JP2006193829A

JP2006193829A - 耐食材用チタン合金

Info

Publication number: JP2006193829A
Application number: JP2005377163A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsumoto; 啓松本; Keisuke Nagashima; 啓介長島; Hisashi Maeda; 尚志前田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2025-12-28
Also published as: EP1978119B1; EP1978119A1; WO2007077645A1; CN101316939A; JP3916088B2; RU2008130858A; US20090004042A1; RU2405850C2; EP1978119A4; PL1978119T3

Abstract

【課題】耐食性の低下を抑制しつつ安価に製造し得る耐食材用チタン合金を提供することにある。
【解決手段】質量％で白金族元素の１種類以上が合計０．０１〜０．１２％含有され、Ａｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎの一種以上がさらに含有され、残部がＴｉおよび不純物からなり、Ａｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎの合計含有量が質量％で５％以下であることを特徴とする耐食材用チタン合金を提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、耐食材用チタン合金に関する。

チタンは表面に酸化膜が形成されることから、一般の金属に比べて腐食されにくく、耐食性が求められる場所において広く用いられている。しかし、このような用途においてはさらに耐食性に優れたものが要望されており、従来、チタンに別の元素を添加して耐食性を向上させることが行われている。
例えば、耐食性を向上させたチタンとしては、ＪＩＳ１１種、１２種、１３種にも規定されているようにＴｉ−Ｐｄ合金が知られている。これらは、純チタンにＰｄを０．１２〜０．２５質量％含有させた合金である。さらに、Ｐｄ以外にもＣｏやＮｉを含有させることなども行われている（特許文献１および２参照）。

ところで、チタンは耐食性に優れるばかりでなく軽量で強度が高いなど一般的な金属に比べて優れた特性を有しており、種々の合金がゴルフクラブ、自転車などのスポーツ用品などをはじめとして各種の用途に用いられている。しかし、チタン合金は一般的な金属に比べて高価であることから、近年、チタン鉱石から製造されるスポンジチタンのみならず一旦製品化され、不要となったチタン合金などを再生させた安価な再生チタン合金の利用が検討されるようになってきている。
しかし、前述のような耐食性が求められるような場合においては、微量であっても他の元素が混入されていると、その元素を起点として腐食が発生するおそれがあることから、従来、耐食材用のチタン合金には、再生チタン合金が用いられていない。しかも、Ｐｄなどの白金属元素は、一般に、チタンよりも極めて高価であることから、耐食材用チタン合金は、従来、非常に高価なものとなっている。
すなわち、従来の耐食材用チタン合金は、耐食性の低下を抑制しつつ安価に製造することが困難であるという問題を有している。
特許第２１３２９２５号公報特公平４−５７７３５号公報

本発明の課題は、上記問題点に鑑み、耐食性の低下を抑制しつつ安価に製造し得る耐食材用チタン合金を提供することにある。

本発明者らは、前記課題を解決すべく、鋭意検討を行った結果、チタン合金にＡｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎの一種以上が所定内の量で含有されている場合には、耐食性の低下を抑制させ得ることを見出し本発明の完成に到ったのである。
すなわち、本発明は、質量％で白金族元素の１種類以上が合計０．０１〜０．１２％含有され、Ａｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎの一種以上がさらに含有され、残部がＴｉおよび不純物からなり、Ａｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎの合計含有量が質量％で５％以下であることを特徴とする耐食材用チタン合金を提供する。

なお、チタン合金に、Ａｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎが含有されているとは、チタン合金中に不可避的なレベル以上にＡｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎが存在する場合を意図している。これらの元素は、一般的に用いられる分析機器を用いることでその含有量を測定することができ、通常、チタン合金に不可避的なレベルとして存在するこれらの元素の含有量は、最大で、Ａｌ：０．００７質量％、Ｃｒ：０．００７質量％、Ｚｒ：０．００１質量％、Ｎｂ：０．００１質量％、Ｓｉ：０．００４質量％、Ｓｎ：０．００１質量％、Ｍｎ：０．００１質量％であることから、本明細書において「チタン合金に、Ａｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎが含有されている」とは、これらの元素がこれらの量を超えてチタン合金中に存在する場合を意図している。

本発明によれば、耐食材用チタン合金にＡｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎなどを含有させることから、Ａｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎを一種以上含有するチタン合金が用いられている製品からの再生チタン合金を耐食材用チタン合金に再利用することが可能となる。しかも、本発明によれば、耐食材用チタン合金には白金族元素の１種類以上が合計０．０１〜０．１２％含有されており、含有されるＡｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎの合計含有量が質量％で合計５％以下とされていることから、耐食性の低下を抑制させ得る。
すなわち、耐食性の低下を抑制しつつ安価に製造し得る耐食材用チタン合金を提供し得る。

以下に本実施形態の耐食材用チタン合金について説明する。まず、耐食材用チタン合金に含有される各元素の量ならびにその量を決定する理由について説明する。
本実施形態の耐食材用チタン合金には、通常、白金属元素、ＣｏおよびＮｉのいずれか一方または両方、Ａｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎの一種以上が含有され、残部は、Ｔｉおよび不純物からなっている。

白金属元素は、耐食材用チタン合金に必須の成分で含有量は、質量％で０．０１〜０．１２％とされる。白金属元素の含有量が０．０１〜０．１２％とされるのは、白金属元素が質量％で０．０１％未満の場合には、耐食材用チタン合金の耐食性が十分なものとならずに、腐食を発生させるおそれのあるものとなるためである。一方、０．１２％を超えて含有されていてもそれ以上に耐食性の向上が期待できないばかりか、耐食材用チタン合金のコストが多大なものとなるおそれを有するためである。
この白金属元素としては、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、ＩｒおよびＰｔを用いることができるが、Ｐｄを用いることが好ましい。

ＣｏとＮｉとは、任意成分であり、含有量は、質量％で０．０５〜２．００％とされる。これらを質量％で０．０５〜２．００％含有させることで、耐食性をさらに向上させつつ耐食材用チタン合金を高強度化させるという効果を奏する。このＣｏとＮｉとの合計量が０．０５％未満の場合には、耐食性をさらに向上させつつ耐食材用チタン合金を高強度化させるという効果を得ることが困難となる。

Ａｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎとは、耐食材用チタン合金に必須の成分でＡｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎの合計含有量は、質量％で５％以下とされる。これらの元素の含有量がこのような範囲とされるのは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎの合計含有量が５％を超えて含有される場合には、耐食材用チタン合金の耐食性が低下して、腐食を発生させるためである。このような点において、これらの合計含有量は、３％以下とされることが好ましく、２％以下とされることがさらに好ましい。

また、不純物としては、Ｃ、Ｏ、Ｈ、Ｆｅなどの不可避不純物を例示することができ、本実施形態の耐食材用チタン合金には、本発明の効果を損ねない範囲においてその他の元素を微量含有させることも可能である。特に、Ｖ、Ｍｏ、Ｗは、耐食性への影響が少ないことが既に知られており、これらを質量％で合計５％以下程度の量であれば耐食材用チタン合金に含有させることも可能である。

このような耐食材用チタン合金は、例えば、２５０℃程度の濃硫酸や硫酸ニッケル、塩化ニッケルなどにさらされる環境で使用されるニッケル精錬プラントなどの配管、熱交換器、電界槽などに好適である。

次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（試料作成）
（実施例１〜２９、比較例１〜１１）
各実施例、比較例の耐食性評価用の試料を、純チタンと各成分とを用いてチタン合金に表１、２の成分が、表１、２の量で含有されるように調整して耐食材用チタン合金を作製した。なお、比較例１には、純チタンを用いた。このとき、まず、各組成のチタン合金を、ボタンアーク溶解にて２０ｍｍ厚さ×７０ｍｍ幅×９０ｍｍ長さの大きさに溶製した。次いで、この溶製したものを熱間圧延にて３ｍｍ厚さに圧延した後に、酸洗により表面のスケールを除去したものから５０ｍｍ幅×１００ｍｍ長さの試験片を切り出した。さらに、この試験片の片面を＃２００研磨紙で研磨し、この研磨面のみを表面に露出させるように、側面ならびに裏面側をシール剤を用いてシールし耐食性評価用の試料とした。
また、スポンジチタンなどから製造されていた従来の耐食材用チタン合金として、表３に示す成分が含有されてなる耐食材用チタン合金（従来例１〜４）を作製して、実施例、比較例の耐食材用チタン合金と同様に評価した。

（耐塩化ニッケル性試験）
各実施例、比較例、従来例の耐食性評価用試料を１００℃の２０％塩化ニッケル溶液に１００時間浸漬し、浸漬後の耐食性評価用試料の表面を肉眼ならびに光学顕微鏡で観察して表面性状の評価を行った。その結果、初期の耐食性評価用試料の表面状態と塩化ニッケル溶液浸漬後の耐食性評価用試料の表面に変化が確認されないものを「○」として判定し、僅かに凹凸などの増加が確認されたものを「△」、凹凸などの増加が明確に確認されたものを「×」として判定した。結果を表４に示す。
また、塩化ニッケル溶液浸漬前後において０．１ｍｇ単位まで測定可能な電子天秤を用いて耐食性評価用試料の重量を測定し、その差を重量減少（ΔＭ）として算出した。また、浸漬前の耐食性評価用試料の表面積（Ｓ）から以下の式により、減肉量を計算した。
減肉量（ｇ／ｍ²）＝ΔＭ（ｇ）／Ｓ（ｍ²）
結果を表４に示す。

（耐熱硫酸性試験）
各実施例、比較例、従来例の耐食性評価用試料を２４０℃の５％硫酸水溶液に１時間浸漬し、耐塩化ニッケル性試験と同様にして減肉量を計算により求めた。結果を表４に示す。

（耐熱塩酸性試験）
各実施例、比較例、従来例の耐食性評価用試料を沸騰させた１０％塩酸水溶液に１時間浸漬し、耐塩化ニッケル性試験と同様にして減肉量を計算により求めた。結果を表４に示す。

（耐すきま腐食性試験）
実施例、比較例、従来例の耐食性評価用試料を、表面を合わせるようにして各２枚ずつ重ね合わせて、塩酸にてｐＨ１に調整された９０℃の２０％ＮａＣｌ水溶液に１００時間浸漬して耐すきま腐食性試験を実施した。なお、試験後の試料を前述の耐塩化ニッケル性試験と同様に試料の表面に変化が確認されないものを「○」として判定し、僅かに凹凸などの増加が確認されたものを「△」、凹凸などの増加が明確に確認されたものを「×」として判定した。結果を表４に示す。

この表４からも、質量％で白金族元素の１種類以上が合計０．０１〜０．１２％含有され、Ａｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎの一種以上がさらに含有され、残部がＴｉおよび不純物からなり、Ａｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎの合計含有量が質量％で５％以下であることを特徴とする耐食材用チタン合金、あるいは、質量％で白金族元素の１種類以上が合計０．０１〜０．１２％含有され、ＣｏおよびＮｉの一方または両方が質量％で合計０．０５〜２．００％含有され、Ａｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎの一種以上がさらに含有され、残部がＴｉおよび不純物からなり、Ａｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎの合計含有量が質量％で５％以下であることを特徴とする耐食材用チタン合金は、各比較例に比べて耐食性に優れ、従来のスポンジチタンが用いられた耐食材用チタン合金と同等の耐食性を有していることがわかる。

すなわち、本発明の耐食材用チタン合金は、再生チタン合金などを使用しつつも耐食性の低下を抑制させることができ、耐食性の低下を抑制しつつ安価に製造し得るものであることがわかる。

Claims

質量％で白金族元素の１種類以上が合計０．０１〜０．１２％含有され、Ａｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎの一種以上がさらに含有され、残部がＴｉおよび不純物からなり、Ａｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎの合計含有量が質量％で５％以下であることを特徴とする耐食材用チタン合金。
質量％で白金族元素の１種類以上が合計０．０１〜０．１２％含有され、ＣｏおよびＮｉの一方または両方が質量％で合計０．０５〜２．００％含有され、Ａｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎの一種以上がさらに含有され、残部がＴｉおよび不純物からなり、Ａｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｓｉ、ＳｎおよびＭｎの合計含有量が質量％で５％以下であることを特徴とする耐食材用チタン合金。