JP2001152268A - 高強度チタン合金 - Google Patents
高強度チタン合金Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】低廉であり且つ現在チタン合金の８０％を占め
るＴｉ−６％Ａｌ−４％Ｖの合金と同等以上の強度特性
を有する高強度チタン合金を提供する。 【解決手段】Ａｌ:５.５０〜７.００％，Ｖ:３.５０〜
４.５０％，Ｆｅ:０.４０〜１.００％，Ｏ:０.２５〜
０.７０％，Ｃ:０.１０％以下，Ｎ:０.１０％以下，残
部がＴｉ及び不可避的不純物からなり、下記数式１で示
されるＶ当量が３.５〜８.０％で、且つ数式２で示され
るＯ当量が０.２５〜０.７０％で規定される、高強度チ
タン合金。 (数式１) Ｖ当量＝Ｖ％＋４.２・Ｆｅ％ (数式２) Ｏ当量＝Ｏ％＋１.６・Ｎ％＋０.９・Ｃ％
るＴｉ−６％Ａｌ−４％Ｖの合金と同等以上の強度特性
を有する高強度チタン合金を提供する。 【解決手段】Ａｌ:５.５０〜７.００％，Ｖ:３.５０〜
４.５０％，Ｆｅ:０.４０〜１.００％，Ｏ:０.２５〜
０.７０％，Ｃ:０.１０％以下，Ｎ:０.１０％以下，残
部がＴｉ及び不可避的不純物からなり、下記数式１で示
されるＶ当量が３.５〜８.０％で、且つ数式２で示され
るＯ当量が０.２５〜０.７０％で規定される、高強度チ
タン合金。 (数式１) Ｖ当量＝Ｖ％＋４.２・Ｆｅ％ (数式２) Ｏ当量＝Ｏ％＋１.６・Ｎ％＋０.９・Ｃ％
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低廉で且つ所要の
強度を有する高強度チタン合金に関する。尚、本明細書
において、元素記号に関する数値に用いる％は重量(wt)
％を示す。
強度を有する高強度チタン合金に関する。尚、本明細書
において、元素記号に関する数値に用いる％は重量(wt)
％を示す。
【０００２】
【従来の技術】チタン合金は、軽量で錆びにくいため、
近年ゴルフクラブのヘッドや、自動車又は航空機用部品
等の材料として活用されている。ところで、チタン合金
は、その価格が例えばステンレス鋼の１０倍以上と高価
であるため、現状では限られた分野の製品について普及
するに留まっている。そして、最近では上記ヘッドや自
動車用構造部材等の材料として、その低廉化の要求が強
く求められている。しかしながら、係る低廉で高強度を
有するチタン合金は、未だに提供されていない。
近年ゴルフクラブのヘッドや、自動車又は航空機用部品
等の材料として活用されている。ところで、チタン合金
は、その価格が例えばステンレス鋼の１０倍以上と高価
であるため、現状では限られた分野の製品について普及
するに留まっている。そして、最近では上記ヘッドや自
動車用構造部材等の材料として、その低廉化の要求が強
く求められている。しかしながら、係る低廉で高強度を
有するチタン合金は、未だに提供されていない。
【０００３】
【発明が解決すべき課題】本発明は、以上に説明した従
来の技術における問題点を解決し、低廉で且つ現在チタ
ン合金の約８０％を占めるＴｉ−６％Ａｌ−４％Ｖの組
成を有する合金と同等以上の強度特性を有する高強度チ
タン合金を提供することを課題とする。
来の技術における問題点を解決し、低廉で且つ現在チタ
ン合金の約８０％を占めるＴｉ−６％Ａｌ−４％Ｖの組
成を有する合金と同等以上の強度特性を有する高強度チ
タン合金を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、発明者らが鋭
意研究開発した結果、チタン合金の材料に一般的なスポ
ンジチタンと２級品スポンジチタンを併用するか、或い
は２級品スポンジチタンのみを単独活用し、且つその際
に合金成分であるＶ,Ｆｅ,及びＯの添加量と、Ｖ当量及
びＯ当量を規定することにより、低廉化と高強度化が可
能になる、との知見を見出したことにより得られたもの
である。尚、上記２級品スポンジチタンは、四塩化チタ
ン(ＴｉＣｌ4)をマグネシウム(Ｍｇ)により還元してス
ポンジチタンを製造する際、反応容器の炉壁付近に生成
する不純物濃度の高いスポンジチタンであり、これまで
一般に商品として活用されていなかった。即ち、本発明
の高強度チタン合金は、Ａｌ:５.５０〜７.００％，Ｖ:
３.５０〜４.５０％，Ｆｅ:０.４０〜１.００％，Ｏ:
０.２５〜０.７０％，Ｃ:０.１０％以下，Ｎ:０.１０％
以下，残部がＴｉ及び不可避的不純物からなり、下記数
式４で示されるＶ当量が３.５〜８.０％で、且つ数式５
で示されるＯ当量が０．２５〜０.７０％で規定され
る、ことを特徴とする。
意研究開発した結果、チタン合金の材料に一般的なスポ
ンジチタンと２級品スポンジチタンを併用するか、或い
は２級品スポンジチタンのみを単独活用し、且つその際
に合金成分であるＶ,Ｆｅ,及びＯの添加量と、Ｖ当量及
びＯ当量を規定することにより、低廉化と高強度化が可
能になる、との知見を見出したことにより得られたもの
である。尚、上記２級品スポンジチタンは、四塩化チタ
ン(ＴｉＣｌ4)をマグネシウム(Ｍｇ)により還元してス
ポンジチタンを製造する際、反応容器の炉壁付近に生成
する不純物濃度の高いスポンジチタンであり、これまで
一般に商品として活用されていなかった。即ち、本発明
の高強度チタン合金は、Ａｌ:５.５０〜７.００％，Ｖ:
３.５０〜４.５０％，Ｆｅ:０.４０〜１.００％，Ｏ:
０.２５〜０.７０％，Ｃ:０.１０％以下，Ｎ:０.１０％
以下，残部がＴｉ及び不可避的不純物からなり、下記数
式４で示されるＶ当量が３.５〜８.０％で、且つ数式５
で示されるＯ当量が０．２５〜０.７０％で規定され
る、ことを特徴とする。
【０００５】
【数４】Ｖ当量＝Ｖ％＋４.２・Ｆｅ％
【０００６】
【数５】Ｏ当量＝Ｏ％＋１.６・Ｎ％＋０.９・Ｃ％
【０００７】これによれば、特にＦｅとＯの含有量を高
め且つ上記数式４,５のＶ,Ｏ当量を規定したため、原料
で２級品スポンジチタンをスポンジチタンと併用した
り、或いは２級品スポンジチタンのみを単独で使用可能
となり、且つ他の合金成分を添加することにより、低廉
で且つＴｉ−６％Ａｌ−４％Ｖのチタン合金と同等又は
それ以上の強度を有する高強度チタン合金を提供するこ
とが可能となる。以下において、各合金成分の含有量の
範囲について説明する。
め且つ上記数式４,５のＶ,Ｏ当量を規定したため、原料
で２級品スポンジチタンをスポンジチタンと併用した
り、或いは２級品スポンジチタンのみを単独で使用可能
となり、且つ他の合金成分を添加することにより、低廉
で且つＴｉ−６％Ａｌ−４％Ｖのチタン合金と同等又は
それ以上の強度を有する高強度チタン合金を提供するこ
とが可能となる。以下において、各合金成分の含有量の
範囲について説明する。
【０００８】Ａｌ:５.５０〜７.００％ Ａｌはチタン合金のα相強化元素であり、合金強度を確
保するため５.５０％以上添加する。一方、７.００％を
越えて添加するとα２相(Ｔｉ3Ａｌ)が析出するように
なり、チタン合金の靱性が低下する懸念が生じると共
に、該合金にてα相が増え過ぎるため、熱間加工性を低
下させ得る。これらを防ぐため、Ａｌ添加量の上限を
７.００％としたものである。 Ｖ:３.５０〜４.５０％ Ｖはチタン合金におけるβ相安定化元素(βフォーマー)
であり、Ａｌと共にミクロ組織を調整する元素として添
加される。しかし、３.５０％未満では熱処理性が低下し
得る一方、４.５０％を越えるとチタン合金の強度を向上
させる効果が飽和し且つ高価になるため、これらを除い
た上記範囲としたものである。
保するため５.５０％以上添加する。一方、７.００％を
越えて添加するとα２相(Ｔｉ3Ａｌ)が析出するように
なり、チタン合金の靱性が低下する懸念が生じると共
に、該合金にてα相が増え過ぎるため、熱間加工性を低
下させ得る。これらを防ぐため、Ａｌ添加量の上限を
７.００％としたものである。 Ｖ:３.５０〜４.５０％ Ｖはチタン合金におけるβ相安定化元素(βフォーマー)
であり、Ａｌと共にミクロ組織を調整する元素として添
加される。しかし、３.５０％未満では熱処理性が低下し
得る一方、４.５０％を越えるとチタン合金の強度を向上
させる効果が飽和し且つ高価になるため、これらを除い
た上記範囲としたものである。
【０００９】Ｆｅ:０.４０〜１.００％で且つ前記Ｖ当
量で規定する範囲 Ｆｅは、原料のうち２級品スポンジチタン、純鉄、又は
フェロチタンから添加される元素であり、上述したＶと
同様の作用を有する。その下限は、ＦｅとＶとを複合添
加することによる合金組織の調整に必要なために規制し
たものである。尚、Ｆｅはチタン合金の強度向上に寄与
する上で、０.５％以上を添加することが好ましい。一
方、Ｆｅは偏析し易い元素で、多量に添加するとチタン
合金の製造性を阻害する懸念があると共に、熱処理によ
り金属間化合物(ＴｉＦｅ)を形成し靱性を低下させる懸
念があるため、その上限を上記のように規制したもので
ある。
量で規定する範囲 Ｆｅは、原料のうち２級品スポンジチタン、純鉄、又は
フェロチタンから添加される元素であり、上述したＶと
同様の作用を有する。その下限は、ＦｅとＶとを複合添
加することによる合金組織の調整に必要なために規制し
たものである。尚、Ｆｅはチタン合金の強度向上に寄与
する上で、０.５％以上を添加することが好ましい。一
方、Ｆｅは偏析し易い元素で、多量に添加するとチタン
合金の製造性を阻害する懸念があると共に、熱処理によ
り金属間化合物(ＴｉＦｅ)を形成し靱性を低下させる懸
念があるため、その上限を上記のように規制したもので
ある。
【００１０】Ｏ:０.２５〜０.７０％ＯはＡｌと同様に
チタン合金のα相強化元素であり、合金の強度を確保す
るため０.２５％以上を添加する。一方、０.７０％を越
えて添加するとチタン合金の靱性が低下し得るため、Ｏ
の上限を０.７０％としたものである。 Ｃ:０.１０％以下，Ｎ:０.１０％以下で且つ各々前記Ｏ
当量で規定する範囲 ＣとＮは、Ｏと同様の作用を有し、チタン合金の強度を
確保するため添加するが、一方、チタン合金の延性の低
下を防ぐため、上記のように上限を規制したものであ
る。尚、Ｃ,Ｎは共に少なくとも０.０１％以上添加する
ことが望ましい。
チタン合金のα相強化元素であり、合金の強度を確保す
るため０.２５％以上を添加する。一方、０.７０％を越
えて添加するとチタン合金の靱性が低下し得るため、Ｏ
の上限を０.７０％としたものである。 Ｃ:０.１０％以下，Ｎ:０.１０％以下で且つ各々前記Ｏ
当量で規定する範囲 ＣとＮは、Ｏと同様の作用を有し、チタン合金の強度を
確保するため添加するが、一方、チタン合金の延性の低
下を防ぐため、上記のように上限を規制したものであ
る。尚、Ｃ,Ｎは共に少なくとも０.０１％以上添加する
ことが望ましい。
【００１１】また、本発明には、前記に加えて、Ｃｒ,
Ｎｉ,Ｍｏのうちの一種又は二種以上を単独又は総計で
１％以下を更に含有すると共に、下記数式６で示される
Ｖ当量が３.５〜８.０％で規定される、高強度チタン合
金も含まれる。
Ｎｉ,Ｍｏのうちの一種又は二種以上を単独又は総計で
１％以下を更に含有すると共に、下記数式６で示される
Ｖ当量が３.５〜８.０％で規定される、高強度チタン合
金も含まれる。
【００１２】
【数６】Ｖ当量＝Ｖ％＋４.２・Ｆｅ％＋２.４Ｃｒ％＋
１.７Ｎｉ％＋１.５・Ｍｏ％
１.７Ｎｉ％＋１.５・Ｍｏ％
【００１３】これによれば、ＶやＦｅの一部をＣｒ,Ｎ
ｉ,Ｍｏに置換して活用して、チタン合金を高強度化す
ることができる。しかも、ＣｒやＮｉを添加する場合に
は、鋼材のスクラップを活用することが可能となり、チ
タン合金を一層低廉化することが可能となる。尚、Ｃ
ｒ,Ｎｉ,Ｍｏは、ＶやＦｅと同様何れもチタン合金にお
けるβ相安定化元素であり、ＶやＦｅに加えて添加した
り、或いは両者の一部を置換して添加される。ＣｒやＮ
ｉを多量に添加するとＦｅと同様の偏析が生じ得、Ｍｏ
を多く添加すると高コストになり得るため、上記の上限
を設定したものである。
ｉ,Ｍｏに置換して活用して、チタン合金を高強度化す
ることができる。しかも、ＣｒやＮｉを添加する場合に
は、鋼材のスクラップを活用することが可能となり、チ
タン合金を一層低廉化することが可能となる。尚、Ｃ
ｒ,Ｎｉ,Ｍｏは、ＶやＦｅと同様何れもチタン合金にお
けるβ相安定化元素であり、ＶやＦｅに加えて添加した
り、或いは両者の一部を置換して添加される。ＣｒやＮ
ｉを多量に添加するとＦｅと同様の偏析が生じ得、Ｍｏ
を多く添加すると高コストになり得るため、上記の上限
を設定したものである。
【００１４】
【実施例】以下において、本発明の具体的な実施例を比
較例と共に説明する。表１に示す実施例１〜９及び比較
例のチタン合金を、それぞれ５０ｋｇ(実施例１〜９のみ
２級品スポンジチタンを約８０％含む)ずつ、プラズマ積
層凝固炉で溶製した後、真空アーク炉で二次溶解して合
金組織を高密度化した直径２４０ｍｍのインゴットを得
た。尚、Ｆｅが多い実施例２,８には電解鉄を添加し、Ｏ
(酸素)が多い実施例３,５,７には酸化チタンを添加し
た。次いで、各例のインゴットを１１５０℃にて加熱鍛
造することで直径７０ｍｍの丸棒とした後、機械加工で
周面を皮剥きして直径６５ｍｍの丸棒とした。更に、各
例の丸棒をβ変態点から５０℃低い温度に加熱した状態
で、溝付きロールによる圧延を施して、各例毎に直径１
９ｍｍの丸棒を２本ずつ成形した。その後、各例の丸棒
をβ変態点から２５０℃低い温度に加熱し、且つ２時間
保持する焼鈍を施した後、常温まで空冷した。
較例と共に説明する。表１に示す実施例１〜９及び比較
例のチタン合金を、それぞれ５０ｋｇ(実施例１〜９のみ
２級品スポンジチタンを約８０％含む)ずつ、プラズマ積
層凝固炉で溶製した後、真空アーク炉で二次溶解して合
金組織を高密度化した直径２４０ｍｍのインゴットを得
た。尚、Ｆｅが多い実施例２,８には電解鉄を添加し、Ｏ
(酸素)が多い実施例３,５,７には酸化チタンを添加し
た。次いで、各例のインゴットを１１５０℃にて加熱鍛
造することで直径７０ｍｍの丸棒とした後、機械加工で
周面を皮剥きして直径６５ｍｍの丸棒とした。更に、各
例の丸棒をβ変態点から５０℃低い温度に加熱した状態
で、溝付きロールによる圧延を施して、各例毎に直径１
９ｍｍの丸棒を２本ずつ成形した。その後、各例の丸棒
をβ変態点から２５０℃低い温度に加熱し、且つ２時間
保持する焼鈍を施した後、常温まで空冷した。
【００１５】
【表１】
【００１６】そして、各例における一方の丸棒につい
て、引張試験(ＪＩＳ１４Ａ号(平行部の直径６ｍｍ))を
行って、引張強さと絞りとをそれぞれ測定した。その結
果を表２に示す。また、各例における他方の丸棒につい
て、小野式回転曲げ疲れ試験(１０7回疲れ限度)を行
い、それぞれの疲れ限度を測定した。その結果も表２に
示した。
て、引張試験(ＪＩＳ１４Ａ号(平行部の直径６ｍｍ))を
行って、引張強さと絞りとをそれぞれ測定した。その結
果を表２に示す。また、各例における他方の丸棒につい
て、小野式回転曲げ疲れ試験(１０7回疲れ限度)を行
い、それぞれの疲れ限度を測定した。その結果も表２に
示した。
【００１７】
【表２】
【００１８】表２の結果は、実施例１〜９は、全て引張
強さと疲れ限度において、比較例よりも高くなると共
に、これらに関連して絞りでは、全て逆に低くなった。
また、引張強さ及び疲れ限度において、最も高かった実
施例３やこれに次ぐ実施例５は、前記表１に示すよう
に、Ｏ含有量及びＯ当量が高いチタン合金からなってい
た。更に、実施例１に比べてＯ含有量が略同じで且つＶ
含有量が低いと共に、Ｃｒ,Ｎｉのうちの１種を含む実
施例６,８は、引張強さと疲れ限度で実施例１よりもや
や高くなった。加えて、実施例１に比べてＯ含有量が略
同じで且つＶ含有量をやや高くする一方、Ｆｅ含有量を
減らし且つＣｒ,Ｎｉ,Ｍｏの３種を添加した実施例９
は、引張強さで実施例１よりもやや高くなり、疲れ限度
では同様の結果となった。以上の結果から、本発明の高
強度チタン合金の優れた強度特性と効果が裏付けられた
ことが、容易に理解されよう。
強さと疲れ限度において、比較例よりも高くなると共
に、これらに関連して絞りでは、全て逆に低くなった。
また、引張強さ及び疲れ限度において、最も高かった実
施例３やこれに次ぐ実施例５は、前記表１に示すよう
に、Ｏ含有量及びＯ当量が高いチタン合金からなってい
た。更に、実施例１に比べてＯ含有量が略同じで且つＶ
含有量が低いと共に、Ｃｒ,Ｎｉのうちの１種を含む実
施例６,８は、引張強さと疲れ限度で実施例１よりもや
や高くなった。加えて、実施例１に比べてＯ含有量が略
同じで且つＶ含有量をやや高くする一方、Ｆｅ含有量を
減らし且つＣｒ,Ｎｉ,Ｍｏの３種を添加した実施例９
は、引張強さで実施例１よりもやや高くなり、疲れ限度
では同様の結果となった。以上の結果から、本発明の高
強度チタン合金の優れた強度特性と効果が裏付けられた
ことが、容易に理解されよう。
【００１９】
【発明の効果】以上において説明した本発明の高強度チ
タン合金によれば、原料で２級品スポンジチタンを単独
で又はスポンジチタンと併用可能とし、且つ所定の合金
成分を添加することにより、低廉で且つＴｉ−６％Ａｌ
−４％Ｖのチタン合金と同等以上の強度を有する高強度
チタン合金を提供することが可能となる。従って、薄肉
且つ所要の強度を有するチタン合金製の各種製品や部品
を安価に提供し得る。また、請求項２の高強度チタン合
金によれば、ＶやＦｅの一部をＣｒ,Ｎｉ,Ｍｏに置換し
て活用し、チタン合金を高強度化することができると共
に、ＣｒやＮｉを添加する場合には、鋼材のスクラップ
を活用することが可能となり、チタン合金を一層低廉化
することが可能となる。
タン合金によれば、原料で２級品スポンジチタンを単独
で又はスポンジチタンと併用可能とし、且つ所定の合金
成分を添加することにより、低廉で且つＴｉ−６％Ａｌ
−４％Ｖのチタン合金と同等以上の強度を有する高強度
チタン合金を提供することが可能となる。従って、薄肉
且つ所要の強度を有するチタン合金製の各種製品や部品
を安価に提供し得る。また、請求項２の高強度チタン合
金によれば、ＶやＦｅの一部をＣｒ,Ｎｉ,Ｍｏに置換し
て活用し、チタン合金を高強度化することができると共
に、ＣｒやＮｉを添加する場合には、鋼材のスクラップ
を活用することが可能となり、チタン合金を一層低廉化
することが可能となる。
Claims (2)
- 【請求項１】Ａｌ:５.５０〜７.００％，Ｖ:３.５０〜
４.５０％，Ｆｅ:０.４０〜１.００％，Ｏ:０.２５〜
０.７０％，Ｃ:０.１０％以下，Ｎ:０.１０％以下，残
部がＴｉ及び不可避的不純物からなり、 下記数式１で示されるＶ当量が３.５〜８.０％で、且つ
数式２で示されるＯ当量が０.２５〜０.７０％で規定さ
れる、ことを特徴とする高強度チタン合金。 【数１】Ｖ当量＝Ｖ％＋４.２・Ｆｅ％ 【数２】Ｏ当量＝Ｏ％＋１.６・Ｎ％＋０.９・Ｃ％ - 【請求項２】Ｃｒ，Ｎｉ，Ｍｏのうちの一種又は二種以
上を単独又は総計で１％以下を更に含有すると共に、下
記数式３で示されるＶ当量が３.５〜８.０％で規定され
る、ことを特徴とする請求項１に記載の高強度チタン合
金。 【数３】Ｖ当量＝Ｖ％＋４.２・Ｆｅ％＋２.４Ｃｒ％＋
１.７Ｎｉ％＋１.５・Ｍｏ％
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33757899A JP2001152268A (ja) | 1999-11-29 | 1999-11-29 | 高強度チタン合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33757899A JP2001152268A (ja) | 1999-11-29 | 1999-11-29 | 高強度チタン合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001152268A true JP2001152268A (ja) | 2001-06-05 |
Family
ID=18309980
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33757899A Pending JP2001152268A (ja) | 1999-11-29 | 1999-11-29 | 高強度チタン合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001152268A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1632581A1 (en) * | 2004-09-02 | 2006-03-08 | Gainsmart Group Limited, a Corporation of the British Virgin Islands with offices at: | High strength low cost titanium and method for making same |
| JP2007084864A (ja) * | 2005-09-21 | 2007-04-05 | Kobe Steel Ltd | 被削性及び熱間加工性に優れたα−β型チタン合金 |
| JP2013534964A (ja) * | 2010-04-30 | 2013-09-09 | ケステック イノベーションズ エルエルシー | チタン合金 |
| JP2016017227A (ja) * | 2014-07-10 | 2016-02-01 | ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅＢｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ | 締め具用のチタン合金 |
| CN105803260A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-07-27 | 东莞双瑞钛业有限公司 | 高尔夫球头用的高强度铸造钛合金材料 |
| EP2527478A4 (en) * | 2010-01-20 | 2017-05-24 | Public Stock Company "VSMPO-AVISMA" Corporation | Secondary titanium alloy and method for manufacturing same |
| CN110997957A (zh) * | 2017-07-18 | 2020-04-10 | 卡本特科技公司 | 定制钛合金，ti-64,23+ |
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| JP7485919B2 (ja) | 2020-04-10 | 2024-05-17 | 日本製鉄株式会社 | チタン合金棒材及びその製造方法 |
-
1999
- 1999-11-29 JP JP33757899A patent/JP2001152268A/ja active Pending
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