(57)【要約】【課題】比較的安価であり、製造性に優れたβ型チタン合金を提供すること【解決手段】質量％で、Ｃｒ：５．０〜２０．０％、Ｆｅ：０．１〜５．０％、および、Ｓｎ：１．０〜１０．０％を含有し、残部がＴｉおよび不可避的不純物からなるβ型チタン合金とする。Ａｌ：６．０％以下を含有していても良い。さらに、Ｍｏ：１．０％以下、および／または、Ｖ：１．０％以下を含有していても良い。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃｒ：５．０〜２０．０％、
Ｆｅ：０．１〜５．０％、および、
Ｓｎ：１．０〜１０．０％を含有し、
残部がＴｉおよび不可避的不純物よりなることを特徴とするβ型チタン合金。
【請求項２】
さらに、Ａｌ：６．０％以下を含有することを特徴とする請求項１に記載のβ型チタン合金。
【請求項３】
さらに、Ｍｏ：１．０％以下、および／または、Ｖ：１．０％以下を含有することを特徴とする請求項１または２に記載のβ型チタン合金。
【請求項４】
請求項１から３の何れかに記載のβ型チタン合金を用いたゴルフクラブのヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、β型チタン合金に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
チタン合金は、鉄などに比較して、軽くて強く、耐食性に優れた材料である。上記チタン合金のうち、とりわけ、β型チタン合金は、高い強度を有している。
【０００３】
この種のβ型チタン合金としては、例えば、特許文献１に記載されるように、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ａｌ−３Ｃｒ−３Ｓｎ、Ｔｉ−２９Ｎｂ−１３Ｔａ−４．６Ｚｒなどが知られている。
【０００４】
また、特許文献１には、質量％で、Ｃｒ：２〜１２％、Ｆｅ：８．８％以下、Ｎｉ：７％以下、Ａｌ：６％以下を含み、かつ、［Ｆｅ］＋０．６［Ｃｒ］＋０．４［Ｎｉ］の値が６〜１０％であり、残部Ｔｉおよび不可避的不純物からなるβ型チタン合金が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２３５１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記β型チタン合金は、以下のような問題があった。
【０００７】
すなわち、前者のβ型チタン合金は、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａといった比較的高価な元素を多く含んでいる。そのため、その価格が高いといった問題があった。
【０００８】
一方、後者のβ型チタン合金は、比較的安価な元素を用いている点で、その価格が比較的安価ではある。
【０００９】
ところが、本発明者らの研究によれば、このβ型チタン合金は、その製造時に、熱間圧延した後にコイルに巻き取るなどすると、折損が発生しやすく、製造性に劣るといった問題があることが判明した。
【００１０】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、比較的安価であり、製造性に優れたβ型チタン合金を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明に係るβ型チタン合金は、質量％で、Ｃｒ：５．０〜２０．０％、Ｆｅ：０．１〜５．０％、および、Ｓｎ：１．０〜１０．０％を含有し、残部がＴｉおよび不可避的不純物よりなることを要旨とする。
【００１２】
上記β型チタン合金は、さらに、Ａｌ：６．０％以下を含有していても良い。
【００１３】
また、上記β型チタン合金は、さらに、Ｍｏ：１．０％以下、および／または、Ｖ：１．０％以下を含有していても良い。
【００１４】
一方、本発明に係るゴルフクラブのヘッドは、上記β型チタン合金を用いたことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るβ型チタン合金は、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｎといった比較的安価な元素を用いているので、その価格が比較的安価である。
【００１６】
さらに、上記β型チタン合金は、特定の成分を、特定範囲で含有しているので、その製造時に折損が発生し難く、製造性に優れる。
【００１７】
本発明に係るゴルフクラブのヘッドは、上記β型チタン合金を用いているので、生産性、歩留まりなどに優れ、また、比較的安価である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明の一実施形態について詳細に説明する。本発明に係るβ型チタン合金は、以下の構成元素を含み、残部がＴｉおよび不可避的不純物よりなる。含まれる構成元素の種類、その含有率を特定した理由は、次の通りである。なお、以下の含有率の単位は、質量％である。
【００１９】
（１）Ｃｒ：５．０〜２０．０％
Ｃｒは、Ｔｉをβ相化する効果を有する、比較的安価な元素である。
【００２０】
Ｃｒ含有率が少なくなると、その効果が少なくなるなどの傾向が見られる。そのため、Ｃｒ含有率は、５．０％以上、好ましくは、１０．０％以上とするのが良い。
【００２１】
一方、Ｃｒ含有率が多くなると、その効果が飽和するし、また、比重も高くなって軽量化の利点が失われるなどの傾向が見られる。そのため、Ｃｒ含有率は、２０．０％以下、好ましくは、１５．０％以下とするのが良い。
【００２２】
（２）Ｆｅ：０．１〜５．０％
Ｆｅは、上記Ｃｒと同様に、Ｔｉをβ相化する効果を有する、比較的安価な元素である。
【００２３】
Ｆｅ含有率が少なくなると、その効果が少なくなるなどの傾向が見られる。そのため、Ｆｅ含有率は、０．１％以上、好ましくは、０．５％以上とするのが良い。
【００２４】
一方、Ｆｅ含有率が多くなると、強度は上昇するが、硬さが増し、加工性が低下するなどの傾向が見られる。そのため、Ｆｅ含有率は、５．０％以下、好ましくは、３．０％以下とする。
【００２５】
（３）Ｓｎ：１．０〜１０．０％
Ｓｎは、α相およびβ相の両方を強化する効果を有する、比較的安価な元素である。
【００２６】
Ｓｎ含有率が少なくなると、その効果が少なくなるなどの傾向が見られる。そのため、Ｓｎ含有率は、１．０％以上、好ましくは、２．０％以上とするのが良い。
【００２７】
一方、Ｓｎ含有率が多くなると、加工性が低下するなどの傾向が見られる。そのため、Ｓｎ含有率は、１０．０％以下、好ましくは、８．０％以下とするのが良い。
【００２８】
本発明に係るβ型チタン合金は、上述した必須構成元素に加えて、さらに、以下の元素から選択される１種または２種以上の元素を任意に含んでいても良い。これら元素の含有率を特定した理由は、以下の通りである。
【００２９】
（４）Ａｌ：６．０％以下
Ａｌは、合金の時効処理で生じるα相を強化する元素として添加する。過剰に添加すると金属間化合物Ｔｉ３Ａｌが析出し、合金が脆化する傾向が見られる。そのため、Ａｌ含有率は、６．０％以下、好ましくは、５．０％以下とするのが良い。
【００３０】
（５）Ｍｏ：１．０％以下
Ｍｏは、Ｆｅ、Ｃｒなどと同様にβ相を安定化し、熱間成形性、熱処理性を向上させる。そのため、例えば、Ｆｅと一部置換するなどして添加しても良い。
【００３１】
Ｍｏ含有率は、１．０％以下、好ましくは、０．５％以下とするのが良いが、比較的高価な元素であるので、積極的に含有させる必要はない。もっとも、Ｍｏは、チタン合金の主要な構成元素であるため、リサイクル材としてチタン合金スクラップを使用する場合などに主として添加されることになる。
【００３２】
（６）Ｖ：１．０％以下
Ｖは、Ｆｅ、Ｃｒなどと同様にβ相を安定化し、熱間成形性、熱処理性を向上させる。そのため、例えば、Ｆｅと一部置換するなどして添加しても良い。
【００３３】
Ｖ含有率は、１．０％以下、好ましくは、０．５％以下とするのが良いが、比較的高価な元素であるので、積極的に含有させる必要はない。もっとも、Ｖは、チタン合金の主要な構成元素であるため、リサイクル材としてチタン合金スクラップを使用する場合などに主として添加されることになる。
【００３４】
次に、本発明に係るβ型チタン合金の製造方法の一例について説明する。
本発明に係るβ型チタン合金を得るには、上述した化学組成となるように各原料を秤量し、例えば、プラズマスカル炉や真空アーク溶解炉などの種々の溶解炉を用いて、チタン合金インゴットを溶製するなどすれば良い。また、必要に応じて、固溶化処理や時効処理などの熱処理を施しても良い。また、冷間あるいは温間での加工も可能である。
【００３５】
なお、各原料としては、スポンジチタン、純クロム、低炭素フェロクロム、純鉄、アルミニウム、純スズなどを例示することができる。
【００３６】
この際、スポンジチタンとしては、例えば、Ｆｅを質量％で０．１〜１％含有する低級スポンジチタンを好適なものとして用いることができる。上記低級スポンジチタンは、比較的安価であるので、本発明に係るβ型チタン合金をより安価に製造することができる利点がある。
【００３７】
その後、得られたチタン合金インゴットを、必要に応じて、熱間鍛造、熱間圧延するなどすれば、所望の形状にすることができる。
【００３８】
また、得られたチタン合金インゴットに対して、必要に応じて、固溶化処理、時効処理などを行っても良い。
【００３９】
上記固溶化処理としては、具体的には、例えば、β相変態温度以上の温度に加熱した後、急冷する方法などを例示することができる。これにより、均一なβ相が得られやすく、優れた強度、靱性を付与することができる。
【００４０】
また、上記時効処理の温度としては、具体的には、例えば、３５０〜６００℃、好ましくは、４５０〜５５０℃の温度を例示することができる。上記時効処理を行った場合には、合金の硬さが増加するので、機械的性質を向上させることができる。
【００４１】
以上説明した本発明に係るβ型チタン合金の用途は、特に限定されるものではない。上記β型チタン合金は、少なくとも従来のβ型チタン合金が使用されていた部品の代替材料として支障なく適用可能なものである。
【００４２】
本発明に係るβ型チタン合金の用途としては、具体的には、例えば、自動車エンジン用コンロッド、バルブ、ばね、ボルト、ナット、金型、航空機エンジン用ブレード、ディスクなどの各種部材、釣り具、ゴルフクラブヘッドなどのレジャー用品、車椅子などの医療福祉機器などの各種構造部材、めがねフレーム、アタッシュケースなどの生活用品、パソコン、デジタルカメラ、携帯電話などのＯＡ機器、ビル、橋、道路などの建築部材などを例示することができる。
【実施例】
【００４３】
以下、本発明を実施例を用いてより具体的に説明する。
初めに、後述する表１に示す化学組成となるように、低級スポンジチタン、純クロム、低炭素フェロクロム２号、純鉄、純スズ、アルミニウムを秤量した。
【００４４】
次いで、これら各原料から、プラズマスカル炉を用いて、質量約６ｋｇ、直径１００ｍｍの各チタン合金インゴットを溶製した。
【００４５】
次いで、得られた各チタン合金インゴットを９５０℃に加熱して熱間鍛造を行い、直径２０ｍｍの丸棒とした。
【００４６】
得られた各丸棒を、９００℃で１時間保持した後、空冷することにより、固溶化処理を行い、実施例、比較例に係る試験材とした。
【００４７】
次いで、上記各試験材から、機械加工によってＡＳＴＭ  Ｅ８に規定される３号引張試験片（直径６．２５ｍｍ、標点距離２５ｍｍ）を作製した。
【００４８】
次いで、上記各引張試験片を用いて引張試験を行い、引張強さを測定した。なお、引張試験装置には、インストロン型引張試験機を使用した。また、クロスヘッド速度は、５×１０−５ｍ／ｓとした。
【００４９】
また、各試験材から直径２０ｍｍ、高さ１０ｍｍの素材を切り出し、ロックウェルＣスケールにより硬さを測定した。
【００５０】
また別に、上記各丸棒を、９５０℃に加熱して熱間圧延し、得られた各線材を、直径８．５ｍｍのコイルに巻き取った。コイルに巻き取ったのは、巻き取り時に折損が発生するか否かを確認するためである。以下の表では、折損の発生しなかったものを、製造性が「良好」であると判断した。
【００５１】
表１に実施例、比較例に係るβ型チタン合金の化学組成と上記評価結果を示す。
【００５２】
【表１】
2007231313.tif 000002
【００５３】
表１によれば、以下のことが分かる。すなわち、比較例に係るβ型チタン合金は、上述した構成元素を規定割合含有していないので、コイル巻き取り時に折損が発生し、製造性に劣ることが分かる。
【００５４】
これらに対し、実施例に係るβ型チタン合金は、特定の成分を、特定範囲で含有しているので、コイル巻き取り時などの製造時に折損が発生せず、製造性に優れていることが分かる。このことは、比較例に係るβ型チタン合金に比較して、引張強さが低く、硬すぎないことからも裏付けられている。
【００５５】
また、実施例に係るβ型チタン合金は、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｓｎといった比較的安価な元素を用いているので、従来のＶ、Ｎｂ、Ｔａといった比較的高価な元素を多く含んだβ型チタン合金よりも比較的安価である。
【００５６】
以上、本発明に係るβ型チタン合金について説明したが、本発明は、上記実施形態、実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能なものである。