JPS63118034A - 耐水素吸収性に優れた耐隙間腐食用チタン合金 - 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、耐水素吸収性に優れた耐隙間腐食用チタン合
金に関する。

（従来の技術） チタンは一般に中性塩化物環境、および酸化性環境にお
いて優れた耐食性を示すことから、火力および原子力発
電所の復水器管等に使用されているが、海水淡水化のブ
ラインヒータなど１００°Ｃ以上の中性塩化物環境で使
用される材料としては完全には耐食性が発揮されるとは
言い難い。例えば隙間腐食のような局部腐食を生じるこ
と、またその材料自身が高耐食性であるため、耐食的で
ない他の材料と長期間接触した状態で使用されるとガル
バニ、クカソブルを生じ、その場合チタンはカソード側
となって電池反応が生じ、その電池反応に伴って発生す
る水素を吸収して水素化物を形成し、脆化するという弱
点がある。

このような純チタン材の隙間腐食および水素吸収は海水
淡水化材料選定試験（工技院主催の茅ケ崎モデルプラン
ト試験）の際にも経験されている。

一方、チタンが隙間腐食を生じるような環境に対しては
純チタンにＰｄＯ，１２〜０．２５％添加したＡＳＴＭ
Ｇｒ、７あるいはＧｒ、１１を用いるのが一瓜的とされ
ているが、これらは純チタンの約２倍程度のコスト高と
なり、経済的ではない。

また、Ｔ　ｉ　−０゜１５Ｐｄ合金は純チタンに比べ水
素吸収し易いことが分かっている（防食技術Ｖｏ１．３
２、Ｎ００６、ｐρ、３１１−３１７．１９８３年）。

なお、最近、耐隙間腐食用材料としてＴｉ−０，８Ｎｉ
−０，３ｉ０合金（ＡＳＴＭ　Ｇｄ　１２）が、そして
耐隙間腐食用および耐水素吸収用材料としてＴｉ　−（
０，００５〜０．２％）　Ｒｕ　　（０，０１〜２．０
％）Ｎｉ合金が開発されている（特開昭６１−１２７８
４４号参照）。

その他の従来技術としては次のものを挙げることができ
る。

特公昭３３−６０５３号にはＴｉに０．００１〜２０％
のパラジウム、ロジウム等の白金族元素を添加すること
で塩酸、硫酸等の非酸化性酸中での耐酸性を向上するこ
とが開示されている。

特開昭６１−９５４３号にはＴｉに０．００５〜０．５
％の白金族であるＲｕを添７ＪＯすることにより耐隙間
腐食性、　　を改善することが開示されている。

特開昭６１−１２７８４３号にはＴｉにｏ、ｏｏｓ〜０
．５％のＲｕとともに０．０１〜１．０％のＭｏまたは
ｏ、ｏｏｓ　〜〜ｏ。

５％のＷを添加する耐隙間腐食性、耐水素吸収性の改善
されたチタン合金が開示されている。

（発明が解決しようとする問題点） 以上からも分かるように、従来にあってＴｉ−Ｐｄ系合
金は、比較的多量のＰｄが含有されているため材料コス
トが高く、また特性的には耐水素吸収性が十分でないた
め今日要求されている分野での利用が余り行われていな
いのが現状である。

ここに、本発明の目的は、耐隙間腐食性を有し、さらに
耐水素吸収性を有する、冷間加工性に優れた低いコスト
のチタン合金を提供することである。

さらに、本発明の別の目的は、海水淡水化プラントさら
に各種化学工業プラントなどで使用される熱交換器用と
して、中性に近い高温塩化物環境用に広く高性能材料と
して利用できる低いコストのチタン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） すでに述べたように、ＴｉにＰｄを添加すると耐酸性お
よび耐隙間腐食性が改善されることはすでに知られてい
る。そこで本発明者らはＴｉ　−Ｐｄ系合金の耐水素吸
収性の改善ならびに材料コスト低減を目指し、種々検討
したところ、予想外にもＰｄ量は従来考えられていたよ
り少なくとも十分であり、また０、２０重量％以下程度
であれば、耐隙間耐食性さらには耐水素吸収性も実質上
低下することなく、大幅な材料コストの低減を図ること
ができることを知り、本発明を完成した。

すなわち、ｐＨ２〜１０、ＮａＣ１？ｆｆｉ度２５％（
重り以下、温度２００°Ｃ１圧力２５　ｋｇｆ／ｍｍ”
以下の環境において各種Ｔｉ−Ｐｄ−Ｆｅ系合金の耐隙
間腐食性の試験を行ったところ、Ｐｄ１ｉは０．０３％
程度で十分であることが分かった。一方、ガルバニック
カップルを形成したような場合、チタンの電位が一〇、
”／Ｖ　（ｖｓＳＣＥ）以下になると水素吸収が問題と
なるが、Ｐｄ量が０．１％を越えると、水素吸収が加速
され、またＦｅ含有量が０．２％を越えて多くなると水
素吸収を助長する傾向にあることが分った。

また、本発明にかかる合金系は本質的に工業用純チタン
系であって酸素の混入は避けられず、また使用上、適当
な強度を付与することが望ましく、ＪＩ５３種程度の酸
素を含有させても何ら冷間加工性を損なうことはない。

したがって、本発明の要旨とするところは、重量％で、 Ｐｄ　：　０．０３〜０．１　％、Ｆｅ：０．２％以下
、酸素二０．３％以下、 残部不可避的不純物およびチタン から成る組成を有する、耐水素吸収性に優れた耐隙間腐
食用チタン合金である。

（作用） 次に、本発明において上述のように合金組成を限定した
理由を述べる。

すでに述べたように、純チタンにＴ’ｄを添加すると耐
隙間腐食性が向上するが、ｐＨ１２、ＮａＣ２２５％、
温度２００℃の中性塩化物環境下での耐隙間腐食性を向
上させるには、Ｐｄ０．０３％以上の添加が必要であり
、一方、純チタンに０．１％を越えるＰｄを添加しても
耐隙間腐食性が飽和するだけでなく、水素吸収を助長す
るため、本発明にあってはＰｄ含ｆｉｔの上限を０．１
％とする。好ましくは、０．０３％〜０゜０７％である
。

Ｐｄを添加しない場合におけるＦｅ含有量に着目すると
、Ｆｅ含有量０．１％を越えると水素吸収が増大する。

このことからＦｅは水素吸収を促進する元素と考えられ
る。なお、同様の傾向は従来のように０．１５％Ｐｄと
いう多量のＰｄを含有する場合にも見られる。Ｆｅは、
これを含有することにより、結晶粒の微細化効果による
機械的性質の改善効果があるが、０．２％を越えると耐
隙間腐食性も劣化させるので上限を０．２％とする。好
ましくは０．１５％以下である。

これに対しｐｄｇ量添加では水素吸収抑制効果があり、
Ｉ’ｄ０．０３％でその効果が現れるためＦｅ　Ｏ，２
％以下まではＦｅの配合が許容される。Ｆｅ盪が０．２
％を越えると、微１ｐｄ添加による水素吸収抑制効果は
失われる。しかし、Ｐｄが０．１％を越えるとＦｅＯ３
２％以下であっても水素吸収抑制効果は失われ、むしろ
Ｐｄ添加量の増加とともに水素吸収量は増大する。した
がって、本発明にあって、Ｆｅ含有呈は０．２％以下、
好ましくは０．１５％以下に限定する。

酸素は通常チタン原料中に０．０６％程度含存されてい
るが、さらに機械的性質を増大させるため、冷間加工性
を害しない範囲である０、３％以下に制限する。

通常チタンおよびチタン合金に、不純物として一般に含
まれるＣおよびＮは成分制御が困難であり、市販仮に含
まれる程度の量（０，００５〜０．０１５％）であれば
、本発明では特に問題にはならない。

次に、本発明をその実施例によってさらに具体的に説明
する。

（実施例） 第１表に示す合金組成を有する各チタン合金を調製した
。製造にあたってまずスポンジチタン、Ｐｄ粉末および
Ｆｅ１）末を準備し、純度９９．９９％Ａｒ中でタング
ステン製非消耗電極を用いてアーク溶解により厚さ２０
ｍｍ　ｘ幅７５１×長さ９５ｍｍの角型インゴットを溶
製した。その後、真空度１Ｏ−ｂＴｏｒｒ中で１１００
’ＣＸ２４ｈの均質化熱処理を行い、熱間鍛造、熱間圧
延、機械加工、真空焼鈍（７２０°Ｃ×３０ｍ１ｎ）を
経て、厚さ２ｍｍ　ｘ　−１２２３０ｍｍ正方形および
厚さ２ｍｍ×幅１０１×長さ３０１の試験片とし、前者
は隙間腐食、後者は水素吸収試験に供した。いずれも試
験片をエメリ１１３２０で表面研磨後、アセトンで脱脂
洗強後乾燥し、試験に供した。

隙間腐食試験は、チタン内張オートクレーブ内に塩酸ま
たは水酸化ナトリウムでｐ　１１　調整した２５％Ｎ　
ａ　ＣＱ　？′８液を入れ、試験溶液に試験片と同サイ
ズのテフロン板を試験片−テフロン択一試験片の順に並
べて、−辺３０ｍｍの正方形の中央の穴に純チタン製ボ
ルトを通し、大気焼鈍による皮膜形成処理をした純チタ
ン製ナツトで締付けることで隙間を形成させた隙間腐食
試験片を浸漬し、５００時間試験後、隙間内を観察し、
腐食生成物（Ｔ１０□）の有無で耐隙間腐食性を評価し
た。なお、純チタン製ボルト・ナツトと試験片とはテフ
ロン製ブソンユで絶縁しており、締付力はトルクレンチ
を用いてｌＯＪ−ｃｍ一定とし、溶液は非脱気状態で試
験した。

試験条件は２５％ＮａＣＱ、２００　’ＣｐＨ２および
ＩＯであり、ｌン清した隙間腐食試験片の組は、試験条
件あたり２組であった。

耐水素吸収性試験は、ポテンソヨセント電源を用い８０
’Ｃ、ｐＨ２，６％Ｎ　ａ　ＣＱ　？Ｂ液液中試料をカ
ソードとして−１，２シシｓ　ＳＣＨに設定し、５００
ｈ保持する陰極チ→・−ジ法によって水素吸収性を試験
前後の水素増加用で調べた。水素分析は板厚そのままで
行った。試験表面積は約２ｃａｌであった。本試験方法
により、水素吸収量が５０　ｐｐｍ以下であるか否かで
評価した。

比較材としてしはのＪＩＳＩ〜３種純チタン市販仮、Ａ
市販仮　Ｇｒ　７市版仮およびＦｅ１ｌを変化させたＡ
ＳＴＭＧｄ　Ｔ相当試作材を用いた。これら市販板およ
び試作材より採取した隙間腐食および水素吸収の試験片
形状は各々ボタン溶解材より採取した試験片形状と同一
とした。

これらの試験結果を第１表にまとめて示す。

実施例ｌ１ｋＬ１〜６．１０．１１．１４．１７．１８
は市販板および比較材であり、−１〜３はＰｄ　Ｏ，１
５％含有材の水素吸収に及ぼすＦｅ含有量の影響を、階
４〜６はＰｄ無添加材の水素吸収に及ぼすＦｅ含有量の
影♂を示しており、Ｆｅ含有量の増加は水素吸収を助長
すること、およびＰｄ無添加の場合隙間腐食を発生する
ことを示している。これらに比べ、Ｎ１７〜９はＰｄを
０．０３％添加することで耐隙間腐食性を保持しつつ耐
水素吸収性を大幅に改善していることが分かる。しかし
磁１０とｍ１８は、Ｆｅ量が０．２％を越えると、ｌ［
ｒ’ｄ添加による水素吸収抑制効果がなく、かつ耐隙間
腐食性も失われている。

Ｎａ１ｌ〜１３は、耐隙間腐食性に及ぼすＰｄ添加の効
果を示すもので、Ｆｅ含有１０．２０％以下でＰｄ　０
．０１％の添加では耐隙間腐食性が十分でないことを、
Ｎａ１４〜１７は耐水素吸収性に及ぼすＰｄ添加の効果
を示し、Ｐｄが０．１％を越えると耐隙間腐食性は良好
であるが、耐水素吸収性が劣化することを示している。

実施例１ＩｋＬ１９．２０は耐隙間腐食性、耐水素吸収
性におよぼす酸素含有量の効果を示すが、酸素含有５１
０．２８％以下では、耐隙間腐食、耐水素吸収性に実質
上悪影響を及ぼさない。

以上のように本発明材は微量のＰｄ添加で、従来より耐
隙間腐食性チタン合金として用いられているＡＳＴＭ　
Ｇｒ、７と同等の耐隙間腐食性を有し、かつＧｒ、７よ
り耐水素吸収性に優れており、しかもＩ’ｄ添加量を低
減させることで製品価格を大幅に下げることができ、工
業的に有用な耐水素吸収性に優れた耐隙間腐食用チタン
合金である。

耐隙間腐食性、耐水素脆化性および経済性を考慮すれば
、Ｐｄの添加量は０．０３〜０．０７％が望ましい。

本発明材は５０％圧延率では割れを生じなかった。

Ｐｄのこのような微量添加は、純チタンの耐水素吸収性
と耐隙間腐食性を向上させるだけでなく、α＋β型チタ
ン合金、β型チタン合金に対しても効果を発揮するもの
である。

（発明の効果） 以上の通り、本発明によればＰｄを含有した耐隙間腐食
用チタン合金において、高価なＰｄを減少させてもなお
耐隙間腐食性を保持しつつ、さらに耐水素吸収性を大幅
に改善されていることを特徴とするチタン合金が得られ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％で、 Ｐｄ：０．０３〜０．１％、Ｆｅ：０．２％以下、酸素
   ：０．３％以下、 残部不可避的不純物およびチタン から成る組成を有することを特徴とする耐水素吸収性に
   優れた耐隙間腐食用チタン合金。