JPS62199744A

JPS62199744A - 耐すき間腐食性に優れたチタン合金

Info

Publication number: JPS62199744A
Application number: JP3976786A
Authority: JP
Inventors: Shiro Kitayama; 北山　司郎; Yoshiaki Shida; 志田　善明
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-02-25
Filing date: 1986-02-25
Publication date: 1987-09-03

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〉この発明は、耐すき間腐食性に優れ、しかもコストの比
較的安いチタン合金に関するものである。

〈背景技術〉工業規模での生産がなされはじめた当初は軽くて強い特
性が生かされ、航空産業等が活躍の中心舞台であったチ
タンは、一方で優れた耐食性を有していることから、最
近では、化学工業設備用材料、火力・原子力発電設備材
料、或いは海水淡水化設備材料等としても広範囲に使用
されるようになってきた。しかし、−ｉ的にチタンが優
れた耐食性を有するとは言っても、その高耐食性を発揮
する場は硝酸等の酸化性酸環境や海水等の中性塩化物環
境においてであり、化学工業で比較的多く認められる非
酸化性酸（塩酸、硫酸等）環境における耐食性や、高温
塩化物環境下での耐すき間腐食性は極めて不満足なもの
でしかなかった。

そこで、このような非酸化性酸環境やすき間腐食が懸念
される環境での使用を目的にＴｉ−Ｐｄ合金が開発され
、特に塩酸が含まれる環境にて多用されるようになって
きた。これは、チタンに少量（約０．２重量％程度）の
Ｐｄを添加するとその水素過電圧が著しく低下し、自然
電位を不働態域に維持するとの現象を利用したものであ
る。

しかしながら、耐食性に定評のある前記Ｔｉ−Ｐｄ合金
には、貴金属を比較的多量に含有するため高価であり、
従ってその利用が制限されざるを得ないと言う問題点が
あった。

一方、これとは別に、耐すき間腐食性の向上を主目的と
して少量のＮｆとＭｏとを複合添加したチタン合金も提
案されている（特開昭５０−１３０６１４号公報）が、
この合金は比較的高強度を達成できる反面、加工性に劣
るものであり、耐すき間腐食性も上記のＴｉ−Ｐｄ合金
に比べると相当に劣っているのでそれほど満足できる材
料とは言えず、また、その加工性の故に広範囲な採用が
凄躇されるものであった・〈問題点を解決するための手段〉本発明者等は、上述のような観点から、Ｔｉ−Ｐｄ合金
に匹敵する優れた耐すき間腐食性を有することはもちろ
ん、非酸化性酸環境での耐酸性等、一般耐食性にも優れ
、かつ工業用純チタンと同程度の良好な加工性を示す廉
価なチタン合金を提供すべく研究を重ねたところ、以下
に示すような知見が得られたのである。即ち、（ａ）　　加工性を損なうことなくチタンの耐すき間腐
食性能を顕著に改善するには白金族元素（Ｒｕ、Ｒｈ、
　Ｐｄ、　Ｏｓ、　Ｔｒ及びＰｔ）の微量添加が欠かせ
ないが、これら白金族元素に加えてＮｂｓ　Ｚｒｓ　Ｈ
ｆｓ　Ｔａ及び旧の１種以上を複合添加してチタン合金
を構成した場合には、白金族元素が有する水素過電圧低
下作用と、Ｎｂ、、Ｚｒ、　Ｈｆ、　Ｔａ及びＢｉの有
するチタン上の不働態皮膜強化・安定化作用とが複合さ
れて、それぞれ単独では充分に達成できないすき間腐食
に対する抵抗性を格段に向上させること、（ｂｌ　　従
って、上記Ｎｂｓ　Ｚｒｓ　Ｈｆ、、　Ｔａ及びＢｉの
１種以上の複合添加により、高価な白金族元素の含有量
を低減したとしても該チタン合金に極めて優れた耐食性
が維持されるようになること、（Ｃ）　　微量の白金族
元素と微量のＮｂｓ　Ｚｒｓ　Ｈｆｓ　Ｔａ及びＢｉを
含有せしめた上記合金に、勅、Ｗ及びＶの１種以上を更
に複合添加すると、白金族元素の“水素過電圧低下作用
”とＮｂｓ　Ｚｒ、　Ｈｆ、　Ｔａ及び旧の“チタン上
の不働態皮膜強化・安定化作用”とに加えて、該Ｍｏ、
　Ｗ及びＶが環境液中に溶解してすき間内に生じる酸化
性のモリブデン酸イオン、タングステン酸イオン或いは
バナジン酸イオンによる「チタン表面に形成された不働
態皮膜を安定化し、耐食性、殊に“すき間腐食性に対す
る抵抗性”をより一層向上する」と言う効果が複合され
、該チタン合金の耐すき間腐食性を中心とした耐食性が
、加工性劣化を伴うことなく一段と向上すること、（ｄ＋　　また、微量の白金族元素とｉｔのＮｂ、　Ｚ
ｒ、Ｉｆ、Ｔａ及びＢｉを含有せしめた上記合金にｉｔ
のＮｉ及びＣｏの１種又は２種を更に複合添加した場合
には、白金族元素が有する“水素過電圧低下作用”と、
Ｎｂ、、　Ｚｒ、　Ｈｆ、、　Ｔａ及びＢｉの“チタン
上の不働態皮膜強化・安定化作用”とに加え、“・Ｎｉ
或いはＧ。

の水素過電圧降下作用”が重畳されて高価な白金族元素
の含有量を低減したとしても該チタン合金に極めて優れ
た耐すき間腐食性が維持されるようになり、しかもＮｉ
及びＣｏ添加による加工性劣化現象もそれほど顕著化し
ないこと、（ａ）　　その上、上述のような微量の白金族元素添加
と、微量のＮｂｓ　Ｚｒｓ　Ｈｆ、　Ｔａ及びＢｉ添加
と、微量のＮｉ及びＣｏ添加、更にはＭＯｌＷｌｖの添
加とを平行して行った場合でも、白金族元素及びＮｉ或
いはＣｏによる“水素過電圧低下作用”の重畳効果、Ｎ
ｂ。

Ｚｒ、　Ｈｆ５Ｔａ及び旧の“チタン上の不働態皮膜強
化・安定化作用”、並びに　モリブデン酸イオン、タン
グステン酸イオン或いはバナジン酸イオンのすき間内へ
の溶出による“チタン表面に形成された不働態皮膜の安
定化作用”等は何ら悪影響を受けることがなく、むしろ
これらが絡み合い複合しあって、高価な白金族元素の含
有量を低減したチタン合金においても非常に優れた耐す
き間腐食性を維持せしめるとともに、Ｍｏ、　Ｗ、　Ｖ
、　Ｎｉ又はＣｏの添加による加工性劣化現象をそれほ
ど顕著化させなくなること。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、Ｔｉ合金を、重量割合にて白金族元素のうちの１種以上：合計で０．０１〜０．１２％、Ｎｂｓ　Ｚｒ、、　Ｉｆ、、　Ｔａ及びＢｉのうちの１
種以上：合計で０．０５〜２．００％、を含有させるか、或いは、必要により更に、Ｎｉ及びＣ
ｏのうちの１種以上：合計で０．０５〜２．００％、及び勅、Ｗ及びＶのうちの１種以上：合計で０．０５〜２６００％、のいずれか、又はその双方の中から選択される１種或い
は２種以上をも含有させるかするとともに、残部が実質
的にＴｉである化学成分組成に構成せしめることで、優
れた耐すき間腐食性は勿論のこと、良好な加工性をも備
えしめた点、に特徴を有するものである。

ここで、この発明のチタン合金において、その成分割合
を前記の如くに数値限定した理由を説明する。

Ａ）　白金族元素（Ｒｕ　、Ｒｈｓ　ＰｄＳ０３％　Ｉ
ｒ及びＰｔ）これらの成分にはチタン合金の耐食性（耐
すき間腐食性を含む）を改善する均等な作用があり、そ
の耐食性改善効果は白金族元素の１種以上が合計で０．
０１％以上（以降、成分割合を表す％は重量％とする）
含有された場合に現れ、多くなるほど顕著化するが、Ｎ
ｂｓ　Ｚｒｓ　Ｉｌｌ　Ｔａ又はＢｔとの共存下では、
白金族元素の合計含有量が０．１２％を越えると前記効
果に飽和傾向がみられる上、合金価格の高騰をもたらす
ことから、白金族元素は１種以上の合計含有量で０．０
１〜０．１２％と定めた。

Ｂ）　　Ｎｂ、　Ｚｒ２Ｈｆ５　Ｔａｘ及びＢｉこれら
の成分にはチタン上の不働態皮膜を安定させる作用があ
り、特にすき間腐食性に対する抵抗性を向上させる均等
な作用を有している。そして白金族元素と共存する場合
には、特に白金族−元素の少ない範囲（既知のＴｉ−Ｐ
ｄ合金におけるような０．２％程度よりも少ない範囲）
で不働態皮膜補強・安定化効果が顕著に現れる。しかし
ながら、Ｎｂｓ　Ｚｒｓ　Ｈｆｓ　Ｔａ及びＢｉのうち
の１種以上の合計含有量が０．０５％未満では上記作用
による耐すき間腐食性改善効果が不十分であり、一方、
合計で２．００％を越えてこれらを含有させても耐すき
間腐食性改善効果にはそれ以上の目立った動きが見られ
ないばかりか合金価格の高騰をもたらすことから、Ｎｂ
５Ｚｒ、　Ｈｆ、　Ｔａ及びＢｉの含有量は１種以上の
合計含有量で０．０５〜２．００％と定めた。

Ｃ）　　Ｎｔ、及びＣ。

これらの成分は、いずれも白金族元素と同様に合金の水
素過電圧を小さくする均等な作用を有しており、従って
チタン合金の耐食性を改善する効果を発揮するが、その
効果は微量の白金族元素とＮｂ、　Ｚｒ、　Ｈｆ、　Ｔ
ａ及びＢｉの１種以上との共存下で−層顕著化する。そ
して、上記耐食性改善効果は、Ｎｉ及びＣｏの１種以上
が合計で０．０５％以上含有された場合に認められるよ
うになるが、２．００％を越えて含有させると白金族元
素との共存下であっても加工性劣化が目立つようになる
ことから、Ｎｉ及びＣｏのうちの１種以上の含有量は合
計で０．０５〜２．００％と定めた。なお、冷間仕上げ
品を想定した場合にはその含有量を０．６％程度以下に
調整することが好ましい。

Ｄ）　　Ｍｏ、　Ｗ、及びＶＭｏ、　Ｗ及び■は、使用環境中ですき閣内へ酸化作用
を有するイオンとなって溶出することでチタン表面の不
働態皮膜を安定化させる作用を有しているが、白金族元
素の１種以上の所定量、並びにＮｂｓ　Ｚｒ％Ｈｆ５Ｔ
ａ及びＢｉの１種以上の所定量と共存させた場合には、
白金族元素が有する水素過電圧低下作用やＮｂ、　Ｚｒ
、　Ｈｆ、、　Ｔａ或いはＢｉの有するチタン上の不働
態皮膜強化・安定　化作用とも絡み合って、白金族元素
並びにＮｂ、、Ｚｒ、　Ｎｆ、、　Ｔａ及びＢｉの合計
含有量を低減したとしても合金に優れた耐すき間腐食性
を発揮させる効果を醸し出す。そして、このような効果
を安定して確保するためにはＭ　Ｏ％Ｗ及びＶの含有量
を１種以上の合計で０．０５％以上とする必要がある。

一方、Ｍｏ、　Ｗ及びＶの合計含有量が２．００％を越
えると合金の加工性に及ぼす悪影響が顕著化するように
なる。

従って、ＭＯｌＷ及びＶのうちの１種以上の合計含有量
は０．０５〜２．００％と定めた。

以上のように、チタン中に微量の白金族元素を含有させ
るとともに、Ｎｂｚ　Ｚｒ、Ｈｆ−、Ｔａ及びＢｉの１
種以上を添加するか、或いは、更にＭｏ、Ｗ及びＶのう
ちの１種以上並びにＮｉ及びＣｏのうちの１種以上のい
ずれか一方又は双方を添加するかしてチタン合金を構成
すると、該合金は比較的安価にして、加工性を損なうこ
となく耐すき間腐食性や耐酸性を中心とする耐食性全般
に優れた効果を発揮するようになるが、耐食性や加工性
の観点からは、Ｆｅ、○、Ｃ，Ｎ、Ｈ等の不純物は少な
い方が良く、特にＦｅ及びＯ含有量には注意を要する。

しかしながら、この発明のチタン合金では耐食性が強化
されているので純チタンよりも前記不純物に対する許容
度が大きく、各々０．４％以下程度に抑えられいれば格
別な問題を生じることがない。また、１％未満のｓｎや
０，２％未満のＣｒが含まれていたとしても、やはり耐
食性の点で目立った悪影響を受けることはない。

次に、この発明を、実施例により比較例と対比しながら
説明する。

〈実施例〉まず、市販の工業用純チタン板（ＪＩＳ　２種：比較合
金１２０　）　、Ｔｉ−０，２ＸＰｄ合金板（ＡＳＴＭ
　Ｇｒａｄｅ　７：比較合金１１９）及びＴｉ　−０，
８ＸＮｉ　　Ｏ，３ＸＭｏ合金板（ＡＳＴｌ’ｌ　Ｇｒ
ａｄｅ　１２　：比較合金１１８）を用意し、更に第１
表で示されるような成分組成のチタン合金板材を準備し
た。なお、該チタン合金板材は、スポンジチタンと合金
・成分たる純金属粉末とを配合し、アルゴンアーク炉装
置を用いたボタン溶解にて溶製した小インゴットに、熱
間鍛造、熱間圧延、スケール除去処理（サンドブラスト
＋酸洗）及び冷間圧延を施して４１ｍ厚とし、読いて熱
処理（真空中にて７００℃で３０分保持後放冷）を施し
たものである。

次いで、これらの各材料から２關厚×３０龍幅×３０１
１Ｉ長（中央に７龍φの穴を付設）の試験片を採取し、
６００番エメリー紙による研磨を行ってから“すき間腐
食試験”に供した。

゛　　なお、すき間腐食試験は、２枚の上記試験片の間
に２龍厚Ｘ４０ｍｍ幅Ｘ　４　Ｏｍｍ長（中央に７　ｍ
ｍφの穴を付設）のテフロン板を挟み、テフロンブツシ
ュを介してチタン製ボルト・ナツトで締め付けることに
より“すき間腐食試験片”の組み立てを完了し、続いて
チタン内張りのオートクレーブを用い、材料毎に３組ず
つ用意した上記試験片対を１２５℃及び２００℃の２５
％ＮａＣ１水溶液（ｐＨ６）に５００時間浸漬して“す
き間腐食状況”を調べると言う方法を採用した。

このように実施された“すき間腐食試験結果”を第１表
に併せて示す。

なお、耐すき間腐食性の評価は、○：すき間腐食なし、
△：わずかにすき間腐食発生、×：すき間腐食が顕著に
発生、の３段階で示した。

第１表に示される結果からも明らかなように、本発明合
金は廉価にもかかわらず、価格の高いＴｉ−０，２％Ｐ
ｄ合金と同様に優れた耐すき間腐食性を備えていること
が分かる。

また、これとは別に実施された耐食性試験においては、
本発明合金がＨＣＩ　、　Ｈ２ＳＯ４，ＨＮ（ｈ等と言
った各種酸環境でもＴｉ−０，２％Ｐｄ合金と同等の良
好耐食性を示すことも確認され、更に、加工性試験では
実用上何ら格別な支障のない良好な加工性を有している
ことが確かめられた。

〈総括的な効果〉以上に説明した如く、この発明によれば、優れた耐すき
間腐食性と加工性とを兼備したチタン合金をコスト安く
提供することができ、腐食性環境で使用される設備・機
器類の性能や信頼性をより一層高めることが可能となる
など、産業上極めて有用な効果がもたらされるのである
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量割合にて、白金族元素のうちの１種以上：合計で０．０１〜０．１２％、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ及びＢｉのうちの１種以上：合
計で０．０５〜２．００％、を含むとともに、残部が実質的にＴｉより成ることを特
徴とする、耐すき間腐食性に優れたチタン合金。
（２）重量割合にて、白金族元素のうちの１種以上：合計で０．０１〜０．１２％、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ及びＢｉのうちの１種以上：合
計で０．０５〜２．００％、Ｎｉ及びＣｏのうちの１種以上：合計で０．０５〜２．００％、を含むとともに、残部が実質的にＴｉより成ることを特
徴とする、耐すき間腐食性に優れたチタン合金。
（３）重量割合にて、白金族元素のうちの１種以上：合計で０．０１〜０．１２％、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ及びＢｉのうちの１種以上：合
計で０．０５〜２．００％、Ｍｏ、Ｗ及びＶのうちの１種以上：合計で０．０５〜２．００％、を含むとともに、残部が実質的にＴｉより成ることを特
徴とする、耐すき間腐食性に優れたチタン合金。
（４）重量割合にて、白金族元素のうちの１種以上：合計で０．０１〜０．１２％、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ及びＢｉのうちの１種以上：合
計で０．０５〜２．００％、Ｎｉ及びＣｏのうちの１種以上：合計で０．０５〜２．００％、Ｍｏ、Ｗ及びＶのうちの１種以上：合計で０．０５〜２．００％、を含むとともに、残部が実質的にＴｉより成ることを特
徴とする、耐すき間腐食性に優れたチタン合金。