(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロール対の隙間にチタン素材を通過させる加工チタン材の製造方法であって、
前記ロール対の少なくとも一方のロールが、表面を展開して平面視した場合に千鳥状となるよう配列された複数の突起を有し、
前記突起を前記チタン素材の表面に押し込むことで、チタン素材の表面に複数のディンプルを形成する工程を備え、
前記突起が、その先端に球面状の押圧面を備え、前記押圧面の高さをｈ（ｍｍ）、前記押圧面の曲率半径をＲ（ｍｍ）、前記チタン素材の通過方向において隣接する前記突起の中心間距離をＳ（ｍｍ）、前記突起の押込み量をＤ（ｍｍ）とするとき、
前記Ｒが３〜３０の範囲内であり、
前記Ｄが２〜１０の範囲内で、かつｈ以下であり、
前記Ｓが２（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２〜３（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２の範囲内である、
加工チタン材の製造方法。
【請求項２】
前記突起が配列された各列間の距離をＬ（ｍｍ）とするとき、
前記Ｌが２（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２〜３（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２の範囲内である、
請求項１に記載の加工チタン材の製造方法。
【請求項３】
前記ディンプルを形成する工程を、前記チタン素材の表面温度が０℃以上、５００℃以下となる温度で行う、
請求項１または請求項２に記載の加工チタン材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延時に表面疵の発生を低減できる加工チタン材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な熱間圧延用チタン材の製造方法は例えば次の通りである。まず、消耗電極式アーク溶解法(ＶＡＲ  :Ｖａｃｕｕｍ  ａｒｃ  ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ)や電子ビーム溶解法(ＥＢＲ  :Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ)により、チタンを溶融させて凝固することでインゴットを製造する。次いで、インゴットを分塊や鍛造、圧延などの熱間加工によってブレークダウンして、スラブやビレットなどの熱間圧延用チタン材とする。また近年では、電子ビーム溶解法により直接熱延可能な矩形インゴットを製造することで、上述のブレークダウン工程を省略する技術も開発されている。【０００３】
しかし、工業的に用いられる大型インゴットは、凝固組織中に数十ｍｍにもおよぶ粗大な結晶粒が存在する。このようなインゴットを、ブレークダウン工程を経ることなく直接熱間圧延すると、粗大な結晶粒に起因して不均質な変形が生じ、大きな表面疵に発達する場合がある。また、ブレークダウン工程等を経る場合でも、ブレークダウン工程での加工率が低かったり温度が適切でない場合には、鋳造組織が残存したり、逆に組織が粗大するなどして、熱延時に表面疵が発生してしまう場合がある。【０００４】
このように表面疵が発生してしまうと、その後の脱スケール工程での歩留まりが非常に悪くなることから、熱延表面疵の発生し難い熱間圧延用チタン材が求められている。【０００５】
特許文献１には、チタン材のインゴットを直接熱間加工する際に、表層付近の結晶粒を細粒化するために、表面層にひずみを付与した後、再結晶温度以上に加熱して表面から深さ２ｍｍ以上を再結晶させた後に、熱間加工する方法が提案されている。【０００６】
また、特許文献２および３には、先端形状が曲率半径３〜３０ｍｍを有する鋼製工具或いは半径３〜３０ｍｍの鋼製球を用いて、熱間加工用チタン材の表面を塑性変形させることによって、表層部に歪みが付与された熱間加工用チタン材が記載されている。特許文献２および３によれば、このような熱間加工用チタン材を熱間圧延することで、粗大な凝固組織の影響を無害化でき、表面疵を軽減できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−１５６４５６号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／０９０３５２号
【特許文献３】特開２０１８−１２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、歪みを付与する手段として、鍛造、ロール圧下、ショットブラストが挙げられている。しかしながら、一般的なショットブラストは、ショット粒の直径が０．５〜１ｍｍと小さいために与えられる歪み量も小さい。また、鍛造やロール圧下では、いわゆるデットメタルが発生して、歪み量が少なくなったり、より内部に歪みが導入されてしまったりする。したがって、必要とされる再結晶層の厚みを確保できない場合や、細粒化が不十分となる場合がある。【０００９】
特許文献２および３では、鋼製工具で打撃するか押し付けるかして歪みを付与しているので、表面全体に安定して歪みを付与するには長時間を要する場合があり効率的でない。また、高強度材では、衝撃エネルギーが内部にまで伝わらず、必要とする細粒組織の厚みを確保できない場合もある。そのため、さらなる改善の余地があった。【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、熱間圧延時に発生する表面疵を低減できる加工チタン材を高効率に製造する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】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下の通りである。
ロール対の隙間にチタン素材を通過させる加工チタン材の製造方法であって、
前記ロール対の少なくとも一方のロールが、表面を展開して平面視した場合に千鳥状となるよう配列された複数の突起を有し、
前記突起を前記チタン素材の表面に押し込むことで、チタン素材の表面に複数のディンプルを形成する工程を備え、
前記突起が、その先端に球面状の押圧面を備え、前記押圧面の高さをｈ（ｍｍ）、前記押圧面の曲率半径をＲ（ｍｍ）、前記チタン素材の通過方向において隣接する前記突起の中心間距離をＳ（ｍｍ）、前記突起の押込み量をＤ（ｍｍ）とするとき、
前記Ｒが３〜３０の範囲内であり、
前記Ｄが２〜１０の範囲内で、かつｈ以下であり、
前記Ｓが２（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２〜３（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２の範囲内である、
加工チタン材の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、熱間圧延時に発生する表面疵を低減できる加工チタン材の製造方法を提供できる。
また本発明によれば、インゴットのブレークダウン工程を省略した鋳造ままのチタン素材であっても、熱延時に発生する表面疵を安定的に軽微にすることができ、優れた熱延、冷延製品を高効率に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本実施形態の加工チタン材の形状の例を示す斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態の加工チタン材の断面模式図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本実施形態におけるディンプルの配列パターンを説明するための図である。
【図４】図４は、本実施形態の加工チタン材の断面模式図である。
【図５】図５は、本実施形態の加工チタン材の製造方法で用いる加工機の概略側面図である。
【図６】図６（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本実施形態における突起６（６ａ、６ｂ、６ｃ）の配列パターンを説明するための図である。
【図７】図７（ａ）、（ｂ）は本実施形態における突起６（６ａ、６ｄ）の形状を説明するためのロール径方向の断面拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態について図面を用いて以下に説明する。
本発明者らは、熱間圧延による表面欠陥を低減する観点から、結晶粒径が数十ｍｍにもおよぶインゴットの粗大な凝固組織を、さらにはブレークダウン後にも残存している当該凝固組織の影響を、無害化する方法とそれを適応した加工チタン材について、鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を得、本発明に至った。
【００１５】
粗大な凝固組織を細粒化するため、或いは凝固組織の影響が残存している部位を解消するためには、チタン素材の表面に所定の歪みを付与した後、熱間圧延時の加熱など所定の熱処理によって、再結晶させる方法が考えられる。
【００１６】
本発明では、所定の突起を有するロールを用いてチタン素材を圧延し、突起をチタン素材に押込むことにより、チタン素材の表面に複数のディンプル（凹凸）を形成し、素材表層にひずみを付与することとしている。この方法によって得られた加工チタン材は、表層に加工組織を備えるものとなり、熱間圧延時の表面欠陥が顕著に抑制できることを見出した。また、本発明では突起を押し込み、物理的に塑性変形させてディンプルを形成することで、安定して歪みを導入することができる上、ディンプルの底部に効率的かつ十分な歪を導入することができ、その後の熱間圧延の際の加熱によって表層に微細な再結晶を形成させることで、表面疵の発生を抑制できる。
【００１７】
以下、本実施形態の加工チタン材の製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の厚さや寸法の比率を調整している。
【００１８】
まず、本実施形態の加工チタン材の製造方法によって製造される加工チタン材（以下、「本実施形態の加工チタン材」ともいう。）について説明する。このチタン材は、表層に加工組織を備えるものであり、その後に熱間圧延に供される素材に適している。また、この加工チタン材は、ディンプルの底部の曲率半径Ｒ１が３〜３０ｍｍであり、ディンプルが平面視して千鳥状となるよう配列されていることが好ましい。
また、本実施形態の加工チタン材は、ディンプルの半径をｒ１（ｍｍ）とするとき、隣接する前記ディンプルの中心間距離Ｐ、および前記ディンプルが配列された各列間の距離Ｑがともに、（２×ｒ１）から（３×ｒ１）ｍｍの範囲内であることが好ましい。
また、本実施形態の加工チタン材の製造方法において用いられるチタン素材は、工業用純チタンもしくはチタン合金からなることが好ましい。
更に、本実施形態の加工チタン材の製造方法において用いられるチタン素材は、インゴット、スラブ、ブルームまたはビレットが例示される。その形状は、その１００〜３００ｍｍであり、断面が円形状のチタン素材の直径は、９０〜２５０ｍｍであることが好ましい。
【００１９】
本実施形態の加工チタン材は、後述するように、突起付きのロールを用いて、当該ロールを押し込んでチタン素材表面にディンプルを形成してひずみを付与することで製造される。製造方法の詳細については後述する。
【００２０】
図１に、本実施形態の加工チタン材の例を示す。本実施形態の加工チタン材は、図１（ａ）に示すようにスラブ１であってもよく、図１（ｂ）に示すようにブルーム２であってもよく、図１（ｃ）に示すように長手方向と垂直な断面が矩形であるビレット（矩形ビレット）３であってもよく、図１（ｄ）に示すように長手方向と垂直な断面が円形であるビレット（円形ビレット）４であってもよい。また、図１（ａ）のスラブ１、図１（ｂ）のブルーム２、図１（ｃ）の矩形ビレット３、および図１（ｄ）の円形ビレット４それぞれの表面１ａ、２ａ、３ａ、４ａに、複数のディンプル１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂが形成されている。なお図示してはいないが、加工チタン材が図1（ａ）〜図１（ｃ）のいずれかの矩形断面の場合、長手方向の側面にもディンプルが形成されてもよい。
【００２１】
図２に、図１（ａ）〜図１（ｄ）におけるＡ−Ａ線に沿った断面模式図を示す。なお、図１（ａ）〜図１（ｄ）においてＡ−Ａ線に沿って切断した場合、その断面構成は図１（ａ）〜図１（ｄ）で同様の構成となるため、説明の便宜上、当該断面図をまとめて図２に示している。
【００２２】
なお、厚みの１／２深さ位置は、図１（ａ）または図１（ｂ）に示すスラブ１またはブルーム２では、それぞれスラブ厚ｔまたはブルーム厚ｔの１／２ｔ厚の位置である。また、図１（ｃ）に示すアスペクト比１程度の矩形断面のビレット３では、ビレット断面の重心位置になり、図１（ｄ）に示す円形断面のビレット４では、ビレット断面の中心位置になる。
【００２３】
熱間圧延によって生じ得る表面疵を安定的に抑制するには、加工チタン材の結晶組織を微細化する必要がある。もちろん、加工チタン材全体の結晶組織を微細化しても表面疵の抑制は可能であるが、そのためには、素材全体に多量のひずみを付与する必要がある。また、必要に応じて熱間圧延前に幅方向に圧延する場合があるところ、鋳造ままのチタン素材に対する幅方向の圧下量が大きくなると、粗大鋳造組織に起因した皺が発生し、熱間圧延後に表面疵が発生する場合がある。
【００２４】
このように、鋳造組織起因だけでなく、幅方向の圧延を大きくした際の皺に由来する表面疵を安定的に抑制するためには、少なくとも表層を熱間圧延時には微細な再結晶組織にする必要がある。ここでいう表層とは、ディンプル底部から深さ３ｍｍの深さ位置までの間の領域である。また、ディンプル底部はディンプルの最深部である。熱間圧延の加熱時に表層を微細な再結晶組織にするためには、ディンプル底部から３ｍｍの深さの位置まで所定量のひずみが導入されている必要がある。種々調査の結果、ディンプル底部から深さ３ｍｍの領域にて、相当ひずみが０．２以上であれば、熱間圧延の加熱時に再結晶が生じ、微細組織ができることが本発明者らによって明らかにされている。このようにして得られた再結晶層の厚さは、３ｍｍ以上となり、熱間圧延時の表面疵を抑制することができる。再結晶層の厚さは３ｍｍ以上であれば十分であり、上限は特に定めないが、この厚さを大きくするためには、ひずみ導入のためのプレス荷重を大きくする必要がある。よって、プレス機の耐荷重の制約の観点から、再結晶層の厚さの実質的な上限は２５ｍｍである。
【００２５】
このように、本実施形態の加工チタン材は、表面に複数のディンプルが形成されているため、素材表層に十分なひずみが導入されたものとなり、熱間圧延時の加熱時に、微細で粒径が揃った再結晶を形成できるようになる。
【００２６】
次に、本実施形態の加工チタン材に形成されているディンプルの好適な形態について説明する。
図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、本実施形態の加工チタン材の表面には、複数のディンプル１ａ〜４ａが形成されているが、これらのディンプルの曲率半径Ｒ１は３〜３０ｍｍとすることが好ましい。
【００２７】
ディンプルの底部形状を曲率半径Ｒ１が３〜３０ｍｍである形状、つまり球面状とする理由は、同曲率半径を有する突起をチタン素材１に押込みディンプルを形成した際に、ディンプルの底部近傍にデットメタル部が形成されにくく、周囲へのメタルフローが等方的（同心円状）になるためである。すなわち、ディンプルの底部を球面状とすることにより、ディンプル周辺へのひずみの導入が容易であるためである。また、のちに詳述するが、ディンプルを先端に曲率半径Ｒが３〜３０ｍｍである球面状の押圧面を有する突起、つまり先端が球頭の突起を用いて形成することによって、ディンプルの形状が、熱間圧延時にディンプルの端部が被さり表面疵に発展するような急峻な凹になりにくいためである。これらのことから、ディンプルの底部形状は曲率半径Ｒ１が３〜３０ｍｍの範囲の形状（先端が球頭状の突起に対応する球面状）とすることが好ましい。
【００２８】
ディンプル底部の球面状の曲率半径Ｒ１が３ｍｍ未満の場合、表面疵に発展する急峻な凹みとなってしまったり、あるいは、加工チタン材表層の深さ方向に十分にひずみを導入されずに、組織が細粒化される表層厚さが浅くなったりして、結果的に表面疵が発生してしまうおそれがある。そのため、ディンプル底部の曲率半径Ｒ１は３ｍｍ以上とすることが好ましい。
一方で、ディンプルの曲率半径Ｒ１が３０ｍｍ超では、デットメタル部が大きくなり、加工チタン材表層に十分なひずみを付与することができないおそれがあるため、ディンプルの曲率半径Ｒ１は３０ｍｍ以下とすることが好ましい。このように、ディンプルの曲率半径Ｒ１を３０ｍｍ以下とすることで、デットメタル部が小さくなり、加工チタン材表層に十分な深さまでひずみを集中して導入することができる。
【００２９】
次に、本実施形態の加工チタン材に形成されているディンプルの好適な配列パターンについて、チタン素材の種類としてスラブ（図１（ａ））を用いた場合を例に挙げ図面とともに説明する。
【００３０】
図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態におけるディンプルの配列パターンを説明するための図であって、図１（ａ）に示す加工チタン材（スラブ１）を平面視した際のディンプル１ｂ、１ｂ´、１ｂ´´の模式図である。なお、図３（ａ）〜（ｃ）中の符号Ｘ１〜Ｘ３はディンプルの配置列を表す。
また、図４は本実施形態におけるディンプルの形状を説明するためのディンプル断面図であって、図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００３１】
図３（ａ）に示すように、スラブ１を平面視した際、１列上に複数のディンプル１ｂが規則的に配置された各突起列Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３が、スラブ１の幅方向もしくは長手方向に配列されており、かつ複数のディンプル１ｂが互いにスラブ１の幅方向もしくは長手方向に交互に配置されている。すなわち、平面視して千鳥状となるようディンプル１ｂが配列されている。このような配列パターンを有するディンプル１ｂは、同配列パターンを有する突起付きのロールによって形成されるが、この突起がスラブ１の表面１ａに押込まれることによって、スラブ１の被圧延面に、均一なひずみを効率的に導入することができる。なお、突起列Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３の配置方向はスラブ１の幅方向、長手方向のいずれでもよく、また幅方向（もしくは長手方向）から一定の角度を有する方向であっても構わない。また説明の便宜上、突起列が３列のパターンを説明しているが、その列数についても、スラブ１の寸法（径や幅等）や、ディンプル形成時に用いる突起付きのロールや突起の寸法等によって適宜決定してよい。
【００３２】
また、ディンプルは、図３（ａ）および図４に示すように互いに一定の距離、離間させて配置してもよく、図３（ｂ）に示すように、同列上で隣り合うディンプル１ｂ´同士は離間させたまま、スラブ幅方向もしくは長手方向に配列させた各列同士が接するよう配置してもよい。また、図３（ｃ）に示すように、すべてのディンプル１ｂ´´が接するよう、隙間なく配置させてもよい。
【００３３】
次に、同列上に配列された複数のディンプルのうち、隣接するディンプルの中心間距離Ｐと、各列間の距離（ディンプル列間距離）Ｑについて説明する。中心間距離Ｐとは、図３（ａ）〜（ｃ）、図４に示すように、ディンプル１ｂ、１ｂ´、１ｂ´´を平面視した際、同列上（例えば、列Ｘ１上や列Ｘ２上など）で隣接するディンプルの中心間の距離のことであり、またディンプル列間距離Ｑとは、隣り合うディンプル列（例えば列Ｘ１と列Ｘ２）の中心軸間の距離のことを表す。
【００３４】
本実施形態では、ディンプルの半径をｒ１（ｍｍ）とするとき、中心間距離Ｐ（ｍｍ）および、ディンプル列間距離Ｑ（ｍｍ）はともに、（２×ｒ１）以上（３×ｒ１）以下とすることが好ましい。
中心間距離Ｐ、ディンプル列間距離Ｑが、（２×ｒ１）よりも小さい場合、メタルフローが抑制されてディンプル周囲に導入されるひずみ量が不十分となるおそれがある。一方、中心間距離Ｐ、ディンプル列間距離Ｑが（３×ｒ１）よりも大きい場合、隣接するディンプル同士の間隔が過度に開くため、導入されるひずみ量が不十分になり、その結果、熱間圧延後の表面疵が十分に抑制されない場合がある。
【００３５】
以上、図１（ａ）のスラブ１を例に挙げ、本実施形態のディンプルの好適な形態について説明したが、図１（ｂ）のブルーム２、図１（ｃ）矩形ビレット３ならびに図１（ｄ）の円形ビレット４においても、上記と同様の形態のディンプルが形成されている。
【００３６】
本実施形態におけるチタン素材は、熱間圧延に供されるチタン鋳片であり、例えば次の（Ａ）または（Ｂ）のようなインゴット、スラブ、ブルーム、ビレットなどがチタン素材として例示できる。すなわち、チタン素材には、既に熱間圧延または冷間圧延により所定の厚み未満に圧延されたチタン板は除かれる。よって、直方体や立方体のチタン素材の場合、その厚みは例えば１００ｍｍ以上であり、円柱状のチタン素材の場合、その直径は例えば９０ｍｍ以上であるものを対象とする。チタン素材（Ｂ）は、チタンを溶解して鋳造させたことによって得られる凝固組織からなり、結晶粒径が１０ｍｍ以上である粗大粒が存在する鋳造ままの組織を有している。
【００３７】
（Ａ）消耗電極式アーク溶解法(ＶＡＲ  : Ｖａｃｕｕｍ  Ａｒｃ  Ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ)、電子ビーム溶解法(ＥＢＲ  : Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ)、プラズマアーク溶解法（ＰＡＭ  ： Ｐｌａｓｍａ  Ａｒｃ  Ｍｅｌｔｉｎｇ）などにより、チタンを一旦溶融させてから凝固させて得たインゴットを、更に分塊や鍛造、圧延などの熱間加工によってブレークダウンして、スラブやビレットなどの形状に成形したチタン素材。
【００３８】
（Ｂ）電子ビーム溶解法またはプラズマアーク溶解法により、チタンを一旦溶融させてから凝固させる際に、直接熱延可能な大きさの矩形のインゴットとし、上記（Ａ）のブレークダウン工程を省略して得られたチタン素材。
【００３９】
電子ビーム溶解法では、照射する電子ビームが偏光によりビームを集中できるため、鋳型と溶融チタンの間の狭い領域でも、熱を供給しやすく、それ故に鋳肌を良好に制御することができる。また、鋳型の断面形状の自由度が高い。そのため、上記（Ｂ）のような、直接熱間圧延に供することが可能なサイズの矩形や円柱形のインゴットは、電子ビーム溶解炉を用いて溶製することが好ましい。また、プラズマアーク溶解法では、電子ビーム溶解法と加熱原理が異なるものの、電子ビーム溶解法と同様の効果が得られる。
【００４０】
チタン素材は、工業用純チタンもしくはチタン合金からなることが好ましい。
工業用純チタンは、ＪＩＳ、Ｈ４６００規格の１種〜４種、およびそれに対応するＡＳＴＭ  ２６５Ｂ規格のＧｒａｄｅ１〜４、ＤＩＮ  １７８５０規格のＧｒａｄｅＩ（ＷＬ３．７０２５）、ＧｒａｄｅＩＩ（ＷＬ３．７０３５）、ＧｒａｄｅＩＩＩ（ＷＬ３．７０５５）で規定される工業用純チタンを含むものとする。すなわち、本発明で対象とする工業用純チタンは、質量％で、Ｃ：０．１％以下、Ｈ：０．０１５％以下、Ｏ：０．４％以下、Ｎ：０．０７％以下、Ｆｅ：０．５％以下、残部Ｔｉからなる。以下、各元素の含有量についての「％」は「質量％」を意味する。
【００４１】
一方、低合金やα型チタン合金は、必要とする用途において適切は合金を用いればよい。より好ましくは、実質的に合金成分が５％以下の低合金がよい。たとえば、Ｐｄ＜０．１５％や、Ｒｕ＜０．１０％、さらに希土類元素＜０．０２％を添加した高耐食性合金や、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ｆｅを合計で５％未満添加した耐熱合金などが例示できる。
より具体的には、低合金として、例えば高耐食性合金（ＡＳＴＭ  Ｇｒａｄｅ  ７、１１、１６、２６、１３、３０、３３あるいはこれらに対応するＪＩＳ品種や更に種々の元素を少量含有させたもの）、Ｔｉ−０．５Ｃｕ、Ｔｉ−１．０Ｃｕ、Ｔｉ−１．０Ｃｕ−０．５Ｎｂ、Ｔｉ−１．０Ｃｕ−１．０Ｓｎ−０．３Ｓｉ−０．２５Ｎｂ、Ｔｉ−０．５Ａｌ−０．４５Ｓｉ、Ｔｉ−０．９Ａｌ−０．３５Ｓｉなどがある。またα型チタン合金としては、例えば、Ｔｉ−５Ａｌ−２．５Ｓｎ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａｌ−２．７５Ｓｎ−４Ｚｒ−０．４Ｍｏ−０．４５Ｓｉなどがある。
【００４２】
α＋β型チタン合金としては、例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−６Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ、Ｔｉ−６Ａｌ−７Ｖ、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ、Ｔｉ−３Ａｌ−５Ｖ、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｚｒ−４Ｍｏ−４Ｃｒ、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚｒ−６Ｍｏ、Ｔｉ−１Ｆｅ−０．３５Ｏ、Ｔｉ−１．５Ｆｅ−０．５Ｏ、Ｔｉ−５Ａｌ−１Ｆｅ、Ｔｉ−５Ａｌ−１Ｆｅ−０．３Ｓｉ、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−０．３Ｓｉ、Ｔｉ−５Ａｌ−２Ｆｅ−３Ｍｏ、Ｔｉ−４．５Ａｌ−２Ｆｅ−２Ｖ−３Ｍｏなどがある。
【００４３】
さらに、β型チタン合金としては、例えば、Ｔｉ−１１．５Ｍｏ−６Ｚｒ−４．５Ｓｎ，Ｔｉ−８Ｖ−３Ａｌ−６Ｃｒ−４Ｍｏ−４Ｚｒ，Ｔｉ−１０Ｖ−２Ｆｅ−３Ｍｏ，Ｔｉ−１３Ｖ−１１Ｃｒ−３Ａｌ，Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ，Ｔｉ−６．８Ｍｏ−４．５Ｆｅ−１．５Ａｌ、Ｔｉ−２０Ｖ−４Ａｌ−１Ｓｎ、Ｔｉ−２２Ｖ−４Ａｌなどがある。
【００４４】
本発明に係るチタン合金は、例えば、Ｏ：０〜０．５％、Ｎ：０〜０．２％、Ｃ：０〜２．０％、Ａｌ：０〜８．０％、Ｓｎ：０〜１０．０％、Ｚｒ：０〜２０．０％、Ｍｏ：０〜２５．０％、Ｔａ：０〜５．０％、Ｖ：０〜３０．０％、Ｎｂ：０〜４０．０％、Ｓｉ：０〜２．０％、Ｆｅ：０〜５．０％、Ｃｒ：０〜１０．０％、Ｃｕ：０〜３．０％、Ｃｏ：０〜３．０％、Ｎｉ：０〜２．０％、白金族元素：０〜０．５％、希土類元素：０〜０．５％、Ｂ：０〜５．０％、および、Ｍｎ：０〜１０．０％から選択される１種以上を０％を超えて含有させることによって、加工チタン材の表面に目標とする機能を付与することができる。
【００４５】
上記以外の元素でチタンに含有させることができる元素は、金属材料の一般常識として固溶強化、析出強化（固溶しない場合と析出物を形成させる場合がある）による強度向上などが期待できる元素である。これらの元素としては、原子番号で水素（１）からアスタチン（８５）までの元素（但し、第１８族元素である貴ガス元素を除く）が例示され、合計で５％程度まで許容される。
【００４６】
上記以外の残部は、Ｔｉおよび不純物である。不純物としては、目標特性を阻害しない範囲で含有することができ、その他の不純物は主に原料やスクラップから混入する不純物元素及び製造中に混入する元素があり、例としてＣ、Ｎ、Ｏ、Ｆｅ、Ｈ等が代表的な元素で、その他にＭｇ、Ｃｌ等原料から混入する元素やＳｉ、Ａｌ、Ｓ等製造中に混入する元素等がある。これらの元素は、２％程度以下であれば本願の目標特性を阻害しない範囲と考えられる。
【００４７】
また、本発明に係るチタン合金は、例えば、Ｏ：０．０１〜０．５％、Ｎ：０．０１〜０．２％、Ｃ：０．０１〜２．０％、Ａｌ：０．１〜８．０％、Ｓｎ：０．１〜１０．０％、Ｚｒ：０．５〜２０．０％、Ｍｏ：０．１〜２５．０％、Ｔａ：０．１〜５．０％、Ｖ：１．０〜３０．０％、Ｎｂ：０．１〜４０．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｆｅ：０．０１〜５．０％、Ｃｒ：０．１〜１０．０％、Ｃｕ：０．３〜３．０％、Ｃｏ：０．０５〜３．０％、Ｎｉ：０．０５〜２．０％、白金族元素：０．０１〜０．５％、希土類元素：０．００１〜０．５％、Ｂ：０．０１〜５．０％、および、Ｍｎ：０．１〜１０．０％、から選択される１種以上を含有してもよい。
【００４８】
本発明に係るチタン合金は、Ｏ：０．０２〜０．４％、Ｎ：０．０１〜０．１５％、Ｃ：０．０１〜１．０％、Ａｌ：０．２〜６．０％、Ｓｎ：０．１５〜５．０％、Ｚｒ：０．５〜１０．０％、Ｍｏ：０．２〜２０．０％、Ｔａ：０．１〜３．０％、Ｖ：２．０〜２５．０％、Ｎｂ：０．１５〜５．０％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｆｅ：０．０５〜２．０％、Ｃｒ：０．２〜５．０％、Ｃｕ：０．３〜２．０％、Ｃｏ：０．０５〜２．０％、Ｎｉ：０．１〜１．０％、白金族元素：０．０２〜０．４％、希土類元素：０．００１〜０．３％、Ｂ：０．１〜５．０％、および、Ｍｎ：０．２〜８．０％、から選択される１種以上を含有するのがより好ましく、Ｏ：０．０３〜０．３％、Ｎ：０．０１〜０．１％、Ｃ：０．０１〜０．５％、Ａｌ：０．４〜５．０％、Ｓｎ：０．２〜３．０％、Ｚｒ：０．５〜５．０％、Ｍｏ：０．５〜１５．０％、Ｔａ：０．２〜２．０％、Ｖ：５．０〜２０．０％、Ｎｂ：０．２〜２．０％、Ｓｉ：０．１５〜０．８％、Ｆｅ：０．１〜１．０％、Ｃｒ：０．２〜３．０％、Ｃｕ：０．３〜１．５％、Ｃｏ：０．１〜１．０％、Ｎｉ：０．１〜０．８％、白金族元素：０．０３〜０．２％、希土類元素：０．００１〜０．１％、Ｂ：０．２〜３．０％、および、Ｍｎ：０．２〜５．０％、から選択される１種以上を含有するのがさらに好ましい。
【００４９】
ここで、白金族元素としては、具体的には、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、ＩｒおよびＰｔが挙げられ、これらのうち１種以上を含有させることができる。２種以上の白金族元素を含有させる場合、上記白金族元素の含有量は、白金族元素の総量を意味する。また、希土類元素（ＲＥＭ）としては、具体的にはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕが挙げられ、これらのうち１種以上を含有させることができる。２種以上の希土類元素を含有させる場合、例えば、ミッシュメタル（Ｍｍ）や、ジジム合金のような希土類元素の混合物や化合物を用いてもよい。また、２種以上の希土類元素を含有させる場合、上記希土類元素の含有量は、希土類元素の総量を意味する。
【００５０】
次に、本実施形態の加工チタン材の製造方法を説明する。
本実施形態の加工チタン材の製造方法は、ロール対の隙間にチタン素材を通過させて、前記チタン素材の表面に複数のディンプルを形成する加工チタン材の製造方法である。本実施形態の加工チタン材の製造方法では、前記ロール対の少なくとも一方のロールとして、表面を展開して平面視した場合に千鳥状となるよう配列された複数の突起を有するロールを用いる。このような、表面に複数の突起を備えるロールを用い、当該突起をチタン素材表面に押し込むことでディンプルを形成して素材表層部にひずみを付与することとしている。一般に、インゴット等に対して鍛造や大径ロールでひずみを付与しようとした場合、型と接触する部分ではメタルフローを生じず、いわゆるデットメタルと呼ばれる部位が発生する。このデットメタル部はひずみ量が少なくなるため、鍛造や大径ロールでひずみを付与すると、表層部ではなくより内部にひずみが導入されてしまい、表層部の組織を細粒にすることはできない。
そこで、本発明者らは、デットメタルの発生を防ぎ、かつ、効率的にチタン素材表層にひずみを均一に付与することで、粗粒部を発生させない方法について検討し、下記の方法で処理すれば表層に効率的にひずみが付与可能であることを見出した。
以下、本実施形態の加工チタン材の製造方法について詳述する。
【００５１】
本実施形態の加工チタン材の製造方法は、前記突起が、その先端に球面状の押圧面を備え、前記押圧面の高さをｈ（ｍｍ）、前記押圧面の曲率半径をＲ（ｍｍ）、前記チタン素材の通過方向において隣接する前記突起の中心間距離をＳ（ｍｍ）、前記突起の押込み量をＤ（ｍｍ）とするとき、前記Ｒが３〜３０の範囲内であり、前記Ｄが２〜１０の範囲内で、かつｈ以下であり、前記Ｓが２（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２〜３（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２の範囲内である、条件で行う。
本実施形態の加工チタン材の製造方法は、突起が配列された各列間の距離Ｌが、２（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２〜３（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２の範囲内であることが好ましい。
また、本実施形態の加工チタン材の製造方法は、ディンプルを形成する工程が、チタン素材の表層温度が０℃以上、５００℃以下の温度で行うことが好ましい。
さらに、本実施形態の加工チタン材の製造方法は、ディンプルを形成する工程の前のチタン素材が、電子ビーム溶解法またはプラズマアーク溶解法を用いて製造されたものであることが好ましい。
またさらに、本実施形態の加工チタン材の製造方法は、チタン素材が、工業用純チタンもしくはチタン合金からなることが好ましい。
またさらに、本実施形態の加工チタン材の製造方法は、チタン素材がスラブ、ブルームまたはビレットであることが好ましい。
【００５２】
本実施形態の加工チタン材の製造方法で用いる加工機として、一対のロール２を備える２ロール式の加工機を例に挙げて説明することとし、図５に、当該２ロール式の加工機の概略側面図を示す。なお、以下の説明において、加工対象であるチタン素材の種類としてスラブ（図１（ａ））を用いた場合を例に挙げ説明する。また、図中の太矢印はチタン素材（スラブ）１の搬送方向であって、細矢印はロール２の回転方向を示す。
【００５３】
本実施形態は、図５に示すように、チタン素材（スラブ）１を、一対のロール５ａ間を搬送させながら加工する方法である。具体的には、チタン素材１を、曲率半径Ｒが３〜３０ｍｍの先端形状を有する複数の突起６が配列された一対のロール５ａ間を搬送させながら、その表面１ａに突起６を押込み、所定量塑性変形させて表面１ａにディンプル１ｂを形成することで、チタン素材１の表層にひずみを付与するものである。なお、チタン素材１のうち、少なくとも後工程の熱間圧延時に被圧延面になる面にディンプル１ｂを形成しひずみを導入すればよい。すなわち、ディンプル１ｂの形成面は素材の一部の面のみであってもよいし、全面であってもよい。よって、一対のロール５ａのうち少なくとも一方のロールに前述したような突起６が形成されていればよい。
この製造方法によれば、熱間圧延時の表面欠陥を顕著に抑制することができる加工チタン材を、容易に、高効率に製造することが可能である。
【００５４】
なお、本実施形態では、表面に突起６を備えたロール５ａ間を搬送させてチタン素材１の表面１ａにディンプル１ｂを形成させる際、その搬送回数（ロール間の通過回数）が１回でもよく、２回以上としてもよい。すなわち、リバース圧延のごとく、一度ロール５ａ間を搬送させて表面にディンプルを形成した後、２回目の搬送方向を１回目と逆方向とした上で再度ロール５ａ間を搬送させて突起６を押付けてもよい。またこのような押込み工程は特に限定せず、チタン素材に割れが生じない範囲でその回数は決定してよい。
【００５５】
また、本実施形態の加工対象であるチタン素材の形状は、図１（ａ）に示すスラブや図１（ｂ）に示すブルームであってもよく、また図１（ｃ）、（ｄ）に示すような、長手方向に対して直角な断面が矩形であるビレット３、もしくは同断面が円形であるビレット４であってもよい。
チタン素材がスラブやブルームである場合は、チタン素材のうち最も面積が大きな面が熱間圧延時の被圧延面になるので、少なくともその面にディンプルを形成すればよい。またチタン素材がビレットの場合は、その長手方向に延びる全面が被圧延面になり得る。そのため、例えば、断面が矩形のビレットの場合は、その全面にディンプルを形成し、チタン素材の全表面にひずみを導入することが望ましい。例えば、図１（ｄ）に示すような断面が円形のビレット４をチタン素材として採用した場合、マンネスマン型圧延法のように、所定の突起を複数設けた、バレル型やコーン型のロールを用いて加工することが望ましい。具体的には、例えば、円形ビレット４の外周に、バレル型（もしくはコーン型）の複数のロール（例えば３ロール）を配置して、円形ビレット４が圧延されて自転しながら、搬送方向に進行する方法で、ビレット表面にディンプルを形成しひずみを導入することが望ましい。
【００５６】
このように、本実施形態では、図５に示すような２ロール式の加工機を例に挙げているが、本発明のチタン素材の製造方法では、加工機の型式やロール数等は問わず、上述したようなマンネスマン型圧延法などを採用でき、ロール数も３以上であっても構わない。そのような場合でも、少なくとも１つのロールに本実施形態に係る突起６が形成されていればよい。
【００５７】
図５に示すように、ロール５ａの表面には、曲率半径Ｒが３〜３０ｍｍの先端形状を有する複数の突起６が設けられている。また、そのこれら複数の突起６は、ロール５ａ表面を展開して平面視した場合に千鳥状となるよう配列されている。
【００５８】
突起６の先端の押圧面を曲率半径Ｒ３〜３０ｍｍである球面状、つまり球頭とした理由は、突起６をチタン素材１に押込みディンプル１ｂを形成した際に、ディンプル１ｂの底部近傍にデットメタル部が形成されにくく、周囲へのメタルフローが等方的（同心円状）になるためである。すなわち、突起６の先端を球頭とすることにより、押込み後に形成されるディンプル１ｂの周辺へのひずみの導入が容易であるためである。加えて、押込む突起６の先端形状を球頭にすることによって、ディンプル１ｂの形状が、熱間圧延時にディンプル１ｂの端部が被さり表面疵に発展するような急峻な凹になりにくいためである。例えば、突起の先端形状を、矩形や四角錐や三角錐にした場合、突起に必ず平面部と角形状の角部が存在する。そのような突起でディンプルを形成した場合、平面部ではデットメタル部が形成されてしまう場合がある。また、角形状のディンプル部のうち角部でメタルフローが拘束されてしまい、素材深さ方向へのひずみの導入を阻害するおそれがある。そのため、ロール５ａに設ける突起６の先端の押圧面は、曲率半径Ｒ３〜３０ｍｍの範囲の球面状（球頭）とする。
【００５９】
突起６先端の球面状の押圧面（球頭）の曲率半径Ｒが３ｍｍ未満の場合、突起６の押込み量Ｄが大きい（例えば２ｍｍ以上）時には表面疵に発展する急峻な凹みを形成してしまい、一方、急峻な凹みが生じないように押込み量Ｄを小さくする（例えば２ｍｍ未満）と、素材表層の深さ方向に十分にひずみを導入されずに、組織が細粒化される表層厚さが浅く表面疵が発生してしまう。そのため、曲率半径Ｒは３ｍｍ以上とする。
一方で、曲率半径Ｒが３０ｍｍ超では、デットメタル部が大きくなり、素材表層に十分なひずみを付与することができないため、曲率半径Ｒは３０ｍｍ以下とする。このように、曲率半径Ｒを３０ｍｍ以下とすることで、デットメタル部が小さくなり、素材表層に十分な深さまでひずみを集中して導入することができる。なお、曲率半径Ｒが小さいと突起６の摩耗の影響を受けやすいことから、曲率半径Ｒの下限は、好ましくは５ｍｍである。また、曲率半径Ｒが大きいとロール５ａへの負荷荷重が増大することから、曲率半径Ｒの上限は、好ましくは１５ｍｍである。
【００６０】
本実施形態では、上述したような形状を有する突起６を備えたロール５ａを用い、チタン素材１に当該突起６を押し込むことでディンプル１ｂを形成しひずみを導入するが、その際の押込み量Ｄは、２〜１０ｍｍ、突起の押圧面高さｈ（ｍｍ）以下とする。
熱延後の表面疵を十分に抑制するには、熱間圧延前の加工チタン材の表面から深さ３ｍｍ以上の表層を細粒化させておくことが有効である。本実施形態では、チタン素材の表面から深さ３ｍｍ以上の表層を細粒化させるために、素材表面から深さ２ｍｍ以上の押し込み量の変形を加える必要がある。すなわち、突起６の押込みによって形成するディンプル１ｂの凹部の深さを２ｍｍ以上とする。一方、押込み量Ｄが突起６の押圧面高さｈを超えると、表面疵に発展するような急峻な凹みが形成される場合があるほか、メタルフローの行き場がなくなってしまう。そのため、突起６による押込み量Ｄは２〜１０ｍｍの範囲で、且つ突起の押圧面高さｈ以下とする。
【００６１】
素材表層に十分な歪を導入し、熱延後の表層組織を細粒化させるべく、２ｍｍ以上の押込み量Ｄで突起６を押し込むが、この押込み量Ｄを得るために、突起６の高さＨは狙いの押込み量Ｄ超とすることが望ましい。突起３の高さＨが低すぎると十分な押込み量Ｄを確保できないおそれがある。これらの観点から、突起６の高さＨは、突起６の押圧面高さｈを超える高さにしてもよい（後述する図７（ｂ）参照）。また、突起６ｄの先端に設けられた球面状の押圧面は、押圧面高さｈ＝曲率半径Ｒの関係を持つ形状、すなわち、半球面状でもよいが、押圧面高さｈ＜曲率半径Ｒの関係を持つ形状でもよい。なお、球面状とは球面の一部をなす形状をいい、例えば、図７（ａ）、（ｂ）に例示するように、半球面状であってもよい。
【００６２】
次に、突起６のロール５ａ上での配列パターンについて説明する。
図６（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態における突起６（６ａ、６ｂ、６ｃ）の配列パターンを説明するための図であって、ロール５ａ表面を展開して平面視した際の突起６ａ、６ｂ、６ｃの模式図である。なお、図６（ａ）〜（ｃ）中の符号Ｙ１〜Ｙ３はそれぞれ突起列を表す。
また、図７（ａ）、図７（ｂ）は本実施形態における突起６（６ａ、６ｄ）の形状を説明するためのロール径方向の断面拡大図であって、特に図７（ａ）は図６（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【００６３】
図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、ロール５ａ表面を展開して平面視した際、１列上に複数の突起６（６ａ、６ｂ、６ｃ）が規則的に配置された各突起列Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３が、ロール５ａの幅方向もしくは周方向に配列されており、かつ複数の突起６（６ａ、６ｂ、６ｃ）が互いにロール５ａの幅方向もしくは周方向に交互に配置されている。すなわち、平面視して千鳥状となるよう突起６を配列されている。このような配列パターンで設けられた突起６を素材１の表面１ａに押込みディンプル１ｂを形成することによって、素材１の被圧延面に、均一なひずみを効率的に導入することができる。なお、突起列Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３の配置方向はロール５ａの周方向、幅方向のいずれでもよく、また周方向（もしくは幅方向）から一定の角度を有する方向であっても構わない。また説明の便宜上、突起列が３列のパターンを説明しているが、その列数についても、用いるロールの寸法（径や幅等）や突起６の寸法等によって適宜決定してよい。
【００６４】
また、突起６は、図６（ａ）および図７（ａ）に示すように互いに一定の距離、離間させて配置してもよく、図６（ｂ）に示すように、隣り合う突起６ｂ同士は離間させたまま、ロール周方向もしくは幅方向に配列させた各列同士が接するよう配置してもよい。また、図６（ｃ）に示すように、すべての突起６ｃが接するよう、隙間なく配置させてもよい。
【００６５】
なお、図７（ｂ）も図７（ａ）と同様に、突起同士が接することなく、離間して配置されている例であるが、上述したように、突起６ｄの形状が、突起６ｄの曲率半径Ｒを超える高さＨであってもよい。その場合、突起高さＨのうち曲率半径Ｒを超える部分、すなわちロール表面と垂直な部分（円柱部）ｐを有することとなる。
【００６６】
次に、同列上に配列された複数の突起６のうち、隣接する突起６の中心間距離Ｓと、各列間の距離（突起列間距離）Ｌについて説明する。中心間距離Ｓとは、図６（ａ）〜（ｃ）、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、突起６を平面視した際、同列上（例えば、列Ｙ１上や列Ｙ２上など）で隣接する突起６の中心間の距離のことであり、また突起列間距離Ｌとは、隣り合う突起列（例えばＹ１とＹ２）の中心軸間の距離のことを表す。また、突起列間距離Ｌはロールの回転方向に沿う距離である。
【００６７】
本実施形態では、この中心間距離Ｓが２（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２〜３（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２の範囲内（Ｒ：曲率半径、Ｄ：押込み量）となるよう突起６を配列する。すなわち、突起６を平面視した場合の半径をｒとした場合、中心間距離Ｓが２ｒ以上３ｒ以下の範囲内であることが好ましい。
中心間距離Ｓが、２（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２よりも小さい場合（２ｒよりも小さい場合）、突起６の押込み量Ｄが十分に確保できずひずみ量が不十分となるおそれがある。さらに中心間距離Ｓが、２（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２よりも小さい場合（２ｒよりも小さい場合）では、突起６を押込んでいく際、周囲のディンプルがメタルフローの妨げとなり、メタルフローのための空間が制約され、十分なひずみを付与できなくなるおそれがある。一方、中心間距離Ｓが、３（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２よりも大きい場合（３ｒよりも大きい場合）、隣接する突起６同士の間隔が過度に開くため、突起６によって押し込まれて導入されるひずみ量が不十分になり、その結果、熱間圧延後の表面疵が十分に抑制されない場合がある。
なお、中心間距離Ｓが２ｒ以上の場合、すなわち隣接する突起６の間にある程度のすき間がある場合であっても、突起６に押し込まれた部分は周囲へのメタルフローを伴うため、形成されるディンプル１ｂの表層部周辺に加え、当該すき間部分でもひずみを十分に導入することができる。
【００６８】
さらに本実施形態では、突起列間の距離Ｌは、２（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２〜３（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２の範囲内とすることが好ましい。すなわち、突起６を平面視した場合の半径をｒとした場合、突起列間の距離Ｌは２ｒ以上３ｒ以下の範囲内であることが好ましい。
突起列間の距離Ｌが、２（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２よりも小さい場合（２ｒよりも小さい場合）、一定のひずみを付与することは可能ではあるが、その量が不十分となる場合もあるほか、ロールによる加工負荷や荷重の増大も懸念される。そのため、突起列間の距離Ｌは、２（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２以上とすることが好ましい。一方、突起列間の距離Ｌは、３（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２よりも大きい場合（３ｒよりも大きい場合）、隣接する突起列同士の間隔が過度に開くため、突起６によって押し込まれて導入されるひずみ量が不十分になり、その結果、熱間圧延後の表面疵が十分に抑制されない場合がある。そのため、突起列間の距離Ｌは、３（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２以下とすることが好ましい。
【００６９】
本実施形態では、以上説明してきた突起６を備えたロール５ａを用いて、上述した押込み量Ｄが確保できるよう、素材１にディンプル１ｂを形成する加工を行う。
このようなロール５ａを用いた加工は、上記押込み量Ｄが確保できれば１パスでよいが、加工機の能力、仕様を考慮して、複数パスでも構わず、合計した押込み量Ｄが上記範囲内となるよう確保できればよい。
なお、本実施形態において、素材１を加工する方法としては、鍛造のように圧下する方式よりも、図５に示すような、圧延方式を取ることによってよりメタルフローが容易になり、上述したデッドメタルが形成されにくくなる効果がある。
また、素材１の全幅をカバーするようなロール５ａを用いれば、効率的にひずみを導入することができる。また、本実施形態では、突起６が接触している部分だけを押し込むため、突起の無い平坦なロールや金型でチタン素材の全幅を押し込むよりも、小さい荷重でも必要なひずみを導入できる。
【００７０】
突起６付きのロール５ａを用い、チタン素材表面に複数のディンプルを形成する際は、チタン素材を加熱せずに冷間で行ってもよく、チタン素材を最高で５００℃以下まで加熱した後に行ってもよい。
【００７１】
本実施形態では、加工チタン材の被圧延面になる表面に、冷間〜温間でひずみを付与することとしている。熱間圧延時に発生する表面疵を低減するためには、ある程度の深さまでの再結晶組織を形成させる必要がある。特に高硬度のチタン素材では、ひずみがチタン素材の内部まで入り難く、表層の深い位置までひずみを付与するためには大きな荷重で凹凸形成の加工を付与する必要がある。しかしながら、ひずみが付与されたことにより表層近傍の延性が低下し、表面で割れが発生することが新たに明らかとなった。そのため、安定的に深い位置までひずみを付与すると共に、表層の延性を向上させるためには、ある程度温度を高くしてチタン素材自体の強度を低くすることも効果的である。一方で、強度がそれほど高くないチタン素材では、表層にひずみを集中させた方が表層の組織を微細にすることできるため室温でひずみを付与した方がよい。
【００７２】
一方、５００℃超の高温でディンプル形成の加工を行うと、加工によって付与したひずみが即座に消失してしまい、その後の加熱時に再結晶させることができなくなる場合がある。また、５００℃超ではチタン素材の表面に酸化硬化層が形成される場合があり、その酸化硬化層が加工時に押し込まれて表面欠陥が発生し、その後の熱間圧延時に表面疵に進展する恐れがある。５００℃以下であれば、上記のような問題が発生しないことから、５００℃以下を上限とすることが好ましい。
【００７３】
また、チタン素材の強度及び延性は、合金種類によって高くなる温度域が異なるため、より高い温度で行えばよいというわけではない。例えば、工業用純チタンなどでは、室温近傍ではチタンの変形機構の重要な１つである双晶変形が活発に活動するが、４００〜５００℃程度の温度ではこの双晶変形が発生しなくなるため、室温よりも延性が低下し、かえって割れが発生し易くなる。一方、Ａｌを多く含む合金系ではこの双晶変形が室温近傍でも殆ど発生しないため、５００℃以下に加熱することで延性を担保することが出来る。また、β型チタン合金は、３００〜５００℃で長時間加熱すると、時効硬化によって強度が高まり、かつ延性が低下する特徴がある。また、チタン素材を高温にし、極端に材料強度を弱くすると塑性変形させた際に表面のディンプル形状の起伏（深さ）が大きくなり過ぎ、その起伏に起因して表面疵が発生してしまうおそれがある。従って、チタン素材の品種や種類に応じて、圧延後に表面に割れを発生させず、かつ、適切な再結晶組織や表面状態が得られるような温度範囲を選択すればよい。
【００７４】
以上説明したように、本実施形態の製造方法では、チタン素材を、複数の突起が配列された一対のロール間を搬送させながら、その表面に突起を押込むことで所定量塑性変形させて表面にディンプルを形成する。その結果、効率良くかつ安定して素材表層に歪みを導入することができる。そしてその後の熱間圧延の際の加熱によって表層に微細な再結晶を形成させることで、表面疵の発生を抑制できる。
【００７５】
また、本実施形態の製造方法によって得られた加工チタン材によって、熱間圧延後の表面欠陥は顕著に抑制される。矩形や円柱形のインゴットに本発明を適用することによって、分塊圧延などのブレークダウン工程を経ずとも、板や帯状コイルまたは棒線へ熱間圧延した際に、表面欠陥が問題ないレベルまで抑制できるという効果を奏することができる。
【００７６】
本実施形態の加工チタン材を熱間圧延する場合の加熱温度は、変形抵抗を低減するために、８００℃〜９５０℃の範囲とすることが好ましい。さらには、スラブ加熱時に生じるスケールを抑制するためには、加熱温度は、β変態点未満が望ましい。ここでβ変態点とは、チタン素材が加熱にともないβ相単相になる下限温度である。
【００７７】
このように、本実施形態に従って製造された加工チタン材は、熱間圧延に好適に供されるのみならず、熱間圧延されて製造された熱延材は、表面欠陥が顕著に抑制されており、その後、冷間圧延を施しても健全な製品を製造できるという効果を奏するものである。
【００７８】
また本実施形態によれば、インゴットのブレークダウン工程を省略した鋳造ままのチタン素材であっても、熱延時に発生する表面疵を軽微にすることができ、優れた熱延、冷延製品を提供することができる。
【００７９】
また、本実施形態を、ブレークダウン工程を経たチタン素材に適用すると、熱間圧延時に生じる表面欠陥が極めて軽微なものとなる。その結果、熱間圧延した板や棒線の脱スケール工程や最終製品の歩留を、より高めることが可能になる。
【実施例】
【００８０】
以下、本発明を実施例によってより詳細に説明する。【００８１】
＜実施例１＞
まず、表１（工業用純チタン）および表２（チタン合金）に示す成分組成を有するチタン素材を、電子ビーム溶解法（ＥＢＲ）、もしくはプラズマアーク溶解法（ＰＡＭ）により鋳造し、鋳造ままの粗大な凝固組織を有する略矩形のインゴットとした。なお、表１の素材記号Ｍ９は、当該インゴットを鍛造した。なお、表２のチタン素材の合金成分の「Ｍｍ」はミッシュメタル（希土類元素を含む合金）である。【００８２】
次に、記号Ｍ９以外のインゴットから、厚み約１２０ｍｍ、幅約２５０ｍｍ、長さ約４５０ｍｍのチタン素材を切り出し機械加工した。記号Ｍ９については、前記鍛造後の素材から厚み約１２０ｍｍ、幅約２５０ｍｍ、長さ約４５０ｍｍのチタン素材を切り出し機械加工した。なお、切り出した各素材は、インゴットに対して切り出しの位置関係が一致するように、且つインゴットの表面からの深さ位置がほぼ同一になるように、切り出した。【００８３】
切り出された素材（Ｍ１〜Ｍ１８）のうち、後述する熱間圧延時の被圧延面となる面（片面）に対し、表３Ａ、表４Ａ及び表５Ａに示す形状および配列とされた突起を有するロールを用いた２ロール式の加工機（図５参照）によって、素材表面へディンプルを形成し、加工チタン材とした。その際の押込み量（Ｄ）、加工温度などの加工条件は表３Ａ、表４Ａ及び表５Ａのように種々変化させた条件にて行った。なお、突起は図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すような平面視して千鳥状となるよう配列した。また、素材Ａ２については、直径３００ｍｍのロール（突起なし）で加工した。【００８４】
次いで、加工チタン材をβ変態点未満の温度で約２時間加熱した後に、連続熱間圧延ストリップミルにて厚み約６ｍｍまで熱間圧延した。この熱間圧延板に、ショットブラストを施し、更に、硝ふっ酸からなる連続酸洗ラインを通板させて酸洗を施し脱スケールした。その後、目視観察によって発生した表面疵にマーキングして、表面疵の発生状況を評価した。ここでβ変態点とは、チタン素材が加熱にともないβ相単相になる下限温度である。
具体的には、連続酸洗ライン通過後の熱延板において、圧延方向の先後端の非定常部を除き、長さを２００ｍｍ間隔で区分して、表面疵が検出された部分の区間数を全体の区間数（４０区間）で除した割合を、表面疵発生率とした。表面疵発生率に応じて、０％を「◎」、０％超〜５％以下且つ約１ｍｍの微小な表面疵を「○」、５％超又は約１０ｍｍ以上の大きな表面疵を「×」と評価した。なお、「◎」と「○」は合格、「×」は不合格とした。【００８５】
表３Ｂに工業用純チタンの実施例を、表４Ｂにチタン合金の実施例を、比較例と並べて示す。いずれもロールによる加工温度は室温である。
また、表５Ｂに、ロール加工する際、素材の温度を１００〜４００℃に加熱してロールによる凹凸形成加工を施した例を示す。【００８６】
表３Ａ〜表５Ｂより、本発明の範囲内で突起を配列したロールで素材を圧延しディンプルを形成すると、表面疵発生率は５％以下と低く、さらに好ましい条件範囲では０％まで低減できることがわかる。
一方、素材ままで加工なしの場合、ロール表面に突起がない場合、突起の曲率半径（Ｒ）、押込み量（Ｄ）、突起中心間の距離（Ｓ）が本発明範囲外れる場合の例である比較例では、いずれも表面疵発生率が高いことが分かる。
特に、突起中心間の距離（Ｓ）が２（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２〜３（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２の範囲（２ｒ１から３ｒ１の範囲）を外れるＡ１４，Ａ１５では、加工なしのＡ１、突起なしのロールで圧延するＡ２に比べると、表面疵発生率は２０％程度に低下しているものの、５％以下には及ばない。【００８７】
また、実施例であるＣ１〜２０からわかるように、加工温度が１００〜４００℃の場合にも室温で得られるのと同様の効果が得られることが分かった。【００８８】
実施例であるＡ１０とＡ１７は、所定の突起が配列されたロールで２パスの圧下を施した実施例であるが、本発明の効果が得られている。【００８９】
比較例であるＡ３３は、Ｍ９のインゴットを鍛造した素材を熱間圧延する場合であり、表面疵発生率が４８％と高い。これに対して、実施例であるＡ４１では、この素材に所定の突起が配列されたロールで圧延することによって、表面疵発生率が０％に低下する効果が得られている。【００９０】
【表１】
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【００９１】
【表２】
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【００９２】
【表３Ａ】
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【００９３】
【表３Ｂ】
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【００９４】
【表４Ａ】
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【００９５】
【表４Ｂ】
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【００９６】
【表５Ａ】
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【００９７】
【表５Ｂ】
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【符号の説明】
【００９８】
１、２、３、４・・・チタン素材（スラブ、ブルーム、ビレット）
１ａ、２ａ、３ａ、４ａ・・・表面
１ｂ、２ｂ、３ｂ、４ｂ・・・ディンプル
１ｂ１、２ｂ１、３ｂ１、４ｂ１・・・ディンプルの底部
５ａ・・・ロール
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ・・・突起
【要約】
ロール対の隙間にチタン素材を通過させるチタン材の製造方法であって、  前記ロール対の少なくとも一方のロールが、表面を展開して平面視した場合に千鳥状となるよう配列された複数の突起を有し、前記突起を前記チタン素材の表面に押し込むことで、チタン素材の表面に複数のディンプルを形成する工程を備え、前記突起が、その先端に球面状の押圧面を備え、前記押圧面の高さをｈ（ｍｍ）、前記突起の押圧面の曲率半径をＲ（ｍｍ）、前記チタン素材の通過方向において隣接する前記突起の中心間距離をＳ（ｍｍ）、前記突起の押込み量をＤ（ｍｍ）とするとき、前記Ｒが３〜３０の範囲内であり、前記Ｄが２〜１０の範囲内で、かつｈ以下であり、前記Ｓが２（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２〜３（Ｒ２−（Ｒ−Ｄ）２）１／２の範囲内である、加工チタン材の製造方法。この方法で得られる加工チタン材によれば、熱間圧延時に発生する表面疵を低減できる。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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