钛材的制作方法

文档序号:33507475发布日期:2023-03-18 05:19阅读:196来源:国知局
钛材的制作方法

1.本发明涉及钛材。本技术根据2020年12月24日在日本技术的特愿2020-214647号要求优先权,将其内容援引于此。


背景技术:

2.钛材具有高延性,通过冲压成形加工成各种形状的制品。冲压成形性,尤其是深冲成形性与摩擦系数存在密切关联,对于深冲成形性的改善,降低摩擦系数极其有效。这是因为深冲成形时,钛材会被模具的一部分强烈地摩擦而被加工。另一方面,钛也具有非常高的活性。因此,钛材由于容易与模具粘合而导致摩擦系数变高。因此,控制钛材的表面性状很重要。
3.作为着眼于表面性状的技术,例如,专利文献1中公开了一种与粘接剂的粘接性优异的非油面粘接用的金属板,其特征在于,具有被粘接面的中心线平均斜率(rθa)的值为0.035以上的表面粗糙度,使集中在剪切方向上的残余应力的方向分散并释放。
4.专利文献2中公开了一种热交换用板的原板材,其是由在表面上形成有微细的凹凸的钛制平板材构成,在对该平板材实施作为后处理的冲压加工后成为热交换用板的原板材,其特征在于,对于所述凹凸,以凸部的高度(μm)
×
[凹部的宽度(μm)/相邻的凸部的间距(μm)]定义的形状参数成为85μm以下的方式,设定所述原板材的表面的凹凸。
[0005]
专利文献3中公开了一种在单面或双面具有凹凸图案的钛板的制造方法,其包括:通过使用在表面上具有凹凸图案的工作辊的轧制,在钛板的单面或双面上形成凹凸图案的工序;对上述钛板进行退火和/或酸洗的工序;以及通过拉矫机以0.1%以上且1.3%以下的平均伸长率对上述钛板进行矫正的工序。通过专利文献3中公开的钛板的制造方法得到的钛板中,上述凹凸图案中的平均凸部最大高度为15.0μm以上。
[0006]
专利文献4中公开了一种钛板,其特征在于,与轧制方向平行的方向上的表面的算术平均偏差为0.25μm以上且2.5μm以下,表面的基于试验载荷0.098n的维氏硬度比基于试验载荷4.9n的维氏硬度高20以上,且基于试验载荷4.9n的维氏硬度为180以下。
[0007]
专利文献5中公开了一种钛板,其特征在于,在表面上具有厚度0.10μm以上的由金红石型tio2构成的氧化覆膜,所述氧化覆膜的表面性状为相对于利用λs=2.5μm和λc=0.08mm的截止值而得到的粗糙度轮廓的算术平均偏差ra为0.20~7.0μm,所述粗糙度轮廓的十点平均粗糙度r
zjis
与轮廓单元的平均高度rc之差(r
zjis-rc)为0.5μm以上,满足所述粗糙度曲线的最大峰高rp的0.8倍以上的区域,在λs=0μm和λc=0mm的条件下测定的均方根斜率rδq满足20
°
以下。
[0008]
现有技术文献
[0009]
专利文献
[0010]
专利文献1:日本特开2001-198603号公报
[0011]
专利文献2:日本特开2013-76548号公报
[0012]
专利文献3:日本特开2014-589号公报
[0013]
专利文献4:日本特开2002-3968号公报
[0014]
专利文献5:日本特开2020-183551号公报


技术实现要素:

[0015]
发明要解决的技术问题
[0016]
在钛材的成形时,会选择抑制钛材与模具的接触从而降低摩擦系数的润滑方法,该润滑方法对于钛材的冲压成形极其重要。例如,为了降低摩擦系数,有在钛材的表面设置润滑剂的润滑方法。作为润滑剂,例如,可以使用特氟龙(注册商标)干膜或固体(覆膜型)润滑剂。特氟龙干膜虽然润滑性非常优异,但在钛材上的粘贴或去除耗时长,成本会增加。另外,特氟龙干膜在一次成形时破裂的情况很多,在对设置有特氟龙干膜的钛材进行多次深冲时,需要每次都重新粘贴特氟龙干膜,加工会变得复杂。另一方面,固体润滑剂虽然可以连续地进行涂布、冲压、清洗去除,但在像深冲这样严苛的滑动环境中,有时会产生部分剥离而导致摩擦系数增大。
[0017]
在专利文献1~4中公开的技术中,在钛材表面上形成固体润滑剂时,有时固体润滑剂的密合性不充分,进行深冲成形时,固体润滑剂会剥离,摩擦系数增大。其结果,深冲成形性降低,可能产生外观不良、深冲成形时的钛材的断裂。
[0018]
另外,专利文献5中公开的技术是不使用固体润滑剂的技术,不清楚使用固体润滑剂时的钛材与固体润滑剂的密合性。
[0019]
本发明是鉴于上述问题而完成的,本发明的目的在于提供一种在表面上涂布有固体润滑剂的钛材的深冲成形时,深冲成形性优异的钛材。
[0020]
用于解决问题的方案
[0021]
本发明人等对钛材的表面性状与固体润滑剂的密合性的关系进行了详细的研究,发现通过控制钛材的表面性状,可以提高固体润滑剂的密合性。进一步地,本发明人等发现对于钛材的固体润滑剂的密合性,钛材的表面的粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm和均方根斜率rδq极其重要。并且本发明人等基于上述见解,发现了制造这种钛材的方法,得到了本发明。
[0022]
基于上述见解而完成的本发明的要旨如下。
[0023]
[1]本发明的钛材在至少一个表面上,在粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大于8μm且为300μm以下时,均方根斜率rδq(rad.)满足下述式(1),在上述粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大于300μm时,上述均方根斜率rδq(rad.)满足下述式(2)。
[0024]
rδq≥0.060

式(1)
[0025]
rδq≥2
×
rsm/10000

式(2)
[0026]
[2]上述[1]所述的钛材的上述粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm可以为400μm以下,且均方根斜率rδq可以为0.190rad.以下。
[0027]
[3]上述[1]或[2]所述的钛材的将载荷设为50gf时的维氏硬度比将载荷设为1000gf时的维氏硬度可以大30hv以上。
[0028]
[4]上述[1]~[3]中任一项所述的钛材可以具有氧化覆膜或氮化覆膜。
[0029]
[5]上述[4]所述的钛材的上述氧化覆膜或上述氮化覆膜的厚度可以小于1.00μm。
[0030]
发明的效果
[0031]
如上所述,根据本发明,可以提供一种在表面上涂布有固体润滑剂的钛材的深冲成形时,深冲成形性优异的钛材。
附图说明
[0032]
图1是用于说明基于钛材的表面性状的固体润滑剂的密合性的差异的图。
[0033]
图2是示出本发明的一个实施方式涉及的钛材表面的粗糙度轮廓的一例的图。
[0034]
图3是用于说明实施例1和实施例2中的深冲试验的图。
[0035]
图4是示出实施例1的深冲成形性的评价结果的图表。
具体实施方式
[0036]
下面,参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。
[0037]
<钛材>
[0038]
[钛材的表面性状]
[0039]
本实施方式涉及的钛材在至少一个表面上,在粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大于8μm且为300μm以下时,均方根斜率rδq(rad.)满足下述式(1),在所述粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大于300μm时,所述均方根斜率rδq(rad.)满足下述式(2)。
[0040]
rδq≥0.060

式(1)
[0041]
rδq≥2
×
rsm/10000

式(2)
[0042]
下面,对本实施方式涉及的钛材进行详细说明。
[0043]
参照图1,对通过本发明人等的研究得到的基于均方根斜率rδq和粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm的固体润滑剂的密合性的差异进行说明。图1是用于说明基于钛材的表面性状的固体润滑剂的密合性的差异的图。
[0044]
均方根斜率rδq表示表面的凹凸的倾斜程度,均方根斜率rδq越大,表示凹凸的倾斜越陡(凹凸尖锐),均方根斜率rδq越小,表示凹凸的倾斜越平缓。
[0045]
粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm表示表面的凹凸的间隔,粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm越大,表示凹凸的间隔越大,粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm越小,表示凹凸的间隔越小。
[0046]
例如,图1的(a)示意性地示出了均方根斜率rδq大、且粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm小时的钛材的表面性状和形成在该钛材表面上的固体润滑剂。此时,如图1的(a)所示,钛材的表面是凹凸尖锐、凹凸的间隔小的表面,固体润滑剂也容易填充到钛材表面的凹凸的凹部中。认为均方根斜率rδq大、且粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm小时,通过尖锐的凹凸固定固体润滑剂的锚固效应和向凹部填充固体润滑剂,可以提高固体润滑剂的密合性。
[0047]
图1的(b)示意性地示出了均方根斜率rδq大、且粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大时的钛材的表面性状和形成在该钛材表面上的固体润滑剂。此时,如图1的(b)所示,钛材的表面是凹凸尖锐、凹凸的间隔大的表面。认为均方根斜率rδq大、且粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大时,凹部中产生未填充固体润滑剂的部分,固体润滑剂的密合性降低。
[0048]
图1的(c)示意性地示出了均方根斜率rδq小、且粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm小时的钛材的表面性状和形成在该钛材表面上的固体润滑剂。另外,图1的(d)示意性地示
出了均方根斜率rδq小、且粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大时的钛材的表面性状和形成在该钛材表面上的固体润滑剂。这些情况下,如图1的(c)和图1的(d)所示,钛材的表面是凹凸平缓的表面。认为由于凹凸平缓,因此无法得到充分的锚固效应,固体润滑剂的密合性降低。
[0049]
本实施方式涉及的钛材中,在粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大于8μm且为300μm以下时,均方根斜率rδq(rad.)满足上述式(1)。
[0050]
如上所述,若粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm小,则表面的凹凸的间隔小,凹部中容易填充固体润滑剂,但粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm小于8μm时,凹凸过细,难以得到锚固效应,固体润滑剂的密合性降低。其结果,深冲成形时的摩擦系数变大,深冲成形性降低。因此,粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大于8μm。
[0051]
若粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大于8μm且为300μm以下,且均方根斜率rδq(rad.)满足式(1),则通过通过锚固效应和向凹部填充固体润滑剂,可以提高深冲成形性。即使粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大于8μm且为300μm以下,均方根斜率rδq不满足上述式(1)时,无法充分得到凹凸带来的锚固效应,固体润滑剂的密合性降低,深冲成形性降低。因此,本实施方式涉及的钛材的粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大于8μm且为300μm以下时,均方根斜率rδq(rad.)满足上述式(1)。
[0052]
粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大于300μm时,若均方根斜率rδq满足上述式(2),则通过锚固效应和向凹部填充固体润滑剂,可以提高深冲成形性。粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大于300μm,均方根斜率rδq不满足上述式(2)时,无法充分得到凹凸带来的锚固效应,固体润滑剂的密合性降低,深冲成形性降低。因此,本实施方式涉及的钛材的粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大于300μm时,均方根斜率rδq(rad.)满足上述式(2)。
[0053]
另外,若粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm、均方根斜率rδq过大,则有时通过与模具的接触,钛材的表面的凸部被压碎,无法追随凸部的变形的固体润滑剂会破裂而发生剥离。此时,存在第一段的深冲加工中,摩擦系数增加,深冲成形性变差的情况。因此,粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm优选为500μm以下,均方根斜率rδq优选为0.25rad.以下。
[0054]
本实施方式涉及的钛材更优选在满足上述条件的基础上,粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm为400μm以下,且均方根斜率rδq为0.190rad.以下。例如,在对钛材用球头冲头进行深冲,然后用圆筒冲头进行深冲的多段深冲成形的情况下,在最初的球头深冲成形中,在钛材的成为球状的部分整体中导入应变,在该部分凹部中应变集中,从而固体润滑剂有时会破裂而产生剥离。在固体润滑剂破裂而产生剥离的状态下,若进行下一工序的圆筒深冲成形,则有时摩擦系数增大,深冲成形性降低。若粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm为400μm以下,且均方根斜率rδq为0.190rad.以下,则可以抑制固体润滑剂的剥离,多段深冲时的成形性变得良好。
[0055]
粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm和均方根斜率rδq通过依据jis b 0601:2013的方法取得2处的粗糙度轮廓,使用根据各自的粗糙度轮廓算出的值的平均值。对本实施方式涉及的钛材,通过依据jis b 0601:2013的方法测定粗糙度轮廓时,例如,可以得到如图2所示的粗糙度轮廓。需要说明的是,作为粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm和均方根斜率rδq的计算基础的粗糙度轮廓是在轧制宽度方向上以评价长度15mm、测定速度0.15mm/s测定的钛材表面的测定截面曲线上使用截止波长λc=0.8mm的低频滤波器取得截面曲线,进一步地,
通过在该截面曲线上使用截止波长λs=25μm的高频滤波器而得到的粗糙度轮廓。λc是定义粗糙度成分与波纹度成分的边界的滤波器。λs是定义粗糙度成分与比其短的波长成分的边界的滤波器。
[0056]
轮廓单元的平均宽度rsm根据下述式(3)算出。
[0057][0058]
上述式(3)中,m表示测定点数,xsi表示基准长度上的轮廓单元的长度。
[0059]
粗糙度轮廓单元的均方根斜率rδq根据下述式(4)算出。
[0060][0061]
上述式(4)中,n表示测定点数。(dzj/dxj)表示粗糙度轮廓上第j个测定点处的局部斜率,通过下述式(5)定义。
[0062][0063]
上述式(5)中,z
j+3
表示第j+3个测定点处距表面的平均线的高度。与上述同样地,式(5)中,z
j+2
、z
j+1
、z
j-1
、z
j-2
和z
j-3
分别表示第j+2个、第j+1个、第j-1个、第j-2个、第j-3个测定点处距表面的平均面的高度。式(5)中,δx表示测定间隔。本实施方式中,测定间隔δx可以如下确定。即,测定间隔δx是通过表面粗糙度形状测量仪设定的值,在测定了其测定长度l时,取得了n点数值数据的情况下,以测定间隔计δx平均为l/(n-1)。例如,在测定了测定长度5mm时,取得了25601点数值数据的情况下,δx为5mm/25600点,平均为约0.1905μm。
[0064]
[将载荷设为50gf时的维氏硬度比将载荷设为1000gf时的维氏硬度大30hv以上]
[0065]
本实施方式涉及的钛材优选将载荷设为50gf时的维氏硬度比将载荷设为1000gf时的维氏硬度大30hv以上。若钛材的表面柔软,则深冲成形时,表面发生变形,与模具的接触面积变大,滑动阻力容易变大。滑动阻力变大时,固体润滑剂变得容易剥离。因此,表示钛材的更靠近表面的硬度的载荷50gf的维氏硬度优选比载荷1000gf的维氏硬度大30hv以上。钛材的内侧与表面同等程度地过硬的情况下,即使滑动性良好,成形本身也变得困难,深冲时有时会破裂。另一方面,若钛材的表面过硬,则有时深冲成形变得困难。从滑动的角度出发,硬度没有上限,但例如将载荷设为50gf时的维氏硬度大于800hv时,担心硬化层过厚,弯曲加工性降低。因此,在实际使用中,将载荷设为50gf时的维氏硬度优选为800hv以下。
[0066]
从成形后的强度的角度出发,载荷1000gf的维氏硬度优选为105hv以上,更优选为110hv以上。另一方面,从成形性的角度出发,载荷1000gf的维氏硬度优选为300hv以下,更优选为250hv以下。
[0067]
维氏硬度采用通过依据jis z 2244:2009的方法分别测定5点的值的平均值。
[0068]
从上述角度出发,本实施方式涉及的钛材优选具有氧化覆膜或氮化覆膜。氧化覆
膜或氮化覆膜的厚度优选为1.00μm以下。氧化覆膜和氮化覆膜由于延性低,在深冲成形时可能会破裂,但它们的厚度若小于1.00μm,则可以防止这些覆膜的破裂。氧化覆膜或氮化覆膜的厚度可以为0.50μm以下。
[0069]
另一方面,氧化覆膜或氮化覆膜的厚度的下限没有特别限定。氧化覆膜或氮化覆膜的厚度例如可以为0.02μm以上,也可以为0.06μm以上。
[0070]
氧化覆膜或氮化覆膜的厚度可以根据通过辉光放电光谱分析法(gds:glow discharge spectroscopy)得到的深度方向的氧和氮的分布求出。具体而言,将至o浓度相对于最表面的o浓度减半的位置为止的深度方向上的距离设为氧化覆膜的厚度,将至n浓度相对于最表面的n浓度减半的位置为止的深度方向上的距离设为氮化覆膜的厚度。
[0071]
本实施方式的钛材没有特别限定,可以为纯钛或钛合金。钛材例如是ti含量为70质量%以上的纯钛或钛合金。
[0072]
纯钛例如包括jis标准1类~4类、和与之对应的astm标准的grade1~4所规定的工业用纯钛。即,本实施方式中,作为对象的工业用纯钛以质量%计为c:0.1%以下、h:0.015%以下、o:0.4%以下、n:0.07%以下、fe:0.5%以下、余量由ti和杂质组成。
[0073]
作为钛合金,可列举出α型钛合金、α+β型钛合金或β型钛合金。
[0074]
作为α型钛合金,例如包括高耐腐蚀性合金(jis标准的11类~13类、17类、19类~22类、和astm标准的grade7、11、13、14、17、30、31所规定的钛合金或进一步含有少量各种元素的钛合金)、ti-0.5cu、ti-1.0cu、ti-1.0cu-0.5nb、ti-1.0cu-1.0sn-0.3si-0.25nb等。
[0075]
作为α+β型钛合金,例如包括ti-3al-2.5v、ti-5al-1fe、ti-6al-4v等。
[0076]
作为β型钛合金,例如包括ti-11.5mo-6zr-4.5sn、ti-8v-3al-6cr-4mo-4zr、ti-13v-11cr-3al、ti-15v-3al-3cr-3sn、ti-20v-4al-1sn、ti-22v-4al等。
[0077]
[板厚]
[0078]
本实施方式涉及的钛材的板厚例如为0.3mm以上且4.5mm以下。钛材的板厚可以为0.4mm以上、或0.5mm以上。另外,钛材的板厚可以为4.3mm以下、或4.0mm以下。
[0079]
本实施方式涉及的钛材使用在其至少一个表面上以液体的状态涂布后干燥而成为固体覆膜的固体润滑剂进行深冲成形时,可以得到优异的深冲成形性。
[0080]
以上对本实施方式涉及的钛材进行了说明。
[0081]
接下来,对本实施方式涉及的钛材的制造方法的一例进行说明。不过,本实施方式涉及的钛材的制造方法没有特别限定。满足上述特征的钛材无论其制造方法如何,均视为本实施方式涉及的钛材。以下说明的制造方法仅为优选的一例而已,本实施方式涉及的钛材并不限于此。
[0082]
<钛材的制造方法>
[0083]
本实施方式涉及的钛材的制造方法包括在钛坯料的至少一个表面上形成凹凸的凹凸形成工序;和在真空气氛、氧化气氛或氮化气氛中的至少任一种的气氛下实施退火的退火工序。凹凸形成工序中,实施多次使用毛面辊的冷轧平整或喷砂处理。下面,对凹凸形成工序和退火工序进行详细说明。
[0084]
[凹凸形成工序]
[0085]
凹凸形成工序中,在钛坯料的至少一个表面上形成凹凸。凹凸形成工序中,至少实施2次使用毛面辊的冷轧平整。虽然毛面辊是对其表面实施了毛化加工的辊,但辊表面的毛
化加工方法没有特别限定,例如,可以是使用了喷丸或粗砂的毛化加工。作为喷丸或粗砂,例如,可以使用依据jis g 5903:2018的喷丸或粗砂。具体而言,可以使用被称为sg-50、sg-100、sg-140、sg-170或sg-200的钢砂等、或被称为ss-200或ss-240的钢丸等。实施2次平整轧制时,优选满足下述条件。
[0086]
(条件)使用sg-50~sg-240或ss-50~ss-240中的任一种投射材料,将用于第1次的平整轧制的毛面辊的表面粗糙度ra设为7.0μm以上且小于8.0μm,用于第2次的平整轧制的毛面辊的表面粗糙度ra设为6.0μm以上且8.5μm以下。此时,优选将制造用于第2次的平整轧制的毛面辊时的投射材料直径设为制造用于第1次的平整轧制的毛面辊时的投射材料直径以上。另外,使用由相同投射材料制造的不同表面粗糙度ra的毛面辊时,优选用于第1次的平整轧制的毛面辊的表面粗糙度ra小于用于第2次的平整轧制的毛面辊的表面粗糙度ra。
[0087]
进一步地,在上述条件下,也可以将用于毛化加工的最大粒度的投射材料设为sg-200或ss-200。
[0088]
另外,用于第1次的平整轧制的毛面辊的表面粗糙度ra小于7.0μm,用于第2次的平整轧制的毛面辊的表面粗糙度ra小于6.0μm时,也可以在适当的条件下实施第3次的平整轧制。
[0089]
为了得到本实施方式涉及的钛材,毛面辊的表面以细小的间距具有陡峭的斜面很重要。毛面辊的表面性状受到例如毛化加工的方法、用于毛化加工的投射材料的种类的影响。例如,改变投射材料的粒径,在相同条件下实施毛化加工时,投射材料的粒径越小,能制造表面粗糙度ra越小的毛面辊。对于表面粗糙度ra明显小的毛面辊,有时无法满足上述式(1)和上述式(2)。因此,本工序中,用于第1次的平整轧制和第2次的平整轧制中的毛面辊的表面粗糙度ra小时,优选实施第3次的平整轧制。
[0090]
用于第3次的平整轧制的毛面辊的表面粗糙度ra例如可以为2.9μm以上且8.5μm以下。但是,用于第3次的平整轧制的毛面辊的表面粗糙度优选为用于第1次或第2次的平整轧制的毛面辊的表面粗糙度的至少任一者以上。若用于第3次的平整轧制的毛面辊的表面粗糙度为用于第1次或第2次的平整轧制的毛面辊的表面粗糙度的至少任一者以上,则可以在钛材的表面上以更细的间距形成尖锐的凹凸。
[0091]
如上所述,用于第1次的平整轧制的毛面辊表面粗糙度ra小于7.0μm,用于第2次的平整轧制的毛面辊表面粗糙度ra小于6.0μm时,例如使用表面粗糙度ra为2.9μm以上且8.5μm以下的毛面辊进行第3次的平整轧制。不过,使用相同的毛面辊实施3次平整轧制时,使用毛面辊的表面粗糙度ra为4.0μm以下的毛面辊。使用相同的毛面辊实施3次平整轧制时,若毛面辊的表面粗糙度ra大于4.0μm,则均方根斜率rδq与粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm之间的平衡变得不恰当,不满足上述式(1)和式(2)。另一方面,使用相同的毛面辊实施3次平整轧制时,若毛面辊的表面粗糙度ra过小,则rδq变小,不满足式(1)和式(2)。因此,使用相同的毛面辊实施3次平整轧制时,毛面辊的表面粗糙度ra优选为2.9μm以上。
[0092]
另外,在使用用于制造毛面辊的投射材料为同种、表面粗糙度不同的多个毛面辊进行平整轧制时,优选首先使用表面粗糙度小的毛面辊对钛坯料进行平整轧制。由此,可以在钛材的表面上以更细的间距形成尖锐的凹凸。
[0093]
通常的冷轧中使用的光辊的表面粗糙度ra为0.2μm以下,与凹凸形成工序的平整
轧制中使用的毛面辊的表面粗糙度ra不同。
[0094]
[退火工序]
[0095]
退火工序中,在真空气氛、氧化气氛或氮化气氛中的至少任一种的气氛下对钛坯料实施退火。
[0096]
真空气氛是指真空度为压力小于等于1pa的气氛。另外,氧化气氛是含有5体积%以上的氧气的气氛,例如为大气气氛。氮化气氛是含有99体积%以上的氮气的气氛。
[0097]
退火气氛为真空气氛时,从除去材料的变形,使冷加工性良好的角度出发,退火温度优选为500℃以上,更优选为550℃以上。从除去晶体的变形,使冷加工性良好的角度出发,退火温度优选为800℃以下。退火气氛为真空气氛时退火时间例如为2分钟以上且24小时以下。
[0098]
退火气氛为氧化气氛或氮化气氛时,从除去晶粒的变形,使冷加工性良好的角度出发,以及为了使覆膜的厚度不变得过薄,退火温度优选为550℃以上,更优选为600℃以上。另外,退火气氛为氧化气氛时,从除去晶粒的变形,使冷加工性良好的角度以及从抑制过厚的覆膜形成的角度出发,退火温度优选为800℃以下,更优选为770℃以下。退火气氛为氧化气氛时的退火时间例如为2分钟以上且24小时以下。在氧化气氛下退火时,也可以对钛坯料的表面进行溶削。
[0099]
退火气氛优选为氧化气氛或氮化气氛。若退火气氛为氧化气氛或氮化气氛,则可以形成氧化覆膜或氮化覆膜,使载荷为50gf时的维氏硬度比载荷为1000gf时的维氏硬度大30hv以上。
[0100]
本实施方式涉及的钛材的制造方法中,退火工序可以在凹凸形成工序之前实施,凹凸形成工序也可以在退火工序之前实施。退火工序在凹凸形成工序之前实施时,用于退火工序的钛坯料可以使用通过公知的方法制造的材料。例如,以海绵钛或用于添加合金元素的母合金等作为原料,通过真空电弧熔炼法、电子束熔炼法或等离子体熔炼法等炉床熔炼法等各种熔炼法,制作具有上述成分的纯钛或钛合金的铸锭。接着,根据需要将得到的铸锭分块,热锻成板坯。之后,依次对板坯实施热轧和冷轧,得到具有上述组成的纯钛或钛合金的冷轧卷。也可以对该冷轧卷实施退火。需要说明的是,也可以根据需要对板坯实施研磨、切削等预处理。或者,在将铸锭通过熔炼法形成为可以热轧的矩形的情况下,也可以不进行分块或热锻等直接用于热轧。
[0101]
另外,凹凸形成工序在退火工序之前实施时,用于凹凸形成工序的钛坯料可以为通过公知的方法制造的坯料,也可以将对上述板坯实施热轧后的热轧卷或对该热轧卷实施冷轧后的冷轧卷用于凹凸形成工序。
[0102]
如上所述,供于退火工序的钛坯料通过实施热轧和冷轧来制造,在该冷轧中,每道次的平均压下率优选为12%以上。若压下率高,则在钛坯料的表面上会产生c与ti的化合物(摩擦膜),该化合物通过退火工序进行渗碳而变硬。其结果,钛材的表面会变硬。每道次的平均压下率为12%以上时,将载荷设为50gf时的最终制品钛材的维氏硬度比将载荷设为1000gf时的最终制品钛材的维氏硬度大30hv以上。另一方面,从冷轧后的外观的角度出发,冷轧中的每道次的平均压下率的上限例如为25%。
[0103]
凹凸形成工序在退火工序之后实施时,凹凸形成工序中的平整轧制的压下率例如为0.3%以上即可。凹凸形成工序在退火工序之后实施时的凹凸形成工序中的平整轧制的
压下率的上限没有特别限定,但压下率过大时,有时会因为导入钛材应变而导致成形性降低。因此,凹凸形成工序在退火工序之后实施时的凹凸形成工序中的平整轧制的压下率优选为2.0%以下。
[0104]
另一方面,凹凸形成工序在退火工序之前实施时,凹凸形成工序中的平整轧制的压下率例如为0.5%以上即可。凹凸形成工序在退火工序之后实施时的凹凸形成工序中的平整轧制的压下率的上限没有特别限定,但在使用了毛面辊的平整轧制中,轧制时钛坯料上产生的摩擦力大,想要提高压下率时,轧机承受的负荷变得过大,有时无法以期望的压下率压下。因此,凹凸形成工序在退火工序之前实施时的凹凸形成工序中的平整轧制的压下率例如为7.0%以下。
[0105]
凹凸形成工序在退火工序之后实施时,在凹凸形成工序中,也可以通过喷砂处理替代平整轧制,在钛坯料的至少一个表面上形成凹凸。对退火工序后的钛坯料实施喷砂处理时,对于喷砂处理的方法,只要最终制品的钛材的粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大于8μm且为300μm以下时,均方根斜率rδq(rad.)满足上述式(1),粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大于300μm时,均方根斜率rδq(rad.)满足上述式(2),就没有特别限定。例如,作为喷砂处理,可列举出微珠喷砂或湿法喷砂。
[0106]
凹凸形成工序在退火工序之后实施时,优选进一步对该凹凸形成工序后的钛材在真空气氛、氧化气氛或氮化气氛中的至少任一种气氛下实施退火。在退火工序后实施凹凸形成工序而形成凹凸的钛材在钛材的表层上形成有加工层(通过凹凸形成而显著导入了应变的表层)。该加工层中,有时延性会降低,此时,进行深冲成形有时发生断裂。为了抑制该断裂,对于凹凸形成工序后的钛材,优选进一步在真空气氛、氧化气氛或氮化气氛中的至少任一种气氛下对钛坯料实施退火。凹凸形成工序后的退火条件与上述退火工序为相同的条件即可。
[0107]
经过凹凸形成工序和退火工序的钛材,也可以根据需要,实施用于调整机械特性的调质轧制或用于矫正形状的拉伸矫正。
[0108]
以上对本实施方式涉及的钛材的制造方法进行了说明。
[0109]
实施例
[0110]
下面,通过实施例对本发明的实施方式进行具体说明。需要说明的是,下述所示的实施例仅是本发明的一例而已,本发明并不限于下述的例子。
[0111]
(实施例1)
[0112]
本实施例中,将具有表1所示的成分的依据jis h 4600:2012的、相当于jis1类~jis3类的纯钛的板坯,相当于jis12类、jis17类和jis21类的钛合金的板坯,用ti-1.0cu表示的ti-1.0cu合金的板坯、用ti-1.0cu-1.0sn-0.3si-0.25nb表示的ti-1.0cu-1.0sn-0.3si-0.25nb合金的板坯热轧后,实施氧化皮除去,制成板厚4mm的热轧板。表1中的
“‑”
表示没有特意添加。
[0113]
[表1]
[0114][0115]
以表2所示的压下率对热轧板进行冷轧,制造板厚1.5mm的冷轧板,在表2所示的条件下实施退火工序。在大气气氛下实施退火时,制造通过溶削除去了氧化覆膜的钛坯料、和残留有氧化覆膜的钛坯料。对退火工序后的钛坯料实施凹凸形成工序。表2中的毛面辊轧制a~w和毛面辊轧制a~c对应于表3所述的毛化轧制(平整轧制)条件。表3所示的投射材料表示用于毛化加工的投射材料。表3所示的ra表示毛化加工后的辊(毛面辊)表面的表面粗糙
度ra。
[0116]
比较例1中,作为凹凸形成工序,使用通过钢砂(sg-50)加工后的毛面辊的表面粗糙度ra为2.1μm的毛面辊实施1次平整轧制(毛面辊轧制o)。
[0117]
比较例2中,作为凹凸形成工序,使用通过钢砂(sg-200)加工后的毛面辊的表面粗糙度ra为8.3μm的毛面辊实施2次平整轧制(毛面辊轧制p)。
[0118]
比较例3中,作为凹凸形成工序,使用通过钢砂(sg-140)加工后的毛面辊的表面粗糙度ra为7.3μm的毛面辊实施1次平整轧制(毛面辊轧制q)。
[0119]
比较例4中,作为凹凸形成工序,使用通过钢砂(sg-170)加工后的毛面辊的表面粗糙度ra为7.4μm的毛面辊实施1次平整轧制(毛面辊轧制r)。
[0120]
比较例5中,作为凹凸形成工序,在第1次的平整轧制中,使用通过钢丸(ss-200)加工后的毛面辊的表面粗糙度ra为8.3μm的毛面辊,在第2次的平整轧制中,使用通过钢丸(ss-200)加工后的毛面辊的表面粗糙度ra为5.6μm的毛面辊(毛面辊轧制s)。
[0121]
比较例6中,作为凹凸形成工序,使用通过钢丸(ss-200)加工后的毛面辊的表面粗糙度ra为8.3μm的毛面辊实施2次平整轧制(毛面辊轧制t)。
[0122]
比较例7中,作为凹凸形成工序,使用通过钢丸(ss-240)加工后的毛面辊的表面粗糙度ra为8.1μm的毛面辊实施2次平整轧制(毛面辊轧制u)。
[0123]
比较例8中,作为凹凸形成工序,使用通过钢砂(sg-50)加工后的毛面辊的表面粗糙度ra为2.1μm的毛面辊实施2次平整轧制(毛面辊轧制v)。
[0124]
比较例9中,作为凹凸形成工序,使用通过钢砂(sg-170)加工后的毛面辊的表面粗糙度ra为2.9μm的毛面辊实施2次平整轧制(毛面辊轧制w)。
[0125]
比较例10、14中,不实施作为凹凸形成工序的平整轧制,将冷轧板的表面以每一面100μm进行溶削。
[0126]
比较例11中,不实施作为凹凸形成工序的平整轧制,将冷轧板的表面以每一面10μm进行溶削。比较例10、11、14中的溶削使用硝酸-氢氟酸(hf:2质量%,hno3:8质量%)进行。
[0127]
比较例12中,不实施凹凸形成工序,对冷轧板的表面进行镜面研磨。
[0128]
比较例13是未实施凹凸形成工序的例子,维持了退火工序后的冷轧板的表面状态。
[0129]
比较例15中,作为凹凸形成工序,使用通过钢砂(sg-100)加工后的毛面辊的表面粗糙度ra为3.1μm的毛面辊实施2次平整轧制(毛面辊轧制b)。
[0130]
比较例16中,作为凹凸形成工序,使用通过钢砂(sg-170)加工后的毛面辊的表面粗糙度ra为4.4μm的毛面辊实施3次平整轧制(毛面辊轧制c)。
[0131]
另外,表2中的凹凸形成工序一栏中所示的微珠喷砂表示使用氧化锆微珠f40,在压力0.3mpa、投射距离200mm、投射时间1min的条件下进行微珠喷砂,湿法喷砂表示使用氧化铝粗砂f230,将粗砂的体积比例为15vol%的浆料以流速15m/s、线速0.2m/s的条件下进行湿法喷砂。
[0132]
关于本发明例25~28,对凹凸形成工序后的钛材在表2所示的条件下进一步实施退火。
[0133]
[表2]
[0134][0135]
[表3]
[0136][0137]
依据jis b 0601:2013,在下述条件下测定所制造的钛材的粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm和均方根斜率rδq。
[0138]
装置设备:表面粗糙度形状测量仪(株式会社东京精密制surfcom480b-12,解析软件:surfcom480b ver.7.06)
[0139]
触针:株式会社东京精密制形状测头(型号:dt43801)
[0140]
参数计算标准:jis-01标准
[0141]
测量类别:粗糙度测量
[0142]
截止类别:高斯
[0143]
测量间隔δx:0.4μm
[0144]
斜率修正:两端
[0145]
评价长度:15.0mm
[0146]
测量速度:0.15mm/秒
[0147]
测量范围:400μm
[0148]
截止波长λc:0.8mm
[0149]
λs截止波长:25μm
[0150]
将在上述条件针对2处算出的值的平均值作为粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm和均方根斜率rδq。
[0151]
氧化覆膜、氮化覆膜的厚度通过辉光放电光谱分析法测定。通过辉光放电光谱分析法从钛材的表面进行o、c、n和ti的分析,氧化覆膜的厚度由测定的o浓度求出,氮化覆膜的厚度由n浓度求出。具体而言,将至o浓度相对于最表面的o浓度减半的位置为止的深度方向上的距离作为氧化覆膜的厚度,将至n浓度相对于最表面的n浓度减半的位置为止的深度方向上的距离作为氮化覆膜的厚度。
[0152]
对于维氏硬度,通过依据jis z 2244:2009的方法在载荷50gf、1000gf、保持时间15s下分别测定5个点,采用测定的值的平均值。将得到的钛材的粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm和均方根斜率rδq、维氏硬度和覆膜的厚度示于表4中。
[0153]
[表4]
[0154][0155]
对得到的钛材进行一段深冲试验和多段深冲试验。图3是用于对实施例中的深冲试验进行说明的图。图3中示出了使用圆筒冲头的深冲试验。
[0156]
从得到的钛材中切割出φ120mm的圆形坯料。作为固体润滑剂,将日油株式会社制
ミルボンド
(注册商标)与水以体积比3:1混合,通过棒涂机将其涂布在切割出的坯料的表面上。将涂布有固体润滑剂的坯料在60℃下干燥2小时。固体润滑剂的厚度为3~5μm。
[0157]
用下模和上模保持形成有固体润滑剂的坯料。上模的坯料侧的端部为曲率半径
5mm的曲线。此时的下模和上模在坯料的延伸方向的间隙为2~4mm。然后,从下模侧对保持的坯料施加载荷。
[0158]
一段深冲试验中,使用φ60mm的球头冲头,施加载荷直至深冲深度达到40mm。多段深冲试验中,进行3次深冲。在第一段的深冲中,使用φ60mm的球头冲头施加载荷直至深冲深度达到40mm,在第二段的深冲中,使用φ50mm的球头冲头施加载荷直至深冲深度达到50mm,在第三段的深冲中,使用φ45mm的圆筒冲头施加载荷直至深冲深度达到65mm。圆筒冲头的冲头肩的曲率半径为5mm。深冲速度为100mm/分钟。
[0159]
通过目视对深冲试验后的供试体进行外观检查。
[0160]
将固体润滑剂发生剥离、观察到烧结痕迹或观察到10根以上线状瑕疵的评价为不良(c),将部分固体润滑剂发生剥离、无烧结痕迹、观察到6~9根线状瑕疵的评价为可(b),将未观察到固体润滑剂的剥离、无烧结痕迹、线状瑕疵为5根以下的评价为良好(a)。
[0161]
另外,作为深冲成形性的评价指标,用下述式(6)算出板厚减少率。关于板厚减少率,对于深冲后的供试体,使用360
°
点测头千分尺测量从深冲的底面到高度20mm左右的位置的厚度,将最薄部位的值作为试验后的厚度。
[0162]
板厚减少率(%)={1-(试验后的厚度/试验前的厚度)}
×
100

式(6)
[0163]
在一段深冲试验中,将板厚减少率小于20%的情况判定为合格,在多段深冲试验中,将板厚减少率小于30%的情况判定为合格。坯料发生断裂的情况也是不合格的,在表中标记为断裂。将评价结果示于表5中。另外,图4中示出了深冲成形性的评价结果与粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm和均方根斜率rδq的关系。图4中的〇是在一段深冲试验和多段深冲试验中,深冲成形后的外观均为可以上的条件,

是仅在一段深冲试验中,深冲成形后的外观为可以上的条件,
×
是在一段深冲试验和多段深冲试验中,深冲成形性均不良或坯料均发生断裂的条件。
[0164]
[表5]
[0165][0166]
如表5和图4所示,在粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大于8μm且为300μm以下时,均方根斜率rδq(rad.)满足上述式(1),在所述粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大于300μm时,所述均方根斜率rδq(rad.)满足上述式(2)的情况下,与并非如此的情况相比,一段深冲试验后的外观和深冲成形性优异。另外,粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm为400μm以下,且均方根斜率rδq为0.190rad.以下的情况下,与并非如此的情况相比,多段深冲试验后的外观和深冲成形性优异。
[0167]
(实施例2)
[0168]
在本实施例中,将具有表1所示的成分的依据jis h 4600:2012的、相当于jis1类的纯钛的板坯热轧后,实施氧化皮除去,制成板厚4mm的热轧板。
[0169]
将平均压下率设为10%对热轧板实施冷轧,制造板厚1.5mm的冷轧板,在表6所示的条件下进行平整轧制,形成凹凸。对形成有凹凸的钛坯料,在表6所示的条件下实施退火工序。在大气气氛下实施退火时,制造通过溶削除去了氧化覆膜的钛坯料、和残留有氧化覆膜的钛坯料。对退火工序后的钛坯料实施凹凸形成工序。表6所示的凹凸形成一栏中的毛面辊轧制a、e、f分别为表3所示的毛面辊轧制a、e、f。
[0170]
对通过上述方法制造的钛材,与实施例1同样地进行粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm和均方根斜率rδq的测定、氧化覆膜和氮化覆膜的厚度的测定、维氏硬度的测定、一段深冲试验、多段深冲试验、以及外观检查和深冲成形性的评价。将评价结果示于表6中。
[0171]
[表6]
[0172][0173]
如表6所示,在粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大于8μm且为300μm以下时,均方根斜率rδq(rad.)满足上述式(1),在所述粗糙度轮廓单元的平均宽度rsm大于300μm时,所述均方根斜率rδq(rad.)满足上述式(2)的情况下,与不满足式(1)和式(2)两者的情况相比,一段深冲试验后的外观和深冲成形性优异。
[0174]
以上,对本发明的优选实施方式进行了详细说明,但本发明并不限于这些例子。只要是具有本发明所属技术领域的普通知识的人,显然能够在权利要求书中所记载的技术思
想的范畴内,想到各种变形例或修正例,这些当然也应该理解为属于本发明的技术范围。
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