钛合金以及钛合金材的制造方法技术

提供一种具有足够的冷加工性，并且具有优越的超塑性特性的钛合金以及钛合金材的制造方法。（１）一种钛合金，其特征在于，以质量％计，含有从：Ａｌ：２．０～４．０％、Ｖ：４．０～９．０％、Ｚｒ：０～２．０％以及Ｓｎ：０～３．０％，残部由Ｔｉ以及杂质构成，（２）一种钛合金，其特征在于，以质量％计，含有从：Ａｌ：２．０～４．０％、Ｖ：４．０～９．０％、Ｚｒ：０～２．０％以及Ｓｎ：０～３．０％，进而Ｆｅ：０．２０～１．０％、Ｃｒ：０．０１～１．０％、Ｃｕ：０．０１～１．０％以及Ｎｉ：０．０１～１．０％中选择的一种以上，残部由Ｔｉ以及杂质构成，下述（１）式得到的Ｖｅｑ在４．０～９．５的范围，Ｖｅｑ＝Ｖ＋１．９Ｃｒ＋３．７５Ｆｅ…（１），其中，（１）式右边的符号是指各元素的含量（质量％）。（３）一种钛合金材的制造方法，其特征在于，对上述（１）或（２）所述的钛合金材实施剖面减少率为４０％以上的冷加工。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，其用于机械构造用部件、热交换器用部件等化学工业部件、高尔夫杆等民生部件等中。本专利技术尤其涉及冷加工性以及超塑性特性优越的钛合金以及该钛合金材的制造方法。
技术介绍
热交换器是可以在异种流体之间使热能传递的仪器。热交换器，例如适用于空调、冰箱、燃烧器的空气预热装置、汽车的散热器、化学工业用零件、海水用零件等。尤其钛制的热交换器被用于化学工业或海水等要求良好的耐腐蚀性的用途中，由于为了使热交换器小型化，需要使使用部件高强度化，所以作为这样的热交换器用材料使用轻量且强度高的钛合金。例如非专利文献1所述，由于Ti-6Al-4V合金具有优越的超塑性特性，所以大多作为热交换器材料使用。但是，该合金的冷加工性差，例如，在对卷绕了线圈的Ti-6Al-4V合金板实施冷轧来制造薄板时，存在必须增加中间退火的次数的缺点。在非专利文献2中公开有一种作为冷加工性优越、且超塑性加工性优越的钛合金的Ti-9V-2Mo-3Al合金。但是，由于该合金必须含有Mo元素，所以原料成本高。另外，由于Mo的熔点高，所以在熔解时容易产生熔渣或凝固偏析。在专利文献1中公开有一种钛合金，其以质量％计，含有Al5.5～6.5％、V3.5～4.5％、O0.2％以下、Fe0.15～3.0％、Cr0.15～3.0％、Mo0.85～3.15％，Fe、Cr以及Mo在由特定的式子表示的范围内，且α晶的平均粒径在6μm以下，超塑性加工性优越。该合金虽然可以说超塑性特性比Ti-6Al-4V好，但并没有考虑冷加工性。即，由于该合金的Al含量高，为5.5％以上，所以在冷加工下的变形阻力高，另外，若对该合金实施剖面减少率为50％的冷轧，则在板的端部产生裂边的可能性变高。在专利文献2中公开有一种加工性良好钛合金，其以质量％计，含有Al3.0～5.0％、V2.1～3.7％、Mo0.85～3.15％、O0.15％以下，还含有Fe、Cr、Ni及Co其中一种以上，这些元素的含量在由特定的式子表示的范围内。另外，还公开有特定了冷轧条件的钛合金材的制造方法、特定了热处理条件的钛合金材的超塑性加工法。但是，由于这种合金中含有Mo，所以产生与非专利文献2所述的合金同样的问题。专利文献1特公平8-19502号公报专利文献2特公平8-23053号公报非专利文献1N.Furushiro、外3名、《Titanium’80》、Metallurgical Society of AIME发行、1980年、993～998页非专利文献2冈勉、外2名、《在日本关于钛材料正在研究什么》、日本钢铁协会编、1989年12月1日、58～60页。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种冷加工性以及超塑性特性优越的钛合金以及该合金材的制造方法。本专利技术人以被认为冷加工性优越的Ti-3Al-2.5V合金为基材再次进行了研究，完成了本专利技术。本专利技术的主旨是下述(1)以及(2)所示的钛合金、以及下述(3)所示的钛合金材的制造方法。(1)一种钛合金，其特征在于，以质量％计，含有Al2.0～4.0％、V4.0～9.0％、Zr0～2.0％以及Sn0～3.0％，残部由Ti以及杂质构成。(2)一种钛合金，其特征在于，以质量％计，含有从Al2.0～4.0％、V4.0～9.0％、Zr0～2.0％以及Sn0～3.0％，进而Fe0.20～1.0％、Cr0.01～1.0％、Cu0.01～1.0％以及Ni0.01～1.0％中选择的一种以上，残部由Ti以及杂质构成，下述(1)式得到的Veq在4.0～9.5的范围，Veq＝V+1.9Cr+3.75Fe …(1)其中，(1)式右边的符号是指各元素的含量。(3)一种钛合金材的制造方法，其特征在于，对上述(1)或(2)所述的钛合金实施剖面减少率为40％以上的冷加工。本专利技术的钛合金具有足够的冷加工性，并且具有优越的超塑性特性。因此，通过冷轧能够容易地制造线圈，而且，能够制造具有均匀的板厚分布的超塑性成形用材料。由此，能够以低成本且容易地制造钛合金的薄板，能够扩大钛合金薄板的适用领域。具体实施例方式首先，说明本专利技术的钛合金的化学组成以及其限定理由。此外，在以下的说明中，对于各成分的“％”是指“质量％”。Al2.0％～4.0％Al是在提高钛合金的强度中发挥极其重要的作用的元素。Al还是使钛合金的α相稳定化的有效的元素。超塑性特性是在α相和β相的比率达到50∶50左右的温度区域发现的。在Al的含量少时，由于该温度区域狭窄，所以难以得到稳定的超塑性特性。为了在宽的温度区域得到超塑性特性，Al的含量需要在2.0％以上。但是，随着Al的含量增加冷加工性下降。尤其如果对Al含量超过4.0％的钛合金实施剖面减少率为50％左右的冷加工，则在板的端部产生裂边。因此，将Al的含量设为2.0～4.0％。V4.0～9.0％V是使钛合金的β相稳定化有效的元素，具有使在800～850℃附近的温度区域的β相比率增大的作用。尤其，如果含有V4.0％以上，则能够扩大α相和β相的比率达到50∶50左右的温度区域。但是，如果V的含量超过9.0％，则使钛合金材料的耐氧化特性下降。这是因为，V的氧化物具有升华性，如果V的含量超过9.0％的钛合金暴露于高温下，则在合金表面产生的鳞状物(scale)并不是致密的，氧气的透过性高。因此，容易在表面产生裂纹，导致高温展性下降。因此，V的含量为4.0～9.0％。Zr0～2.0％Zr是可以不添加的元素。若添加Zr，通过其固溶强化作用有助于钛合金的强化。如果含有Zr的钛合金暴露于高温下，由于在表面形成牢固的Zr氧化物，抑制合金内部的氧化，所以在钛合金的在高温下的变形中，能够防止产生裂缝。因此，钛合金在高温下的延展程度增大，能够改善超塑性特性。Zr在0.5％以上时该效果大。但是，Zr是高价的元素，上述的氧化抑制效果在Zr含量超过2.0％时饱和，导致成本上升。因此，在含有Zr时，其含量最好在2.0％以下。Sn0～3.0％Sn是可以不添加的元素。Sn虽然对于α相或β相的稳定化不起作用，但是有助于钛合金的强化的元素。为了得到这样的Sn的效果，最好是含有0.2％以上。但是，在Sn含量超过3.0％时，在凝固过程中形成低熔点区域，产生以该区域为基点的裂纹。因此，在含有Sn时，其含量最好在3.0％以下。本专利技术的钛合金具有上述的化学成分，残留物是由Ti以及杂质构成的物质。该合金也可以含有Fe0.20～1.0％、Cr0.01～1.0％、Cu0.01～1.0％以及Ni0.01～1.0％的一种以上，来代替Ti的一部分。这基于下述理由。Fe以及Cr是在作为钛原料的海绵钛中，或在作为添加原料的铝·钒合金中，作为杂质而含有的元素。因此，这些元素即使不积极地添加，在钛合金中也含有小于0.20％的Fe，小于0.01％的Cr。这些元素都是β相稳定化元素，具有与V同样的效果，但其价格比V便宜。因此，由于积极地添加这些元素能够降低成本，所以优选Fe含量为0.20％以上，Cr含量为0.01％以上。但是，Fe以及Cr是在钛合金中生成金属互化物的共析型的元素。含有的Fe以及Cr如果分别超过1.0％，则由于金属互化物的过剩的析出而导致脆化。Cu以及Ni与V同样都是β相稳定化元素，是使800～850℃的温度区域的β相的比率增大的有效的元素。这些元素本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛合金，其特征在于，以质量％计，含有Ａｌ：２．０～４．０％、Ｖ：４．０～９．０％、Ｚｒ：０～２．０％以及Ｓｎ：０～３．０％，残部由Ｔｉ以及杂质构成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：黑田笃彦，
申请(专利权)人：住友金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[]