钛复合材料以及热轧用钛材制造技术

一种钛复合材料(1)，其具备：由工业用纯钛或钛合金形成的内层(5)；在内层(5)的至少一个表面形成的、具有与内层(5)不同的化学组成的表层(3)；和在内层(5)与表层(3)之间形成、具有与内层(5)不同的化学组成的中间层，表层(3)的厚度为2μm以上，占总厚度的比例每单面为40％以下，中间层的厚度为0.5μm以上。该钛复合材料尽管廉价但具有期望的特性。

Titanium composite and hot rolling titanium

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钛复合材料以及热轧用钛材
本专利技术涉及钛复合材料以及热轧用钛材。
技术介绍
钛材的耐腐蚀性、耐氧化性、耐疲劳性、耐氢脆化性、中子阻断性等特性优异。这些特性可以通过向钛中添加各种合金元素而达成。钛材例如为轻量且耐腐蚀性优异，因此用于发电厂中的海水冷却凝结器、海水淡化用机械设备用热交换器、化学机械设备的反应器、以及冷却器等。对于工业用纯钛，特别是在包含硝酸、铬酸等的环境、海水、包含氯化物离子的环境等中显示出优异的耐腐蚀性。然而，在包含盐酸、硫酸等的环境中不能期待高耐腐蚀性，此外，在包含氯离子等的环境中有时产生间隙腐蚀。因此，开发了如Ti-0.2Pd(ASTMGrade7，11)等那样，在钛中微量添加铂族元素(Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt等)的各种合金。此外，也开发了用Ni以及Ru代替Pd的Ti-0.5Ni-0.05Ru等廉价并且耐腐蚀性优异的耐腐蚀性钛合金。钛材料由于其优异的比强度以及耐腐蚀性，而推进在航空器领域的利用，进而，大量用于汽车以及二轮车的排气装置。特别是，代替以往的不锈钢原材料，从车辆轻量化的观点出发，以二轮车为中心使用JIS2级的工业用纯钛材。进而，近年来，代替JIS2级的工业用纯钛材，使用耐热性更高的耐热钛合金。此外，也用于为了去除尾气的有害成分而搭载了在高温下使用的催化剂的消声器。尾气的温度超过700℃，有时暂时达到800℃。因此，排气装置中所使用的原材料中，要求800℃前后的温度下的强度、耐氧化性等，进而重视600～700℃下的蠕变速度的高温耐热性的指标。其一方面，这样的耐热钛合金为了提高高温强度，因而需要添加Al、Cu以及Nb之类提高高温强度以及耐氧化性的元素，与工业用纯钛相比为高成本。日本特开2001-234266号公报(专利文献1)中公开了包含Al：0.5～2.3％(在本说明书中若无特别规定则涉及化学成分的“％”意味着“质量％”)的冷加工性以及高温强度优异的钛合金。日本特开2001-89821号公报(专利文献2)中公开了包含Fe：大于1％且为5％以下、O(氧)：0.05～0.75％，进而包含Si：0.01·e0.5[Fe]～5·e―0.5[Fe]的耐氧化性以及耐腐蚀性优异的钛合金([Fe]表示合金中的含有率(质量％)，e表示自然对数的常数)。日本特开2005-290548号公报(专利文献3)中公开了含有Al：0.30～1.50％、Si：0.10～1.0％的冷加工性优异的耐热钛合金板及其制造方法。日本特开2009-68026号公报(专利文献4)中公开了含有Cu：0.5～1.8％、Si：0.1～0.6％、O：0.1％以下，根据需要含有Nb：0.1～1.0％，余量为Ti以及不可避免的杂质的表面覆盖有保护膜的钛合金。进而，日本特开2013-142183号公报(专利文献5)中公开了含有Si：0.1～0.6％、Fe：0.04～0.2％、O：0.02～0.15％，Fe与O的总含量为0.1～0.3％，余量为Ti以及不可避免的杂质元素的700℃下的高温强度、以及800℃下的耐氧化性优异的钛合金。工业用钛冷轧板材(例如，工业用纯钛冷轧板材)，除如板式热交换器、FC隔离膜等那样将板材成形加工为规定的形状而使用以外，其的用途扩大。因此，对于工业用钛冷轧板材，在成形性的基础上，还要求由疲劳强度的提高而产生的轻薄化、高附加环境(高载荷下)。另一方面，与其它的金属材同样地，纯钛的支配成形性的延性与强度(疲劳强度)也存在背反关系。日本特开2008-195994号公报(专利文献6)中公开了如下方法：通过将由纯钛、α型钛合金、β型钛合金或α+β型钛合金任一者形成的钛制品作为处理对象进行等离子体氮化在处理对象的表面形成硬化层的等离子体氮化处理，和对于等离子体氮化处理后的处理对象进行使1种或2种以上的微粒冲撞的微粒冲撞处理，从而去除在硬化层的表面存在的化合物层，由此进行钛制品的表面改性而提高疲劳强度。日本特开2013-76110号公报(专利文献7)中公开了由钛合金以及钛形成的基体的表面处理方法，其依次具备：对由钛合金以及钛形成的基体的表面进行微粒喷丸处理的工序A，在温度带区域T1中进行第一热处理的工序B，在温度带区域T2中进行第二热处理的工序C，和在温度带区域T3中进行第三热处理的工序D，满足T1＞T2＞T3的关系，并且将T1设为900～1000℃。即，对于该表面处理方法，通过在钛材的表面的附近区域自表面侧依次形成非晶质层、微细粒层(α相，粒径：约300nm)、亚微米粒层(α相，粒径：约500nm)、微米粒层(β相，粒径：约3000nm)，从而提高疲劳强度。已知工业用纯钛以hcp(密排六方晶格)结构的α相为主体，在α相大量吸收氢时形成氢化物而脆化。因此，根据使用环境，存在吸收氢而脆化、引起断裂事故的情况。“钛的加工技术”(非专利文献1)中报告了例如处理非氧化性的酸的机械设备或在尿素/氨环境、氢气环境下的由氢吸收导致的事故。因此，提出耐氢脆化性优异的钛合金材。日本特开2013-163840号公报(专利文献8)中公开了包含50体积％以上的β相、包含500～6000ppm的氢的断裂伸长率大的钛合金，示出即便大量包含氢也不脆化的例子。在处理核能发电相关设备等放射性废弃物的设备中，使用可以遮蔽热中子的中子束遮蔽板。天然的B中存在19.9％的硼10(10B)的中子遮蔽效果最高。含有B的不锈钢等通常用作中子束遮蔽板的原材料。特公昭58-6704号公报(专利文献9)中公开了，一种将富水镁硼石(クーナコパイト，2MgO·3B2O2·13H2O)、三斜硼钙石(メーヤホツフェライト，3CaO·3B2O2·7H2O)、硬硼钙石(2CaO·3B2O2·5H2O)等含有结晶水的硼酸盐骨料与半水石膏、铝酸钙系水泥等无机粘接剂与水混炼成型的固化成形体，其为含有5质量％以上B的中子束阻断材。然而，由专利文献9公开的中子束遮蔽材由水泥形成，因此在耐腐蚀性、制造性以及加工性的方面存在问题。也探讨了将与不锈钢相比耐腐蚀性优异的含有B的钛合金用于中子束阻断材。例如，日本特公平1-168833号公报(专利文献10)中公开了，使用以质量％计含有0.1～10％的B、余量为钛以及不可避免的杂质的含硼钛合金的热轧板。进而，日本特开平5-142392号公报(专利文献11)中公开了在中空状金属壳体内填充含硼物(NaB4O7、B2O3、PbO、Fe2O3等)的流质物与混在其中的金属氧化物，制成固化状态的放射线遮蔽材。根据专利文献11，以硼、氢为主阻断中子束，并且利用壳体以及其中的金属等阻断伽马射线。钛材通常通过以下示出的方法来制造。首先，利用克罗尔法，将作为原料的氧化钛氯化，制成四氯化钛，然后用镁或钠还原，从而以块状制造海绵状的金属钛(海绵钛)。对该海绵钛进行压制成形，制成钛熔化电极，将钛熔化电极作为电极进行真空电弧熔解，制造钛锭。此时，根据需要添加合金元素，制造钛合金锭。之后，对钛合金锭进行开坯、锻造、轧制，制成钛板坯，进而，对钛板坯进行热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛复合材料，其具备：/n由工业用纯钛或钛合金形成的内层；/n在所述内层的至少一个轧制面形成的、具有与所述内层不同的化学组成的表层；和/n在所述内层与所述表层之间形成、具有与所述内层不同的化学组成、满足下述关系式的中间层，/n0＜C

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20150729 JP 2015-1493891.一种钛复合材料，其具备：
由工业用纯钛或钛合金形成的内层；
在所述内层的至少一个轧制面形成的、具有与所述内层不同的化学组成的表层；和
在所述内层与所述表层之间形成、具有与所述内层不同的化学组成、满足下述关系式的中间层，
0＜CMID≤0.8×CAVE
其中，CMID的含义为自母材开始的增加含量，CAVE的含义为表层部中的增加含量的平均，增加含量的含义如下：在母材中不含的元素的情况下为其含量，在母材中也含有的元素的情况下为自母材开始的含量增加量，所述表层的厚度为2μm以上、占总厚度的比例每单面为40％以下，
所述中间层的厚度为0.5μm以上。


2.根据权利要求1所述的钛复合材料，其中，所述表层的化学组成以质量％计为
铂族元素：0.01～0.25％、
稀土元素：0～0.2％、
Co：0～0.8％、
Ni：0～0.6％、
余量：钛以及杂质。


3.根据权利要求2所述的钛复合材料，其中，所述铂族元素为Pd和/或Ru。


4.根据权利要求2所述的钛复合材料，其中，所述化学组成以质量％计含有稀土元素：0.001～0.2％。


5.根据权利要求3所述的钛复合材料，其中，所述化学组成以质量％计含有稀土元素：0.001～0.2％。


6.根据权利要求2所述的钛复合材料，其中，所述化学组成以质量％计含有
Co：0.05～0.8％、和/或
Ni：0.05～0.6％。


7.根据权利要求3所述的钛复合材料，其中，所述化学组成以质量％计含有
Co：0.05～0.8％、和/或
Ni：0.05～0.6％。

【专利技术属性】
技术研发人员：立泽吉绍，国枝知德，满田浩史，森健一，高桥一浩，藤井秀树，北浦知之，
申请(专利权)人：日本制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP