(57)【要約】エキゾーストマニホールド、エキゾーストパイプ、触媒装置、及びマフラー等の部位に使用可能な耐酸化性及び冷間加工性に優れた排気系部品用チタン合金材であって、質量％で、Ｃｕ：０．５〜１．５％、Ｓｎ：０．５〜１．５％、Ｓｉ：０．１〜０．６％、及び、Ｏ：０．１％以下を含有し、ＣｕとＳｎの含有量の合計が、１．４〜２．７％であり、残部がＴｉ及び不可避的不純物からなることを特徴とする。耐酸化性及び冷間加工性に優れた排気系部品用チタン合金材。【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃｕ：０．５〜１．５％、
Ｓｎ：０．５〜１．５％、
Ｓｉ：０．１％超、０．６％以下、及び、
Ｏ  ：０．１％以下
を含有し、
ＣｕとＳｎの含有量の合計が、１．４〜２．７％
であり、残部がＴｉ及び不可避的不純物からなることを特徴とする耐酸化性に優れた排気系部品用耐熱チタン合金材。
【請求項２】
さらに、質量％で、Ｎｂを０．１〜１．０％含有することを特徴とする請求項１に記載の耐酸化性に優れた排気系部品用耐熱チタン合金材。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のチタン合金材に熱間圧延を施し、次いで、
冷間圧延を施し、その後、
７５０〜８３０℃で焼鈍を施す
ことを特徴とする耐酸化性に優れた排気系部品用耐熱チタン合金板の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のチタン合金材に熱間圧延を施し、次いで、
７５０〜８３０℃で焼鈍を施し、続いて、
冷間圧延を施し、その後、
６５０〜７５０℃で焼鈍を施す
ことを特徴とする耐酸化性優れた排気系部品用耐熱チタン合金板の製造方法。
【請求項５】
エキゾーストマニホールド、エキゾーストパイプ、触媒装置、及びマフラーを備える排気装置において、
エキゾーストマニホールド、エキゾーストパイプ、触媒装置、及びマフラーのうち１つ又は２つ以上に請求項１又は２に記載の耐酸化性に優れた排気系部品用耐熱チタン合金材を用いたことを特徴とする排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、四輪車、二輪車等自動車用の排気装置として使用されるチタン材料に関するものであり、メインマフラー部はもとより、一時的に８００℃付近の高温に曝され、特に耐熱性、耐酸化性が要求されるエキゾーストマニホールド、エキゾーストパイプ、触媒装置、及びマフラー等の部位に使用可能な軽量かつ耐食性、加工性、耐熱性、及び耐酸化性に優れたチタン合金材、並びに、本チタン合金材を用いた排気装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
チタン材料は、軽量であり、高強度で耐食性も良好であるので、自動車の排気装置にも使用されている。自動車やバイクのエンジンから排出される燃焼ガスは、エキゾーストマニホールドによりまとめられ、エキゾーストパイプを介して車両後方の排気口から排出される。
エキゾーストパイプは、途中に触媒を搭載又は塗布した触媒装置や、マフラー（消音器）を入れるため、いくつかに分割されて構成される。本明細書では、エキゾーストマニホールドからエキゾーストパイプ、排気口までの全体を通して、「排気装置」と称する。
こうした排気装置の素材には、従来のステンレス素材に代わり、車輌軽量化の観点から、二輪車を中心として、ＪＩＳ２種の工業用純チタン材が使われている。さらに、最近では、ＪＩＳ２種の工業用純チタン材に代わって、より耐熱性が高いチタン合金が使用されている。また、近年、排気ガスの有害成分除去のため、高温で使用する触媒を搭載したマフラーも使用されている。
排気ガスの温度は、７００℃を超え、一時的には８００℃にまで達することがある。そのため、排気装置に用いられる素材は、８００℃前後の温度における強度、耐酸化性、さらに６００〜７００℃におけるクリープ速度等の高温耐熱性の指標が重要視される。
高温強度の点では、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ合金やＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金が優れている。
特許文献１では、冷間加工性及び高温強度に優れたチタン合金が提案されている。
特許文献２では、耐酸化性及び耐食性に優れたチタン合金が提案されている。
特許文献３では、冷間加工性に優れる耐熱チタン合金板及びその製造方法が提案されている。
特許文献４では、表面に保護膜を被覆したチタン合金が提案されている。
特許文献５では、７００℃における高温強度、及び８００℃における耐酸化性に優れるチタン合金が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２３４２６６号公報
【特許文献２】特開２００５−２９０５４８号公報
【特許文献３】特開２００５−２９８９７０号公報
【特許文献４】特開２００７−１００１７１号公報
【特許文献５】特開２００９−６８０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ合金は、室温における強度が高すぎ、成形加工性に乏しい。また、７００℃付近の温度における酸化増量が大きい。さらに、冷間圧延は可能であるが、耳割れを生じやすく、冷間圧延の途中で中間焼鈍を何度も入れる必要があり、加工コストがかかる。
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金は、冷間加工が困難で薄板にすることができないので、排気装置用素材として不適当である。
特許文献１に記載の０．５〜２．３質量％のＡｌを含むチタン合金は、７００℃付近の酸化増量が大きく、また、スケール剥離が顕著である。そのため、スケール剥離後の表面が再度酸化され、そのスケールが剥離することが繰り返される。その結果、不均一でかつ、顕著な減肉を引き起こすので、高温となる部位での使用は難しい。
特許文献２には、質量％で、Ａｌ：０．３０〜１．５０％、Ｓｉ：０．１０〜１．０％、及びＮｂ：０．１〜０．５％含有するチタン合金が開示されている。このチタン合金は、冷間加工性、特に、肉厚が減じる方向で加工が起こる張り出し成形性が悪い。
特許文献３には、質量％で、Ｃｕ：０．３〜１．８％、Ｏ：０．１８％以下、Ｆｅ：０．３０％以下、必要に応じて、さらに、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｃｒの１種又は２種以上を、合計で０．３〜１．５％含有し、残部がＴｉ及び０．３％未満の不純物元素からなるチタン合金が開示されている。このチタン合金は、８００℃における耐酸化性が十分ではない。
特許文献４では、質量％で、Ｓｉ：１５〜５５％、Ｃ：１０〜４５％、及びＡｌ：２０〜６０％を含有する保護膜が被覆するＴｉ−Ｃｕ合金、並びにＴｉ−Ｃｕ−Ｎｂ合金板が提案されている。チタン合金板に保護膜を塗布する場合、塗布後に加工すると保護膜が剥がれるという問題がある。また、加工後に保護膜を塗布すると、均一な厚さに塗布できず耐酸化性が不十分となる箇所ができるという問題がある。
特許文献５では、質量％で、Ｃｕ：０．５〜１．８％、Ｓｉ：０．１〜０．６％、Ｏ：０．１％以下を含有し、必要に応じ、Ｎｂ：０．１〜１．０％を含有し、残部がＴｉ及び不可避的不純物からなることを特徴とする合金が提案されている。この合金は、８００℃における耐熱強度が十分ではない。
上記の事情に鑑み、本発明は、一時的に８００℃以上の高温に曝されることがあるエキゾーストマニホールド、エキゾーストパイプ、触媒装置、及びマフラー等の部位に使用可能な、高温強度及び耐酸化性に優れた排気系部品用耐熱チタン合金材、及びその合金材を用いた排気装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、高温での耐酸化性の向上に寄与するＳｉを含有するＴｉ−Ｃｕ−Ｓｉ三元系チタン合金を基本とし、高温強度を向上させるために、Ｃｕ量増大の効果を調査した。その結果、Ｃｕ量を増大させた場合、Ｔｉ２Ｃｕの析出が起こりやすくなるので冷間加工性が低下し、これを回避するには、高温での熱処理が必要となることが判明した。
本発明者らが、さらに検討した結果、Ｃｕ量を抑えたままでも、Ｓｎを添加することにより、比較的低い熱処理温度でも、Ｔｉ２Ｃｕの析出が抑えられ、高温強度が向上することを見出した。これは、Ｓｎはチタンに対して十分な固溶量があり、また、チタンとの金属間化合物が析出しないことによるものと考えられる。
また、酸素の含有量を低く抑えることで、純チタン並みの冷間加工性を確保できることが分かった。
さらに、本発明者らは、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｓｎ−Ｓｉ合金にＮｂを添加することにより、８００℃を越える温度域での耐酸化性を著しく向上させることを見出した。
本発明は、上記の知見に基づきなされたものであり、その要旨は、以下のとおりである。
（１）質量％で、Ｃｕ：０．５〜１．５％、Ｓｎ：０．５〜１．５％、Ｓｉ：０．１％超、０．６％以下、及び、Ｏ：０．１％以下を含有し、ＣｕとＳｎの含有量の合計が、１．４〜２．７％であり、残部がＴｉ及び不可避的不純物からなることを特徴とする耐酸化性に優れた排気系部品用耐熱チタン合金材（以下「本発明（１）」という）。
（２）さらに、質量％で、Ｎｂを０．１〜１．０％含有することを特徴とする前記（１）の耐酸化性に優れた排気系部品用耐熱チタン合金材（以下「本発明（２）」という）。
（３）前記（１）又は（２）のチタン合金材に熱間圧延を施し、次いで、冷間圧延を施し、その後、７５０〜８３０℃で焼鈍を施すことを特徴とする耐酸化性に優れた排気系部品用耐熱チタン合金板の製造方法（以下「本発明（３）」という）。
（４）前記（１）又は（２）のチタン合金材に熱間圧延を施し、次いで、７５０〜８３０℃で焼鈍を施し、続いて、冷間圧延を施し、その後、６５０〜７５０℃で焼鈍を施すことを特徴とする耐酸化性に優れた排気系部品用耐熱チタン合金板の製造方法（以下「本発明（４）」という）。
（５）エキゾーストマニホールド、エキゾーストパイプ、触媒装置、及びマフラーを備える排気装置において、エキゾーストマニホールド、エキゾーストパイプ、触媒装置、及びマフラーのうち１つ又は２つ以上に、前記（１）又は（２）の耐酸化性に優れた排気系部品用耐熱チタン合金材を用いたことを特徴とする排気装置（以下「本発明（５）」という）。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、高温で十分な強度があり、耐酸化性に優れ、かつ冷間加工性の良好な排気系部品用耐熱チタン合金材、及び、その合金材を用いた排気装置を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、「％」は、「質量％」を表すものとする。
本発明における合金元素のひとつであるＣｕは、７９０℃の高温において、チタンに２．１％まで固溶する。Ｃｕが固溶したチタン合金は、冷却の過程でＴｉ２Ｃｕを析出する。その析出量は、Ｃｕの含有量と最終焼鈍温度で決まる。
同じ温度で焼鈍した場合、Ｃｕ量が多いほど析出量が多い。同じＣｕ量の場合、十分拡散が起こる温度においては、焼鈍温度の低い方が、析出量が多い。
高温強度は、Ｃｕの添加量を増大させると、向上する。しかし、Ｃｕ量が多くなると、Ｔｉ２Ｃｕの析出量が多くなり、固溶Ｃｕ量が減少するため、高温強度が低下する。また、Ｔｉ２Ｃｕの析出量が多いと、粒成長が抑制され細粒となるので、冷間加工性が低下する。
すなわち、冷間加工性を低下させることなく一定以上の高温強度を得るためには、Ｃｕ量を増やすかわりに、他の固溶強化元素の添加が必要である。本発明者らは、Ｃｕ量を抑えたままでＳｎを添加することにより、比較的低い熱処理温度でも、Ｔｉ２Ｃｕの析出を抑え、高温強度が向上することを見出し、Ｓｎを添加することとした。
さらに、室温延性を低下させる酸素の含有量を低く抑え、純チタン並みの冷間加工性を確保した。
６００℃を超える高温での耐高温酸化性は、ＳｉとＮｂの添加によって得られる。
Ｓｉは、高温に晒された際、表層にシリサイドを形成し、バリアー層を形成する。その結果、チタン内部への酸素の拡散が抑制されるので、優れた耐酸化性が得られる。
さらに、Ｎｂを添加することにより、特に８００℃を超える温度における耐酸化性が向上する。Ｎｂは、チタンの酸化膜中に固溶する。チタンが４価であるのに対し、Ｎｂは５価であるので、Ｎｂが固溶するとチタンの酸化膜中の酸素の空孔濃度が低下し、酸化膜中の酸素の拡散が抑制される。
チタンの酸化は、酸化膜中を酸素が拡散して表面のチタンと結びつくことにより起こる、いわゆる内方拡散と呼ばれる酸化形態をとる。そのため、酸素の拡散が抑制されれば酸化が抑制される。
Ｎｂの適量添加は、高温での強度上昇に効果があるものの、冷間加工性には影響を与えない。すなわち、Ｔｉ−Ｃｕ−Ｓｎ−Ｓｉ合金にＮｂを適量添加すると、冷間加工性にほとんど影響を与えず、高温強度が高く、耐酸化性に優れたチタン合金が得られる。
本発明のチタン合金は、特に８００℃付近における高温強度、冷間加工性、及び８００℃付近における耐酸化性に優れている。
本発明のチタン合金の高温強度は、ＪＩＳ２種の工業用チタンの８００℃における圧延方向の０．２％耐力の１．５倍以上、すなわち１８Ｎ／ｍｍ２以上であるので、排気系部品の高温への対応に資して、その優位性が明確となる。
８００℃における０．２％耐力が、１８Ｎ／ｍｍ２以上あれば、走行中の自動車のマフラー温度が一時的に８００℃まで上がり、自動車走行時の上下振動等によってマフラーに力が加わった場合でも、マフラーの変形が生じにくくなる。その結果、マフラーの設計に自由度が増す。
冷間加工性の指標には、室温における引張試験時の破断伸びが、一般に用いられる。排気系部品を製造する際に必要とされる冷間加工性は、室温における圧延方向の破断伸びが、純チタンＪＩＳ２種材と同等の２３％以上（ＪＩＳ  Ｈ４６００、Ｈ４６３５におけるＪＩＳ２種の伸び規定）である。
破断伸びがＪＩＳ２種と同等以上であれば、これまでＪＩＳ２種材を用いたユーザーの各種冷間加工の経験・ノウハウが、そのまま十分に活かせる。そのため、ユーザーは、本発明材についても、実際の工業生産ラインでの製造検討が容易にでき、その結果、稼働時間を少しでも確保したい操業中の工業生産ラインでも受け入れやすい。
耐酸化性の指標には、８００℃における２００時間の加熱での酸化増量を用いる。酸化増量が６５ｇ／ｍ２以下であれば、酸素の内方拡散律速による表面酸化層の成長が実質的に飽和して、表面酸化層の剥離がほとんど生じない厚さに保たれると考えられる。
次に、本発明のチタン合金材の成分組成の限定理由を説明する。
Ｃｕの添加量が０．５％よりも少ないと、チタン合金中に固溶するＣｕ量が少なくなるので、８００℃における０．２％耐力が１８Ｎ／ｍｍ２以上とならない。
Ｃｕの添加量が１．５％よりも多いと、Ｔｉ２Ｃｕの析出が多くなり、粒成長が抑制され細粒となるので、室温における圧延方向の伸びが２３％に満たない。また、Ｔｉ２Ｃｕの析出が粒界で優先的に生じて、Ｔｉ２Ｃｕが強度にほとんど寄与しない大きさ・形態となり、その結果、８００℃０．２％耐力が１８Ｎ／ｍｍ２に達しない。
Ｓｎの添加量が０．５％よりも少ないと、チタン合金中に固溶するＳｎ量が少なくなるので、８００℃における０．２％耐力が１８Ｎ／ｍｍ２以上とならない。
Ｓｎの添加量が１．５％よりも多いと、チタンの双晶変形が抑制され、冷間加工性が劣化し、室温における圧延方向の伸びが２３％に満たない。
ＣｕとＳｎの含有量の合計が１．４％に満たないと、チタン合金中に固溶するＣｕ及びＳｎの量が少なくなるので、８００℃における０．２％耐力が１８Ｎ／ｍｍ２以上とならない。
ＣｕとＳｎの含有量の合計が２．７％を超えると、冷間加工性が劣化し、圧延方向の伸びが２３％に満たない。
Ｓｉの添加量が０．１％以下であると、８００℃、２００時間連続酸化における酸化増量が６５ｇ／ｍ２以下とならならない。
Ｓｉの添加量が０．６％よりも多いと、酸化増量抑制効果が飽和し、さらに、チタンの双晶変形が抑制され、冷間加工性が劣化し、室温における圧延方向の伸びが２３％に満たない。
ＪＩＳ  Ｈ４６００によれば、チタン合金におけるＳｉ等の不純物レベルは、元素単独で０．１０％以下として規定されている。
以上より、Ｓｉの添加量は０．１％超、０．６％以下とする。より好ましいＳｉの添加量は、０．３〜０．６％である。
本発明（２）のチタン合金は、さらに、質量％で、Ｎｂを０．１〜１．０％含有する。ＮｂがＳｉと複合添加されると、耐高温酸化性が著しく向上する。耐酸化性の向上の効果を得るためには、Ｎｂを０．１％以上の添加する必要がある。Ｎｂを１．０％を超えて添加しても、耐酸化性向上の効果は飽和するので、添加量の上限は、１．０％とする。
本発明（３）及び（４）は、特に自動車の排気系で多用される薄板の製造方法に関するものである。
本発明（３）は、本発明（１）又は（２）のチタン合金材に熱間圧延を施し、次に、冷間圧延を施し、その後、最終焼鈍を施すチタン合金板の製造方法において、最終焼鈍を７５０〜８３０℃で施すことを特徴とする好ましい製造方法である。これは、冷間加工性及び高温強度の向上の観点から、固溶Ｃｕ量をできるだけ増やすことを狙った条件である。
この温度範囲外で焼鈍等の熱処理を行っても、本発明（１）又は（２）のチタン合金材から製造したチタン合金板は、良好な耐酸化性及び冷間加工性を有する。しかし、この温度範囲で焼鈍を施すことにより、冷間加工性がさらに向上する。
７５０〜８３０℃は、Ｔｉ２Ｃｕの生成量が少なく、α相中への固溶Ｃｕ量が大きくなる温度である。よって、この温度域で焼鈍することにより、特に高温強度を高めることができる。
なお、焼鈍後の冷却中にＴｉ２Ｃｕが生成すると、それによる析出強化等で、焼鈍による延性の向上効果が損なわれてしまうようにも思われる。しかし、Ｔｉ２Ｃｕの析出速度は極めて遅く、空冷や炉冷程度の冷却速度では、焼鈍効果が損なわれてしまうほどのＴｉ２Ｃｕが生成することはない。
また、本発明（４）は、本発明（１）又は（２）のチタン合金材に熱間圧延を施し、次に、熱延板焼鈍を施し、続いて、冷間圧延を施し、その後、最終焼鈍の工程を経るチタン合金板の製造方法である。
いったんチタン合金に７５０〜８３０℃で焼鈍を施しておけば、その後冷間加工し、７５０℃以下で再度焼鈍を施しても、Ｔｉ２Ｃｕの析出が遅いので、実際的な熱処理時間内ではＴｉ２Ｃｕはほとんど生成しない。その結果、α相中に多量に固溶したＣｕを維持することができる。すなわち、最終の冷間圧延前の焼鈍（熱延板焼鈍）を７５０〜８３０℃で施しておけば、冷間圧延後の最終焼鈍を７５０℃以下で施しても、α相中に多量に固溶したＣｕを維持することができる。
本発明（４）はこの製造方法を適用したものである。冷間圧延後の最終焼鈍温度は、十分に歪が除去されて軟化し、かつ、結晶粒径が細か過ぎず、かつ粗大にならないように、６５０〜７５０℃とする。
本発明（５）は、本発明（１）又は（２）のチタン合金材を用いた排気装置である。本発明のチタン合金材は、ＪＩＳ２種の工業用チタンに準じた加工性、溶接性を有しているので、ＪＩＳ２種の工業用チタンに準じた方法により、溶解、圧延、成形が可能である。そして、冷延焼鈍された薄板を管状に湾曲してＴＩＧ溶接し、各パーツを溶接することにより、排気装置とすることができる。
なお、触媒装置の機能とマフラーの機能をともに有する、触媒を備えたマフラーを用いた排気装置であっても、エキゾーストマニホールド、エキゾーストパイプ、及び、触媒を備えたマフラーのうち１つ又は２つ以上が本発明（１）又は（２）のチタン合金で構成された排気装置であれば、本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。
【実施例１】
【０００８】
以下、実施例を挙げて本発明の構成と作用効果をより具体的に説明する。
真空アーク溶解（以下「ＶＡＲ」という）で、表１に示す組成のチタン材を溶解し、これを熱間鍛造によりスラブとし、８６０℃に加熱した後、熱間連続圧延ミルで板厚３．５ｍｍの熱間圧延ストリップとした。この熱延ストリップの酸化スケールをショットブラスト及び酸洗により除去し、続いて、１ｍｍ厚の冷延ストリップとし、その後、７７０℃×５時間、炉冷の真空焼鈍（最終焼鈍）を施して、チタン合金板を得た。
得られたチタン合金板から、ＪＩＳ１３号Ｂの試験片を切出し、室温で引張試験を行った。また、８００℃で、ＪＩＳＧ０５６７に準拠した高温引張試験を行った。高温の酸化試験では、２０ｍｍ×２０ｍｍの試験片を表面と端部を＃４００のサンドペーパーで研磨した後、８００℃の各温度に大気中に２００時間暴露し、試験前後の質量の変化を測定し、単位断面積あたりの酸化増量を求めた。
測定結果を表１に示す。
【表１】
2011081077.tif 000002
Ｎｏ．１〜４は、本発明（１）の実施例である。いずれも８００℃における圧延方向の０．２％耐力は、ＪＩＳ２種の工業用チタンの１．５倍、すなわち１８Ｎ／ｍｍ２以上であり、室温における圧延方向の伸びは２３％以上であった。８００℃における２００時間の加熱での酸化増量は、６５ｇ／ｍ２以下であった。以上より、十分な冷間加工性と高温における十分な耐力、かつ高温における優れた耐酸化性を有することが確認できた。
Ｎｂ添加したＮｏ．５〜８は、本発明（２）の実施例である。室温の０．２％耐力や伸び、８００℃における耐力はＮｏ．１〜４と同等であった。８００℃２００時間加熱後の酸化増量は、Ｎｏ．１〜４と比べ減少しており、耐酸化性が向上していることが確認できた。
一方、Ｓｎ量の少ないＮｏ．９、Ｃｕ量の少ないＮｏ．１０、及びＣｕ＋Ｓｎ量の少ないＮｏ．１１は、８００℃０．２％耐力が１８Ｎ／ｍｍ２に及ばなかった。
Ｓｉ及びＮｂが添加されていないＮｏ．１２は、８００℃における酸化増量が著しく高く、耐酸化特性に劣る結果となった。
Ｓｉ含有量が本発明の上限を超えるＮｏ．１３、及び、Ｃｕ量が本発明の上限を超えるＮｏ．１４は、室温における伸びが、目標値とする２３％に満たなかった。
酸素含有量が本発明の上限を超えるＮｏ．１５及び、Ｃｕ＋Ｓｎ量が本発明の上限を超えるＮｏ．１６も、室温における伸びが目標値とする２３％を下回った。
Ａｌを３質量％、Ｖを２．５質量％含むＮｏ．１７は、８００℃における０．２％耐力が高く、高温強度の観点で優れているが、室温における延性が不十分であった。また、８００℃における酸化増量も、６５ｇ／ｍ２を超え、十分な耐酸化性を有していなかった。
【実施例２】
【０００９】
ＶＡＲで、表２に示す組成のチタン材を溶解し、これを熱間鍛造によりスラブとし、８６０℃に加熱した後、熱間連続圧延ミルで板厚３．５ｍｍの熱間圧延ストリップとした。この熱間圧延ストリップに、８００℃×２分、空冷の連続焼鈍（熱延板焼鈍）を施し、さらに酸化スケールをショットブラスト及び酸洗により除去し、続いて、１ｍｍ厚の冷延ストリップとし、その後、７３０℃×４時間、炉冷の真空焼鈍（最終焼鈍）を施して、チタン合金板を得た。
得られたチタン合金板からＪＩＳ１３号Ｂの試験片を切出し、室温で引張試験を行った。また、８００℃においてＪＩＳＧ０５６７に準拠した高温引張試験を行った。高温の酸化試験では、２０ｍｍ×２０ｍｍの試験片を表面と端部を＃４００のサンドペーパーで研磨した後、８００℃の各温度に大気中に２００時間暴露し、試験前後の質量の変化を測定し、単位断面積あたりの酸化増量を求めた。
測定結果を表２に示す。
【表２】
2011081077.tif 000003
Ｎｏ．１８〜２１は、本発明（１）、Ｎｏ．２２〜２５は、本発明（２）の実施例である。いずれも７００℃における圧延方向の０．２％耐力は、ＪＩＳ２種の工業用チタンの１．５倍、すなわち１８Ｎ／ｍｍ２以上であり、室温における圧延方向の伸びは２３％以上であった。８００℃、２００時間の加熱での酸化増量は６０ｇ／ｍ２以下であった。以上より、室温における十分な加工性と高温における十分な耐力、かつ高温における優れた耐酸化性を有していることが確認できた。
Ｎｂを添加したＮｏ．２２〜２５は、室温の伸び、７００℃における耐力はＮｏ．１８〜２１と同等であった。８００℃２００時間加熱後の酸化増量は、Ｎｏ．１８〜２１と比べ減少し、耐酸化性が向上していることが確認できた。
【実施例３】
【００１０】
表１の試験番号１、及び６の素材を製造する際の中間製品である厚さ３．５ｍｍの熱間圧延ストリップから平板を採取し、各々表３に示した条件で熱延板焼鈍を施し、さらに酸化スケールをショットブラスト及び酸洗により除去し、続いて、１ｍｍ厚の冷延板とし、その後、表３に記した条件で冷延板焼鈍（最終焼鈍）を施し、チタン合金板を得た。
得られたチタン合金板からＪＩＳ１３号Ｂの試験片を切出し、室温で引張試験を行った。また、８００℃においてＪＩＳＧ０５６７に準拠の高温引張試験を行った。高温の酸化試験では、２０ｍｍ×２０ｍｍの試験片を表面と端部を＃４００のサンドペーパーで研磨した後、８００℃の各温度に大気中に２００時間暴露し、試験前後の質量の変化を測定し、単位断面積あたりの酸化増量を求めた。
測定結果を表３に示す。
【表３】
2011081077.tif 000004
Ｎｏ．２６〜２９は、本発明（４）の熱延板焼鈍及び最終焼鈍を施したものである。
Ｎｏ．３０〜３２は、熱延板焼鈍と最終焼鈍のいずれかの条件が、本発明（４）で規定する範囲から外れている。Ｎｏ．３０〜３２は、本発明のチタン合金が目標とする品質を十分に具備している。
Ｎｏ．２６〜２９は、本発明（４）に示す温度での熱延板焼鈍により、α相中に多量に固溶したＣｕ、Ｓｎが維持され、Ｎｏ．２６〜２９のいずれの場合も、Ｎｏ．３０〜３２における同じ成分組成（試料Ｎｏ．１又は６）同士で比較すると、８００℃における高温強度が向上したことが確認できた。
【実施例４】
【００１１】
表１のＮｏ．６に示す成分組成のチタン合金をＶＡＲで溶製し、熱間鍛造スラブとし、８６０℃に加熱した後、熱間連続圧延ミルで、厚さ４ｍｍの熱延ストリップとした。この熱延ストリップを、７８０℃×５分、空冷の連続焼鈍（熱延板焼鈍）し、さらに酸化スケールをショットブラスト及び酸洗により除去し、厚さ１ｍｍまで冷間圧延し、６９０℃、８時間の熱処理を施し、チタン合金板を得た。
得られたチタン合金板を幅１２０ｍｍで切り出し、外径３８ｍｍの溶接管を製造した。湾曲加工後、ＴＩＧ溶接で溶接管を製造した。溶接管の製造工程は、ＪＩＳ２種の工業用チタンに準じた薄板を用いて製造する場合と同様とした。
溶接管端部に６０°の円錐形コーンを押し込み、初期直径の１．３倍まで押し広げたところ、溶接部に割れは生じず、良好な押し広げ特性を有していた。また、本溶接管を半径９０ｍｍで９０°曲げ加工したしたところ、割れやしわなどは生じなかった。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
本発明のチタン合金材は、高温強度が高く、かつ耐酸化性に優れ、室温における延性も良好で、溶接管の製造が従来の純チタン材並に容易である。したがって、四輪車や二輪車等自動車のメインマフラー部はもとより、エキゾーストマニホールド、エキゾーストパイプ、触媒装置、及びマフラー等の排気装置用部材に利用することが可能である。その結果、四輪車や二輪車等自動車の軽量化が進むので、産業上の貢献は極めて顕著である。
【国際調査報告】
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