钛材及其制造方法技术

一种钛材(1)，其具有内层部(3)和在内层部(3)上接合的表层部(2)，表层部(2)的化学组成以质量％计为O：0.4％以下、Fe：0.5％以下、Cl：0.020％以下、余量：Ti和杂质，内层部(3)的化学组成以质量％计为O：0.4％以下、Fe：0.5％以下、Cl：大于0.020％且为0.60％以下、余量：Ti和杂质，内层部(3)具有空隙，与钛材(1)的长度方向垂直的截面中的层部(3)中的空隙的面积率大于0％且为30％以下，内层部(3)的Cl含量(ClI)、表层部(2)的厚度(tS)和内层部(3)的厚度(tI)满足[ClI≤0.03+0.02×tS/tI]。

Titanium Material and Its Manufacturing Method

A titanium material (1) has an inner layer (3) and a surface layer (2) joined on the inner layer (3). The chemical composition of the surface layer (2) is below O:0.4%, Fe:0.5%, Cl:0.020%, residual: Ti and impurities, and the chemical composition of the inner layer (3) is below O:0.4%, Fe:0.5% and Cl by mass%. Remains: Ti and impurities, the inner part (3) has voids, and the void area ratio of the layer (3) in the section perpendicular to the length direction of titanium material (1) is more than 0% and less than 30%. The ClI content of the inner part (3), the thickness of the surface part (2) and the thickness of the inner part (3) satisfy [ClI < 0.0]. 03+0.02 * tS/tI].

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钛材及其制造方法
本专利技术涉及钛材及其制造方法。
技术介绍
钛材利用其轻量且耐腐蚀性优异的特征而被用于工厂用的海水冷却冷凝器、热交换器、反应器、冷却器等中。另外，由于钛材具有高的比强度，因此，出于提高燃油消耗率的目的，期待其被用作在汽车或飞机等的交通设备中使用的结构用材料。进而，近年来，通过利用其高比强度和高耐腐蚀性，其作为免维护建筑材料的价值在不断增加。例如，作为一个例子，有适用于改善抗震性的屋顶材料和针对海水的被覆防腐蚀用的覆盖材料等的实例。如上所述，在各个领域中，钛材的应用在不断增加，但是与其他的钢材等相比，钛材是非常昂贵的原材料。因此，为了扩大钛材的应用用途，需要降低制造成本。钛材的制造成本高的原因在于其制造方法。钛材通常按照下述方法来制造。将作为原料的氧化钛氯化制成四氯化钛后，通过镁(kroll法)或钠还原后(亨特法)，经过真空分离工序，制造得到块状且为海绵状的金属钛(海绵钛)。将该海绵钛压制成形而制成自耗钛电极，将自耗钛电极作为电极进行真空电弧熔解制造钛铸锭。近年来，还使用如下方法：在水冷式铜炉膛中通过等离子体或电子束熔解海绵钛，从水冷式的铜模具中连续抽出以制造钛铸锭的方法。将通过这些方法制造的钛铸锭，通过开坯、锻造和轧制得到钛板坯(根据形状等不同，包括所谓的大方坯、小方坯。下同。)。进而，将该钛板坯通过热轧、退火、酸洗、冷轧和真空热处理，制造JISH4600(钛和钛合金-板和带)规定的1种、2种、3种和4种等的钛材。这些制造工序中，由于海绵钛和钛铸锭的制造工序是非连续的间歇式的工序，因此制造成本会增加。因此，为了降低钛的制造成本，开发了不经过熔解工序而从海绵钛直接制造钛的技术。专利文献1中公开了一种在真空下使用电子束来熔解成形为长方体形状的多孔钛原料(海绵钛)的表面，使表层部为致密的钛，而制造钛铸锭(相当于钛板坯)的方法。然后，通过对该钛铸锭进行热轧和冷轧来制造钛材。专利文献1中公开的方法可以制造具有多孔钛原料成形为板坯状的多孔部、和由致密的钛构成并被覆多孔部的致密被覆部的致密的钛铸锭。现有技术文献专利文献专利文献1:特开2015-045040号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题但是，在未完全熔解海绵钛而制造的钛材的内部，不可避免地会残留有氯化镁(以下，记为MgCl2)。考虑到对钛材的机械特性的不良影响时，优选MgCl2的残留量少。但是，为了降低残留在钛材的内部的MgCl2含量，需要提高作为原料的海绵钛的纯度，从而可能导致成本增加。专利文献1中，通过向海绵钛照射电子束，可以使MgCl2挥发并去除。但是，由于必须照射电子束直到热量传递到内部，因此无法避免制造成本的增加。另外，专利文献1中，由于挥发并去除内部的MgCl2，因此对于残留于钛材中的MgCl2对钛材的机械特性产生的影响未进行任何研究。进而，专利文献1中公开的钛铸锭中，利用电子束仅将表面熔解，由此形成致密被覆部。但是，难以将为多孔且形状不统一的海绵钛均匀地以一定的厚度熔解，熔解凝固得到的致密被覆部的厚度变得不均匀。对于这样的钛铸锭，即使进行热加工和冷加工来制造钛材，对应于加工前的致密被覆部的表层部的厚度也是不均匀的。因此，存在不仅钛的表面性状劣化，而且拉伸特性和弯曲性等的机械特性也不稳定的问题。另外，在钛板坯的致密被覆部的厚度小的情况下，进行热加工或冷加工时，还存在表层部断裂、或者皱缩变成褶皱状的缺陷等问题。另外，专利文献1中虽然记载的不是钛板坯，而是钛铸锭，但其为无需初轧的矩形的形状，以下，称为钛坯。本专利技术是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种表面性状和延性优异、且廉价的钛材。用于解决问题的方案本专利技术为如下所述。(1)一种钛材，其为具有内层部和表层部的钛材，前述表层部的化学组成以质量％计为O：0.40％以下、Fe：0.50％以下、Cl：0.020％以下、N：0.050％以下、C：0.080％以下、H：0.013％以下、余量：Ti和杂质，前述内层部的化学组成以质量％计为O：0.40％以下、Fe：0.50％以下、Cl：大于0.020且为0.60％以下、N：0.050％以下、C：0.080％以下、H：0.013％以下、余量：Ti和杂质，前述内层部具有空隙，在前述钛材的与长度方向垂直的截面中，前述内层部的前述空隙的面积率大于0％且为30％以下，所述钛材满足下述式(i)。ClI≤0.03+0.02×tS/tI···(i)其中，上述式(i)中的各符号的含义如下。ClI：内层部的Cl含量(质量％)tS：表层部的厚度tI：内层部的厚度(2)一种钛材的制造方法，其为制造上述(1)所述的钛材的方法，包括以下工序：制造钛壳体的工序，所述钛壳体具有以下化学组成：以质量％计，O：0.40％以下、Fe：0.50％以下、Cl：0.020％以下、N：0.050％以下、C：0.080％以下、H：0.013％以下、余量：Ti和杂质；在前述钛壳体的内部填充选自海绵钛和压缩该海绵钛而得到的压块中的1种以上的工序，所述海绵钛具有以下化学组成：以质量％计，O：0.40％以下、Fe：0.50％以下、Cl：大于0.020且为0.60％以下、N：0.050％以下、C：0.080％以下、H：0.013％以下、余量：Ti和杂质；将前述钛壳体的内部的真空度设为10Pa以下之后，密闭周围以维持该内部的真空度，制成钛包装体的工序；以及，对前述钛包装体进行热加工的工序。(3)根据上述(2)所述的钛材的制造方法，其包括在进行前述热加工的工序之后，进一步进行冷加工和退火的工序。专利技术的效果根据本专利技术，可以提供表面性状和延性优异、且廉价的钛材。附图说明图1是用于说明本专利技术的一个实施方式的钛材的构成的图。图2是对本专利技术的一个实施方式的钛材的截面进行观察的组织照片。图3是用于说明本专利技术的另一实施方式的钛材的构成的图。图4是对内层部中的、与钛材的长度方向垂直的截面进行观察的组织照片。图5是用于说明作为本专利技术的一个实施方式的钛材的坯料的钛包装体的构成的图。图6是用于说明钛壳体的构成的图。图7是示出表层部厚度/内层部厚度的比与内层部的氯浓度(质量％)之间的关系的图。具体实施方式按照以往的方法，在通过熔解海绵钛来获得钛板坯的情况下，海绵钛内的氯会在熔解工序中被挥发去除。而另一方面，在不将海绵钛等熔解而将其作为原料使用时，本应在熔解工序中蒸发的MgCl2会残留在钛材中。若使用高品味海绵钛等作为原料，则由于可以减少残留的MgCl2的量，因此能够降低MgCl2导致的对钛的机械特性的不良影响。但是，会产生作为产品的钛材的制造成本增加的问题。因此，若能确定不会对作为产品的钛材的机械特性产生不良影响的MgCl2含量，则可以选择低品味原料作为原料来使用。本专利技术人等从这一角度出发进行了深入研究。并且，对于不经过熔解工序而直接通过热加工(根据需要再进行冷加工)从海绵钛制造的、具有目标的机械特性的钛材的构成进行了研究。首先，对于残留在钛材中的MgCl2的量，由于氯在钛中基本上不会发生固溶，因此能够通过作为构成元素的Cl含量进行限定。基于此，本专利技术人等对钛材中含有的Cl含量与钛材的机械特性之间的关系进行了研究。其结果，本专利技术人等发现，通过将钛材制成具有内层部和接合于其的表层部的结构并限定各自的Cl含量，进而根据内层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛材，其为具有内层部和表层部的钛材，所述表层部的化学组成以质量％计为O：0.40％以下、Fe：0.50％以下、Cl：0.020％以下、N：0.050％以下、C：0.080％以下、H：0.013％以下、余量：Ti和杂质，所述内层部的化学组成以质量％计为O：0.40％以下、Fe：0.50％以下、Cl：大于0.020且为0.60％以下、N：0.050％以下、C：0.080％以下、H：0.013％以下、余量：Ti和杂质，所述内层部具有空隙，在与所述钛材的长度方向垂直的截面中，所述内层部的所述空隙的面积率大于0％且为30％以下，所述钛材满足下述式(i)，ClI≤0.03+0.02×tS/tI···(i)其中，上述式(i)中的各符号的含义如下：ClI：内层部的Cl含量，单位为质量％，tS：表层部的厚度，tI：内层部的厚度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.11 JP 2016-0483411.一种钛材，其为具有内层部和表层部的钛材，所述表层部的化学组成以质量％计为O：0.40％以下、Fe：0.50％以下、Cl：0.020％以下、N：0.050％以下、C：0.080％以下、H：0.013％以下、余量：Ti和杂质，所述内层部的化学组成以质量％计为O：0.40％以下、Fe：0.50％以下、Cl：大于0.020且为0.60％以下、N：0.050％以下、C：0.080％以下、H：0.013％以下、余量：Ti和杂质，所述内层部具有空隙，在与所述钛材的长度方向垂直的截面中，所述内层部的所述空隙的面积率大于0％且为30％以下，所述钛材满足下述式(i)，ClI≤0.03+0.02×tS/tI···(i)其中，上述式(i)中的各符号的含义如下：ClI：内层部的Cl含量，单位为质量％，tS：表层部的厚度，tI：内...

【专利技术属性】
技术研发人员：北浦知之，白井善久，藤井秀树，
申请(专利权)人：新日铁住金株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP