JPH04350138A

JPH04350138A - 耐食性に優れたチタン合金

Info

Publication number: JPH04350138A
Application number: JP91203744A
Authority: JP
Inventors: Sukehiro Mitsuyoshi; 裕広光吉; Chihiro Taki; 千博滝
Original assignee: Nippon Mining Co Ltd; Nikko Kyodo Co Ltd
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1990-12-26
Filing date: 1991-07-19
Publication date: 1992-12-04
Also published as: GB2251440B; GB2251440A; GB9126191D0; US5238647A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐食性に優れたチタン
合金に関するものであり、特に酸化剤を含む高温・高濃
度の非酸化性酸中においても優れた耐食性を示すＭｏ−
Ｃｒ系チタン合金並びにＭｏ−Ｃｒ−Ｒｕその他の白金
族元素系チタン合金に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、化学工業はめざましい発展を示し
、新しいプロセスの開発や既存のプロセスの省力化並び
に効率化が次々と進んでいる。それにともない、装置材
料にも塩酸や硫酸等を代表とする非酸化性酸のような過
酷な腐食環境における耐食性が要求されるようになって
きた。特に、最近では、高温・高濃度の非酸化性酸の使
用が増え、装置材料の腐食環境はますます厳しくなって
きている。また、環境問題に関わる廃液、廃ガス、廃棄
物処理においても、その処理プロセスにおいて、高温・
高濃度の塩酸や硫酸が関与することが多く、それに耐え
うる装置材料が要求されている。以上の背景に加えて最
近では、経済的な観点から装置材料におけるイニシャル
コストのみよりも保守及び保全が容易であることを考慮
してのトータルコストの面が重視されるようになり、上
記環境で高価な高級耐食性材料を使用する例が増加して
いる。

【０００３】このような耐食性材料は、金属材料と非金
属材料とに大別され、その特性に応じて各分野で利用さ
れている。特に金属材料は、伝熱性を要求される熱交換
器の分野や靭性を要求される設備基幹部分の分野で用い
られていることから、耐食性への信頼性及び経済性を兼
ね備えた金属材料が強く要望されている。

【０００４】現在、こうした高温・高濃度の非酸化性酸
中で用いられる金属材料としては、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、
ハステロイ及び耐食性チタン合金が知られている。しか
しながら、Ｎｂ及びＴａは、耐食性には優れているもの
の極めて高価であるため、工業的な利用が制限され、ま
た、Ｚｒ及びハステロイは、Ｃｌ−　の存在により耐食
性が劣化するという問題を抱えている。

【０００５】一方、耐食性チタン合金については、Ｔｉ
−Ｐｄ合金等が知られているが、これらチタン合金は、
塩酸や硫酸のような非酸化性酸に対しては耐食性が不十
分である。Ｍｏを数十％添加したＴｉ−Ｍｏ合金（例え
ば、ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ　　ＯＦ　　ＴＨＥ　　
ＡＳＭ、２８６頁、ＶＯＬ５４、１９６１年−ＳＴＥＲ
Ｎ等著−参照）並びに安価な貴金属であるＲｕを更に微
量添加して一段と耐食性を向上させたＴｉ−Ｍｏ−Ｒｕ
合金（特願平０１−３３７３８９参照）が塩酸や硫酸に
対し優れた耐食性を示す。これらのＴｉ−Ｍｏ−（Ｒｕ
）合金は、組織が均一なβ相であるため加工性に優れて
おり、装置用材料として種々の形状に加工することがで
きる。さらに、これら合金は、Ｎｂ、Ｔａよりは安価な
Ｍｏを使用するため、他の高級耐食材料に比較して経済
性にも優れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｔｉ−
Ｍｏ−（Ｒｕ）合金は、確かに、不純物の存在しない塩
酸や硫酸のような非酸化性酸中では優れた耐食性を示す
が、非酸化性酸中に不純物としてわずか数ｐｐｍの酸化
剤が混入すると、Ｍｏの過不働態化によって耐食性が著
しく劣化するという問題点を呈する。一般に、実環境で
はＦｅ３＋やＣｕ２＋の微量の不純物イオンや溶液中の
溶存酸素等の酸化剤が混入するのが普通であるために、
これらの酸化剤によって耐食性が劣化するというのは致
命的な欠点であり、そのためにＴｉ−Ｍｏ−（Ｒｕ）合
金の工業的な利用は著しく制限されていた。以上のよう
に、Ｔｉ−Ｍｏ−（Ｒｕ）合金は、非酸化性酸に対して
非常に優れた耐食性、加工性、経済性を有しているにも
かかわらず、微量の酸化剤によって耐食性が著しく劣化
するという工業材料として致命的な欠点を有していた。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、酸化剤の存在する非酸化性酸の非常にきびしい
腐食環境でも優れた耐食性を示し、かつ加工性及び経済
性にも優れた耐食性材料を提供することを課題としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、多くの検討
の結果、Ｔｉ−Ｍｏ合金にＣｒを更に添加した合金が酸
化剤の存在する非酸化性酸の非常にきびしい腐食環境で
も優れた耐食性を示すことを見出すに至った。更に、Ｔ
ｉ−Ｍｏ−Ｒｕ等の白金族元素一般合金にＣｒを添加す
ると一層優れた耐食性を示すことも判明した。本発明は
、この知見に基づいて、（１）Ｍｏ：１０〜４０ｗｔ％
及びＣｒ：０．１〜１５ｗｔ％を含有しそして残部がＴ
ｉと不可避的不純物とからなる耐食性に優れたチタン合
金、並びに（２）Ｍｏ：１０〜４０ｗｔ％、Ｃｒ：０．
１〜１５ｗｔ％及びＲｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒ
ｈの１種以上：０．０１〜２．０ｗｔ％（合計量）を含
有しそして残部がＴｉと不可避的不純物とからなる耐食
性に優れたチタン合金を提供するものである。

【０００９】

【作用】本発明チタン合金において、Ｍｏを添加するの
は、Ｍｏを添加することで材料表面にＭｏの濃縮した保
護皮膜が形成され、塩酸や硫酸等の非酸化性酸中での耐
食性が著しく改善されるためである。しかし、これだけ
では環境中に数ｐｐｍ程度の酸化剤が共存した場合、Ｍ
ｏの溶出によって耐食性が著しく劣化する。そのため、
更にＣｒを添加する必要がある。Ｃｒを添加することで
Ｍｏの溶出が抑制され環境中の酸化剤による耐食性の劣
化を防止することができる。

【００１０】Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈの白
金族元素を更に１種以上含むＴｉ−Ｍｏ−（白金族元素
）合金は更に耐食性に優れる。Ｃｒを更に添加すること
で酸化剤存在下での耐食性は著しく改善される。

【００１１】本発明合金は、以上の作用によって、酸化
剤の存在する高温・高濃度の非酸化性酸中でも優れた耐
食性を示す。

【００１２】ここでＭｏの含有量の下限を１０ｗｔ％と
したのは、これより少ない量では表面保護皮膜の形成が
不十分であり、耐食性の向上が期待できないためであり
、またＭｏの含有量の上限を４０ｗｔ％としたのは、こ
れより多くＭｏを添加しても耐食性の向上は僅かであり
、しかも高融点でかつ偏析しやすいＭｏを大量に含有す
ることから均質なインゴットを得ることが難しく、更に
熱間及び冷間加工性も悪化するためである。

【００１３】次に、Ｃｒの含有量の下限を０．１ｗｔ％
としたのは、これより少ない量では前述のＣｒの作用効
果が不十分であり、従って酸化剤存在下での耐食性の改
善に効果が不十分なためであり、他方その上限を１５ｗ
ｔ％としたのは、これを超えて添加すると加工性が劣化
し、板や条の製造が困難となるためである。

【００１４】更に、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒ
ｈの白金族元素の１種以上の含有量の下限を０．０１ｗ
ｔ％としたのは、これより少ない量では十分な耐食性の
改善が確保できないためであり、他方上限を２．０ｗｔ
％としたのは特性上の効果が飽和することから、経済的
な不利を避けるためである。

【００１５】以上の本発明合金、すなわちＴｉ−Ｍｏ合
金或いはＴｉ−Ｍｏ−Ｒｕ等の白金族元素合金にＣｒを
添加した合金は、酸化剤の存在する高温高濃度の非酸化
性環境中での耐食性が著しく優れており、工業的に十分
な耐食性を発揮する。

【００１６】さらに、本発明合金では、Ｍｏ、Ｃｒの添
加により上記本発明の範囲内での金属組織が加工性のよ
い単一β相となるため、熱間加工性はいうにおよばず、
冷間加工性も極めて優れており、板、条、線等に加工で
きる。さらに、曲げ加工、プレス加工の成形加工によっ
て装置材料として必要な種々の形状に容易に加工するこ
とができる。

【００１７】

【実施例及び比較例】次に、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。試験材料としてはＴｉにＭｏ及びＣ
ｒ更にはＲｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈの１種以
上を所定量添加したボタンインゴットを溶製し、熱間圧
延および冷間圧延によって２ｍｍの厚さに仕上げた。更
に、比較材としてＴｉ−Ｍｏ合金、Ｔｉ−Ｍｏ−白金族
元素合金及びハステロイＣ−２７６を用意した。これら
の試験材を冷間圧延後、２０ｍｍ×２０ｍｍの板に切断
し、溶体化処理後表面を６００番研摩紙で仕上げ、表面
を清浄化して、酸化剤としてＦｅ３＋を所定量添加した
１０％沸騰塩酸中で全面腐食試験に供し腐食速度を算出
した。また、冷間圧延時のエッヂ割れの状態を観察した
。その結果を表１に示す。

【００１８】表１において、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５は、Ｍ
ｏを５ｗｔ％〜５０ｗｔ％まで変化させたものである。酸化剤がない場合（Ｆｅ３＋無添加）、Ｍｏ１０ｗｔ％
から耐食性は顕著に向上するが、他方４０ｗｔ％を超え
ると冷間加工性が極端に悪化する。よって、Ｍｏの添加
量を１０ｗｔ％〜４０ｗｔ％とした。しかし、これらの
合金もＦｅ３＋を添加すると耐食性が著しく劣化するこ
とがわかる。

【００１９】Ｎｏ．６〜Ｎｏ．１０は、Ｔｉ−２０ｗｔ
％Ｍｏに、Ｃｒを０．０５ｗｔ％〜２０ｗｔ％添加した
ものである。Ｃｒ０．０５ｗｔ％添加したもの（Ｎｏ．
６）は、Ｆｅ３＋の増加に伴い耐食性は劣化し、Ｃｒに
よる改善効果は認められない。Ｃｒを０．１ｗｔ％以上
添加してはじめてＦｅ３＋添加時の耐食性は改善される
。そのため、Ｃｒの添加量の下限を０．１ｗｔ％とした
。ところが、Ｃｒ量が１５．０ｗｔ％を超えると、冷間
圧延時のエッヂ割れが激しく加工性が悪化する。そこで
Ｃｒの上限を１５．０ｗｔ％とする必要がある。

【００２０】次に、Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１５は、Ｔｉ−
２０ｗｔ％Ｍｏ合金にＲｕを０．００５ｗｔ％〜４．０
ｗｔ％まで添加したものである。酸化剤がない場合（Ｆ
ｅ３＋無添加）、Ｒｕを０．０１ｗｔ％以上添加するこ
とで、Ｔｉ−２０ｗｔ％Ｍｏよりも更に耐食性は向上す
る。よって、Ｒｕの下限を０．０１ｗｔ％とする必要が
ある。一方、Ｒｕ２．０ｗｔ％を超えると耐食性は飽和
するため高価なＲｕをさらに添加する必要はなくなる。このため、Ｒｕの範囲の上限を２．０ｗｔ％とした。し
かし、このＴｉ−Ｍｏ−Ｒｕ合金もＦｅ３＋の増加にと
もない耐食性は著しく劣化することがわかる。

【００２１】Ｎｏ．１６〜Ｎｏ．２０は、Ｔｉ−２０ｗ
ｔ％Ｍｏ−０．１ｗｔ％ＲｕにＣｒを０．０５ｗｔ％か
ら２０．０ｗｔ％まで添加したものであるが、Ｃｒ量が
０．１ｗｔ％以上になるとＦｅ３＋添加時の耐食性を改
善され酸化剤の有無にかかわらず優れた耐食性を示すよ
うになる。ただし、Ｃｒの添加量が１５ｗｔ％を超える
と冷間加工性が極端に悪化する。そこで、Ｔｉ−Ｍｏ−
Ｒｕ合金においてもＴｉ−Ｍｏ合金の場合と同様にして
Ｃｒの添加量を０．１ｗｔ％〜１５．０ｗｔ％とする必
要がある。

【００２２】表２〜４に示すように、Ｎｏ．２１〜Ｎｏ
．７０は、同様な方法によりＩｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｐｔ、
Ｒｈ、Ａｕの白金族元素及びＣｒの耐食性に与える効果
を調べたものであるが、その傾向はＴｉ−Ｍｏ−Ｒｕ合
金の場合と同様であった。

【００２３】Ｎｏ．７１〜Ｎｏ．７８はＲｕ、Ｉｒ、Ｏ
ｓ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｕを複合添加したものの効果
を調べたものであるがいずれも単独添加と同様にＣｒ添
加の効果が得られることがわかった。そこで、これらの
添加元素の合計を０．０１ｗｔ％〜２．０ｗｔ％とした
。

【００２４】Ｎｏ．７９には比較材であるハステロイＣ
−２７６の結果を示す。本発明合金はＦｅ３＋の添加量
にかかわらずハステロイＣ−２７６よりも耐食性に優れ
ていることが理解される。

【００２５】以上、本発明の合金はＴｉ−Ｍｏ合金及び
白金族元素を含むＴｉ−Ｍｏ合金にＣｒを添加すること
で酸化剤を含む高温高濃度の非酸化性酸中での耐食性が
著しく改善することが確認される。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】

【表３】

【００２９】

【表４】

【００３０】

【発明の効果】本発明合金は、酸化剤の存在する高温高
濃度の非酸化性酸中で優れた耐食性を示す。更に、本発
明合金はβ相が主体の金属組織となっているため加工性
にも優れ、さらに従来の高級耐食性材料よりも安価であ
るため、化学装置材料として工業的に著しい効果を発揮
するものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　Ｍｏ：１０　　〜４０ｗｔ％、及びＣ
ｒ：０．１〜１５ｗｔ％を含有しそして残部がＴｉと不可避的不純物とからなる
耐食性に優れたチタン合金。
【請求項２】　　Ｍｏ：１０　　〜４０ｗｔ％、Ｃｒ：
０．１〜１５ｗｔ％、並びにＲｕ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｐｔ、及びＲｈの１種以上：
０．０１〜２．０ｗｔ％（合計量）を含有しそして残部がＴｉと不可避的不純物とからなる
耐食性に優れたチタン合金。