鈦薄板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及板厚為0.2mm以下的鈦薄板，本體的Fe為0.1質(zhì)量％以下、O(氧)為0.1質(zhì)量％以下、滿足板厚(mm)/粒徑(mm)≥3、并且粒徑≥2.5μm，在表面具有硬化層，前述硬化層的區(qū)域?yàn)閺谋砻娴缴疃?00nm以上且2μm以下。為賦予了優(yōu)異的加工性和高表面硬度的鈦薄板，例如，可以適宜地用于以音響部件(揚(yáng)聲器振動板等)為例的各種用途。
【專利說明】鈦薄板

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鈦薄板，更詳細(xì)而言，涉及具有優(yōu)異的加工性和高表面硬度，也可以適 宜地用于揚(yáng)聲器振動板等的加工性優(yōu)異的高強(qiáng)度鈦薄板。本申請要求了基于2012年8月 14日在日本提交的日本特愿2012-179861號的優(yōu)先權(quán)，將其內(nèi)容引用于此。

【背景技術(shù)】
[0002] 鈦材料的比強(qiáng)度高、具有優(yōu)異的耐腐蝕性，作為化學(xué)機(jī)械設(shè)備用、建筑用、其它大 量的產(chǎn)業(yè)用原材料，此外，作為照相機(jī)機(jī)身、鐘表、體育用品等民用品的原材料，用于廣泛的 用途。箔等厚度0. 2mm以下的薄板用于音響部件（揚(yáng)聲器振動板等）、防腐蝕薄膜/片等活 用其特性的用途。
[0003]通常存在要求金屬材料高強(qiáng)度的傾向，在此基礎(chǔ)上，也要求加工性。對于鈦材料中 也毫無例外地、要求不僅加工性優(yōu)異、而且高強(qiáng)度的情況很多。然而，通常進(jìn)行高強(qiáng)度化時(shí)， 加工性降低，因此對于鈦材料，進(jìn)行通過控制氧量、鐵量、晶體粒徑等使強(qiáng)度與加工性的平 衡最優(yōu)化的嘗試。
[0004] 例如，專利文獻(xiàn)1中公開了將鈦材料中的〇(氧）含量設(shè)為規(guī)定的值并且使Fe含 量增大（Fe :0. 1?0. 6質(zhì)量％ )從而抑制鈦板的韌性的降低并且實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度的上升使平均粒 徑為10 ym以下從而使成形性上升的鈦板。
[0005] 專利文獻(xiàn)2中公開了 Fe含量為300ppm以上且[Fe+0+N+H]量為1500ppm以下的 在鐵量、氧量的基礎(chǔ)上還限制了氮量、氫量的成形加工性良好的Ti板材。
[0006] 此外，專利文獻(xiàn)3中公開了將鐵量、氧量、進(jìn)而鎳以及絡(luò)量規(guī)定到規(guī)定范圍、平均 粒徑制成20?80ym的純鈦板的制造方法，從而即便在使用純度低廉價(jià)的原料的情況下， 也可以維持良好的成形性。
[0007]然而，這些專利文獻(xiàn)中記載的技術(shù)均為以通用的板厚0. 3?1mm的鈦材料為對象 的技術(shù)。
[0008] 另一方面，揚(yáng)聲器的振動板等中所使用的板厚0. 2mm以下的薄板、箔比通用的材 料薄、加工性差。因此，即便應(yīng)用上述專利文獻(xiàn)1?3中記載的技術(shù)也存在產(chǎn)生加工不良的 問題。
[0009] 對于板厚0. 2mm以下的鈦薄板的加工性，專利文獻(xiàn)4中公開了成形性優(yōu)異的鈦箔 的制造方法。根據(jù)該技術(shù)，對于25ym厚的鈦箔，在規(guī)定的軋制條件下進(jìn)行軋制，通過控 制使晶粒度以ASTM No.計(jì)為12?14,從而可以確保良好的埃氏杯突深度值（Erichsen value)〇
[0010] 然而，對于〇. 2mm厚以下的鈦箔，要求成形加工后良好的形狀保持性。通常，存在 通過使材料的強(qiáng)度上升從而可以確保良好的形狀保持性，但相反不能得到良好的加工性的 問題。此外，受到大的加工的部分由于加工硬化使強(qiáng)度上升、得到良好的形狀保持性，但加 工率低的部分的形狀保持性惡化。
[0011] 例如專利文獻(xiàn)5中公開了利用光亮退火或者真空退火形成作為內(nèi)表面層的含有 鈦的碳化物和/或氮化物的層之后，實(shí)施電解酸洗的技術(shù)。該技術(shù)通過抑制軟質(zhì)的鈦母材 與模具的接觸從而防止鈦母材向模具的附著同時(shí)在鈦表面形成壓制時(shí)的潤滑性優(yōu)異的氧 化物層。根據(jù)該技術(shù)，可以避免鈦的碳化物和/或氮化物與模具接觸，可以防止模具的磨 耗。
[0012] 然而，0. 2mm厚以下的鈦箔進(jìn)行如專利文獻(xiàn)5所公開的那樣的嚴(yán)苛的加工的情況 少。例如，對于揚(yáng)聲器的振動板等加工，施加內(nèi)壓而成形為圓頂狀的情況很多，與通常的利 用薄板壓制的成形相比，加工中與模具的接觸少、原材料自身的表面潤滑性沒有那樣的問 題。因此，即便應(yīng)用專利文獻(xiàn)5中記載的技術(shù)，也不發(fā)揮基于氧化物的潤滑效果的加工性上 升效果。進(jìn)而，該技術(shù)中進(jìn)行電解酸洗，因此不能忽視對0.2mm厚以下的鈦箔材應(yīng)用該技術(shù) 時(shí)的成品率降低。不僅如此而且存在導(dǎo)致板厚不均勻從而制品不能出廠的情況。
[0013] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0014] 專利文獻(xiàn)
[0015] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利第4605514號公報(bào)
[0016] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開昭63-103043號公報(bào)
[0017] 專利文獻(xiàn)3 :日本專利第3228134號公報(bào)
[0018] 專利文獻(xiàn)4 :日本專利第2616181號公報(bào)
[0019] 專利文獻(xiàn)5 :日本特開2009-97060號公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 發(fā)明要解決的問題
[0021] 本發(fā)明是鑒于這樣的實(shí)際情況而完成的，目的在于提供一種鈦薄板，其為板厚 0. 2mm以下的鈦薄板，形狀保持性和加工性優(yōu)異。
[0022] 用于解決問題的方案
[0023] 為了解決上述問題，本發(fā)明人等關(guān)注于鈦箔的表面的硬度，認(rèn)為若表面堅(jiān)固，內(nèi)部 與表面相比為軟質(zhì)，則可以兼顧形狀保持性與加工性，對于使鈦薄板的加工性以及表面硬 度上升的方法進(jìn)行研宄。
[0024] 作為鈦薄板的加工性改善的有效方法，首先考慮到的是減少鐵、氧等元素。這些元 素為在制造上不可避免地帶入的元素，如上述的專利文獻(xiàn)1?3所記載的那樣，需要限制在 規(guī)定量以下。
[0025] 接著考慮晶粒的粗大化。通過進(jìn)行粗?；?，從而能夠容易地產(chǎn)生對鈦材料的加工 性重要的孿晶變形，改善加工性。晶體粒徑在最終的最終退火工序中進(jìn)行控制，因此可以通 過改變退火條件而容易地控制。
[0026] 所以，使用板厚0. 2_以下的鈦薄板進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，調(diào)查伸長率。其結(jié)果，即便板 厚為0. 2_以下，也與通常的見解同樣地、通過晶粒微細(xì)化從而伸長率降低。然而，明確板 厚0. 2mm以下的鈦薄板中，即便晶粒過度粗大化，也存在伸長率降低的情況。此外，該現(xiàn) 象是否發(fā)生由板厚與粒徑的比決定，板厚/粒徑< 3時(shí)發(fā)生該現(xiàn)象。需要說明的是，板厚 0. 3?1mm左右的薄板中，粒徑大致為10?60 ym的范圍內(nèi)，因此不產(chǎn)生由于晶粒粗大化導(dǎo) 致伸長率降低那樣的現(xiàn)象。
[0027] 由該調(diào)查結(jié)果可知，根據(jù)制品板厚，在板厚/粒徑多3的范圍使晶粒粗大化，從而 可以最大限度地引出板厚0. 2mm以下的鈦薄板的加工性。
[0028] 進(jìn)而，在進(jìn)行調(diào)查的過程中，在壓制加工時(shí)，存在裂紋大量產(chǎn)生的情況，調(diào)查原因， 結(jié)果明確產(chǎn)生了裂紋的部分中，材料表面附近的碳量、氮量高。通常，制造板厚〇.2mm以 下的薄板時(shí)，在冷軋后使其軟化、進(jìn)行用于賦予成形性/加工性的光亮退火（BA = Bright Annealing)。然而，在退火前的清洗生產(chǎn)線中的乳制油的去除不充分的情況下，在材料表面 大量殘留軋制油、碳向材料表面附近的侵入量增多。對于氮，由于在退火爐的氣體置換時(shí)殘 存的氮?dú)怏w，置換不充分的情況下，大量的氮?dú)埓?、氮的侵入量增多?br> [0029] 侵入的碳、氮形成TiC、TiN，帶來固溶強(qiáng)化，因此即便在表面硬度高、厚度0. 2mm以 下的極薄形狀的鈦薄板中形狀保持性也良好。然而，侵入太深時(shí)，材料的伸長率顯著地降 低。為了兼顧上述的特性（即、表面硬度的上升以及抑制伸長率的降低），需要將碳、氮、氧 的侵入深度設(shè)置在從表面到200nm?2 ym的范圍內(nèi)。即由碳、氮、氧的侵入而形成的硬化 層的區(qū)域需要為從表面到200nm?2 ym的范圍。
[0030] 本發(fā)明是基于上述的研宄的見解而成的，以下述的加工性優(yōu)異的高強(qiáng)度鈦薄板為 主旨。
[0031] 即、一種鈦薄板，其為板厚為0. 2mm以下的鈦薄板，本體的Fe為0. 1質(zhì)量％以下、 〇(氧）為〇. 1質(zhì)量％以下、滿足板厚（mm)/粒徑（mm)彡3、并且粒徑彡2. 5 ym，在表面具有 硬化層，前述硬化層的區(qū)域?yàn)閺谋砻娴缴疃?00nm以上且2 ym以下。
[0032] 本發(fā)明的鈦薄板若在冷軋后、通過BAF (間歇熱處理）或者連續(xù)退火在500°C以上 且850°C以下實(shí)施最終退火（光亮退火），則能確保穩(wěn)定的加工性，因此優(yōu)選。
[0033] 在此所謂"鈦薄板"是指利用JISH4600中所規(guī)定的工業(yè)用純鈦、板厚為0. 2mm以 下的薄板以及箔。
[0034] 前述的"粒徑"意味著JISH0501中所規(guī)定的利用求積法而求出的平均粒徑。對其 進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，有時(shí)也記作"平均粒徑"。
[0035]此外，"硬化層"是指在退火時(shí)由源自表面殘存的軋制油的碳、氮、氧，退火爐的氣 體氣氛中含有的氮?dú)庖约把鯕怏w而形成的氧、氮、碳的富集化層。
[0036]發(fā)明的效果
[0037] 本發(fā)明的鈦薄板為板厚為0. 2_以下的、賦予了優(yōu)異的加工性與高表面硬度的鈦 薄板，例如，可以適宜地用于以音響部件（揚(yáng)聲器振動板等）為例的各種的用途的鈦薄板 (箔）。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038] 圖1為例示出鈦薄板的拉伸試驗(yàn)中的晶體粒徑與伸長率的關(guān)系的圖。
[0039] 圖2為例示出厚度25 ym的鈦薄板（箔）的拉伸試驗(yàn)中的應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系的圖。
[0040] 圖3為例示出鈦薄板的拉伸試驗(yàn)中的板厚/粒徑與伸長率的關(guān)系的圖。
[0041] 圖4為表示鈦薄板中的硬化層厚與表面硬度的關(guān)系的圖。
[0042] 圖5為例示出對于厚度100 ym、板厚/粒徑多3的鈦薄板的硬化層厚度與伸長率 的關(guān)系的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0043]本發(fā)明的鈦薄板如前所述，為板厚0.2mm以下的鈦薄板，本體的Fe為0.1質(zhì)量％ 以下、〇(氧）為〇. 1質(zhì)量％以下、滿足板厚（mm) /粒徑（mm)彡3、并且粒徑彡2. 5 ym，在表 面具有硬化層，前述硬化層的區(qū)域?yàn)閺谋砻娴缴疃?00nm以上且2 ym以下。
[0044] 本發(fā)明中，以板厚為0. 2mm以下的鈦薄板為對象，是為了提供例如，揚(yáng)聲器振動板 等中也可以適宜地使用的加工性優(yōu)異的高強(qiáng)度鈦薄板。
[0045]本發(fā)明的鈦薄板中，將本體的Fe規(guī)定為0. 1質(zhì)量％以下是由于如下的理由。即， Fe為使0相穩(wěn)定化的元素，0相存在時(shí)，退火中由于0相而阻礙晶粒的成長。含量超過 〇. 1質(zhì)量％時(shí)，其作用顯著，因此Fe的含量為0. 1質(zhì)量％以下。下限沒有特別限定，工業(yè)上 制造時(shí)，不能避免Fe的混入，含有0. 01質(zhì)量％以上，因此將期望的下限設(shè)為0. 01質(zhì)量％。
[0046]此外，本體的0(氧）規(guī)定為0. 1質(zhì)量％以下是為了抑制加工性的降低。通過添加 〇從而使鈦薄板高強(qiáng)度化，但加工性降低，含量超過〇. 1質(zhì)量％時(shí)其傾向變得顯著。因此，〇 的含量設(shè)為〇. 1質(zhì)量％以下。下限沒有特別限定，〇也與Fe同樣地在工業(yè)上進(jìn)行制造時(shí)的 混入是不可避免的，因此將期望下限設(shè)為〇. 01質(zhì)量％。
[0047]需要說明的是，本體意味著除形成于鈦薄板的表面的硬化層以外的內(nèi)部。本發(fā)明 中，本體中，F(xiàn)e濃度為0. 1質(zhì)量％以下、0濃度為0. 1質(zhì)量％以下。
[0048] 本發(fā)明的鈦薄板中，滿足粒徑彡2. 5 ym是由于如圖1所示，粒徑不足2. 5 ym時(shí)， 伸長率大幅降低、加工性降低。
[0049]圖1為例示出鈦薄板的拉伸試驗(yàn)中的晶體粒徑與伸長率的關(guān)系的圖。如圖1所示， 晶體粒徑不足2. 5 ym時(shí)，即便不存在未再結(jié)晶顆粒也過度高強(qiáng)度化，因此伸長率也大幅降 低。
[0050] 本發(fā)明的鈦薄板中，滿足板厚（mm)/粒徑（mm)彡3(以下，將"板厚（mm)/粒徑 (mm)"簡記為"板厚/粒徑"）是由于以下的理由。
[0051]圖2是例示出厚度25ym的鈦薄板（箔）的拉伸試驗(yàn)中的應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系的圖。 圖2中，"粒徑：5. 3ym"以及"粒徑：12. 3ym"為分別對平均粒徑為5. 3ym以及12. 3ym 的試驗(yàn)片的測定結(jié)果。
[0052] 如圖2所示，任意的試驗(yàn)片中經(jīng)過均勻伸長率的狀態(tài)之后，開始局部變形以致斷 裂。局部變形量小、均勻變形量即、均勻伸長率為加工性的指標(biāo)，其降低表示加工性的降低。
[0053]多晶材料的變形中，1個(gè)晶粒變形時(shí)，產(chǎn)生基于其周圍的晶粒的變形的緩和。然而， 對于板厚方向，晶粒少時(shí)，對于1個(gè)晶粒的變形的貢獻(xiàn)變大，特定的晶粒中進(jìn)行變形，因此 快速開始局部變形。圖2表示該狀態(tài)。
[0054]因此，根據(jù)在板厚方向存在的晶粒的數(shù)目、即板厚/粒徑的比，確定通過粗粒化可 以改善加工性的平均晶體粒徑范圍的上限。
[0055]圖3為例示出鈦薄板的拉伸試驗(yàn)中的板厚/粒徑與伸長率的關(guān)系的圖。如圖3所 示，可知自板厚25 y m至150 y m的任意之中，在板厚/粒徑=3附近伸長率顯著地降低，需 要滿足板厚（mm)/粒徑（mm)彡3。
[0056] 進(jìn)而，本發(fā)明的鈦薄板中，需要在自表面開始深度200nm以上且2 ym以下的區(qū)域 具有硬化層。換言之，需要在表面附近具有200nm?2 ym的厚度的硬化層。
[0057]硬化層為在退火時(shí)，由源自表面殘存的軋制油的碳、氮、氧，退火爐的氣體氣氛中 含有的氮?dú)庖约把鯕鈿怏w形成的氧、氮、碳的富集化層，為含有〇. 5質(zhì)量％以上氧的區(qū)域、 含有0. 5質(zhì)量％以上氮的區(qū)域、含有0. 5質(zhì)量％以上碳的區(qū)域、或總計(jì)含有0. 5質(zhì)量％以 上氧、氮和碳的區(qū)域。需要說明的是，硬化層的厚度可以利用GDS(輝光放電發(fā)光分析裝置 (Glow discharge optical emission spectrometer))進(jìn)行測定。
[0058] 圖4為表示鈦薄板中的硬化層厚度與表面硬度的關(guān)系的圖。如圖4所示，硬化層 厚度越厚表面硬度越高。硬化層的厚度比200nm薄時(shí)，與以原材料的截面測定的原材料硬 度（圖4中表示）相同程度，未確認(rèn)到硬度的増加。此外，表面硬度的増加不充分時(shí)，形狀 保持性差。因此，硬化層的厚度設(shè)為200nm以上。
[0059] 圖5為例示出對于厚度100 ym、板厚/粒徑多3的鈦薄板的硬化層厚度與伸長率 的關(guān)系的圖。如圖5所示，即便為板厚/粒徑多3,硬化層厚度過厚時(shí)，伸長率降低，帶來加 工性的降低，因此硬化層厚度設(shè)為2000nm(2 ym)以下。
[0060] 本發(fā)明的鈦薄板若在冷軋后通過BAF或者連續(xù)退火在500°C以上且850°C以下實(shí) 施了最終退火，則確保穩(wěn)定的加工性，因此是優(yōu)選的。
[0061]退火溫度低時(shí)，未再結(jié)晶顆粒殘留，加工性降低。本發(fā)明的鈦薄板的再結(jié)晶溫度為 500°C，因此最終退火在500°C以上進(jìn)行。此外，為了成為容易得到優(yōu)異的強(qiáng)度與韌性（伸 長率）的平衡的等軸組織（equiaxed structure)，設(shè)置在850°C以下。即便在通常的操作 中，進(jìn)行適應(yīng)退火處理的目的的操作，但通過在上述期望溫度條件下進(jìn)行最終退火，能夠確 保穩(wěn)定的加工性。
[0062] 硬化層的厚度，例如，通過使在冷軋后通常進(jìn)行的清洗工序中的軋制油的殘存量 發(fā)生變化、使光亮退火爐的殘存氮、氧量變化，可以成為作為目標(biāo)的厚度。
[0063] 實(shí)施例
[0064]為了確認(rèn)本發(fā)明的效果，進(jìn)行以下的試驗(yàn)。
[0065] 首先，對于JISH4600中所規(guī)定的1種純鈦（厚度0.5mm)，經(jīng)過冷軋以及中間退火， 制造25 ym?150 ym厚的冷延板。接著，在Ar氣氛（露點(diǎn)<-40 °C )中改變條件，進(jìn)行最 終退火從而使晶體粒徑發(fā)生各種變化。此外，由于板的表面殘存的軋制油、退火爐的氣體氣 氛，從而在板的表面使氧、氮、碳的任意富集化，形成硬化層。對于硬化層的厚度（深度），改 變軋制油的殘存量、光亮退火時(shí)的氣氛中的氮量以及氧量來調(diào)整。
[0066]將這些最終退火后的各冷延板（各試驗(yàn)片）加工為平行部寬6. 25mm、平行部長度 50mm的試驗(yàn)片之后，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。此外，對于各試驗(yàn)片，測定板厚、晶體粒徑、表面硬度以 及硬化層的厚度。將實(shí)施例中使用的各試驗(yàn)片的Fe濃度（本體質(zhì)量％ )、0濃度（本體質(zhì) 量％ )、各測定結(jié)果總結(jié)示于表1中。
[0067]表1
[0068]

【權(quán)利要求】
1. 一種鈦薄板，其為板厚為0. 2mm以下的鈦薄板， 本體的Fe為0. 1質(zhì)量％以下、O即氧為0. 1質(zhì)量％以下， 滿足板厚（臟)/粒徑（臟）彡3、并且粒徑彡2. 5 μ m， 在表面具有硬化層，所述硬化層的區(qū)域?yàn)閺谋砻娴缴疃?00nm以上且2 μπι以下。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦薄板，其中，冷軋后利用BAF或者連續(xù)退火在500°C以上且 850°C以下實(shí)施了最終退火。
【文檔編號】C22F1/00GK104520455SQ201380042066
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月14日
【發(fā)明者】岳邊秀德, 白井善久, 前田尚志 申請人:新日鐵住金株式會社