JPH09209064A - 耐食性に優れた高強度高延性チタン合金 - Google Patents
耐食性に優れた高強度高延性チタン合金Info
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- JPH09209064A JPH09209064A JP1379096A JP1379096A JPH09209064A JP H09209064 A JPH09209064 A JP H09209064A JP 1379096 A JP1379096 A JP 1379096A JP 1379096 A JP1379096 A JP 1379096A JP H09209064 A JPH09209064 A JP H09209064A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製造コストが低く、耐食性に優れ、高強度を
有し、かつ高延性を有するチタン合金を提供する。 【解決手段】 重量％で、Ｎ：０．０５５％以下、Ｏ：
０．３〜０．６％、を含有し、さらに、Ｐｄ：０．０３
〜０．２５％、Ｒｕ：０．１０〜０．５０％の１種以上
を含有し、［Ｐｄ］＋［Ｒｕ］＋［Ｆｅ］が０．８５〜
２．３０％を満たし、Ｑ＝［Ｏ］＋２．７７［Ｎ］＋
０．１（［Ｐｄ］＋［Ｒｕ］＋［Ｆｅ］）により定まる
酸素等価量値Ｑが０．５０〜０．９２であることを特徴
とする耐食性に優れた高強度高延性チタン合金。
有し、かつ高延性を有するチタン合金を提供する。 【解決手段】 重量％で、Ｎ：０．０５５％以下、Ｏ：
０．３〜０．６％、を含有し、さらに、Ｐｄ：０．０３
〜０．２５％、Ｒｕ：０．１０〜０．５０％の１種以上
を含有し、［Ｐｄ］＋［Ｒｕ］＋［Ｆｅ］が０．８５〜
２．３０％を満たし、Ｑ＝［Ｏ］＋２．７７［Ｎ］＋
０．１（［Ｐｄ］＋［Ｒｕ］＋［Ｆｅ］）により定まる
酸素等価量値Ｑが０．５０〜０．９２であることを特徴
とする耐食性に優れた高強度高延性チタン合金。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＡｌやＶやＭｏ等
の製造コストを上昇させる元素を基本合金元素として含
有せず、しかも引張強度で８５０ＭＰａ以上、好ましく
は９００ＭＰａ超の高強度を有し、かつ高延性と高耐食
性を有するチタン合金に関するものである。
の製造コストを上昇させる元素を基本合金元素として含
有せず、しかも引張強度で８５０ＭＰａ以上、好ましく
は９００ＭＰａ超の高強度を有し、かつ高延性と高耐食
性を有するチタン合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、化学工業においてあるいは地熱開
発や海底油田・ガス田開発等において、高温、高圧、高
耐食の極限環境に対応しうる素材として、軽量、高強
度、高耐食性の３大特徴を兼ね備えた素材の要求が高ま
っている。この候補素材としてチタン合金が注目されて
いるが、下記に示すような２つの重大な未解決の課題が
残存していた。
発や海底油田・ガス田開発等において、高温、高圧、高
耐食の極限環境に対応しうる素材として、軽量、高強
度、高耐食性の３大特徴を兼ね備えた素材の要求が高ま
っている。この候補素材としてチタン合金が注目されて
いるが、下記に示すような２つの重大な未解決の課題が
残存していた。
【０００３】第１の課題は、高強度チタン合金の製造コ
ストである。チタン合金は大別してα型、α＋β型、β
型に分類されるが、このうちα型およびα＋β型チタン
合金はほとんど全てがＡｌを数％含有しており、そのた
め熱間及び冷間での加工性が著しく悪く、製造コストが
著しく高くなっていた。一方、β型およびα＋β型チタ
ン合金は、高価なβ相安定化元素であるＶやＭｏを数％
〜十数％含有しており、この高価な原料価格が製造コス
トを著しく押し上げていた。
ストである。チタン合金は大別してα型、α＋β型、β
型に分類されるが、このうちα型およびα＋β型チタン
合金はほとんど全てがＡｌを数％含有しており、そのた
め熱間及び冷間での加工性が著しく悪く、製造コストが
著しく高くなっていた。一方、β型およびα＋β型チタ
ン合金は、高価なβ相安定化元素であるＶやＭｏを数％
〜十数％含有しており、この高価な原料価格が製造コス
トを著しく押し上げていた。
【０００４】第２の課題は、チタン合金の耐食性であ
る。α型およびα＋β型チタン合金は数％含有している
Ａｌの影響で、純チタンなどのＡｌを含有していない素
材に比べると耐食性が劣っており、上記の極限環境では
使用できない。もちろん、工業用純チタンは強度を担う
Ａｌを含有していないため強度不足で、上記の極限環境
に対応し得ない。
る。α型およびα＋β型チタン合金は数％含有している
Ａｌの影響で、純チタンなどのＡｌを含有していない素
材に比べると耐食性が劣っており、上記の極限環境では
使用できない。もちろん、工業用純チタンは強度を担う
Ａｌを含有していないため強度不足で、上記の極限環境
に対応し得ない。
【０００５】このようなα型およびα＋β型チタン合金
の耐食性を改善する方法が米国特許Ｎｏ．３０６３８３
５に記載されており、該チタン合金に０．００５〜５重
量％のＰｄやＲｕ等の白金族元素を添加することによ
り、元来優れた耐食性を示す酸化性腐食環境はもとよ
り、必ずしも優れた耐食性を示さなかった還元性の腐食
環境においてもチタン合金の耐食性が改善されることが
記載されている。この方法に基づいて、近年ではＴｉ−
６Ａｌ−４ＶやＴｉ−６Ａｌ−４Ｖに含まれる酸素等の
侵入型不純物元素を減じたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ−ＥＬＩ
（Extra Low Interstials ）にＰｄやＲｕを微量添加す
る試みがなされている。この方法では確かに高強度と高
耐食性の両方が得られるが、上記第１の課題が解決され
ないばかりか、微量とはいえ非常に高価な白金族元素を
添加するため、さらに製造コストが高くなり益々実用的
でなくなるという問題点があった。
の耐食性を改善する方法が米国特許Ｎｏ．３０６３８３
５に記載されており、該チタン合金に０．００５〜５重
量％のＰｄやＲｕ等の白金族元素を添加することによ
り、元来優れた耐食性を示す酸化性腐食環境はもとよ
り、必ずしも優れた耐食性を示さなかった還元性の腐食
環境においてもチタン合金の耐食性が改善されることが
記載されている。この方法に基づいて、近年ではＴｉ−
６Ａｌ−４ＶやＴｉ−６Ａｌ−４Ｖに含まれる酸素等の
侵入型不純物元素を減じたＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ−ＥＬＩ
（Extra Low Interstials ）にＰｄやＲｕを微量添加す
る試みがなされている。この方法では確かに高強度と高
耐食性の両方が得られるが、上記第１の課題が解決され
ないばかりか、微量とはいえ非常に高価な白金族元素を
添加するため、さらに製造コストが高くなり益々実用的
でなくなるという問題点があった。
【０００６】一方、Ｍｏを多量に含有したβ型チタン合
金は、耐食性に優れており、軽量、高強度、高耐食性の
３大特徴を備えている。しかし、第１の問題点として挙
げた、高価格のＭｏ起因の高製造コストのため、やはり
実際に多用されるには至っていない。
金は、耐食性に優れており、軽量、高強度、高耐食性の
３大特徴を備えている。しかし、第１の問題点として挙
げた、高価格のＭｏ起因の高製造コストのため、やはり
実際に多用されるには至っていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うに、原料価格が高いＭｏやＶを含有し、また加工性を
低下させ最終の製造コスト増となるばかりか耐食性をも
劣化させるＡｌを含有している多くのチタン合金の問題
点を排除し、窒素、酸素、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｍｎの含有量を調整して、耐食性に優れ、かつ引張
強度で８５０ＭＰａ以上、好ましくは９００ＭＰａ超の
高強度を有し、かつ高い延性を有するチタン合金を、低
コストで提供することを目的とする。
うに、原料価格が高いＭｏやＶを含有し、また加工性を
低下させ最終の製造コスト増となるばかりか耐食性をも
劣化させるＡｌを含有している多くのチタン合金の問題
点を排除し、窒素、酸素、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｍｎの含有量を調整して、耐食性に優れ、かつ引張
強度で８５０ＭＰａ以上、好ましくは９００ＭＰａ超の
高強度を有し、かつ高い延性を有するチタン合金を、低
コストで提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、以下の
通りである。 （１）重量％で、Ｎ：０．０５５％以下、Ｏ：０．３〜
０．６％、を含有し、さらに、Ｐｄ：０．０３〜０．２
５％、Ｒｕ：０．１０〜０．５０％の１種以上を含有
し、［Ｐｄ］＋［Ｒｕ］＋［Ｆｅ］が０．８５〜２．３
０％を満たし、Ｑ＝［Ｏ］＋２．７７［Ｎ］＋０．１
（［Ｐｄ］＋［Ｒｕ］＋［Ｆｅ］）により定まる酸素等
価量値Ｑが０．５０〜０．９２であることを特徴とする
耐食性に優れた高強度高延性チタン合金。 （２）Ｆｅの一部あるいは全部を、０．２５重量％以下
のＮｉ、０．２５重量％以下のＣｒ、０．２５重量％以
下のＭｎの１種以上で代替することを特徴とする（１）
に記載の耐食性に優れた高強度高延性チタン合金。 （３）Ｑ＝［Ｏ］＋２．７７［Ｎ］＋０．１（［Ｐｄ］
＋［Ｒｕ］＋［Ｆｅ］＋［Ｎｉ］＋［Ｃｒ］＋［Ｍ
ｎ］）により定まる酸素等価量値Ｑが０．６８超〜０．
９２であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の
耐食性に優れた高強度高延性チタン合金。
通りである。 （１）重量％で、Ｎ：０．０５５％以下、Ｏ：０．３〜
０．６％、を含有し、さらに、Ｐｄ：０．０３〜０．２
５％、Ｒｕ：０．１０〜０．５０％の１種以上を含有
し、［Ｐｄ］＋［Ｒｕ］＋［Ｆｅ］が０．８５〜２．３
０％を満たし、Ｑ＝［Ｏ］＋２．７７［Ｎ］＋０．１
（［Ｐｄ］＋［Ｒｕ］＋［Ｆｅ］）により定まる酸素等
価量値Ｑが０．５０〜０．９２であることを特徴とする
耐食性に優れた高強度高延性チタン合金。 （２）Ｆｅの一部あるいは全部を、０．２５重量％以下
のＮｉ、０．２５重量％以下のＣｒ、０．２５重量％以
下のＭｎの１種以上で代替することを特徴とする（１）
に記載の耐食性に優れた高強度高延性チタン合金。 （３）Ｑ＝［Ｏ］＋２．７７［Ｎ］＋０．１（［Ｐｄ］
＋［Ｒｕ］＋［Ｆｅ］＋［Ｎｉ］＋［Ｃｒ］＋［Ｍ
ｎ］）により定まる酸素等価量値Ｑが０．６８超〜０．
９２であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の
耐食性に優れた高強度高延性チタン合金。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明者らは、熱間加工性を低下
させ、しかも耐食性を劣化させるＡｌに代わって、酸素
及び窒素をα相安定化元素として高強度化を模索し、さ
らに耐食性を向上させる効果に優れたβ相安定化元素で
ある白金族元素（Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｐ
ｔ）添加の研究を進めた結果、下記の重要な２つの知見
を発見するに至った。
させ、しかも耐食性を劣化させるＡｌに代わって、酸素
及び窒素をα相安定化元素として高強度化を模索し、さ
らに耐食性を向上させる効果に優れたβ相安定化元素で
ある白金族元素（Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｐ
ｔ）添加の研究を進めた結果、下記の重要な２つの知見
を発見するに至った。
【００１０】すなわち、 チタンに酸素及び窒素を添加していくと、添加量の増
大とともに強度が増加するが、８００ＭＰａを超えたあ
たりで延性が乏しくなる。ところが、酸素、窒素に白金
族元素を複合添加すると延性値が改善し、０．８５％重
量％以上白金族元素を添加すると、８５０ＭＰａ以上の
高い引張強度と１５％以上の高い引張伸びの両方が得ら
れ、耐食性も極めて優れる。 上記白金元素の一部を、周期律表で同じＶIII 族に属
する鉄族元素（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ）や隣接するＶII族と
ＶI 族元素で一部置き換えても、高耐食性、高強度、高
延性が維持される。
大とともに強度が増加するが、８００ＭＰａを超えたあ
たりで延性が乏しくなる。ところが、酸素、窒素に白金
族元素を複合添加すると延性値が改善し、０．８５％重
量％以上白金族元素を添加すると、８５０ＭＰａ以上の
高い引張強度と１５％以上の高い引張伸びの両方が得ら
れ、耐食性も極めて優れる。 上記白金元素の一部を、周期律表で同じＶIII 族に属
する鉄族元素（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ）や隣接するＶII族と
ＶI 族元素で一部置き換えても、高耐食性、高強度、高
延性が維持される。
【００１１】高価な白金族元素を０．９重量％以上も添
加するのは、本発明の目的中、低コストであることに反
しており実際的ではないが、上記知見に基づくと、白金
族元素を耐食性の維持に必要な最小限の添加に抑制し、
残部を鉄族元素やＶI 、ＶII族元素で置き換えて添加す
れば、高強度、高耐食性、低コストの全てを同時に満た
せるようになる。
加するのは、本発明の目的中、低コストであることに反
しており実際的ではないが、上記知見に基づくと、白金
族元素を耐食性の維持に必要な最小限の添加に抑制し、
残部を鉄族元素やＶI 、ＶII族元素で置き換えて添加す
れば、高強度、高耐食性、低コストの全てを同時に満た
せるようになる。
【００１２】ここで、白金族の中では、価格の面からＰ
ｄとＲｕが他に比べると有利であり、一部白金族元素に
代わって添加するＶI 、ＶII族、鉄族元素の中ではＦｅ
がもっとも価格的には安価であり、次いでＣｒ、Ｍｎ、
Ｎｉが有利である。その他のＭｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｒｅ等は
高価であるのにもかかわらず、より安価なＦｅ、Ｃｒ、
Ｍｎ、Ｎｉと同程度の効果しか得られないため、添加元
素としては実際的ではない。また、上記知見に基づいて
発明された合金は、直接的あるいは間接的にチタン合金
の高い製造コストの原因となっていたＡｌ、Ｖ、Ｍｏを
含まないため、高価なＰｄ、Ｒｕを微量添加しても、従
来合金に比べると十分製造コストは低くなっている。
ｄとＲｕが他に比べると有利であり、一部白金族元素に
代わって添加するＶI 、ＶII族、鉄族元素の中ではＦｅ
がもっとも価格的には安価であり、次いでＣｒ、Ｍｎ、
Ｎｉが有利である。その他のＭｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｒｅ等は
高価であるのにもかかわらず、より安価なＦｅ、Ｃｒ、
Ｍｎ、Ｎｉと同程度の効果しか得られないため、添加元
素としては実際的ではない。また、上記知見に基づいて
発明された合金は、直接的あるいは間接的にチタン合金
の高い製造コストの原因となっていたＡｌ、Ｖ、Ｍｏを
含まないため、高価なＰｄ、Ｒｕを微量添加しても、従
来合金に比べると十分製造コストは低くなっている。
【００１３】さて、本発明では、α相安定化元素として
０．０５５重量％以下の窒素、０．３〜０．６重量％の
酸素を添加することとした。先に説明したように、これ
らの元素の添加は合金の強化を目的としているが、チタ
ンへの窒素の添加は難しく、未溶解の窒素系介在物や偏
析を抑制するためには、酸素の強化のための主要元素と
し、窒素を補助的な強化元素として使用することが好ま
しい。特に、０．０５５％超の窒素添加は、介在物や成
分の均一性の観点から好ましくなく、延性低下を招くこ
とがある。酸素添加量を０．３重量％以上としたのは、
これ以上の酸素を添加しないと、たとえ本発明における
窒素添加量の上限値に近い量の窒素を添加しても、８５
０ＭＰａ以上の高強度が得られないからである。また、
酸素添加量の上限値を０．６重量％としたのは、これ以
上添加するとたとえ不可避レベルの窒素しか含んでいな
くても、十分な延性が得られない。
０．０５５重量％以下の窒素、０．３〜０．６重量％の
酸素を添加することとした。先に説明したように、これ
らの元素の添加は合金の強化を目的としているが、チタ
ンへの窒素の添加は難しく、未溶解の窒素系介在物や偏
析を抑制するためには、酸素の強化のための主要元素と
し、窒素を補助的な強化元素として使用することが好ま
しい。特に、０．０５５％超の窒素添加は、介在物や成
分の均一性の観点から好ましくなく、延性低下を招くこ
とがある。酸素添加量を０．３重量％以上としたのは、
これ以上の酸素を添加しないと、たとえ本発明における
窒素添加量の上限値に近い量の窒素を添加しても、８５
０ＭＰａ以上の高強度が得られないからである。また、
酸素添加量の上限値を０．６重量％としたのは、これ以
上添加するとたとえ不可避レベルの窒素しか含んでいな
くても、十分な延性が得られない。
【００１４】一方、β安定化元素としては、先に説明し
たように、白金族元素およびこれらの代替元素を総量で
０．８５重量％以上含有させる必要がある。これ以下の
添加量だとβ相の量が少なすぎα相の粗大化を招き、延
性が不十分なものとなる。また、白金族元素およびこれ
らの代替元素は、強い凝固偏析の傾向があるため、総量
で２．３重量％以下の添加量とすることが必要である。
これを超える量を添加すると凝固偏析のため延性が低下
するなどの問題を生ずる。
たように、白金族元素およびこれらの代替元素を総量で
０．８５重量％以上含有させる必要がある。これ以下の
添加量だとβ相の量が少なすぎα相の粗大化を招き、延
性が不十分なものとなる。また、白金族元素およびこれ
らの代替元素は、強い凝固偏析の傾向があるため、総量
で２．３重量％以下の添加量とすることが必要である。
これを超える量を添加すると凝固偏析のため延性が低下
するなどの問題を生ずる。
【００１５】さて、白金族元素の中で、ＰｄとＲｕが添
加元素として実際的であることは先に述べたが、顕著な
耐食性効果を得るには、Ｐｄの場合０．０３重量％以上
の添加が必要であり、Ｒｕの場合０．１０重量％以上の
添加が必要である。一方、Ｐｄは０．２５重量％を超え
て、またＲｕは０．５０重量％を超えて添加しても耐食
性向上効果は飽和し、添加量の増加に応じた耐食性向上
は見られなくなる。すなわち、これ以上の添加は、耐食
性向上効果の観点からは無駄で、安価なＦｅ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｍｎ添加で必要添加量を補う方が経済的に有利であ
る。
加元素として実際的であることは先に述べたが、顕著な
耐食性効果を得るには、Ｐｄの場合０．０３重量％以上
の添加が必要であり、Ｒｕの場合０．１０重量％以上の
添加が必要である。一方、Ｐｄは０．２５重量％を超え
て、またＲｕは０．５０重量％を超えて添加しても耐食
性向上効果は飽和し、添加量の増加に応じた耐食性向上
は見られなくなる。すなわち、これ以上の添加は、耐食
性向上効果の観点からは無駄で、安価なＦｅ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｍｎ添加で必要添加量を補う方が経済的に有利であ
る。
【００１６】請求項１に記載の発明では、白金族元素
（Ｐｄ、Ｒｕ）の一部代替として最も経済的に安価なＦ
ｅを選択した。一方、請求項２に記載の発明では、Ｆｅ
の一部あるいは全部をＮｉ、Ｃｒ、Ｍｎで代替すること
とした。Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎは単一金属同士で比較する
と、Ｆｅに比べて高価ではあるが、これらの元素の添加
を、Ｍｎ含有鋼やステンレス鋼、Ｎｉ基合金、Ｃｒ基合
金のスクラップ等を用いて行うと、むしろ安価になる場
合もある。このとき、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｓ、Ｃ等の不純物が
含有されるが、これらはチタン合金中ではいずれも０．
０５重量％未満の不純物で特性に影響をおよぼすには至
らず無視できるものである。ただし、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ
はチタン中で金属間加工物を造りやすいので、添加量は
いずれも０．２５重量％以下にすることが必要である。
これを超えて添加すると、脆弱な化合物が析出し、延性
が低下する。
（Ｐｄ、Ｒｕ）の一部代替として最も経済的に安価なＦ
ｅを選択した。一方、請求項２に記載の発明では、Ｆｅ
の一部あるいは全部をＮｉ、Ｃｒ、Ｍｎで代替すること
とした。Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎは単一金属同士で比較する
と、Ｆｅに比べて高価ではあるが、これらの元素の添加
を、Ｍｎ含有鋼やステンレス鋼、Ｎｉ基合金、Ｃｒ基合
金のスクラップ等を用いて行うと、むしろ安価になる場
合もある。このとき、Ｓｉ、Ｍｏ、Ｓ、Ｃ等の不純物が
含有されるが、これらはチタン合金中ではいずれも０．
０５重量％未満の不純物で特性に影響をおよぼすには至
らず無視できるものである。ただし、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ
はチタン中で金属間加工物を造りやすいので、添加量は
いずれも０．２５重量％以下にすることが必要である。
これを超えて添加すると、脆弱な化合物が析出し、延性
が低下する。
【００１７】さて、上述のα相安定化元素（酸素、窒
素）およびβ相安定化元素（Ｐｄ、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、
Ｃｒ、Ｍｎ）は、さらに酸素等価量値Ｑ＝［Ｏ］＋２．
７７［Ｎ］＋０．１（［Ｐｄ］＋［Ｒｕ］＋［Ｆｅ］＋
［Ｎｉ］＋［Ｃｒ］＋［Ｍｎ］）が０．５０超〜０．９
２であることを満たす必要がある。ここで、この式は、
引張強度に対する各添加量元素の強化能を定式化したも
ので、Ｑが０．５０以上でないと、目標の８５０ＭＰａ
以上の高い引張強度が達成されない。特に、９００ＭＰ
ａ以上の高強度が必要な場合、Ｑは０．６８超にする必
要がある。一方、Ｑが０．９２を超えると、延性が低下
し、実用的な材料ではなくなる。なお、酸素等価量値Ｑ
の式中における［Ｏ］、［Ｎ］、［Ｐｄ］、［Ｒｕ］、
［Ｆｅ］、［Ｎｉ］、［Ｃｒ］、［Ｍｎ］は各々、酸
素、窒素、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎの含有
量（重量％）を示し、係数は、酸素の単位重量％あたり
の強化能との比を示している。また、残部が実質的にチ
タンであることは、不可避的に含有される０．０５％未
満の不純物元素は許容されることを意味している。
素）およびβ相安定化元素（Ｐｄ、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、
Ｃｒ、Ｍｎ）は、さらに酸素等価量値Ｑ＝［Ｏ］＋２．
７７［Ｎ］＋０．１（［Ｐｄ］＋［Ｒｕ］＋［Ｆｅ］＋
［Ｎｉ］＋［Ｃｒ］＋［Ｍｎ］）が０．５０超〜０．９
２であることを満たす必要がある。ここで、この式は、
引張強度に対する各添加量元素の強化能を定式化したも
ので、Ｑが０．５０以上でないと、目標の８５０ＭＰａ
以上の高い引張強度が達成されない。特に、９００ＭＰ
ａ以上の高強度が必要な場合、Ｑは０．６８超にする必
要がある。一方、Ｑが０．９２を超えると、延性が低下
し、実用的な材料ではなくなる。なお、酸素等価量値Ｑ
の式中における［Ｏ］、［Ｎ］、［Ｐｄ］、［Ｒｕ］、
［Ｆｅ］、［Ｎｉ］、［Ｃｒ］、［Ｍｎ］は各々、酸
素、窒素、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎの含有
量（重量％）を示し、係数は、酸素の単位重量％あたり
の強化能との比を示している。また、残部が実質的にチ
タンであることは、不可避的に含有される０．０５％未
満の不純物元素は許容されることを意味している。
【００１８】
【発明の実施の形態】表１に示すように、従来技術の例
として、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖと、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖお
よびＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ−ＥＬＩにＰｄあるいはＲｕを
微量添加した合金を、また表２に示すように、酸素、窒
素、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｆｅ含有量を調整したチタン合金を、
さらに表３に示すように、酸素、窒素、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｆ
ｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ含有量を調節したチタン合金を種
々、真空アーク溶解によって約１ｋｇ溶解し、これを熱
間鍛造および熱間圧延により約２mm厚の板を作成し、７
５０℃で１時間の焼鈍後、空冷した。この焼鈍板から引
張試験片を切り出し、引張試験を行い、引張強度と伸び
を測定した。同時に、３０mm×３０mmの小試験片を切り
出し、両表面を研磨することにより１．５mm厚とし、こ
れを５％のＨ2 ＳＯ4 （硫酸）沸騰水溶液および５％Ｈ
Ｃｌ（塩酸）沸騰水溶液に４８時間浸漬し、腐食速度
（mm／年）を測定した。これら試験の結果を、表１から
表３のそれぞれに組成とともに示す。
として、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖと、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖお
よびＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ−ＥＬＩにＰｄあるいはＲｕを
微量添加した合金を、また表２に示すように、酸素、窒
素、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｆｅ含有量を調整したチタン合金を、
さらに表３に示すように、酸素、窒素、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｆ
ｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ含有量を調節したチタン合金を種
々、真空アーク溶解によって約１ｋｇ溶解し、これを熱
間鍛造および熱間圧延により約２mm厚の板を作成し、７
５０℃で１時間の焼鈍後、空冷した。この焼鈍板から引
張試験片を切り出し、引張試験を行い、引張強度と伸び
を測定した。同時に、３０mm×３０mmの小試験片を切り
出し、両表面を研磨することにより１．５mm厚とし、こ
れを５％のＨ2 ＳＯ4 （硫酸）沸騰水溶液および５％Ｈ
Ｃｌ（塩酸）沸騰水溶液に４８時間浸漬し、腐食速度
（mm／年）を測定した。これら試験の結果を、表１から
表３のそれぞれに組成とともに示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【表２】
【００２１】
【表３】
【００２２】試験番号２および３に示したＰｄあるいは
Ｒｕを添加した従来例は、８５０ＭＰａ以上の引張強度
と１５％以上の伸びに加え、硫酸および塩酸中での腐食
速度も試験番号１のＰｄあるいはＲｕを添加していない
材料に比べて桁違いに小さくなっており、優れた耐食性
も有している。しかし、従来技術の項で述べたように、
直接的あるいは間接的に製造コストを増加させるＡｌお
よびＶを数％含有しており、さらに微量とはいえ非常に
高価な白金族元素添加を行っており、製造コストが高く
ても実用的合金とはいえない。
Ｒｕを添加した従来例は、８５０ＭＰａ以上の引張強度
と１５％以上の伸びに加え、硫酸および塩酸中での腐食
速度も試験番号１のＰｄあるいはＲｕを添加していない
材料に比べて桁違いに小さくなっており、優れた耐食性
も有している。しかし、従来技術の項で述べたように、
直接的あるいは間接的に製造コストを増加させるＡｌお
よびＶを数％含有しており、さらに微量とはいえ非常に
高価な白金族元素添加を行っており、製造コストが高く
ても実用的合金とはいえない。
【００２３】これに対し、本発明の実施例である試験番
号５、６、７、８、９、１０、１３、１６、１７、２
０、２２、２４、２５、２６、２８、３０（以上表
２）、３１、３３、３５、３７、３８、３９（以上表
３）は、いずれも８５０ＭＰａ以上の高強度、１５％以
上の高い伸び値、さらに５％硫酸沸騰水溶液および５％
塩酸沸騰水溶液中での腐食速度も１mm／年以下で、優れ
た耐食性を有している。
号５、６、７、８、９、１０、１３、１６、１７、２
０、２２、２４、２５、２６、２８、３０（以上表
２）、３１、３３、３５、３７、３８、３９（以上表
３）は、いずれも８５０ＭＰａ以上の高強度、１５％以
上の高い伸び値、さらに５％硫酸沸騰水溶液および５％
塩酸沸騰水溶液中での腐食速度も１mm／年以下で、優れ
た耐食性を有している。
【００２４】特に、酸素等価量値Ｑが、０．６８超であ
った、試験番号８、９、１０、１３、１６、２０、２
２、２５、２６、２８、３０、３１、３３、３５、３
７、３８では、９００ＭＰａ以上の高強度が達成されて
いる。これらの合金は、直接的あるいは間接的に高い製
造コストの原因となっていたＡｌ、Ｖ、Ｍｏを含まない
ため、微量のＰｄやＲｕの添加によるコスト上昇分を加
味してもなお、従来合金と比べると十分に製造コストは
低くなっており実用的である。
った、試験番号８、９、１０、１３、１６、２０、２
２、２５、２６、２８、３０、３１、３３、３５、３
７、３８では、９００ＭＰａ以上の高強度が達成されて
いる。これらの合金は、直接的あるいは間接的に高い製
造コストの原因となっていたＡｌ、Ｖ、Ｍｏを含まない
ため、微量のＰｄやＲｕの添加によるコスト上昇分を加
味してもなお、従来合金と比べると十分に製造コストは
低くなっており実用的である。
【００２５】表２において、試験番号４は引張強度が８
５０ＭＰａに未達であったが、これは酸素含有量が本発
明における下限値である０．３重量％未満であったた
め、窒素を本発明における上限値に近い量を添加して
も、十分な強度が得られなかったものである。また試験
番号１１では、窒素の添加量が本願発明で規定した上限
値以上であったため未溶解介在物が生じたり、成分が不
均一になり、延性（伸び）が不十分であった。試験番号
１２では、酸素含有量が本発明で規定した上限値以上で
あったため、不可避レベルの窒素（０．００７重量％）
しか含んでいなくても、低い延性（伸び）しか得られな
かった。試験番号１４では、酸素等価量値Ｑが本発明で
規定した上限値を超えたため、延性（伸び）が低下し
た。また、試験番号１５では、β相安定化元素の総和
（Ｐｄ＋Ｆｅ）が本発明の上限値を超えて添加されたた
め、強い凝固偏析を生じ、延性が低下した。さらに、試
験番号１８では酸素等価量値Ｑが本発明の下限値に未達
であったため、８５０ＭＰａ以上の高い引張強度が達成
されなかった。また、試験番号１９では、伸びが１５％
以下の低い値となっているが、これはβ相安定化元素の
総和が本発明に規定した値よりよりも低かったため、β
相の量が少なくなり、α相の粗大化を招き、延性が不十
分なものとなった結果である。試験番号２１および２７
では、腐食速度が著しく大きく耐食性が劣っているが、
これはＰｄおよびＲｕの添加量が本発明に規定した値よ
りも少なかったためである。また、試験番号２３および
２９は、強度、延性、耐食性ともに良好な試験結果を示
しているが、試験番号２３は、試験番号２３より少量の
Ｐｄしか添加されていない試験番号２２とほとんど同じ
強度、延性、耐食性であり、また試験番号２９は、試験
番号２３より少量のＲｕしか添加されていない試験番号
２８とほとんど同じ強度、延性、耐食性しか示していな
い。すなわち、試験番号２３および２９は高価なＰｄあ
るいはＲｕが不必要に添加されており、経済的に無駄で
ある。
５０ＭＰａに未達であったが、これは酸素含有量が本発
明における下限値である０．３重量％未満であったた
め、窒素を本発明における上限値に近い量を添加して
も、十分な強度が得られなかったものである。また試験
番号１１では、窒素の添加量が本願発明で規定した上限
値以上であったため未溶解介在物が生じたり、成分が不
均一になり、延性（伸び）が不十分であった。試験番号
１２では、酸素含有量が本発明で規定した上限値以上で
あったため、不可避レベルの窒素（０．００７重量％）
しか含んでいなくても、低い延性（伸び）しか得られな
かった。試験番号１４では、酸素等価量値Ｑが本発明で
規定した上限値を超えたため、延性（伸び）が低下し
た。また、試験番号１５では、β相安定化元素の総和
（Ｐｄ＋Ｆｅ）が本発明の上限値を超えて添加されたた
め、強い凝固偏析を生じ、延性が低下した。さらに、試
験番号１８では酸素等価量値Ｑが本発明の下限値に未達
であったため、８５０ＭＰａ以上の高い引張強度が達成
されなかった。また、試験番号１９では、伸びが１５％
以下の低い値となっているが、これはβ相安定化元素の
総和が本発明に規定した値よりよりも低かったため、β
相の量が少なくなり、α相の粗大化を招き、延性が不十
分なものとなった結果である。試験番号２１および２７
では、腐食速度が著しく大きく耐食性が劣っているが、
これはＰｄおよびＲｕの添加量が本発明に規定した値よ
りも少なかったためである。また、試験番号２３および
２９は、強度、延性、耐食性ともに良好な試験結果を示
しているが、試験番号２３は、試験番号２３より少量の
Ｐｄしか添加されていない試験番号２２とほとんど同じ
強度、延性、耐食性であり、また試験番号２９は、試験
番号２３より少量のＲｕしか添加されていない試験番号
２８とほとんど同じ強度、延性、耐食性しか示していな
い。すなわち、試験番号２３および２９は高価なＰｄあ
るいはＲｕが不必要に添加されており、経済的に無駄で
ある。
【００２６】表３において、試験番号３２、３４、３６
はいずれも伸びが１５％以下の低い値となっているが、
これは各々Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉの添加量が本発明で規定し
た上限値以上に添加されたため、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉとチ
タンの脆弱な化合物が析出し、延性が低下したものであ
る。
はいずれも伸びが１５％以下の低い値となっているが、
これは各々Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉの添加量が本発明で規定し
た上限値以上に添加されたため、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉとチ
タンの脆弱な化合物が析出し、延性が低下したものであ
る。
【００２７】
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、原
料価格が高いＭｏおよびＶを含有し、さらに加工性を低
下させ最終の製造コスト増となるばかりか耐食性をも劣
化させるＡｌを含有している多くのチタン合金の問題点
を排除し、耐食性に優れ、かつ引張強度で８５０ＭＰａ
以上、好ましくは９００ＭＰａ超の高強度を有し、かつ
高い延性値を有するチタン合金を、低コストで提供する
ことができる。
料価格が高いＭｏおよびＶを含有し、さらに加工性を低
下させ最終の製造コスト増となるばかりか耐食性をも劣
化させるＡｌを含有している多くのチタン合金の問題点
を排除し、耐食性に優れ、かつ引張強度で８５０ＭＰａ
以上、好ましくは９００ＭＰａ超の高強度を有し、かつ
高い延性値を有するチタン合金を、低コストで提供する
ことができる。
Claims (3)
- 【請求項１】重量％で、 Ｎ：０．０５５％以下、 Ｏ：０．３〜０．６％、 を含有し、さらに、 Ｐｄ：０．０３〜０．２５％、 Ｒｕ：０．１０〜０．５０％ の１種以上を含有し、［Ｐｄ］＋［Ｒｕ］＋［Ｆｅ］が
０．８５〜２．３０％を満たし、Ｑ＝［Ｏ］＋２．７７
［Ｎ］＋０．１（［Ｐｄ］＋［Ｒｕ］＋［Ｆｅ］）によ
り定まる酸素等価量値Ｑが０．５０〜０．９２であるこ
とを特徴とする耐食性に優れた高強度高延性チタン合
金。 - 【請求項２】 Ｆｅの一部あるいは全部を、０．２５重
量％以下のＮｉ、０．２５重量％以下のＣｒ、０．２５
重量％以下のＭｎの１種以上で代替することを特徴とす
る請求項１に記載の耐食性に優れた高強度高延性チタン
合金。 - 【請求項３】 Ｑ＝［Ｏ］＋２．７７［Ｎ］＋０．１
（［Ｐｄ］＋［Ｒｕ］＋［Ｆｅ］＋［Ｎｉ］＋［Ｃｒ］
＋［Ｍｎ］）により定まる酸素等価量値Ｑが０．６８超
〜０．９２であることを特徴とする請求項１又は２に記
載の耐食性に優れた高強度高延性チタン合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1379096A JPH09209064A (ja) | 1996-01-30 | 1996-01-30 | 耐食性に優れた高強度高延性チタン合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1379096A JPH09209064A (ja) | 1996-01-30 | 1996-01-30 | 耐食性に優れた高強度高延性チタン合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09209064A true JPH09209064A (ja) | 1997-08-12 |
Family
ID=11843052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1379096A Withdrawn JPH09209064A (ja) | 1996-01-30 | 1996-01-30 | 耐食性に優れた高強度高延性チタン合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09209064A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005098063A1 (ja) * | 2004-04-09 | 2005-10-20 | Nippon Steel Corporation | 高強度α＋β型チタン合金 |
-
1996
- 1996-01-30 JP JP1379096A patent/JPH09209064A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005098063A1 (ja) * | 2004-04-09 | 2005-10-20 | Nippon Steel Corporation | 高強度α＋β型チタン合金 |
| EP1736560A1 (en) * | 2004-04-09 | 2006-12-27 | Nippon Steel Corporation | High-strength alpha+beta-type titanium alloy |
| EP1736560A4 (en) * | 2004-04-09 | 2009-03-11 | Nippon Steel Corp | TITANIUM ALLOY TYPE ALPHA + BETA OF HIGH STRENGTH |
| US8562763B2 (en) | 2004-04-09 | 2013-10-22 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | High strength α+β type titanuim alloy |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030401 |