図面 (/)

技術 純チタン板およびその製造方法

出願人 新日鐵住金株式会社
発明者 瀬戸英人松本啓西村彰洋
出願日 2014年10月7日 (6年10ヶ月経過) 出願番号 2014-206631
公開日 2016年5月12日 (5年3ヶ月経過) 公開番号 2016-074953
状態 特許登録済
技術分野 非鉄金属または合金の熱処理 化学的方法による金属質材料の清浄、脱脂 エッチングと化学研磨(つや出し)
主要キーワード 微小クラック発生 ダルロール圧延 チタン素材 難めっき材 JIS規格 針状α相 混酸水溶液 焼鈍状態
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年5月12日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

課題

焼鈍後、ソルト処理ブラスト処理をすることなく脱スケールされ、かつ、めっきコーティング密着性潤滑剤などとの保油性、ならびに防眩性に優れた純チタン板を提供する。

解決手段

焼鈍後のチタン板を、表面粗さが算術平均粗さで4μm以上を有するように、5〜10mass%のふっ酸と12〜20mass%の塩酸からなる水溶液に35〜45℃で、60〜300秒浸漬して、酸洗する純チタン板の製造方法。

概要

背景

チタン難めっき材として知られている。めっきコーティング密着性潤滑剤などとの保油性を向上させるために、従来ではチタン板粗化することが行われている。この粗化方法としては、特許文献1で検討されている研磨などの機械加工、特許文献2で検討されているダルロール圧延、特許文献3で検討されているショットピーニング加工、特許文献4で検討されているレーザー加工、特許文献5で検討されているエッチング加工、などがある。

研磨などの機械加工は研磨工程が別途必要になる。ダルロール圧延は、圧延工程、ロール表面加工工程、ロール交換などの製造工程が別途必要になる。また、ダルロール圧延は、圧下率が高いほど表面粗さは大きくなるが、数%の圧延率で圧延が行われるため、加工硬化により延性が低下し、加工性が損なわれる懸念がある。研磨工程やダルロール圧延は、研磨するツールやロールが使用とともに摩耗し、コイル間で均一性が低下する懸念がある。

ショットピーニング加工で仕上げると、表層にひずみが多く導入され、そこから水素吸収が起こりやすくなる問題がある。薄板の場合は、表面を過度に粗くしようとすると形状が悪化する懸念もある。レーザー加工で仕上げると、表面が高温に晒されて等軸α相からβ相に逆変態し、レーザー加工後に室温に戻ると純チタンミクロ組織はβ相から針状α相に変態する。針状α相は等軸α相よりはるかに腐食しやすいという問題がある。

エッチング加工は、電解液を用いて電解する工程が別途必要となる。
かもいずれも、一般的なチタン板の製造工程以外に表面を粗くする製造工程が余分に必要となる。つまり、製造にかかる時間とコストが余分に必要となることを意味する。

一方、特許文献6には、焼鈍後のスケール除去のため、ふっ酸、塩酸混合酸による酸洗提示されている。酸洗による表面の粗化を考慮した場合、特許文献6に記載の酸洗では、同文献の実施例によると処理時間が長く、実用的な時間範囲では酸化スケールを除去するのが限界であり、表面粗化に適用することが困難である。

概要

焼鈍後、ソルト処理ブラスト処理をすることなく脱スケールされ、かつ、めっきコーティングの密着性、潤滑剤などとの保油性、ならびに防眩性に優れた純チタン板を提供する。焼鈍後のチタン板を、表面粗さが算術平均粗さで4μm以上を有するように、5〜10mass%のふっ酸と12〜20mass%の塩酸からなる水溶液に35〜45℃で、60〜300秒浸漬して、酸洗する純チタン板の製造方法。

目的

本発明は、最終焼鈍する工程と表面を粗くする工程を同時に行い、延性を維持しつつ形状不良が抑制され、めっきコーティングの密着性や、潤滑剤などとの保油性、ならびに防眩性に優れた純チタン板を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

純チタン素材を、5〜10mass%のふっ酸と12〜20mass%の塩酸とからなる混酸を含有する水溶液により酸洗した後の、表面粗さが算術平均粗さで4μm以上を有することを特徴とする純チタン板

請求項2

前記酸洗は、前記水溶液を35〜45℃に保持した浴に、前記純チタン素材を前記60〜300s浸漬して行われることを特徴とする請求項1に記載の純チタン板。

請求項3

請求項1または2に記載の純チタン板の製造方法であって、純チタンインゴットに対して熱間加工冷間圧延および焼鈍を順に行い、焼鈍後の純チタン素材に対して前記酸洗を行うことを特徴とする純チタン板の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、めっきなどのコーティング密着性潤滑剤塗布、防眩性に適した脱スケールおよび表面粗化を同時に満足する条件で製造された純チタン板およびその製造方法に関する。

背景技術

0002

チタン難めっき材として知られている。めっきコーティングの密着性や潤滑剤などとの保油性を向上させるために、従来ではチタン板粗化することが行われている。この粗化方法としては、特許文献1で検討されている研磨などの機械加工、特許文献2で検討されているダルロール圧延、特許文献3で検討されているショットピーニング加工、特許文献4で検討されているレーザー加工、特許文献5で検討されているエッチング加工、などがある。

0003

研磨などの機械加工は研磨工程が別途必要になる。ダルロール圧延は、圧延工程、ロール表面加工工程、ロール交換などの製造工程が別途必要になる。また、ダルロール圧延は、圧下率が高いほど表面粗さは大きくなるが、数%の圧延率で圧延が行われるため、加工硬化により延性が低下し、加工性が損なわれる懸念がある。研磨工程やダルロール圧延は、研磨するツールやロールが使用とともに摩耗し、コイル間で均一性が低下する懸念がある。

0004

ショットピーニング加工で仕上げると、表層にひずみが多く導入され、そこから水素吸収が起こりやすくなる問題がある。薄板の場合は、表面を過度に粗くしようとすると形状が悪化する懸念もある。レーザー加工で仕上げると、表面が高温に晒されて等軸α相からβ相に逆変態し、レーザー加工後に室温に戻ると純チタンミクロ組織はβ相から針状α相に変態する。針状α相は等軸α相よりはるかに腐食しやすいという問題がある。

0005

エッチング加工は、電解液を用いて電解する工程が別途必要となる。
かもいずれも、一般的なチタン板の製造工程以外に表面を粗くする製造工程が余分に必要となる。つまり、製造にかかる時間とコストが余分に必要となることを意味する。

0006

一方、特許文献6には、焼鈍後のスケール除去のため、ふっ酸、塩酸混合酸による酸洗提示されている。酸洗による表面の粗化を考慮した場合、特許文献6に記載の酸洗では、同文献の実施例によると処理時間が長く、実用的な時間範囲では酸化スケールを除去するのが限界であり、表面粗化に適用することが困難である。

先行技術

0007

特開2007−262470号公報
特開2000−015304号公報
特開2010−030015号公報
特開2009−274345号公報
特開平6−306620号公報
特開2012−224894号公報

発明が解決しようとする課題

0008

このように、従来の表面の粗化方法は、焼鈍酸洗後ショットブラスト加工やダルロール圧延加工など塑性変形を伴う方法しかなく、焼鈍状態で表面が粗いチタン板を得るのは困難である。また、塑性変形による加工硬化がチタン材の加工性を劣化させてしまう。さらに、チタン材には塑性変形による歪が加わっているため、水素吸収や形状不良などの問題が生じていた。

0009

そこで、本発明は、最終焼鈍する工程と表面を粗くする工程を同時に行い、延性を維持しつつ形状不良が抑制され、めっきコーティングの密着性や、潤滑剤などとの保油性、ならびに防眩性に優れた純チタン板を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

本発明者らは、焼鈍後に機械的な加工を行わずにかつ脱スケールされたチタン板を得るために鋭意検討を行った。具体的には、従来では表面粗化に適用することができないとされてきた酸洗条件に敢えて着目し、酸洗条件を詳細に調査した。その結果、予想外にも、大気焼鈍後にふっ酸と塩酸とを所定量含有する水溶液ソルト処理ブラスト処理することなく浸漬することで、焼鈍材のまま脱スケールと表面粗化が可能な知見を得た。焼鈍後の一般的な表面粗化の手法および本発明での表面粗化の手法の概略を表1に示す。

0011

0012

このように、本発明は、焼鈍後に酸洗を行うだけで、表面粗化された純チタン板を得て完成された。

0013

脱スケールおよび表面粗化の機構については、以下のように説明される。
例えば純チタンにおいては、α相におけるFeの固溶限は極めて低いことが知られており、結晶粒界へのわずかな偏析は避けられないため、Fe含有量不純物レベルの濃度であっても偏析部にFeが濃化する。これが酸溶液との反応により溶出するとスケール内部応力が不均一となり、微小クラック発生の起点となる。このクラック酸液浸透し一部金属面が露出してTi4+が溶出すると、電気的中性を保つために塩酸中のCl−が泳動して濃化し、孔食が発生する。そして、塩酸とふっ酸によりチタン金属が溶解されスケールが母材から剥離して脱スケールされる。このうえで、塩酸濃度を高めると、孔食速度が速くなり、孔食部分と孔食されていない部分とが大きな凹凸になる。つまり、塩酸濃度を高くすることで粗さを大きくすることができる。塩酸が少ないと、孔食が発生しないため、母材へ酸液が浸透しにくく、スケール残りが生じやすい。

0014

このような表面粗化の機構から、本発明者らは以下の知見を得た。
(1)ふっ酸と組み合わせる酸として、孔食を発生させかつ適度な溶解速度の塩酸が最も有効であり、且つその濃度をある程度高くすることにより表面を粗くすることができる。

0015

(2)特許文献6には塩酸濃度が12%を超えるとスケールの溶解反応およびチタン地金の溶解反応が生じないことが記載されている。しかし、通常は、塩酸濃度に対してチタンの溶解量は増加するため、溶解反応が生じなくなることは考え難い。特許文献6の表1では塩酸濃度が15%と高い条件では硫酸濃度も高い。そこで、本発明者らがさらに検討を重ねた結果、硫酸を添加した混酸では、硫酸が塩酸とふっ酸の混合酸の反応を抑制する効果があることがわかった。したがって、特許文献6では硫酸濃度が高いために減肉量が少なかったと考えられる。これらの知見から、効率的な表面処理を行うためには混酸に硫酸を添加しないことが必要である。

0016

(3)また、特許文献6にはふっ酸が10%を超えると過酸洗状態となり酸洗反応の制御が困難になることが記載されている。ここでいう「制御」とは板厚の制御である。しかし、本発明のように表面粗さを制御する上では、塩酸・ふっ酸濃度に加えて、好ましくは処理時間および混酸水溶液の温度を適正に設定すれば所望の粗さを得ることができる。

0017

上記の知見に基づき完成された本発明は以下の通りである。
(1)純チタン素材を、5〜10mass%のふっ酸と12〜20mass%の塩酸とからなる混酸を含有する水溶液により酸洗した後の、表面粗さが算術平均粗さで4μm以上を有することを特徴とする純チタン板。

0018

(2)前記酸洗は、前記水溶液を35〜45℃に保持した浴に、前記純チタン素材を前記60〜300s浸漬して行われることを特徴とする上記(1)に記載の純チタン板。

0019

(3)上記(1)または(2)に記載の純チタン板の製造方法であって、純チタンインゴットに対して熱間加工冷間圧延および焼鈍を順に行い、焼鈍後の純チタン素材に対して前記酸洗を行うことを特徴とする純チタン板の製造方法。

発明の効果

0020

本発明によれば、酸洗により脱スケールされるとともに表面粗さが算術平均粗さで4μm以上の純チタン板を提供することができる。本発明は、めっきコーティングの密着性や、潤滑剤などとの保油性、ならびに防眩性に優れた純チタン板を提供することができる、産業上の利用可能性が高い優れた発明である。

図面の簡単な説明

0021

図1は、ふっ酸および塩酸の濃度を調整した40℃の酸液に、焼鈍後のチタン板を120秒間浸漬したときの、算術平均粗さ(μm)と塩酸濃度(mass%)との関係を示す図である。

0022

以下の説明では、特に記載がない限り、「%」は「質量%」を表す。
1.純チタン板
(1)純チタン
本発明では純チタンを対象とする。β型チタン合金はβ安定型元素である水素の吸収が著しいため、水素脆化が生じるためである。

0023

本発明の純チタンとは、JIS規格の1種〜4種、およびそれに対応するASTM規格のGrade1〜4、DIN規格の3・7025,3・7035、3・7055、3・7065で規定される工業用純チタンを含むものとする。すなわち、本発明の対象である工業用純チタンは、質量%で、C:0.1%以下、H:0.015%以下、O:0.4%以下、N:0.07%以下、Fe:0.5%以下、残部Tiからなるもの、と言うことができる。さらに、これらに若干の白金族元素を添加し、モディファイド(改良)純チタンと呼ばれている高耐食性合金(ASTM Grade 7、11、16、26、13、30、33あるいはこれらに対応するJIS種や更に種々の元素を少量含有させたチタン材)も、本発明では、純チタンに含まれるものとして扱う。

0024

(2)純チタン板の表面粗さ
本発明の純チタン板は、表面粗さが算術平均粗さで4μm以上を有する。Raが4μm以上であると、めっきとの接触面積が増加するためにめっきの密着性が高まる。また、これにともない潤滑剤などとの保油性が高まり、さらには防眩性も高まる。

0025

(3)酸洗
本発明の純チタン板は、所定量のふっ酸および塩酸からなる混酸を含有する水溶液で酸洗されたものである。各々について詳述する。

0026

(3−1)ふっ酸の含有量:5〜10%
ふっ酸は、水溶液中に質量で5〜10%含有される。5%を下回るとチタン金属母材の溶解力が弱く脱スケールが困難となる。10%を超えると、表面粗さは十分得られるが、廃酸処理やコスト増の問題が生じる。好ましくは6〜9%である。

0027

(3−2)塩酸の含有量:12〜20%
塩酸は、水溶液中に質量で12〜20%含有される。12%を下回ると、孔食が発生しにくく、母材に酸液が浸透しにくくなるため、スケール残りが生じやすくなる。また、20%を超えて含有させると、塩酸の蒸発による損失が大きくなる。好ましくは14〜18%である。

0028

2.製造方法
(1)純チタンインゴットに対して熱間加工、冷間圧延および焼鈍を行う。

0029

本発明では、酸洗までの工程は一般的なチタン板の製造方法により製造することができる。例えば、スポンジチタン等からチタンインゴットを製造する工程、このインゴットを鍛造熱間圧延などの熱間加工により熱延板にする工程、熱延板にショットブラストを施す工程、熱延板を酸洗する工程、酸洗により脱スケールした熱延板を冷間圧延によって冷延板にする工程、冷延板を焼鈍する工程により、酸洗に供するチタン素材を製造する。これらの工程での条件は特に限定されるものではないが、例えば冷間圧延では、30〜90%の圧下率で0.1〜3mmの厚さに圧延することが好ましく、焼鈍では700〜820℃で60〜180s保持することが好ましい。

0030

(2)酸洗を行う。
本発明では、脱スケールおよび凹凸の付与を、ソルトバスを用いることなく酸洗だけで完了することができる。本発明の方法では、熱間圧延または焼鈍時の加熱によってチタン板の表面に生成したスケールを除去するとともに表面に凹凸を付与する酸洗工程において、塩酸を12〜20%およびふっ酸を5〜10%含有する水溶液を用いる。

0031

この水溶液が保持された酸浴は、温度が35〜45℃に規定されることが好ましい。35℃を下回ると酸液とチタン板の反応性が乏しく目標の表面粗さが得られない。45℃を超えると反応が過剰になり粗くなりすぎてしまう。

0032

このような酸浴に、焼鈍後にスケールが生成されたチタン素材を浸漬する。浸漬時間は60〜300sに規定されることが好ましい。60sを下回ると十分に表面を粗化することができない。また、スケール残りが生じる。300sを超えると、表面が粗くなりすぎてしまう。また、300sを超えて酸洗するには極端ライン速度を遅くする必要がある。さらに、遅くできない場合は再度酸洗だけするために連続ライン通板する必要も生じてしまう。

0033

真空アーク溶解酸素量およびFe量の異なる種々のチタンインゴットを製造し、鍛造、熱延、焼鈍、表面切削冷延、最終焼鈍、酸洗を経て、チタン板を得た。

0034

具体的な冷延条件、最終焼鈍、酸洗条件を表2に示す。表2中、「35〜45℃」は浴中水溶液温度であり、「60〜300s」は最終焼鈍後のチタン板の浴への浸漬時間である。

0035

0036

酸素量、Fe量、および表面粗さ(算術平均粗さ)Ra、光沢度評価方法を表3に示す。

0037

0038

このようにして得られた結果を図1に示す。図1によれば、ふっ酸が5%以上であり、且つ塩酸が12%以上である水溶液を用いて酸洗を行ったチタン板は、いずれもRaが4μm以上を示した。そして、Raが4μm以上を示す本発明のチタン板は、いずれも防眩性に優れることが明らかになった。また、これらのチタン板はめっき付着性および保油性に優れる。スケールも目視にて確認されなかった。なお、得られたチタン板の化学組成は、JIS規格で定める範囲内であることを確認した。

0039

これに対して、ふっ酸が4%以下の場合、Raが4μm未満と劣った。
ふっ酸が5%であったとしても、塩酸が12%未満であると、Raが4μm未満となった。また、ふっ酸が5%以上であり塩酸が12%未満であってもRaが4μm以上を示すものもあった。これらは、孔食が起こりにくく母材へ酸液が浸透しにくいため脱スケール性で劣った。

0040

ふっ酸が5%以上であり、且つ塩酸が20%を超えた水溶液を用いたとしても、Raは増加しなかった。

実施例

0041

また、表2の条件に加えて、更に硫酸を1〜15mass%添加した混酸を用いて酸洗し、表3に記載の条件で算術平均粗さを評価した。その結果、硫酸の含有量が上記範囲では、いずれも処理時間が300sであっても算術平均粗さRaが4μmを下回ることを確認した。このため、防眩性は本発明より劣る結果となった。また、これに伴いめっき付着性および保油性が劣る。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

該当するデータがありません

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

該当するデータがありません

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ