[发明专利]含溴离子的环境下耐蚀性优异的钛合金

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金，特别涉及耐蚀性(含溴离子的环境下的耐缝隙腐蚀性和耐酸性等)和经济性优异的钛合金。

背景技术

对于钛而言，利用其轻而硬的特性，将其积极应用于飞行器领域等中。另外，由于钛具有优异的耐蚀性而被广泛用于化学工业设备用材料、火力/原子能发电设备用材料、以及海水淡水化设备材料等用途。

然而，钛可以表现高耐蚀性的环境限于氧化性酸(硝酸)环境、海水等中性氯化物环境，而在高温氯化物环境下的耐缝隙腐蚀性、盐酸等非氧化性酸液中的耐蚀性(以下，除非另有说明，仅将这些耐蚀性总称为“耐蚀性”)不充分。为了解决该问题，提出了钛中含有铂族元素的钛合金(以下，称为“含铂族元素的钛合金”)，并进行了标准化，用于各种用途。

具体而言，在制碱工业领域中，电解中所使用的阳极电极是在100℃以上的高温、含有盐酸的20～30％高浓度的盐水中使用。在该阳极电极中，在可能发生缝隙腐蚀的部位使用了含铂族元素的钛合金。

在Ni精炼工业领域中，反应容器暴露于含有浆料的超过100℃的高温高浓度的硫酸溶液中。作为该反应容器的材料，使用了含铂族元素的钛合金。

在换热器领域中，用于制盐领域的传热管暴露于高温高浓度的盐水中，而用于焚烧炉废气的热交换的传热管暴露于含有氯气、NO_x和SO_x的废气中。这些传热管使用了含铂族元素的钛合金。

在石油化学工业领域中，石油纯化时所使用的脱硫装置的反应容器等暴露于高温硫化氢中。这种反应容器等使用了含铂族元素的钛合金。

另外，研究含铂族元素的钛合金，发挥其优异的耐蚀性，应用于燃料电池用分隔件材料。

属于Ti-0.15Pd合金的Gr.7(“Gr.”(Grade)均基于ASTM标准。以下相同。)是一种被开发成在前述用途中能够获得耐蚀性的钛合金。该钛合金中所含有的Pd可以降低氢超电势，从而将自然电位维持在钝态区域。即，通过因腐蚀由该合金溶出的Pd再次析出、堆积在合金的表面，该合金的氢超电势降低，使自然电位维持在钝态区域，因此该合金表现出优异的耐蚀性。

然而，Gr.7中所含有的Pd价格非常昂贵(例如，根据2012年12月13日日本经济新闻晨刊为1905日元/g)，因此其使用领域受限。

为了解决该问题，如下述专利文献1所公开的那样，提出了使Pd的含有率为0.03～0.1质量％，与Gr.7相比降低，并具有优异的耐缝隙腐蚀性的钛合金(Gr.17)，并实用化。

下述专利文献2中，作为抑制耐蚀性降低并且能够廉价地制造的钛合金，公开了如下的钛合金，其含有总计0.01～0.12质量％的铂族元素中的一种以上，含有总计5质量％以下的Al、Cr、Zr、Nb、Si、Sn和Mn中的一种以上。在开发该钛合金时的用途中，Pd在0.01～0.12质量％的范围内时可以获得充分的耐蚀性。然而，对于近年来要求进一步提高特性的用途而言，特别是Pd的含有率为不足0.05质量％时，耐蚀性变得不充分。另外，在开发时的用途中，进一步降低成本的要求也变得强烈。

然而，根据下述非专利文献1，在Ti-Pd合金中，通过添加Co、Ni或V作为第三元素，虽然提高耐缝隙腐蚀性，但从获得充分的耐缝隙腐蚀性的观点出发，Pd的含有率需要为0.05质量％以上。

关于低成本化，开发了积极应用铂族元素中最廉价的Ru的材料。在下述专利文献3中，公开了添加有0.005～0.2质量％的Ru的钛合金。该文献中，如作为实施例所示的那样，为了获得充分的耐缝隙腐蚀性，需要将该钛合金的Ru添加量设定为0.05质量％以上。

下述专利文献4中，以进一步提高耐蚀性为目的，公开了复合添加Ru和Ni而成的体系的材料。该材料不仅具有耐缝隙腐蚀性，而且在含有硫酸、盐酸等非氧化性酸的环境下具有优异的耐蚀性。在下述专利文献4所示组成范围内的合金，即Ti-0.06Ru-0.5Ni，作为Gr.13而被标准化，作为耐蚀钛合金而被实用化。然而，通过添加Ni，钛合金中析出Ti₂Ni化合物，而由于析出该化合物，该钛合金存在伸长率等加工性比Gr.17差的问题。

除了这些问题以外，在将Ti-Pd合金应用在用于电解的阳极的用途时，在使用廉价的原料(盐水)的情况下，原料中含有溴，而由于该溴(溴离子)有时会发生被认为使用通常的盐水时不会引起的缝隙腐蚀。另外，例如在化工设备等中，也存在发生溴(溴离子)引起的腐蚀的情况。因此，需要一种即使在含溴离子的环境下也显现优异的耐蚀性的钛合金。