JPH10204609A - 成形加工用チタン薄板とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、二次加工の際にチタン薄板の表面
に疵が付きにくく、耐疵付き性の優れた成形加工用チタ
ン薄板とその製造方法を提供する。 【解決手段】 表面に０．５μｍ以上、５．０μｍ以下
の窒素富化層を有することを特徴とする成形加工用チタ
ン薄板。チタンを窒化雰囲気中にて、加熱温度が５５０
℃以上、７００℃以下の温度にて加熱することを特徴と
する成形加工用チタン薄板の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次加工の際の工
具との焼き付き等による表面疵発生を防止するための耐
疵付き性に優れた成形加工用チタン薄板及びその製造方
法に関するものである。成形加工用チタン薄板の主な用
途は、プレス成形性の必要な板状の熱交換器用の板や、
溶接チタン管等がある。特に、ロール成形し、突き合わ
せ部をＴＩＧ溶接する溶接チタン管では、溶接部の健全
性を維持するために、ロール成形の際に潤滑剤を使用で
きないので、素材であるチタン薄板自体に耐疵付き性が
求められている。

【０００２】

【従来の技術】チタンの表面を改質するために各種の処
理が行われている。まず、窒化処理については、「チタ
ンの加工技術」（（社）チタニウム協会編、日刊工業新
聞社発行、１９９２年、１８０頁）に、イオン窒化の例
が記載されている。イオン窒化は、通常のガス窒化と比
較して、効率的に窒化できるものの、処理温度が比較的
高温の８５０℃以上にて良好な耐摩耗性を有すると記載
されている。その例として、特開平１−１０８８３号公
報には、チタン合金板を鍵の形状に成形した後、約８５
０℃にて窒化処理し、耐摩耗性に優れたチタンキーが得
られるとしている。たとえば、アンモニアガス中にて、
１６時間処理すると、ＴｉＮ層の厚さが１２μｍ、拡散
層の厚さが５０μｍ（窒素富化層は６２μｍと推定され
る）のものが得られている。このように、従来の窒化処
理は、最終製品の形状に仕上がった物に対し、長期間の
耐摩耗性を付与する目的で行われている。しかしなが
ら、成形加工を前提とするチタン薄板に適用すると、例
えば、曲げ加工時に表面が割れるという欠点がある。

【０００３】また、特開昭６３−１１１１６１号公報に
は、チタン合金線材を４５０〜７５０℃の温度域で酸化
処理した後、潤滑処理することにより焼き付きのない伸
線方法が提案されている。この酸化処理の方法は、不均
一な青色等の着色が生じるため、チタン薄板に適用した
場合、成形加工後に着色部の除去が必要になるという欠
点がある。

【０００４】また、特開平３−２９４４７１号公報に
は、チタン板の表面に特定膜厚の酸化皮膜を形成した
後、非酸化性雰囲気下で焼鈍して表面硬化層を形成する
ことにより、耐焼き付き性に優れかつ均一な金属光沢を
有するチタン板の製造方法が開示されている。この方法
は、均一な特定膜厚の酸化皮膜を得るために、陽極酸化
法にて形成することになり、製造コストが高いという欠
点がある。

【０００５】さらに、特開平１−２０１４５２号公報に
は、チタンを特定の圧延油を用いて冷延後、油分を残存
させ非酸化性雰囲気で焼鈍することにより、ＴｉＣを主
成分とする表面硬化層を形成し、耐疵付き性が向上する
ことが記載されている。この方法は、洗浄液の洗浄能力
に依存して油分を残存させるために品質が安定しにくい
という欠点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような技術の現状
において、本発明は材質の劣化がなく、不均一な青色等
の着色がなく、安価で品質が安定しやすい特徴を有し、
工具との耐焼き付き性に優れた皮膜を有する成形加工用
チタン薄板、及びその製造方法を課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、表面に窒素富化層を有し、その厚さが
０．５μｍ以上、５μｍ以下であることを特徴とする成
形加工用チタン薄板、好ましくは、その厚さが１．５
μｍ以上、５μｍ以下であることを特徴とする成形加工
用チタン薄板を要旨とする。

【０００８】さらに、チタンを窒化雰囲気中にて加熱温
度が５５０℃以上、７００℃以下の温度にて加熱するこ
とを特徴とする及びの成形加工用チタン薄板の製造
方法、好ましくは、冷延されたままのチタンを窒化雰
囲気中にて加熱温度が６００℃以上、７００℃以下の温
度にて加熱することを特徴とする及びの成形加工用
チタン薄板の製造方法を要旨とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】まず、表面に窒素富化層を有し、
その厚さが０．５μｍ以上、５μｍ以下であるとしたの
は、厚さが０．５μｍ未満では、工具との焼き付き性の
改善が十分であるとは言えず、また、厚さが５μｍ超で
は、薄い金色に着色するために、色むらの問題が発生し
やすいためである。

【００１０】一方、一般的に、窒素富化層の厚さが厚い
と材質が劣化する。本発明者は、窒化富化層の厚さが、
板厚の１．５％以下（両面では、３％以下）であれば、
引張特性にほとんど影響がないことを確認し、さらに、
液圧バルジ試験により成形性の劣化のないことも確認し
た。この結果から、成形加工用チタン薄板に使用される
最も薄い板厚０．４mmに対して、６μｍの窒素富化層ま
で材質劣化がないが、前述の通り、着色の問題があるた
めに５μｍ以下としている。

【００１１】さらに、好ましくは、その厚さが、１．５
μｍ以上、５μｍ以下であるとしたのは、厚さが１．５
μｍ以上から、例えば、溶接チタン管のロール成形に対
して、十分な耐焼き付き性を示すからである。

【００１２】ここで、表面の窒素富化層の厚さは、比較
的薄いために、ドイツのＲＳＶ社製、ＡＮＡＬＹＭＡＴ
−２５０４型、グロー放電発光分光分析装置にて、深さ
方向のＮとＴｉの量を主に測定した結果から求めた。分
析装置の測定条件を表１に示す。

【００１３】

【表１】

【００１４】発光強度とスパッタリング時間の関係か
ら、組成（ＮとＴｉの量）と深さの関係を算出する方法
は、（株）日鐵テクノリサーチにて使用されている方法
を用いた。この方法の概要は、発光強度から組成を求め
るための基準試料は、ＴｉＮを用い、スパッタ量から深
さを求めるための密度は、ＮはＴｉＮから、Ｔｉは金属
チタンから求めている。得られた結果の例を図１に示
す。この図のＮの曲線と母材のＮのレベルの交点から、
窒素富化層の厚さは、矢印にて示すように、約２．２μ
ｍと読みとれる。実際には、スパッタリング時に直径４
mm内での深さのバラツキがあるため、この値よりは小さ
いと予想されるが、便宜上、この値を窒素富化層の厚さ
とした。

【００１５】本発明の成形加工用チタン薄板の製造方法
は、工業的にチタンコイルの焼鈍に使用されている真空
排気が可能なバッチ式焼鈍炉を前提とした。チタンを窒
化雰囲気中にて加熱温度が５５０℃以上、７００℃以下
の温度にて加熱するのは、まず、窒化雰囲気中での加熱
により、窒素富化層を安価に形成できるからである。さ
らに、５５０℃未満では、窒化反応が緩慢のため長時間
を要するからであり、一方、７００℃超では、窒化反応
が活発となり、窒素富化層は、急激に成長するため、薄
い金色に着色したり、さらには、材質の劣化が問題とな
るからである。ここで、窒化雰囲気とは、例えば、純度
９９．９９９％以上の窒素雰囲気である。アンモニアガ
スは、水素吸収による脆化とそれによる成形性の劣化が
懸念されること、イオン窒化は、コイル状の全表面にほ
ぼ均一に電界を形成することが不可能であることから、
本発明として適当でない。

【００１６】さらに、好ましくは、冷延されたままのチ
タンを窒化雰囲気中にて加熱温度が６００℃以上、７０
０℃以下の温度にて加熱するのは、窒化とともに焼鈍も
同時に実施できるからである。好ましい加熱温度を６０
０℃以上としたのは、加工性に必要な再結晶及び粒成長
を十分に生じさせるためである。なお、冷延されたまま
のチタンを比較的低温で窒化すると、焼鈍後に窒化した
ものと比較して、窒化されやすい現象が認められた。

【００１７】本発明は、窒化雰囲気中での窒化であるの
で、チタンを十分に洗浄し、炉内と導入窒素ガスの不純
ガスを制御すれば、極めて安定した品質で製造できる。

【００１８】

【実施例】表２のＮｏ．１〜４とＮｏ．１１〜１３に関
しては、板厚０．５mmの純チタン２種の冷延製品コイル
（焼鈍済み）を準備した。また、表２のＮｏ．５、６と
１４に関しては、板厚０．５mmの純チタン２種の冷延ま
まのコイル（未焼鈍）を準備した。これらのコイルをバ
ッチ式真空焼鈍炉を用いて、真空引き後、窒化雰囲気中
にて、表２に示す各種加熱温度と加熱時間条件にて窒化
した。次に、これらのコイルをスリットしフープとし、
溶接管を製造し、ロール疵発生の有無により耐焼き付き
性を評価した。また、材質劣化は密着曲げ性により、着
色有無は目視観察により評価した。以上の結果も表２に
示す。

【００１９】造管の方法は、通常のＡｒ雰囲気中にて焼
鈍し製品としたフープでは、焼き付き疵が発生するレベ
ルにスクイズロールの圧下を大きくかつ一定にする方法
とした。焼き付き疵が解消したものを○、焼き付き疵が
低減したものを△、焼き付き疵が発生したものを×とし
た。密着曲げは、割れの無いものを○、割れの発生した
Ｎｏ．１４を×とした。また、オレンジピールの激しい
Ｎｏ．１２，１３も×とした。着色は、着色の無いもの
を○、極薄金色のものを△、金色に着色したものを×と
した。

【００２０】例えば、本発明例のＮｏ．１は、チタン製
品コイルを窒素雰囲気中にて５５０℃にて５時間加熱し
たものであり、その表層には、０．５μｍの窒素富化層
がある。造管は、焼き付き疵が低減し、密着曲げは割れ
が無く、着色は無かった。以上の結果、従来製品コイル
よりも優れていると判定し、総合評価を○（良）とし
た。

【００２１】また、Ｎｏ．５，６と１４は、冷延ままの
コイル（未焼鈍）を用いて試験した結果である。Ｎｏ．
５は、６００℃の加熱で密着曲げは良好であるが、Ｎ
ｏ．１４は、５５０℃の加熱では再結晶及び粒成長が不
十分なために、密着曲げは不良であった。さらに、Ｎ
ｏ．５は、焼鈍後に窒化したＮｏ．３と比較して、短時
間で同等の窒素富化層の厚さになっている。

【００２２】以上の結果、表面に０．５μｍ以上、５．
０μｍ以下の窒素富化層を有する場合、また、好ましく
は、表面に１．５μｍ以上、５．０μｍ以下の窒素富化
層を有する場合、本発明の課題に対して、総合的に優れ
たチタン薄板となりうる。

【００２３】さらに、このようなチタン薄板は、チタン
を窒化雰囲気中にて加熱温度が５５０℃以上、７００℃
以下の温度にて加熱することにより得られ、好ましく
は、冷延されたままのチタンを窒化雰囲気中にて加熱温
度が６００℃以上、７００℃以下の温度にて加熱するこ
とにより焼鈍工程と兼ねることができる。

【００２４】

【表２】

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、材質劣化、着色の問題
がなく、安定した品質にて、ロール成形等の二次加工の
際に優れた耐焼き付き性を示す成形加工用チタン薄板を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のＮｏ．６の窒素濃度と深さを示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 爲成 純一 山口県光市大字島田3434番地 新日本製鐵 株式会社光製鐵所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に窒素富化層を有し、その厚さが
   ０．５μｍ以上、５μｍ以下であることを特徴とする成
   形加工用チタン薄板。
2. 【請求項２】 チタンを窒化雰囲気中にて、加熱温度が
   ５５０℃以上、７００℃以下の温度にて加熱することを
   特徴とする請求項１記載の成形加工用チタン薄板の製造
   方法。