[发明专利]具有高强度、高杨氏模量且疲劳特性、冲击韧性优异的钛合金

说明书

一种α+β型钛合金热轧板，其中，以质量％计Al：4.7～5.5％、Fe：0.5～1.4％、N：0.03％以下、Si：0.15～0.40％、并且Si/O的比率为0.80～2.80、式(1)的[O]_eq为0.13％以上且不足0.25％、余量由Ti及杂质组成，将热圧板的法线方向设为ND方向，将板宽方向设为TD方向，以α相的(0001)面的法线方向作为c轴方位，将由晶粒产生的X射线的(0002)反射相对强度中的、c轴方位处于自ND方向起30°的范围的最强的强度设为XND、处于TD方向的±10度的最强的强度设为XTD，XTD/XND为4.0以上，板宽方向的杨氏模量为135GPa以上，板宽方向的拉伸强度为1100MPa以上。[O]_eq＝[O]+2.77[N]…式(1)。

技术领域

本发明涉及在板面内的单向具有高强度、高杨氏模量，疲劳特性和/或冲击韧性优异，并且具有良好的热加工性的钛合金板。

背景技术

迄今为止，以航空器用构件为首，大多利用高比强度、高耐腐蚀性等优异的特性而使用钛合金制品。其中，作为民用品用途，被广泛用于汽车·摩托车用消音器材料、眼镜框、各种运动用器具(高尔夫球杆杆面、钉鞋用部件、金属球棒(pat)…)等。

作为钛合金的缺点之一，可列举出与钢铁材料等相比杨氏模量低。由于杨氏模量低，在作为结构用材料、部件使用时有时容易产生弹性变形(刚度低)成为问题。另外，例如作为高尔夫球杆杆面使用的情况下，由于杆面容易变弯曲，因此恢复系数容易变大，难以满足恢复系数限制而成为问题。

此时，在制品的形状为椭圆形或矩形的板状的情况下，可知若在短边方向杨氏模量变高，则变得不易弯曲，作为提高板的刚度的手段是有效的。为了获得这样的状态，专利文献1中公开了通过对α+β型钛合金进行单向热轧来控制织构，由此提高板宽方向的强度及杨氏模量的技术。这是通过对α+β合金在特定的条件下进行单向热轧，从而使钛α相的底面在板宽方向高度地取向的称为Transverse-texture的热轧织构发达，提高了在板宽方向的强度、杨氏模量。在这种情况下，通过将热轧板的板宽方向设定为椭圆形或矩形的板状制品的短边侧，从而能使板状制品不易弯曲。

这样，例如，对于高尔夫球杆杆面，在恢复系数限制变严格的环境下，如上所述，杨氏模量高的α+β型钛合金的应用成为主流。通过使用杨氏模量高的α+β型钛合金，从而即使使杆面变薄，恢复系数也不易变高，与杨氏模量低的β型钛合金相比，用于消除恢复系数限制的板厚自由度变高。另外，与β型钛合金相比比重小，即使是相同质量也能增大杆头(clubhead)的容量，而且与β型合金相比，昂贵的合金元素的含量低，因此有原材料成本也低的很多优势。作为α+β型钛合金，代表性的是Ti-6％Al-4％V，此外，例如使用了Ti-5％Al-1％Fe、Ti-4.5％Al-3％V-2％Fe-2％Mo、Ti-4.5％Al-2％Mo-1.6％V-0.5Fe-0.3％Si-0.03％C、Ti-6％Al-6％V-2％Sn、Ti-6％Al-2％Sn-4％Zr-6％Mo、Ti-8％Al-1％Mo-1％V、Ti-6％Al-1％Fe等。

进而，在作为高尔夫球杆杆面的用途中，对于在杆面加工时成形加工程度小、通过形状控制来应对恢复系数限制的自由度少的薄板状原材料等，理想的是在板面内的单向具有135GPa以上的杨氏模量、1100MPa以上的拉伸强度。此时，对于杨氏模量，为了消除恢复系数限制，对于拉伸强度和延性，为了获得良好的疲劳特性，理想的是分别满足上述的值。但是，通常α+β型合金的加工性不良好，即使减少板厚，兼具优异的疲劳特性和满足恢复系数限制的高强度、高杨氏模量以及良好的热加工性的合金也是有限的。另外，对于对高尔夫球杆杆面的耐久性有影响的疲劳特性和/或冲击韧性，不能获得高的值。即，没有公开兼顾高杨氏模量及高疲劳强度和/或冲击韧性的钛合金相关的技术。

另外，已知钛合金中所含有的氧为在铸锭的制造时容易偏析的元素，包含许多氧的钛合金虽然是强度高，但在铸锭内浓度的不同导致强度的差异成为问题。进而，若过度地含有氧，则还有延性极度降低的问题。