(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ：０．０２０〜１．０００質量％、Ｏ：０．０２０〜０．４００質量％、Ａｌ：１．０００質量％以下を含有し、残部がチタンおよび不可避的不純物からなり、ＨＣＰ構造であるα相の結晶粒組織を含むチタン板であって、
前記α相の結晶粒における円相当直径が、平均値で２０〜１００μｍ、最大値で３００μｍ以下であり、
板表面に平行な方向のうち、０．２％耐力が最小の方向を最小耐力方向とし、前記最小耐力方向と直交する方向を直交耐力方向とした場合、前記最小耐力方向の０．２％耐力をＹＳＲとし、前記直交耐力方向の０．２％耐力をＹＳＴとしたときの比であるＹＳＴ／ＹＳＲが１．１７以下であり、
板厚が１．０ｍｍ以下であり、
前記α相の結晶粒における円相当直径の標準偏差が１０〜４０であることを特徴とするチタン板。
【請求項２】
前記チタン板は、Ｎ：０．０５０質量％以下、Ｃ：０．１００質量％以下のいずれか１種以上を、さらに含有することを特徴とする請求項１に記載のチタン板。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のチタン板を用いた熱交換器用プレートであって、板厚ｔ（ｍｍ）としたときに、ピッチが４ｔ〜４０ｔ、深さが５ｔ〜１５ｔである溝を、１本または２本以上有することを特徴とする熱交換器用プレート。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のチタン板を用いた燃料電池用セパレータであって、板厚ｔ（ｍｍ）としたときに、ピッチが４ｔ〜４０ｔ、深さが５ｔ〜１５ｔである溝を、１本または２本以上有することを特徴する燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
Ｆｅ：０．０２０〜１．０００質量％、Ｏ：０．０２０〜０．４００質量％を含有し、残部がチタンおよび不可避的不純物からなり、ＨＣＰ構造であるα相の結晶粒組織を含み、前記α相の結晶粒における円相当直径が、平均値で２０〜１００μｍ、最大値で３００μｍ以下であり、板表面に平行な方向のうち、０．２％耐力が最小の方向を最小耐力方向とし、前記最小耐力方向と直交する方向を直交耐力方向とした場合、前記最小耐力方向の０．２％耐力をＹＳＲとし、前記直交耐力方向の０．２％耐力をＹＳＴとしたときの比であるＹＳＴ／ＹＳＲが１．１７以下であり、板厚が１．０ｍｍ以下であり、前記α相の結晶粒における円相当直径の標準偏差が１０〜４０であるチタン板の製造方法であって、
熱延板を、圧下率が２０〜８７％の条件で冷間圧延して冷延板とする工程と、
前記冷延板を、β変態点（Ｔβ）以上９５０℃未満の温度で、０〜１８０秒間保持する条件下で焼鈍する工程と、を含むことを特徴とするチタン板の製造方法。
【請求項６】
前記チタン板は、Ｎ：０．０５０質量％以下、Ｃ：０．１００質量％以下、Ａｌ：１．０００質量％以下のいずれか１種以上を、さらに含有することを特徴とする請求項５に記載のチタン板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業用純チタンからなるチタン板、このチタン板を用いた熱交換器用プレートおよび燃料電池用セパレータ、このチタン板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、チタン板は、比強度および耐食性に優れているので、化学、電力、食品製造プラント等の熱交換器用部材や、カメラボディ、厨房機器等の民生品、さらには、オートバイ、自動車等の輸送機器部材、家電機器等の外装材に使用されている。チタン板は、前記用途の中でも、近年適用が進みつつあるプレート式熱交換器に使用される場合、高い熱交換効率が要求されるため、表面積を増やすべくプレス成形によって波状に加工されて適用されている。そのため、熱交換器用のチタン板は、深い波目を付けるために優れた成形性が必要とされている。さらに、熱交換器用のチタン板は、熱交換器として必要とされる耐久性の向上や軽量化を実現するために、一定以上の強度が要求される。
【０００３】
前記の各種用途に多用されるチタン板は、ＪＩＳ  Ｈ４６００の規格で規定され、Ｆｅ，Ｏ等の不純物濃度や強度等によってＪＩＳ１種、２種、３種等の等級があり、等級が増す程、強度が高くなり、用途に応じてそれらの使い分けがなされている。従来は、高い成形性が求められる部材には、強度で劣るものの延性が高いことから、ＦｅやＯの濃度が低いＪＩＳ１種の純チタン板（耐力１６５ＭＰａ以上）が用いられていた。しかし、近年は、熱交換器効率の向上に加えて、高強度化・軽量化の要求もますます増大している。この要求に応えるチタン板として、例えばＪＩＳ２種の純チタン板（耐力２１５ＭＰａ以上）が挙げられるが、このような純チタン板の強度レベルになると成形性が劣るため、熱交換器への適用が困難である。また、一般にチタン材料は、Ｆｅ，Ｏ等の不純物濃度増や、結晶粒微細化によって高強度化が図られるが、これらの方法では成形性が大きく低下する。
【０００４】
そこで、チタン板の成形性向上に関して、次が提案されている。
例えば、特許文献１には、純チタン熱延板の製造方法において、熱間圧延の最終圧延方向を分塊圧延の圧延方向と直角となるように圧延して、耐力の異方性の少ない純チタン板を得るための製造方法が考案されている。
【０００５】
特許文献２には、Ｔｉ−Ｆｅ−Ｏ−Ｎ系高強度チタン合金板の製造方法において、クロス圧延ほど複雑ではなく、一度だけ圧延方向に対して垂直方向に圧延することで面内異方性を低減させる方法が考案されている。
【０００６】
特許文献３には、高耐力でプレス成形性に優れたチタン板が提案されている。このチタン板では、α相の結晶粒の結晶粒径を大きくしてプレス成形時の変形双晶の頻度を増加させている。さらに、最終焼鈍後に圧下率０．７〜５．０％のスキンパス圧延を施して、集合組織（Ｃ軸のずれ角度）を調整して規定の蓄積ひずみ量としている。これらにより、耐力を保持したチタン板としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３-１３０７５３号公報
【特許文献２】特許第３４８１４２８号公報
【特許文献３】特許第５３８５０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の技術においては、以下の問題点がある。
特許文献１の技術は、圧延方向に対して垂直方向にも圧延を施すクロス圧延であり、一般的に圧延ロール幅よりも長い板にクロス圧延を施すことができない。そのため、特許文献１の技術は、圧延加工できる板形状に大きな制約を伴う。更に、六方晶のＣ軸は板面法線近傍に配向するため、強度異方性は低減するものの、局部変形能に劣り、曲げや張出成形には適さないと考えられる。
【０００９】
特許文献２の技術は、特許文献１の技術よりも制約は小さいと考えられるが、いずれにしても圧延加工できる板形状に大きな制約を伴う。更に、六方晶のＣ軸は板面法線近傍に配向するため、強度異方性は低減するものの、局部変形能に劣り、曲げや張出成形には適さないと考えられる。
【００１０】
特許文献３の技術は、スキンパス圧延を施すために工程数が多くなるので、生産性において改善の余地がある。また、強度と成形性の両立においては、更なる改善の余地がある。
【００１１】
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、高い強度と、熱交換器および燃料電池に適用可能な高い成形性とを兼ね備えたチタン板、これを用いた熱交換器用プレートおよび燃料電池用セパレータ、このチタン板の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、圧延方向と圧延幅方向とにおける各強度の差（すなわち、強度異方性）を低減させるとともに、結晶粒径を適正な範囲に制御することにより、強度と成形性のバランスを向上できることを見出した。
具体的には以下のとおりである。
【００１３】
本発明に係るチタン板は、Ｆｅ：０．０２０〜１．０００質量％、Ｏ：０．０２０〜０．４００質量％、Ａｌ：１．０００質量％以下を含有し、残部がチタンおよび不可避的不純物からなり、ＨＣＰ構造であるα相の結晶粒組織を含むチタン板であって、前記α相の結晶粒における円相当直径が、平均値で２０〜１００μｍ、最大値で３００μｍ以下であり、板表面に平行な方向のうち、０．２％耐力が最小の方向を最小耐力方向とし、前記最小耐力方向と直交する方向を直交耐力方向とした場合、前記最小耐力方向の０．２％耐力をＹＳＲとし、前記直交耐力方向の０．２％耐力をＹＳＴとしたときの比であるＹＳＴ／ＹＳＲが１．１７以下であり、板厚が１．０ｍｍ以下であり、前記α相の結晶粒における円相当直径の標準偏差が１０〜４０であることを特徴とする。
【００１４】
前記構成によれば、本発明のチタン板は、所定量のＦｅおよびＯを含有することによって、強度が高くなると共に、成形性が向上する。また、チタン板は、α相の結晶粒における円相当直径を規定するとともに、最小耐力方向と直交耐力方向との０．２％耐力の比を規定することで、成形性が向上する。また、チタン板は、板厚を規定することで、熱交換器用プレートや燃料電池用セパレータを作製する際に、溝形状を設ける成形を施すのに適したものとなる。
また、前記構成によれば、Ａｌ：１．０００質量％以下を含有することによって、チタン板の強度をより向上させることが可能となる。さらにＡｌの添加により耐熱性を向上させることが可能となる。
また、前記構成によれば、α相の結晶粒における円相当直径の標準偏差を規定することで、強度異方性がより低減する。
【００１６】
また、本発明のチタン板は、Ｎ：０．０５０質量％以下、Ｃ：０．１００質量％以下のいずれか１種以上を、さらに含有することが好ましい。
前記構成によれば、チタン板の強度をより向上させることが可能となる。
【００１７】
本発明の熱交換器用プレートは、前記記載のチタン板を用いた熱交換器用プレートであって、板厚ｔ（ｍｍ）としたときに、ピッチが４ｔ〜４０ｔ、深さが５ｔ〜１５ｔである溝を、１本または２本以上有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の燃料電池用セパレータは、前記記載のチタン板を用いた燃料電池用セパレータであって、板厚ｔ（ｍｍ）としたときに、ピッチが４ｔ〜４０ｔ、深さが５ｔ〜１５ｔである溝を、１本または２本以上有することを特徴する。
【００１９】
本発明の熱交換器用プレート並びに燃料電池用セパレータは、伝熱効率に優れる、もしくは、軽量化されたものとなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るチタン板によれば、高い強度を有しつつ、熱交換器用プレートや燃料電池用セパレータにプレス加工可能な高成形性を備えることができる。
本発明に係る熱交換器用プレート並びに燃料電池用セパレータは、伝熱効率もしくは軽量化効果に優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のチタン板における、最小耐力方向と直交耐力方向を説明するための斜視図である。
【図２】チタン板の製造方法を示す工程フロー図である。
【図３】実施例において、成形性の評価を行うための成形金型の形状を示す模式的な平面図である。
【図４】図３のＥ−Ｅ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
〔チタン板〕
【００２３】
本発明に係るチタン板は、所定量のＦｅ、Ｏを含有し、残部がチタンおよび不可避的不純物からなり、ＨＣＰ構造（すなわち、六方最密充填構造）であるα相の結晶粒組織を含むチタン板である。
そして、チタン板は、前記α相の結晶粒における円相当直径を規定したものである。また、チタン板は、図１に示すように、板表面（すなわち、チタン板１の表面）に平行な方向のうち、０．２％耐力が最小の方向を最小耐力方向２とし、前記最小耐力方向２と直交する方向を直交耐力方向３とした場合、前記最小耐力方向２の０．２％耐力をＹＳＲとし、前記直交耐力方向３の０．２％耐力をＹＳＴとしたときの比であるＹＳＴ／ＹＳＲを規定したものである。なお、一般的に、最小耐力方向２は圧延方向と一致することが多い。さらに、チタン板は、板厚を規定したものである。
以下、各構成について説明する。
【００２４】
（Ｆｅ：０．０２０〜１．０００質量％）
チタン板は、Ｆｅの含有量が少ないと強度が低下する。また、Ｆｅの含有量が０．０２０質量％未満のチタン板を製造するためには高純度のスポンジチタンを原材料に適用することになり、コストが高くなる。したがって、Ｆｅ含有量は０．０２０質量％以上とする。
一方、Ｆｅを多く含有すると、インゴットの偏析が大きくなって生産性が低下する。そのため、Ｆｅ含有量は１．０００質量％以下とする。Ｆｅ含有量は、生産性をより向上させる観点から、好ましくは０．２５０質量％以下、より好ましくは０．１２０質量％以下である。
【００２５】
（Ｏ：０．０２０〜０．４００質量％）
チタン板は、Ｏの含有量が少ないと強度が低下する。また、Ｏの含有量が０．０２０質量％未満のチタン板を製造するためには高純度のスポンジチタンを原材料に適用することになり、コストが高くなる。したがって、Ｏ含有量は０．０２０質量％以上とする。Ｏ含有量は、強度および生産性をより向上させる観点から、好ましくは０．０３０質量％以上である。
一方、Ｏを多く含有すると、チタン板が脆くなって冷間圧延時の割れが生じ易くなり、生産性が低下し、また成形性が低下する。そのため、Ｏ含有量は０．４００質量％以下とする。Ｏ含有量は、生産性および成形性をより向上させる観点から、好ましくは０．２００質量％以下、より好ましくは０．１３０質量％以下、さらに好ましくは０．１００質量％以下である。
【００２６】
本発明に係るチタン板は、Ｆｅ，Ｏ、およびＴｉ（チタン）以外に、Ｈ，Ｎ，Ｃ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｎｉ等を不可避的不純物として含有してもよい。特に、Ｎ，Ｃ，Ａｌは、不可避的不純物としての含有量を超えて添加されてもよく、本発明に係るチタン板は、Ｎ：０．０５０質量％以下、Ｃ：０．１００質量％以下、Ａｌ：１．０００質量％以下のいずれか１種以上を、さらに含有することが好ましい。
【００２７】
（Ｎ：０．０５０質量％以下、Ｃ：０．１００質量％以下、Ａｌ：１．０００質量％以下）
Ｎ，Ｃ，Ａｌは、いずれも不可避的不純物としての含有量を超えて添加されるとチタン板の強度を向上させ、さらにＡｌは耐熱性を向上させる。これらの効果を得るために、Ｎ，Ｃ，Ａｌの含有量は、各０．００１質量％以上であることが好ましい。
一方、チタン板は、Ｎ，Ｃ，Ａｌを過剰に含有すると、冷間圧延時の割れが生じ易くなり、生産性が低下する。特にＣはチタン板を脆くするため、Ｃを含有する場合は、Ｃ含有量は０．１００質量％以下とする。Ｃ含有量は、前記不具合をより抑制する観点から、好ましくは０．０５０質量％以下である。また、Ｎを含有する場合は、Ｎ含有量は０．０５０質量％以下とする。Ｎを含有する場合は、前記不具合をより抑制する観点から、好ましくは０．０１４質量％以下である。また、Ａｌを含有する場合は、Ａｌ含有量は１．０００質量％以下とする。Ａｌ含有量は、前記不具合をより抑制する観点から、好ましくは０．４００質量％以下、より好ましくは０．２００質量％以下である。
【００２８】
（残部：チタンおよび不可避的不純物）
チタン板の成分は前記の通りであり、残部はチタンおよび不可避的不純物からなる。不可避的不純物は、チタン板の諸特性を害さない範囲で含有され、前記Ｈ，Ｎ，Ｃ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｎｉ等である。Ｎ，Ｃ，Ａｌの含有量については前記のとおりであるが、その他の元素については、Ｈ：０．００５質量％以下、その他の元素：各０．１質量％以下であれば、本発明の効果を阻害するものではなく許容される。
【００２９】
本発明に係るチタン板は、図１に示すように、チタン板１の表面に平行な方向のうち、０．２％耐力が最小の方向を最小耐力方向２、最小耐力方向２と直交する方向を直交耐力方向３とした場合、最小耐力方向２の０．２％耐力（ＹＳＲ）と、直交耐力方向３の０．２％耐力（ＹＳＴ）との比（ＹＳＴ／ＹＳＲ）が１．１７以下である。この数値は、多くの実験から経験的に得られたものである。
０．２％耐力の比が１．１７を超えると優れた成形性を得られない。したがって、０．２％耐力の比は１．１７以下と規定する。０．２％耐力の比は、成形性をより向上させる観点から、好ましくは１．１５以下、より好ましくは１．１０以下である。なお、０．２％耐力の比は、その原理から１．０が下限値であり、最も良好な特性を発現する。
板成形において、板厚方向の断面減少を伴う変形で破断に至るが、相対的に板厚が薄くなる程、板厚方向の変形量が減る。そのため、高成形性を達成するための耐力の比の制御が特に重要となる。本願発明のチタン板は、その後成形加工されることを想定しているが、板厚が厚いと曲げ変形性に劣り、細かなパターンで成形することは出来ない。よって、板厚上限を１．０ｍｍ以下とする。なお、一般的に、板厚が薄くなるほど、冷延圧下率が高くなるので、従来技術では、板厚が薄くなるほど、強度異方性を低減することが難しくなる。
０．２％耐力の比は、後記するように、チタン板の製造における最終冷間圧延率および最終焼鈍の保持温度により制御することができる。
【００３０】
（α相結晶粒の円相当直径：平均値２０〜１００μｍ、最大値３００μｍ以下）
本発明に係るチタン板は、α相結晶粒径が粗大化しすぎると、たとえ強度異方性を低減しても、成形性の劣化を引き起こす。特に板厚が薄くなるに従い、板厚方向に占める結晶粒の数が減り、劣化傾向が顕著になる。
したがって、α相結晶粒の円相当直径（すなわち、結晶粒の断面と同じ面積の円の直径）は、平均値で１００μｍ以下、最大値で３００μｍ以下とする。α相結晶粒の円相当直径は、成形性をより向上させる観点から、好ましくは平均値で６０μｍ以下である。また、α相結晶粒の円相当直径は、成形性をより向上させる観点から、好ましくは最大値で２５０μｍ以下、より好ましくは最大値で２００μｍ以下である。
なお、強度異方性を低減させつつ、α相結晶粒の円相当直径を２０μｍ未満とするのは困難であるため、α相結晶粒の円相当直径は、平均値で２０μｍ以上とする。好ましくは平均値で２５μｍ以上である。
【００３１】
また、α相結晶粒の円相当直径は、標準偏差が１０〜４０であることが好ましい。
（α相結晶粒の円相当直径の標準偏差：１０〜４０）
標準偏差が強度成形性に影響を及ぼすメカニズムについては必ずしも明確では無いが、サイズの異なるα相結晶粒が混在する場合に、強度異方性をより低減させることができる。
円相当直径の標準偏差が１０以上であればその効果が得られる。したがって、円相当直径の標準偏差は１０以上とすることが好ましい。前記効果をより向上させる観点から、より好ましくは１５以上、さらに好ましくは２０以上である。一方、円相当直径の標準偏差が４０以下であれば、粗大なα相結晶粒が形成されにくく成形性が向上する。円相当直径の標準偏差は、成形性をより向上させる観点から、より好ましくは３５以下である。
【００３２】
前記のα相の結晶粒径は、後記するように、チタン板の製造における最終焼鈍の保持温度および保持時間により制御することができる。また、前記のα相の結晶粒径は、チタン板における任意の断面におけるものであり、板材であることから、チタン板の圧延面に平行な面を観察することにより測定することができる。具体的には、チタン板の表面（板面）を研磨して観察面とし、この面に走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で電子線を走査しながら電子後方散乱回折（Electron Backscatter Diffraction：ＥＢＳＤ）法にてＥＢＳＤパターンを測定、解析し、方位差１０°以上の境界を結晶粒界と認識して、この結晶粒界で囲まれた領域を結晶粒とする。
【００３３】
（板厚：１．０ｍｍ以下）
本発明に係るチタン板は、熱交換器用プレートや燃料電池用セパレータ等、溝形状を設ける成形を施すのに適するため板厚を１．０ｍｍ以下とする。チタン板は、板厚が１．０ｍｍを超えると、細かな溝形状を成形により設ける場合、シワが発生しやすくなるため、所望の精緻な溝形状が得られない。また、成形時の変形抵抗が高くなって好ましくない上、コストが増大する。したがって、チタン板の板厚は、１．０ｍｍ以下とする。板厚は、成形性やコストなどの観点から、好ましくは０．７ｍｍ以下である。一方、チタン板の板厚は、熱交換器用プレート並びに燃料電池用セパレータとして実用的な強度を得やすくするため、０．０５ｍｍ以上とすることが好ましい。板厚は、強度をより向上させる観点から、より好ましくは０．０７ｍｍ以上である。
【００３４】
本発明のチタン板を用いて、伝熱効率または軽量化効果に優れた熱交換器用プレート並びに燃料電池用セパレータを形成することができる。
具体的には、チタン板の板厚ｔ（ｍｍ）としたときに、ピッチが４ｔ〜４０ｔ、深さが５ｔ〜１５ｔである溝を、１本または２本以上を設けることにより、従来よりも複雑形状に成形することができる（ピッチおよび深さは、例えば図４の成形金型のピッチおよび最大深さに対応する）。すなわち、溝を深くしたり、溝の幅を狭くしてピッチを狭くしたり、任意の模様を形成することなどが可能となる。そのことによって、成形されたチタン板の表面積を増大させることができ、熱媒体（液体、気体）の流れを均質化し、優れた伝熱効率を発現する熱交換器用プレート並びに燃料電池用セパレータを得ることができる。さらに、同様の伝熱効率であっても、高強度化に応じて薄肉化でき、軽量の熱交換器用プレート並びに燃料電池用セパレータを得ることができる。
【００３５】
〔チタン板の製造方法〕
前記チタン板は、例えば、以下のような製造方法で製造される。
図２に示すように、チタン板の製造方法は、ここでは、チタン材料製造工程Ｓ１と、熱間圧延工程Ｓ２と、焼鈍工程Ｓ３と、冷間圧延工程Ｓ４と、中間焼鈍工程Ｓ５と、冷間圧延工程Ｓ６と、最終焼鈍工程Ｓ７と、を含み、この順に行う。なお、焼鈍工程Ｓ３および中間焼鈍工程Ｓ５は行わなくてもよい。あるいは、焼鈍工程Ｓ３および中間焼鈍工程Ｓ５はいずれか一方のみ行ってもよい。ここでは、冷間圧延前の焼鈍を行い、かつ中間焼鈍を１回行う場合について図示している。また、後述するように、冷間圧延工程Ｓ６の後、さらに中間焼鈍工程および冷間圧延工程を複数回行ってもよい。
以下、各工程について説明する。
【００３６】
（チタン材料製造工程Ｓ１）
チタン材料製造工程Ｓ１は、熱間圧延工程Ｓ２の前に、Ｆｅ、Ｏを含有し、残部がチタンおよび不可避的不純物からなるチタン材料、または、Ｎ、Ｃ、Ａｌをさらに含有するチタン材料を製造する工程である。チタン板を製造する場合、まず、従来のチタン板を製造する場合と同様、鋳塊（すなわち、インゴット（工業用純チタンである））を製造し、この鋳塊を分塊鍛造または分塊圧延して、その後の工程に供するチタン材料を得る。鋳塊の製造、分塊鍛造または分塊圧延の方法は特に限定されず、従来公知の方法で行えばよい。例えば、まず、所定成分の原料を消耗電極式真空アーク溶解法（ＶＡＲ法）や電子ビーム溶解法（ＥＢ法）により溶解した後、鋳造してチタン鋳塊を得る。この鋳塊を所定の大きさのブロック形状に分塊鍛造（熱間鍛造である）してチタン材料とする。Ｆｅ等の成分については前記の通りである。
【００３７】
（熱間圧延工程Ｓ２）
熱間圧延工程Ｓ２は、チタン材料に対して熱間圧延を行う工程である。熱間圧延の方法は特に限定されず、従来公知の方法で行えばよい。例えば、７００〜１０５０℃に加熱して熱間圧延を行えばよい。
【００３８】
（焼鈍工程Ｓ３）
焼鈍工程Ｓ３は、前記工程で作製された熱延板に焼鈍を施す工程である。焼鈍の方法は特に限定されず、従来公知の方法で行えばよい。例えば、熱延板に６００〜８５０℃の保持温度（すなわち、焼鈍温度）で焼鈍を施すことが好ましい。
【００３９】
（冷間圧延工程Ｓ４、中間焼鈍工程Ｓ５、冷間圧延工程Ｓ６）
冷間圧延工程Ｓ４、Ｓ５は、焼鈍が施された熱延板に冷間圧延を施す工程である。冷間圧延の方法は特に限定されず、従来公知の方法で行えばよい。
冷間圧延による総圧下率（すなわち、熱間圧延板に対する加工率）は２０〜９８％とすることが好ましい。なお、冷間圧延の途中で、前記冷間圧延前と同様の焼鈍（すなわち、中間焼鈍）を行っても良い。また、中間焼鈍と冷間圧延を複数回行っても良い。すなわち、冷間圧延工程Ｓ４の次に中間焼鈍工程Ｓ５を行い、その後、冷間圧延工程Ｓ６（最終冷間圧延工程）を行ってもよい。また、中間焼鈍を複数回行う場合には、中間焼鈍工程Ｓ５、冷間圧延工程Ｓ６の後、さらに中間焼鈍と冷間圧延とをこの順にそれぞれ１回以上行う。
【００４０】
複数回から成る中間焼鈍と冷間圧延のうち、最終の中間焼鈍後における冷間圧延（すなわち、最終冷間圧延）は、圧下率（すなわち、最終冷間圧延率）を２０〜８７％とする。すなわち、最終焼鈍工程Ｓ７直前の冷間圧延工程の圧下率を２０〜８７％とする必要がある。圧下率が８７％を超えると、後述する最終焼鈍を施しても、所望の低い強度異方性を得られない。最終冷間圧延率は、低い強度異方性を得られやすくする観点から、７０％以下が好ましい。なお、中間焼鈍を実施しない場合は、熱間圧延後、あるいは焼鈍工程Ｓ３での焼鈍後に行う冷間圧延を最終冷間圧延とする（冷間圧延工程Ｓ４が最終冷間圧延工程となる）。
中間焼鈍は、前記焼鈍工程での焼鈍温度と同様に、６００〜８５０℃の保持温度（すなわち、焼鈍温度）で行うことが好ましい。
【００４１】
冷間圧延前の焼鈍および中間焼鈍は、大気、真空、Ａｒ等の不活性ガス、還元性ガスのいずれの雰囲気でもよく、また、バッチ炉、連続炉のいずれで行うこともできる。また、特に大気雰囲気で焼鈍（すなわち、大気焼鈍）した場合は、チタン板（すなわち、熱延板）表面にスケールが付着しているので、次工程（中間焼鈍であれば後続の冷間圧延）の前に、スケール除去工程として、例えばソルト熱処理、酸洗処理等を行うことが好ましい。
【００４２】
（最終焼鈍工程）
最終焼鈍工程Ｓ７は、最終冷間圧延の後、最終焼鈍を施す工程である。
本発明に係るチタン板は、最終焼鈍において、温度および時間を調整して、α相の結晶粒径および強度異方性を制御する。具体的には、焼鈍温度はβ変態点（Ｔβ）以上９５０℃未満とする。β変態点とは、チタン板（すなわち、冷延板）の全体（すなわち、１００％）がβ相となる最低温度であり、チタンの組成（すなわち、Ｆｅ含有量等）によって変化する。
【００４３】
先行の冷間圧延前の焼鈍および中間焼鈍においては、焼鈍温度は、前記した通り、例えば純チタン材の一般的な焼鈍条件、すなわち、再結晶が進行する６００℃以上、かつβ変態点未満の８５０℃以下である。このような条件により、β相の分率を増大させないことで、α相の結晶粒の成長が阻害されずに等軸粒状に成長する。これに対して最終焼鈍においては、β変態点以上、すなわちβ単相域に加熱することにより、冷延板の全体をβ相に変態させる。その後に冷却することで、β相からα相に変態させることで強度異方性を低減できる。なお、冷却速度は、好ましくは１０℃／秒以上である。ただし、β単相域において温度が高いほどβ相の結晶粒の成長が促進され、焼鈍温度が９５０℃以上になると粗大化し、これに伴い、その後に形成されるα相の結晶粒も粗大化する。
【００４４】
また、前記焼鈍温度での保持時間が長くなるにしたがい、β相の結晶粒が大きくなる。最終焼鈍の保持時間が１８０秒間を超えると、β相の結晶粒が粗大化する。したがって、最終焼鈍工程における焼鈍温度（保持温度）はβ変態点以上９５０℃未満とし、この温度範囲での保持時間は１８０秒以下とする。なお、保持時間は、０秒を含むものである。保持時間が０秒とは、冷延板を加熱してβ変態点に到達したら直ちに冷却することを意味する。
最終焼鈍は、大気、真空、不活性ガス、還元性ガスのいずれの雰囲気でもよい。なお、大気焼鈍した場合は、冷却後に、前記したようにスケール除去工程を行うことが好ましい。
【００４５】
本発明に係るチタン板は、冷間圧延並びに、最終焼鈍を所定の条件で行うことにより、α相の結晶粒組織を前記にて規定されたものとすることができる。
【００４６】
チタン板の製造方法は、以上説明したとおりであるが、チタン板の製造を行うにあたり、前記各工程に悪影響を与えない範囲において、前記各工程の間あるいは前後に、他の工程を含めてもよい。例えば、各焼鈍後にチタン板表面にスケールが付着している場合に、スケールを除去する工程を含めてもよい。スケールを除去する工程としては、例えば、ソルト熱処理工程、酸洗処理工程等が挙げられる。その他、例えばチタン板表面の異物を除去する異物除去工程や、各工程で発生した不良品を除去する不良品除去工程等を含めてもよい。
【００４７】
本発明のチタン板は、化学、電力、食品製造プラント等の熱交換器用部材や、カメラボディ、厨房機器等の民生品、さらには、オートバイ、自動車等の輸送機器部材、家電機器等の外装材、燃料電池用のセパレータとして用いることができる。特に、優れた成形性が要求されるプレート式の熱交換器に好適に用いることができる。
【実施例】
【００４８】
以上、本発明を実施するための形態について述べてきたが、以下に、本発明の効果を確認した実施例を、本発明の要件を満たさない比較例と対比して具体的に説明する。なお、本発明はこの実施例によって制限を受けるものではなく、請求項に示した範囲で変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００４９】
〔試験材作製〕
純チタン（ＪＩＳ Ｈ４６００）鋳塊、および純チタン鋳塊にＮ等を添加して、ＶＡＲ法により溶解し、鋳造して、表１に示す組成のチタン鋳塊を得た。このチタン鋳塊を、分塊鍛造（すなわち、熱間鍛造）して熱間圧延を施して、板厚４．０ｍｍの熱延板とした。熱延板の表面のスケールを除去し、冷間圧延、中間焼鈍、最終冷間圧延を施し、板厚０．５０ｍｍの冷延板を得た。冷延板に表１に示す条件で最終焼鈍を施し、ソルトバス処理および酸洗による脱スケール処理を行い、板厚０．４５ｍｍの試験材を得た。なお、最終焼鈍工程での加熱後の冷却速度は約８０℃／秒（７００℃までを直線近似して算出。）とした。また、試験材の組成に基づき、β変態点（Ｔβ）を熱力学計算ソフト「ＴｈｅｒｍｏＣａｌｃ」を用いて算出し、表１に併記する。
【００５０】
〔評価〕
（α相の結晶粒の測定）
試験材の表面（すなわち、板面）を研磨して、板厚１／２部（すなわち、板厚中心部）の圧延面において、１．６ｍｍ角（すなわち、圧延方向、圧延幅方向に各１．６ｍｍ）の領域を、ＥＢＳＤによる組織観察を行った。ＥＢＳＤ測定は、ＦＥ−ＳＥＭ／ＥＢＳＤ法にて実施した。測定データについて、ＥＢＳＤデータ解析ソフトを用いて解析し、方位差１０°以上の境界を結晶粒界と設定して、各結晶粒の円相当直径を算出した。円相当直径の平均値および最大値を表１に示す。
【００５１】
（引張試験、強度異方性評価）
試験材から、ＪＩＳＺ２２０１に規定される１３号試験片を切り出し、室温でＪＩＳ  Ｈ４６００に基づいて引張試験を実施した。この際、圧延方向（ＲＤとする）を荷重軸方向とした場合に、最小耐力方向となることを確認し、ここでは、最小耐力方向を圧延方向、直交耐力方向を圧延幅方向（ＴＤとする）として、室温引張試験を行い、圧延方向と圧延幅方向における０．２％耐力（それぞれ、ＹＳＲ，ＹＳＴとする）を測定し、強度異方性としてＹＳＴ／ＹＳＲを算出し、それぞれ表１に示す。１．１７以下の場合を合格とする。
【００５２】
（成形性の評価）
成形性の評価は、各試験材に対してプレート式熱交換器の熱交換部分（すなわち、プレート）を模擬した成形金型を用いたプレス成形を行うことで評価した。
図３、４に示すように、成形金型の形状は、成形部が１００ｍｍ×１００ｍｍで、ピッチ１７ｍｍ、最大深さ６．５ｍｍの綾線部を４本有し、各綾線部は頂点に、Ｒ＝２．５ｍｍのＲ形状を有している。
この成形金型を用いて８０ｔｏｎプレス機によってプレス成形を行った。プレス成形は各試験材の両面に潤滑のために防錆油を塗布し、各試験材の圧延方向が図３の上下方向と一致するように下側の金型の上に配置した。そして、フランジ部を板押さえで拘束した後、プレス速度１ｍｍ／秒の条件で金型を押込んだ。金型は、０．１ｍｍ間隔で押込み、割れが発生しない最大の押し込み深さ量（Ｅ：単位ｍｍ）を実験で求めた。そして、下式により、成形性指標(Ｆ)を算出した。その結果を表１に示す。なお、成形性指標（Ｆ）が正の値となる場合に合格とした。
Ｆ＝Ｅ−（Ｇ−Ｈ×ＹＳ）
Ｇ＝７．００、Ｈ＝０．０１２０
ＹＳ＝ＲＤ方向（圧延方向）の０．２％耐力を無次元化した数値
Ｅ＝最大押込み深さ量を無次元化した数値
【００５３】
【表１】
0006577707.tif 000002
【００５４】
表１に示すように、実施例である試験材Ｎｏ．１〜１３は、α相の結晶粒の円相当直径の規定、並びに強度異方性が本発明の範囲内であり、優れた強度と成形性をバランスよく保持していた。
【００５５】
これに対して、比較例である試験体Ｎｏ．１４〜２４は、以下の結果となった。
試験体Ｎｏ．１４、１５、１７、１８、１９、２０、２３は、最終焼鈍での保持温度がＴβよりも低いため、強度異方性が低下せず成形性に劣った。
試験体Ｎｏ．１６、２１は、最終焼鈍での保持時間が長いため、α粒の円相当直径の最大値が上限を超えた。その結果、強度異方性が低下したものの、成形性に劣った。
【００５６】
試験体Ｎｏ．２２は、最終焼鈍での保持温度が高いため、α粒の円相当直径の最大値が上限を超えた。その結果、強度異方性が低下したものの、成形性に劣った。
試験体Ｎｏ．２４は、最終冷間圧延の冷延率が高いため、強度異方性の低下が十分ではなく、成形性に劣った。
【００５７】
以上、本発明について実施の形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されることなく、その権利範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈しなければならない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することが可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５８】
１    チタン板
２    最小耐力方向
３    直交耐力方向
【図１】
0006577707.tif 000003
【図２】
0006577707.tif 000004
【図３】
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【図４】
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