合金のスラブ、Ti-1.0Cu-1.0Sn-0.3Si-0.25Nbで表されるTi-1.0Cu-1.0Sn-0.3Si-0.25Nb合金のスラブを熱間圧延した後、スケール除去を施し、板厚4mmの熱間圧延板とした。表1中の「-」は、意図的に添加していないことを示す。
比較例1では、凹凸形成工程として、スチールグリット(SG-50)を用いて加工したダルロールの表面粗さRaが2.1μmのダルロールを用いて1回のスキンパス圧延を行った(ダルロール圧延O)。
比較例2では、凹凸形成工程として、スチールグリット(SG-200)を用いて加工したダルロールの表面粗さRaが8.3μmのダルロールを用いて2回のスキンパス圧延を行った(ダルロール圧延P)。
比較例3では、凹凸形成工程として、スチールグリット(SG-140)を用いて加工したダルロールの表面粗さRaが7.3μmのダルロールを用いて1回のスキンパス圧延を行った(ダルロール圧延Q)。
比較例4では、凹凸形成工程として、スチールグリット(SG-170)を用いて加工したダルロールの表面粗さRaが7.4μmのダルロールを用いて1回のスキンパス圧延を行った(ダルロール圧延R)。
比較例5では、凹凸形成工程として、1回目のスキンパス圧延に、スチールショット(SS-200)を用いて加工したダルロールの表面粗さRaが8.3μmのダルロールを用い、2回目のスキンパス圧延に、スチールショット(SS-200)を用いて加工したダルロールの表面粗さRaが5.6μmのダルロールを用いた(ダルロール圧延S)。
比較例6では、凹凸形成工程として、スチールショット(SS-200)を用いて加工したダルロールの表面粗さRaが8.3μmのダルロールを用いて2回のスキンパス圧延を行った(ダルロール圧延T)。
比較例7では、凹凸形成工程として、スチールショット(SS-240)を用いて加工したダルロールの表面粗さRaが8.1μmのダルロールを用いて2回のスキンパス圧延を行った(ダルロール圧延U)。
比較例8では、凹凸形成工程として、スチールグリット(SG-50)を用いて加工したダルロールの表面粗さRaが2.1μmのダルロールを用いて2回のスキンパス圧延を行った(ダルロール圧延V)。
比較例9では、凹凸形成工程として、スチールグリット(SG-170)を用いて加工したダルロールの表面粗さRaが2.9μmのダルロールを用いて2回のスキンパス圧延を行った(ダルロール圧延W)。
比較例10、14では、凹凸形成工程としてのスキンパス圧延は行わず、冷間圧延板の表面を片面当たり100μm溶削した。
比較例11では、凹凸形成工程としてのスキンパス圧延は行わず、冷間圧延板の表面を片面当たり10μm溶削した。比較例10、11、14における溶削は、硝フッ酸(HF:2mass%、HNO3:8mass%)を用いて行った。
比較例12では、凹凸形成工程は行わず、冷間圧延板の表面を鏡面研磨した。
比較例13で、凹凸形成工程は行わなかった例であり、焼鈍工程後の冷間圧延板の表面状態が維持されたものである。
比較例15では、凹凸形成工程として、スチールグリット(SG-100)を用いて加工したダルロールの表面粗さRaが3.1μmのダルロールを用いて2回のスキンパス圧延を行った(ダルロール圧延b)。
比較例16では、凹凸形成工程として、スチールグリット(SG-170)を用いて加工したダルロールの表面粗さRaが4.4μmのダルロールを用いて3回のスキンパス圧延を行った(ダルロール圧延c)。
また、表2中の凹凸形成工程の項目に示したビーズブラストは、ジルコニアビーズF40を用いて圧力0.3MPa、投射距離200mm、投射時間、1minの条件でビーズブラストを行ったことを示し、ウェットブラストは、アルミナグリットF230を用いてグリッドの体積割合15vol%としたスラリーを、流速15m/s、ラインスピード0.2m/sの条件でウェットブラストを行ったことを示している。
装置機器:表面粗さ形状測定機((株)東京精密製 SURFCOM480B-12、解析ソフトウェア:SURFCOM480B Ver.7.06)
触針:(株)東京精密製形状測定子(型式:DT43801)
パラメータ算出規格:JIS-01規格
測定種別:粗さ測定
カットオフ種別:ガウシアン
測定間隔Δx:0.4μm
傾斜補正:両端
評価長さ:15.0mm
測定速度:0.15mm/sec
測定レンジ:400μm
カットオフ波長λc:0.8mm
λsカットオフ波長:25μm
固体潤滑剤が剥離し、焼き付き跡が認められたもの又は10本以上の線状の疵が認められたものを不良(C)、一部固体潤滑剤が剥離し、焼き付き跡がなく、6~9本の線状の疵が認められたものを可(B)、固体潤滑剤の剥離が認められず、焼き付き跡がなく、線状の疵が5本以下であったものを良好(A)と評価した。
板厚減少率(%)={1-(試験後の厚さ/試験前の厚さ)}×100 …式(6)
本実施例では、表1に示した成分を有するJIS H 4600:2012に準拠したJIS1種に相当する純チタンのスラブを熱間圧延した後、スケール除去を施し、板厚4mmの熱間圧延板とした。
Claims (5)
- 少なくとも一方の表面において、粗さ曲線要素の平均長さRSmが8μm超であり、前記粗さ曲線要素の平均長さRSmが8μm超300μm以下である場合、二乗平均平方根傾斜RΔq(rad)が下記式(1)を満足し、前記粗さ曲線要素の平均長さRSmが300μm超である場合、前記二乗平均平方根傾斜RΔq(rad)が下記式(2)を満足する、チタン材。
RΔq≧0.060 ・・・式(1)
RΔq≧2×RSm/10000 ・・・式(2) - 前記粗さ曲線要素の平均長さRSmが400μm以下であり、かつ、二乗平均平方根傾斜RΔqが0.190rad以下である、請求項1に記載のチタン材。
- 荷重を50gfとしたときのビッカース硬さが荷重を1000gfとしたときのビッカース硬さに対して30HV以上大きい、請求項1又は2に記載のチタン材。
- 酸化皮膜又は窒化皮膜を備える、請求項1~3のいずれか1項に記載のチタン材。
- 前記酸化皮膜又は前記窒化皮膜の厚さが1.00μm未満である、請求項4に記載のチタン材。
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