(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｖ：１１〜１６％、Ｃｒ：２．０〜４．５％、Ｓｎ：２．０〜４．０％、Ａｌ：２．５〜４．５％、Ｍｏ：０．５〜２％を含有し、残部がＴｉおよび不可避不純物からなることを特徴とする冷間加工性に優れた高強度β型チタン合金。
【請求項２】
ゴルフクラブのヘッド用材料として使用されるものである請求項１に記載の高強度β型チタン合金。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた冷間加工性を有すると共に、時効処理後の強度−延性バランスに優れた新規な高強度β型チタン合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在実用化されている代表的なβ型Ｔｉ合金は、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌであり、この合金はコイル製造によって比較的安価に薄板状に加工することができることから、例えばチタンゴルフクラブのヘッド材料等して広く実用化されている。しかしながら、該汎用チタン合金の時効処理後の強度特性（強度と延性のバランス）は必ずしも満足し得るものとは言えず、冷間加工の可能な最低限の延性（伸び率で５％程度）を確保することの必要上、強度は１２０ｋｇｆ／ｍｍ2程度に止まっており、高強度チタン合金としての実用性を更に高め、或いは新規応用分野を開拓していくには、現状の延性を留保しつつ一層の高強度化を実現することが望まれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、冷間加工の可能な延性を有しつつ、強度の一段と高められた新規なβ型チタン合金を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することのできた本発明に係る高強度β型Ｔｉ合金とは、質量％で、Ｖ：１１〜１６％、Ｃｒ：２．０〜４．５％、Ｓｎ：２．０〜４．０％、Ａｌ：２．５〜４．５％、Ｍｏ：０．５〜２％を含有するところに特徴を有しており、このチタン合金は、その優れた加工性と高い強度特性を活かし、例えばゴルフクラブのヘッド材料などとして有効に活用できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
上記の様に本発明では、冷間加工の可能な延性を確保しつつその強度が一段と高められたβ型チタン合金を提供するもので、具体的にはＴｉ中に含有させる合金元素の種類と各含有率を規定したところに特徴を有しており、含有元素の種類と含有率範囲を定めた理由は下記の通りである。
【０００６】
Ｖ：１１〜１６％
Ｖは全率固溶型のβ相安定化元素として冷間加工性を高めるのに欠くことのできない元素であり、１１％未満では冷間加工によりマルテンサイト変態を起こす不安定なβ相となり、冷間加工時に割れを起こす原因になる。一方、Ｖ量が多くなり過ぎると時効硬化性能が低下し、満足のいく強度が得られなくなるので、１６％以下に抑えなければならない。冷間加工性と時効硬化特性の兼ね合いを考慮してより好ましいＶ含有量の下限は１２％、より好ましい上限は１４％である。
【０００７】
Ｃｒ：２．０〜４．５％
Ｃｒは共析反応型の元素であり、β相を安定化し冷間加工性を確保するうえで欠くことのできない元素であり、２．０％未満ではそれらの作用が有効に発揮されなくなる。しかし、多過ぎるとβ相が安定になり過ぎて時効硬化性能が低下し強度不足になるので４．５％以下に抑えなければならない。冷間加工性と時効硬化性能を加味してより好ましいＣｒ含有率の下限は２．５％、より好ましい上限は４．０％である。
【０００８】
Ｓｎ：２．０〜４．０％
Ｓｎは、β相を安定化すると共に、時効処理後の強度を高めるのに重要な元素であり、２．０％未満ではそれらの効果が不足気味となって強度不足となる。しかし多過ぎると、拡散速度が遅くなりかえって時効硬化能を低下させるので４．０％以下に抑えなければならない。Ｓｎ含有量のより好ましい下限は２．５％、より好ましい上限は３．５％である。
【０００９】
Ａｌ：２．５〜４．５％
Ａｌは固溶強化元素であって、高強度化に欠くことのできない元素であり、本発明で意図するレベルの強度を確保するには２．５％以上含有させなければならない。しかし多過ぎるとβ相の延性が低下し、冷間加工性が損なわれるので、４．５％以下に抑えなければならない。強度と冷間加工性の兼ね合いを考慮してより好ましいＡｌ含有量の下限は３．０％、より好ましい上限は４．０％である。
【００１０】
Ｍｏ：０．５〜２％
Ｍｏは、適量添加することにより強度−延性バランスを高める作用を有しており、その効果を有効に発揮させるには０．５％以上、より好ましくは０．７５％以上含有させなければならない。しかし、Ｍｏ量が多くなり過ぎると時効硬化性能が低下し高強度化の目的が達成できなくなるので、２％以下、より好ましくは１．５％以下に抑えるべきである。
【００１１】
本発明にかかるチタン合金における必須の合金元素は上記の５種であり、残部は実質的にＴｉであるが、他のβ安定化元素であるＦｅ等を少量含有させることも有効である。本発明のチタン合金に許容される不可避不純物元素としては、たとえばＯ，Ｎ，Ｈ等があり、これらの不可避不純物は、上記本発明チタン合金の特性を阻害しない限り微量含まれていても構わない。
【００１２】
既存のβ型チタン合金の中で代表的なのは、前述の如くＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ合金であるが、該β型チタン合金の強度は、時効熱処理後の抗張力で高いものでも１２００ＭＰａまでであり、コイル製造の可能な５％レベル以上の伸び率を維持しつつ１２００ＭＰａを超える高レベルの抗張力を有するものは知られていない。
【００１３】
ところが上記本発明の規定要件を満たすβ型チタン合金は、後記実施例でも明らかにする如く５％以上の伸び率を有しつつ、時効処理後の抗張力で１２００ＭＰａ以上の高い値を示し、こうした優れた強度・延性バランスによって優れた加工性の下で高強度のチタン合金製品を得ることが可能となる。
【００１４】
即ち本発明のβ型チタン合金は、高延性で冷間加工性に優れたものであり、冷間での圧延加工、鍛造加工、プレス加工等によって容易に加工することができる。
【００１５】
尚、本発明に係るβ型チタン合金の鋳造・鍛造・熱延条件、時効熱処理（焼鈍）条件、脱スケール条件、冷間加工条件等は特に制限されず、公知のβ型チタン合金に適用される条件をそのまま、或いは要求特性に応じて適当に変更して適用すればよい。
【００１６】
上記の様に本発明のβ型チタン合金は、冷間加工に必要な適度の延性を有しつつ高い強度を有しているので、チタン合金が本来備えている優れた比強度や耐食性などを有効に活かしつつ、冷間加工によって様々の製品に加工することができ、例えばチタンゴルフクラブのヘッド材料を始め、板ばねや釣り具等の素材として有効に活用できる。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受ける訳ではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更し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。
【００１８】
実施例
表１に示す成分組成のチタン合金をインダクトスカル溶解法によって溶製し、８０ｍｍt×１３０ｍｍw×２６０ｍｍL（約１２ｋｇ）の鋳塊を得る。これを１０００℃（β温度域）加熱で４０ｍｍtに鍛造した後、脱スケールと疵取りを兼ねて周囲を約２ｍｍ切削することにより熱間圧延素材とし、これを１０００℃に再加熱してから熱間圧延し、厚さ４．４ｍｍの熱延板を得た。
【００１９】
得られた各熱延板を８００℃で３０分間焼鈍した後、ショットブラスト・酸洗処理を施して厚さ４ｍｍにまで脱スケールし、長手方向冷延（４ｍｍ→２．８ｍｍ）および８００℃×５分間の焼鈍を行なって、厚さ８ｍｍの冷延焼鈍板を得た。
【００２０】
得られた各冷延焼鈍板について、４８０℃および５１０℃で８時間の時効熱処理を施してから引張試験を行なった。結果は表１に示す通りであり、この表より次の様に考察できる。
【００２１】
Ｎｏ．１〜４は本発明の規定要件を全て満たす実施例であり、５％レベル以上の伸び率を有しつつ抗張力は１２００ＭＰａレベル以上の高い値を有しており、強度・延びバランスの非常に優れたものであることが分かる。
【００２２】
これらに対しＮｏ．５，６は従来材、Ｎｏ．７〜１６は本発明で定めるいずれかの要件を欠く比較例であり、下記の様に延性不足であるか或いは抗張力が低くて強度・延びバランスが不十分であり、本発明の目的にそぐわない。
【００２３】
Ｎｏ．７，８，９，１０：ＶまたはＣｒの含有量が規定範囲を外れる比較例であり、これらの元素量が不足するものは冷延性が悪く、また多すぎる場合は時効処理後の強度が低い。Ｎｏ．１１はＳｎの含有率が不足する比較例で、時効処理後の延性が悪く、Ｎｏ．１２は逆にＳｎ量が多過ぎる比較例で、冷延性は良好であるものの時効処理後の強度が低く、本発明の要求レベルに達していない。
【００２４】
Ｎｏ．１３，１４はＡｌ含有量が規定範囲を外れる比較例であり、Ａｌ不足のＮｏ．１３では、冷延性は良好であるものの時効処理後の強度が低く、Ａｌ過剰のＮｏ．１４では冷延性が劣悪である。更にＮｏ．１５はＭｏ量が不足する比較例で、強度・延性は従来材（Ｎｏ．５，６）と殆ど変わらない。またＮｏ．１６はＭｏ量が多過ぎる比較例であり、時効処理後の強度が不足している。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、β型チタン合金中のＶ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ａｌ，Ｍｏの各含有量を規定することによって、冷間加工の可能な延性を有すると共に、焼鈍後の強度で１２００ＭＰａレベル以上の高い抗張力を有する強度・延びバランスの卓越したβ型チタン合金を提供し得ることになった。そしてこのβ型チタン合金は、その優れた延性と強度、更にはチタン合金が本来有している高い比強度や耐食性を活かし、チタンゴルフクラブのヘッド材料等として有効に活用できる。