JP7309879B2 - 改善した耐食性、強度、延性及び靭性を有するチタン合金 - Google Patents
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Description
本出願は、2018年12月9日に提出した米国仮特許出願第62/777,213号の優先権とその利益を主張する。上記出願の開示を参照により本明細書に援用する。
本開示は、改善した耐食性、強度、延性及び靭性の予想外の組み合わせを有するチタン合金に関する。
以下の説明は事実上単に例示しているだけに過ぎず、本開示、用途又は使用の制限を意図しない。図面を通して対応する参照番号は同様の又は対応する部分及び特徴を示すことを理解するべきである。
・Ni含有量を減らすと、強度及び耐食性が低下する;
・Mo含有量を増やすと、耐食性、強度、延性が向上する;
・Zrを添加すると耐食性が著しく改善するが[PC2対PG;P2A対P2B;P2F対P2Hを比較せよ]、強度はわずかに向上するだけである;
・Feを増やすと、耐食性への一貫性のない効果とともに、強度が増大する;
・Moの増加をCrで部分的に置換すると、耐食性と強度の適切な組み合わせを得ることができる。CrはEBCHM溶解では不都合な高い蒸気圧を有するため、Crの添加については追及していない;
・NiをCoで置換する、又はMoを部分的にCoで置換することができる場合がある;
・炭素の添加は強度を高めるが、耐食性には有害である;及び/又は
・シリコンを添加すると強度が増加し、耐食性への小さな/決定的でない効果が得られる。Siを含む合金は、もし十分なNi及びMoが存在すれば良好な耐食性を得ることがある。
表1は図6及び図7と同様にフェーズIII系の‘ボタン’の実験結果も示しており、表2はヒートナンバーAN14394の工業スケールのEBCHM中空インゴットの結果を様々なNi、Mo及びZr含有量の‘ボタン’溶解物の追加セットと併せて示している。表3は本開示の教示によるチタン合金組成範囲の極値をフルスケールヒートAN14394と同じ組成式のP7Eと比較している。表1~表3及び図6に示すように、いくつかの変形形態では、本開示の教示によるチタン合金は550から950MPaの間の0.2%降伏強度を有する。少なくとも一つの変形形態では、本開示の教示によるチタン合金は550から750MPaの間の降伏強度、700から900MPaの間の引張強度、25から35%の間の破断伸び及び55%から70%の間の断面減少率を有する。加えて、表1~表3及び図7に示すように、いくつかの変形形態において、本開示の教示によるチタン合金は、ASTM G-31試験方法に従って1重量%の沸騰塩酸に曝したとき、1年当り2.5ミル(mpy)未満の腐食速度を有する。例えば、いくつかの変形形態において、チタン合金は、ASTM G-31試験方法に従って1重量%の沸騰塩酸に曝したときに、0.5から2.5mpyの間の腐食速度を有する。少なくとも一つの変形形態において、チタン合金は、ASTM G-31試験方法に従って2重量%の沸騰塩酸に曝したとき、20.0ミルmpy未満の腐食速度、例えば、ASTM G-31試験方法に従って2重量%の沸騰塩酸に曝したとき、5.0から20.0mpyの間の腐食速度を有する。また、いくつかの変形形態において、チタン合金は、ASTM G-31試験方法に従って3重量%の沸騰塩酸に曝したときに、100.0mpy未満の腐食速度、例えば、ASTM G-31試験方法に従って3重量%の沸騰塩酸に曝したときに、30.0から100.0mpyの間である。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1]
3.0から4.5重量%の間のモリブデンと、
0.1から1.0重量%の間のニッケルと、
0.1から1.5重量%の間のジルコニウムと、
0.05から0.3重量%の間の鉄と、
0.05から0.25重量%の間の酸素と、
残部のチタンと不可避不純物とを含む耐食性チタン合金。
[2]
アルファ相の体積分率が25から45%の間であり、ベータ相の体積分率が55から75%の間である微細構造をさらに含む、[1]に記載の耐食性チタン合金。
[3]
アルファ相の体積分率が約35%であり、ベータ相の体積分率が約65%である、[1]に記載の耐食性チタン合金。
[4]
最終熱間鍛造、圧延又は押出又は他の最終熱間加工操作を耐食性チタン合金のベータトランザスより低い温度で行うことで、後で合金を冷間加工/仕上げすることができるようにする、[1]に記載の耐食性チタン合金。
[5]
550から930MPaの間の降伏強度をさらに含む、[1]に記載の耐食性チタン合金。
[6]
前記降伏強度は合金に与えた熱処理の関数である、[5]に記載の耐食性チタン合金。
[7]
550から750MPaの降伏強度、700から900MPaの引張強度、25から35%の破断伸び及び55から70%の断面減少率をさらに含む、[1]に記載の耐食性チタン合金。
[8]
ASTM G-31試験方法に従って1重量%の沸騰塩酸に曝した際の、1年当り2.5ミル(mpy)未満の腐食速度をさらに含む、[1]に記載の耐食性チタン合金。
[9]
ASTM G-31試験方法に従って1重量%の沸騰塩酸に曝した際の、1年当り0.5から2.5ミル(mpy)の間の腐食速度をさらに含む、[1]に記載の耐食性チタン合金。
[10]
ASTM G-31試験方法に従って2重量%の沸騰塩酸に曝した際の、1年当り20.0ミル(mpy)未満の腐食速度をさらに含む、[1]に記載の耐食性チタン合金。
[11]
ASTM G-31試験方法に従って2重量%の沸騰塩酸に曝した際の、1年当り5.0から20.0ミル(mpy)の間の腐食速度をさらに含む、[1]に記載の耐食性チタン合金。
[12]
ASTM G-31試験方法に従って3重量%の沸騰塩酸に曝した際の、1年当り100.0ミル(mpy)未満の腐食速度をさらに含む、[1]に記載の耐食性チタン合金。
[13]
ASTM G-31試験方法に従って3重量%の沸騰塩酸に曝した際の、1年当り30.0から100.0ミル(mpy)の間の腐食速度をさらに含む、[1]に記載の耐食性チタン合金。
[14]
コールドハース溶解プロセスを使用してチタン合金を溶解し、及び凝固させること、並びに
化学組成3.0から4.5重量%の間のモリブデン、0.1から1.0重量%の間のニッケル、0.1から1.5重量%の間のZr、0.05から0.3重量%の間の鉄、0.05から0.25重量%の間の酸素、及び残部チタンと不可避不純物を含むインゴットを形成することを含む、
耐食性チタン合金を調製するための方法。
[15]
前記インゴットを真空アーク再溶解することをさらに含む、[14]に記載の方法。
[16]
前記インゴットの微細構造が、25から45%の間の体積分率のアルファ相及び55%から75%の間の体積分率のベータ相を含む、[14]に記載の方法。
[17]
前記アルファ相の体積分率が約35%であり、前記ベータ相の体積分率が約65%である、[16]に記載の方法。
[18]
熱間圧延製品を形成するために、前記チタン合金のベータトランザスより低い温度での最終熱間鍛造、圧延又は押出又は他の最終熱間加工操作をさらに含む、[14]に記載の方法。
[19]
前記熱間圧延製品を冷間加工し、焼なましする、[18]に記載の方法。
[20]
前記冷間加工し焼なましした熱間加工製品が550から930MPaの間の降伏強度を含む、[19]に記載の方法。
Claims (18)
- 3.0から4.5重量%の間のモリブデン、
0.1から1.0重量%の間のニッケル、
0.1から1.5重量%の間のジルコニウム、
0.05から0.3重量%の間の鉄、
0.05から0.25重量%の間の酸素、および
チタンと付随的不純物とからなる残部、からなる耐食性チタン合金。 - アルファ相の体積分率が25から45%の間であり、ベータ相の体積分率が55から75%の間である微細構造をさらに含む、請求項1に記載の耐食性チタン合金。
- アルファ相の体積分率が35%であり、ベータ相の体積分率が65%である、請求項1に記載の耐食性チタン合金。
- 550から930MPaの間の降伏強度をさらに含む、請求項1に記載の耐食性チタン合金。
- 550から750MPaの降伏強度、700から900MPaの引張強度、25から35%の破断伸び、及び55から70%の測定された対応する断面積の減少率をさらに含む、請求項1に記載の耐食性チタン合金。
- ASTM G-31試験方法に従って1重量%の沸騰塩酸に曝した際の、1年当り2.5ミル(mpy)未満の腐食速度をさらに含む、請求項1に記載の耐食性チタン合金。
- ASTM G-31試験方法に従って1重量%の沸騰塩酸に曝した際の、1年当り0.5から2.5ミル(mpy)の間の腐食速度をさらに含む、請求項1に記載の耐食性チタン合金。
- ASTM G-31試験方法に従って2重量%の沸騰塩酸に曝した際の、1年当り20.0ミル(mpy)未満の腐食速度をさらに含む、請求項1に記載の耐食性チタン合金。
- ASTM G-31試験方法に従って2重量%の沸騰塩酸に曝した際の、1年当り5.0から20.0ミル(mpy)の間の腐食速度をさらに含む、請求項1に記載の耐食性チタン合金。
- ASTM G-31試験方法に従って3重量%の沸騰塩酸に曝した際の、1年当り100.0ミル(mpy)未満の腐食速度をさらに含む、請求項1に記載の耐食性チタン合金。
- ASTM G-31試験方法に従って3重量%の沸騰塩酸に曝した際の、1年当り30.0から100.0ミル(mpy)の間の腐食速度をさらに含む、請求項1に記載の耐食性チタン合金。
- コールドハース溶解プロセスを使用してチタン合金を溶解し、及び凝固させること、並びに
化学組成3.0から4.5重量%の間のモリブデン、0.1から1.0重量%の間のニッケル、0.1から1.5重量%の間のZr、0.05から0.3重量%の間の鉄、0.05から0.25重量%の間の酸素、及びチタンと付随的不純物とからなる残部、からなるインゴットを形成することを含む、
耐食性チタン合金を調製するための方法。 - 前記インゴットを真空アーク再溶解することをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記インゴットの微細構造が、25から45%の間の体積分率のアルファ相及び55%から75%の間の体積分率のベータ相を含む、請求項12に記載の方法。
- 前記アルファ相の体積分率が35%であり、前記ベータ相の体積分率が65%である、請求項14に記載の方法。
- 熱間圧延製品を形成するために、前記チタン合金のベータトランザスより低い温度での最終熱間鍛造、圧延又は押出又は他の最終熱間加工操作をさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記熱間圧延製品を冷間加工し、焼なましする、請求項16に記載の方法。
- 前記冷間加工し焼なましした熱間加工製品が550から930MPaの間の降伏強度を含む、請求項17に記載の方法。
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