TWI415796B - 鈦板 - Google Patents

Description

鈦板

本發明係有關鈦板，更詳細為，有關加工性優良之鈦板。

先前的鈦合金及純鈦等鈦材料一般比鐵及其合金等鐵系材料更輕量且強度更高，因此被廣泛使用於運動休閒用具、醫療器具、各種裝置用構件、航空宇宙關係機器等。

又，鈦材料具有優良耐蝕性等，因此例如可使用於板式熱交換器之板物，及自動雙輪車之消音器等。

製造該類製品時，例如係對由鈦材料形成的板(鈦板)實施彎曲加工、扭絞加工等伴隨塑性變形之各種加工。

因此要求供應該各種用途之鈦板對扭絞加工等成形加工具有優良加工性。

但就最近需求減少材料成本等，而使鈦板薄片化之結果會要求提升強度。

即，要求能同時符合成形性及強度之協調關係的特性。

該鈦板等之原料用的海綿鈦係利用氯法製作，例如純鈦係藉由，對以氯法所得之海綿鈦實施電弧溶解等而得鑄錠之方法生產。

純鈦於日本工業規格(JIS)內係藉由鈦以外之鐵及氧含量分類，又依JIS規定為JIS1種、JIS2種、JIS3種、JIS4種等。

此等材料特性中，鐵等含量較少的JIS1種之強度最低具有優良成形性。

由此得知JIS2種、JIS3種之強度較高。

又，JIS2種、JIS3種會降低成形性，因此對鈦板實施扭絞加工等時不易得到良好成形品。

相對於此，下述專利文獻1至3曾記載，將鈦材料中鐵等鈦以外之成份的含量控制於一定以下之範圍時可提升成形性。

但此等專利文獻所記載之物無法得到充分強度。

又，前述氯法中之還原反應一般係於碳鋼或鐵合金容器內不連續式(分批式)實施，因此所得的海綿鈦中，靠近容器側之部位的海綿鈦所含的鐵量比靠近容器中心部之部份的海綿鈦多。

故鐵含量例如為專利文獻3般限定為0.035%至0.100%時只能使用容器中心部之鈦，因此使用材料受限制而恐提高成本。

又，下述專利文獻4、5中，與專利文獻1至3相比，雖為可容許含有多量之鐵者，但並非係可謂係具有充分成形性者。

[先前專利文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本國特開昭63-60247號公報

專利文獻2：日本國特開平9-3573號公報

專利文獻3：日本國特開2006-316323號公報

專利文獻4：日本國特開2008-127633號公報

專利文獻5：日本國特開2002-180166號公報

本發明之課題為，提供具有高強度及優良加工性之鈦板。

為了解決上述課題經本發明者專心檢討後發現，藉由形成鐵及氧含量為一定值且結晶粒為一定狀態之鈦板，可形具有高強度及優良加工性之鈦板，而完成本發明。

即，有關解決前述課題用之鈦板，本發明之特徵為，質量下鐵含量為超過0.10%未達0.60%，氧含量為0.005%未達0.10%，碳含量為未達0.015%，氮含量為未達0.015%，氫含量未達0.015%，且殘部係由鈦及不可避雜質形成，又係形成α相及β相之雙相組織，且形成的前述β相之圓相當平均粒徑為3μm以下。

本發明可提供高強度且加工性優良之鈦板。

(實施發明之形態)

下面將說明本發明之較佳實施形態。

本實施形態之鈦板係由含有下述成份之鈦材料形成，又係形成α相及β相之雙相組織，且形成的前述β相之圓相當平均粒徑為3μm以下。

前述鈦材料為，質量下鐵(Fe)含量為超過0.10%未達0.60%，氧(O)含量為超過0.005%未達0.10%，碳(C)含量為未達0.015%，氮(N)含量為未達0.015%，氫(H)含量為未達0.015%，且殘部係由鈦(Ti)及不可避雜質形成之物。

如上述，鈦材料中所含的前述鐵(Fe)之含量為，質量下超過0.10%未達0.60%。

鐵(Fe)為β安定化元素，部分會固溶之物中多半形成β相。

另外已知鐵會藉由熱處理等而以TiFe存在，故會阻礙結晶粒成長。

因此推斷先前鈦材料中鐵含量較多時，會減少形成於鈦板之α相的結晶粒徑，而降低可得提升鈦材料之強度及研磨加工的加工性之物的埃里克森值(Erichsen value)等表示延性(成形加工性)之指標。

但如後段所詳述般，即使增加鈦板中之鐵含量，藉由使氧含量為一定值而將β相大小調整為一定值時，可謀求抑制降低延性而提升強度。

本實施形態中使形成鈦板之鈦材料的鐵含量為，質量下超過0.10%未達0.60%之原因為，鐵含量0.10%以下時恐無法將充分強度賦予至所形成的鈦板。

又含量為0.60%以上時，即使鈦材料中的氧含量為一定值也會降低延性，則恐降低鈦板之成形加工性。

又，一般氯法中鐵含量0.60%以上之鈦材料僅會形成於靠近容器之領域中。

因本實施形態中鈦板之鐵成份的含量之上限值為0.60質量%，故利用氯法而得之海綿鈦幾乎可作為原材料用。

即，本實施形態之鈦板因原材料易取得，故適用為成形品成形時所使用的消耗物。

鈦材料中所含的前述氧(O)之含量為，質量下超過0.005%未達0.10%。

本實施形態中使形成鈦板之鈦材料的氧含量為，質量下超過0.005%未達0.10%之原因為，氧含量為0.10%以上時會過度提升鈦板之強度，因此即使調整β相也恐無法形成成形加工性良好之物。

又，為了確保成形加工時之良好加工性，使碳(C)、氮(N)、氫(H)含量為相當於JIS2種以上係重點。

更具體而言，使碳、氮、氫之含量各自為質量下未達0.015%係重點。

又以碳含量為0.01%以下、氮含量為0.01%以下、氫含量為0.01%以下為佳。

就鈦板之加工性觀點，並無設定上述碳、氮、氫含量之下限值，但極端降低此等含量時恐大幅增加鈦板之製造成本。

因此就抑制該類成本增加之觀點較佳為，碳含量為0.0005%以上、氮含量為0.0005%以上、氫含量為0.0005%以上。

先前要求成形加工時具有良好加工性時鈦板係使用，相當於JIS1種及JIS2種之鐵含量較少的鈦材料，故一般為α單相。

該α粒徑之尺寸愈大時成形性愈優良，因此本實施形態中使鈦板具有α+β相之雙相組織，同時使β相之圓相當平均粒徑為3μm以下係重點。

使所形成之鈦板具有該類組織時，可提升埃里克森值等表示加工性之指標。

β相之圓相當平均粒徑超過3μm時，恐降低埃里克森值，例如未達10mm等而降低加工性。

其因為，粗大化之β相與α相的邊界易因應力集中而發生裂化，故會降低鈦板之加工性。

β相之圓相當平均粒徑的下限無特別限定，但未達0.05μm時為了得到鈦板恐大幅增加製造成本，故較佳為0.05μm以上。

該β相之圓相當平均粒徑係利用後段之「實施例」所記載的方法求取。

此等見解係本發明者們藉由下述方法而發現。

即，於小型真空電弧溶解爐中使用鐵含量不同之複數種類的鈦材料下，改變退火條件的同時試作厚0.5mm之冷延板，再藉由埃里克森試驗評估所得的冷延板(鈦板)之成形性(詳細如後述「實施例」所記載)。

又發現，例如拉長退火時間會增加β相之粒徑，且增加β相之粒徑會減少埃里克森值。

另外詳細調查組織及斷面時發現粗大的β粒與α相之界面出現裂化，因此判斷改變退火條件減少β相之粒徑可增加埃里克森值進而改良成形性。

特別是β相之圓相當平均粒徑以3μm為限界時，該值以下可得加工性優良之高強度的鈦板。

如得到該見解之過程中所說明般，β相之粒徑大小，可藉由鈦材料中的鐵含量，及製造鈦板時退火加工溫度及退火加工時間等調整。

下面將說明製造鈦板之方法中的此等條件。

製造鈦板時之退火加工溫度、退火加工時間的各條件中，降低退火加工溫度可抑制β粒成長而減少結晶粒徑。

又，縮短退火加工時間可抑制結晶粒成長而減少結晶粒徑。

更具體而言，退火加工溫度未達550℃時，可使冷間壓延後之加工組織不再結晶化，因此恐降低成形性。

又，超過800℃之溫度下會加速鈦中鐵的擴散，恐使β相之結晶粒粗大化。

因此退火加工溫度較佳為550℃以上800℃以下之範圍內的任何溫度。

又，退火加工時間可藉由上述退火加工溫度、鈦板之板厚、退火爐之容量等決定。

即，退火加工溫度為650℃以上800℃以下時，退火加工時間較佳為超過0分鐘但15分鐘以下。

其因為，鈦板溫度到達前述退火加工溫度後即使結束退火加工也會因加熱中而使組織再結晶化，故即使退火加工時間少於0分鐘，進一步降低成形性的可能性低。

又就前述退火加工溫度使退火加工時間之上限值為15分鐘的原因為，實施退火加工超過15分鐘時會使β相之結晶粒粗大化，恐降低鈦板之加工性。

退火加工溫度為550℃以上未達650℃時較佳為實施，以退火時間為t(分鐘)，以退火溫度為T(℃)時符合下述式(1)之退火加工。

[數1]

t≧32.5-0.05×T.........(1)

(但550≦t<650)

該溫度範圍內進行再結晶之速度較慢，因此需某程度的再結晶化時間。

故藉由選擇符合上述式(1)之條件可利用再結晶化提升成形性。

但退火加工溫度為超過630℃未達650℃時，長時間實施退火會使β相之結晶粒粗大化恐降低鈦板之加工性。

因此該溫度域中較佳為實施符合下述式(2)之退火加工。

[數2]

t<9277.5-14.25×T .........(2)

(但630<T<650)

又，退火加工溫度為550℃以上630℃以下之範圍內時，退火時間較佳為300分鐘以下。

選擇該類條件可抑制形成於鈦板之組織中的β相粗大化，而將良好的加工性賦予至鈦板。

又，該溫度範圍內將退火加工時間設定為超過300分鐘時會使β相之結晶粒粗大化，恐降低鈦板之加工性。

藉由採用上述製造條件例，可將鈦板中之β相的粒徑調整於一定值以下，而得具有優良強度及加工性之鈦板。

又，前面雖未詳細，但不明顯損害本發明效果之範圍內，本實施形態之鈦板可採用先前鈦板及鈦板製造方法中已知的事項。

實施例

下面將舉實施例更詳細說明本發明，但本發明非限定於此等。

(實施例1至22，比較例1至3) (製作試驗片)

藉由小型真空電弧溶解製作鑄錠(Φ140mm)後，將該鑄錠加熱至150℃，再鍛造製作厚50mm之厚塊。

以850℃將該厚塊熱延至厚5mm後，以750℃退火，削除表面之積垢製作厚4mm之板物。

又將該板物冷延製作厚0.5mm之板狀試料(鈦板)。

相對於該厚0.5mm之鈦板實施真空環境中的退火加工，製作評估用之試驗片。

前述退火加工係藉由調整溫度(550℃以上800℃以下)及時間(300分鐘以下)，調整前述試驗片之結晶粒度。

(測定成份)

使用削除表面積垢的厚4mm之板物，測定鈦板所含的鐵量及氧量。

鐵含量係依據JIS H1614測定，氧含量係依據JIS H1620測定。

(測定拉伸強度)

又，依據JIS Z2241測定上述般調整結晶粒度之試驗片(鈦板)的拉伸強度。

(評估加工性)

又，依據JIS Z2247測定上述般調整結晶粒度之試驗片(鈦板)的埃里克森值評估鈦板之加工性。

(調查組織)

使用顯微鏡照片觀察鈦板之微組織的樣子如圖1(實施例7之微組織)所示。

該組織照片中β相以黑色呈現，α相以白色呈現，因此使用畫像解析程式將該照片2值化處理再求取β相之平均面積後，計算具有與該平均面積相同之面積的圓之直徑作為圓相當平均粒徑用。

以上之結果如表1所示。

該表1中實施例1至4及比較例1之鐵含量及氧含量雖相同，但藉由不同的退火條件可調整β相之圓相當平均粒徑，且β相之圓相當平均粒徑愈小時埃里克森值愈大。

又，其他的實施例、比較例也有相同傾向，由表示表1中β相之圓相當平均粒徑與埃里克森值的關係之圖2得知，本發明可提供具有高強度且加工性優良之鈦板。

圖1為，表示實施例7之鈦板的微組織之顯微鏡照片。

圖2為，表示β相之圓相當平均粒徑與埃里克森(ERICHSEN)值的關係圖。

Claims (1)

1. 一種鈦板，其特徵為，質量下，鐵含量為超過0.10%未達0.60%，氧含量為超過0.005%未達0.10%，碳含量為未達0.015%，氮含量為未達0.015%，氫含量為未達0.015%，且殘部係由鈦及不可避雜質所形成，又係形成α相與β相之雙相組織，且形成的前述β相之圓相當平均粒徑為3μm以下。