(57)【要約】【課題】本発明は、成形性と潤滑性に優れたチタン板を提供する。【解決手段】製品チタン板の板厚、表面を除去せずそのままの状態で分析した窒素濃度Ｃｎｉ（質量％）、板の両表面を研磨で各１μｍ以上除去した後に分析した窒素濃度Ｃｎｒ（質量％）、板厚ｔ（ｍｍ）の３つからなる式（１）の値を４〜１０、板表面の平均粗さＲａを０．０５〜０．５μｍにすることによって、摩擦係数が低くエリクセン値が高い成形性及び潤滑性に優れたチタン板を得ることができる。効率的な製造方法として、板表面の平均粗さを冷間圧延あるいは加熱焼鈍後のスキンパス圧延や矯正などの加工によって上記範囲に制御するとともに、冷間圧延板を洗浄した後に窒素ガス中にて７５０〜８３５℃で１〜６０秒加熱することによって式（１）の値が４〜１０の表面窒化に制御すると同時に焼鈍を成し得る。（Ｃｎｉ−Ｃｎｒ）×ｔ×１０００      …式（１）【選択図】  図１
2004244671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さｔ（ｍｍ）の製品チタン板にて、表面を除去せずそのままの状態で不活性ガス溶融−熱伝導法によって分析した窒素濃度をＣｎｉ（質量％）、板の両表面を研磨で各１μｍ以上除去した後に不活性ガス溶融−熱伝導法によって分析した窒素濃度をＣｎｒ（質量％）としたとき、式（１）値が４〜１０であり、且つ板表面の平均粗さＲａの値が０．０５〜０．５μｍであることを特徴とする成形性及び潤滑性に優れたチタン板。
（Ｃｎｉ−Ｃｎｒ）×ｔ×１０００      …式（１）
ここで
Ｃｎｉ（質量％）；チタン板の表面を除去せずそのままの状態で不活性ガス溶融−熱伝導法によって分析した窒素濃度
Ｃｎｒ（質量％）；チタン板の両表面を研磨で各１μｍ以上除去した後に不活性ガス溶融−熱伝導法によって分析した窒素濃度
ｔ（ｍｍ）    ；製品ままチタン板の厚さ
【請求項２】
板表面について、その色調がＬ＊ａ＊ｂ＊表色系のａ＊が２〜６でｂ＊が８〜１６であり、入射角１度の薄膜法Ｘ線回折にてチタン窒化物のピークが検出されることを特徴とする請求項１に記載の成形性及び潤滑性に優れたチタン板。
【請求項３】
表面の平均粗さＲａが０．０５〜０．５μｍの冷間圧延板を洗浄した後、窒素ガス中にて７５０〜８３５℃で１〜６０秒加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載の成形性及び潤滑性に優れたチタン材の製造方法。
【請求項４】
表面の平均粗さＲａが０．０５〜０．５μｍの冷間圧延板を洗浄した後、窒素ガス中にて８００〜８３０℃で１〜６０秒加熱することを特徴とする請求項１又は２に記載の成形性及び潤滑性に優れたチタン材の製造方法。
【請求項５】
表面の平均粗さＲａが０．６μｍ以下の冷間圧延板を洗浄した後、窒素ガス中にて７５０〜８３５℃で１〜６０秒加熱し、その後に表面の平均粗さＲａが０．０２〜０．２μｍのワークロールにて伸び率０．２〜１．０％の加工を加えることを特徴とする請求項１又は２に記載の成形性及び潤滑性に優れたチタン材の製造方法。
【請求項６】
表面の平均粗さＲａが０．６μｍ以下の冷間圧延板を洗浄した後、窒素ガス中にて８００〜８３０℃で１〜６０秒加熱し、その後に表面の平均粗さＲａが０．０２〜０．２μｍのワークロールにて伸び率０．２〜１．０％の加工を加えることを特徴とする請求項１又は２に記載の成形性及び潤滑性に優れたチタン材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイスやポンチ及びロールなどの成形工具やその他接触物との潤滑性に優れ、且つ張り出し、深絞り、曲げ、押し広げなどの成形性に優れたチタン板とその製造方法に関する。ここで、潤滑性とは接触対象物とチタン板との間で摩擦係数が小さくチタン板に疵が生じにくいことである。成形性とは成形限界が高いことである。
【０００２】
【従来の技術】
チタン板は冷間圧延などの冷間加工後に、スケールを生じさせないために真空或いはアルゴンなどの不活性ガス雰囲気にて焼鈍されるか、大気中で焼鈍した後に酸洗によって脱スケールされるのが一般的な製造方法である。したがって、通常のチタン材は、真空或いはアルゴンなどの不活性ガス雰囲気で熱処理された表面か、酸洗された表面である。これらの表面は一般的な金属色又は微細な凹凸による白い色調である。チタンはこのままの表面では他の金属に比べ反応性が高いために成形工具と焼き付きが生じやすくチタン板表面を疵付ける。そのためチタンとの親和性の低い銅合金製の成形工具の使用や、チタンの成形に適した潤滑剤の選定や塗布頻度の増加などが行われてきた。しかし、銅合金はダイス鋼やハイス鋼に比べ摩耗がはやいため、素材費の他に改削費用がかかる。そのため、チタン側の表面に種々皮膜や硬質層を形成する方法が検討されてきた。
【０００３】
成形時の潤滑性を高める方法として、陽極酸化や酸化性雰囲気中の加熱によって酸化膜を付与することが一般的であり、特に深絞り加工において効果があることが知られている。
【０００４】
また、非特許文献１「焼付きを防止した純チタン板の多段深絞り加工」において、陽極酸化皮膜と大気酸化皮膜の他に窒化皮膜の多段深絞り加工における限界絞り段数を評価しており効果があることが記載されている。
【０００５】
焼鈍時に窒化層を同時に形成させる方法として、特許文献１「チタン薄板およびその製造方法」と、特許文献２「成形加工用チタン薄板とその製造方法」がある。これらは各々０．１〜１．０μｍの窒化チタン層、０．５〜５．０μｍの窒素富化層を有し耐疵付き性を高めている。
【０００６】
次に窒素雰囲気で焼鈍する方法として、特許文献３「チタンおよびチタン合金ストリップの連続焼鈍方法」は、酸素濃度が３０〜１００ｐｐｍのアルゴンガスまたは窒素ガス、またはアルゴンと窒素の混合ガス中で加熱温度６５０〜７５０℃の焼鈍を実施することにより、表面に酸化物や窒化物を生成せずに酸素や窒素が固溶した硬質層を形成することによって表面を疵付きにくくするものである。
【０００７】
特許文献４「金属チタンの熱処理方法」は、露点が−３０℃以下で酸素濃度が７００ｐｐｍ以下の窒素ガス雰囲気にて６００〜８００℃の温度で５分以下保持し、その後同じ窒素ガス雰囲気で３００℃以下まで冷却することによって酸化皮膜厚みが５００Åより薄くして着色のないチタンを製造するものである。
【０００８】
特許文献５「成形性に優れたチタン板とその製造方法」は、冷間圧延後に酸素分率を制御した雰囲気中で５５０〜７５０℃５分間以上保持することによって着色させずに得られるもので、圧延方向と平行な方向の表面平均粗さが０．２５〜２．５μｍで、表面のビッカース硬さが荷重４．９Ｎよりも荷重０．０９８Ｎの方２０以上高く且つ荷重４．９Ｎの値が１８０以下とするものである。酸化によって表面の硬さを高め成形時にチタンの新生面が現れるのを抑制し、且つ表面粗さを適度にすることによって潤滑油の引き込みを良くし切り欠き作用による延性低下を抑制したものである。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−６０６２０号公報
【特許文献２】
特開平１０−２０４６０９号公報
【特許文献３】
特開昭５６−１１６８６３号公報
【特許文献４】
特開昭６３−６０２６９号公報
【特許文献５】
特開２００２−３９６８号公報
【非特許文献１】
社団法人日本金属学会２００２年発行の「まてりあ」第４１巻第７号４６７〜４７２ページ
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
陽極酸化処理は酸化皮膜の密着性に課題があり、密着性を高めるため電解液組成や電解電圧を適正に制御する必要があるとともに、陽極酸化処理の前後で熱処理を施す手段もとられる。加えて母材チタン表面の微量付着物が形成される酸化皮膜厚さに大きく影響することから洗浄と均一化を兼ねて前処理として酸洗などを付与するケースが多い。このように陽極酸化は工程が複雑である。
【００１１】
酸化性雰囲気中での加熱はチタンと酸素の反応が急激なため高温で実施すると厚い硬質層が形成されて成形時の割れの起点となるため、５００℃前後の低温で長時間処理する方法が適している。そのため焼鈍処理後に改めて加熱酸化処理を施す必要があり効率的ではない。
【００１２】
深絞り成形においては、元々ｒ値が高いチタンは成形限界が本来高いことから、工具との焼き付きを皮膜形成によって抑制することは効果がある。非特許文献１，特許文献１、２の窒化皮膜も大気酸化皮膜と同様に窒素の侵入によって硬質層が形成されることから、板が流れ込む深絞りとは異なり表面が延ばされる張り出し成形においては、この硬質層が割れの起点となり成形性に不利に作用する場合が顕在化する。そのため加熱温度や時間及び雰囲気を適正に制御する必要があるが非特許文献１，特許文献１，２では張り出し成形性も高める条件を成し得ない。また焼鈍と同時に窒化皮膜を付与する場合には、特許文献１，２に記載されている５５０℃〜７００℃１時間以上の熱処理では、窒素が深く多く侵入した硬質層が形成され割れの起点となり張り出し成形性を低下させる場合があった。更に数時間の熱処理のため生産性を高めることが難しい。
【００１３】
特許文献３と特許文献５は硬さによって疵付きにくさは得られるものの表面が酸化物や窒化物で覆われていないか又はこれらが非常に薄いため、反応性の高い金属チタン（酸素や窒素がチタン中に固溶した層）と成形工具の金属同士の接触が起きるため潤滑性が不十分であり、焼き付きが発生し必ずしも有効に作用しない。
【００１４】
特許文献４は酸化皮膜厚みによってのみ条件範囲を規定しており、雰囲気ガスの大半を占める窒素の影響、ましてや潤滑性や成形性については示唆する記載がない。したがって、特許文献４の製造条件では潤滑性と成形性を両立したチタン板を必ずしも成し得ない。
【００１５】
また表面粗さは潤滑剤の引き込みのため適度に必要であることから、特許文献５において表面粗さを規定しているが、焼き付き現象は潤滑剤が局所的に切れてチタンの新生面と工具との接触が生じることによって発生するため、変形した凸部の新生面が焼き付きの起点となる可能性が高く、その部分で潤滑性が低下する。特許文献５の表面平均粗さの範囲０．２５〜２．５μｍにおいても表面が酸化物や窒化物で覆われていないか又はこれらが非常に薄い状態であることとあいまって潤滑性が十分ではない場合がある。
【００１６】
以上の文献に記載の発明は、疵付きにくさやｒ値の高いチタンにとって有利な深絞り加工では有効であったが、表面が延ばされる張り出し成形及び張り出し過程を含む成形では表層材質の差異が顕在化することから必ずしも有効ではないという課題を有していた。更に表面の皮膜が薄く硬質層だけでは潤滑性が十分ではないという課題を有していた。これらの課題は、上記の文献を単に組み合わせただけでは容易に改善されるものではなく、また個々を組み合わせる方法は決して効率的ではない。
【００１７】
そこで本発明は、前記した各文献記載の発明が有する課題に鑑みて、張り出し成形性も高めるとともに潤滑性を更に高めるために、表層の窒素濃度と表面粗さを制御した成形性と潤滑性に優れたチタン板とその効率的な製造方法を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
このような目的に応えるべく本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、以下のような本発明の成形性及び潤滑性に優れたチタン材及びその製造方法を成すに至った。
【００１９】
本発明は、チタン材として以下の特徴を有するものである。
１）厚さｔ（ｍｍ）の製品チタン板にて、表面を除去せずそのままの状態で不活性ガス溶融−熱伝導法によって分析した窒素濃度をＣｎｉ（質量％）、板の両表面を研磨で各１μｍ以上除去した後に不活性ガス溶融−熱伝導法によって分析した窒素濃度をＣｎｒ（質量％）としたとき、式（１）値が４〜１０であり、且つ板表面の平均粗さＲａの値が０．０５〜０．５μｍであることを特徴とする成形性及び潤滑性に優れたチタン板。
（Ｃｎｉ−Ｃｎｒ）×ｔ×１０００      …式（１）
ここで
Ｃｎｉ（質量％）；チタン板の表面を除去せずそのままの状態で不活性ガス溶融−熱伝導法によって分析した窒素濃度
Ｃｎｒ（質量％）；チタン板の両表面を研磨で各１μｍ以上除去した後に不活性ガス溶融−熱伝導法によって分析した窒素濃度
ｔ（ｍｍ）    ；製品ままチタン板の厚さ
【００２０】
ここで表面の平均粗さＲａは、チタン板の圧延方向に平行な方向に測定したＲａと圧延方向と直交する方向に測定したＲａの平均値である。またチタン板とは工業用純チタン板の他に、Ｐｄ，Ｎｉなどが添加されたものやＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖなどのチタン合金板である。
【００２１】
２）板表面について、その色調がＬ＊ａ＊ｂ＊表色系のａ＊が２〜６でｂ＊が８〜１６であり、入射角１度の薄膜法Ｘ線回折にてチタン窒化物のピークが検出されることを特徴とする上記１）に記載の成形性及び潤滑性に優れたチタン板。
【００２２】
ここでＬ＊ａ＊ｂ＊表色系はＪＩＳ  Ｚ８７２９の色調を示す指数でａ＊は緑色〜赤色、ｂ＊は青色〜黄色を表しており、２）のａ＊２〜６、ｂ＊８〜１６は一般的な金属色や微細な凹凸による白い色調とは異なる領域であり、着色あるいは有色な状態である。またチタン窒化物とはＴｉＮ，Ｔｉ２Ｎ，ＴｉＮ０．２６などに代表されるもので、チタン中に窒素が固溶しただけの物質ではない。
【００２３】
本発明は、上記１）、２）のチタン板の製造方法として、以下の特徴を有するものである。
３）表面の平均粗さＲａが０．０５〜０．５μｍの冷間圧延板を洗浄した後、窒素ガス中にて７５０〜８３５℃で１〜６０秒加熱することを特徴とする上記１）、２）に記載の成形性及び潤滑性に優れたチタン材の製造方法。
４）表面の平均粗さＲａが０．０５〜０．５μｍの冷間圧延板を洗浄した後、窒素ガス中にて８００〜８３０℃で１〜６０秒加熱することを特徴とする上記１）、２）に記載の成形性及び潤滑性に優れたチタン材の製造方法。
５）表面の平均粗さＲａが０．６μｍ以下の冷間圧延板を洗浄した後、窒素ガス中にて７５０〜８３５℃で１〜６０秒加熱し、その後に表面の平均粗さＲａが０．０２〜０．２μｍのワークロールにて伸び率０．２〜１．０％の加工を加えることを特徴とする上記１）、２）に記載の成形性及び潤滑性に優れたチタン材の製造方法。
６）表面の平均粗さＲａが０．６μｍ以下の冷間圧延板を洗浄した後、窒素ガス中にて８００〜８３０℃で１〜６０秒加熱し、その後に表面の平均粗さＲａが０．０２〜０．２μｍのワークロールにて伸び率０．２〜１．０％の加工を加えることを特徴とする上記１）、２）に記載の成形性及び潤滑性に優れたチタン材の製造方法。
【００２４】
ここで窒素ガス雰囲気中の水素濃度は不可避的に含まれる程度が好ましいがチタンへ水素が侵入して材質を劣化させない場合には特に規制するものではない。また焼鈍後の冷却方法として、焼鈍雰囲気と同一のガス、或いは一般的にはＡｒなどの不活性ガスによるガスフローが好ましいが特に制限するものではない。
【００２５】
冷間圧延後には、焼鈍を実施する前に圧延油を洗浄するためにアルカリ水溶液や溶剤などへの浸漬或いは電解などの一般的な洗浄工程を実施するのが好ましいが、洗浄の実施やその方法は特に限定しない。更に一般的に焼鈍後には形状や材質を調整するための矯正や軽加工を実施する場合があるが、その条件や方法に関しては、プレス成形などの次工程にて問題が無ければ本発明において特に制限するものではない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１に板厚が約０．３ｍｍ、約０．５ｍｍ及び約０．８ｍｍで表面の平均粗さＲａが０．２〜０．３μｍの工業用純チタンＪＩＳ１種における（１）式（（Ｃｎｉ−Ｃｎｒ）×ｔ×１０００）の値とエリクセン値及び摩擦係数の関係を示す。図１（ａ）は（１）式と摩擦係数の関係を示し、図１（ｂ）は（１）式とエリクセン値の関係を示すものである。いずれのチタン板も冷間圧延後にアルカリ洗浄した後、窒素ガス中にて焼鈍した。この焼鈍条件（保持温度と保持時間）によって（１）式の値を制御した。
【００２７】
表面の窒素増分を含んだ値であるＣｎｉ（チタン板の表面を除去せずそのままの状態で分析した窒素濃度）は板厚によって窒素増加分が薄められた値であることから、式（１）の値の如く窒素濃度差（Ｃｎｉ−Ｃｎｒ）と板厚の積は板厚の影響を除いた表面の窒化程度を示す指数として扱うことができる。したがって、式（１）の値が大きいほどチタン板の表面が窒化されていることを示す。
【００２８】
図１（ａ）に示すように、いずれの板厚においても式（１）の値が４未満になると摩擦係数が増加する傾向にあり、４以上では摩擦係数を０．３０以下と低位に安定させることができる。また図１（ｂ）に示すように、エリクセン値は式（１）の値は１０超になると低下する傾向にあり、４〜１０の間で高位に安定させることができる。式（１）の値が４未満の場合、窒化程度が不十分なため工具鋼ＳＫＤ１１とチタンの金属同士の接触が起こり摩擦係数は高くなり、結果としてエリクセン値が低下する。一方、式（１）の値が１０超の場合には窒化程度が進み表面の窒素固溶層が厚くなるため摩擦係数は低いもののエリクセン値が低下する。
【００２９】
ここで、表面を除去せずそのままの状態で不活性ガス溶融−熱伝導度法によって分析した窒素濃度Ｃｎｉ（質量％）、板の両表面を研磨で除去した後に不活性ガス溶融−熱伝導度法によって分析した窒素濃度Ｃｎｒ（質量％）ともに、試料をＪＩＳ  Ｈ１６１２に規定されている洗浄、乾燥した後にＬＥＣＯ−ＴＣ４３６の自動窒素・酸素分析装置を用いて不活性ガス溶融−熱伝導度法にて測定した値である。ここで板の両表面を研磨で除去した後の窒素濃度Ｃｎｒの分析に供した試料は、板の両表面を各１．０〜３．０μｍ深さ研磨で除去した。また研磨後の色調は金属色であった。この研磨量は、各片面を研磨した毎に重量を測定してその重量変化から計算した値であり、板表面の研磨量を種々変えて測定した結果、研磨量が１μｍ以上になるとＣｎｒの値はほぼ一定となることから、板の両表面を各１．０μｍ以上研磨で除去した試料を用いて分析した窒素濃度であるＣｎｒは母材部の窒素濃度に相当する。
【００３０】
エリクセン値は９０ｍｍ角のチタン板にプレス成形用の水溶性潤滑油を塗布し、しわ押さえ力１トンにてエリクセン試験を実施した値である。また摩擦係数は短冊形状のチタン板を工具鋼ＳＫＤ１１にて一定荷重１００ｋｇｆで挟み込んだ状態から引き抜いたときの引き抜き荷重より求めた。潤滑剤が切れた厳しい状態を模擬するため無潤滑で試験をした。
【００３１】
図２に工業用純チタンＪＩＳ１種の板における表面の平均粗さＲａと摩擦係数の関係を示す。チタン板はショットブラストや研磨によってロール表面の粗さを調整したワークロールを用いて冷間圧延後にアルカリ洗浄した後、式（１）（（Ｃｎｉ−Ｃｎｒ）×ｔ×１０００）の値が５〜９となるように窒素ガス中で焼鈍したもの、及びその後スキンパス圧延を実施したもの、冷間圧延後にアルカリ洗浄した後に真空中で焼鈍したもの、及びその後スキンパス圧延を実施したものを用いた。スキンパス圧延のロール表面の平均粗さＲａは０．０９μｍであった。
【００３２】
図２に示すようにいずれの板においても板表面の平均粗さＲａが増加すると摩擦係数も増加する傾向にあり、通常の真空焼鈍板（無潤滑の△印と□印、潤滑有りの＊印）に比べ、窒素ガス中で焼鈍した板はスキンパス圧延有無に関わらず摩擦係数は低い。更に窒素ガス中で焼鈍した板は無潤滑状態においても板表面の平均粗さＲａを０．５μｍ以下にすることによって摩擦係数をより低位に安定させることができ、真空焼鈍板で潤滑油有りの場合（＊印）の最小摩擦係数、約０．３、以下にできる。これは、表面の窒化層が金属同士の接触を抑制する効果に加えて、表面を平滑にすることによって微小な凸部が局所変形して起きる金属同士の接触を低減している効果である。また図２に示したスキンパス圧延以外にもテンション矯正やロール矯正にて板表面の粗さを低下させた場合にも同様に摩擦係数を低下させる効果があった。
【００３３】
ここで表面の平均粗さＲａは、チタン板の圧延方向に平行な方向に測定したＲａと圧延方向と直交する方向に測定したＲａの平均値である。摩擦係数は図１と同じ方法で測定した値であり、無潤滑の他に真空焼鈍した板についてはプレス成形用の水溶性潤滑油を塗布した場合について実施した。
【００３４】
以上に基づき、優れた成形性と潤滑性を両立する範囲として、本発明１）において式（１）の値を４〜１０、板表面の平均粗さＲａを０．５μｍ以下とした。また板表面の平均粗さＲａの下限は工業的に成し得る０．０５μｍとした。好ましくは、エリクセン値がより高位（図１の極大近辺）となることから式（１）の値は５〜９で、摩擦係数が０．２以下となることから表面の平均粗さＲａは０．２５μｍ以下とすると良い。
【００３５】
特許文献３，４，５は表面に着色がなく、酸化物や窒化物を生成させないものであるが、本発明のチタン板表面を見ると明らかに着色しており有色であるとともに、入射角１度の薄膜法Ｘ線回折にてチタン窒化物であるＴｉＮ，Ｔｉ２Ｎ，ＴｉＮ０．２６の明確なピークが検出される。ちなみにチタン酸化物のピークは検出されない。ここでチタン板表面の薄膜法Ｘ線回折はＣｕＫα線（管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡ）、入射角１度、測定速度１度／分、測定角度２θ範囲１５〜８５度の条件で測定した結果である。また従来品である真空焼鈍した板や酸洗した板は、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系のａ＊が０〜１．５、ｂ＊が２〜５程度で着色がないと認識されるのに対して、本発明の板はａ＊が２〜６、ｂ＊が８〜１６に着色した状態である。また真空焼鈍した板や酸洗した板では薄膜法Ｘ線回折にてチタン窒化物は検出されない。以上のことから、着色されるレベルまで窒化させることによって表面にチタン窒化物を形成することが、母材チタンと金型との接触を強固に抑制し摩擦係数が低くなる。したがって、本発明２）では本発明１）において、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系のａ＊が２〜６でｂ＊が８〜１６であり、入射角１度の薄膜法Ｘ線回折にてチタン窒化物のピークが検出される板表面であることとした。
【００３６】
次に、本発明の成形性及び潤滑性に優れたチタン材の製造方法について説明する。
【００３７】
チタン板を冷間圧延して洗浄した後、窒素ガス中にて７５０〜８３５℃で１〜６０秒加熱することによって、式（１）の値を４〜１０とすることができるとともに冷間圧延後の焼鈍を同時に成し得る。加熱温度が７５０℃未満あるいは加熱時間が１秒未満では式（１）の値が４未満となり窒化の程度が不十分なため、図１（ａ）に示したように摩擦係数が高くなる。一方、加熱温度が８３５℃超又は加熱時間が６０秒超では窒化が進み式（１）の値が１０超となる場合があり表面の窒素固溶層が厚くなるため、図１（ｂ）に示すように摩擦係数は低いもののエリクセン値が低下する。したがって、本発明３）では本発明１）及び２）のチタン板の製造方法として、チタン板を板表面の平均粗さＲａが０．０５〜０．５μｍとなるように冷間圧延した後、洗浄した後、窒素ガス中にて７５０〜８３５℃で１〜６０秒加熱することとした。ここで冷間圧延板の表面の平均粗さＲａの値は上述同様に摩擦係数を低くでき且つ工業的に成し得る範囲として０．０５〜０．５μｍとした。
【００３８】
更に上述したように式（１）の値が６〜９の範囲にてエリクセン値がより高位（図１の極大近辺）となる。窒素ガス中にて８００〜８３０℃で１〜６０秒加熱することによって、式（１）の値を５〜９とすることができる。したがって、本発明４）では本発明１）及び２）のチタン板の製造方法として、チタン板を板表面の平均粗さＲａが０．０５〜０．５μｍ以下となるように冷間圧延した後、洗浄した後、窒素ガス中にて８００〜８３０℃で１〜６０秒加熱することとした。
【００３９】
冷間圧延の他に焼鈍後の矯正やスキンパス圧延によって板表面の粗さを調整することができる。したがって冷間圧延にて板表面の平均粗さＲａが０．５μｍ超となった場合でも、板表面の平均粗さＲａが０．６μｍ以下であれば、焼鈍後に平滑な表面を有するロールを用いてテンション矯正や曲げ矯正及びスキンパス圧延などの加工を施すことによって、板表面の平均粗さＲａを０．５μｍ以下にできる。一方、矯正やスキンパス圧延の加工度が高いと材質特性が低下してしまう。焼鈍を目的とした加熱後に表面の平均粗さＲａが０．２μｍ以下のワークロールを用いて伸び率０．２％以上の矯正やスキンパス圧延の加工を施すことによって板表面の平均粗さＲａは０．５μｍ以下となり摩擦係数は低下する。一方、１．０％超の加工を加えると、チタンに加工歪みが導入されてエリクセン値に代表させる成形性が低下してしまう。
【００４０】
したがって、本発明５）では本発明１）及び２）のチタン板の製造方法として、チタン板を板表面の平均粗さＲａが０．６μｍ以下となるように冷間圧延した後、洗浄した後、窒素ガス中にて７５０〜８３５℃で１〜６０秒加熱し、その後に表面の平均粗さＲａが０．０２〜０．２μｍのワークロールにて伸び率０．２〜１．０％の加工を加えることとした。また本発明６）では本発明１）及び２）のチタン板の製造方法として、チタン板を板表面の平均粗さＲａが０．６μｍ以下となるように冷間圧延した後、洗浄した後、窒素ガス中にて８００〜８３０℃で６０秒加熱し、その後に表面の平均粗さＲａが０．０２〜０．２μｍのワークロールにて伸び率０．２〜１．０％の加工を加えることとした。ここでワークロールの表面の平均粗さＲａの下限は工業的に効率よく成し得る値として０．０２μｍとした。また、加熱焼鈍後の加工方法はスキンパス圧延や矯正のどちらか一方、あるいはその両方を実施して上記効果は変わらない。
【００４１】
本発明３），４），５），６）の製造方法における冷間圧延後の洗浄方法は一般的なアルカリ洗浄などであり、特に限定するものではない。
【００４２】
本発明３）、４）、５）、６）の焼鈍時における窒素ガスの雰囲気は特に限定するものではないが、チタンは高温時に窒化よりも酸化が速いことから焼鈍時の酸化を抑制するために、好ましくは酸素濃度１００ｐｐｍ以下で露点−４０℃以下が良い。また窒素ガス中の水素濃度はチタンへ水素が侵入して材質を劣化させない場合には特に規制するものではないが、不可避的に含まれる程度が好ましく、更に好ましくは水素濃度１％以下が良い。
【００４３】
以上、工業用純チタンを例に説明してきたが、耐食性チタン合金であるＴｉ−Ｐｄ合金やＴｉ−０．５Ｎｉ−０．０５Ｒｕ、α＋β合金であるＴｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ、β合金であるＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌなどチタン合金板においても、窒素ガス中の加熱による窒化程度は工業用純チタンと同等であることから、潤滑性と成形性において同様の効果が得られる。
【００４４】
【実施例】
以下、実施例により本発明の効果を説明する。
【００４５】
表１、２に、冷間圧延した後にアルカリ洗浄したチタン板を焼鈍のため加熱する際の雰囲気ガス、加熱温度、加熱時間、焼鈍したチタン板の板厚、表面を除去せずそのままの状態で分析した窒素濃度Ｃｎｉ（質量％）、板の両表面を研磨で除去した後に分析した窒素濃度Ｃｎｒ（質量％）、式（１）の値、表面の平均粗さＲａ、表面の特徴（色調、チタン窒化物有無）、摩擦係数（無潤滑）、エリクセン値（プレス成形用潤滑剤使用）を示す。
【００４６】
ここで用いたチタン材は、熱間圧延後に脱スケールした厚さ３．５ｍｍの工業用純チタンＪＩＳ１種ストリップを用いて、センジミア圧延機にて厚さ０．３１ｍｍ、０．５０ｍｍ、０．７９ｍｍまで冷間圧延した後にアルカリ洗浄したものである。化学成分は熱間圧延後に脱スケールした材料を分析した結果、酸素０．０４５質量％、窒素０．００５質量％、炭素０．００４質量％であった。
【００４７】
ＣｎｉとＣｎｒ（質量％）ともに試料をＪＩＳ  Ｈ１６１２に規定されている洗浄、乾燥した後にＬＥＣＯ−ＴＣ４３６の自動窒素・酸素分析装置を用いて不活性ガス溶融−熱伝導度法にて測定した値である。ここでＣｎｒの分析に供した試料は、表面が金属色になるまで研磨しており、その研磨量は重量変化から各面１．０μｍ以上で１．０〜３．０μｍであった。板表面の平均粗さＲａは、チタン板の圧延方向に平行な方向に測定したＲａと圧延方向と直交する方向に測定したＲａの平均値である。表面の特徴である色調はＪＩＳ  Ｚ８７２９のＬ＊ａ＊ｂ＊表色を光源Ｃで測定してａ＊が２〜６で且つｂ＊が８〜１６の場合は○印、そこから外れている場合は×印として示す。また板表面の薄膜法Ｘ線回折（入射角１度）より検出されたチタン窒化物を示す。エリクセン値は９０ｍｍ角のチタン板にプレス成形用の水溶性潤滑油を塗布し、しわ押さえ力１トンにてエリクセン試験を実施した値である。また摩擦係数は無潤滑で短冊形状のチタン板を工具鋼ＳＫＤ１１にて一定荷重１００ｋｇｆで挟み込んだ状態から引き抜いたときの引き抜き荷重より求めた。
【００４８】
【表１】
2004244671.tif 000003
【００４９】
【表２】
2004244671.tif 000004
【００５０】
表１、２に示したように、式（１）の値が本発明範囲内（４〜１０）である４．５〜９．５で且つ板表面の平均粗さＲａも本発明の範囲内（０．５μｍ以下）である０．１５〜０．３０μｍである実施例Ｎｏ．３〜７，９〜１１，１３，１４，１７，１８，２０〜２２は摩擦係数が０．１４〜０．２８と安定して低く且つエリクセン値も１１．０ｍｍ以上と安定して高い。更に式（１）の値が６〜９の範囲である実施例Ｎｏ．４〜６，９〜１１，１４，１８，２０〜２２は同じ板厚同士で比較するとエリクセン値がより高位に安定している。また実施例Ｎｏ．４〜７，９〜１１，１３，１４，１７，１８，２０〜２２の表面は、有色であり着色された状態（○印）でＬ＊ａ＊ｂ＊表色系においてａ＊が２〜６、ｂ＊が８〜１６であるとともにチタン窒化物が存在する。
【００５１】
一方、式（１）の値が４未満と低い比較例Ｎｏ．１，２，１２，１６，２６〜２９は板表面の平均粗さＲａが０．３μｍ程度と低いものの窒化の程度が小さく摩擦係数が０．３０以上で実施例より大きい。特に真空中やアルゴンガス中で焼鈍した比較例Ｎｏ．２７〜２９は式（１）の値が０〜０．５と非常に小さく摩擦係数が０．７５以上と極めて高い。また式（１）の値が１０超と高い比較例Ｎｏ．８，１５，１９，２３〜２５は板表面の平均粗さＲａが０．３μｍ程度と低く摩擦係数は０．２５以下と低いものの窒化の程度が大きく表面に硬質層によってエリクセン値が実施例に比べ０．６ｍｍ以上も低下する。
【００５２】
次に加熱条件の影響について説明する。比較例Ｎｏ．１，２，１２，１６は窒素ガス中での加熱温度が７００℃以下と低いために、また比較例Ｎｏ．２６は加熱時間が１秒未満と短いために、いずれも窒化の程度が小さく式（１）の値は４以上にならない。また比較例Ｎｏ．８，１５，１９は窒素ガス中で加熱温度が８６０℃と高いため窒化の程度が大きく式（１）の値が１０超と高い。比較例Ｎｏ．２３〜２５は窒素ガス中の加熱温度は８１０℃と本発明の範囲内であるが加熱時間が９０秒と長いために窒化の程度が大きく式（１）の値が１０超と高い。また比較例Ｎｏ．２７〜２９は真空やアルゴンガス中で焼鈍したため窒化されておらず式（１）の値がほとんど零であるとともに、表面は金属色でチタン窒化物も検出されない。
【００５３】
これに対して実施例Ｎｏ．３〜７，９〜１１，１３，１４，１７，１８，２０〜２２の加熱条件は窒素ガス中で加熱温度が７５０〜８３５℃で加熱時間が５〜６０秒であり、本発明３）の範囲内である。更に式（１）の値が６〜９であるためエリクセン値が高位に安定している実施例Ｎｏ．４〜６，９〜１１，１４，１８，２０〜２２は窒素ガス中で加熱温度が８００〜８３０℃で加熱時間が５〜６０秒であり本発明４）の範囲である。
【００５４】
次に表３、４に板表面の平均粗さの影響を示す。Ｎｏ．３０〜３６とＮｏ．５１，５２は冷間圧延の仕上げロールの粗さによって板表面の粗さを調整した。Ｎｏ．３７〜５０とＮｏ．５３，５４は加熱焼鈍後のスキンパス圧延及び矯正時のワークロールの表面粗さによって板表面の粗さを調整した。Ｎｏ．３０〜５０は窒素ガス中にて８１０℃で３０秒加熱して焼鈍したもので式（１）の値はいずれも７．５〜８．５と本発明１）の範囲内であり、Ｎｏ．５１〜５４は真空中にて８１０℃で３０秒加熱して焼鈍したもので式（１）の値は零である。板表面の平均粗さＲａ、窒素濃度ＣｎｉとＣｎｒ、表面の特徴（色調、チタン窒化物の有無）、摩擦係数、エリクセン値は上述した表１と同じ方法で評価、測定した。
【００５５】
【表３】
2004244671.tif 000005
【００５６】
【表４】
2004244671.tif 000006
【００５７】
窒素ガス中で加熱焼鈍したもののうち、その後にスキンパス圧延及び矯正の有無に関わらず板表面の平均粗さＲａが０．１〜０．５μｍである実施例Ｎｏ．３０〜３４，３７〜４０，４３，４４，４６〜５０は、摩擦係数が０．３以下と安定して低い。一方、板表面の平均粗さＲａが０．５μｍ超である比較例Ｎｏ．３５，３６，４１，４２，４５は、摩擦係数が０．３４〜０．６５と実施例に比べて高い。
【００５８】
真空中で加熱焼鈍した比較例Ｎｏ．５１〜５４は板表面の平均粗さＲａは０．１５〜０．３５μｍで０．１５μｍまで平滑にしたものも含まれるが、表２の比較例Ｎｏ．２７〜２９と同様に式（１）の値がほぼ零で窒化されていないため、摩擦係数は０．６７超と大きい。
【００５９】
窒素ガス中で加熱焼鈍後にスキンパス圧延及び矯正を実施することによって、Ｎｏ．３７〜５０のように板表面の平均粗さＲａは低下する。窒素ガス中で加熱焼鈍後（スキンパス圧延及び矯正を実施する前）の板表面の平均粗さＲａが０．５９μｍと０．５μｍ超であるＮｏ．４３〜５０のうち、スキンパス圧延のワークロールの表面の平均粗さＲａが０．０５〜０．２μｍで伸び率が０．２〜２．０％である実施例Ｎｏ．４３，４４，４６〜４８は、摩擦係数が０．３以下と低くエリクセン値も１１ｍｍ以上と高くスキンパス圧延によるエリクセン値の低下がほとんどない。また窒素ガス中で加熱焼鈍後に、曲げ矯正した実施例Ｎｏ．３７〜４０（表３の＃１）とスキンパス圧延した実施例Ｎｏ．４３，４４，４６〜４８（表４の＃２）を比べると、その効果や作用に差はない。
【００６０】
これに対して、ワークロールの表面粗さが０．２μｍであっても伸び率が０．１％と低い比較例Ｎｏ．４５は板表面の平均粗さＲａが０．５４μｍと０．５μｍ以下にならず摩擦係数が０．３４と高い。また伸び率が２．９，５．０％と高い比較例Ｎｏ．４９，５０は板表面の平均粗さＲａは０．３５、０．２９μｍと低く摩擦係数は０．２５前後と低いもののスキンパス圧延の加工度が高いために材質の延性が下がりエリクセン値が１０．６ｍｍ以下に低下してしまう。
【００６１】
表３、４では窒素ガス中の加熱条件が８１０℃３０秒の例を示したが、本発明３）〜６）の７５０〜８３５℃で１〜６０秒の加熱を施した場合でも同様のスキンパス圧延や矯正の効果が得られる。また表３、４ではスキンパス圧延と矯正を個々に実施した例を示したが、スキンパス圧延と矯正の両方を実施した場合も同様の効果、作用であった。
【００６２】
以上、工業用純チタンについて本発明の実施例を説明してきたが、Ｔｉ−Ｐｄ合金、Ｔｉ−０．５Ｎｉ−０．０５Ｒｕ、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌなどチタン合金板においても、窒素ガス中の加熱による窒化程度は工業用純チタンと同等であり、潤滑性と成形性において同様の効果が得られた。
【００６３】
【発明の効果】
式（１）の値によって板表面の窒化程度を規定するとともに板表面の平均粗さＲａを０．０５〜０．５μｍにすることによって成形性と潤滑性に優れたチタン板を提供する。板表面の平均粗さＲａは冷間圧延あるいは加熱焼鈍後のスキンパス圧延や矯正などの加工によって０．０５〜０．５μｍに制御するとともに、冷間圧延板を洗浄した後に窒素ガス中にて７５０〜８３５℃好ましくは８００〜８３０℃で１〜６０秒加熱することによって、板表面を所定の窒化程度に制御すると同時に焼鈍を成し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】チタン板の（１）式（（Ｃｎｉ−Ｃｎｒ）×ｔ×１０００）の値とエリクセン値及び摩擦係数の関係を示す図である。
【図２】チタン板の板表面の平均粗さＲａと摩擦係数の関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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