(57)【要約】【課題】コイル全体、特にコイルの先端部分と後端部分とで特性［機械的性質、成形性（エリクセン値）］が規格範囲を満たすと共に一様な純チタン圧延コイルを提供する【解決手段】ＶＡＲ溶解された純チタン鋳塊より得たスラブを熱延した後の熱延コイル先後端における形状不良部（非平行部）と良好部（平行部）の境界部で、かつ、コイルの幅方向における中心部での酸素含有量が、鋳塊でのトップ部に相当する側のコイル端部の酸素含有量をＯＴ、鋳塊でのボトム部に相当する側のコイル端部の酸素含有量をＯＢとした時、０．８５≦ＯＢ／ＯＴ≦１．１５を満足する純チタン圧延コイル。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＶＡＲ溶解された純チタン鋳塊より得たスラブを熱延した後の熱延コイル先後端における形状不良部（非平行部）と良好部（平行部）の境界部で、かつ、コイルの幅方向における中心部での酸素含有量が、鋳塊でのトップ部に相当する側のコイル端部の酸素含有量をＯＴ、鋳塊でのボトム部に相当する側のコイル端部の酸素含有量をＯＢとした時、０．８５≦ＯＢ／ＯＴ≦１．１５を満足することを特徴とする純チタン圧延コイル。
【請求項２】
ＶＡＲ溶解された純チタン鋳塊より得たスラブを熱延した後の熱延コイル先後端における形状不良部（非平行部）と良好部（平行部）の境界部で、かつ、コイルの幅方向における中心部での酸素含有量、および、鉄含有量が、鋳塊でのトップ部に相当する側のコイル端部の酸素含有量をＯＴ、鉄含有量をＦｅＴ、鋳塊でのボトム部に相当する側のコイル端部の酸素含有量をＯＢ、鉄含有量をＦｅＢとした時、０．８５≦ＯＢ／ＯＴ≦１．１５、０．６５≦ＦｅＴ／ＦｅＢ≦１．４５を満足することを特徴とする純チタン圧延コイル。
【請求項３】
質量％で、Ｏ：０．０３〜０．０５％、Ｓｉ：０．００３〜０．００６５％、Ｃ：０．００５〜０．００７５％、Ｎ：０．００２〜０．００５％を含有し、残部が不可避的不純物及びＴｉである請求項１又は２に記載の純チタン圧延コイル。
【請求項４】
質量％で、Ｏ：０．０３〜０．０５％、Ｆｅ：０．０３〜０．０４％、Ｓｉ：０．００３〜０．００６５％、Ｃ：０．００５〜０．００７５％、Ｎ：０．００２〜０．００５％を含有し、残部が不可避的不純物及びＴｉである請求項１又は２に記載の純チタン圧延コイル。
【請求項５】
質量％で、Ｏ：０．０８〜０．１３％、Ｆｅ：０．０３〜０．０８％、Ｓｉ：０．００９〜０．０２％、Ｃ：０．０１〜０．０２％、Ｎ：０．００２〜０．００５％を含有し、かつＳｉ＋２Ｎ：０．０１６〜０．０２０％を満たし、残部が不可避的不純物及びＴｉである請求項１又は２に記載の純チタン圧延コイル。
【請求項６】
質量％で、Ｏ：０．１０〜０．３５％、Ｆｅ：０．０３〜０．１２％、Ｓｉ：０．００８〜０．０２％、Ｃ：０．００９〜０．０２％、Ｎ：０．００３〜０．０１５％を含有し、残部が不可避的不純物及びＴｉである請求項１又は２に記載の純チタン圧延コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、純チタン圧延コイルに関し、詳細にはＪＩＳ  Ｈ４６００に規定される１種乃至４種の純チタンの熱延コイルあるいは冷延コイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
純チタン圧延コイルは、一般に、スポンジ状の金属チタン及びチタンスクラップを原料として、真空アーク熔解（以下ＶＡＲ溶解と称す）又は電子ビーム熔解することで鋳塊とし、この鋳塊を圧延して製造される。そして、熱間圧延のままの熱延コイル、熱間圧延後に冷間圧延する冷延コイルがある。
【０００３】
上記純チタン冷延コイルは、従来、熱間圧延により得た熱延コイルを焼鈍した後所定の板厚まで冷間圧延し、真空焼鈍あるいは連続焼鈍（＋酸洗）後に形状矯正とコイル先後端での降伏強度調整のためのテンションレベラ、あるいは、スキンパス圧延（０．１〜０．５％程度の軽度な冷延）などを施して製造される。（例えば、特許文献１参照。）
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３９６８号公報（段落番号０００３、００１４）
【０００５】
このような工程を経て製造された冷延コイルから得られる純チタン板の製品は、溶接管用のフープも含め、コイルの先端部分の製品と後端部分の製品とでは引張特性や成形性が一般に大きく異なる。このため、ある規格範囲に製品を納めるためには、規格外れの部分を除外して製品出荷しているのが現状である。特に、米国の代表的な規格であるＡＳＴＭなどでは規定されていないが、ユーザーによってはエリクセン値（Ｅｒ）などで成形性までを規定している場合がある。成形性は、圧延コイルの製造上のばらつきに敏感であり、しばしば規格外れを起こし切り捨て量が多くなるため歩留りが非常に悪くなったり、場合によっては規格外れ部分を分割して手直し工程を入れざるを得ないこともある。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決すべく鋭意研究の末に成したものであって、その目的は、コイル全体、特にコイルの先端部分と後端部分とで特性［機械的性質、成形性（エリクセン値）］が規格範囲を満たし一様な特性を有する純チタン圧延コイルを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の目的を達成するために鋭意調査、研究を行い、次の如き事実を見出した。すなわち、チタンの溶解は通常、チタン電極と水冷銅るつぼとの間にアークを発生させ、アーク熱によりチタン電極自体を溶かし、滴り落ちるチタン溶湯を水冷銅るつぼ内で冷却して固めることにより鋳塊を得る、いわゆるＶＡＲ溶解法によりなされる。純チタンは、通常、意図的に酸素（Ｏ）と鉄（Ｆｅ）を添加することで強度調整されるが、ＶＡＲ溶解でのこれら元素の偏析はある程度さけられない。本発明者等は、この酸素と鉄の偏析が冷延コイルの製造の際に施されるテンションレベラやスキンパス圧延を施しても軽度な場合にはそれほど問題とならないのに対し、偏析が大きい場合には強度調整のためのテンションレベラやスキンパス圧延の度合いを高めねばならなくなり、その場合には冷延コイル先端部分と後端部分とで強度特性差なり成形性差が極めて顕著となることを見出した。
【０００８】
また一方、チタンの凝固における酸素と鉄の凝固偏析は、物理現象として、酸素は固体に好んで吸収される元素であるため初期凝固部より最終凝固部に向かって濃度が低く、いわゆる負偏析挙動を、逆に鉄は固体より掃き出される元素であるため、いわゆる正偏析挙動を示す。従って、ＶＡＲ溶解で得られた鋳塊では、一般には酸素はボトム部が高く、逆に、鉄はトップ部が高くなる。しかし、本発明者等は、工業的に可能な限りとは言うものの全く同一の条件でＶＡＲ溶解した純チタン鋳塊、すなわち、添加する酸素量も鉄量も殆ど一定で、かつ、偏析度合いと密接に関係する凝固速度も同じＶＡＲ溶解炉を使用すれば大よそ一定であるにも拘わらず、なぜ、かくも酸素と鉄の偏析度合いが鋳塊間で大きくばらつくのかと言うことに常々疑問を抱き、鋭意検討を行ってきた。その結果、これまで全く予想だにしていなかった溶解原料にごく微量に含まれるＳｉ、Ｃ、および、Ｎの含有量が、品質をも左右するほど大きく酸素と鉄の偏析挙動に影響を及ぼすことを突き止めたのである。そして、さらに複雑なことに、このＳｉ、Ｃ、Ｎの適正な含有量は溶湯中の酸素および鉄の含有量によっても異なることを見出したのである。
【０００９】
本発明は、上述の如き知見に基づいてなされたものである。すなわち、請求項１に係る発明は、ＶＡＲ溶解された純チタン鋳塊より得たスラブを熱延した後の熱延コイル先後端における形状不良部（非平行部）と良好部（平行部）の境界部で、かつ、コイルの幅方向における中心部での酸素含有量が、鋳塊でのトップ部に相当する側のコイル端部の酸素含有量をＯＴ、鋳塊でのボトム部に相当する側のコイル端部の酸素含有量をＯＢとした時、０．８５≦ＯＢ／ＯＴ≦１．１５を満足することを特徴とする純チタン圧延コイルとするものである。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、ＶＡＲ溶解された純チタン鋳塊より得たスラブを熱延した後の熱延コイル先後端における形状不良部（非平行部）と良好部（平行部）の境界部で、かつ、コイルの幅方向における中心部での酸素含有量、および、鉄含有量が、鋳塊でのトップ部に相当する側のコイル端部の酸素含有量をＯＴ、鉄含有量をＦｅＴ、鋳塊でのボトム部に相当する側のコイル端部の酸素含有量をＯＢ、鉄含有量をＦｅＢとした時、０．８５≦ＯＢ／ＯＴ≦１．１５、０．６５≦ＦｅＴ／ＦｅＢ≦１．４５を満足することを特徴とする純チタン圧延コイルとするものである。
【００１１】
そして、上記請求項１及び２の純チタンの圧延コイルにおいては、その成分組成として酸素（Ｏ）更には鉄（Ｆｅ）の含有量に対応させてＳｉ、Ｃ、Ｎの含有量を適正に規制することが肝要であることから、請求項３に係る発明は、質量％で、Ｏ：０．０３〜０．０５％、Ｓｉ：０．００３〜０．００６５％、Ｃ：０．００５〜０．００７５％、Ｎ：０．００２〜０．００５％を含有し、残部が不可避的不純物及びＴｉである請求項１又は２に記載の純チタン圧延コイルとするものである。
【００１２】
請求項４に係る発明は、質量％で、Ｏ：０．０３〜０．０５％、Ｆｅ：０．０３〜０．０４％、Ｓｉ：０．００３〜０．００６５％、Ｃ：０．００５〜０．００７５％、Ｎ：０．００２〜０．００５％を含有し、残部が不可避的不純物及びＴｉである請求項１又は２に記載の純チタン圧延コイルとするものである。
【００１３】
なお、上記請求項３及び請求項４においては、Ｏ：０．０３〜０．０５％、更にＦｅ：０．０３〜０．０４％とした場合に、Ｓｉ：０．００５〜０．００５５％、Ｃ：０．００６〜０．００６５％、Ｎ：０．００２〜０．００４％を含有させることが望ましい。このように狭い範囲の含有量とすることで、請求項１及び２の比率（ＯＢ／ＯＴ）、（ＦｅＴ／ＦｅＢ）のそれぞれを１に近づけることができる。
【００１４】
また更に、請求項５に係る発明は、質量％で、Ｏ：０．０８〜０．１３％、Ｆｅ：０．０３〜０．０８％、Ｓｉ：０．００９〜０．０２％、Ｃ：０．０１〜０．０２％、Ｎ：０．００２〜０．００５％を含有し、かつＳｉ＋２Ｎ：０．０１６〜０．０２０％を満たし、残部が不可避的不純物及びＴｉである請求項１又は２に記載の純チタン圧延コイルとするものである。
【００１５】
請求項６に係る発明は、質量％で、Ｏ：０．１０〜０．３５％、Ｆｅ：０．０３〜０．１２％、Ｓｉ：０．００８〜０．０２％、Ｃ：０．００９〜０．０２％、Ｎ：０．００３〜０．０１５％を含有し、残部が不可避的不純物及びＴｉである請求項１又は２に記載の純チタン圧延コイルとするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。
酸素（Ｏ）更には鉄（Ｆｅ）及びＳｉ、Ｃ、Ｎのそれぞれを成分調整した純チタン原料を用いて、まずＶＡＲ溶解炉により一次溶解してＳｉ、Ｃ、Ｎ及びＯ更にはＦｅの含有量が調整された一次鋳塊を得る。次いでこの一次鋳塊をＶＡＲ溶解により二次熔解して、目標のＯ更にはＦｅの含有量の二次鋳塊を得る。この二次溶解により得られる二次鋳塊のトップ部の酸素含有量ＯＴとボトム部の酸素含有量ＯＢ、更にはトップ部の鉄含有量ＦｅＴとボトム部の鉄含有量ＦｅＢの値は、Ｓｉ、Ｃ、Ｎの含有量が所定の含有量範囲に調整されていることから、それぞれ目標の酸素含有量更には鉄含有量の範囲内となるとともに、その比率（ＯＢ／ＯＴ）が０．８５≦ＯＢ／ＯＴ≦１．１５を、更には比率（ＦｅＴ／ＦｅＢ）が０．６５≦ＦｅＴ／ＦｅＢ≦１．４５を満たす二次鋳塊として得られる。そしてその後に、この二次鋳塊は、常法により熱間圧延、更には熱間圧延及び冷間圧延が行われて、熱延コイルや冷延コイルといった純チタン圧延コイルに製造される。
【００１７】
上記ＶＡＲ溶解における二次鋳塊の製造では、ＯとＦｅの偏析度合いは凝固速度に依存し、凝固速度は水冷銅るつぼの直径と溶解時の電流値でほぼ決まる。例えば、るつぼの直径が１３００ｍｍ程度であれば、溶解電流は５０ｋＡ以下が望まれる。好ましくは、るつぼ径を１１００ｍｍ以下とし、４５ｋＡ以下、好ましくは４０ｋＡ以下である。さらに好ましくは、るつぼ径が９００ｍｍ以下で、溶解電流が４０ｋＡ以下、一層好ましくは溶解電流を３５ｋＡ以下とするのがより効果的である。
【００１８】
また、冷延コイルとする場合の形状矯正もしくは強度調整のためのテンションレベラーもしくはスキンパス圧延による軽度な加工に関しては、０．５％以下、より好ましくは、０．３％以下、さらに好ましくは０．１％以下とすることが、特に、成形性を高位に安定化させるという意味において望まれる。
【００１９】
また、本発明で偏析を抑制する程度に関して、酸素含有量に対しては０．８５≦ＯＢ／ＯＴ≦１．１５であるのに対し鉄含有量に対しては０．６５≦ＦｅＴ／ＦｅＢ≦１．４５としたが、この上下限値の違いは、酸素と鉄は、冷延コイルでの純チタンの強度と成形性への影響度が単位含有量当たり、酸素１に対し鉄がおよそ１／３の効果であることによる。
【００２０】
上記のようにして得られた純チタン圧延コイルは、Ｏ更にはＦｅの含有量がコイルの先端部分から後端部分の間はもとよりいずれの端部においても一様な部分が長くコイル化されている。また同時に、これらは機械的性質や成形性なども一様でばらつきが少ない。このため、ばらつきが多く一様でない規格を外れる端部分は僅かとなり、規格外れで切り捨てなければならない部分が少なく歩留りが従来よりも約２％程度向上するとともに、規格外れ部分を分割して手直しするなどの手間も不要となる。
【００２１】
【実施例】
以下に実施例、比較例について説明する。
【００２２】
（実施例１）
酸素Ｏ：０．０３〜０．０５％更には鉄Ｆｅ：０．０３〜０．０４％及びＳｉ：０．００３〜０．００６５％、Ｃ：０．００５〜０．００７５％、Ｎ：０．００２〜０．００５％の成分範囲を満たすように成分調整された純チタン原料と、比較のためＣ：０．００７５％より多く含有させた純チタン原料とを用いて、それぞれ一次鋳塊を製造し、その一次鋳塊を二次溶解でるつぼ径が８４０ｍｍのＶＡＲ溶解炉を用い、溶解電流を３３ｋＡにて５トンの純チタン鋳塊（ＪＩＳ１種）に溶製してスラブにした後、幅１０５０ｍｍ×厚み３．５ｍｍ×長さ３００ｍまで常法により熱延した。この時点でコイル先後端部の形状不良部を１５００ｍｍ前後除去した後、除去後の幅方向中央にて分析試料を採取した。分析結果を表１に示す。なお、表１のＳｉ、Ｃ、Ｎに関してはトップ部とボトム部の平均値を示した。単位はｐｐｍである。
【００２３】
その後、上記熱延コイルを焼鈍、酸洗した後、厚み１ｍｍまで冷延した後、焼鈍、酸洗を行い、表１の実施例と比較例の各酸素および鉄の含有量に基づき、通常強度低下が起こるトップ部での圧延方向引張での降伏強度を規格値に入れるための経験的な値でスキンパス圧延率を適宜決定し、その圧下率で実施例と比較例の各コイルをスキンパス圧延した。その後、コイル先後端での機械的性質や成形性を調べ、品質不良の有り無しを調べた。結果は表１に併せて示す。
【００２４】
【表１】
2004315912.tif 000002
【００２５】
表１から明らかなように、実施例ではコイル全長に亘ってエリクセン値がほぼ同じ値であって成形性が良好である。これに対して、比較例ではコイルの中心部からトップ部までは成形性が良好だが、ボトム部では成形性が劣っている。（ボトム部をコイル中心部と同等のエリクセン値とするためには約２０ｍ切り捨てる必要があることを確認した。）
【００２６】
（実施例２）
酸素Ｏ：０．０８〜０．１３％更には鉄Ｆｅ：０．０３〜０．０８％及びＳｉ：０．００９〜０．０２％、Ｃ：０．０１〜０．０２％、Ｎ：０．００２〜０．００５％、かつＳｉ＋２Ｎ：０．０１６〜０．０２０％の成分範囲を満たすように成分調整された純チタン原料と、比較のためにＳｉ＋２Ｎ：０．０１６％より少なく含有させた純チタン原料とを用いて、それぞれ一次鋳塊を製造し、その一次鋳塊を二次溶解でるつぼ径が８４０ｍｍのＶＡＲ溶解炉を用い、溶解電流を３３ｋＡにて５トンの純チタン鋳塊（ＪＩＳ２種）に溶製してスラブにした後、幅１０５０ｍｍ×厚み３．５ｍｍ×長さ３００ｍまで常法により熱延した。この時点でコイル先後端部の形状不良部を１５００ｍｍ前後除去した後、除去後の幅方向中央にて分析試料を採取した。分析結果を表２に示す。なお、表２のＳｉ、Ｃ、Ｎに関してはトップ部とボトム部の平均値を示した。単位はｐｐｍである。
【００２７】
その後、上記熱延コイルを焼鈍、酸洗した後、厚み１ｍｍまで冷延した後、焼鈍、酸洗を行い、表２の実施例と比較例の各酸素および鉄の含有量に基づき、通常強度低下が起こるトップ部での圧延方向引張での降伏強度を規格値に入れるための経験的な値でスキンパス圧延率を適宜決定し、その圧下率で実施例と比較例の各コイルをスキンパス圧延した。その後、コイル先後端での機械的性質や成形性を調べ、品質不良の有り無しを調べた。結果は表２に併せて示す。
【００２８】
【表２】
2004315912.tif 000003
【００２９】
表２から明らかなように、実施例ではコイル全長に亘ってエリクセン値がほぼ同じ値であって成形性が良好である。これに対して、比較例ではコイルの中心部からトップ部までは成形性が良好だが、ボトム部では成形性が劣っている。（ボトム部をコイル中心部と同等のエリクセン値とするためには約２０ｍ切り捨てる必要があることを確認した。）
【００３０】
（実施例３）
酸素Ｏ：０．１０〜０．３５％更には鉄Ｆｅ：０．１５〜０．５％及びＳｉ：０．００８〜０．０２％、Ｃ：０．００９〜０．０２％、Ｎ：０．００３〜０．０１５％の成分範囲を満たすように成分調整された純チタン原料と、比較のためＳｉ：０．００８％より少なく含有させた純チタン原料とを用いて、それぞれ一次鋳塊を製造し、その一次鋳塊を二次溶解でるつぼ径が８４０ｍｍのＶＡＲ溶解炉を用い、溶解電流を３３ｋＡにて５トンの純チタン鋳塊（ＪＩＳ４種）に溶製してスラブにした後、幅１０５０ｍｍ×厚み３．５ｍｍ×長さ３００ｍまで常法により熱延した。この時点でコイル先後端部の形状不良部を１５００ｍｍ前後除去した後、除去後の幅方向中央にて分析試料を採取した。分析結果を表３に示す。なお、表３のＳｉ、Ｃ、Ｎに関してはトップ部とボトム部の平均値を示した。単位はｐｐｍである。
【００３１】
その後、上記熱延コイルを焼鈍、酸洗した後、厚み１ｍｍまで冷延した後、焼鈍、酸洗を行い、表３の実施例と比較例の各酸素および鉄の含有量に基づき、通常強度低下が起こるトップ部での圧延方向引張での降伏強度を規格値に入れるための経験的な値でスキンパス圧延率を適宜決定し、その圧下率で実施例と比較例の各コイルをスキンパス圧延した。その後、コイル先後端での機械的性質や成形性を調べ、品質不良の有り無しを調べた。結果は表３に併せて示す。
【００３２】
【表３】
2004315912.tif 000004
【００３３】
表３から明らかなように、実施例ではコイル全長に亘ってエリクセン値がほぼ同じ値であって成形性が良好である。これに対して、比較例ではコイルの中心部からトップ部までは成形性が良好だが、ボトム部では成形性が劣っている。（ボトム部をコイル中心部と同等のエリクセン値とするためには約２０ｍ切り捨てる必要があることを確認した。）
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る純チタン圧延コイルによれば、酸素更には鉄の含有量がコイルの先端部分から後端部分の間はもとよりいずれの端部においても一様であることから、機械的性質や成形性などが一様でばらつきが少なく、その後の成形加工などがしやすくなる。このため、規格外れで切り捨てなければならない部分が少なく歩留りが向上する。また、規格外れ部分を分割して手直しするなどの手間も不要となる。