Титановый продукт и способ его производства
Изобретение относится к области металлургии, в частности к изделиям из титанового сплава, и может быть использовано для изготовления теплообменников, конденсаторов, холодильников и других изделий, обладающих высокой коррозионной стойкостью. Титановый продукт содержит внутренний слой и поверхностный слой, причем химический состав поверхностного слоя состоит, мас. %: O 0,40 или менее, Fe 0,50 или менее, Cl 0,020 или менее, N 0,050 или менее, C 0,080 или менее, H 0,013 или менее, Ti и примеси – остальное. Химический состав внутреннего слоя состоит, мас. %: O 0,40 или менее, Fe 0,50 или менее, Cl более 0,020 и не более 0,60, N 0,050 или менее, C 0,080 или менее, H 0,013 или менее, Ti и примеси – остальное. Внутренний слой имеет поры, в поперечном сечении, перпендикулярном продольному направлению титанового продукта, доля площади пор внутреннего слоя составляет более 0 и не более 30%. Полученный продукт характеризуется текстурой поверхности, а также высокой пластичностью. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 7 ил., 6 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к титановому продукту и к способу производства этого титанового продукта.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Благодаря своим характеристикам, включая малый вес и превосходную коррозионную стойкость, титановые продукты используются для охлаждаемых морской водой конденсаторов установок, теплообменников, реакторов, холодильников и т.п. Кроме того, ожидается, что из-за своей высокой удельной прочности титановые продукты найдут применение в конструкционных материалах, используемых в транспортных средствах, таких как автомобили и летательные аппараты, с целью снижения расхода топлива за счет уменьшения веса.
[0003] В дополнение к этому, в последние годы увеличивается значение титановых продуктов в качестве не требующего обслуживания строительного материала, который использует высокую удельную прочность и высокую коррозионную стойкость титанового продукта. Например, имеются примеры, в которых титановый продукт применяется в кровельных материалах для улучшения стойкости к землетрясениям и материалах покрытия для предотвращения коррозии плакировки под действием морской воды.
[0004] Так, хотя применение титановых продуктов продолжается в различных областях, титановый продукт является чрезвычайно дорогим исходным материалом по сравнению с другими, стальными материалами и т.п. Следовательно, необходимо уменьшить производственные затраты для расширения возможного использования титановых продуктов.
[0005] Высокие затраты на производство титанового продукта обусловлены способом производства. Титановый продукт обычно производится следующим образом. Оксид титана в качестве сырья хлорируют с образованием тетрахлорида титана, а после этого проводят восстановление магнием (процесс Кролла) или натрием (процесс Хантера), а затем подвергают процессу вакуумного разделения с получением губчатого металлического титана (титановой губки) в кусковой форме.
[0006] Титановую губку подвергают прессованию с образованием расходуемого титанового электрода, и вакуумно-дуговой плавкой, при которой в качестве электрода используется расходуемый титановый электрод, получают титановый слиток. В последние годы также используется способ получения титановых слитков, в котором титановую губку плавят с помощью плазмы или электронного луча на водоохлаждаемом медном поде, а затем титановые слитки вытягивают из водоохлаждаемых медных кристаллизаторов.
[0007] Полученные этими способами титановые слитки обрабатывают на блюминге, куют и прокатывают с образованием титанового сляба (включая так называемые «блюм» и «биллет» в соответствии с их формой и т.п.; то же самое будет справедливо и в дальнейшем). В дополнение, титановый сляб подвергают горячей прокатке, отжигу, травлению, холодной прокатке и вакуумной термообработке, тем самым производя титановый продукт класса 1, класса 2, класса 3, класса 4 и т.п., определенных в стандарте JIS H 4600 (Титан и титановые сплавы - листы, плиты и полосы).
[0008] Среди этих процессов производства процесс получения титановой губки и процесс получения титановых слитков являются ненепрерывными, периодическими процессами, что увеличивает производственные затраты. Следовательно, для того, чтобы уменьшить стоимость производства титана, была раскрыта технология, которая позволяет производить титан непосредственно из титановой губки, без процесса плавки.
[0009] Патентный документ 1 раскрывает способ, который позволяет производить титановый слиток (соответствующий титановому слябу) путем плавки поверхности пористого титанового сырья (титановой губки), выполненного в форме прямоугольного параллелепипеда, с использованием электронного луча в вакууме для того, чтобы превратить поверхностный слой в плотный титан. После этого титановый слиток подвергается горячей прокатке и холодной прокатке с получением титанового продукта. Способ, раскрытый в патентном документе 1, позволяет производить плотный титановый слиток, который имеет пористую часть, образуемую при формовании пористого титанового сырья в форме сляба, и плотную покрывающую часть, которая состоит из плотного титана и которая покрывает пористую часть.
СПИСОК ДОКУМЕНТОВ УРОВНЯ ТЕХНИКИ
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
[0010] Патентный документ 1: JP2015-045040A
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА
[0011] В этой связи хлорид магния (в дальнейшем упоминаемый как «MgCl2») неизбежно остается в титановом продукте, который производится без полного плавления титановой губки. С учетом отрицательного влияния на механические свойства титанового продукта, предпочтительно, чтобы остаточное количество MgCl2 было как можно меньше. С другой стороны, для того чтобы уменьшить остаточное содержание MgCl2 в титановом продукте, необходимо повысить чистоту титановой губки, которая является сырьем, и в этом случае неизбежно увеличение затрат за счет повышения чистоты титановой губки.
[0012] Патентный документ 1 описывает, что MgCl2 может быть испарен и удален путем облучения титановой губки электронным лучом. Однако, поскольку возникает необходимость облучать электронным лучом до тех пор, пока тепло не передастся внутрь титановой губки, производственные затраты склонны увеличиваться.
[0013] Кроме того, поскольку в патентном документе 1 внутренний MgCl2 испаряется и удаляется, абсолютно никакого внимания не уделено тому влиянию, которое оставшийся в титановом продукте MgCl2 оказывает на механические свойства титанового продукта.
[0014] В дополнение, в титановом слитке, раскрытом в патентном документе 1, плотная покрывающая часть формируется плавлением только поверхности посредством электронного луча. Однако трудно равномерно расплавить титановую губку, которая является пористой и форма которой неоднородна, так, чтобы расплавленный слой имел постоянную толщину, и поэтому толщина плотной покрывающей части, которая была расплавлена и затвердела, становится неравномерной.
[0015] Даже если в отношении такого титанового слитка выполняется горячая и холодная обработка давлением с получением титанового продукта, толщина поверхностного слоя, который соответствует присутствовавшей до обработки давлением плотной покрывающей части, не будет одинаковой. Следовательно, в дополнение к проблеме ухудшения текстуры поверхности титана, также возникает проблема нестабильности механических свойств, таких как свойства на растяжение и изгибаемость. Кроме того, в том случае, когда толщина плотной покрывающей части титанового сляба мала, при выполнении горячей или холодной обработки давлением также возникает проблема растрескивания поверхностного слоя или его сжатия и образования складок в нем. Следует отметить, что хотя в патентном документе 1 описан титановый слиток, а не титановый сляб, этот титановый слиток имеет прямоугольную форму, которая не требует блюминга, и поэтому он упоминается ниже как «титановый сляб».
[0016] Настоящее изобретение было создано для того, чтобы решить описанные выше проблемы, и задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить титановый продукт, который обладал бы превосходными текстурой поверхности и пластичностью, а также низкой стоимостью.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ
[0017] Настоящее изобретение сводится к нижеследующему.
[0018] (1) Титановый продукт, включающий в себя внутренний слой и поверхностный слой, причем:
химический состав поверхностного слоя состоит, в мас. %, из:
O: 0,40% или менее,
Fe: 0,50% или менее,
Cl: 0,020% или менее,
N: 0,050% или менее,
C: 0,080% или менее,
H: 0,013% или менее, и
остальное: Ti и примеси;
химический состав внутреннего слоя состоит, в мас. %, из:
O: 0,40% или менее,
Fe: 0,50% или менее,
Cl: более 0,020 и не более 0,60%,
N: 0,050% или менее,
C: 0,080% или менее,
H: 0,013% или менее, и
остальное: Ti и примеси;
внутренний слой имеет поры;
в поперечном сечении, перпендикулярном продольному направлению титанового продукта, доля площади пор внутреннего слоя составляет более 0% и не более 30%; и
титановый продукт удовлетворяет нижеприведенной формуле (i):
ClI≤0,03+0,02×tS/tI ...(i)
причем смысловое значение каждого символа в формуле (i) является следующим:
ClI: содержание Cl (мас. %) во внутреннем слое
tS: толщина поверхностного слоя
tI: толщина внутреннего слоя.
[0019] (2) Способ производства титанового продукта в соответствии с вышеприведенным пунктом (1), включающий:
стадию изготовления титановой упаковки, имеющей химический состав, состоящий, в мас. %, из:
O: 0,40% или менее,
Fe: 0,50% или менее,
Cl: 0,020% или менее,
N: 0,050% или менее,
C: 0,080% или менее,
H: 0,013% или менее, и
остальное: Ti и примеси;
стадию заполнения титановой упаковки одним или более типами, выбранными из титановой губки и брикета, полученного путем сжатия титановой губки,
причем титановая губка имеет химический состав, состоящий, в мас. %, из:
O: 0,40% или менее,
Fe: 0,50% или менее,
Cl: более 0,020 и не более 0,60%,
N: 0,050% или менее,
C: 0,080% или менее,
H: 0,013% или менее, и
остальное: Ti и примеси;
стадию создания внутри титановой упаковки степени вакуума 10 Па или менее, а после этого герметизации периферии титановой упаковки так, чтобы эта степень вакуума внутри титановой упаковки сохранялась, тем самым формируя тело с титановой упаковкой; и
стадию выполнения горячей обработки давлением тела с титановой упаковкой.
[0020] (3) Способ производства титанового продукта в соответствии с вышеприведенным пунктом (2), дополнительно включающий:
стадию выполнения холодной обработки давлением и отжига после стадии выполнения горячей обработки давлением.
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0021] В соответствии с настоящим изобретением может быть обеспечен титановый продукт, обладающий превосходной текстурой поверхности и пластичностью, а также низкой стоимостью.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0022] [Фиг. 1] Фиг. 1 представляет собой вид структуры титанового продукта в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
[Фиг. 2] Фиг. 2 представляет собой фотографию микроструктуры, полученную при наблюдении поперечного сечения титанового продукта в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
[Фиг. 3] Фиг. 3 представляет собой вид структуры титанового продукта в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
[Фиг. 4] Фиг. 4 представляет собой фотографию микроструктуры, полученную при наблюдении во внутреннем слое поперечного сечения, перпендикулярного продольному направлению титанового продукта.
[Фиг. 5] Фиг. 5 представляет собой вид структуры тела с титановой упаковкой, которое является исходным материалом для титанового продукта в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
[Фиг. 6] Фиг. 6 представляет собой вид структуры титановой упаковки.
[Фиг. 7] Фиг. 7 представляет собой график, иллюстрирующий зависимость между отношением толщина поверхностного слоя/толщина внутреннего слоя и концентрацией хлорида (мас. %) внутреннего слоя.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0023] При получении титанового сляба плавкой титановой губки обычным образом, хлор внутри титановой губки улетучивается и удаляется во время процесса плавки. С другой стороны, когда титановая губка или т.п. используется в качестве сырья без плавления, MgCl2, который улетучился бы в процессе плавки, остается в титановом продукте. Если в качестве сырья используется высококачественная титановая губка или т.п., отрицательное влияние MgCl2 на механические свойства титана может быть уменьшено, потому что может быть снижено остаточное количество MgCl2. Однако в этом случае возникает проблема увеличения производственных затрат при получении титанового продукта в качестве конечного. Следовательно, если может быть определено содержание MgCl2, которое действительно оказывает отрицательное влияние на механические свойства титанового продукта в качестве конечного, в качестве сырья может быть выбрано сырье низкого качества.
[0024] Авторы настоящего изобретения провели интенсивные исследования на основе на вышеописанной точки зрения. Кроме того, авторы настоящего изобретения провели исследования структуры титанового продукта, имеющего целевые механические свойства, произведенного с помощью горячей обработки давлением (а также в случае необходимости и холодной обработки давлением) непосредственно из титановой губки, без проведения процесса плавки.
[0025] Во-первых, поскольку хлор плохо растворяется в титане, остаточное количество MgCl2, который остается в титановом продукте, может быть определено по содержанию Cl, который является его структурным элементом. На основе этого факта авторы настоящего изобретения исследовали соотношение между содержанием Cl, имеющимся в титановом продукте, и механическими свойствами титанового продукта.
[0026] В результате авторы настоящего изобретения обнаружили, что, придавая титановому продукту структуру, которая имеет внутренний слой и соединенный с ним поверхностный слой, и задавая соответствующие содержания Cl во внутреннем слое и поверхностном слое, а также управляя соответствующими толщинами поверхностного слоя и внутреннего слоя в соответствии с содержанием Cl во внутреннем слое, ухудшение механических свойств может быть предотвращено без увеличения производственных затрат. Более конкретно, авторы настоящего изобретения обнаружили, что путем увеличения толщины поверхностного слоя по мере увеличения содержания Cl в внутреннем слое может быть предотвращено ухудшение механических свойств титана, обуславливаемое примешанным в титане MgCl2.
[0027] Настоящее изобретение было создано на основе вышеописанных установленных фактов. Соответствующие требования настоящего изобретения подробно описаны ниже. Следует отметить, что в следующем описании символ «%» по отношению к химическому составу означает «мас. %», если явно не указано иное.
1. Титановый продукт 1
1-1. Общая структура
[0028] Фиг. 1 представляет собой вид структуры титанового продукта в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на Фиг. 1, титановый продукт 1 включает в себя поверхностный слой 2 и внутренний слой 3. В настоящем варианте осуществления поверхностный слой 2 соединен с каждой из двух сторон внутреннего слоя 3. Фиг. 2 представляет собой фотографию микроструктуры, полученную при наблюдении поперечного сечения этого титанового продукта. Из Фиг. 2 также видно, что поверхностный слой 2 и внутренний слой 3 четко различимы. В дополнение к этому заметно, что вариации толщины поверхностного слоя 2 являются постоянными в пределах диапазона ±15%, и титановый продукт обладает превосходной текстурой поверхности.
[0029] Следует отметить, что хотя в структуре, проиллюстрированной на Фиг. 1 и 2, титановый продукт 1 является листовым материалом, структура титанового продукта 1 не ограничена этим, и титановый продукт 1 может быть, например, заготовкой круглого сечения или катанкой. Фиг. 3 представляет собой вид структуры титанового продукта в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на Фиг. 3, в том случае, когда титановый продукт 1 является заготовкой круглого сечения или катанкой, структура является такой, в которой поверхностный слой 2 соединяется, покрывая всю окружную периферию цилиндрического внутреннего слоя 3.
1-2. Поверхностный слой 2
[0030] Химический состав поверхностного слоя 2 является тем же самым, что и химический состав, определенный для класса 4 в стандарте JIS H 4600, за исключением Cl. Конкретный химический состав является следующим: О: 0,40% или менее, Fe: 0,50% или менее, Cl: 0,020% или менее, N: 0,050% или менее, C: 0,080% или менее, и H: 0,013% или менее. В частности, при ограничении содержания Cl в поверхностном слое 2 величиной 0,020% или менее возможно улучшить пластичность титанового продукта 1.
[0031] Содержание O может составлять 0,30% или менее, 0,10% или менее, 0,050% или менее, 0,010% или менее, или 0,0060% или менее. Содержание Fe может составлять 0,30% или менее, 0,20% или менее, 0,10% или менее, 0,070% или менее, или 0,050% или менее. Содержание Cl может составлять 0,018% или менее, 0,015% или менее, 0,012% или менее, или 0,009% или менее. Содержание N может составлять 0,040% или менее, 0,030% или менее, 0,010% или менее, 0,005% или менее, или 0,001% или менее. Содержание C может составлять 0,040% или менее, 0,020% или менее, 0,010% или менее, 0,007% или менее, 0,005% или, менее или 0,002% или менее. Содержание H может составлять 0,010% или менее, 0,005% или менее, 0,003% или менее, или 0,002% или менее. Нет никакой особой необходимости устанавливать нижний предел для этих элементов, и нижним пределом содержания этих элементов является 0%.
[0032] В этом химическом составе поверхностного слоя 2 остальное составляют Ti и примеси. Элементами-примесями являются, главным образом и в качестве примера, Sn, Mo, V, Mn, Nb, Mg, Si, Cu, Co, Pd, Ru, Ta, Y, La, Ce и т.п., которые примешиваются из титановой губки или из отходов, которые служат сырьем для упаковочного материала 5 наружного слоя, который будет описан позже. Хотя содержание этих примесных элементов не определено в стандарте JIS H 4600, предпочтительно уменьшать содержание этих примесных элементов в максимально возможной степени. Однако, если суммарное содержание этих примесных элементов вместе с вышеупомянутыми O, N, C, Fe и H составляет 5% или менее, эти примеси не ухудшают механических свойств, которые являются целью настоящего изобретения. По мере необходимости их суммарное содержание может составлять 1% или менее, 0,50% или менее, 0,20% или менее, или 0,10% или менее. В дополнение, сумма содержаний примесных элементов может составлять 2% или менее, 1% или менее, 0,50% или менее, 0,20% или менее, или 0,10% или менее.
[0033] Следует отметить, что использующийся здесь термин «механические свойства, которые являются целью настоящего изобретения» означает, что полное относительное удлинение при проведении испытания на растяжение в направлении, параллельном направлению обработки давлением титанового продукта 1, составляет 20% или более.
[0034] Поскольку поверхностный слой 2 формируется путем прокатки титановой пластины и т.п., в поверхностном слое 2 принципиально нет никаких пор. То есть, доля площади пор (далее также называемая просто «пористостью»; ее определение и способ измерения будут описаны позже) поверхностного слоя 2 равна 0%. Пористость поверхностного слоя 2 может быть менее 0,10%, менее 0,050% или менее 0,010%.
1-3. Внутренний слой 3
[0035] Химический состав внутреннего слоя 3 является тем же самым, что и химический состав, определенный для класса 4 в стандарте JIS H 4600, за исключением Cl. Конкретный химический состав является следующим: О: 0,40% или менее, Fe: 0,50% или менее, Cl: более 0,020 и не более 0,60%, N: 0,050% или менее, C: 0,080% или менее, и H: 0,013% или менее.
[0036] Как было описано выше, в настоящем изобретении для того, чтобы получить титановый продукт 1 с низкой стоимостью, для внутреннего слоя 3 предпочтительно использовать титановое сырье низкой чистоты. В сырье, содержащем титан высокой чистоты, содержание Cl уменьшается во время процесса производства. Другими словами, сырье, в котором содержание Cl мало, имеет высокую чистоту титана и является дорогим. Следовательно, содержание Cl во внутреннем слое 3 в 0,020% или менее не является предпочтительным, потому что при этом возникает потребность в использовании сырья высокой чистоты, и производственные затраты возрастают. С другой стороны, если содержание Cl во внутреннем слое 3 составляет более 0,60%, даже если содержание Cl в поверхностном слое 2 уменьшено, свойства на растяжение и изгибаемость титанового продукта 1 значительно ухудшаются.
[0037] Содержание O может составлять 0,15% или менее, 0,10% или менее, 0,050% или менее, 0,010% или менее, или 0,006% или менее. Содержание Fe может составлять 0,30% или менее, 0,20% или менее, 0,10% или менее, 0,070% или менее, или 0,050% или менее. Нижний предел содержания Cl может составлять 0,025%, 0,030%, 0,040% или 0,050%, а верхний предел содержания Cl может составлять 0,15%, 0,35% или 0,55%. Содержание N может составлять 0,040% или менее, 0,030% или менее, 0,010% или менее, 0,005% или менее, или 0,001% или менее. Содержание C может составлять 0,040% или менее, 0,020% или менее, 0,010% или менее, 0,007% или менее, 0,005% или менее, или 0,002% или менее. Содержание H может составлять 0,010% или менее, 0,005% или менее, 0,003% или менее, или 0,002% или менее. Нет никакой особой необходимости устанавливать нижний предел для этих элементов, и нижним пределом содержания этих элементов является 0%.
[0038] В химическом составе внутреннего слоя 3 остальное составляют Ti и примеси. Элементами-примесями являются, главным образом и в качестве примера, Sn, Mo, V, Mn, Nb, Mg, Si, Cu, Co, Pd, Ru, Ta, Y, La, Ce и т.п., которые примешиваются из титановой губки. В частности, Mg примешивается в виде MgCl2. Хотя содержание этих примесных элементов не определено в стандарте JIS H 4600, предпочтительно уменьшать содержание этих примесных элементов в максимально возможной степени. Однако, если суммарное содержание этих примесных элементов вместе с вышеупомянутыми O, N, C, Fe и H составляет 5% или менее, эти примеси не ухудшают механических свойств, которые являются целью настоящего изобретения. По мере необходимости их суммарное содержание может составлять 1% или менее, 0,5% или менее, 0,2% или менее, или 0,1% или менее. В дополнение к этому, сумма содержаний примесных элементов может составлять 2% или менее, 1% или менее, 0,50% или менее, 0,20% или менее, или 0,10% или менее.
[0039] В настоящем изобретении химический состав поверхностного слоя 2 и внутреннего слоя 3 измеряется следующим способом.
[0040] Компонентный анализ поверхностного слоя 2 и внутреннего слоя 3 выполняется известным способом (например, по стандартам JIS H 1612 (1993), JIS H 1614 (1995), JIS H 1615 (1997), JIS H 1617 (1995), JIS H 1619 (2012) и JIS H 1620 (1995)). При этом измерение выполняется после вырезания поверхностного слоя 2 и внутреннего слоя 3 из титанового продукта 1. Эффективно анализировать поверхностный слой 2 на основе стружки и т.п., которая получается в результате процесса резания или т.п., и анализировать внутренний слой 3 на основе материала, который остается после удаления наружного слоя. В том случае, когда толщина поверхностного слоя 2 и внутреннего слоя 3 низка, и необходимый объем стружки не получается, компонентный анализ может быть выполнен для титанового продукта 1 в целом, и компоненты наружного слоя могут быть вычислены (обратным расчетом) на основе результатов анализа для титанового продукта 1 в целом и результатов анализа либо для поверхностного слоя 2, либо для внутреннего слоя 3, а также их соответствующих толщин. Компонентный анализ поверхностного слоя 2 или внутреннего слоя 3 также может быть выполнен методом EPMA или т.п.
[0041] Фиг. 4 представляет собой фотографию микроструктуры во внутреннем слое 3, полученную при наблюдении поперечного сечения, перпендикулярного продольному направлению титанового продукта 1. Как видно из Фиг. 4, внутренний слой 3 имеет поры. Эти поры неизбежно включаются в процессе производства. Для того чтобы полностью устранить эти поры, необходимо выполнить обработку давлением с большим обжатием, и, в дополнение к ограничению формы и размеров титанового продукта 1, такая обработка является также причиной резкого увеличения производственных затрат. С другой стороны, как следствие наличия пор, можно ожидать, что вес титанового продукта 1 будет уменьшен, потому что плотность внутреннего слоя 3 понижена.
[0042] Если доля пор во внутреннем слое 3 становится чрезмерной, механические свойства титанового продукта 1 ухудшаются. Для того, чтобы избежать ухудшения механических свойств, доля площади пор во внутреннем слое 3 в поперечном сечении, перпендикулярном продольному направлению титанового продукта 1, должна быть больше 0% и не больше 30%. Как было описано выше, доля площади пор, наблюдаемых в поперечном сечении, перпендикулярном продольному направлению титанового продукта 1, также называется «пористостью». Вышеупомянутая пористость может составлять 10% или менее, 5% или менее, 2% или менее, 1% или менее, или 0,5% или менее.
[0043] Пористость внутреннего слоя 3 может выбираться согласно намеченному применению и может быть сделана низкой в том случае, когда важны механические свойства титанового продукта 1, или может быть сделана высокой в том случае, когда приоритет отдается уменьшению веса. В частности, в том случае, когда важны механические свойства титанового продукта 1, пористость более предпочтительно составляет 5% или менее, еще более предпочтительно 3% или менее, а особенно предпочтительно 1% или менее. Нижний предел пористости составляет более 0%, и по мере необходимости может составлять 0,01%, 0,05% или 0,1%.
[0044] Здесь пористость p означает процент площади присутствующих во внутреннем слое пор относительно площади всего внутреннего слоя и определяется следующим образом:
p (%) = площадь присутствующих во внутреннем слое пор/площадь внутреннего слоя × 100.
[0045] Пористость p определяется с помощью следующей процедуры. Сначала образец для наблюдения вырезается из титанового продукта 1. В том случае, когда титановый продукт 1 является толстостенным, образец для наблюдения вырезается из центральной части толщины пластины внутреннего слоя 3. Вырезанный образец для наблюдения заливается в смолу таким образом, чтобы поперечное сечение, перпендикулярное продольному направлению титанового продукта 1, стало наблюдаемой поверхностью, после чего оно шлифуется и зеркально полируется с использованием суспензии глинозема или алмазов. Затем с помощью оптического микроскопа делается фотография зеркально отполированной наблюдаемой поверхности, взятой из центральной части толщины пластины титанового продукта 1.
[0046] Измеряется площадь пор на полученной оптической микрофотографии, и пористость определяется путем деления площади пор на полную площадь поля зрения этой микрофотографии. Получение изображения с помощью оптического микроскопа выполняется так, чтобы площадь наблюдения в сумме составляла 0,3 мм2 или более (20 полей зрения или больше на оптических микрофотографиях при 500-кратном увеличении), и вычисляется их среднее значение. Хотя нет никакой проблемы с использованием для наблюдения обычного оптического микроскопа, предпочтительно использовать дифференциальный интерференционный контрастный микроскоп, который способен обеспечить наблюдение в поляризованном свете, поскольку он дает более четкую картинку.
1-4. Толщина поверхностного слоя 2 и внутреннего слоя 3
[0047] В настоящем изобретении путем увеличения доли толщины поверхностного слоя 2 относительно толщины внутреннего слоя 3 при увеличении содержания Cl во внутреннем слое 3 предотвращается ухудшение механических свойств титанового продукта 1, вызываемое содержанием MgCl2.
[0048] В частности, толщинами поверхностного слоя 2 и внутреннего слоя 3, а также содержанием Cl во внутреннем слое 3 управляют так, чтобы удовлетворялась нижеприведенная формула (i).
ClI≤0,03+0,02×tS/tI ...(i)
При этом смысловое значение каждого символа в формуле (i) является следующим:
ClI: содержание Cl (мас. %) во внутреннем слое
tS: толщина поверхностного слоя
tI: толщина внутреннего слоя.
[0049] Следует отметить, что в настоящем варианте осуществления термин «толщина поверхностного слоя 2» относится к толщине части, обозначенной ссылочной цифрой 2-1 или 2-2 на Фиг. 1. В том случае, когда толщины двух поверхностных слоев 2 отличаются друг от друга, берется толщина самой тонкой части поверхностного слоя 2, то есть меньшая из этих двух толщин. В том случае, когда титановый продукт 1 является заготовкой круглого сечения или катанкой, термин «толщина поверхностного слоя 2», относится к толщине части, обозначенной ссылочной цифрой 2 на Фиг. 3.
[0050] Микроструктуры и диаметры зерен поверхностного слоя 2 и внутреннего слоя 3 отличаются друг от друга. Следовательно, как проиллюстрировано на Фиг. 2, путем полировки и травления поперечного сечения, перпендикулярного направлению прокатки титанового продукта, можно легко различить границы между поверхностным слоем 2 и внутренним слоем 3. Кроме того, толщины поверхностного слоя 2 и внутреннего слоя 3 титанового продукта 1 измеряются по фотографии микроструктуры, получаемой при наблюдении поперечного сечения титанового продукта. Например, толщина в произвольных положениях (например, в пяти местах) измеряется для каждого из поверхностного слоя 2 и внутреннего слоя 3, и соответствующие усредненные значения принимаются за соответствующие толщины поверхностного слоя 2 и внутреннего слоя 3. Следует отметить, что в том случае, когда титановый продукт 1 является заготовкой круглого сечения или катанкой, в качестве толщины внутреннего слоя 3 берется диаметр проиллюстрированного на Фиг. 3 внутреннего слоя 3.
[0051] Кроме того, MgCl2 распределяется в соответствии с количеством содержащегося Cl, и поверхностный слой 2 и внутренний слой 3 можно различить, исходя из присутствия или отсутствия MgCl2. В настоящем изобретении содержание Cl во внутреннем слое составляет более 0,020% и не более 0,60%, а содержание Cl в поверхностном слое составляет 0,020% или менее, а значит, содержание Cl во внутреннем слое является более высоким, чем содержание Cl в поверхностном слое. Следовательно, внутренний слой и поверхностный слой можно также различить по разнице между концентрациями Cl. Разница между концентрациями Cl во внутреннем слое и в поверхностном слое может быть обнаружена путем наблюдения состояния распределения элемента Cl, которое определяется измерением методом EPMA после зеркальной полировки поперечного сечения, как показано на Фиг. 4.
[0052] Толщина поверхностного слоя 2 предпочтительно составляет 0,01-35 мм, удовлетворяя вышеупомянутой формуле (i). Если толщина поверхностного слоя 2 составляет меньше, чем 0,01 мм, есть вероятность того, что поверхностный слой 2 будет слишком тонким и разрушится при производстве титанового продукта 1, и внутренний слой обнажится на поверхности. Нижний предел толщины поверхностного слоя 2 может составлять 0,05 мм, 0,10 мм, 0,15 мм или 0,20 мм. Верхний предел толщины поверхностного слоя 2 определяется толщиной титанового продукта 1 и нижним пределом толщины внутреннего слоя. Верхний предел толщины поверхностного слоя 2 может составлять 0,30 мм, 0,50 мм, 1,0 мм, 3,0 мм, 10 мм или 20 мм.
[0053] Толщина внутреннего слоя 3 предпочтительно составляет 0,01-90 мм, удовлетворяя вышеупомянутой формуле (i). Если толщина внутреннего слоя 3 составляет меньше, чем 0,01 мм, количество титановой губки с высоким содержанием Cl, которое может быть эффективно использовано, уменьшится и будет трудно получить эффект настоящего изобретения. Нижний предел толщины внутреннего слоя 3 может составлять 0,05 мм, 0,10 мм, 0,20 мм, 0,50 мм или 0,70 мм. Верхний предел толщины внутреннего слоя 3 определяется толщиной титанового продукта 1 и нижним пределом толщины поверхностного слоя. Верхний предел толщины внутреннего слоя 3 может составлять 0,90 мм, 1,2 мм, 1,5 мм, 2,0 мм, 5,0 мм, 10 мм, 20 мм или 50 мм.
[0054] Толщина титанового продукта 1 составляет 0,03 мм или более, удовлетворяя вышеупомянутой формуле (i). Толщина титанового продукта 1 может составлять 0,10 мм или более, 0,30 мм или более, или 0,50 мм или более. Кроме того, если толщина титанового продукта 1 удовлетворяет вышеупомянутой формуле (i), она может составлять 20 мм или менее, 50 мм или менее, или 100 мм или менее. Однако, принимая во внимание затраты, толщина титанового продукта 1 предпочтительно составляет 15 мм или менее при удовлетворении вышеупомянутой формулы (i). Толщина титанового продукта 1 может составлять 10 мм или менее, 5,0 мм или менее, 4,0 мм или менее, 2,0 мм или менее, 1,5 мм или менее или 1,2 мм или менее.
2. Тело 4 с титановой упаковкой
2-1. Общая структура
[0055] Фиг. 5 представляет собой вид структуры тела 4 с титановой упаковкой, которое является исходным материалом для титанового продукта 1 в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Как проиллюстрировано на Фиг. 5, тело 4 с титановой упаковкой имеет структуру, в которой внутренность титановой упаковки, состоящей из упаковочных материалов 5 наружного слоя, заполнена кусками титана 6, которые состоят из титановой губки или брикета, получаемого путем сжатия титановой губки.
[0056] Фиг. 6 представляет собой вид, описывающий структуру титановой упаковки. В примере, проиллюстрированном на Фиг. 6, пять пластинчатых упаковочных материалов 5 наружного слоя собраны в форме коробки в состоянии, при котором открыта только ее верхняя сторона. Следует отметить, что верхняя сторона может быть запечатана другим пластинчатым упаковочным материалом 5 наружного слоя, который не показан на чертеже. В следующем описании объект, который получается, когда упаковочные материалы 5 наружного слоя находятся в собранном состоянии, как проиллюстрировано на Фиг. 6, называется «титановой упаковкой». Кроме того, куски титана 6 находятся в таком состоянии, при котором их периферия полностью закрыта упаковочными материалами 5 наружного слоя, составляющими титановую упаковку. Хотя титановая упаковка имеет в вышеуказанном примере форму коробки, форма титановой упаковки не ограничена, и титановая упаковка может иметь форму трубы или может иметь форму, получаемую путем объединения листовых материалов и трубчатого материала.
[0057] Как будет описано позже, титановый продукт 1 получают путем выполнения горячей обработки давлением или т.п. (например, горячей прокатки, холодной прокатки или т.п.) тела 4 с титановой упаковкой. То есть, упаковочные материалы 5 наружного слоя и куски титана 6 тела 4 с титановой упаковкой соответствуют поверхностному слою 2 и внутреннему слою 3 титанового продукта 1 соответственно после горячей обработки давлением. Следует отметить, что в настоящем изобретении титановая губка и брикеты, упакованные в титановую упаковку, все вместе называются «кусковым титаном 6».
[0058] Для того, чтобы предотвратить окисление или азотирование кускового титана 6 во время нагрева и выдержки при высокой температуре в ходе горячей обработки давлением, степень вакуума (абсолютное давление) внутри тела 4 с титановой упаковкой устанавливается равным 10 Па или менее. Предпочтительно, степень вакуума внутри тела 4 с титановой упаковкой составляет 1 Па или менее. Нижний предел внутреннего давления конкретно не определен. Однако создание слишком глубокого вакуума вызывает увеличение производственных затрат из-за необходимости в улучшении герметичности оборудования или повышении мощности вакуумных насосов и т.п. Следовательно, степень вакуума предпочтительно составляет 1×10-3 Па или более. Следует отметить, что, степень вакуума внутри упаковочных материалов 5 наружного слоя означает степень вакуума в области (также называемой «порой»), которая остается после исключения кускового титана 6 из области, окруженной упаковочными материалами 5 наружного слоя.
[0059] Поскольку в конфигурации, показанной на Фиг. 5, тело 4 с титановой упаковкой используется как исходный материал для титанового продукта 1, который является листовым материалом, поперечное сечение, перпендикулярное направлению, в котором должна выполняться горячая обработка давлением (направлению прокатки), имеет квадратную форму. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим, и в случае использования в качестве исходного материала для титанового продукта 1 тела 4 с титановой упаковкой, которое является заготовкой круглого сечения или катанкой, поперечное сечение, перпендикулярное направлению прокатки тела 4 с титановой упаковкой, может иметь круглую форму или многоугольную форму.
2-2. Упаковочный материал 5 наружного слоя
[0060] Химический состав упаковочного материала 5 наружного слоя является тем же самым, что и химический состав поверхностного слоя 2 титанового продукта 1, описанный выше в разделе 1-2. Титан класса 1, класса 2, класса 3 или класса 4 стандарта JIS H 4600 может использоваться для упаковочного материала 5 наружного слоя.
[0061] Форма титанового продукта, используемого в качестве упаковочного материала 5 наружного слоя, зависит от формы тела 4 с титановой упаковкой. Поэтому к упаковочному материалу 5 наружного слоя не предъявляется особых требований в части его формы, и он может быть, например, листовым материалом или трубчатым материалом. Однако для того, чтобы гарантировать обрабатываемость давлением вгорячую и вхолодную тела 4 с титановой упаковкой, а также снабдить титановый продукт 1 превосходной текстурой поверхности и пластичностью, а также изгибаемостью, необходимо регулировать толщину листового материала или толщину стенки трубчатого материала, который будет использоваться в качестве упаковочного материала 5 наружного слоя. В дальнейшем толщина листового материала или толщина стенки трубчатого материала, который будет использоваться в качестве упаковочного материала 5 наружного слоя, называется просто «толщиной упаковочного материала 5 наружного слоя».
[0062] Если упаковочный материал 5 наружного слоя имеет малую толщину, меньшую, чем 0,5 мм, упаковочный материал 5 наружного слоя разрушается в ходе горячей обработки давлением, сопровождающейся пластической деформацией, и вакуум теряется, что вызывает окисление кускового титана 6 внутри. Кроме того, неровность титановой губки, упакованной внутри тела 4 с титановой упаковкой, передается поверхности упаковочного материала 5 наружного слоя, и на поверхности тела 4 с титановой упаковкой во время горячей обработки давлением образуются большие неровности. Это оказывает отрицательное влияние на механические свойства произведенного титанового продукта 1, такие как текстура поверхности и пластичность.
[0063] Кроме того, если упаковочный материал 5 наружного слоя является чрезмерно тонким, то упаковочный материал 5 наружного слоя не может выдерживать вес упакованной внутри него титановой губки. В результате жесткость тела 4 с титановой упаковкой, достаточная при комнатной температуре, при выдержке в ходе нагрева или во время обработки давлением становится недостаточной, и происходит деформация. Поэтому толщина упаковочного материала 5 наружного слоя должна составлять 0,5 мм или более. Толщина упаковочного материала 5 наружного слоя предпочтительно составляет 1,0 мм или более, а предпочтительнее 2,0 мм или более. Кроме того, упаковочный материал собирают сваркой, формируя титановую упаковку или тело с титановой упаковкой. Его толщина составляет 70 мм или менее для того, чтобы гарантировать прочность зон сварных швов. Толщина упаковочного материала 5 наружного слоя может составлять 30 мм или менее, 10 мм или менее, или 5,0 мм или менее.
[0064] Следует отметить, что если толщина упаковочного материала 5 наружного слоя является чрезмерной, хотя проблем с точки зрения производства не возникает, но эффект снижения затрат становится трудно получить. Следовательно, толщина упаковочного материала 5 наружного слоя предпочтительно составляет 40% или менее, или 20% или менее от полной толщины тела 4 с титановой упаковкой.
[0065] 2-3. Кусковой титан 6
Химический состав кускового титана 6 является тем же самым, что и химический состав внутреннего слоя 3 титанового продукта 1, описанный выше в разделе 1-3. В качестве кускового титана 6 может использоваться кусковой титан в диапазоне составов, определенном для класса 1, класса 2, класса 3 или класса 4 JIS H 4600, за исключением Cl. Его конкретный химический состав является следующим: О: 0,40% или менее, Fe: 0,50% или менее, Cl: более 0,020 и не более 0,60%, N: 0,050% или менее, C: 0,080% или менее, и H: 0,013% или менее.
[0066] Содержание O может составлять 0,15% или менее, 0,10% или менее, 0,050% или менее, 0,010% или менее, или 0,006% или менее. Содержание Fe может составлять 0,30% или менее, 0,20% или менее, 0,10% или менее, 0,070% или менее, или 0,050% или менее. Нижний предел содержания Cl может составлять 0,025%, 0,030%, 0,040% или 0,050%, а верхний предел содержания Cl может составлять 0,15%, 0,35% или 0,55%. Содержание N может составлять 0,040% или менее, 0,030% или менее, 0,010% или менее, 0,005% или менее, или 0,001% или менее. Содержание C может составлять 0,040% или менее, 0,020% или менее, 0,010% или менее, 0,007% или менее, 0,005% или менее, или 0,002% или менее. Содержание H может составлять 0,010% или менее, 0,005% или менее, 0,003% или менее, или 0,002% или менее.
[0067] Нет никакой особой необходимости устанавливать нижний предел для этих элементов, и нижний предел содержания этих элементов равен 0%. Контролируя химический состав так, чтобы он находился внутри вышеупомянутых диапазонов, возможно обеспечить соответствие химического состава внутреннего слоя 3 после горячей обработки давлением вышеупомянутым диапазонам. Кроме того, такие элементы, как Sn, Mo, V, Mn, Nb, Mg, Si, Cu, Co, Pd, Ru, Ta, Y, La и Ce, могут содержаться в качестве примесей в кусковом титане 6.
[0068] Как описано выше, в настоящем изобретении для того, чтобы произвести дешевый титановый продукт 1, в качестве сырья используется кусковой титан 6 низкой чистоты, который содержит 0,020% или более Cl. С другой стороны, если содержание Cl в кусковом титане 6 составляет более 0,60%, обрабатываемость давлением вгорячую и вхолодную тела 4 с титановой упаковкой уменьшается, и текстура поверхности и механические свойства произведенного титанового продукта 1 ухудшаются.
[0069] Следует отметить, что в качестве кускового титана 6 можно использовать один или более типов, выбираемых из (а) титановой губки и (b) брикета, получаемого путем сжатия титановой губки. Титановая губка представляет собой обычную титановую губку, произведенную с помощью обычного процесса плавки, такого как процесс Кролла, в котором для восстановления применяется магний, и может быть использована, например, титановая губка, имеющая химический состав, соответствующий классу 1M, классу 2M, классу 3M или классу 4M стандарта JIS H 2151.
[0070] Титановая губка обычно имеет чешуйчатую форму, и хотя ее размер различается в зависимости от процесса ее получения, средний диаметр зерна составляет примерно несколько десятков миллиметров. В настоящем изобретении средний диаметр зерна титановой губки предпочтительно составляет 30 мм или менее. Причина этого заключается в том, что если средний диаметр зерна титановой губки будет больше 30 мм, в некоторых случаях будут возникать проблемы обращения с ней при транспортировке или при производстве тела 4 с титановой упаковкой. Размер зерна титановой губки предпочтительно составляет 30 мм или менее.
[0071] С другой стороны, никаких проблем со свойствами не возникает, если средний диаметр зерна титановой губки мал. Однако если средний диаметр зерна слишком мал, может возникнуть беспокойство насчет того, что порошковая пыль, образующаяся во время заполнения титановой упаковки, образованной упаковочными материалами 5 наружного слоя, станет проблемой и воспрепятствует работе. Поэтому средний диаметр зерна титановой губки предпочтительно составляет 1 мм или более.
[0072] Титановая губка не имеет регулярной формы, и поэтому использование брикета, получаемого путем сжатия титановой губки, в качестве кускового титана является предпочтительным, поскольку брикет облегчает обращение с ним. Брикет получают путем введения служащей сырьем титановой губки в пресс-форму, которая готовится заранее на основе ограничений, относящихся к размерам сляба во время прокатки (то есть размерам тела 4 с титановой упаковкой) и т.п., а затем формирования брикета сжатием титановой губки с заданной силой. При этом, хотя с титановой губкой могут быть смешаны титановые отходы и т.п., предпочтительно хорошо смешивать титановые отходы и т.п. с титановой губкой заранее так, чтобы не было никаких флуктуаций компонентов в кусковом титане.
2-4. Способ определения отношения X между толщиной поверхностного слоя 2 и толщиной внутреннего слоя 3
[0073] Регулирование размеров тела 4 с титановой упаковкой важно для того, чтобы титановый продукт 1, который производится путем подвергания тела 4 с титановой упаковкой горячей обработке давлением, удовлетворял вышеупомянутой формуле (i). С этой целью предпочтительно сначала определить целевое значение отношения X (= ts/ti) между толщиной ts поверхностного слоя титанового продукта 1 и толщиной ti внутреннего слоя титанового продукта 1 на основе формулы (i). Далее описывается один пример этого.
[0074] Диапазон, которому должно удовлетворять значение Х, может быть вычислен по следующей формуле (ii).
X ≥ (ClI-0,03)/0,02 ...(ii)
Причем в том случае, когда X < 0, значение X принимается равным 0.
[0075] При изготовлении тела с упаковкой измеряют количество Cl в служащей сырьем титановой губке. Поскольку количество Cl в кусковом титане является тем же самым, что и количество Cl во внутреннем слое титанового продукта 1, значение нижнего предела отношения Х толщины титанового продукта 1 может быть определено на основе измеренного количестве Cl в кусковом титане. В дополнение к значению нижнего предела, целевое значение Х определяется также с учетом точности измерения количества Cl, границы толщины поверхностного слоя с учетом дефектов поверхности или т.п. титанового продукта 1, а также вариаций во время производства и т.п.
2-5. Способ определения размеров тела 4 с титановой упаковкой
[0076] Далее описывается один пример способа определения размеров тела 4 с титановой упаковкой на основе целевого значения X. Прежде всего, если толщина титанового продукта 1 обозначается как t, толщина поверхностного слоя титанового продукта 1 обозначается как ts, и толщина внутреннего слоя титанового продукта 1 обозначается как ti, значение t определяется следующей формулой:
t=2ts+ti ...(1)
[0077] На основе определения отношения X между поверхностным слоем и внутренним слоем титанового продукта 1 отношение X задано следующей формулой:
X=ts/ti ...(2)
Исходя из формул (1) и (2), толщина ts поверхностного слоя и толщина ti внутреннего слоя титанового продукта 1 заданы соответственно следующими формулами.
ts=X⋅t/(2X+1) ...(3)
ti=t/(2X+1) ...(4)
[0078] Когда толщина титанового горячекатаного продукта после горячей прокатки обозначена «t2», и выполняется травление для того, чтобы удалить некоторое количество, соответствующее толщине te окисленного подслоя наружного слоя с каждой стороны, толщина t3 горячекатаного продукта после травления задана следующей формулой:
t3=t2-2te ...(5)
[0079] Основываясь на результатах прошлых измерений, пористость горячекатаного продукта после травления и холоднокатаного продукта являются приблизительно одинаковыми, а значит, отношение толщин между поверхностным слоем и внутренним слоем горячекатаного продукта после травления равно отношению толщин X холоднокатаного продукта. Следовательно, когда толщина всего горячекатаного продукта после травления обозначается как t3, толщина ts3 поверхностного слоя и толщина ti3 внутреннего слоя горячекатаного продукта после травления заданы следующими формулами.
ts3=X⋅t3/(2X+1) ...(6)
ti3=t3/(2X+1) ...(7)
[0080] Исходя вышеупомянутых формулы (6) и формулы (7), толщина ts2 поверхностного слоя и толщина ti2 внутреннего слоя горячекатаного продукта перед травлением являются следующими:
ts2=ts3+te = X⋅t3/(2X+1)+te ...(8)
ti2=ti3 = t3/(2X+1) ...(9)
[0081] Исходя из формулы (6) и формулы (7), отношение Z между толщиной поверхностного слоя и толщиной внутреннего слоя горячекатаного продукта перед травлением являются следующими:
Z=ts2/ti2 = {X⋅t3/(2X+1)+te}/{t3/(2X+1)} = X+te(2X+1)/t3 ...(10)
[0082] Здесь, когда отношение te/t3 между удаленной толщиной (te) наружного слоя, который был удален травлением горячекатаного продукта, и толщиной (t3) всего горячекатаного продукта после травления обозначается как «α», отношение Z между толщиной поверхностного слоя и толщиной внутреннего слоя горячекатаного продукта перед травлением представлено следующей формулой:
Z=X+α(2X+1) ...(11).
[0083] Пористость внутреннего слоя горячекатаного продукта составляет менее 1% во многих случаях, что является чрезвычайно низким значением. Поэтому с промышленной и практической точек зрения пористостью можно во многих случаях пренебречь. В этом случае, поскольку отношение V (= Ts/D) между толщиной Ts упаковочного материала тела 4 с титановой упаковкой и фактической толщиной D кускового титана 6 за исключением пор является по существу тем же самым, что и отношение Z между толщиной наружного слоя и толщиной внутреннего слоя горячекатаного продукта перед травлением, получается следующая формула:
V=Z
Ts/D=X+α(2X+1) ...(12).
[0084] На основе вышеприведенной формулы (10) толщина поверхностного слоя тела с титановой упаковкой, то есть толщина Ts упаковочного материала, может быть вычислена по следующей формуле:
Ts={X+α(2X+1)}D ...(13).
[0085] Поскольку на основе результатов прошлых измерений известно, что α приблизительно равно 0,01, с промышленной или практической точек зрения значение Ts может быть вычислено по следующей формуле.
Ts={X+0,01(2X+1)}D ...(14)
[0086] При изготовлении тела 4 с титановой упаковкой, если фактическая толщина D кускового титана 6 за исключением пор определена заранее, толщина Ts поверхностного слоя (толщина упаковочного материала 5 наружного слоя) тела 4 с титановой упаковкой может быть вычислена на основе являющегося целевым значения X с использованием вышеприведенных формулы (13) или формулы (14).
[0087] На практике член «0,01(2X+1)» в формуле (14) рассматривается как ноль и принимается Ts=X⋅D, и фактическая толщина D кускового титана 6 за исключением пор предварительно определяется на основе целевого значения X и ограничений, таких как размеры сляба во время прокатки (то есть размеры тела 4 с титановой упаковкой).
[0088] Кусковой титан 6, используемый в теле с упаковкой, готовится на основе вышеупомянутого предварительного определения. Конечное значение D может быть определено по следующей формуле на основе результата измерения веса W титана, ширины B и длины L тела 4 с титановой упаковкой и плотности ρ (= 4,51 г/см3) титана.
D=W/BLρ ...(15)
[0089] Затем толщина поверхностного слоя (толщина упаковочного материала 5 наружного слоя) Ts тела 4 с титановой упаковкой определяется на основе полученного значения D и являющегося целевым значения X.
[0090] Следует отметить, что в том случае, если количество Cl в кусковом титане 6 было предсказано на основе результата измерения, полученного для количества Cl в служащей сырьем титановой губке, предпочтительно, чтобы количество хлора в полученном кусковом титане 6 было измерено и подтверждено, что являющееся целевым значение X удовлетворяет формуле (ii). По мере необходимости, толщина поверхностного слоя (толщина упаковочного материала 5 наружного слоя) Ts тела 4 с титановой упаковкой изменяется так, чтобы удовлетворять формуле (ii).
[0091] Рассчитаны размеры упаковочного материала в случае производства титанового продукта, имеющего толщину листа t=1 мм, для которого X=ts/ti=0,3/0,4=0,75.
[0092] Приготовили кусковой титан, и когда значение D кускового титана было измерено на основе формулы (15), результат показал, что D=17,16 мм. В то же время Ti был также измерен, и результат измерения составил 48,4 мм. Для справки, когда пористость P была вычислена на основе формулы (16), результат составил 1-17,16/48,4=0,65, то есть 65%.
D=Ti(1-P) ...(16)
[0093] На основе формулы (14) результат вычисления толщины Ts титанового упаковочного материала составил:
Ts=(0,75+0,01(1+2×0,75))×17,16=13,3 мм
То есть, Ts=13,3 мм. Таким образом, тело с упаковкой является таким, в котором Ti=48,4 мм и которое имеет толщину T=13,3×2+48,4=75 мм.
3. Способ производства
[0094] Далее будет описан один пример способа производства тела 4 с титановой упаковкой и титанового продукта 1 в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что хотя в следующем описании используется пример способа производства пластинчатого титанового продукта 1, настоящее изобретение не ограничено им.
3-1. Способ производства тела 4 с титановой упаковкой
[0095] Сначала части, соответствующие нижней стороне и боковым сторонам титановой упаковки, собирают в форме коробки с использованием пяти титановых пластин (упаковочных материалов наружного слоя), как проиллюстрировано на Фиг. 6, изготавливая титановую упаковку в таком состоянии, при котором открыта только ее верхняя сторона. Затем внутренность титановой упаковки заполняют титановой губкой и/или брикетом, который получен заранее путем сжатия и формования титановой губки в форме брикета. После этого еще одну титановую пластину (упаковочный материал наружного слоя), соответствующую верхней стороне титановой упаковки, укладывают на нее сверху, тем самым временно собирая титановую упаковку. Следует отметить, что хотя в вышеприведенном примере титановая упаковка имеет форму коробки, форма титановой упаковки не ограничена, и она может также иметь трубчатую форму или т.п.
[0096] Затем временно собранную титановую упаковку помещают внутрь вакуумной камеры, и после снижения давления внутри камеры до степени вакуума 10 Па или менее стыки пластин сваривают с образованием тела 4 с титановой упаковкой. Кроме того, в качестве титановой губки используется обычная титановая губка, произведенная с помощью обычного процесса плавки, такого как процесс Кролла. Однако содержание Cl в титановой губке необходимо регулировать так, чтобы оно находилось в определенном выше диапазоне.
[0097] Получаемая с помощью процесса Кролла титановая губка производится путем восстановления тетрахлорида титана магнием. MgCl2, который образуется при таком восстановлении тетрахлорида титана, удаляется с помощью последующего процесса вакуумного разделения. Однако в случае обработки исходного материала, который содержит крупнокусковую титановую губку, MgCl2 удаляется не полностью, и некоторая его часть остается в качестве неизбежной примеси в титановой губке после дробления. В том случае, когда содержание Cl в титановой губке превышает определенный выше диапазон, может быть выполнен, например, процесс повторного вакуумного разделения, который описан ниже.
[0098] Процесс повторного вакуумного разделения представляет собой термическую обработку в разреженной атмосфере, при которой титановую губку выдерживают при 900-1200°C в среде вакуума с давлением 1,3 Па или менее (более предпочтительно 1,3×10-2 Па или менее). Продолжительность этой термической обработки может варьироваться в соответствии с желаемым содержанием Cl или с содержанием Cl в служащей сырьем титановой губке. Например, в случае получения титановой губки с содержанием Cl 0,05% или менее, предпочтительным является нагревание в вакууме с давлением 1,3×10-2 Па или менее в течение 40 часов или более.
[0099] Способ сварки стыков титановой упаковки конкретно не ограничен. Например, может использоваться дуговая сварка, такая как сварка неплавящимся (вольфрамовым) электродом в среде инертного газа и сварка плавящимся электродом в среде инертного газа, электроннолучевая сварка, лазерная сварка или т.п. Однако для того, чтобы предотвратить окисление или азотирование поверхностей кускового титана 6 и упаковочных материалов 5 наружного слоя, сварка выполняется в сварочной атмосфере, являющейся разреженной атмосферой (вакуумом) или атмосферой инертного газа.
3-2. Способ производства титанового продукта 1
[0100] Пластинчатый (листовой) титановый продукт 1 получают путем подвергания описанного выше тела 4 с титановой упаковкой горячей прокатке. Следует отметить, что хотя в случае получения пластинчатого (листового) титанового продукта 1 выполняется горячая прокатка, когда желательно получить титановый продукт 1 в форме заготовки круглого сечения или катанки, достаточно выполнить горячее прессование выдавливанием.
[0101] После горячей прокатки, если это необходимо, окисленный слой на поверхности титанового продукта 1 может быть удален путем травления или т.п., и после этого титановый продукт 1 может быть подвергнут холодной прокатке и обработан давлением для уменьшения толщины.
[0102] Температура нагрева, аналогичная температуре в случае выполнения горячей обработки давлением обычного титанового сляба или биллета, изготовленного литьем, может использоваться в качестве температуры нагрева во время горячей обработки давлением. Хотя она и различается в зависимости от размера тела 4 с титановой упаковкой или коэффициента деформации, вышеупомянутая температура нагрева предпочтительно составляет от 600 до 1200°C.
[0103] Если вышеупомянутая температура нагрева будет слишком низкой, высокотемпературная прочность тела 4 с титановой упаковкой станет слишком высокой, что приведет к образованию трещин во время горячей обработки давлением. В дополнение, соединение кускового титана 6 и упаковочных материалов 5 наружного слоя будет недостаточным. С другой стороны, если вышеупомянутая температура нагрева будет слишком высокой, микроструктура полученного титанового продукта 1 станет грубой, и достаточные механические свойства не будут получены. В дополнение, толщина упаковочных материалов 5 наружного слоя уменьшается за счет окисления. Кроме того, коэффициент горячей деформации предпочтительно составляет 50% или больше для того, чтобы соединить куски титановой губки вместе и уменьшить поры, тем самым гарантируя достаточные механические свойства.
[0104] С другой стороны, поскольку увеличение пор помогает уменьшить вес, также возможно оставить титановый продукт 1 содержать поры в некотором диапазоне, допустимом по механическим свойствам, таким как прочность и пластичность. Коэффициент горячей деформации при этом может быть выбран с учетом желаемых механических свойств. При этом коэффициент горячей деформации предпочтительно составляет 30% или более и не более 50%.
[0105] При выполнении холодной обработки давлением по мере необходимости после горячей обработки давлением подходящий коэффициент холодной деформации может быть выбран в соответствии с формой конечного продукта. При этом коэффициент холодной деформации предпочтительно составляет 30% или более и 95% или менее. Коэффициент холодной деформации может составлять 96% или 98% или менее.
[0106] После горячей обработки давлением и холодной обработки давлением также может быть выполнен отжиг. Отжиг предпочтительно выполняется в вакууме или в атмосфере инертного газа при температуре 500-850°C, и продолжительность отжига может быть выбрана в соответствии с требуемыми механическими свойствами.
[0107] Следует отметить, что коэффициент деформации при выполнении горячей или холодной обработки давлением является отношением (процентным), получаемым делением разности между площадью поперечного сечения до и после обработки давлением на площадь поперечного сечения до обработки давлением, и когда площадь поперечного сечения до обработки давлением обозначается как AB, а площадь поперечного сечения после обработки давлением обозначается как AA, коэффициент деформации определяется так, как показано ниже. Следует отметить, что площадь поперечного сечения в этом случае является площадью поперечного сечения, перпендикулярного направлению обработки давлением (прокатки).
Коэффициент деформации (%)=(AB-AA)/AB×100
[0108] Далее настоящее изобретение более конкретно описывается посредством примеров, но настоящее изобретение не ограничивается этими примерами.
ПРИМЕР 1
[Процесс изготовления опытного материала]
[0109] Титановую упаковку заполнили титановыми губками с различными содержаниями Cl (Cl: 0,021-0,502%, средний диаметр зерна: 0,25-19 мм), произведенными с помощью процесса Кролла. В этом случае изготовили титановую упаковку в форме прямоугольного параллелепипеда с толщиной 75 мм, шириной 100 мм и длиной 120 мм, используя титановые пластины (Класса 1 JIS) с толщиной от 0,6 до 36 мм.
[0110] Далее будет подробно описан процесс изготовления опытного материала. При изготовлении тела с титановой упаковкой сначала пять титановых пластин (упаковочные материалы наружного слоя) собрали в форме коробки с отверстием на верхней стороне, которую затем заполнили титановыми губками и отверстие закрыли еще одной титановой пластиной (упаковочным материалом наружного слоя), тем самым временно собрав эти компоненты в качестве титановой упаковки.
[0111] Временно собранную титановую упаковку помещали внутрь вакуумной камеры, и давление в вакуумной камере снижали до 8,2×10-3 - 1,1×10-1 Па, после чего стыки по всей периферии титановой упаковки заваривали и герметизировали электронным лучом, сформировав тело с титановой упаковкой.
[0112] Затем тело с титановой упаковкой нагревали в воздушной атмосфере до 850°C и после этого подвергали горячей прокатке с образованием горячекатаной пластины, имеющей толщину 5 мм. После этого обе поверхности горячекатаной пластины подвергали травлению (обработке удалением окалины), в ходе которого с каждой стороны было удалено примерно 50 мкм (100 мкм для обеих поверхностей) с использованием дробеструйной очистки и азотной-фтористоводородной кислот.
[0113] В дополнение, горячекатаную пластину подвергали холодной прокатке с образованием титановой пластины, имеющей толщину 1 мм. После этого титановую пластину подвергали термической обработке отжигом, в ходе которой ее нагревали до 670°C и выдерживали 180 минут в вакууме или в атмосфере инертного газа, тем самым изготовив титановый продукт. Этот процесс будет теперь описан более подробно с использованием испытания №1 в качестве примера.
[0114] В испытании №1 значение 0 нижнего предела X было вычислено на основе равного 0,023% результата анализа на количество Cl в титановой губке. Толщина титанового продукта составляла 1 мм, и целевое значение X было установлено на 0,75 с учетом образования дефектов поверхности и т.п. Целевое значение 17,2 мм для фактической толщины D кускового титана, исключая поры, и целевое значение 13,3 мм для толщины Ts упаковочного материала наружного слоя были предварительно определены на основе ограничений, таких как целевое значение X и размеры сляба. Вес каждого куска титана был вычислен на основе фактической толщины D соответствующего куска титана, и требуемая емкость титановой упаковки была вычислена на основе пористости при заполнении титановой упаковки титановой губкой, и толщина внутри титановой упаковки (внутри тела с титановой упаковкой) была сделана равной 48,4 мм. Тело с титановой упаковкой, имеющее толщину 75 мм, изготовили с использованием вышеупомянутых кусков титана и титановых пластин. Измерили толщины поверхностного слоя и внутреннего слоя титанового продукта, полученного выполнением горячей прокатки, холодной прокатки и т.п. Эти толщины составили 0,303 мм и 0,398 мм соответственно, а значение X составило 0,76. Было подтверждено, что может быть произведен титановый продукт, который имеет довольно близкое к целевому X значение, равное 0,75.
[0115] Следует отметить, что в испытании №15 при изготовлении тела с титановой упаковкой изменили толщины между нижней стороной и верхней стороной так, чтобы соответствующие толщины двух поверхностных слоев титанового продукта составляли 0,24 мм и 0,33 мм.
[Химический состав]
[0116] Химические составы поверхностного слоя и внутреннего слоя измеряли в соответствии со стандартами JIS H 1612 (1993), JIS H 1614 (1995), JIS H 1615 (1997), JIS H 1617 (1995), JIS H 1619 (2012) и JIS H 1620 (1995). Следует отметить, что при этом, если толщина поверхностного слоя или внутреннего слоя составляла 0,2-0,1 мм, анализ химического состава соответствующей части выполняли с использованием стружки или т.п., полученной при обработке, такой как резание. Если толщина поверхностного слоя или внутреннего слоя была меньше, чем 0,1 мм, химический состав соответствующей части вычисляли на основе результата анализа химического состава всего титанового продукта и результата анализа химического состава более толстой части (внутреннего слоя или поверхностного слоя).
[Измерение толщины]
[0117] Измерение соответствующих толщин поверхностного слоя и внутреннего слоя выполняли путем наблюдения микроструктуры с использованием оптического микроскопа. Сначала поперечное сечение изготовленного титанового продукта заливали в смолу, и после полировки и травления поперечного сечения снимали его оптическую микрофотографию. Как проиллюстрировано на Фиг. 2, можно было ясно наблюдать линии границ между поверхностными слоями и внутренним слоем. В дополнение, поскольку видны различия в градации после травления, которые вызваны различиями в диаметрах зерен и т.п., границы можно также отличить посредством различий в градации.
[0118] Толщины поверхностного слоя и внутреннего слоя измеряли на основе фотографий поперечного сечения, сделанных в 20 местах, которые были выбраны случайным образом, определяли среднее значение для каждого слоя, и на основе средних измеренных толщин поверхностного слоя и внутреннего слоя вычисляли отношение «толщина поверхностного слоя/толщина внутреннего слоя».
[Пористость]
[0119] Пористость внутреннего слоя титанового продукта определяли следующим образом. Сначала вырезали образец для наблюдения из центральной части толщины пластины внутреннего слоя. Вырезанный образец для наблюдения затем заливали в смолу таким образом, чтобы поперечное сечение, перпендикулярное продольному направлению титанового продукта, стало наблюдаемой поверхностью, и после этого наблюдаемую поверхность отшлифовали и зеркально отполировали с использованием суспензии алмаза или глинозема. Затем снимали оптическую микрофотографию зеркально отполированной наблюдаемой поверхности.
[0120] Измеряли площадь пор на полученной оптической микрофотографии, и пористость определяли делением полученного значения на площадь всего фотографического поля зрения. При этом выполняли визуализацию посредством оптического микроскопа так, чтобы площадь наблюдения в сумме составляла 0,3 мм2 или более (20 полей зрения или более на оптических микрофотографиях при 500-кратном увеличении), и вычисляли их среднее значение.
[Механические свойства]
[0121] Из изготовленного титанового продукта вырезали материал для испытания на растяжение (образец JIS 13 В для испытания на растяжение), в котором параллельный участок относительно направления прокатки имел размеры 12,5×60 мм (толщина=толщина пластины), расстояние между точками замера составляло 50 мм, зажимаемая часть имела ширину 20 мм, а полная длина составляла 150 мм, и выполняли испытание на растяжение плоской пластины в соответствии со стандартом JIS Z 2241 (2011) (Металлические материалы - Испытание на растяжение - Способ проведения испытания при комнатной температуре), и пластичность оценивали по полному относительному удлинению. Следует отметить, что в данном примере опытный материал оценивался как имеющий превосходную пластичность, если полное относительное удлинение составляло 20% или более.
[0122] Кроме того, из изготовленных титановых продуктов с толщиной 1 мм вырезали образцы в виде полосы, имеющие ширину 20 мм и длину 50 мм параллельно направлению прокатки, и выполняли испытание на изгиб плоской пластины на 180° (с диаметром на внутренней стороне изгиба, равным толщине пластины) в соответствии со стандартом JIS Z 2248 (2014) (Металлические материалы - Испытание на изгиб), и изгибаемость оценивали на основе присутствия или отсутствия трещинообразования, и образцы без трещин отмечались значком «○», а образцы с трещинами отмечались значком «×».
[0123] Результаты вышеупомянутых испытаний показаны в Таблицах 1 и 2.
[0124] [Таблица 1]
| Испытание № | Тело с титановой упаковкой | ||||||||
| Титановая губка | Упаковочный материал наружного слоя | Толщина (мм) | Степень вакуума (Па) | ||||||
| Химический состав (мас. %) | Химический состав (мас. %) | Толщина (мм) | |||||||
| O | Fe | Cl | O | Fe | Cl | ||||
| 1 | 0,04 | 0,03 | 0,023 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 13,3 | 75 | 7,1×10-2 |
| 2 | 0,04 | 0,03 | 0,025 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 11,6 | 75 | 1,5×10-1 |
| 3 | 0,04 | 0,04 | 0,028 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 0,6 | 75 | 6,7×10-2 |
| 4 | 0,05 | 0,03 | 0,031 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 2,9 | 75 | 4,8×10-2 |
| 5 | 0,05 | 0,04 | 0,033 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 5,7 | 75 | 4,1×10-2 |
| 6 | 0,05 | 0,04 | 0,035 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 9,2 | 75 | 5,9×10-2 |
| 7 | 0,05 | 0,04 | 0,038 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 11,4 | 75 | 9,2×10-3 |
| 8 | 0,05 | 0,04 | 0,040 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 13,4 | 75 | 2,3×10-2 |
| 9 | 0,05 | 0,03 | 0,055 | 0,04 | 0,03 | 0,009 | 18,2 | 75 | 5,8×10-2 |
| 10 | 0,05 | 0,05 | 0,061 | 0,04 | 0,03 | 0,009 | 20,5 | 75 | 6,6×10-2 |
| 11 | 0,06 | 0,03 | 0,081 | 0,04 | 0,03 | 0,009 | 24,8 | 75 | 3,4×10-2 |
| 12 | 0,06 | 0,04 | 0,135 | 0,04 | 0,03 | 0,009 | 30,2 | 75 | 5,1×10-2 |
| 13 | 0,06 | 0,05 | 0,332 | 0,04 | 0,03 | 0,009 | 34,6 | 75 | 6,4×10-2 |
| 14 | 0,06 | 0,05 | 0,502 | 0,04 | 0,03 | 0,009 | 35,5 | 75 | 3,6×10-2 |
| 15 | 0,05 | 0,04 | 0,038 | 0,04 | 0,03 | 0,009 | 10,3/14,0 | 75 | 4,5×10-2 |
| 16 | 0,05 | 0,04 | 0,038 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 0,6 | 75 | 4,6×10-2 |
| 17 | 0,05 | 0,04 | 0,038 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 2,9 | 75 | 6,6×10-2 |
| 18 | 0,05 | 0,04 | 0,041 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 5,5 | 75 | 8,2×10-2 |
| 19 | 0,05 | 0,04 | 0,050 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 9,1 | 75 | 4,9×10-2 |
| 20 | 0,05 | 0,04 | 0,050 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 11,6 | 75 | 4,3×10-2 |
| 21 | 0,05 | 0,04 | 0,050 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 13,3 | 75 | 5,3×10-2 |
| 22 | 0,05 | 0,03 | 0,048 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 0,6 | 75 | 8,2×10-3 |
| 23 | 0,05 | 0,05 | 0,053 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 2,9 | 75 | 7,5×10-2 |
| 24 | 0,05 | 0,05 | 0,058 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 5,5 | 75 | 1,1×10-1 |
| 25 | 0,05 | 0,04 | 0,062 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 9,1 | 75 | 6,5×10-2 |
| 26 | 0,05 | 0,05 | 0,065 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 11,5 | 75 | 4,5×10-2 |
| 27 | 0,05 | 0,05 | 0,065 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 13,4 | 75 | 6,6×10-2 |
| 28 | 0,06 | 0,05 | 0,092 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 0,6 | 75 | 5,9×10-2 |
| 29 | 0,06 | 0,05 | 0,094 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 3,1 | 75 | 9,7×10-2 |
| 30 | 0,06 | 0,05 | 0,095 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 5,9 | 75 | 3,2×10-2 |
| 31 | 0,06 | 0,05 | 0,095 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 9,5 | 75 | 4,4×10-2 |
| 32 | 0,05 | 0,03 | 0,055 | 0,04 | 0,03 | 0,009 | 14,5 | 75 | 8,1×10-2 |
| 33 | 0,05 | 0,05 | 0,061 | 0,04 | 0,03 | 0,009 | 17,0 | 75 | 4,4×10-2 |
| 34 | 0,06 | 0,03 | 0,081 | 0,04 | 0,03 | 0,009 | 22,3 | 75 | 5,8×10-2 |
| 35 | 0,06 | 0,04 | 0,135 | 0,04 | 0,03 | 0,009 | 27,2 | 75 | 5,4×10-2 |
| 36 | 0,06 | 0,05 | 0,332 | 0,04 | 0,03 | 0,009 | 30,6 | 75 | 2,9×10-2 |
| 37 | 0,06 | 0,05 | 0,502 | 0,04 | 0,03 | 0,009 | 31,9 | 75 | 7,6×10-2 |
[0125] [Таблица 2] 
[0126] Испытания №№1-15 в Таблицах 1 и 2 являются Примерами по изобретению, которые удовлетворяют всем условиям, определенным настоящим изобретением. Поскольку в каждом из испытаний №№1-15 процентное содержание Cl во внутреннем слое составляло 0,60% или менее и удовлетворялась формула (i), а кроме того удовлетворялось условие, что объемная доля пор должна составлять 30% или менее, результаты показали, что в испытываемых образцах №№1-15 были получены превосходные пластичность и изгибаемость.
[0127] В отличие от этого, испытания №№16-37 являются Сравнительными примерами, которые не удовлетворяли условиям, определенным настоящим изобретением. Хотя в этих Сравнительных примерах содержание Cl во внутреннем слое составляло 0,60% или менее, поскольку не удовлетворялась формула (i), пластичность и изгибаемость были недостаточными.
[0128] На Фиг. 7, где показана изгибаемость, Примеры по изобретению обозначены значком «○», а Сравнительные примеры обозначены значком «×». В Примерах по изобретению, даже если концентрация хлорида во внутреннем слое была высокой, изгибаемость была хорошей. Таким образом, приписываемое наличию Cl ухудшение механических свойств предотвращается путем надлежащего управления толщиной поверхностного слоя и толщиной внутреннего слоя.
ПРИМЕР 2
[Процесс изготовления опытного материала]
[0129] Титановую упаковку заполнили титановой губкой (Cl: 0,025%, средний диаметр зерен=0,25-19 мм), произведенной с помощью процесса Кролла. Кроме того, в качестве упаковочного материала наружного слоя изготовили тело с титановой упаковкой, имеющее толщину 39-148 мм, ширину 100 мм и длину 120 мм, тем же самым способом производства, что и в Примере 1, используя титановые пластины (Класс 1 JIS) с толщиной 4,0 мм.
[0130] Затем, после нагревания тела 4 с титановой упаковкой при 850°C в воздушной атмосфере, тело с титановой упаковкой подвергали горячей прокатке с образованием горячекатаной пластины, имевшей толщину 20 мм. После этого обе поверхности этой горячекатаной пластины подвергали обработке удалением окалины, в ходе которой было удалено примерно 50 мкм с каждой стороны (100 мкм для обеих поверхностей) с использованием дробеструйной очистки и азотной-фтористоводородной кислот, изготовив титановый продукт.
[0131] После этого с помощью тех же самых способов оценки, что и в Примере 1, были исследованы химические составы и толщины поверхностного слоя и внутреннего слоя, а также механические свойства титанового продукта. Следует отметить, что в данном примере испытываемый образец оценивался как имеющий превосходную пластичность, если полное относительное удлинение составляло 20% или более. В дополнение, визуально изучали текстуру поверхности титанового продукта и оценивали наличие или отсутствие поверхностного растрескивания. Испытываемые образцы, в которых не было никакого растрескивания, отмечались значком «○», а испытываемые образцы, в которых имелось растрескивание, отмечались значком «×». Следует отметить, что в стандарте JIS H 4600 (2012) указано, что испытание на изгиб не требуется для титановых продуктов, имеющих толщину пластины 5 мм или более, и поэтому в данном примере испытание на изгиб не выполнялось для титановых продуктов, имеющих такую толщину пластины.
[0132] Результаты вышеупомянутых испытаний показаны в Таблицах 3 и 4.
[0133] [Таблица 3]
| Испытание № | Тело с титановой упаковкой | ||||||||
| Титановая губка | Упаковочный материал наружного слоя | Толщина (мм) | Степень вакуума (Па) | ||||||
| Химический состав (мас. %) | Химический состав (мас. %) | Толщина (мм) | |||||||
| O | Fe | Cl | O | Fe | Cl | ||||
| 38 | 0,04 | 0,03 | 0,025 | 0,05 | 0,04 | 0,02 | 4,0 | 39 | 4,4×10-2 |
| 39 | 0,04 | 0,03 | 0,025 | 0,05 | 0,04 | 0,02 | 4,0 | 50 | 6,5×10-2 |
| 40 | 0,04 | 0,03 | 0,025 | 0,05 | 0,04 | 0,02 | 4,0 | 62 | 8,6×10-3 |
| 41 | 0,04 | 0,03 | 0,025 | 0,05 | 0,04 | 0,02 | 4,0 | 94 | 1,4×10-2 |
| 42 | 0,04 | 0,03 | 0,025 | 0,05 | 0,04 | 0,02 | 4,0 | 148 | 7,8×10-2 |
[0134] [Таблица 4] 
[0135] Испытания №№38-42 в Таблицах 3 и 4 являются Примерами по изобретению, которые удовлетворяют всем условиям, определенным настоящим изобретением. Поскольку в испытаниях №№38-42 процентное содержание Cl во внутреннем слое составляло 0,60% или менее и удовлетворялась формула (i), а кроме того удовлетворялось условие, что объемная доля пор должна составлять 30% или менее, результаты показали, что в испытываемых образцах №№38-42 были получены хорошая текстура поверхности и превосходная пластичность.
ПРИМЕР 3
[Процесс изготовления опытного материала]
[0136] Титановую губку (Cl: 0,028-0,052%, средний диаметр зерен=0,25-19 мм), произведенную с помощью процесса Кролла, вводили в пресс-форму и сжимали прессованием с получением брикетов, имеющих объемную плотность 3,2 г/см3.
[0137] После обрезания брикетов до формы прямоугольного параллелепипеда эти брикеты упаковали в титановые пластины (Класса 1-4 JIS) с толщиной 10 мм, а после этого изготовили тела с титановой упаковкой, имеющие толщину 28-84 мм, ширину 100 мм и длину 120 мм, тем же самым способом производства, что и в Примере 1.
[0138] Затем тем же самым способом производства, что и в Примере 1, каждое тело с титановой упаковкой подвергали горячей прокатке, удалению окалины, холодной прокатке и отжигу, изготовив титановый продукт.
[0139] В испытании №55 в концевой части одного из упаковочных материалов наружного слоя заранее было проделано отверстие, и к нему была припаяна медная трубка. Собрали все тело с упаковкой и заварили стыки по всей периферии упаковочного материала наружного слоя дуговой сваркой в атмосфере газообразного Ar, тем самым собрать тело с титановой упаковкой. После этого через медную трубку снизили давление внутри тела с титановой упаковкой до степени вакуума 15 Па, после чего медную трубку была герметично уплотнили, изготовив тело с титановой упаковкой. После этого выполнили горячую прокатку и холодную прокатку аналогично предшествующим Примерам и получили титановый продукт.
[0140] После этого с помощью тех же самых способов оценки, что и в Примере 1, были исследованы химические составы и толщины поверхностного слоя и внутреннего слоя, а также механические свойства титанового продукта. Следует отметить, что в данном примере испытываемый образец также оценивался как имеющий превосходную пластичность, если полное относительное удлинение составляло 20% или более. В дополнение, визуально изучали текстуру поверхности титанового продукта и оценивали наличие или отсутствие поверхностного растрескивания. Испытываемые образцы, в которых не было никакого растрескивания, отмечались значком «○», а испытываемые образцы, в которых имелось растрескивание, отмечались значком «×».
[0141] Результаты вышеупомянутых испытаний показаны в Таблицах 5 и 6.
[0142] [Таблица 5]
| Испытание № | Тело с титановой упаковкой | ||||||||
| Титановая губка | Упаковочный материал наружного слоя | Толщина (мм) | Степень вакуума (Па) | ||||||
| Химический состав (мас. %) | Химический состав (мас. %) | Толщина (мм) | |||||||
| O | Fe | Cl | O | Fe | Cl | ||||
| 43 | 0,04 | 0,04 | 0,028 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 10 | 78 | 4,4×10-2 |
| 44 | 0,12 | 0,1 | 0,031 | 0,13 | 0,11 | 0,020 | 10 | 82 | 1,4×10-2 |
| 45 | 0,16 | 0,14 | 0,031 | 0,16 | 0,14 | 0,020 | 10 | 83 | 6,5×10-2 |
| 46 | 0,29 | 0,28 | 0,03 | 0,29 | 0,27 | 0,020 | 10 | 84 | 8,8×10-2 |
| 47 | 0,05 | 0,04 | 0,05 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 10 | 31 | 3,5×10-2 |
| 48 | 0,11 | 0,1 | 0,05 | 0,12 | 0,1 | 0,020 | 10 | 32 | 2,7×10-2 |
| 49 | 0,17 | 0,15 | 0,052 | 0,17 | 0,16 | 0,020 | 10 | 28 | 5,9×10-2 |
| 50 | 0,29 | 0,27 | 0,051 | 0,29 | 0,26 | 0,020 | 10 | 28 | 6,1×10-2 |
| 51 | 0,05 | 0,04 | 0,051 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 10 | 78 | 3,5×10-2 |
| 52 | 0,11 | 0,1 | 0,05 | 0,12 | 0,1 | 0,020 | 10 | 82 | 2,7×10-2 |
| 53 | 0,17 | 0,15 | 0,052 | 0,17 | 0,16 | 0,020 | 10 | 83 | 5,9×10-2 |
| 54 | 0,29 | 0,27 | 0,051 | 0,29 | 0,26 | 0,020 | 10 | 84 | 6,1×10-2 |
| 55 | 0,04 | 0,04 | 0,028 | 0,05 | 0,04 | 0,020 | 10 | 74 | 15 |
[0143] [Таблица 6] 
[0144] Испытания №№43-50 в Таблицах 5 и 6 являются Примерами по изобретению, которые удовлетворяют всем условиям, определенным настоящим изобретением. Поскольку в испытаниях №№43-50 процентное содержание Cl во внутреннем слое составляло 0,60% или менее и удовлетворялась формула (i), а кроме того удовлетворялось условие, что объемная доля пор должна составлять 30% или менее, результаты показали, что в испытываемых образцах №№43-50 были получены хорошая текстура поверхности и превосходная пластичность.
[0145] В испытаниях №№51-54, хотя содержание Cl во внутреннем слое составляло 0,60% или менее, формула (i) не удовлетворялась, и, следовательно, изгибаемость образцов в испытаниях №№51-54 была плохой.
[0146] В испытании №55, хотя текстура поверхности была хорошей, одна часть внутреннего слоя окислилась, и содержание O вышло за пределы определенного диапазона, и, следовательно, пластичность была низкой, а изгибаемость - плохой.
[0147] Как описано выше, титановый продукт по настоящему изобретению обладает превосходными текстурой поверхности, относительным удлинением и изгибаемостью и является подходящим для применения в тех элементах, от которых требуется высокая деформируемость, например, в кровельной черепице.
[0148] СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 - Титановый продукт
2 - Поверхностный слой
3 - Внутренний слой
4 - Тело с титановой упаковкой
5 - Упаковочный материал наружного слоя
6 - Кусковой титан
1. Титановый продукт, содержащий внутренний слой и поверхностный слой, причем:
химический состав поверхностного слоя состоит, мас. %:
O: 0,40 или менее,
Fe: 0,50 или менее,
Cl: 0,020 или менее,
N: 0,050 или менее,
C: 0,080 или менее,
H: 0,013 или менее, а
остальное: Ti и примеси;
химический состав внутреннего слоя состоит, мас. %:
O: 0,40 или менее,
Fe: 0,50 или менее,
Cl: более 0,020 и не более 0,60,
N: 0,050 или менее,
C: 0,080 или менее,
H: 0,013 или менее, а
остальное: Ti и примеси;
внутренний слой имеет поры;
в поперечном сечении, перпендикулярном продольному направлению титанового продукта, доля площади пор внутреннего слоя составляет более 0 и не более 30%; и
содержание хлора в титановом продукте удовлетворяет нижеприведенной формуле (i):
где ClI: содержание Cl (мас. %) во внутреннем слое
tS: толщина поверхностного слоя
tI: толщина внутреннего слоя.
2. Способ производства титанового продукта, выполненного по п. 1, включающий:
стадию изготовления титановой упаковки, имеющей химический состав, состоящий, мас. %:
O: 0,40 или менее,
Fe: 0,50 или менее,
Cl: 0,020 или менее,
N: 0,050 или менее,
C: 0,080 или менее,
H: 0,013 или менее, а
остальное: Ti и примеси;
стадию заполнения титановой упаковки одним или более типами, выбранными из титановой губки и брикета, полученного путем сжатия титановой губки,
причем титановая губка имеет химический состав, состоящий, мас. %:
O: 0,40 или менее,
Fe: 0,50 или менее,
Cl: более 0,020 и не более 0,60,
N: 0,050 или менее,
C: 0,080 или менее,
H: 0,013 или менее, а
остальное: Ti и примеси;
стадию создания внутри титановой упаковки степени вакуума 10 Па или менее с последующей герметизацией периферии титановой упаковки с обеспечением сохранения степени вакуума внутри титановой упаковки с образованием тем самым тела с титановой упаковкой; и
стадию выполнения горячей обработки давлением тела с титановой упаковкой.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что после стадии выполнения горячей обработки давлением дополнительно проводят стадию выполнения холодной обработки давлением и отжига.
