JPH0572453B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0572453B2 JPH0572453B2 JP27023389A JP27023389A JPH0572453B2 JP H0572453 B2 JPH0572453 B2 JP H0572453B2 JP 27023389 A JP27023389 A JP 27023389A JP 27023389 A JP27023389 A JP 27023389A JP H0572453 B2 JPH0572453 B2 JP H0572453B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- weight
- erosion
- erosion resistance
- titanium
- titanium alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Arc Welding In General (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、スチームタービンブレード、ポン
プ、インペラー、航空機、粉粒体の空気輸送配
管、化学工業および石炭転換プロセス等エロージ
ヨンが工業上の問題として注目される部位に適用
される耐エロージヨン性に優れた合金に関するも
のである。 〔従来の技術〕 一般に液滴、雨滴、蒸気を含む気体または気泡
を含む液体等の流体、および固体粒子を含む液体
等の作用により材料が侵食される部位に用いられ
る材料には、第一に耐エロージヨン性が優れてい
ることが要求される。そこで、従来この種の材料
としては各種特殊鋼やステライト等の高力合金が
用いられているが、高速回転部材では耐エロージ
ヨン性と共に比強度の高い材料が、また腐食環境
においては耐エロージヨン性と共に耐食性の高い
材料が要求されるため今までのところ広範囲の使
用条件にわたつて良好な耐エロージヨン性を示す
金属材料は知られていない。 〔発明が解決しようとする課題〕 機械的、化学的な作用により材料が損耗してい
く現象であるエロージヨンは、スチームタービン
ブレード、ポンプ、インペラー、航空機、粉粒体
の空気輸送配管、化学工業および石炭転換プロセ
ス等で問題となつており、それらの技術の成否を
握る材料問題としてクローズアツプされてきてい
る。 一例として、火力発電および原子力発電等の低
圧タービンブレードの例で説明すると、現在ブレ
ードには12％Cr鋼や17−４PH鋼が使用され、10
〜15％程度の水滴が含まれる湿り蒸気中で高速回
転するためその最終段ブレードは激しくエロージ
ヨンを受ける。 そこで、ブレード先端にはエロージヨン防止を
目的として、耐エロージヨン性に優れたコバルト
基合金のステライトがエロージヨンシールド材と
してろう付け、または溶接によつて取り付けられ
ている。 しかし、近年発電の効率化を目的として、低圧
タービン最終段ブレードの長尺化が検討され、高
比強度のチタン合金がブレード材として検討され
始めている。この場合ステライトはコバルト基合
金であるためチタン合金製ブレードとの間に信頼
性の高い溶接接合部を得ることが困難である。 また、原子力発電においては、被曝量低減の意
味からもステライトに代るコバルトを含まないエ
ロージヨンシールド材が望まれている。 従つて、タービンの最終段ブレードにチタン合
金が使用される場合ブレードと同じチタン系で高
比強度があり、かつコバルトを含まないチタン合
金は蒸気タービンブレードのエロージヨンシール
ド材として有効と考えられ、Ti−15Mo−5Zr合
金等がシールド材として使用されているが耐エロ
ージヨン性の面でいまだ不十分であり、より耐エ
ロージヨン性の高いチタン合金が求められてい
る。 以上、低圧タービンブレードの例を示したが他
のエロージヨンを受ける部位に用いられる材料に
おいても、その耐エロージヨン性の向上は必要不
可欠なものとなつている。 本発明は、上述の問題点に鑑みて耐エロージヨ
ン性の高いチタン合金をスチームタービンブレー
ド、ポンプ、インペラー、航空機、粉粒体の空気
輸送配管、化学工業および石炭転換プロセス等エ
ロージヨンが工業上の問題として注目される部位
に利用できる耐エロージヨン材として提供するこ
とを目的とする。 〔課題を解決するための手段〕 エロージヨン現象は、流速のある液体、気体又
は固体粒子によつて固体材料が侵食を受ける現象
である。そして、一般に金属材料において耐エロ
ージヨン性は硬さと関係があり、同一合金系では
硬さが高いほど耐エロージヨン性は優れているこ
とが報告されている。 本発明者等は、チタン合金においてこの傾向が
あてはまるかどうかを調査するため熱処理によつ
て高い硬さの得られる既存のβ型チタン合金を中
心として硬さとエロージヨン減量の関係を磁歪振
動型エロージヨン試験機を用いて調査した。 その結果、第１図に示すようにチタン合金にお
いても供試材のビツカース硬さとエロージヨン減
量の間によい相関が見られた。 そこで、本発明者等は従来のチタン合金材に比
べ耐エロージヨン性の優れたチタン合金を開発す
ることを目的として、熱処理によつて高い硬さの
得られるチタン合金について研究を行つた。 その結果、チタンとの共析反応を生じる添加元
素、特にクロムを滴度に添加し、さらにアルミニ
ウムとマンガンを適量添加することにより得られ
たチタン合金は時効処理を行う熱処理によつて著
しい硬さ上昇が見られ耐エロージヨン性も飛躍的
に向上することを見い出した。 本発明は上記の知見に基づいて、クロム6.0重
量％以上16.0重量％以下、アルミニウム2.0重量
％以上7.0重量％以下、マンガン1.0重量％以上5.0
重量％以下、および酸素0.1重量％以上0.3重量％
以下を含み残部チタンおよび不可避的な不純物よ
りなることを特徴とする耐エロージヨン性に優れ
たチタン合金と、この合金を用いて肉盛溶接を行
つた溶接部およびこの合金を熱間もしくは冷間加
工して得た板材を溶体化処理の有無にかかわらず
350℃以上550℃以下の温度領域で時効処理するこ
とを特徴とする耐エロージヨン性に優れたチタン
合金の熱処理方法およびその製造方法に係るもの
である。 本発明において組成比の限定理由は以下のとお
りである。 まず、クロムはその含有量が6.0重量％未満で
は熱処理によつてもTiCr2の析出が不足し十分な
硬さが得られず優れた耐エロージヨン性を示さな
い。またその含有量が16.0重量％を越えると熱間
加工時にTiCr2の析出により加工性が低下し、健
全な板材等が得られなくなる。 また、アルミニウムはその含有量が2.0重量％
未満では熱処理によつてもα相の析出が不足する
ため十分な硬さが得られず優れた耐エロージヨン
性を示さない。また、その含有量が7.0重量％を
越えるとTi3Alの形成により脆化が進み加工が困
難となる。 マンガンの含有量が1.0重量％未満では熱処理
によつても十分な硬さが得られず優れた耐エロー
ジヨン性を示さない。また、その含有量が5.0重
量％を越えると硬さ上昇とともに脆化が進み、加
工性が悪くなる。 酸素はその含有量が0.1重量％未満では十分な
硬さが得られず優れた耐エロージヨン性を示さな
い。一方、酸素量が0.3重量％を越えると加工性
が低下し、板材の製造や肉盛溶接用の溶接棒の製
造が困難となる。 そして、上記組成の合金を用いて肉盛溶接を行
つた溶接部、およびこの合金を熱間もしくは冷間
加工して得た板材を溶体化処理の有無にかかわら
ず350℃以上550℃以下の温度領域で時効処理する
ことにより析出硬化が生じ、はじめて優れた耐エ
ロージヨン性が得られる。 このような理由により本発明においては、耐エ
ロージヨン性の優れたチタン合金を得るために上
記の範囲にその組成および時効処理条件を限定し
た。 〔実施例〕 次に、本発明を実施例により詳細に説明する。 第１表に本発明に係る実施例および比較例のエ
ロージヨン試験の結果を示す。エロージヨン試験
は、磁歪振動型キヤビテーシヨンエロージヨン試
験機を用いて行ない、耐エロージヨン性を評価し
た。試験条件は、振動周波数20KHz、振動振幅
35μｍ、試験液水道水、液温20℃、試験時間２時
間とし、評価は試験後の重量減の大小で行なつ
た。 第１表に示す組成の各供試材（市販合金を除
く）のチタン合金は、高純度アルゴン雰囲気中で
アーク溶解した後、No.１〜４、17〜24、29、32、
33、37〜46、67〜76については950℃で、またNo.
５〜８、47〜51については900℃で、さらにNo.９
〜16、25〜28、30、31、34、35、36、52〜66、77
〜81については850℃で熱間圧延加工を行い、一
部は冷間圧延を行い板材を製造した。
プ、インペラー、航空機、粉粒体の空気輸送配
管、化学工業および石炭転換プロセス等エロージ
ヨンが工業上の問題として注目される部位に適用
される耐エロージヨン性に優れた合金に関するも
のである。 〔従来の技術〕 一般に液滴、雨滴、蒸気を含む気体または気泡
を含む液体等の流体、および固体粒子を含む液体
等の作用により材料が侵食される部位に用いられ
る材料には、第一に耐エロージヨン性が優れてい
ることが要求される。そこで、従来この種の材料
としては各種特殊鋼やステライト等の高力合金が
用いられているが、高速回転部材では耐エロージ
ヨン性と共に比強度の高い材料が、また腐食環境
においては耐エロージヨン性と共に耐食性の高い
材料が要求されるため今までのところ広範囲の使
用条件にわたつて良好な耐エロージヨン性を示す
金属材料は知られていない。 〔発明が解決しようとする課題〕 機械的、化学的な作用により材料が損耗してい
く現象であるエロージヨンは、スチームタービン
ブレード、ポンプ、インペラー、航空機、粉粒体
の空気輸送配管、化学工業および石炭転換プロセ
ス等で問題となつており、それらの技術の成否を
握る材料問題としてクローズアツプされてきてい
る。 一例として、火力発電および原子力発電等の低
圧タービンブレードの例で説明すると、現在ブレ
ードには12％Cr鋼や17−４PH鋼が使用され、10
〜15％程度の水滴が含まれる湿り蒸気中で高速回
転するためその最終段ブレードは激しくエロージ
ヨンを受ける。 そこで、ブレード先端にはエロージヨン防止を
目的として、耐エロージヨン性に優れたコバルト
基合金のステライトがエロージヨンシールド材と
してろう付け、または溶接によつて取り付けられ
ている。 しかし、近年発電の効率化を目的として、低圧
タービン最終段ブレードの長尺化が検討され、高
比強度のチタン合金がブレード材として検討され
始めている。この場合ステライトはコバルト基合
金であるためチタン合金製ブレードとの間に信頼
性の高い溶接接合部を得ることが困難である。 また、原子力発電においては、被曝量低減の意
味からもステライトに代るコバルトを含まないエ
ロージヨンシールド材が望まれている。 従つて、タービンの最終段ブレードにチタン合
金が使用される場合ブレードと同じチタン系で高
比強度があり、かつコバルトを含まないチタン合
金は蒸気タービンブレードのエロージヨンシール
ド材として有効と考えられ、Ti−15Mo−5Zr合
金等がシールド材として使用されているが耐エロ
ージヨン性の面でいまだ不十分であり、より耐エ
ロージヨン性の高いチタン合金が求められてい
る。 以上、低圧タービンブレードの例を示したが他
のエロージヨンを受ける部位に用いられる材料に
おいても、その耐エロージヨン性の向上は必要不
可欠なものとなつている。 本発明は、上述の問題点に鑑みて耐エロージヨ
ン性の高いチタン合金をスチームタービンブレー
ド、ポンプ、インペラー、航空機、粉粒体の空気
輸送配管、化学工業および石炭転換プロセス等エ
ロージヨンが工業上の問題として注目される部位
に利用できる耐エロージヨン材として提供するこ
とを目的とする。 〔課題を解決するための手段〕 エロージヨン現象は、流速のある液体、気体又
は固体粒子によつて固体材料が侵食を受ける現象
である。そして、一般に金属材料において耐エロ
ージヨン性は硬さと関係があり、同一合金系では
硬さが高いほど耐エロージヨン性は優れているこ
とが報告されている。 本発明者等は、チタン合金においてこの傾向が
あてはまるかどうかを調査するため熱処理によつ
て高い硬さの得られる既存のβ型チタン合金を中
心として硬さとエロージヨン減量の関係を磁歪振
動型エロージヨン試験機を用いて調査した。 その結果、第１図に示すようにチタン合金にお
いても供試材のビツカース硬さとエロージヨン減
量の間によい相関が見られた。 そこで、本発明者等は従来のチタン合金材に比
べ耐エロージヨン性の優れたチタン合金を開発す
ることを目的として、熱処理によつて高い硬さの
得られるチタン合金について研究を行つた。 その結果、チタンとの共析反応を生じる添加元
素、特にクロムを滴度に添加し、さらにアルミニ
ウムとマンガンを適量添加することにより得られ
たチタン合金は時効処理を行う熱処理によつて著
しい硬さ上昇が見られ耐エロージヨン性も飛躍的
に向上することを見い出した。 本発明は上記の知見に基づいて、クロム6.0重
量％以上16.0重量％以下、アルミニウム2.0重量
％以上7.0重量％以下、マンガン1.0重量％以上5.0
重量％以下、および酸素0.1重量％以上0.3重量％
以下を含み残部チタンおよび不可避的な不純物よ
りなることを特徴とする耐エロージヨン性に優れ
たチタン合金と、この合金を用いて肉盛溶接を行
つた溶接部およびこの合金を熱間もしくは冷間加
工して得た板材を溶体化処理の有無にかかわらず
350℃以上550℃以下の温度領域で時効処理するこ
とを特徴とする耐エロージヨン性に優れたチタン
合金の熱処理方法およびその製造方法に係るもの
である。 本発明において組成比の限定理由は以下のとお
りである。 まず、クロムはその含有量が6.0重量％未満で
は熱処理によつてもTiCr2の析出が不足し十分な
硬さが得られず優れた耐エロージヨン性を示さな
い。またその含有量が16.0重量％を越えると熱間
加工時にTiCr2の析出により加工性が低下し、健
全な板材等が得られなくなる。 また、アルミニウムはその含有量が2.0重量％
未満では熱処理によつてもα相の析出が不足する
ため十分な硬さが得られず優れた耐エロージヨン
性を示さない。また、その含有量が7.0重量％を
越えるとTi3Alの形成により脆化が進み加工が困
難となる。 マンガンの含有量が1.0重量％未満では熱処理
によつても十分な硬さが得られず優れた耐エロー
ジヨン性を示さない。また、その含有量が5.0重
量％を越えると硬さ上昇とともに脆化が進み、加
工性が悪くなる。 酸素はその含有量が0.1重量％未満では十分な
硬さが得られず優れた耐エロージヨン性を示さな
い。一方、酸素量が0.3重量％を越えると加工性
が低下し、板材の製造や肉盛溶接用の溶接棒の製
造が困難となる。 そして、上記組成の合金を用いて肉盛溶接を行
つた溶接部、およびこの合金を熱間もしくは冷間
加工して得た板材を溶体化処理の有無にかかわら
ず350℃以上550℃以下の温度領域で時効処理する
ことにより析出硬化が生じ、はじめて優れた耐エ
ロージヨン性が得られる。 このような理由により本発明においては、耐エ
ロージヨン性の優れたチタン合金を得るために上
記の範囲にその組成および時効処理条件を限定し
た。 〔実施例〕 次に、本発明を実施例により詳細に説明する。 第１表に本発明に係る実施例および比較例のエ
ロージヨン試験の結果を示す。エロージヨン試験
は、磁歪振動型キヤビテーシヨンエロージヨン試
験機を用いて行ない、耐エロージヨン性を評価し
た。試験条件は、振動周波数20KHz、振動振幅
35μｍ、試験液水道水、液温20℃、試験時間２時
間とし、評価は試験後の重量減の大小で行なつ
た。 第１表に示す組成の各供試材（市販合金を除
く）のチタン合金は、高純度アルゴン雰囲気中で
アーク溶解した後、No.１〜４、17〜24、29、32、
33、37〜46、67〜76については950℃で、またNo.
５〜８、47〜51については900℃で、さらにNo.９
〜16、25〜28、30、31、34、35、36、52〜66、77
〜81については850℃で熱間圧延加工を行い、一
部は冷間圧延を行い板材を製造した。
【表】
【表】
【表】
以上に説明したように、本発明によればスチー
ムタービンブレード、ポンプ、インペラー、航空
機、粉粒体の空気輸送配管、化学工業および石炭
転換プロセス等のエロージヨンが発生し易い部位
に利用できる耐エロージヨン性に優れたチタン合
金を得ることができる。
ムタービンブレード、ポンプ、インペラー、航空
機、粉粒体の空気輸送配管、化学工業および石炭
転換プロセス等のエロージヨンが発生し易い部位
に利用できる耐エロージヨン性に優れたチタン合
金を得ることができる。
第１図はチタン合金のビツカース硬さとエロー
ジヨン減量の関係を示すグラフである。
ジヨン減量の関係を示すグラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ クロム6.0重量％以上16.0重量％以下、アル
ミニウム2.0重量％以上7.0重量％以下、マンガン
1.0重量％以上5.0重量％以下、および酸素0.1重量
％以上0.3重量％以下を含み残部チタン及び不可
避的な不純物よりなる耐エロージヨン性に優れた
チタン合金。 ２ 請求項１記載のチタン合金を用いて肉盛溶接
を行つた溶接部を溶体化処理の有無にかかわらず
350℃以上550℃以下の温度領域で時効処理するこ
とにより優れた耐エロージヨンを得ることを特徴
とするチタン合金の熱処理方法。 ３ 請求項１記載のチタン合金を熱間もしくは冷
間加工後溶体化処理の有無にかかわらず350℃以
上550℃以下の温度領域で時効処理することを特
徴とする耐エロージヨン性に優れたチタン合金の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27023389A JPH03134125A (ja) | 1989-10-19 | 1989-10-19 | 耐エロージョン性に優れたチタン合金及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27023389A JPH03134125A (ja) | 1989-10-19 | 1989-10-19 | 耐エロージョン性に優れたチタン合金及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03134125A JPH03134125A (ja) | 1991-06-07 |
| JPH0572453B2 true JPH0572453B2 (ja) | 1993-10-12 |
Family
ID=17483409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27023389A Granted JPH03134125A (ja) | 1989-10-19 | 1989-10-19 | 耐エロージョン性に優れたチタン合金及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03134125A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111961916A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-11-20 | 顺科新能源技术股份有限公司 | 一种钛合金 |
-
1989
- 1989-10-19 JP JP27023389A patent/JPH03134125A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03134125A (ja) | 1991-06-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |