JPS61257446A - 高力高耐食性チタン基合金 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、強度が高く、かつ、特に塩素イオンが含まれ
る環境における耐隙間腐食性にすぐれた、高力高耐食性
チタン基合金に関する。

（従来の技術） 周知の如く、チタンは比強度が大きく、耐食性に優れて
いるという２大特徴を有する金属材料である。

従来は、これらの長所を各々別個に改良する方向で合金
開発が進められ、いわゆる高力チタン合金および耐食性
チタン合金と呼ばれる２種の改良チタン合金が存在する
。

すなわち、高力チタン合金は、合金元素の固溶強化、時
効析出強化等によって引張強度を純チタンの２倍以上ま
で高めたものであって、例えば赫ＴＭ　Ｂ２６５　Ｇｒ
ａｄｅ　５．　Ｇｒａｄｅ　６＋　Ｇｒａｄｅ　１０等
に代表されるチタン合金である。しかし、従来の高力チ
タン合金　は、その耐食性が純チタンにくらべると劣る
という大きな欠点を有する。

一方、」二記高カチタン合金とは別に、純チタンより耐
食性をさらに向上させる目的で合金元素を添加したもの
が耐食性チタン合金であって、例えばΔＳＴＭ　Ｂ２６
５　Ｇｒａｄｅ　７．　Ｇｒａｄｅ　１１．　Ｇｒａｄ
ｅ　１２等に代表されるチタン合金である。しかし、耐
食性チタン合金の引張強度は、純チタンと同等であって
、強度部材としては使用し得ない大きな欠点を有する。

然るに、最近、化学工業、海洋開発、地熱エネルギー、
医療バイオ等の技術分野において、厳しい腐食環境（例
：含塩素イオン環境）にしばしば直面しており、そのよ
うな環境下における止め金具、回転体、構造部材等にチ
タン合金を適用する試みがなされているが、これらの用
途には、高い比強度が要求されるため、高力チタン合金
が用いられようとしている。

しかしながら、すでに述べたように、高カチタン合金は
その耐食性がこれら用途への使用に際し十分でないため
、しばしば腐食事故が発生し、そのためずくれた比強度
を有する高力チタン合金の特徴を有効に利用するという
目的が十分に果たせずに終っていた。

例えば、特開昭５０−２５４１８号公報には高強度であ
って耐応力耐食割れ性にすぐれたチタン合金としてＡＱ
、　Ｍｏ、　ｖを含有するα→−β型チタフチタフ合金
されている。これは従来公知のＴｉ−８ＡＴｉ−８ＡＴ
ｉ合金が耐応力腐食割れ性が劣っているのに対し、ＡＱ
を３．８〜５．３％に制限することにより耐食性の改善
を図ると共にＦｅ、　Ｃｒｓ　Ｎｉを少なくとも１種存
在さセβ相の安定化を図って加工性を確保している合金
である。しかし、ＭｏおよびＶの添加が必須であり、Ｒ
ｅ、　Ｃｒ、　Ｎｉは均等物と考えられている。また１
、５％以上のＮｉの添加は脆化を生じるとしている。

しかも、かかるチタン基合金は機械的強度、加工性につ
いてはともかく、前述のような含塩素イオン環境にお＆
Ｊる耐隙間腐食性は十分ではなかった。これは」二連の
チタン合金が航空機用構造材料として開発されたためで
あると考えられる。

一方、米国特許第２．１５４．２０４号にはＡＱ：０．
５〜８％、Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔａ　：　０．５〜１５％、
その他Ｃｒ、　Ｗ、Ｃｕ、　Ｎｉ、　Ｃｏ、Ｓｉまたは
Ｂｅを含有し、Ｔｉ：残部のα→−β型およびβ型の高
力チタン合金が開示されている。そして具体的組成とし
て、例えば４ＡＱ−５Ｖ−２Ｎ１．４ＡＱ−５Ｎｂ　−
２Ｎｉ　、　　４ＡＱ　　５Ｔａ　−２Ｎｉ　等が開示
されている。

しかしながら、上述の各合金についてはその耐食性につ
いては全く明らかにされておらず、まして、含塩素イオ
ン環境下での耐隙間腐食性についても何ら開示していな
い。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、一般に耐食性を評価する場合に、適当な溶液
を用いて、全面腐食、孔食、隙間腐食、応力腐食割れ等
の発生有無により評価することが一般的である。しかし
、上記用途における種々の腐食例を本発明者らが調査す
ると応力腐食割れや孔食、全面腐食が原因の事故例はほ
とんど経験されず、主として隙間腐食であった知見を得
ている。

したがって、特に考慮すべき耐食性は、塩素イオンが存
在する環境における耐隙間腐食性であり、その優劣で評
価することが最も適当であることが経験されている。

かくして、本発明の目的とするのけ、従来の高力チタン
合金と同等かもしくはそれ以上の強度を有するとともに
、同じ〈従来の耐食性チタン合金と同等かもしくはそれ
以上の耐食性を同時に備えたチタン基合金を提供するこ
とである。

また、本発明の別の目的は、上述のような塩素イオンを
含む環境下にお＆−する耐隙間腐食性にすぐれた高力チ
タン基合金を提供することである。

さらに本発明の目的は、塩素イオンの含まれる環境にお
ける耐隙間腐食性にすぐれ、６０〜９０　ｋｇｆ／＋＋
Ａの高い引張強度を具備し、しかも低コストで板や棒材
に成形し得るチタン基合金を提供することである。

（問題点を解決するための手段） ここに、本発明者らは、前記目的を達成するために、チ
タンに種々の合金元素を添加する広汎な基礎試験を実施
し、強化能にすぐれると共に耐食性、特に耐隙間腐食性
を向上させ、しかも、製造性を損なうことのない、チタ
ン基合金における合金元素の組合せを種々検討した。

そして、これら一連の実験、研究の結果、Ｔｉ基合金に
Ｎｉを添加することにより、耐隙間腐食性が著しく改善
され、上述の目的が効果的に達成し得ることを見い出し
、本発明を完成した。

すなわち、Ｔ　ｉ　−ＡＱ金合金はα２相と呼ばれる規
則相がＴｉ側に存在し、これが脆化相であるため、した
がって、合金の機械的性質の劣化を避けるためにはα２
相を生成させないようにずべきであって、そのためのＡ
Ｑ添加範囲は８％以下と言われてきた。しかしながら、
本発明者らが、Ｔ　ｉ　−ＡＱ金合金第３元素である旧
を添加する場合その変動を確認した結果、安定して機械
的性質の劣化を来さない上附値としてＡＱ６．８％が見
い出された。ところで、Ｎｉはその添加量を増すほど隙
間腐食発生に鈍感となるが、過剰に添加すると、チタン
のα相地中にβ相およびＴｉ　２　Ｎｉ相が析出し、こ
のＴｉ　２Ｎｉ相が増加すると共に延性を害する弊害も
生ずる。しかしながら、０．７〜２．５％の範囲内での
添加で耐隙間腐食性のみならず延性についても満足する
特性が得られることが分かった。しかも、予想外にも上
述の範囲内のＡＱおよびＮｉの添加による相乗的効果と
して、今日、ＴＩ合金に要求されている塩素イオンの含
まれる環境における耐隙間腐食性にずくれ、６０〜９０
Ｋｇｆ　／ｍｍ２の高い引張強度を具備したチタン基合
金が得られることが分かり、本発明を完成したのであっ
た。

よって、本発明の要旨とするところは、重量％で、ＡＱ
：３〜６．８％、Ｎｉ　：　０．７〜２．５％、残部Ｔ
ｉおよび不可避的不純物からなる高力高耐食性チタン基
合金である。

さらに、本発明は、その別の特徴によれば、重量％で、
ハＱ：３〜６．８％、Ｎｉ：０．７〜２．５％、残部Ｔ
ｉおよび不可避的不純物からなる、含塩素イオン環境下
におりる耐隙間腐食性にずくれ、６０〜９０ｋｇｆ／Ｊ
の高い引張強度を有するチタン基合金である。

（作用） 次に、本発明において、合金元素の成分範囲を上述のよ
うに限定した理由について以下に述べる。

チタンに対し、強化能にずくれた合金元素は、種々存在
するが、特定の金属間化合物を多量に生成したりするこ
とによって延性を著しく損ったり、耐食性が劣化するよ
うな合金元素は排除される。

また、チタンの比重を大幅に上昇させたり、製造性を著
しく害するような元素を多量に添加するこ　　　　・と
も目的上から好ましくない。

このような観点から、本発明にあって合金元素として使
用されるアルミニウム（ＡＱ）およびニッケル（Ｎｉ）
はその後の一連の実験結果からも」二連のような不利益
はみられないことが確認された。

すなわち、 ＡＱ　：　ＡＱは強化元素として添加され、チタンの耐
食性を損なうことなしに強化能にすぐれた特徴を有し、
しかもチタンの比重を小さくするという効果もある。こ
の場合、添加量が３％未満では目的の引張強度を得るの
に十分でない。また、前述のように、Ｔ　ｉ　−ＡＱ金
合金はα２相と呼ばれる規則相がＴｉ側に存在し、これ
の生成を避けるためには、Ｎｉ０．７〜２．５％を添加
する本発明ではＡＱ添加の一ヒ限値を６．８％とする。

すなわち、６．８％を超え７ａＡＱの添加は、本発明合
金において引張強度は上昇するが、延性を大きく損なう
ため好ましくない。好ましくはＡＱは４．５〜６％であ
る。

Ｎｉ：Ｎｉはチタンに対する強化元素であると共に耐食
性、特に塩素イオンが存在する環境における耐隙間腐食
性の向上に極めて顕著な効果を有する。かかる効果を得
るためにはＮｉ　０．７％以上を必要とする。

一方、前述のように、Ｎｉはその添加量を増すほど隙間
腐食発生に鈍感となるが、過剰に添加すると、チタンの
α相地中にβ相およびＴｉ　２　Ｎｉ相が析出し、Ｔｉ
　２　Ｎｉ相が増加する。特に延性の低下は旧が２．５
％を超えると著しい。したがって、本発明においてＮｉ
量は、下限０．７％、上限２．５％に制限される。好ま
しくは１〜２％である。

その他、Ｃ，Ｎ、０などの不可避的付随不純物などが含
まれるが、それらは合計で０．３％以下に抑えれば、特
に問題はない。

なお、不純物としてのＦｅは耐隙間腐食性の点から好ま
しくは０．１０％未満に制限する。

ここで、本発明の詳細な説明するに先立って、本発明に
みられる耐隙間腐食性を判定する試験方法について説明
する。

添付図面は本発明者らが、チタンの耐隙間腐食性を評価
する最適の方法を種々検討した結果から得た、独創的な
チタンの耐隙間耐食性判定試験法を示す説明図である（
第４回チタン国際会議にて発表、１９８０年、京都）。

すなわち、まず、試料１の間にＮａＣ７！結晶を懸濁さ
せたスチロールアクリル系塗料４を塗り、純チタン材製
ボルト、ナツト２でテフロン板３を介して締めつげてか
ら所定の水溶液中に浸漬する。

これにより、隙間の全面にわたって再現性よく腐食を発
生し得るのである。

次に、本発明を実施例によってさらに説明する。

実施例 実施例の各合金は不活性ガス雰囲気中で、３重アーク熔
解法によって作製した鋳塊から、熱間鍛造、熱間圧延お
よび冷間圧延によって厚さ２ｍｍの°　板に仕上げられ
、焼鈍処理を施したのちこれを耐食性、機械的性質の試
験に供した。

第１表は前述の方法によって、Ｔｉ−５％ＡＱ　−Ｎ　
ｉ合金の沸騰６％ＮａＣｊ２水溶液中の隙間腐食発生に
及ぼすＮｉ量の影響を調べた結果をまとめて示す。同表
に示す結果からも明らかなように、Ｎｉ量が０．７％未
満では隙間腐食が発生するが０．７％以上で隙間腐食発
生が遅れ、純チタンよりすぐれた耐隙間腐食性が得られ
た。

同様にして第２表に示す各合金についての試験結果を同
しく第２表にまとめて示す。第２表において化学成分の
うち、記載していない元素、例えば、Ｃ，Ｎ、Ｈについ
ては、それぞれＣ５０，０２、Ｎ≦０．０１、Ｈ≦０．
００１であって、各番号材とも同レベルであった。また
、機械的性質の試験はＪＩＳＺ２２．ＩＩ　、＋１４６
００に定められた方法で行い、耐隙間腐食性の評価は、
前掲の第１表の場合と同様な方法で、製造性の評価は、
７００〜９００℃で圧下率８０％の熱間圧延および圧下
率３０％の冷間圧延を行い、そのときの耳割れ発生の総
合判断で行った。同表中、「×」耳割れ大、「△」耳割
れ中、「○」耳割れ小、「◎」耳割れなしであった。

第２表に示す結果からも明らかなように、合金隅４のよ
うにＦｅｄ、　１７％含有する場合、耐隙間腐食発生は
避けられない。一方、同し成分系であって、Ｆｅに代え
てＮ１を０．８０％添加した合金阻１２にあっては、耐
隙間腐食性および製造性の両者において満足すべき結果
が得られている。

以−１−１説明した如く、本発明は、純チタンより耐隙
間腐食性にずくれ、しかも高い引張強度を有する高力高
耐食合金を提供するものである。その引張強度は中程度
であるが、耐食性にすくれた合金といえる。よって、本
発明にかかるチタン合金は、従来の金属材料に比べ、ず
くれた比強度と耐食性を兼ね備えた高力高耐食性合金で
あることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

添付図面ば耐隙間腐食性判定試験法の説明図である。 １：試料　　　　　２：チタン製ボルト、＋、Ｙ３：テ
フロン板　　４：充填剤 出願人　　日本ステンレス株式会社 代理人　　弁理士　広　瀬　章　− ３行フ１コン朽− ４Ｌ礪紀

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量％で、Ａｌ：３〜６．８％、Ｎｉ：０．７〜２．５
   ％、残部Ｔｉおよび不可避的不純物からなる高力高耐食
   性チタン基合金。