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JP7541255B2 - Titanium alloy plate and automotive exhaust system parts - Google Patents
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Description

本開示は、チタン合金板及び自動車用排気系部品に関する。 The present disclosure relates to titanium alloy plates and automotive exhaust system components.

四輪自動車や二輪自動車(以下、自動車等という)の排気装置には、エキゾーストマニホールド及びエキゾーストパイプが備えられている。エンジンから排出され、エキゾーストマニホールドによって集約された排ガスは、エキゾーストパイプを介して車体後方の排気口から外部に排出される。エキゾーストパイプの途中には、触媒装置やマフラー(消音器)が配置されており、排ガスの浄化及び排気音の消音がなされる。本明細書では、エキゾーストマニホールドからエキゾーストパイプ、排気口までの全体を通して、「排気装置」と称する。また、排気装置を構成するエキゾーストマニホールド、エキゾーストパイプ、触媒装置、マフラーなどの部品を「排気系部品」と称する。 The exhaust system of a four-wheeled vehicle or two-wheeled vehicle (hereafter referred to as "vehicles, etc.") is equipped with an exhaust manifold and an exhaust pipe. Exhaust gas discharged from the engine and collected by the exhaust manifold is passed through the exhaust pipe and discharged to the outside from an exhaust port at the rear of the vehicle body. A catalytic device and a muffler (silencer) are arranged midway through the exhaust pipe to purify the exhaust gas and silence exhaust noise. In this specification, the entire system from the exhaust manifold to the exhaust pipe and exhaust port is referred to as the "exhaust system." In addition, the parts that make up the exhaust system, such as the exhaust manifold, exhaust pipe, catalytic device, and muffler, are referred to as "exhaust system parts."

従来、自動車等の排気装置の構成部材には、耐食性、高強度や加工性等に優れたステンレス鋼が使用されていたが、近年では、ステンレス鋼よりも軽量であり、高強度で耐食性にも優れるチタン材が使用されつつある。例えば、二輪自動車の排気装置には、JIS2種の工業用純チタン材が使われている。さらに、最近では、JIS2種の工業用純チタン材に代わって、より耐熱性が高いチタン合金が使用されつつある。 Traditionally, stainless steel, which has excellent corrosion resistance, high strength and workability, has been used for the components of exhaust systems for automobiles, etc., but in recent years, titanium material, which is lighter than stainless steel and has high strength and excellent corrosion resistance, is being used more and more. For example, JIS Class 2 commercially pure titanium material is used for the exhaust systems of motorcycles. Furthermore, titanium alloys, which have higher heat resistance, are now being used in place of JIS Class 2 commercially pure titanium material.

特に最近は、排ガス温度が上昇する傾向にある。そのため、エキゾーストパイプにおける排ガス温度は、800℃程度に達する場合があり、この温度域においても十分な高温強度の確保が求められる。また、排気系部品では、高温酸化が抑制される(高温での耐酸化性に優れる)ことも望まれる。
また、高温での強度や耐酸化性に優れていても、加工性が低いと部品への加工が困難になる。そのため、排気系部品にチタン板を適用する場合には、成形する際の加工性が良好なことも求められる。
In particular, exhaust gas temperatures have been rising in recent years. As a result, the exhaust gas temperature in exhaust pipes can reach about 800°C, and sufficient high-temperature strength is required even in this temperature range. In addition, it is also desirable for exhaust system parts to be able to suppress high-temperature oxidation (to have excellent oxidation resistance at high temperatures).
Furthermore, even if a material has excellent strength and oxidation resistance at high temperatures, if its workability is poor, it will be difficult to process it into parts. Therefore, when using titanium sheet for exhaust system parts, it is also required that the material has good workability during forming.

特許文献1には、Siを0.15~2質量%含むとともに、Alを0.30質量%未満に規制し、残部がチタンおよび不可避的不純物からなる耐高温酸化性に優れたチタン合金が記載されている。
また、特許文献2には、質量基準でAl:0.30~1.50%と、Si:0.10~1.0%を含有することを特徴とする耐高温酸化性および耐食性に優れたチタン合金が記載されている。
また、特許文献3には、質量%で、Cu:2.1%超~4.5%、酸素:0.04%以下、Fe:0.06%以下を含有し、残部Tiおよび不可避的不純物からなる、冷間加工性に優れる排気装置部材用耐熱チタン合金が記載されている。
また、特許文献4には、質量%で、Si:0.1~0.6%、Fe:0.04~0.2%、O:0.02~0.15%であり、FeとOの含有量の合計が、0.1%以上、0.3%以下、残部Tiおよび、単独の含有量が0.04%未満の不可避的不純物からなる、耐酸化性に優れた排気系部品用チタン合金材が記載されている。
Patent Document 1 describes a titanium alloy having excellent resistance to high-temperature oxidation, which contains 0.15 to 2 mass % Si, has Al restricted to less than 0.30 mass %, and is made up of the remainder titanium and unavoidable impurities.
Furthermore, Patent Document 2 describes a titanium alloy having excellent high-temperature oxidation resistance and corrosion resistance, which is characterized by containing, on a mass basis, 0.30 to 1.50% Al and 0.10 to 1.0% Si.
Furthermore, Patent Document 3 describes a heat-resistant titanium alloy for exhaust device components that has excellent cold workability and contains, by mass%, Cu: more than 2.1% to 4.5%, oxygen: 0.04% or less, Fe: 0.06% or less, with the balance being Ti and unavoidable impurities.
Patent Document 4 describes a titanium alloy material for exhaust system parts having excellent oxidation resistance, which contains, by mass%, Si: 0.1 to 0.6%, Fe: 0.04 to 0.2%, O: 0.02 to 0.15%, the total content of Fe and O being 0.1% or more and 0.3% or less, with the balance being Ti and unavoidable impurities whose individual content is less than 0.04%.

しかしながら、特許文献1~特許文献4に記載されたチタン合金は、化学成分を限定することで、高温強度を確保しようとするものであり、研磨性を向上するものではなかった。However, the titanium alloys described in Patent Documents 1 to 4 aim to ensure high-temperature strength by limiting the chemical composition, but do not improve polishability.

排気系部品用のチタン板には、表面の光沢性が求められることがある。この場合、チタン板は、その表面を研磨することにより、要求される光沢をもたらす表面性状に仕上げられる。特許文献1~4に記載されたように、耐熱性を確保しつつ耐高温酸化性や耐食性や冷間加工性を向上させる技術は知られているが、更に、製品加工後に行う研磨性を向上させることは検討されていない。Titanium plates for exhaust system parts are sometimes required to have a glossy surface. In such cases, the titanium plate is polished to achieve a surface texture that provides the required gloss. As described in Patent Documents 1 to 4, there are known techniques for improving high-temperature oxidation resistance, corrosion resistance, and cold workability while maintaining heat resistance, but no studies have been conducted on further improving polishability after product processing.

日本国特開2007-270199号公報Japanese Patent Application Publication No. 2007-270199 日本国特開2005-290548号公報Japanese Patent Application Publication No. 2005-290548 日本国特開2009-030140号公報Japanese Patent Application Publication No. 2009-030140 日本国特開2013-142183号公報Japanese Patent Application Publication No. 2013-142183

本開示は上記事情に鑑みてなされたものであり、加工性、研磨性、高温での耐酸化性、及び高温強度に優れたチタン合金板及び自動車用排気系部品を提供することを課題とする。The present disclosure has been made in consideration of the above circumstances, and aims to provide titanium alloy plates and automotive exhaust system parts that have excellent processability, polishability, oxidation resistance at high temperatures, and high-temperature strength.

[1]本開示の一態様に係るチタン合金板は、質量%で、Cu:0.7%~1.5%、Sn:0.5%~1.5%、Si:0.10%~0.60%、Nb:0.1%~1.0%、Zr:0%~1.0%、Cr:0%~0.5%、Mo:0%~0.5%、Al:0%~1.0%を含有し、Fe:0.08%以下、O:0.07%以下にそれぞれ制限し、残部がTi及び不純物である化学組成を有し、金属組織がα相と第二相とからなり、前記α相の平均結晶粒径が3.0~10.0μmであり、前記α相のうち、結晶粒径が平均結晶粒径±2μmの範囲にある結晶粒の個数割合が25%以上であり、前記α相のうち、結晶粒径が平均結晶粒径±4μmの範囲にある結晶粒の個数割合が45%以上であり、断面において、100μm×100μmの領域を100等分した100の10μm×10μmの領域を測定領域とし、前記測定領域毎に前記第二相の個数密度を求めた場合に、前記測定領域内に前記第二相が5個以上15個以下観察される測定領域の数が80以上である。
[2]上記[1]に記載のチタン合金板は、前記第二相の面積率が1.0%以上であってもよい。
[3]本開示の別の態様に係る自動車用排気系部品は、上記[1]または[2]に記載のチタン合金板を備える。
[4]本開示の別の態様に係る自動車用排気系部品は、上記[1]または[2]に記載のチタン合金板を成形して得られる。
[1] A titanium alloy plate according to one embodiment of the present disclosure contains, by mass%, Cu: 0.7% to 1.5%, Sn: 0.5% to 1.5%, Si: 0.10% to 0.60%, Nb: 0.1% to 1.0%, Zr: 0% to 1.0%, Cr: 0% to 0.5%, Mo: 0% to 0.5%, Al: 0% to 1.0%, Fe: 0.08% or less, O: 0.07% or less, and the balance is Ti and impurities. The metal structure is composed of an α phase and a second phase, and the average crystal grain size of the α phase is 3.0 to 10.0 μm. the proportion of crystal grains in the α phase whose grain size is in the range of the average grain size ±2 μm is 25% or more, the proportion of crystal grains in the α phase whose grain size is in the range of the average grain size ±4 μm is 45% or more, and in a cross section, a 100 μm × 100 μm region is divided into 100 equal 10 μm × 10 μm regions as measurement regions, and when the number density of the second phase is determined for each measurement region, the number of measurement regions in which 5 to 15 particles of the second phase are observed within the measurement region is 80 or more.
[2] The titanium alloy plate according to the above item [1] may have an area ratio of the second phase of 1.0% or more.
[3] An automobile exhaust system part according to another embodiment of the present disclosure includes the titanium alloy plate according to the above [1] or [2].
[4] An automobile exhaust system part according to another embodiment of the present disclosure is obtained by forming the titanium alloy plate described in [1] or [2] above.

本開示の上記態様によれば、加工性、研磨性及び高温での耐酸化性に優れたチタン合金板及び自動車用排気系部品を提供できる。According to the above aspects of the present disclosure, it is possible to provide titanium alloy plates and automotive exhaust system parts that have excellent processability, polishability, and oxidation resistance at high temperatures.

自動車用排気系部品は、チタン合金板を例えばプレス成形することによって得られ、また、自動車用排気系部品は高温環境下で使用される。また、排気系部品用のチタン合金板には、表面の光沢性が求められることがある。チタン合金板は表面を研磨することによって光沢性が高められる場合があることから、チタン合金板には研磨性が良好であることが求められる。
チタン合金板の研磨性の向上には、(1)研磨前の表面状態が平坦であること、及び(2)研磨時に結晶粒を起点とするムシレの発生が低減されること、が必要とされる。
Automobile exhaust system parts are obtained by, for example, press forming titanium alloy plate, and automobile exhaust system parts are used in high temperature environments. In addition, the titanium alloy plate for exhaust system parts may be required to have a glossy surface. Since the glossiness of titanium alloy plate may be increased by polishing the surface, titanium alloy plate is required to have good polishability.
In order to improve the polishability of a titanium alloy plate, it is necessary that (1) the surface state before polishing is flat, and (2) the occurrence of scratches originating from crystal grains during polishing is reduced.

上記(1)については、例えば、チタン合金板の表面に、焼付きによって生じた凹凸などが存在すると、凹凸を消すために必要な研磨時間が長くなってしまう。すなわち、表面が平坦な板にすることが研磨性向上の1つの方法である。Regarding (1) above, for example, if there are irregularities on the surface of a titanium alloy plate caused by seizure, the polishing time required to remove the irregularities will be long. In other words, one way to improve polishability is to make the surface of the plate flat.

上記(2)については、研磨後の外観を損なう原因として、結晶方位によって硬度が異なるために結晶粒ごとの研磨状態が異なることが挙げられる。結晶方位を極端に同じに制御することは容易ではないため、一般的には細粒化することで研磨状態が異なる結晶粒を目立たないようにしている。しかし、結晶粒径を小さくするだけでなく、結晶粒度を均一にしなければ十分な研磨性は得られない。また、結晶粒を細粒化しすぎると、成形性が劣化するので、細粒化には限度がある。 Regarding (2) above, one of the reasons why the appearance after polishing is impaired is that the hardness differs depending on the crystal orientation, resulting in different polishing conditions for each crystal grain. Since it is not easy to control the crystal orientation to be extremely uniform, crystal grains with different polishing conditions are generally made less noticeable by making the grains finer. However, sufficient polishing properties cannot be obtained unless the grain size is made uniform, not just made smaller. Also, if the crystal grains are made too fine, formability deteriorates, so there is a limit to how fine the grains can be made.

このように、成形性が最低限度確保される範囲に結晶粒径を制御しつつ、結晶粒度分布を小さくすることは、実製造における不均一性を考慮すると容易ではない。そこで本発明者は、結晶方位による結晶粒の研磨状態の差を小さくするための検討を行った。その結果、粒内や粒界に第二相として所定の個数密度以上の金属間化合物を形成することで、金属間化合物が結晶粒を拘束し、研磨時の変形を抑制し、より均一な研磨がなされるようになることを見出した。 In this way, it is not easy to reduce the grain size distribution while controlling the grain size to a range that ensures a minimum level of formability, taking into account the non-uniformity that occurs in actual manufacturing. The inventors therefore conducted research to reduce the difference in the polishing state of grains due to crystal orientation. As a result, they discovered that by forming intermetallic compounds with a predetermined number density or higher as second phases within grains and at grain boundaries, the intermetallic compounds can restrain the grains, suppress deformation during polishing, and achieve more uniform polishing.

また、排気系部品は使用時に高温になるため、排気系部品として必要な高温強度を確保するように、合金元素を添加する必要がある。本発明者らは、800℃での高温強度を確保するための化学組成について検討を行った。In addition, because exhaust system parts reach high temperatures during use, it is necessary to add alloy elements to ensure the high-temperature strength required for exhaust system parts. The inventors have investigated chemical compositions that ensure high-temperature strength at 800°C.

以上の観点から鋭意検討したところ、本実施形態のチタン合金板を完成させるに至った。 After careful consideration from the above perspectives, we have completed the titanium alloy plate of this embodiment.

以下、本開示の一実施形態に係るチタン合金板(本実施形態のチタン合金板)及び本開示の一実施形態に係る自動車用排気系部品(本実施形態の自動車用排気系部品)について説明する。
本実施形態のチタン合金板は、質量%で、Cu:0.7%~1.5%、Sn:0.5%~1.5%、Si:0.10%~0.60%、Nb:0.1%~1.0%、Zr:0%~1.0%、Cr:0%~0.5%、Mo:0%~0.5%、Al:0%~1.0%を含有し、Fe:0.08%以下、O:0.07%以下にそれぞれ制限し、残部がTi及び不純物である化学組成を有する。また、本実施形態のチタン合金板は、金属組織がα相と第二相とからなり、前記α相の平均結晶粒径が3.0~10.0μmであり、前記α相のうち、結晶粒径が平均結晶粒径±2μmの範囲にある結晶粒の個数割合が25%以上であり、前記α相のうち、結晶粒径が平均結晶粒径±4μmの範囲にある結晶粒の個数割合が45%以上である。また、本実施形態のチタン合金板は、断面において、100μm×100μmの領域を100等分した100(箇所)の10μm×10μmの領域を測定領域とし、前記測定領域毎に前記第二相の個数密度を求めた場合に、前記測定領域内に前記第二相が5個以上15個以下観察される測定領域の数が80以上である。
また、本実施形態のチタン合金板は、第二相の面積率が1.0%以上であることが好ましい。
次に、本実施形態の自動車用排気系部品は、上記のチタン合金板を備える。
Hereinafter, a titanium alloy plate according to one embodiment of the present disclosure (the titanium alloy plate of the present embodiment) and an automotive exhaust system part according to one embodiment of the present disclosure (the automotive exhaust system part of the present embodiment) will be described.
The titanium alloy plate of this embodiment has a chemical composition that contains, in mass%, Cu: 0.7% to 1.5%, Sn: 0.5% to 1.5%, Si: 0.10% to 0.60%, Nb: 0.1% to 1.0%, Zr: 0% to 1.0%, Cr: 0% to 0.5%, Mo: 0% to 0.5%, Al: 0% to 1.0%, Fe: 0.08% or less, O: 0.07% or less, and the balance is Ti and impurities. In addition, the titanium alloy plate of this embodiment has a metal structure consisting of an α phase and a second phase, the average grain size of the α phase is 3.0 to 10.0 μm, the number ratio of the grains of the α phase whose grain size is in the range of the average grain size ± 2 μm is 25% or more, and the number ratio of the grains of the α phase whose grain size is in the range of the average grain size ± 4 μm is 45% or more. In addition, in the cross section of the titanium alloy plate of this embodiment, when a 100 μm×100 μm area is divided into 100 equal parts, and 100 (places) of 10 μm×10 μm areas are measured, and the number density of the second phase is obtained for each of the measurement areas, the number of measurement areas in which 5 to 15 of the second phase are observed within the measurement area is 80 or more.
In addition, the titanium alloy plate of this embodiment preferably has an area ratio of the second phase of 1.0% or more.
Next, the automobile exhaust system part of the present embodiment includes the above-mentioned titanium alloy plate.

まず、本実施形態のチタン合金板の化学組成について説明する。化学組成を構成する各元素の含有量の単位である「%」は、「質量%」を意味する。また、「~」を挟んで示される範囲は、その両端の値を下限及び上限として含む。First, the chemical composition of the titanium alloy plate of this embodiment will be described. The unit of content of each element constituting the chemical composition, "%", means "mass %". In addition, the range indicated with "~" includes the values at both ends as the lower and upper limits.

Cu:0.7~1.5%
十分な高温強度を確保するためにはCu含有量を0.7%以上とする必要がある。好ましくは、Cu含有量は0.8%以上である。
一方、Cu含有量が1.5%を超えると、加工性が低下する。また、鋳塊製造時にCuが偏析する可能性が高くなる。そのため、Cu含有量を1.5%以下とする。Cu含有量は、好ましくは1.4%以下、より好ましくは1.3%以下、更に好ましくは1.2%以下である。
Cu: 0.7-1.5%
In order to ensure sufficient high temperature strength, the Cu content must be 0.7% or more, and preferably 0.8% or more.
On the other hand, if the Cu content exceeds 1.5%, the workability decreases. Also, the possibility of Cu segregating during the production of the ingot increases. Therefore, the Cu content is set to 1.5% or less. The Cu content is preferably 1.4% or less, more preferably 1.3% or less, and further preferably 1.2% or less.

Sn:0.5~1.5%
十分な高温強度を確保するためには、Sn含有量を0.5%以上とする必要がある。Sn含有量は、好ましくは0.6%以上、よりの好ましくは0.8%以上、更に好ましくは0.9%以上である。
一方、Snは金属間化合物を形成しがたいため、比較的多量に含有させることもできるが、Sn含有量が過剰になると加工性が低下するとともに、α相中のCu及びSiの固溶限度が低下する。そのため、Sn含有量は1.5%以下にする必要がある。また、Snは、比重が大きな元素であり、多量に加えても原子数比率で比較するとさほど多くないことから、固溶強化への寄与が小さい。このことも、含有量の上限を制限する理由である。Sn含有量は、好ましくは1.4%以下、より好ましくは1.3%以下、更に好ましくは1.2%以下である。
Sn: 0.5-1.5%
In order to ensure sufficient high-temperature strength, the Sn content must be 0.5% or more. The Sn content is preferably 0.6% or more, more preferably 0.8% or more, and even more preferably 0.7% or more. It is preferably 0.9% or more.
On the other hand, since Sn does not easily form intermetallic compounds, it can be contained in a relatively large amount. However, if the Sn content is excessive, the workability decreases and the solubility limit of Cu and Si in the α phase is exceeded. Therefore, the Sn content must be 1.5% or less. In addition, Sn is an element with a large specific gravity, and even if a large amount is added, the atomic ratio is not so large. The Sn content is preferably 1.4% or less, more preferably 1.3% or less, and even more preferably 1.0% or less. . Less than 2%.

Si:0.10~0.60%
耐酸化性及び高温強度を確保するためには、Si含有量を0.10%以上とする必要がある。Si含有量は、好ましくは0.15%以上、より好ましくは0.20%以上である。
一方、Si含有量が0.60%を超えるとシリサイドが形成され、粒成長が著しく阻害される上、加工性が低下する。よって、Si含有量を0.60%以下とする。Si含有量は、好ましくは0.50%以下、より好ましくは0.40%以下、更に好ましくは0.35%以下、より一層好ましくは0.30%以下である。
Si: 0.10~0.60%
In order to ensure oxidation resistance and high-temperature strength, the Si content must be 0.10% or more. The Si content is preferably 0.15% or more, and more preferably 0.20% or more. be.
On the other hand, if the Si content exceeds 0.60%, silicide is formed, which significantly inhibits grain growth and reduces workability. Therefore, the Si content is set to 0.60% or less. is preferably 0.50% or less, more preferably 0.40% or less, even more preferably 0.35% or less, and even more preferably 0.30% or less.

Nb:0.1~1.0%
耐酸化性を確保するためには、Nb含有量を0.1%以上とする必要がある。Nb含有量は、好ましくは0.2%以上、より好ましくは0.3%以上である。
一方、Nbを多く含有するほど耐酸化性は向上するが、原料コストが上昇することに加えて、耐酸化性の向上効果が頭打ちになる。そのため、Nb含有量を1.0%以下とする。Nb含有量は、好ましくは0.7%以下、より好ましくは0.5%以下、更に好ましくは0.4%以下である。
Nb: 0.1-1.0%
In order to ensure oxidation resistance, the Nb content must be 0.1% or more, preferably 0.2% or more, and more preferably 0.3% or more.
On the other hand, the more Nb is contained, the more the oxidation resistance improves, but the raw material cost increases and the effect of improving the oxidation resistance reaches a plateau. Therefore, the Nb content is set to 1.0% or less. The Nb content is preferably 0.7% or less, more preferably 0.5% or less, and further preferably 0.4% or less.

Zr:0~1.0%
Zrは、SiとTiとの金属間化合物を形成させやすくする元素である。形成される金属間化合物の中にはZrも存在する。Zrを含有させることでピン止め効果を得やすくなるとともに、ソリュートドラッグ効果で粒成長を抑制することができる。そのため、必要に応じてZrを含有させてもよい。上記効果を得る場合、Zr含有量を0.1%以上とすることが好ましい。
一方、Zrの含有によってβ変態点が低下するとともに、金属間化合物の形成促進やソリュートドラッグ効果が含有量の割に小さくなる。そのため、含有させる場合、Zr含有量を1.0%以下とする。Zr含有量は、好ましくは、0.8%以下、より好ましくは、0.6%以下、更に好ましくは0.5%以下、一層好ましくは0.4%以下である。
Zrは任意選択元素であるため下限は0%である。
Zr: 0 to 1.0%
Zr is an element that facilitates the formation of an intermetallic compound between Si and Ti. Zr is also present in the intermetallic compounds that are formed. By including Zr, it becomes easier to obtain the pinning effect, and the grain growth can be suppressed by the solute drag effect. Therefore, Zr may be included as necessary. To obtain the above effects, it is preferable that the Zr content is 0.1% or more.
On the other hand, the inclusion of Zr lowers the β transformation point, and the promotion of intermetallic compound formation and the solute drag effect become smaller relative to the content. Therefore, when Zr is included, the Zr content is set to 1.0% or less. The Zr content is preferably 0.8% or less, more preferably 0.6% or less, even more preferably 0.5% or less, and even more preferably 0.4% or less.
Since Zr is an optional element, the lower limit is 0%.

Cr:0%以上0.5%以下
Mo:0%以上0.5%以下
Cr及びMoは任意選択元素であり、その含有量は0%でもよいが、CrやMoを含有させることでソリュートドラッグ効果によって粒成長が抑制されるとともに、高温強度が向上する。そのため、必要に応じて含有させてもよい。上記効果を得るためには、Cr含有量、Mo含有量をそれぞれ、0.05%以上にすることが好ましい。より好ましくは、それぞれ0.1%以上である。
一方、CrやMoの含有量が多くなると、高温でβ相が多くなりすぎることによって、耐酸化性が低下する。また、Mo含有量が過剰になると加工性が低下する。そのため、含有させる場合、Cr含有量、Mo含有量は、それぞれ0.5%以下とする。Cr含有量、Mo含有量は、それぞれ好ましくは、0.4%以下、より好ましくは、0.3%以下である。
Cr: 0% or more and 0.5% or less Mo: 0% or more and 0.5% or less Cr and Mo are optional elements, and their contents may be 0%, but by including Cr and Mo, grain growth is suppressed by the solute drag effect and high-temperature strength is improved. Therefore, they may be included as necessary. In order to obtain the above effects, it is preferable that the Cr content and Mo content are each 0.05% or more. More preferably, each is 0.1% or more.
On the other hand, if the Cr or Mo content is high, the amount of β phase increases at high temperatures, which reduces the oxidation resistance. Moreover, if the Mo content is excessive, the workability decreases. Therefore, if they are contained, the Cr content and the Mo content are each set to 0.5% or less. The Cr content and the Mo content are each preferably set to 0.4% or less, and more preferably set to 0.3% or less.

Al:0~1.0%
Alは任意選択元素であり、0%でもよいが、高温強度を確保するために含有させてもよい。上記効果を得る場合、Al含有量を0.1%以上とすることが好ましい。
一方、Al含有量が多くなると、α相が安定化されてβ相の形成が抑制され、高温強度と耐酸化性とはさらに向上するが、加工性が低下するので好ましくない。また、冷延性も大きく低下する。そのため、Alを含有させる場合、Al含有量を1.0%以下とする。Al含有量は、好ましくは、0.8%以下、より好ましくは、0.6%以下、更に好ましくは0.5%以下である。
Al: 0 to 1.0%
Al is an optional element and may be 0%, but may be contained in order to ensure high temperature strength. In order to obtain the above effects, the Al content is preferably 0.1% or more.
On the other hand, if the Al content is increased, the α phase is stabilized and the formation of the β phase is suppressed, and the high-temperature strength and oxidation resistance are further improved, but the workability is reduced, which is not preferable. In addition, the cold rollability is also significantly reduced. Therefore, when Al is contained, the Al content is set to 1.0% or less. The Al content is preferably 0.8% or less, more preferably 0.6% or less, and even more preferably 0.5% or less.

Fe:0.08%以下
Fe含有量が多すぎると、低温域からβ相が生じやすくなる。そのため、β相に添加元素が濃化することでα相の固溶元素量が低下する上、β相率の増加によって高温強度が低下する。また、β相率が多くなることで耐酸化性が劣化する場合もある。また、Cr及びMoを含有させる場合に、Cr及びMoの適正な含有量の範囲が狭くなることで、Cr及びMoの化学成分の制御が難しくなる。そのため、Fe含有量は少ないほどよく、0.08%以下に制限する必要がある。Fe含有量は、好ましくは、0.06%以下、より好ましくは、0.04%以下である。
Fe: 0.08% or less If the Fe content is too high, the β phase is likely to occur from a low temperature region. Therefore, the amount of solid solution elements in the α phase decreases due to the concentration of the added elements in the β phase, and the high temperature strength decreases due to the increase in the β phase ratio. In addition, the oxidation resistance may deteriorate due to the increase in the β phase ratio. In addition, when Cr and Mo are contained, the appropriate content range of Cr and Mo becomes narrow, making it difficult to control the chemical components of Cr and Mo. Therefore, the Fe content is preferably as low as possible, and it is necessary to limit it to 0.08% or less. The Fe content is preferably 0.06% or less, more preferably 0.04% or less.

O:0.07%以下
Oは室温強度を増加させるが、高温強度はほとんど向上させない元素である。すなわち、O含有量が多くなると、高温強度は向上せずに、スプリングバック量が大きくなって加工性が低下するだけである。そのため、O含有量は少ないほど好ましい。しかしながら、工業的に酸素(O)を低減させることは難しく、極端に低減すると原料コストが上昇する。そのため、0.04%程度は含有され、ばらつきを考慮すると0.07%程度になることもある。そのため、O含有量を0.07%以下に制限する。
O: 0.07% or less O is an element that increases room temperature strength but hardly improves high temperature strength. In other words, if the O content is high, the high temperature strength is not improved, and the springback amount increases and workability is reduced. Therefore, the lower the O content, the better. However, it is difficult to reduce oxygen (O) industrially, and if it is reduced too much, the raw material cost increases. Therefore, about 0.04% is contained, and when considering the variation, it may be about 0.07%. Therefore, the O content is limited to 0.07% or less.

Ni、V、Mn、Co、Ta、W、C、Nの1種または2種以上を各々0~0.05%かつ合計で0.30%以下
Ni、V、Mn、Co、Ta、Wはいずれもβ相を安定化する効果を少なからず有する。そのため、本実施形態のように、Nb、Cr、Moでα相およびβ相を制御するチタン合金板においては、これらの元素の含有量は少ないほうがよい。また、N及びCが過剰に含有されると、α相が安定化するとともに、室温での強度が高まるために、加工性が劣化する。そのため、N及びCの含有量も少ないほうがよい。従って、これらの元素を意図的に含有させる場合、または不純物として含まれる場合のいずれの場合であったとしも、各元素の含有量をそれぞれ0.05%以下とするととともに、これらの元素の合計含有量を0.30%以下にすることが好ましい。
これらの元素は少ない方がよいので、各含有量及び合計含有量の下限は0%である。
Ni, V, Mn, Co, Ta, W, C, N, one or more of 0 to 0.05% each, and 0.30% or less in total. Ni, V, Mn, Co, Ta, and W all have the effect of stabilizing the β phase to a certain extent. Therefore, in the titanium alloy plate in which the α phase and the β phase are controlled by Nb, Cr, and Mo, as in this embodiment, the contents of these elements are preferably small. In addition, if N and C are contained in excess, the α phase is stabilized and the strength at room temperature is increased, so that the workability is deteriorated. Therefore, the contents of N and C are also preferably small. Therefore, whether these elements are intentionally contained or contained as impurities, it is preferable that the contents of each element are 0.05% or less, and the total content of these elements is 0.30% or less.
Since the contents of these elements are preferably small, the lower limit of each content and the total content is 0%.

本実施形態のチタン合金板の残部は、Ti及び上記以外の他の不純物である。
その他の不純物として例えばH、Bが例示される。Hは、Tiと共に水素化物を形成する元素であり、水素化物が形成されると、チタン合金板が脆化することがある。そのため、不純物として含有される場合でも、H含有量は極力抑制することが好ましい。本実施形態のチタン合金板では、H含有量を0.013%以下とすることが好ましい。Bは、鋳塊内で粗大な析出物となる懸念がある。そのため、不純物として含有される場合でも、B含有量は極力抑制することが好ましい。本実施形態のチタン合金板では、B含有量を0.01%以下とすることが好ましい。
The balance of the titanium alloy plate of this embodiment is Ti and other impurities other than those mentioned above.
Other impurities include, for example, H and B. H is an element that forms hydrides together with Ti, and when hydrides are formed, the titanium alloy plate may become embrittled. Therefore, even if it is contained as an impurity, it is preferable to suppress the H content as much as possible. In the titanium alloy plate of this embodiment, the H content is preferably 0.013% or less. There is a concern that B will become coarse precipitates in the ingot. Therefore, even if it is contained as an impurity, it is preferable to suppress the B content as much as possible. In the titanium alloy plate of this embodiment, the B content is preferably 0.01% or less.

次に、本実施形態のチタン合金板の組織について説明する。
本実施形態のチタン合金板は、組織中に、平均結晶粒径が3.0μm以上10.0μm以下のα相と、第二相とが含有される。第二相はα相以外の組織であり、主に金属間化合物である。本実施形態の金属間化合物は主にTiCu、シリサイドを含む。第二相にβ相が含まれる可能性もあるが、β相が含まれたとしてもごく微量(例えば0.2%以下)であるので、第二相が金属間化合物であるとみなしてもよい。α相は金属組織の大部分(例えば95%以上)を占める組織であり、金属組織の残部が第二相となる。
Next, the structure of the titanium alloy plate of this embodiment will be described.
The titanium alloy plate of this embodiment contains an α phase having an average grain size of 3.0 μm or more and 10.0 μm or less, and a second phase in the structure. The second phase is a structure other than the α phase, and is mainly an intermetallic compound. The intermetallic compound of this embodiment mainly contains Ti 2 Cu and silicide. The second phase may contain a β phase, but even if the β phase is contained, it is a very small amount (e.g., 0.2% or less), so the second phase may be considered to be an intermetallic compound. The α phase is a structure that occupies the majority (e.g., 95% or more) of the metal structure, and the remainder of the metal structure is the second phase.

α相の平均結晶粒径:3.0~10.0μm
本実施形態のチタン合金板において、α相の平均結晶粒径が小さいことは、未再結晶部が残存していることを意味する。そのため、α相の平均結晶粒径が小さい場合、加工性が低下する。未再結晶部は研磨むらの原因にもなるため研磨性が劣る。そのため、未再結晶部が生じないようにするためにも、α相の平均結晶粒径は3.0μm以上とする。
一方、α相の平均結晶粒径が過大になると研磨性が劣化する。そのため、α相の平均結晶粒径は10.0μm以下とする必要がある。
Average grain size of α phase: 3.0 to 10.0 μm
In the titanium alloy plate of this embodiment, the small average grain size of the α phase means that unrecrystallized parts remain. Therefore, when the average grain size of the α phase is small, the workability is reduced. The unrecrystallized parts also cause uneven polishing, so the polishability is poor. Therefore, in order to prevent the unrecrystallized parts from occurring, the average grain size of the α phase is set to 3.0 μm or more.
On the other hand, if the average crystal grain size of the α phase becomes too large, the polishability deteriorates, so the average crystal grain size of the α phase must be 10.0 μm or less.

α相の平均結晶粒径は、EBSDを用いて、以下の方法で求めることができる。
α相の結晶粒は均一に分散する。よって任意の幅方向位置で測定してもよいが、例えば、板幅長さ1/2位置(板幅方向端部から板幅方向に板幅の1/2の位置)の、板幅方向に垂直な断面(L断面)の板厚中央部にて、加速電圧15kVとし、倍率500倍以上で測定ピッチを0.2μmとし、測定α相のみを対象として測定を行う。測定視野は1視野で結晶粒が300個以上含まれる大きさ、もしくは複数の視野の合計で結晶粒が400個以上含まれるように設定する。測定試料は平均のCI値が0.2以上となるよう調整する。測定解析ソフトにはOIM-analysisTM(version 7.3.1)を用いて、結晶方位差15°以上の境界を粒界とみなして、この境界で区分される結晶粒の面積から円相当直径近似して各結晶粒の結晶粒径を求める。結晶粒径の算出に際し、結晶粒径が1.0μm以下の結晶粒及び視野内に不完全に含まれている結晶粒は除外する。結晶粒の粒界が測定視野の境界により分断された結晶粒を視野内に不完全に含まれている結晶粒と判断する。
板幅方向が不明の場合は、表面で測定を行うことで判別できる。素材はSplit-TD型の集合組織を有しているため、(0001)が板幅方向に30~40°傾いて強く配向している。したがって、表面からの測定において(0001)が強く配向している位置が存在する方向軸が板幅方向となる。
The average grain size of the α phase can be determined by the following method using EBSD.
The α-phase crystal grains are uniformly distributed. Therefore, the measurement may be performed at any position in the width direction. For example, the measurement is performed at the center of the thickness of the cross section (L cross section) perpendicular to the width direction at the 1/2 position of the sheet width length (the position of 1/2 of the sheet width from the end of the sheet width direction in the sheet width direction), with an acceleration voltage of 15 kV, a magnification of 500 times or more, a measurement pitch of 0.2 μm, and only the α-phase to be measured. The measurement field is set to a size that includes 300 or more crystal grains in one field, or a total of 400 or more crystal grains in multiple fields. The measurement sample is adjusted so that the average CI value is 0.2 or more. The measurement analysis software uses OIM-analysis TM (version 7.3.1), and the boundaries with a crystal orientation difference of 15° or more are regarded as grain boundaries, and the grain size of each crystal grain is calculated by approximating the circle equivalent diameter from the area of the crystal grains divided by this boundary. When calculating the crystal grain size, crystal grains with a crystal grain size of 1.0 μm or less and crystal grains that are incompletely included in the field of view are excluded. A crystal grain whose grain boundary is divided by the boundary of the measurement field of view is determined to be a crystal grain that is incompletely included in the field of view.
If the sheet width direction is unknown, it can be determined by measuring the surface. Since the material has a split-TD type texture, (0001) is strongly oriented at an angle of 30 to 40 degrees to the sheet width direction. Therefore, the directional axis where there is a position where (0001) is strongly oriented in the measurement from the surface is the sheet width direction.

α相の結晶粒度分布:結晶粒径が平均結晶粒径±2μmの結晶粒の個数割合が25%以上、結晶粒径が平均結晶粒径±4μmの結晶粒の個数割合が45%以上
平均結晶粒径が10.0μm以下であっても、粗大な結晶粒が僅かながら含まれる可能性がある。結晶粒径が異なると結晶粒の研磨状態が異なるので、結晶粒径の差が大きい結晶粒が含まれると、研磨後において十分な美観が得られない。そこで、α相の平均結晶粒径の他に、α相の粒度分布を制御することが好ましい。
The crystal grain size distribution of the α phase: The number ratio of crystal grains with a crystal grain size of the average crystal grain size ±2 μm is 25% or more, and the number ratio of crystal grains with a crystal grain size of the average crystal grain size ±4 μm is 45% or more. Even if the average crystal grain size is 10.0 μm or less, there is a possibility that a small amount of coarse crystal grains are included. Since the polishing state of the crystal grains differs depending on the crystal grain size, if crystal grains with a large difference in crystal grain size are included, a satisfactory appearance cannot be obtained after polishing. Therefore, in addition to the average crystal grain size of the α phase, it is preferable to control the grain size distribution of the α phase.

本実施形態のチタン合金板では、α相のうち(α相を構成する結晶粒のうち)、結晶粒径が平均結晶粒径±2μmの範囲(平均結晶粒径-2μm~平均結晶粒径+2μmの範囲)にあるα相の結晶粒の個数割合が、全体の25%以上であり、平均結晶粒径±4μmの範囲(平均結晶粒径-4μm~平均結晶粒径+4μmの範囲)にある結晶粒の個数割合が、全体の45%以上である。このようなチタン合金板は、粗大な結晶粒が含まれる可能性が低くなり、研磨性が向上する。
α相の結晶粒径が平均結晶粒径±2μmの範囲にあるα相の結晶粒の個数割合及び、平均結晶粒径±4μmの範囲にある結晶粒の個数割合のそれぞれの上限の割合は特に制限はなく100%でもよいが、100%未満としてもよい。
In the titanium alloy plate of this embodiment, the proportion of α-phase grains (of the grains constituting the α-phase) whose grain size is within the range of the average grain size ±2 μm (average grain size -2 μm to average grain size +2 μm) is 25% or more of the total, and the proportion of grains whose grain size is within the range of the average grain size ±4 μm (average grain size -4 μm to average grain size +4 μm) is 45% or more of the total. Such a titanium alloy plate is less likely to contain coarse grains, and has improved polishability.
The upper limit of the number ratio of α-phase crystal grains having an α-phase crystal grain size in the range of the average crystal grain size ±2 μm and the number ratio of crystal grains having an α-phase crystal grain size in the range of the average crystal grain size ±4 μm is not particularly limited and may be 100%, but may also be less than 100%.

α相の粒度分布は、以下の方法で求める。
α相の結晶粒は均一に分散する。よって任意の幅方向位置で測定してもよいが、例えば、板幅長さ1/2位置の板幅方向に垂直な断面(L断面)の板厚中央部にて、一辺長さが100μm以上の矩形の領域であって、当該領域内に100個以上の結晶粒が存在するように粒度分布の測定領域を設定する。測定領域を電子線後方散乱回折(EBSD)法によってα相の結晶方位を解析する。解析ソフトにはOIM-analysisTM(version 7.3.1)を用いて、結晶方位差15°以上の境界を粒界とみなして、区分される結晶粒の面積から円相当直径近似して各結晶粒の結晶粒径を求める。
次いで、得られた各結晶粒の結晶粒径と、結晶粒径が前記方法で求めた平均結晶粒径から±2μmの範囲にある結晶粒の個数割合と、結晶粒径が平均結晶粒径から±4μmの範囲にあるα相の結晶粒の個数割合を求める。
これにより、測定領域内における結晶粒の粒度分布を求める。
板幅方向が不明の場合は、表面で測定を行うことで判別できる。素材はSplit-TD型の集合組織を有しているため、(0001)が板幅方向に30~40°傾いて強く配向している。したがって、表面からの測定において(0001)が強く配向している位置が存在する方向軸が板幅方向となる。
The particle size distribution of the α phase is determined by the following method.
The α-phase crystal grains are uniformly distributed. Therefore, the measurement may be performed at any position in the width direction. For example, the measurement region of the grain size distribution is set so that a rectangular region with a side length of 100 μm or more is present in the center of the sheet thickness of a cross section (L cross section) perpendicular to the sheet width direction at the 1/2 position of the sheet width length, and 100 or more crystal grains are present in the region. The crystal orientation of the α-phase is analyzed by the electron backscatter diffraction (EBSD) method in the measurement region. The analysis software used is OIM-analysis TM (version 7.3.1), and the boundaries with a crystal orientation difference of 15° or more are regarded as grain boundaries, and the grain size of each crystal grain is calculated by approximating the circle equivalent diameter from the area of the divided crystal grains.
Next, the grain size of each of the obtained grains, the percentage of the number of grains whose grain size is within ±2 μm of the average grain size obtained by the above method, and the percentage of the number of α-phase grains whose grain size is within ±4 μm of the average grain size are obtained.
This allows the grain size distribution of the crystal grains within the measurement area to be determined.
If the sheet width direction is unknown, it can be determined by measuring the surface. Since the material has a split-TD type texture, (0001) is strongly oriented at an angle of 30 to 40 degrees to the sheet width direction. Therefore, the directional axis where there is a position where (0001) is strongly oriented in the measurement from the surface is the sheet width direction.

第二相の個数密度の分布:100の測定領域のうち、測定領域内に第二相が5個以上15個以下観察される測定領域の数が80以上である
次に、第二相の分布状態について説明する。
本実施形態のチタン合金板は、金属組織の大部分がα相からなり、残部が第二相からなる。第二相の主なものは、各種の金属間化合物である。α相の粒成長を抑制するためにピン止め効果やソリュートドラッグ効果を利用する場合、均一に第二相もしくは合金元素が存在している必要がある。第二相が均一に含有されることによって、使用中の高温環境下でのα相の粒成長が不均一にならず高温強度が向上する。ただし、金属組織中に第二相が不均一に分布すると、高温域でのα相の粒成長の程度が局所的に異なり、高温強度が低下する。また、不均一な第二相分布は焼鈍時にも混粒組織を形成させる原因となり、混粒組織が形成されると研磨性や疲労特性が劣化する。また、混粒組織とならなくとも、不均一な第二相分布によって研磨性が低下する。そのため、第二相が金属組織中に均一に分布している必要がある。
Distribution of number density of second phases: out of 100 measurement regions, the number of measurement regions in which 5 to 15 particles of second phases are observed is 80 or more. Next, the distribution state of the second phase will be described.
In the titanium alloy plate of this embodiment, the metal structure is mostly composed of the α phase, and the remainder is composed of the second phase. The main components of the second phase are various intermetallic compounds. When the pinning effect or the solute drag effect is used to suppress the grain growth of the α phase, the second phase or alloying elements must be present uniformly. By uniformly containing the second phase, the grain growth of the α phase in a high-temperature environment during use is not uneven, and high-temperature strength is improved. However, if the second phase is distributed unevenly in the metal structure, the degree of grain growth of the α phase in the high-temperature range varies locally, and high-temperature strength is reduced. In addition, uneven second phase distribution causes the formation of a duplex structure during annealing, and the formation of the duplex structure deteriorates the polishability and fatigue properties. In addition, even if the duplex structure is not formed, the polishability is reduced due to the uneven second phase distribution. Therefore, the second phase must be distributed uniformly in the metal structure.

本実施形態のチタン合金板では、第二相の分布の均一性の指標として、チタン合金板の断面の複数の測定領域において第二相の個数を測定して得られる、所定の個数の第二相を含む領域の割合を用いる。
具体的には、板幅長さ1/2位置のチタン合金板の板幅方向に垂直な断面において、一辺が100μm(100μm×100μm)の領域の各辺の長さをそれぞれ10等分して得られる各々の領域(一辺が10μmの領域が100個)を個数密度の測定領域とし、測定領域毎に、第二相の個数を求める。そして、100の領域のうち、その測定領域(10×10μm)内に5個以上15個以下第二相が観察される(存在する)測定領域の数を求める。測定領域内に5個以上15個以下の第二相が観察される測定領域内が、80以上であれば、第二相が均一に分布しているとみなす。全測定領域において、5個以上15個以下の第二相が観察されてもよい。つまり、測定領域内に5個以上15個以下の第二相が観察される測定領域の数の上限は100である。第二相の個数密度の算出に際し、第二相が分割した領域の境界に存在する場合、隣接する領域の数で除する。例えば、2つの領域にまたがって存在する場合には、当該領域2つのそれぞれに0.5個として加算する。
第二相の分布状態がこの条件を満たす場合に、研磨性が向上し、また、高温加熱時にα相の混粒組織が生じにくくなり、疲労強度が向上する。
In the titanium alloy plate of the present embodiment, the ratio of the area containing a predetermined number of second phases is used as an index of the uniformity of distribution of the second phase, which is obtained by measuring the number of second phases in a plurality of measurement areas of the cross section of the titanium alloy plate.
Specifically, in a cross section perpendicular to the plate width direction of a titanium alloy plate at the plate width 1/2 position, each side length of a region with a side length of 100 μm (100 μm x 100 μm) is divided into 10 equal parts, and each region (100 regions with a side length of 10 μm) is used as a number density measurement region, and the number of second phases is calculated for each measurement region. Then, among the 100 regions, the number of measurement regions in which 5 to 15 second phases are observed (exist) in the measurement region (10 x 10 μm) is calculated. If the number of measurement regions in which 5 to 15 second phases are observed in the measurement region is 80 or more, the second phases are considered to be uniformly distributed. In all measurement regions, 5 to 15 second phases may be observed. In other words, the upper limit of the number of measurement regions in which 5 to 15 second phases are observed in the measurement region is 100. When calculating the number density of the second phase, if the second phase exists at the boundary between divided regions, the number is divided by the number of adjacent regions. For example, if the second phase exists across two regions, 0.5 particles is added to each of the two regions.
When the distribution state of the second phase satisfies this condition, the polishability is improved, and the formation of a mixed grain structure of the α phase during high temperature heating is suppressed, thereby improving the fatigue strength.

5個以上15個以下の第二相が観察される領域の数は、以下の方法で求める。
α相及び第二相は、均一に分散するので、測定位置は任意の幅方向位置でよいが、例えば、一辺が100μmの領域の位置は、チタン合金の板幅長さ1/2位置の板幅方向に垂直な断面(L断面)の板厚中央部とする。この領域を、各辺の長さを10等分して、100個の測定領域を決定する。各測定領域を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、反射電子像からα相と第二相とを判別する。金属間化合物である第二相は、母相であるα相に比べて白色もしくは黒色であるとともに微細な析出物であるため、この特徴から第二相と識別できる。そして、測定領域内の第二相の個数を計数して、個数を求める。これを100の測定領域に対して実施し、第二相の個数が5個以上15個以下の測定領域の数を計数する。
板幅方向が不明の場合は、表面で測定を行うことで判別できる。素材はSplit-TD型の集合組織を有しているため、(0001)が板幅方向に30~40°傾いて強く配向している。したがって、表面からの測定において(0001)が強く配向している位置が存在する方向軸が板幅方向となる。
The number of regions in which 5 to 15 second phases are observed is determined by the following method.
Since the α phase and the second phase are uniformly dispersed, the measurement position may be any position in the width direction. For example, the position of the region with one side of 100 μm is the center of the plate thickness of the cross section (L cross section) perpendicular to the plate width direction at the position of 1/2 the plate width length of the titanium alloy. This region is divided into 10 equal parts by the length of each side to determine 100 measurement regions. Each measurement region is observed with a scanning electron microscope (SEM), and the α phase and the second phase are distinguished from the backscattered electron image. The second phase, which is an intermetallic compound, is white or black compared to the α phase, which is the parent phase, and is a fine precipitate, so that it can be distinguished from the second phase from this characteristic. Then, the number of the second phases in the measurement region is counted to obtain the number. This is performed for 100 measurement regions, and the number of measurement regions with the number of the second phases of 5 to 15 is counted.
If the sheet width direction is unknown, it can be determined by measuring the surface. Since the material has a split-TD type texture, (0001) is strongly oriented at an angle of 30 to 40 degrees to the sheet width direction. Therefore, the directional axis where there is a position where (0001) is strongly oriented in the measurement from the surface is the sheet width direction.

第二相の面積率
金属組織における第二相の面積率は、0.01%以上が好ましく、0.05%以上がより好ましく、0.1%以上が更に好ましく、1.0%以上であることが一層好ましい。第二相が0.1%以上の面積率で存在すると、研磨性を向上させることができる。特に、第二相の面積率を1.0%以上とすることで、研磨性をより一層向上させることができる。一方、加工性を十分なものとするためには、第二相の面積率の上限を3.0%以下とすることが好ましく、2.0%以下とすることがより好ましい。
Area ratio of the second phase The area ratio of the second phase in the metal structure is preferably 0.01% or more, more preferably 0.05% or more, even more preferably 0.1% or more, and even more preferably 1.0% or more. When the second phase exists at an area ratio of 0.1% or more, the polishability can be improved. In particular, by setting the area ratio of the second phase to 1.0% or more, the polishability can be further improved. On the other hand, in order to ensure sufficient processability, the upper limit of the area ratio of the second phase is preferably 3.0% or less, more preferably 2.0% or less.

第二相の面積率は、第二相の個数密度の測定と同じ領域で測定を行う。すなわち、上記の一辺が100μmの領域(例えばチタン合金の板幅長さ1/2位置の板幅方向に垂直な断面(L断面)の板厚中央部から作成)を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、反射電子像からα相と第二相とを判別する。金属間化合物である第二相は、母相であるα相に比べて白色もしくは黒色であるとともに微細な析出物であるため、この特徴から第二相と識別できる。そして、領域内の第二相の面積を測定し、第二相の面積率(%)を求める。The area ratio of the second phase is measured in the same region as the measurement of the number density of the second phase. That is, the above-mentioned region with a side length of 100 μm (for example, created from the center of the plate thickness of a cross section (L cross section) perpendicular to the plate width direction at 1/2 the plate width length of a titanium alloy) is observed with a scanning electron microscope (SEM), and the α phase and the second phase are distinguished from each other from the backscattered electron image. The second phase, which is an intermetallic compound, is white or black compared to the parent α phase and is a fine precipitate, so that it can be distinguished from the second phase from this characteristic. The area of the second phase in the region is then measured to determine the area ratio (%) of the second phase.

また、本実施形態のチタン合金板の金属組織は等軸組織であることが好ましい。針状組織ではマクロ的に結晶方位が同じ領域が密集するため、研磨性が劣化する。具体的には、組織の大部分を占めるα相の平均アスペクト比(長軸長さ/短軸長さ)が3.0以下であることが好ましい。後述するように熱延板焼鈍または中間焼鈍において830℃超、かつβ変態点以上に加熱することで一旦針状結晶粒が形成されるが、その後の冷間圧延と最終焼鈍によって再結晶が起こり、等軸のα相が形成される。アスペクト比は、チタン合金板のL断面上においてα結晶粒の(長軸長さ/短軸長さ)の比であるアスペクト比を求め、10個の結晶粒のアスペクト比の平均値とする。In addition, the metal structure of the titanium alloy plate of this embodiment is preferably an equiaxed structure. In an acicular structure, regions with the same crystal orientation are densely packed macroscopically, which deteriorates the polishability. Specifically, the average aspect ratio (long axis length/short axis length) of the α phase, which occupies most of the structure, is preferably 3.0 or less. As described later, in hot-rolled sheet annealing or intermediate annealing, needle-shaped crystal grains are formed once by heating to above 830 ° C and above the β transformation point, but recrystallization occurs by subsequent cold rolling and final annealing to form an equiaxed α phase. The aspect ratio is calculated as the ratio of (long axis length/short axis length) of α crystal grains on the L cross section of the titanium alloy plate, and the average aspect ratio of 10 crystal grains is calculated.

本実施形態のチタン合金板は、以下の特性を有することが好ましい。The titanium alloy plate of this embodiment preferably has the following characteristics:

全伸び:25.0%以上
成形加工後の部品形状にもよるが、少なくともチタン合金板を管形状に成形・溶接できることが必要である。また、その後は管の曲げ加工が必要になる。従って、本実施形態のチタン合金板は、部品成形時の十分な加工性を確保するために、全伸びが25.0%以上であることが好ましい。全伸びの上限を限定する必要はないが、工業的には50.0%程度が実質的な上限となる。
Total elongation: 25.0% or more Although it depends on the part shape after forming, it is necessary that the titanium alloy plate can be formed and welded into a pipe shape. In addition, the pipe needs to be bent after that. Therefore, the titanium alloy plate of this embodiment preferably has a total elongation of 25.0% or more in order to ensure sufficient workability during part forming. There is no need to limit the upper limit of total elongation, but about 50.0% is the practical upper limit in industry.

全伸びは、室温引張試験を行うことにより測定する。室温での引張試験は、上記のチタン合金板から、長手方向が圧延方向に対して平行のASTMサブサイズ引張試験片(平行部幅:6.25mm、平行部長さ:32mm、標点間距離:25mm)を採取し、ひずみ速度を30%/minとして行う。試験温度は10~35℃の範囲内とする。Total elongation is measured by conducting a room temperature tensile test. The room temperature tensile test is performed by taking an ASTM sub-size tensile test piece (parallel section width: 6.25 mm, parallel section length: 32 mm, gauge length: 25 mm) from the above titanium alloy plate with the longitudinal direction parallel to the rolling direction, and at a strain rate of 30%/min. The test temperature is within the range of 10 to 35°C.

エリクセン値:9.5mm以上
エリクセン試験は、管形状以外への成形では重要な深絞り及び張出の要素を評価する試験である。本実施形態のチタン合金板は、研磨性の向上とのバランスを考慮し、エリクセン値が9.5mm以上であることが好ましい。
Erichsen value: 9.5 mm or more The Erichsen test is a test for evaluating the important factors of deep drawing and stretching in forming shapes other than tubular shapes. In the titanium alloy plate of this embodiment, the Erichsen value is preferably 9.5 mm or more, taking into consideration the balance with the improvement of polishability.

エリクセン値は、JIS Z 2247(2006)に規定するエリクセン試験方法に準じて測定する。測定サンプルの板厚は0.1~2.0mmの範囲とし、幅は90mm以上とする。試験機はJIS B 7729(2005)に記載された通りとする。ジグ寸法は標準試験片による試験の寸法を用いる。ただし、潤滑剤には厚さ50μmのテフロン(登録商標)シートを用いる。 The Erichsen value is measured in accordance with the Erichsen test method specified in JIS Z 2247 (2006). The thickness of the measurement sample shall be in the range of 0.1 to 2.0 mm, and the width shall be 90 mm or more. The test machine shall be as specified in JIS B 7729 (2005). The jig dimensions shall be those used for testing with standard test pieces. However, a 50 μm thick Teflon (registered trademark) sheet shall be used as the lubricant.

耐酸化性:大気中で800℃、100時間保持後の酸化増量が5.0mg/cm以下
一般に使用される排気系部品における酸化増量は5.0mg/cm以下がほとんどであり、本実施形態のチタン合金板では、800℃での使用を想定した場合であっても、これを達成することが望ましい。そのため、耐酸化性の指標として、大気中で800℃、100時間保持後の酸化増量が5.0mg/cm以下を満たすことが好ましい。
Oxidation resistance: oxidation mass gain after 100 hours at 800°C in air is 5.0mg/ cm2 or less The oxidation mass gain of most exhaust system parts generally used is 5.0mg/ cm2 or less, and it is desirable to achieve this in the titanium alloy plate of this embodiment even when it is assumed to be used at 800°C. Therefore, as an indicator of oxidation resistance, it is preferable to satisfy the oxidation mass gain of 5.0mg/ cm2 or less after 100 hours at 800°C in air.

酸化増量は、上記のチタン合金板から、20mm×20mmの試験片を採取し、表面をエメリー紙#400で湿式研磨し、800℃で100時間、静止大気中に暴露し、暴露後の増加質量を測定し、増加質量を引張試験片の表面積で割った値((増加質量(mg)/試験片の表面積(cm))とする。酸化試験によってスケール剥離が発生する場合は剥離したスケールもばく露後の質量に含める必要がある。 The oxidation mass gain is determined by taking a 20 mm x 20 mm test piece from the above titanium alloy plate, wet-polishing the surface with #400 emery paper, exposing it to still air at 800°C for 100 hours, measuring the mass increase after exposure, and dividing the mass increase by the surface area of the tensile test piece ((mass increase (mg)/surface area of test piece ( cm2 ))).If scale spalling occurs due to the oxidation test, the spalled scale must also be included in the mass after exposure.

高温強度(引張強度):800℃で26MPa以上
材料として、高温強度が確保される必要がある。本実施形態においては、使用が想定される温度域での高温強度が重要と考えており、排ガス温度の高温化に対応できる排気系部品への適用を想定し、本実施形態のチタン合金板は、800℃での引張強度が26MPa以上であることが好ましい。
High-temperature strength (tensile strength): 26 MPa or more at 800 ° C. It is necessary to ensure high-temperature strength as a material. In this embodiment, high-temperature strength in the temperature range expected to be used is considered important, and assuming application to exhaust system parts that can handle high exhaust gas temperatures, the titanium alloy plate of this embodiment preferably has a tensile strength of 26 MPa or more at 800 ° C.

800℃の高温強度(引張強度)は、高温引張試験を行うことにより測定する。高温引張試験は、上記のチタン合金板から、長手方向が圧延方向に対して平行の引張試験片(平行部幅10mm、平行部長さ及び標点間距離35mm)を採取し、ひずみ速度を7.5%/minとして行う。試験雰囲気は800℃の大気中とし、試験片が十分に試験温度に達するように、試験雰囲気中に10分間保持した後、試験を行う。 The high-temperature strength (tensile strength) at 800°C is measured by conducting a high-temperature tensile test. A high-temperature tensile test is performed by taking a tensile test piece (parallel section width 10 mm, parallel section length and gauge length 35 mm) from the above titanium alloy plate with the longitudinal direction parallel to the rolling direction, and using a strain rate of 7.5%/min. The test atmosphere is 800°C in air, and the test piece is held in the test atmosphere for 10 minutes to allow it to reach the test temperature sufficiently, and then the test is performed.

研磨性
研磨性は、エメリー紙#1500で湿式研磨し、アルミナバフ研磨によって60min(分)研磨後の光沢度で評価する。
アルミナバフ研磨に使用する研磨液は、平均粒径3μmのアルミナ粉を、水1リットル中に250g添加した溶液とする。研磨試験は、直径28mmのエポキシ樹脂に試料を埋め込み、自動研磨装置のホルダーに6個の試料をセットし、加圧力60Nとして研磨する。光沢度の測定は、JIS Z 8741(1997)の鏡面光沢度の測定方法に準拠して行う。
光沢度は入射角及び受光角を20°として測定する。研磨性の観点からは、光沢度(Gs20)が920以上であることが好ましい。
Polishability Polishability was evaluated by wet polishing with emery paper #1500 and polishing with an alumina buff for 60 minutes, and then measuring the glossiness.
The polishing solution used for alumina buff polishing is a solution in which 250 g of alumina powder with an average particle size of 3 μm is added to 1 liter of water. For the polishing test, the sample is embedded in epoxy resin with a diameter of 28 mm, six samples are set in the holder of an automatic polishing device, and polished with a pressure of 60 N. The gloss level is measured in accordance with the measurement method for specular gloss level in JIS Z 8741 (1997).
The glossiness is measured with the incident angle and the receiving angle being 20°. From the viewpoint of polishability, the glossiness (Gs20) is preferably 920 or more.

本実施形態のチタン合金板は、自動車用排気系部品の素材として用いることができる。すなわち、本実施形態のチタン合金板を所定の形状に成形し、溶接することで、各種の自動車用排気系部品とすることができる。本実施形態の自動車用排気系部品としては、エキゾーストマニホールド、エキゾーストパイプ、触媒装置、マフラーなどの部品を例示でき、これらの素材として、本実施形態のチタン合金板を用いることができる。これらの排気系部品は、四輪自動車に限らず、二輪自動車にも用いることができる。The titanium alloy plate of this embodiment can be used as a material for automobile exhaust system parts. That is, the titanium alloy plate of this embodiment can be formed into a predetermined shape and welded to produce various automobile exhaust system parts. Examples of automobile exhaust system parts of this embodiment include parts such as exhaust manifolds, exhaust pipes, catalytic converters, and mufflers, and the titanium alloy plate of this embodiment can be used as a material for these parts. These exhaust system parts can be used not only for four-wheeled automobiles but also for two-wheeled automobiles.

本実施形態のチタン合金板の板厚は限定されないが、自動車用排気系部品の素材として用いる場合、0.5~2.0mmであることが好ましい。より好ましくは0.6~1.5mmである。 The thickness of the titanium alloy plate of this embodiment is not limited, but when used as a material for automotive exhaust system parts, it is preferably 0.5 to 2.0 mm. More preferably, it is 0.6 to 1.5 mm.

次に、本実施形態のチタン合金板の製造方法について説明する。
従来のチタン合金板の製造工程では、電子ビーム溶解もしくは真空アーク溶解などによって製造された所定の化学組成を有する鋳塊に、凝固組織の破壊を目的とした分塊工程(鍛造もしくは圧延)がβ単相域の温度で行われた後、熱間圧延によってコイルが製造される。このコイルに必要に応じて焼鈍を行い、脱スケール後に冷間圧延と焼鈍が必要に応じて繰り返される。
Next, a method for manufacturing the titanium alloy plate according to this embodiment will be described.
In the conventional manufacturing process of titanium alloy plate, an ingot having a predetermined chemical composition is produced by electron beam melting or vacuum arc melting, etc., and then a blooming process (forging or rolling) is performed at a temperature in the β single phase region to destroy the solidification structure, and then a coil is produced by hot rolling. The coil is annealed as necessary, and after descaling, cold rolling and annealing are repeated as necessary.

一般に、等軸粒で構成された金属組織が強度と加工性とのバランスに優れる。等軸粒で構成する金属組織を得るため、また、冷延性に優れるようにするため、一般に、熱間圧延以降では焼鈍がβ変態点未満で行われる。しかしながら、β変態点未満では、α相と第二相とが存在する状態であり、α相と第二相との間での元素分配が生じる。特に高温であるほど元素分配は短時間で生じる。元素分配が生じると、第二相の分布が不均一となる。Generally, a metal structure composed of equiaxed grains has an excellent balance between strength and workability. In order to obtain a metal structure composed of equiaxed grains and to achieve excellent cold rollability, annealing is generally performed below the β transformation point after hot rolling. However, below the β transformation point, α phase and a second phase exist, and element distribution occurs between the α phase and the second phase. The higher the temperature, the shorter the element distribution. When element distribution occurs, the distribution of the second phase becomes non-uniform.

チタン合金中の合金元素の分布は、凝固時((鋳塊製造時)に生じた分配状態が、分塊工程である程度均質化されていくが、分塊工程はβ単相域加熱されるものの、工程完了時にβ変態点未満になることがある。また、β変態点未満にならなくとも、冷却速度は非常に遅く、冷却中に分配が生じてしまう。冷却速度を高めるために、たとえば、分塊圧延後に水冷したとしても、内部と表層部の冷却速度差は大きく、冷却速度が小さな内部では必ずある程度の元素分配が生じてしまう。The distribution of alloying elements in titanium alloys is homogenized to a certain extent during the blooming process, with the distribution state occurring during solidification (when the ingot is produced); however, although the blooming process involves heating in the β single-phase region, the temperature may fall below the β transformation point upon completion of the process. Even if the temperature does not fall below the β transformation point, the cooling rate is very slow, and distribution will occur during cooling. Even if the cooling rate is increased by, for example, water cooling after blooming, the difference in cooling rate between the interior and surface layer is large, and some degree of element distribution will inevitably occur in the interior, where the cooling rate is slow.

また、元素分配を解消するために、熱間圧延前に鋳片をβ変態点以上に加熱したとしても、熱延中の温度低下によってβ変態点未満となって熱延中に元素分配が進んでしまう。また、鋳片の内部までβ変態点以上に昇温するためには長時間保持が必要になるため、酸化による表層硬化層の形成が生じることで、冷延性が低下する。Even if the slab is heated to above the β transformation point before hot rolling in order to eliminate element distribution, the temperature drops below the β transformation point during hot rolling, and element distribution progresses during hot rolling. Also, a long holding time is required to raise the temperature to above the β transformation point all the way to the inside of the slab, which causes oxidation to form a surface hardened layer, resulting in reduced cold rollability.

本実施形態では、従来β変態点未満で行っていた熱延板の焼鈍と中間焼鈍との少なくとも一方をβ変態点以上で行うことで、それまでの元素分配を軽減するとともに、焼鈍温度から700℃までの平均冷却速度が5℃/秒以上となるように冷却を行うことで、元素分配を軽減したチタン合金板を得る。分塊工程とは異なり、板厚が薄くなった熱延板とした後にβ変態点以上に加熱することで表層及び内部の両方で元素分配を抑制することが可能となる。熱延板の焼鈍と中間焼鈍との両方でβ変態点以上の焼鈍を行う方が、より合金元素を均一に分布させることができる。
本実施形態のチタン合金板の場合、ほとんどの場合、β変態点は830℃超となる。
In this embodiment, at least one of the annealing of the hot-rolled sheet and the intermediate annealing, which was conventionally performed below the β transformation point, is performed at the β transformation point or higher, thereby reducing the element distribution up to that point, and cooling is performed so that the average cooling rate from the annealing temperature to 700°C is 5°C/sec or higher, thereby obtaining a titanium alloy sheet with reduced element distribution. Unlike the blooming process, it is possible to suppress element distribution both in the surface layer and inside by heating to the β transformation point or higher after forming a thin hot-rolled sheet. Annealing to the β transformation point or higher in both the annealing of the hot-rolled sheet and the intermediate annealing can distribute the alloy elements more uniformly.
In the case of the titanium alloy plate of this embodiment, the β transformation point is more than 830°C in most cases.

すなわち、本実施形態のチタン合金板は、以下の工程を含む製造方法によって製造することができる。
(I)上述した化学成分を有するチタン合金からなるインゴットに熱間圧延を施して熱延板とする熱間圧延工程。
(II)必要に応じて、熱延板に焼鈍(熱延板焼鈍)を行う熱延板焼鈍工程。
(III)熱延板に対して60%以上の圧下率の冷間圧延を行う冷間圧延工程。ただし、必要に応じて、最終圧下より前に中間焼鈍を行ってもよい。
(IV)冷間圧延工程後のチタン合金板に、550℃以上670℃未満の均熱温度で1分~24時間の最終焼鈍を行う、最終焼鈍工程。
ただし、熱延板焼鈍及び冷間圧延工程の中間焼鈍の少なくとも一方を、実施するとともに、焼鈍温度を830℃超かつβ変態点以上とする。
以下、製造条件の各工程について説明する。
That is, the titanium alloy plate of this embodiment can be manufactured by a manufacturing method including the following steps.
(I) A hot rolling step in which an ingot made of a titanium alloy having the above-mentioned chemical composition is hot rolled to form a hot rolled sheet.
(II) A hot-rolled sheet annealing process, in which the hot-rolled sheet is annealed (hot-rolled sheet annealing) as necessary.
(III) A cold rolling step in which the hot rolled sheet is cold rolled at a rolling reduction of 60% or more. However, if necessary, intermediate annealing may be performed before the final rolling.
(IV) A final annealing process, in which the titanium alloy plate after the cold rolling process is subjected to final annealing at a soaking temperature of 550 ° C. or more and less than 670 ° C. for 1 minute to 24 hours.
However, at least one of hot-rolled sheet annealing and intermediate annealing in the cold rolling process is performed, and the annealing temperature is set to be higher than 830° C. and equal to or higher than the β transformation point.
Each step of the manufacturing process will be described below.

<熱間圧延工程>
熱間圧延工程では、上述した化学成分を有するチタン合金からなるインゴットに熱間圧延を施して熱延板とする。
熱間圧延条件は特に限定されず、公知の条件でよい。
<Hot rolling process>
In the hot rolling process, an ingot made of a titanium alloy having the above-mentioned chemical composition is hot rolled to form a hot-rolled sheet.
The hot rolling conditions are not particularly limited and may be any known conditions.

熱間圧延工程より前の工程は特に制限はない。例えば、電子ビーム溶解もしくは真空アーク溶解などによって製造された所定の化学組成を有するインゴットに、凝固組織の破壊を目的とした分塊工程(鍛造もしくは圧延)がβ単相域で行われ後、熱間圧延によって熱延板を製造すればよい。There are no particular restrictions on the processes prior to the hot rolling process. For example, an ingot having a given chemical composition produced by electron beam melting or vacuum arc melting may be subjected to a blooming process (forging or rolling) in the β single-phase region in order to destroy the solidification structure, and then hot-rolled to produce a hot-rolled sheet.

<熱延板焼鈍工程>
熱間圧延によって得られた熱延板に対し、熱延板焼鈍を行う場合、焼鈍温度を830℃超、かつβ変態点以上とし、焼鈍時間を1~5分間とし、焼鈍温度から700℃までの平均冷却速度を5℃/秒以上とすることが好ましい。
焼鈍温度を830℃超、かつβ変態点以上とし、焼鈍時間を1分間以上とすることで、元素分配を抑制し、合金元素をより均一に分布させ、第二相の分布を均一にすることができる。一方、焼鈍時間が、5分間超であると、酸化による歩留まり低下や長時間化による製造性の低下が生じるため、好ましくない。焼鈍温度の上限は限定する必要はないが、酸化による歩留まり低下の観点で、焼鈍温度は1000℃以下であることが好ましい。
また、焼鈍温度から700℃までの平均冷却速度が遅いと、冷却中に元素分配が生じてしまう。そのため、焼鈍温度から700℃までの平均冷却速度を5℃/秒以上とする。平均冷却速度を高めても元素分配の程度は第二相の分布に大きな影響は出ないため、上限を規定する必要はないが、300℃/秒以下としてもよい。
ただし、後述する中間焼鈍が、焼鈍温度を830℃超、かつβ変態点以上とし、焼鈍時間を1~5分間とし、焼鈍温度から700℃までの平均冷却速度を5℃/秒以上とする条件で行われる場合には、熱延板焼鈍工程は、行われなくてもよいし、上述した条件以外で行われてもよい。
<Hot-rolled sheet annealing process>
When hot-rolled sheet annealing is performed on the hot-rolled sheet obtained by hot rolling, the annealing temperature is preferably set to more than 830°C and to the β transformation point or higher, the annealing time is set to 1 to 5 minutes, and the average cooling rate from the annealing temperature to 700°C is preferably set to 5°C/sec or higher.
By setting the annealing temperature to more than 830°C and the β transformation point or higher, and setting the annealing time to 1 minute or more, element distribution can be suppressed, alloy elements can be distributed more uniformly, and the distribution of the second phase can be made uniform. On the other hand, if the annealing time exceeds 5 minutes, the yield will decrease due to oxidation, and the manufacturability will decrease due to the long time, which is not preferable. There is no need to limit the upper limit of the annealing temperature, but from the viewpoint of the decrease in yield due to oxidation, the annealing temperature is preferably 1000°C or less.
Furthermore, if the average cooling rate from the annealing temperature to 700° C. is slow, element partitioning occurs during cooling. Therefore, the average cooling rate from the annealing temperature to 700° C. is set to 5° C./sec or more. Since increasing the average cooling rate does not significantly affect the degree of element partitioning or the distribution of the second phase, there is no need to specify an upper limit, but the rate may be set to 300° C./sec or less.
However, when the intermediate annealing described later is performed under conditions in which the annealing temperature is higher than 830°C and is equal to or higher than the β transformation point, the annealing time is 1 to 5 minutes, and the average cooling rate from the annealing temperature to 700°C is 5°C/sec or more, the hot-rolled sheet annealing step may not be performed or may be performed under conditions other than those described above.

<冷間圧延工程>
冷間圧延工程では、熱間圧延工程後の熱延板または熱延板焼鈍工程後の熱延板に対し、冷間圧延を行う。熱延板に対して冷間圧延を行う場合、最終焼鈍後に微細な等軸粒を得る必要があるため、冷間圧延での圧下率(複数パスの場合には累積圧下率)は60%以上とする。冷間圧延での圧下率は割れを防止するために90%以下とすればよい。後述する中間焼鈍を行う場合、中間焼鈍前の冷間圧延の圧下率を中間冷延率、中間圧延後の冷間圧延の圧下率を最終冷延率とし、最終冷延率を60%以上とする。
また、熱延板焼鈍において、830℃超、かつβ変態点以上で焼鈍を実施した場合、金属組織が針状組織となり、冷延性が低下する。そのため、この場合、冷間圧延の条件は、1パス目から2パス目までの圧下率を10%以下とし、それ以降は15%以下とすることが好ましい。2パス目までは低圧下率で加工することで、割れを生じさせることなく安定して冷間圧延できる。その後は加工発熱により温度が上昇するため圧下率を高めても割れにくくなる。
<Cold rolling process>
In the cold rolling process, cold rolling is performed on the hot rolled sheet after the hot rolling process or the hot rolled sheet after the hot rolled sheet annealing process. When cold rolling is performed on the hot rolled sheet, it is necessary to obtain fine equiaxed grains after the final annealing, so the reduction ratio in the cold rolling (the cumulative reduction ratio in the case of multiple passes) is set to 60% or more. The reduction ratio in the cold rolling may be set to 90% or less to prevent cracks. When intermediate annealing, which will be described later, is performed, the reduction ratio of the cold rolling before the intermediate annealing is set to the intermediate cold rolling ratio, and the reduction ratio of the cold rolling after the intermediate rolling is set to the final cold rolling ratio, and the final cold rolling ratio is set to 60% or more.
In addition, when hot-rolled sheet annealing is performed at a temperature of more than 830°C and at or above the β transformation point, the metal structure becomes acicular, and the cold rollability decreases. Therefore, in this case, the cold rolling conditions are preferably a reduction ratio of 10% or less from the first pass to the second pass, and 15% or less thereafter. By working at a low reduction ratio up to the second pass, stable cold rolling can be performed without causing cracks. After that, the temperature rises due to processing heat, so even if the reduction ratio is increased, cracks are less likely to occur.

熱延板焼鈍を行っていない場合、冷間圧延工程では、最終圧下より前に冷間圧延を中断して、中間焼鈍を行う。中間焼鈍を行う場合、焼鈍温度を830℃超、かつβ変態点以上とし、焼鈍時間を1~5分間とし、焼鈍温度から700℃までの平均冷却速度を5℃/秒以上とすることが好ましい。
この条件とする理由は、熱延板焼鈍で説明した理由と同じである。
熱延板焼鈍を行う場合でも、上記の中間焼鈍を行ってもよい。
When hot-rolled sheet annealing is not performed, in the cold rolling process, the cold rolling is interrupted before the final reduction and intermediate annealing is performed. When intermediate annealing is performed, it is preferable that the annealing temperature is more than 830° C. and is equal to or higher than the β transformation point, the annealing time is 1 to 5 minutes, and the average cooling rate from the annealing temperature to 700° C. is 5° C./second or more.
The reason for this condition is the same as that explained in the case of hot-rolled sheet annealing.
Even when hot-rolled sheet annealing is performed, the above-mentioned intermediate annealing may be performed.

上述のように、熱延板焼鈍または最終中間焼鈍の焼鈍温度のいずれか一方を830℃超、かつβ変態点以上の温度とすることで、元素分配を抑制し、合金元素をより均一に分布させ、第二相の分布を均一にすることができる。特に、少なくとも中間焼鈍の焼鈍温度をβ変態点以上の温度とすることにより、板厚がより薄くなった状態でβ変態点以上に加熱されることになり、板の表面及び内部での元素分配を抑制できる。更に、熱延板焼鈍と中間焼鈍の両方で830℃超、かつβ変態点以上の焼鈍を行うことで、元素分配を抑制して合金元素をより均一に分布させることができる。As described above, by setting either the annealing temperature of the hot-rolled sheet annealing or the final intermediate annealing to a temperature above 830°C and above the β transformation point, element distribution can be suppressed, alloy elements can be distributed more uniformly, and the distribution of the second phase can be made uniform. In particular, by setting the annealing temperature of at least the intermediate annealing to a temperature above the β transformation point, the sheet is heated to the β transformation point or above in a thinner state, and element distribution on the surface and inside of the sheet can be suppressed. Furthermore, by performing annealing at a temperature above 830°C and above the β transformation point in both the hot-rolled sheet annealing and the intermediate annealing, element distribution can be suppressed and alloy elements can be distributed more uniformly.

<最終焼鈍工程>
冷間圧延工程後のチタン合金板は、再結晶のために550℃以上670℃未満の温度域で最終焼鈍が行われる。焼鈍温度が550℃未満では金属間化合物が多量に生成するため、十分に再結晶が進まず、未再結晶領域が生じてしまい、研磨性が低下する。また、焼鈍温度が670℃以上では、α相が粒成長して粗大な結晶粒が生じるおそれがある。そのため、最終焼鈍は670℃未満とする。
最終焼鈍の焼鈍時間は1分~24時間とする。焼鈍時間を1分間以上とすることで、再結晶が十分に進む。また、焼鈍時間を24時間以下とすることで、粗大結晶粒の形成が防止される。最終焼鈍後の冷却速度(550℃未満の温度域の冷却速度)については特に制限はない。
<Final annealing process>
The titanium alloy plate after the cold rolling process is subjected to final annealing at a temperature range of 550°C or more and less than 670°C for recrystallization. If the annealing temperature is less than 550°C, a large amount of intermetallic compounds are generated, so recrystallization does not proceed sufficiently, and unrecrystallized regions are generated, resulting in reduced polishability. If the annealing temperature is 670°C or more, the α phase may grow into grains, resulting in coarse crystal grains. Therefore, the final annealing temperature is set to less than 670°C.
The annealing time of the final annealing is 1 minute to 24 hours. By setting the annealing time to 1 minute or more, recrystallization proceeds sufficiently. Furthermore, by setting the annealing time to 24 hours or less, the formation of coarse crystal grains is prevented. There is no particular restriction on the cooling rate after the final annealing (cooling rate in the temperature range below 550°C).

次に、本実施形態の自動車用排気系部品について説明する。
本実施形態の自動車用排気系部品は、上記のチタン合金板を備える。(場合によっては上記のチタン合金板からなる)。本実施形態の自動車用排気系部品は、本実施形態のチタン合金板を、例えばプレス成形によって、成形することによって得られる。成形によって化学組成は変化しないので、自動車用排気系部品の化学組成は、本実施形態のチタン合金板と同等である。チタン合金板を自動車排気系部品に成形した場合、成形によって双晶変形が生じるため、成形によって変形を受けた部分については、結晶粒径は微細となる。双晶変形は、OIM analysisで同定できる。しかし、加工度が大きくなると母相と双晶変形の結晶方位差が変化するため、解析が困難となる。そのため、α相の結晶粒径の同定には、自動車排気系部品から適度な加工度を持つ部分から測定試料を作製する必要がある。
Next, the automobile exhaust system part of this embodiment will be described.
The automotive exhaust system part of this embodiment includes the titanium alloy plate. (In some cases, it is made of the titanium alloy plate.) The automotive exhaust system part of this embodiment is obtained by forming the titanium alloy plate of this embodiment, for example, by press forming. Since the chemical composition does not change by forming, the chemical composition of the automotive exhaust system part is equivalent to that of the titanium alloy plate of this embodiment. When the titanium alloy plate is formed into an automotive exhaust system part, twin deformation occurs by forming, so that the grain size becomes fine in the part deformed by forming. The twin deformation can be identified by OIM analysis. However, as the degree of processing increases, the crystal orientation difference between the parent phase and the twin deformation changes, making the analysis difficult. Therefore, in order to identify the grain size of the α phase, it is necessary to prepare a measurement sample from a part of the automotive exhaust system part that has a moderate degree of processing.

表1に示す化学組成を有するチタン合金を、真空アークボタン溶解によりインゴットとした。作製したインゴットを1000℃で熱間圧延し、10mm厚の熱延板とした。その後、860℃での熱間圧延を行うことで4.0mm厚の熱延板を得た。表1では、Ni、V、Mn、Co、Ta、W、C、Nのそれぞれの含有量の記載を省略し、これら元素の含有量の合計を「others」の欄に記載した。これらの元素のそれぞれの含有量はいずれも0.05%以下だった。また、不純物のうち、H含有量はいずれも0.013%以下であった。 A titanium alloy having the chemical composition shown in Table 1 was made into an ingot by vacuum arc button melting. The produced ingot was hot rolled at 1000°C to make a 10 mm thick hot rolled sheet. Then, hot rolling was performed at 860°C to obtain a 4.0 mm thick hot rolled sheet. In Table 1, the contents of Ni, V, Mn, Co, Ta, W, C, and N are omitted, and the total contents of these elements are listed in the "others" column. The contents of each of these elements were all 0.05% or less. Furthermore, among the impurities, the H content was all 0.013% or less.

その後、脱スケール工程もしくは、表2に記載の温度と時間で必要に応じて熱延板焼鈍を行った後に脱スケール工程を施し、その後、冷間圧延とともに必要に応じて中間焼鈍を行い、最終冷間圧延を行った。更に、最終焼鈍を行った。このようにして、No.1~No.48のチタン合金板を製造した。 After that, a descaling process was performed or, if necessary, hot-rolled sheet annealing was performed at the temperature and time shown in Table 2, followed by a descaling process, followed by cold rolling and intermediate annealing if necessary, followed by final cold rolling. Furthermore, final annealing was performed. In this manner, titanium alloy sheets No. 1 to No. 48 were manufactured.

更に、得られたチタン合金板に対し、研磨処理を行った。研磨処理は、エメリー紙#1500での湿式研磨し、アルミナバフ研磨によって60min研磨した。アルミナバフ研磨に使用する研磨液は、平均粒径3μmのアルミナ粉を、水1リットル中に250g添加した溶液とした。研磨処理は、直径28mmのエポキシ樹脂に試料を埋め込み、自動研磨装置のホルダーに6個の試料をセットし、加圧力60Nとして研磨した。 The obtained titanium alloy plate was then subjected to a polishing process. The polishing process consisted of wet polishing with emery paper #1500 and alumina buff polishing for 60 minutes. The polishing solution used for the alumina buff polishing was a solution in which 250 g of alumina powder with an average particle size of 3 μm was added to 1 liter of water. The polishing process involved embedding the sample in epoxy resin with a diameter of 28 mm, setting six samples in the holder of an automatic polishing device, and polishing with a pressure of 60 N.

研磨後のチタン合金板について、各種の評価を行った。 Various evaluations were performed on the polished titanium alloy plates.

α相の平均結晶粒径は、上述したように、EBSDを用いて、板幅長さ1/2位置の板幅方向に垂直な断面(L断面)の板厚中央部にて、加速電圧15kVとし、倍率500倍で測定ピッチを0.2μmとし、α相のみを対象として測定を行った。測定視野は1視野で結晶粒が300個以上含まれる大きさ、もしくは複数の視野の合計で結晶粒が400個以上含まれるように設定し、測定試料は平均のCI値が0.2以上となるよう調整した。測定解析ソフトにはOIM-analysisTM(version 7.3.1)を用いて、結晶方位差15°以上の境界を粒界とみなして、この境界で区分される結晶粒の面積から円相当直径近似して各結晶粒の結晶粒径を求めた。結晶粒径の算出に際し、結晶粒径が1.0μm以下の結晶粒及び視野内に不完全に含まれている結晶粒は除外した。 The average grain size of the α phase was measured at the center of the plate thickness of the cross section (L cross section) perpendicular to the plate width direction at the position of 1/2 the plate width length, using EBSD, as described above, with an acceleration voltage of 15 kV, a magnification of 500 times, and a measurement pitch of 0.2 μm, targeting only the α phase. The measurement field was set to a size that included 300 or more grains in one field, or a total of 400 or more grains in multiple fields, and the measurement sample was adjusted so that the average CI value was 0.2 or more. The measurement analysis software used was OIM-analysis TM (version 7.3.1), and the boundaries with a crystal orientation difference of 15° or more were regarded as grain boundaries, and the grain size of each grain was calculated by approximating the circle equivalent diameter from the area of the grains divided by this boundary. When calculating the grain size, grains with a grain size of 1.0 μm or less and grains incompletely included in the field were excluded.

α相の粒度分布は、上述したように、平均結晶粒径の測定の際に設定した測定領域(一辺長さが100μm以上の矩形の領域:板幅長さ1/2位置の板幅方向に垂直な断面(L断面)の板厚中央部から作成)を粒度分布の測定領域として用いた。測定領域を電子線後方散乱回折(EBSD)法によってα相の結晶方位を解析した。解析ソフトにはOIM-analysisTM(version 7.3.1)を用いて、結晶方位差15°以上の境界を粒界とみなして、区分される結晶粒の面積から円相当直径近似して各結晶粒の結晶粒径を求めた。次いで、得られた各結晶粒の結晶粒径と前記方法で求めた平均結晶粒径とから、結晶粒径が平均結晶粒径±2μmの範囲にあるα相の結晶粒の個数割合と、平均結晶粒径±4μmの範囲にあるα相の結晶粒の個数割合を求めた。 As described above, the grain size distribution of the α phase was measured using the measurement area (rectangular area with a side length of 100 μm or more: created from the center of the plate thickness of the cross section (L cross section) perpendicular to the plate width direction at the position of 1/2 the plate width length) set when measuring the average crystal grain size. The crystal orientation of the α phase was analyzed by electron backscatter diffraction (EBSD) method for the measurement area. The analysis software OIM-analysis TM (version 7.3.1) was used, and the boundaries with a crystal orientation difference of 15° or more were regarded as grain boundaries, and the grain size of each grain was obtained by approximating the circle equivalent diameter from the area of the divided grains. Next, from the grain size of each obtained grain and the average grain size obtained by the above method, the number ratio of α phase grains whose grain size was in the range of the average grain size ±2 μm and the number ratio of α phase grains whose grain size was in the range of the average grain size ±4 μm were obtained.

第二相の分布状態は、上述したように、板幅長さ1/2位置の板幅方向に垂直な断面(L断面)の板厚中央部において、一辺が100μmの領域を10×10に等分割した各々の領域を測定領域(一辺が10μmの領域100個を測定領域として用いる)とし、測定領域毎に、第二相の単位面積あたりの個数を求め、5個以上15個以下の第二相が観察される測定領域の数を求めた。
測定領域を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、反射電子像からα相と第二相とを判別した。金属間化合物である第二相は、母相であるα相に比べて白色もしくは黒色であるとともに微細な析出物であるため、この特徴から第二相と識別できた。
As described above, the distribution state of the second phase was determined by dividing an area with a side length of 100 μm into 10 x 10 equal parts at the center of the sheet thickness of a cross section (L cross section) perpendicular to the sheet width direction at 1/2 the sheet width length position, and determining the number of second phases per unit area for each measurement area, and determining the number of measurement areas in which 5 to 15 second phases were observed.
The measurement area was observed with a scanning electron microscope (SEM), and the α-phase and the second phase were distinguished from the backscattered electron image. The second phase, which is an intermetallic compound, is white or black compared to the α-phase, which is the parent phase, and is a fine precipitate, so it could be distinguished from the second phase from these characteristics.

第二相の面積率は、第二相の個数密度と同じ領域で測定を行った。上記の一辺が100μmの領域(板幅長さ1/2位置の板幅方向に垂直な断面(L断面)の板厚中央部)を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、反射電子像からα相と第二相とを判別した。そして、領域内の第二相の面積を測定し、第二相の面積率(%)を求めた。The area ratio of the second phase was measured in the same region as the number density of the second phase. The above-mentioned region with a side length of 100 μm (the center of the plate thickness of the cross section (L cross section) perpendicular to the plate width direction at the position of 1/2 the plate width length) was observed with a scanning electron microscope (SEM), and the α phase and the second phase were distinguished from the backscattered electron image. The area of the second phase in the region was then measured, and the area ratio (%) of the second phase was calculated.

全伸びは、室温引張試験を行うことにより測定した。室温での引張試験は、上記のチタン合金板から、長手方向が圧延方向に対して平行のASTMサブサイズ引張試験片(平行部幅:6.25mm、平行部長さ:32mm、標点間距離:25mm)を採取し、ひずみ速度を30%/minとして行った。試験温度は10~35℃の範囲内とした。Total elongation was measured by conducting a room temperature tensile test. The room temperature tensile test was performed by taking an ASTM sub-size tensile test piece (parallel part width: 6.25 mm, parallel part length: 32 mm, gauge length: 25 mm) from the titanium alloy plate with the longitudinal direction parallel to the rolling direction, and at a strain rate of 30%/min. The test temperature was in the range of 10 to 35°C.

エリクセン値は、JIS Z 2247(2006)に規定するエリクセン試験方法に準じて測定した。測定サンプルの板幅は90mm以上とした。試験機はJIS B 7729(2005)に記載された通りとした。潤滑剤には厚さ50μmのテフロン(登録商標)シートを用いた。ジグ寸法は標準試験片による試験の寸法を用いた。 The Erichsen value was measured according to the Erichsen test method specified in JIS Z 2247 (2006). The plate width of the measurement sample was 90 mm or more. The test machine was as described in JIS B 7729 (2005). A 50 μm thick Teflon (registered trademark) sheet was used as the lubricant. The jig dimensions were the same as those used for tests using standard test pieces.

全伸びが25.0%以上かつ、エリクセン値が9.5mm以上であれば加工性に優れると判断した。 It was determined that a material had excellent processability if its total elongation was 25.0% or more and its Erichsen value was 9.5 mm or more.

酸化増量は、チタン合金板から、20mm×20mmの試験片を採取し、表面をエメリー紙#400で湿式研磨し、800℃で100時間、静止大気中に暴露し、暴露後の増加質量を測定し、増加質量を引張試験片の表面積で割った値((増加質量(mg)/試験片の表面積(cm))とした。酸化試験によってスケール剥離が発生した場合は剥離したスケールもばく露後の質量に含めた。酸化増量が5.0mg/cm以下であれば、高温での耐酸化性に優れると判断した。 The oxidation mass gain was determined by taking a 20 mm x 20 mm test piece from the titanium alloy plate, wet-polishing the surface with emery paper #400, exposing it to still air at 800°C for 100 hours, measuring the mass increase after exposure, and dividing the mass increase by the surface area of the tensile test piece ((mass increase (mg)/surface area of test piece ( cm2 ))). If scale spalling occurred during the oxidation test, the spalled scale was also included in the mass after exposure. If the oxidation mass gain was 5.0 mg/ cm2 or less, it was determined that the material had excellent oxidation resistance at high temperatures.

800℃の高温強度(引張強度)は、上記のチタン合金板から、長手方向が圧延方向に対して平行の引張試験片(平行部幅:10mm、平行部長さ及び標点間距離:35mm)を採取し、ひずみ速度を7.5%/minとして引張試験を行うことにより測定した。試験雰囲気は800℃の大気中とし、試験片が十分に試験温度に達するように、試験雰囲気中に10分間保持した後、試験を行った。高温強度(引張強度)が800℃で26MPa以上であれば、高温強度に優れると判断した。The high-temperature strength (tensile strength) at 800°C was measured by taking a tensile test piece (parallel part width: 10 mm, parallel part length and gauge length: 35 mm) from the above titanium alloy plate with the longitudinal direction parallel to the rolling direction, and conducting a tensile test at a strain rate of 7.5%/min. The test atmosphere was 800°C in air, and the test piece was held in the test atmosphere for 10 minutes to ensure that it had sufficiently reached the test temperature, after which the test was conducted. If the high-temperature strength (tensile strength) was 26 MPa or more at 800°C, it was determined that the high-temperature strength was excellent.

光沢度(Gs20)は、JIS Z 8741(1997)の鏡面光沢度の測定方法に準拠して行った。光沢度の測定は、入射角及び受光角を20°とした。光沢度Gs20が920以上であれば、研磨性に優れると判断した。
それぞれの評価結果を表3に示す。
The glossiness (Gs20) was measured according to the method for measuring specular glossiness of JIS Z 8741 (1997). The angle of incidence and the angle of reception were set to 20°. If the glossiness Gs20 was 920 or more, it was determined that the polishability was excellent.
The evaluation results are shown in Table 3.

Figure 0007541255000001
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Figure 0007541255000002
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Figure 0007541255000003
Figure 0007541255000003

表1に示すように、No.1~8、11~13、15、17、19、21~25、27、28、31~33、36、38、39、45~48は、本開示の範囲にあるチタン合金板であり、優れた特性を示した。
また、これらの発明例はいずれも、金属組織形態は等軸組織であった。すなわち、α相の平均アスペクト比(長軸長さ/短軸長さ)が3.0以下であった。
As shown in Table 1, Nos. 1 to 8, 11 to 13, 15, 17, 19, 21 to 25, 27, 28, 31 to 33, 36, 38, 39, and 45 to 48 are titanium alloy plates within the range of the present disclosure and showed excellent properties.
In addition, all of these inventive examples had an equiaxed metal structure, i.e., the average aspect ratio (major axis length/minor axis length) of the α phase was 3.0 or less.

一方、No.9は、Si含有量が少なく、α相の平均結晶粒径は粗大になった。また、第二相の分布状態も悪化した。これにより、酸化増量が増大し、高温環境下での耐酸化性が低かった。また、高温強度も低かった。更に、α相の平均結晶粒径が大きくなったため、研磨後の光沢度が低く、研磨性が低かった。
No.10は、Si含有量が過剰であり、エリクセン値が高くなり、加工性が低かった。
No.14は、Al含有量が過剰であり、エリクセン値が高くなり、加工性が低かった。
No.16は、Zr含有量が過剰であり、α相の平均結晶粒径が小さくなり、また、未再結晶組織が多く残った。このため、全伸びが低下するとともにエリクセン値が低くなって加工性が低下し、研磨性も低かった。
No.18は、Cr含有量が過剰であり、高温加熱時にβ相が形成されて耐酸化性が低かった。
No.20は、Mo含有量が過剰であり、α相の平均結晶粒径が小さくなり、また、未再結晶組織が多く残った。このため、全伸びとともにエリクセン値が低く、加工性が低かった。また、研磨性も低かった。更に、高温加熱時にβ相が形成されて耐酸化性が低かった。
No.26は、熱延板焼鈍の焼鈍温度がβ変態点未満であり、中間焼鈍も行わなかったため、第二相の分布状態が悪化した。観察の結果、粗大な結晶粒が含まれていた。その結果、研磨性が低かった。
No.29は、熱延板焼鈍の焼鈍温度と中間焼鈍温度とが、ともにβ変態点未満であったため、第二相の分布状態が悪化した。観察の結果、粗大な結晶粒が含まれていた。その結果、研磨性が低かった。
No.30は、熱延板焼鈍後の冷却速度が低く、中間焼鈍も行わなかったため、α相の結晶粒径の分布が広がった。観察の結果、粗大な結晶粒が含まれていた。その結果、研磨性が低かった。
No.34は、最終焼鈍温度が低く、α相の平均結晶粒径が小さくなり、また、未再結晶組織が多く残った。このため、全伸びとともにエリクセン値が低くなって加工性が低かった。また、研磨性も低かった。
No.35は、最終冷間圧延の圧下率が低く、ひずみの導入が不十分になったため、α相の結晶粒径の分布が広がって粗大な結晶粒が含まれるようになり、研磨性が低かった。
No.37は、最終焼鈍温度が高く、α粒の平均粒径が粗大になるとともに、α相の結晶粒径の分布が広がった。また、第二相の分布も、均一ではなかった。その結果、研磨性が低かった。
No.40は、Cu含有量が少なく、高温強度が低かった。
No.41は、Cu含有量が過剰であり、エリクセン値が低くなって加工性が低かった。
No.42は、Sn含有量が少なく、高温強度が低かった。
No.43は、Sn含有量が過剰であり、全伸びとともにエリクセン値が低くなって加工性が低かった。
No.44は、Nb含有量が少なく、高温での耐酸化性が低かった。
On the other hand, No. 9 had a low Si content, and the average crystal grain size of the α phase was coarse. In addition, the distribution state of the second phase was also deteriorated. As a result, the oxidation weight gain increased, and the oxidation resistance in a high-temperature environment was low. In addition, the high-temperature strength was also low. Furthermore, because the average crystal grain size of the α phase was large, the glossiness after polishing was low and the polishability was low.
No. 10 had an excessively large Si content, and thus had a high Erichsen value and poor workability.
No. 14 had an excessively high Al content, and thus had a high Erichsen value and poor workability.
No. 16 had an excessive Zr content, which resulted in a small average crystal grain size of the α phase and a large amount of unrecrystallized structure remaining. As a result, the total elongation and the Erichsen value were low, resulting in poor workability and poor polishability.
In No. 18, the Cr content was excessive, and the β phase was formed when heated at high temperatures, resulting in low oxidation resistance.
No. 20 had an excessive Mo content, which resulted in a small average crystal grain size of the α phase and a large amount of unrecrystallized structure remaining. As a result, the total elongation and Erichsen value were low, and the workability was poor. The polishability was also poor. Furthermore, the β phase was formed during high-temperature heating, resulting in low oxidation resistance.
In No. 26, the annealing temperature of the hot-rolled sheet was lower than the β transformation point, and no intermediate annealing was performed, so the distribution state of the second phase was deteriorated. As a result of observation, it was found to contain coarse crystal grains. As a result, the polishability was low.
In No. 29, the annealing temperature of the hot-rolled sheet annealing and the intermediate annealing temperature were both below the β transformation point, so the distribution state of the second phase was deteriorated. As a result of observation, it was found to contain coarse crystal grains. As a result, the polishability was low.
In No. 30, the cooling rate after hot-rolled sheet annealing was low and no intermediate annealing was performed, so the distribution of the α-phase crystal grain size was broad. As a result of observation, it was found to contain coarse crystal grains. As a result, the polishability was low.
In No. 34, the final annealing temperature was low, the average crystal grain size of the α phase was small, and a large amount of unrecrystallized structure remained. Therefore, the total elongation and the Erichsen value were low, and the workability was low. The polishability was also low.
In No. 35, the reduction ratio in the final cold rolling was low, and the introduction of strain was insufficient, so the distribution of the crystal grain size of the α phase was broadened and coarse crystal grains were included, resulting in low polishability.
In No. 37, the final annealing temperature was high, the average grain size of the α grains became coarse, and the distribution of the grain size of the α phase crystal was broadened. In addition, the distribution of the second phase was not uniform. As a result, the polishability was low.
No. 40 had a low Cu content and was low in high-temperature strength.
No. 41 had an excessive Cu content, and thus had a low Erichsen value and poor workability.
No. 42 had a low Sn content and was low in high-temperature strength.
No. 43 had an excessive Sn content, and thus had a low total elongation and Erichsen value, resulting in poor workability.
No. 44 had a low Nb content and was poor in oxidation resistance at high temperatures.

本開示によれば、加工性、研磨性及び高温での耐酸化性に優れたチタン合金板及び自動車用排気系部品を提供できる。 According to the present disclosure, it is possible to provide titanium alloy plates and automotive exhaust system parts that have excellent processability, polishability, and oxidation resistance at high temperatures.

Claims (4)

質量%で、
Cu:0.7%~1.5%、
Sn:0.5%~1.5%、
Si:0.10%~0.60%、
Nb:0.1%~1.0%、
Zr:0%~1.0%、
Cr:0%~0.5%、
Mo:0%~0.5%、
Al:0%~1.0%を含有し、
Fe:0.08%以下、O:0.07%以下にそれぞれ制限し、
残部がTi及び不純物である化学組成を有し、
金属組織がα相と第二相とからなり、
前記α相の平均結晶粒径が3.0~10.0μmであり、
前記α相のうち、結晶粒径が平均結晶粒径±2μmの範囲にある結晶粒の個数割合が25%以上であり、
前記α相のうち、結晶粒径が平均結晶粒径±4μmの範囲にある結晶粒の個数割合が45%以上であり、
断面において、100μm×100μmの領域を100等分した100の10μm×10μmの領域を測定領域とし、前記測定領域毎に前記第二相の個数密度を求めた場合に、前記測定領域内に前記第二相が5個以上15個以下観察される測定領域の数が80以上である
ことを特徴とするチタン合金板。
In mass percent,
Cu: 0.7% to 1.5%,
Sn: 0.5% to 1.5%,
Si: 0.10% to 0.60%,
Nb: 0.1% to 1.0%,
Zr: 0% to 1.0%,
Cr: 0% to 0.5%,
Mo: 0% to 0.5%,
Al: 0% to 1.0%;
Fe: 0.08% or less, O: 0.07% or less,
The balance is Ti and impurities.
The metal structure is composed of an α phase and a second phase,
The average grain size of the α phase is 3.0 to 10.0 μm,
The proportion of crystal grains having a grain size in the range of an average grain size ±2 μm in the α phase is 25% or more;
The proportion of crystal grains having a grain size in the range of an average grain size ±4 μm in the α phase is 45% or more;
A titanium alloy plate characterized in that, in a cross section, a 100 μm×100 μm area is divided into 100 equal parts, each of which is a 100 μm×10 μm area, and when the number density of the second phase is calculated for each of the measurement areas, the number of measurement areas in which 5 to 15 pieces of the second phase are observed within the measurement area is 80 or more.
前記第二相の面積率が1.0%以上であることを特徴とする請求項1に記載のチタン合金板。 The titanium alloy plate according to claim 1, characterized in that the area fraction of the second phase is 1.0% or more. 請求項1または請求項2に記載のチタン合金板を備える、自動車用排気系部品。 An exhaust system part for an automobile comprising the titanium alloy plate according to claim 1 or 2. 請求項1または請求項2に記載のチタン合金板を成形して得られる、自動車用排気系部品。 An automobile exhaust system part obtained by forming the titanium alloy plate according to claim 1 or 2.
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