JPH04224665A - 耐食性に優れたチタン合金の製造方法 - Google Patents

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、酸化剤を含む高温高濃
度の非酸化性酸中において優れた耐食性を示すＭｏ−Ｃ
ｒ系及びＭｏ−Ｃｒ−Ｒｕ系チタン合金の製造方法に関
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及び
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、廃ガス及び廃棄物処
理においても、そのプロセスにおいて、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
よりも、保守保全を容易にすることを考慮したトータル
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、信頼性及び経済性を兼ね備えたも
のが強く要望されている。

【０００４】現在、このような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、耐食性チタン合金等が知られている。しか
しながら、Ｎｂ及びＴａは、耐食性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及びハロステロイは、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。唯一、Ｍｏを数十％添加したＴｉ−Ｍｏ合金
（例えば、ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ　　ＯＦ　　ＴＨ
Ｅ　　ＡＳＭ、２８６頁、ＶＯＬ５４、１９６１年−Ｓ
ＴＥＲＮ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（特開平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】しかしながら、Ｔｉ−Ｍｏ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、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Ｔ
ｉ−Ｍｏ−（Ｒｕ）合金の工業的な利用は著しく制限さ
れていた。本発明者は、この問題点を解決するため、こ
れらの合金にさらにＣｒ　を添加することを提案した。 このＴｉ−Ｍｏ−Ｃｒ合金及びＴｉ−Ｍｏ−Ｃｒ−Ｒｕ
合金は、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であり、化学装置用材料として
工業的に著しい効果を発揮するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、β安定化元素
であるＭｏやＣｒを含むこれらの合金は熱的に不安定な
準安定β型合金であるため、処理の方法によっては、金
属組織が変化しそして耐食性が劣化する場合があること
が認識された。実際、加工後の焼鈍において、冷却速度
の遅いバッチ式真空焼鈍炉を用いると著しく耐食性が劣
化するという問題を生じることがあった。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、酸化剤を含む高温高濃度の非酸化性酸中で優れ
た耐食性を示し、かつ熱的に安定した金属組織を有する
チタン合金を製造する信頼性のある方法を提供すること
を課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決するため、上記合金の耐食性と金属組織との関係
について詳細な検討を加え、β領域で加熱保持後の冷却
速度が重要な因子であることを知見し、本発明を完成さ
せた。

【００１０】即ち、本発明は、（１）Ｍｏ：１０〜４０
ｗｔ％及びＣｒ：１〜１５ｗｔ％を含みそして残部がＴ
ｉ　と不可避的不純物とからなる組成を有するチタン合
金をβ領域で加熱保持し、しかる後該加熱保持された合
金を３０℃／分以上の冷却速度で冷却することを特徴と
する耐食性に優れたチタン合金の製造方法並びに（２）
Ｍｏ：１０〜４０ｗｔ％、Ｃｒ　　１〜１５ｗｔ％及び
Ｒｕ：０．０１〜２．０ｗｔ％を含みそして残部がチタ
ン及び不可避的物とからなる組成を有するチタン合金を
β領域で加熱保持し、しかる後該加熱保持された合金を
３０℃／分以上の冷却速度で冷却することを特徴とする
耐食性に優れたチタン合金の製造方法を提供するもので
ある。

【００１１】

【作用】本発明方法の対象とする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、Ｍｏ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。

【００１２】これはＴｉ−Ｍｏ合金よりもさらに耐食性
の優れるＴｉ−Ｍｏ−Ｒｕ合金についても同様であり、
Ｃｒを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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】次に、Ｃｒの含有量の下限を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１５ｗｔ％
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。更に、Ｒｕの下
限を０．０１ｗｔ％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。

【００１６】以上の本発明の対象とする合金、すなわち
従来提唱されたＴｉ−Ｍｏ合金或いはＴｉ−Ｍｏ−Ｒｕ
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。

【００１７】本発明に関わるチタン合金はＭｏの添加に
より、非酸化性酸中でＭｏの濃縮した保護皮膜が形成さ
れ、これにより耐食性の向上がもたらされ、さらに、環
境中に酸化剤が存在した場合、Ｍｏの溶出によって生じ
る耐食性の劣化をＣｒの添加で防止するものである。こ
の効果は金属組織が単一β相を示しているときに最も効
力を発揮する。

【００１８】しかし、上記合金は熱的に不安定な準安定
β型合金であるため、熱処理温度や冷却速度によって、
β相が分解し、平衡相であるα相や種々の非平衡相が析
出することがある。その結果、β相と析出物との間で局
部電池を形成し耐食性を劣化させる。そのため、上記合
金の優れた耐食性を有効に且つ安定して発揮させるため
には、金属組織を析出相の無い単一β相にすることが必
要である。

【００１９】本発明者らは、そのための熱処理方法とし
て、β域で加熱保持後３０℃／分以上の冷却速度で冷却
することで単一β相を達成し、優れた耐食性を安定して
得ることに成功した。

【００２０】ここで、合金をβ域で加熱保持するのは、
α＋β域で加熱した場合には、α相が析出し、いくら冷
却速度を大きくしてもα相が残留し、耐食性が劣化する
からである。また、冷却速度を３０℃／分以上としたの
はこれより低い冷却速度では冷却の過程でα相や種々の
非平衡相が析出し、耐食性を劣化させるからである。３
０℃／分以上の冷却速度で金属組織は単一β相となり、
上記合金の本来持つ耐食性を有効に発揮できる。この冷
却速度は、少なくとも加熱保持温度から２００℃までの
間は必要である。

【００２１】また、Ｍｏ、Ｃｒに加えて、さらに非酸化
性酸中での耐食性を向上させるためにＲｕを添加した合
金の場合には、添加量が微量（０．０１〜２．０ｗｔ％
）のため、金属組織に及ぼすＲｕの影響はほとんどなく
、前述と同様な熱処理方法で優れた耐食性を発揮できる
。

【００２２】なお、以上の本発明製造方法では、得られ
た合金が、酸化剤の存在する高温高濃度の非酸化性酸中
での耐食性が優れているばかりでなく、上記本発明の範
囲内で金属組織が析出相がなく、加工性のよい単一β相
となるため、曲げ加工、プレス加工の成形加工が容易で
あり装置材料として必要な種々の形状にたやすく加工で
きるという特徴も併せ持っている。

【００２３】

【実施例及び比較例】次に本発明を具体的な実施例及び
比較例に基づいて説明する。

【００２４】試験材料としては、ＴｉにＭｏ、Ｃｒ及び
Ｒｕを所定量添加したボタンインゴットを溶製し、これ
らの合金を熱間圧延及び冷間圧延後、それぞれのβ変態
点＋１００℃（β域）及びβ変態点−１００℃（α＋β
域）の温度で加熱保持し、しかる後５、２０、３０、１
００（℃／分）の冷却速度で冷却した。これらを２０ｍ
ｍ×２０ｍｍの板に切断し、表面を６００番研磨紙で仕
上げ、表面を清浄化しそしてＦｅ３＋を５０ｐｐｍ　含
む９０℃の１０％ＨＣｌ　中で全面腐食試験に供した。 その結果を表１に示した。

【００２５】表１において、供試材Ｎｏ．１〜６は、冷
間圧延後、β変態点−１００℃の温度に加熱保持し、そ
の後呈示される冷却速度で冷却したものであるが、α＋
β域で加熱したため、冷却速度にかかわらず、耐食性は
よくない。

【００２６】一方、供試材Ｎｏ．７〜１２は、供試材Ｎ
ｏ．１〜６と同組成の合金であり、β変態点＋１００℃
の温度（β域）に加熱保持後、各冷却速度で冷却したも
のであるが、Ｃｒを含むものは３０℃／分以上の冷却速
度の場合に著しく耐食性が改善されており、本発明の有
効性が理解される。

【００２７】さらに、供試材Ｎｏ．１３〜１７は、Ｒｕ
を０．１ｗｔ％添加したもので、加熱保持温度をβ変態
点−１００℃としたもの、そして供試材Ｎｏ．１８〜２
４は加熱保持温度をβ変態点＋１００℃としたものであ
るが、Ｒｕの微量添加は加熱保持温度及び冷却速度に影
響を与えず、供試材Ｎｏ．１〜１２と同様にβ域での加
熱保持と３０℃／分以上の冷却速度で冷却することによ
り著しく耐食性が改善されることがわかる。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【発明の効果】以上、本発明の方法は、Ｍｏ−Ｃｒ系及
びＭｏ−Ｃｒ−Ｒｕ系チタン合金をβ域で加熱保持し、
しかる後３０℃／分以上の冷却速度で冷却することによ
り、酸化剤を含む高温高濃度の非酸化性酸中でのこれら
合金の耐食性安定性及び信頼性を改善し、工業的に著し
い効果を発揮するものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｍｏ：１０〜４０ｗｔ％及びＣｒ：１
   〜１５ｗｔ％を含みそして残部がＴｉ　と不可避的不純
   物とからなる組成を有するチタン合金をβ領域で加熱保
   持し、しかる後該加熱保持された合金を３０℃／分以上
   の冷却速度で冷却することを特徴とする耐食性に優れた
   チタン合金の製造方法。
2. 【請求項２】　　Ｍｏ：１０〜４０ｗｔ％、Ｃｒ　　１
   〜１５ｗｔ％及びＲｕ：０．０１〜２．０ｗｔ％を含み
   そして残部がチタン及び不可避的物とからなる組成を有
   するチタン合金をβ領域で加熱保持し、しかる後該加熱
   保持された合金を３０℃／分以上の冷却速度で冷却する
   ことを特徴とする耐食性に優れたチタン合金の製造方法
   。