钛合金薄板和钛合金薄板的制造方法与流程

本公开涉及一种钛合金薄板和钛合金薄板的制造方法。

背景技术：

1、钛是一种轻量、高强度且耐腐蚀性优异的材料，且从轻量化、提高燃烧消耗率的观点出发，是一种可适用于航空器领域的材料。因此，与航空器的各构成部件所要求的特性对应的钛合金的开发正在盛行。

2、例如，专利文献1中公开了一种α+β型钛合金线材，其含有1.4％以上且小于2.1％的fe、4.4％以上且小于5.5％的al、余量钛和杂质。

3、专利文献2中公开了一种α+β型钛合金棒材，其含有0.5％以上且小于1.4％的fe、4.4％以上且小于5.5％的al、余量钛和杂质。

4、专利文献3中公开了一种基于叠板轧制的ti-6al-4v合金薄板的制造方法，其为将一片或多片板状的芯材用间隔材料和覆盖材料覆盖而形成叠轧板材，对该叠轧板材进行轧制而使芯材减厚的薄板的制造方法，其特征在于，对于各自的初始板厚而言以芯材相对于叠轧板材的比率至少为0.25以上的方式来设定覆盖材料的板厚。

5、专利文献4中公开了一种基于叠板轧制的ti-6al-4v合金薄板的制造方法，其为将一片或多片板状的芯材用间隔材料和覆盖材料覆盖而形成叠轧板材，对该叠轧板材进行轧制而使芯材减厚的薄板的制造方法，其特征在于，对于叠轧板材的减压前后的板厚的压下比为3以上的轧制，将每1道次的轧制率设为15％以上。

6、专利文献5中公开了一种钛合金薄板的制造方法，其特征在于，在与热轧方向相同的方向上以总轧制率67％以上对钛合金的热轧退火板进行冷轧，接着以650～900℃之间的温度进行退火，所述钛合金以重量％计含有al：2.5～3.5％、v：2.0～3.0％、余量ti和普通杂质。

7、专利文献6中公开了一种α+β型钛合金薄板的制造方法，其特征在于，在α+β型钛合金冷轧板的制造工序中，在退火温度：〔β相变点-25℃〕以上且小于β相变点的温度范围、退火时间：0.5～4小时、加热保持后的冷却速度：0.5～5℃/秒、实施上述冷却速度下的冷却的温度区间：至300℃以下为止的条件下，进行在冷轧后实施的中间退火。

8、专利文献7中公开了一种α+β型钛合金薄板，其特征在于，该α+β型钛合金薄板含有：以mo当量计为2.0～4.5质量％的完全固溶型β稳定化元素的至少1种、以fe当量计为0.3～2.0质量％的共析型β稳定化元素的至少1种、以al当量计大于3.0质量％且为5.5质量％以下的α稳定化元素的至少1种，余量为ti和不可避免的杂质，其中，α相的平均粒径为5.0μm以下、并且α相的最大粒径为10.0μm以下，α相的平均长径比为2.0以下、并且α相的最大长径比为5.0以下。

9、专利文献8中公开了一种冷轧性和冷加工处理性优异的α+β型钛合金板，该α+β型钛合金板为α+β型钛合金热轧板，其特征在于，(a)将热轧板的轧制面法线方向(板厚方向)设为nd，将热轧方向设为rd，将热轧板宽度方向设为td，将α相的(0001)面的法线方向设为c轴取向，将c轴取向与nd所成的角度设为θ，将包含c轴取向和nd的面与包含nd和td的面所成的角度设为φ，(b1)将θ为0度以上且30度以下，且φ落入全周(-180度～180度)的晶粒引起的x射线的(0002)反射相对强度中最强的强度设为xnd，(b2)将θ为80度以上且小于100度，且φ落入±10度的晶粒引起的x射线的(0002)反射相对强度中最强的强度设为xtd，(c)xtd/xnd为5.0以上。

10、专利文献9中公开了一种冷轧中的卷材的冷加工处理性优异的高强度α+β型钛合金板，其为以质量％计含有fe：0.8～1.5％、al：4.8～5.5％、n：0.030％以下，且含有将o的含量(质量％)设为[o]、将n的含量(质量％)设为[n]，满足由q(％)＝[o]+2.77·[n]定义的q(％)＝0.14～0.38的范围的o和n，余量为ti和不可避免的杂质的高强度α+β型钛合金热轧板，其特征在于，(a)将热轧板的法线方向设为nd，将热轧方向设为rd，将热轧板宽度方向设为td，将α相的(0001)面的法线方向设为c轴取向，将c轴取向与nd所成的角度设为θ，将包含c轴取向和nd的面与包含nd和td的面所成的角度设为φ，(b1)将θ为0度以上且30度以下，且φ落入全周(-180度～180度)的晶粒引起的x射线的(0002)反射相对强度中最强的强度设为xnd，(b2)将θ为80度以上且小于100度，且φ落入±10度的晶粒引起的x射线的(0002)反射相对强度中最强的强度设为xtd，(c)xtd/xnd为4.0以上。

11、专利文献10中公开了一种板宽度方向的强度和杨氏模量高的α+β型钛合金板，该α+β型钛合金板为高强度的α+β型钛合金冷轧退火板，其以质量％计含有0.8～1.5％的fe、0.020％以下的n，且含有将o的含量(质量％)设为[o]、n的含量(质量％)设为[n]、fe的含量(质量％)设为[fe]，满足由q(％)＝[o]+2.77×[n]+0.1×[fe]定义的q(％)＝0.34～0.55的范围的o、n和fe，余量为ti和不可避免的杂质，其特征在于，在分析板面方向的织构时，将冷轧退火板的轧制面法线方向设为nd、板长度方向设为rd、板宽度方向设为td、α相的(0001)面的法线方向设为c轴取向、c轴取向与nd所成的角度设为θ、c轴取向在板面上的投影线与板宽度方向(td)所成的角度设为φ，在将角度θ为0度以上且30度以下，且φ落入-180度～180度的晶粒引起的x射线的(0002)反射相对强度中最强的强度设为xnd，将角度θ为80度以上且小于100度，且φ落入±10度的范围内的晶粒引起的x射线的(0002)反射相对强度中最强的强度设为xtd的情况下，xtd/xnd的比为5.0以上。

12、非专利文献1中公开了一种α+β钛合金薄板，其在轧制方向和与轧制方向垂直的方向的强度上具有各向异性。

13、非专利文献2中公开了一种α+β钛合金薄板，其以比β相变点高的温度进行热轧，使轧制方向和与轧制方向垂直的方向的强度的各向异性降低。

14、现有技术文献

15、专利文献

16、专利文献1:日本国特开平7-62474号公报

17、专利文献2:日本国特开平7-70676号公报

18、专利文献3:日本国特开2001-300603号公报

19、专利文献4:日本国特开2001-300604号公报

20、专利文献5:日本国特开昭61-147864号公报

21、专利文献6:日本国特开平1-127653号公报

22、专利文献7:日本国特开2013-227618号公报

23、专利文献8:国际公开第2012/115242号

24、专利文献9:国际公开第2012/115243号

25、专利文献10:国际公开第2015/156356号

26、非专利文献

27、非专利文献1:kobe steel engineering reports/vol.59、no.1(2009)、p.81～84

28、非专利文献2:kobe steel engineering reports/vol.60、no.2(2010)、p.50～54

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、对于在航空器的结构构件中也要求更高强度的部件中，大多使用α相的固溶强化型元素al的含量较多的合金，例如，α+β型钛合金的ti-6al-4v(64合金)。64合金等含有大量al且为高强度的α+β型钛合金通常被认为缺乏加工性，难以进行冷轧。

3、另一方面，如果在β域或β相比例高的α+β高温域的温度下对钛合金进行单向高速热轧，则在从β相相变为α相时，通过变量选择，形成密排六方结构(hexagonal close-packed、hcp)的c轴取向在板宽度方向上的织构(t-texture)。钛的c轴方向与其他方向相比具有高的杨氏模量、强度，因此t-texture是适合于板宽度方向的高强度化、高杨氏模量化的织构。但是，当想要通过热轧来制造薄的钛合金板时，板厚的减少导致热轧时材料温度急剧降低，因此高强度的α相增加、高温强度低的β相减少的钛合金发生变形阻力显著增大，有时会超过轧机的容许载荷。因此，仅通过热轧难以制造板厚2.5mm以下的薄板。另外，在通过为了使冷轧中的加工硬化发生软化而进行的高温退火来形成再结晶织构的情况下，本织构容易消失。因此，以往在板厚2.5mm以下的薄板中，本织构未被有效利用。由这些情况而认为，以往难以制造含有大量al且t-texture发达的高强度、高杨氏模量的钛合金薄板。

4、本公开是鉴于上述问题而完成的，本公开的目的在于，提供一种利用t-texture，板宽度方向的强度高且板宽度方向的杨氏模量高的、板厚2.5mm以下的含al钛合金薄板和该钛合金薄板的制造方法。

5、用于解决问题的方案

6、本来，hcp结构的钛中的t-texture由于期待向热轧方向的滑动所带来的变形，因此，无法断定向同方向的冷轧困难。针对使用通过热轧使t-texture发达的含al钛合金进行冷轧而制造2.5mm以下的薄板，本发明人等进行了深入且详细的研究。

7、本公开是基于上述认知而完成的，其主要内容如下。

8、[1]本公开的一个方式涉及的钛合金薄板以质量％计含有al：大于4.0％且为6.6％以下、fe：0％以上且2.3％以下、v：0％以上且4.5％以下、si：0％以上且0.60％以下、ni：0％以上且小于0.15％、cr：0％以上且小于0.25％、mn：0％以上且小于0.25％、c：0％以上且小于0.080％、n：0％以上且0.050％以下、以及o：0％以上且0.40％以下，余量为ti和杂质，

9、在用基于bunge的标记方法的欧拉角g＝{φ1，φ，φ2}表示α相的晶体取向的情况下，在电子背散射衍射法的采用球谐函数法的织构分析中，将展开系数设为16、高斯半高宽设为5°而计算得出的晶体取向分布函数f(g)所示出的最大聚集方位在φ1：0～30°、φ：60～90°、φ2：0～60°的范围内，所述最大聚集方位的聚集度为10.0以上，

10、该钛合金薄板的25℃下的板宽度方向的0.2％屈服强度为800mpa以上，

11、该钛合金薄板的板宽度方向的杨氏模量为125gpa以上，

12、该钛合金薄板的平均板厚为2.5mm以下。

13、[2]根据上述[1]所述的钛合金薄板可以以质量％计含有

14、fe：0.5％以上且2.3％以下或v：2.5％以上且4.5％以下。

15、[3]根据上述[2]所述的钛合金薄板可以以质量％计含有选自由

16、ni：小于0.15％、

17、cr：小于0.25％、以及

18、mn：小于0.25％组成的组中的1种或2种以上来代替一部分的所述fe或所述v。

19、[4]根据上述[2]或[3]所述的钛合金薄板中，在含有选自由o、n、fe和v组成的组中的1种或2种以上来代替一部分的所述ti的情况下，将以质量％计的o的含量设为[o]、n的含量设为[n]、fe的含量设为[fe]、v的含量设为[v]时，下述式(1)所示的q可以为0.340以下。

20、q＝[o]+(2.77×[n])+(0.1×[fe])+(0.025×[v])…式(1)

21、[5]根据上述[1]～[4]中任一项所述的钛合金薄板中，通过以cukα为射线源的x射线衍射法检测出的2θ＝53.3±1°处的衍射峰的半高宽可以为0.20°以上。

22、[6]根据上述[1]～[5]中任一项所述的钛合金薄板可以具有长径比大于3.0且沿板长度方向延伸的带状组织，

23、所述带状组织的面积率为70％以上。

24、[7]根据上述[1]～[6]中任一项所述的钛合金薄板中，板厚的尺寸精度相对于所述平均板厚可以为5.0％以下。

25、[8]本公开的另一个方式涉及的钛合金薄板的制造方法为一种上述[1]～[7]中任一项所述的钛合金薄板的制造方法，其具有以下工序：

26、加热工序，对钛坯料进行加热，所述钛坯料以质量％计含有al：大于4.0％且为6.6％以下、fe：0％以上且2.3％以下、v：0％以上且4.5％以下、si：0％以上且0.60％以下、ni：0％以上且小于0.15％、cr：0％以上且小于0.25％、mn：0％以上且小于0.25％、c：0％以上且小于0.08％、n：0％以上且0.05％以下、以及o：0％以上且0.40％以下，余量为ti和杂质；

27、热轧工序，将所述加热工序后的所述钛坯料沿单向进行热轧；以及

28、冷轧工序，沿所述钛坯料的长度方向对所述热轧工序后的所述钛坯料进行1次以上的冷轧道次，

29、在将β相变点设为tβ(℃)时，所述加热工序中的所述钛坯料的加热温度为tβ℃以上且(tβ+150)℃以下，

30、所述热轧工序中的压下率为80.0％以上，

31、所述热轧工序中的最终温度为(tβ-250)℃以上且(tβ-50)℃以下，

32、所述冷轧工序中，在平均每一次冷轧道次的轧制率为40％以下且进行多个所述冷轧道次的情况下，包含中间退火处理，

33、所述中间退火处理的退火条件为：

34、退火温度为500℃以上且750℃以下，且所述退火温度t(℃)与所述退火温度下的保持时间t(秒)满足下述式(2)。

35、18000≤(t+273.15)×(log10(t)+20)＜22000…式(2)

36、[9]根据上述[8]所述的钛合金薄板的制造方法中，在最后的所述冷轧道次后，也可以实施退火温度为500℃以上且750℃以下、且满足所述式(2)的最终退火。

37、发明的效果

38、根据本公开，可提供一种利用t-texture，板宽度方向的强度高且板宽度方向的杨氏模量高的、板厚2.5mm以下的含al钛合金薄板和该钛合金薄板的制造方法。