JPS6263634A

JPS6263634A - 耐食、耐疲労性に優れたＴｉ合金及びその製造方法

Info

Publication number: JPS6263634A
Application number: JP20281185A
Authority: JP
Inventors: Toru Degawa; 出川　通; Hajime Okuyama; 元奥山; Takashi Sato; 敬佐藤; Akio Hashimoto; 昭夫橋本; Yoshihisa Uchida; 内田　省寿; Kozo Fujiwara; 藤原　弘三; Makoto Ebata; 江端　誠
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1985-09-13
Filing date: 1985-09-13
Publication date: 1987-03-20

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】し産業上の利用性！！？］本発明は耐食、耐疲労性に後れたＴｊ　（チタン）合金
及びその製造方法に係り、特にＴｉ合金中の酸素含有闇
を低減することにより、優れた特性を付与−せしめた、
耐食、耐疲労性に優れたＴｉ合金及びその製造方法に関
する。

［従来の技術］チタン（Ｔ　ｉ　）は、特に合金元素を添加しないまま
でも、他の金属材料に比べて大きな中強度を有し、鋼や
強力アルミニウム合金に匹敵する強度を右する七に、各
種の化学薬品に対して安定で、特に酸化性の酸に対１７
ては優れた耐食性を示す等、様ヤな特徴を備えた金にバ
である。このたｙ）、純Ｔｉ或いはこれに更に合金元素
を添加して特性を数片せしめたＴｌ系合金は、近年、航
空、宇宙用金属材料、化学１業材料等様々な分野でその
利用法が研究されている。

このようなＴｉ合金は、Ｔｉが極めて高活性であること
から１通常の耐火物容器を用いた溶解では良好な合金は
得られない。従って、Ｔｉ合金の！ＩＪ造力法方法ては
、従来よりアーク溶解による方ｎ１、あるいは黒鉛坩堝
を用いた高周波溶解等が実施されている。

し発明が解決しようとする問題点〕しかしながら、Ｉ−記従来法のうち、アーク溶解による
方法は、均質な合金が得られず、しかも、均質な鋳物を
畳にくいという欠点を有する。また黒鉛坩堝による方法
においては、合金中に炭素（以下、Ｃと略記する。）が
混入し易く、高純度のＴｉ合金を製造するのは困難であ
った。

一方、Ｔｉ合金の耐食性や耐疲労性等の特性が、合金の
酸素（以下、０と略記する。）含有ｔ１によって著しく
影響を受けることは以前から知られていることである。

しかるに、前記従来の方法は、いずれの場合においても
、０含有量の少ないものが得られない、即ち、従来法で
は不純物含有量が少ない高純度のＴｉ原料を用いて溶解
しても、得られる合金のＯ含有率はｔｏｏｏ〜２０００
ｐｐｍ程度であり、Ｏ含有量を１１０００ｐｐ以下に保
つことは困難である。

」二記問題点のうち、Ｔｉ合金中のＣ混入の問題につい
ては、カルシア（Ｃａｂ）坩堝を用いることにより、Ｃ
の（混入を容易に低減で、きる旨の報吉がなされでいる
が、カルシア坩堝を用いた場合においても、Ｏｇａ大の
問題は解決されていない。″従って、従来より、Ｔｉ合
金中のＱＱ人量を低減することは、高特性のＴｉ合金を
得るための屯波な改良点とされているが、現時点におい
ては。

原才ｌの吟味や溶解炉の選択などを除いて、本格的な努
力はなされておらず、十分満足し、得る対策は提案され
ていない。

［問題点を解決するための手段及び作用］本発明は−１
−記従来の問題点を解決し、０の含有Ｈ，′Ｌが極めて
少ないＴｉ合金及びその製造方法を提供するものであっ
て、イツトリウム及び／又はスカンジウムを１０〜７０００
ｐｐｍ含み、酸素含有量が５００ｐｐｍ以下であること
を特徴とする耐食、耐疲労性に優れたＴｉ合金、及び内面がカルシア質炉材で構成された容器中にて、ｊ″を
空又は不活性雰囲気下で、Ｔｉ合合金湯温インドリウム
及び／又はスカンジウ１、を、冷却固化後にイツトリウ
ム及び／又はスカンジウムが１０〜７０００ｐｐｍ残留
するように添加することを特徴とする耐食、耐疲労性に
優れたＴｉ合金の製造方法、を要旨とするものである。

以下に本発明につき詳細に説明する。

なお、水明細書において「％」は「重量％」を表す。

本発明において、Ｔｉ合金は、Ｔｉ−Ｎｉ合金、Ｔｉ−
Ｆｅ合金等のＴｉ系合金の他、高Ｔｉ合金或いは合金元
素を殆ど含まない純Ｔｉをも包含する０本発明はとりわ
けＴｉ含石屋３５％以上の合金に適用するに好適である
。このようなＴｉ合金としては、例えばＡＭ、Ｃｒ、Ｆ
ｅ、Ｍｎ。

Ｎ１．Ｃｕ、Ｖ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｓｉ及びＢ
ｉの１種又は２挿具」二含むＴｉ合金が挙げられる。

本発明のＴｉ合金は、合金中にインドリウム及び／又は
スカンジウム１０〜７０００ｐｐｍ含有する。合金中に
イツトリウム及び／又はスカンジウムが１０〜７０００
ｐｐｍ含有されたＴｉ合金は、イツトリウム及び／又は
スカンジウムの存在により、合金中に混入したＯが酸化
イツトリウム又は酸化スカンジウムとなるため、Ｏ含有
量が５００ｐｐｍ以下と、極めて低減され、その耐食、
耐疲労性が大幅に向−卜する。また、酸化物の介在物が
少ないので、伸び、絞りに優れ、熱間及び冷間の加丁性
或いは溶接性にも優れる。（生じたイツトリウム及び／
又はスカンジウム酸化物はスラグや炉壁耐人材に吸収さ
れ系外に除去される。）合金中のイツトリウム及び／又はスカンジウム含有ｉ＋
ｌ。がｌ　Ｏｐ　ｐｍより一少ないと、十分なＯ含有１
、）低減効果が発揮されず、耐食、＃疲労性の高い合金
が得られない、またイツトリウム及び／又はスカンジウ
ム含有量が７０００ｐｐｍよりも多いと、インドリウム
及び／又はスカンジウムが合金の結晶粒界に偏析するな
どして、合金が脆くなるため、これらの特性が低下する
こととなる。特に好ましいイツトリウム及び／又はスカ
ンジウムの含有量は２０〜５０００ｐｐｍである。なお
、イツトリウム及び／又はスカンジウムが１０〜２５０
ｐｐｍ程度添加する場合には、高価なこれら添加金属に
を少なくして相応の効果が得られるから好適であり、ま
た８００ｐｐｍ以上とりわけ１５００〜７０００ｐｐｍ
と多剤に添加する場合には、コスト高にはなるものの、
高特性のＴｉ又はＴｉ合金を確実に得ることができ、好
適である。

本発明の合金は、微量のイツトリウム及び／又はスカン
ジウムを含むが、このイツトリウム及び／又はスカンジ
ウムは、Ｔｉ合金製品の表面に薄いＹ、０３や５Ｃ２０
３の被膜を形成する。この被膜は緻密であり、Ｔｉ合金
の耐食性を高める作用をなす。

次に、このような本発明のＴｉ合金の製造方法について
説明する。

本発明の製造方法においては、内面がカルシア質炉材で
構成された容器中のＴｉ合金溶湯に、真空又は不活性雰
囲気（例えば、アルゴン、ヘリウムなど）下で、イツト
リウム及び／又はスカンジウムを添加して脱酸処理する
。このときのイツトリウム及び／又はスカンジウムの添
加ｈ１は。

冷却・凝固せしめたときの残留量が含量で１０〜７００
０ｐｐｍ、好ましくは２０〜５０００ｐｐｍとなるよう
な着である。この添加量は１例えば、繰り返し実験して
おいて、用いるイツトリウム及び／又はスカンジウムの
歩留りを予め求めておき、これに基いて決定しても良い
。

このような所望量のイツトリウム及び／又はスカンジウ
ム添加による脱酸処理により、得られるＴｉ合金中のＯ
含有量は５０−Ｏｐ　ｐ　ｍ以下とされる。

イツトリウム及び／又はスカンジウムの添加方性は、特
に限定はなく、従来より接種等に用いられている各種の
方法が用いられる。

なお、イツトリウム及び／又はスカンジウムを添加した
後は、十分に攪拌を行うようにするのが好ましい、（誘
導加熱法によれば、その固有の攪拌作用を利用できる。

）本発明において、Ｔｉ合金の原料としては、高純度のも
のを用いるのが好ましいが、本発明においては、後工程
で添加するイツトリウム及び／又はスカンジウムの脱酸
作用によりＯ含有量を低減できることから、０含有量の
比較的高い原料をも用いることができる。

本発明において、合金の溶融に用いる容泰の内面を構成
するカルシア質炉材としては、生石灰。

石灰石或いは消石灰などを焼成したカルシア（Ｃａｂ）
が好適である。また、電融カルシアも、緻密であり、極
めて好適である。その他、ＣａＯを富化したドロマイト
等が挙げられる。

このようなカルシア質炉材は、そのＣａＯ含有１ｚが６
０％以北、特に８０％、とりわけ９０％以上のものが好
ましい、ＣａＯ含有量の高いカルシア質炉材は熱力学的
に安定な上、Ｔｉ合金溶出中の酸化物を吸収し、酸化物
介在量を大幅に減少させることができ、また、Ｔｉ等に
対する安定性が高いので、高温溶解が可能となる。なお
、高Ｔｉ合金の場合には、ＣａＯ含有量が９０％以上、
とりわけ９９％以上の炉材が好ましい。

［実施例］以下に本発明を実施例により更に具体的に説明するが１
本発明はその要旨を超え、ない限り以下の実施例に限定
されるものではない。

実施例１電解ニッケル（純度９９．９５％）及びスポンジチタン
（ｍ素含有量０．０７％及び０　、０４２％の２種類）
を用い、１溶解あたり合部で０．８Ｋｇとなるように配
合し、Ｎｉ５５％、Ｔｉ４５％のＴ　ｉ　−Ｎ　を合金
の製造を行った。

使用に供したＣａＯ坩堝（内径的５０ｍｍ）は、−級試
薬のＣａＯを原料とし、これを２０メツシユに粉砕後、
坩堝型中へ入れてよくつき固め、固められた坩堝を約９
５０℃、４時間電気抵抗炉中で仮焼することにより作成
した。ＣａＯ坩堝の組成は第１表に示す通りである。

第１表チタン原料及びニッケル原料をＣａＯ坩堝に入れ、これ
を出力１０ＫＷ、周波数７０ＫＨｚの内熱式誘導炉に入
れ、１Ｏ−２Ｐａの減圧下で溶解し、次いでＹ又はＳｃ
を、冷却固化した合金中の含有量がＯ〜８０００ｐｐｍ
の間の所定の値となるような量で種々変更して添加し、
脱酸処理を行った。引き続き、高純度アルゴンガスを５
Ｘ１０３Ｐａまで導入した後、カルシア製鋳型に鋳込み
、１　ＯｍｍＸ　Ｌ　ＯｍｍＸ　１６０ｍｍの角棒試料
を鋳造した。

得られた試料からＯ分析用試料を切出し、不活性ガス搬
送溶解−熱伝導度法でＯの定量を行った。この結果得ら
れた合金中のＹ、Ｓｃの含有量とＯ含有ｙｌ）との関係
を第１図に示す。

また、前記角棒試料を用い、Ｆ記方法に従って、その耐
食性及び耐疲労性試験を行った。

（１）１耐食性試験条件：０．９％Ｎ　ａｃ１食塩水中（室温）での浸漬溶出試験
、５週間後での溶出量の゛測定値。

（２）定歪条件（ε＝０．０２％）下における低サイク
ル疲労試験。

Ｙ含有量と耐食性及び耐疲労性との関係をそれぞれ第２
図及び第３図に示す。

第２図及び第３図よりＮ　ｉ　Ｔ　ｉ合金中のＹ含有量
がＩＯＰＰｍ以上であると耐食性及び耐疲労性が大幅に
向」二することが認められる。これは第１図から明らか
なように、合金中のＹ含有量、が１０ｐｐｍ以上である
と、０含有量が５００　ｐ　ｐｍ以下と、極めて少なく
なるためと推察される。また、Ｙ含有量が７０００ｐｐ
ｍを超えると耐衝撃特性が低下するが、これは、Ｙ分が
合金の粒界に偏析するなどして脆くなるためと推察され
る。

［効果］以上詳述した通り、本発明のＴｉ合金は、イツトリウム
及び／又はスカンジウムを１０〜７０００ｐｐｍ含むも
のであり、イツトリウム及び／又はスカンジウムの０吸
収効果により、合金中の０含有量が５００ｐｐｍ以下と
著しく低減されるため、低酸素Ｔｉ合金となる。しかし
て、このような本発明のＴｉ合金は、内面がカルシア質
炉材で構成された容器を用い、Ｔｉ合金溶湯にイツトリ
ウム及び／又はスカンジウムを添加して脱酸処理し、冷
却・固化させる本発明の方法により、容易に製造される
。

本発明によれば、 ■　低酸素で、かつ低炭素含有量のＴｉ合金を容易に得
ることができる。

■　従って、得られる合金は極めて耐食性、耐疲労性に
優れる。

■　極めて均質な組成の合金が得られる。

■　１回の溶融操作で良い。

■　原料は高酸素含有量のものでも良く、安価な原料で
製造し得る。

■　■、■より合金の製造コストを低廉化することがで
きる。

■　鋳物として鋳造することができる６等の様々な効果
が奏され、１業的に極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は実施例１で得られた試験結
果を示すグラフであり、第１図は合金中のＹ、Ｓｃ含有
沿とＯ含有量との関係を示し、第２図は合金中のＹ含有
量と耐食性との関係を、また第３図は合金中のＹ含有量
と耐疲労性との関係をそれぞれ示す。代　理　人　　弁理士　　重　野　　剛第１図Ｙ／ＳＣ含有重　（ｐｐｍ）Ｙ含有量　（ｐｐｍ）Ｙ含有量　（ｐｐｒｎ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）イットリウム及び／又はスカンジウムを１０〜７
０００ｐｐｍ含み、酸素含有量が５００ｐｐｍ以下であ
ることを特徴とする耐食、耐疲労性に優れたＴｉ合金。
（２）内面がカルシア質炉材で構成された容器中にて、
真空又は不活性雰囲気下で、Ｔｉ合金溶湯にイットリウ
ム及び／又はスカンジウムを、冷却固化後にイットリウ
ム及び／又はスカンジウムが１０〜７０００ｐｐｍ残留
するように添加することを特徴とする耐食、耐疲労性に
優れたＴｉ合金の製造方法。