(57)【要約】【課題】  リサイクル材から製造できるチタン合金およびその製造方法を提供する。【解決手段】  Ｔｉと、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅから成る群から選択した１種以上の元素とを含有し、鋳造したままの状態での降伏強さが９３０ＭＰａ（１３５，０００ｐｓｉ）以上、引張強さが１０６８ＭＰａ（１５５，０００ｐｓｉ）以上、伸びが５．０％以上であるチタン合金。Ａｌを望ましくは３．５〜６．２５wt％、更に望ましくは４．５〜６．０wt％、特に望ましくは５．０〜６．０wt％含有する。Ｖを望ましくは３．０〜４．５wt％、更に望ましくは３．３〜４．５wt％、特に望ましくは３．５〜４．５wt％含有する。Ｃｒを望ましくは３．８wt％以下、更に望ましくは１．０〜２．５wt％、特に望ましくは１．２〜２．０wt％含有する。Ｍｎを望ましくは２．０wt％以下、更に望ましくは１．５wt％以下、特に望ましくは０．７５〜１．２５wt％含有する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の組成：
アルミニウム：３．５〜６．２５wt％、
バナジウム  ：３．０〜４．５wt％、
クロム、鉄、マンガンから成る群から選択した１種以上の元素：１．０〜５．０wt％、
チタン      ：残部
から成り、
鋳造したままの状態での降伏強さが９３０ＭＰａ以上である
ことを特徴とするチタン合金。
【請求項２】
請求項１において、鋳造したままの状態での引張強さが１０６８ＭＰａ以上であることを特徴とするチタン合金。
【請求項３】
請求項１において、鋳造したままの状態での伸びが５％以上であることを特徴とするチタン合金。
【請求項４】
請求項１において、クロム含有量が１．０〜２．５wt％であることを特徴とするチタン合金。
【請求項５】
請求項１において、クロム含有量が１．２〜２．０wt％であることを特徴とするチタン合金。
【請求項６】
請求項１において、マンガン含有量が２．０wt％以下であることを特徴とするチタン合金。
【請求項７】
請求項１において、マンガン含有量が０．７５〜１．２５wt％であることを特徴とするチタン合金。
【請求項８】
請求項１において、鉄含有量が１．０wt％以下であることを特徴とするチタン合金。
【請求項９】
請求項１において、アルミニウム含有量が５．０〜６．０wt％であることを特徴とするチタン合金。
【請求項１０】
請求項１において、バナジウム含有量が３．３〜４．５wt％であることを特徴とするチタン合金。
【請求項１１】
請求項１において、クロム、マンガン、鉄の合計含有量が２．０〜３．５wt％であることを特徴とするチタン合金。
【請求項１２】
請求項１において、更に酸素を０．３wt％以下含有することを特徴とするチタン合金。
【請求項１３】
下記の組成：
チタン、および
クロム、マンガン、鉄から成る群から選択した１種以上の元素
から成り、
鋳造したままの状態での降伏強さが９３０ＭＰａ以上であることを特徴とするチタン合金。
【請求項１４】
請求項１３において、更にアルミニウムを含有することを特徴とするチタン合金。
【請求項１５】
請求項１４において、アルミニウム含有量が３．５〜６．２５wt％であることを特徴とするチタン合金。
【請求項１６】
請求項１３において、更にバナジウムを含有することを特徴とするチタン合金。
【請求項１７】
請求項１６において、バナジウム含有量が３．０〜４．５wt％であることを特徴とするチタン合金。
【請求項１８】
請求項１３において、クロム含有量が３．８wt％以下であることを特徴とするチタン合金。
【請求項１９】
請求項１３において、更に酸素を含有することを特徴とするチタン合金。
【請求項２０】
請求項１９において、酸素含有量が０．３wt％以下であることを特徴とするチタン合金。
【請求項２１】
請求項１３において、マンガン含有量が２．０wt％以下であることを特徴とするチタン合金。
【請求項２２】
請求項１３において、マンガン含有量が０．７５〜１．２５wt％であることを特徴とするチタン合金。
【請求項２３】
請求項１３において、クロム含有量が１．０〜２．５wt％であることを特徴とするチタン合金。
【請求項２４】
請求項１３において、鉄含有量が１．０wt％以下であることを特徴とするチタン合金。
【請求項２５】
請求項１３において、クロム、マンガン、鉄の合計含有量が１．０〜５．０wt％であることを特徴とするチタン合金。
【請求項２６】
請求項１３において、クロム、マンガン、鉄の合計含有量が２．０〜３．５wt％であることを特徴とするチタン合金。
【請求項２７】
請求項１３において、鋳造したままの状態での引張強さが１０６８ＭＰａ以上であることを特徴とするチタン合金。
【請求項２８】
請求項１３において、鋳造したままの状態での伸びが５．０％以上であることを特徴とするチタン合金。
【請求項２９】
チタン合金を製造する方法において、
チタン材料に、クロム、マンガン、鉄から成る群から選択した１種以上の元素を配合して、鋳造したままの状態での降伏強さが９３０ＭＰａ以上であるチタン合金を製造することを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２９において、クロム、マンガン、鉄の合計含有量が１．０〜５．０wt％であることを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項２９において、クロム、マンガン、鉄の合計含有量が２．０〜３．５wt％であることを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項２９において、上記チタン合金の酸素含有量が０．３wt％以下であることを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項３２において、上記チタン合金の酸素含有量が０．２wt％より大であることを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項２９において、上記チタン合金のマンガン含有量が２wt％以下であることを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項２９において、上記チタン合金のマンガン含有量が０．７５〜１．２５wt％であることを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項２９において、上記チタン合金のクロム含有量が３．８wt％以下であることを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項２９において、上記チタン合金のクロム含有量が１．０〜２．５wt％であることを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項２９において、上記チタン合金の鉄含有量が１．０wt％以下であることを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項２９において、上記チタン材料がリサイクルチタン材料であることを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項２９において、上記チタン材料がＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ材料であることを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項２９において、上記チタン材料が市販の純チタン材料であることを特徴とする方法。
【請求項４２】
請求項４１において、上記チタン材料にアルミニウムを配合し、上記チタン合金のアルミニウム含有量を３．５〜６．２５wt％とすることを特徴とする方法。
【請求項４３】
請求項４１において、上記チタン材料にバナジウムを配合し、上記チタン合金のバナジウム含有量を３．０〜４．５wt％とすることを特徴とする方法。
【請求項４４】
請求項２９において、上記チタン材料がＴｉ−３Ａｌ−２．５Ｖであることを特徴とする方法。
【請求項４５】
請求項４４において、上記チタン材料に更にアルミニウムを配合し、上記チタン合金のアルミニウム含有量を３．５〜６．２５wt％とすることを特徴とする方法。
【請求項４６】
請求項４４において、上記チタン材料に更にバナジウムを配合し、上記チタン合金のバナジウム含有量を３．０〜４．５wt％とすることを特徴とする方法。
【請求項４７】
請求項２９において、上記チタン材料がスクラップチタン材料であることを特徴とする方法。
【請求項４８】
請求項２９において、上記チタン材料が３．５〜６．２５wt％のアルミニウムを含有していることを特徴とする方法。
【請求項４９】
請求項２９において、上記チタン材料が３．０〜４．５wt％のバナジウムを含有していることを特徴とする方法。
【請求項５０】
請求項２９において、鋳造したままの状態での上記チタン合金の引張強さが１０６８ＭＰａ以上であることを特徴とする方法。
【請求項５１】
請求項２９において、鋳造したままの状態での上記チタン合金の伸びが５．０％以上であることを特徴とする方法。
【請求項５２】
チタン合金の製造方法において、
アルミニウム含有量が３．５〜６．２５wt％、酸素含有量が０．３wt％以下、バナジウム含有量が３．０〜４．５wt％であるチタン材料を用意し、
上記チタン材料に、上記チタン合金のマンガン含有量が０．７５〜２．０wt％、クロム含有量が３．８wt％以下、鉄含有量が１．０wt％以下、かつマンガン、クロム、鉄の合計含有量が１．０〜５．０wt％となるように、マンガン、クロム、鉄を配合することを特徴とする方法。
【請求項５３】
請求項５２において、上記チタン合金のマンガン、クロム、鉄の合計含有量が２．０〜３．５wt％であることを特徴とする方法。
【請求項５４】
請求項５２において、上記チタン合金のクロム含有量が１．０〜２．５wt％であることを特徴とする方法。
【請求項５５】
請求項５２において、鋳造したままの状態での上記チタン合金の降伏強さが９３０ＭＰａ以上であることを特徴とする方法。
【請求項５６】
請求項５２において、鋳造したままの状態での上記チタン合金の引張強さが１０６８ＭＰａ以上であることを特徴とする方法。
【請求項５７】
請求項５２において、鋳造したままの状態での上記チタン合金の伸びが５．０％以上であることを特徴とする方法。
【請求項５８】
下記の組成：
クロム  ：３．８wt％以下、
鉄      ：１．０wt％以下、
マンガン：０．７５〜１．２５wt％、
チタン  ：残部
クロム、鉄、マンガンの合計含有量：１．０〜５．０wt％
から成ることを特徴とするチタン合金。
【請求項５９】
請求項５８において、更に酸素を０．３wt％以下含有することを特徴とするチタン合金。
【請求項６０】
請求項５８において、更にアルミニウムを３．５〜６．２５wt％含有することを特徴とするチタン合金。
【請求項６１】
請求項５８において、更にバナジウムを３．０〜４．５wt％含有することを特徴とするチタン合金。
【請求項６２】
請求項５８において、クロム、マンガン、鉄の合計含有量が２．０〜３．５wt％であることを特徴とするチタン合金。
【請求項６３】
請求項５８において、鋳造したままの状態での降伏強さが９３０ＭＰａ以上であることを特徴とするチタン合金。
【請求項６４】
請求項５８において、鋳造したままの状態での引張強さが１０６８ＭＰａ以上であることを特徴とするチタン合金。
【請求項６５】
請求項５８において、鋳造したままの状態での伸びが５．０％以上であることを特徴とするチタン合金。
【請求項６６】
下記の組成：
アルミニウム：３．５〜６．２５wt％、
バナジウム  ：３．０〜４．５wt％、
鉄          ：１．０wt％以下、
クロム      ：３．８wt％以下
マンガン    ：０．７５〜２．０wt％、
酸素        ：０．３wt％以下、
チタン      ：残部
マンガン、クロム、鉄の合計含有量：１．０〜５．０wt％
から成ることを特徴とするチタン合金。
【請求項６７】
請求項６６において、クロム含有量が１．０〜２．５wt％であることを特徴とするチタン合金。
【請求項６８】
請求項６６において、既存のチタン材料を含むことを特徴とするチタン合金。
【請求項６９】
請求項６８において、上記既存のチタン材料がリサイクルチタン材料であることを特徴とするチタン合金。
【請求項７０】
請求項６６において、マンガン、クロム、鉄の合計含有量が２．０〜３．５wt％であることを特徴とするチタン合金。
【請求項７１】
請求項６６において、鋳造したままの状態での降伏強さが９３０ＭＰａ以上であることを特徴とするチタン合金。
【請求項７２】
請求項６６において、鋳造したままの状態での引張強さが１０６８ＭＰａ以上であることを特徴とするチタン合金。
【請求項７３】
請求項６６において、鋳造したままの状態での伸びが５．０％以上であることを特徴とするチタン合金。
【請求項７４】
下記の組成：
アルミニウム：３．５〜６．２５wt％、
バナジウム  ：３．０〜４．５wt％、
クロム      ：３．８wt％以下、
マンガン    ：２．０wt％以下、
鉄          ：１．０wt％以下、
酸素        ：０．２wt％より大で０．３wt％以下、
チタン      ：残部
クロム、マンガン、鉄の合計含有量：２．０〜３．５wt％
から成ることを特徴とするチタン合金。
【請求項７５】
請求項７４において、アルミニウム含有量が５．０〜６．０wt％であることを特徴とするチタン合金。
【請求項７６】
請求項７４において、バナジウム含有量が３．３〜４．５wt％であることを特徴とするチタン合金。
【請求項７７】
請求項７４において、マンガン含有量が１．５wt％以下であることを特徴とするチタン合金。
【請求項７８】
請求項７４において、マンガン含有量が０．７５〜１．２５wt％であることを特徴とするチタン合金。
【請求項７９】
請求項７４において、クロム含有量が１．０〜２．５wt％であることを特徴とするチタン合金。
【請求項８０】
請求項７４において、鋳造したままの状態での降伏強さが９３０ＭＰａ以上であることを特徴とするチタン合金。
【請求項８１】
請求項７４において、鋳造したままの状態での伸びが５．０％以上であることを特徴とするチタン合金。
【請求項８２】
請求項７４において、鋳造したままの状態での引張強さが１０６８ＭＰａ以上であることを特徴とするチタン合金。
【請求項８３】
請求項７４において、更に窒素を０．０５wt％以下含有することを特徴とするチタン合金。
【請求項８４】
請求項８３において、更に炭素を０．１wt％以下含有することを特徴とするチタン合金。
【請求項８５】
請求項８４において、更に他の元素を、個々の含有量０．１wt％以下、合計含有量０．４wt％以下含有することを特徴とするチタン合金。
【請求項８６】
チタン合金の製造方法において、
チタン材料を用意し、
上記チタン材料に、上記チタン合金のマンガン含有量が０．７５〜１．２５wt％、クロム含有量が３．８wt％以下、鉄含有量が１．０wt％以下、かつクロム、マンガン、鉄の合計含有量が１．０〜５．０wt％となるように、クロム、マンガン、鉄を配合することを特徴とする方法。
【請求項８７】
請求項８６において、上記チタン材料がアルミニウムを上記チタン合金の３．５〜６．２５wt％含有していることを特徴とする方法。
【請求項８８】
請求項８６において、上記チタン材料がバナジウムを上記チタン合金の３．０〜４．５wt％含有していることを特徴とする方法。
【請求項８９】
請求項８６において、上記チタン材料が市販の純チタンであることを特徴とする方法。
【請求項９０】
請求項８９において、上記チタン材料に、上記チタン合金のアルミニウム含有量が３．５〜６．２５wt％となるように、アルミニウムを配合することを特徴とする方法。
【請求項９１】
請求項８９において、上記チタン材料に、上記チタン合金のバナジウム含有量が３．０〜４．５wt％となるように、バナジウムを配合することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チタン合金に関し、詳しくは、リサイクルチタンから製造できる新規なチタン合金およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタン合金は優れた物理的性質および機械的性質を兼備しており、高強度、軽量、高耐食性を必要とする用途に理想的である。しかし、チタン合金は製造費が高いため、用途が非常に限定されている。原材料から使用状態にまでチタンを精製するには多数の処理工程を必要とする。また、非常に反応性が高いため、精製プロセスは注意深い制御を必要とするため、更に製造コストが高くなっている。その結果、チタンの典型的な用途は、軍用車両、航空機用エンジン、航空機構造材料、化学プラント、スポーツ用品に限定されている。
【０００３】
チタンの製造コストを低減するためにリサイクルチタン材料を用いることが望ましい。しかし、リサイクル材料の利用能力には限界がある。従来、大部分の中・高強度チタン合金は、所望の強度と延性を得るために、酸素含有量の上限を典型的には０．２wt％としている。このように酸素含有量の上限が比較的低いため、リサイクルチタン材料を用いることが困難であった。リサイクルの過程で、溶解とその後の冷却中にチタン材料は空気に曝される。その結果、チタン材料はリサイクル毎に酸素や他の侵入型元素を吸収する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上の状況により、新規なチタン合金およびその製造方法に対する要望が生じた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態によれば、チタン合金が提供される。このチタン合金は、チタンと、クロム、マンガン、鉄から成る群から選択した１種以上の元素とを含有し、鋳造したままの状態での降伏強さが９３０ＭＰａ（１３５，０００ｐｓｉ）以上である。
【０００６】
このチタン合金は、アルミニウムを望ましくは３．５〜６．２５wt％、更に望ましくは４．５〜６．０wt％、特に望ましくは５．０〜６．０wt％含有する。望ましい実施形態においては、このチタン合金はバナジウムを３．０〜４．５wt％、更に望ましくは３．３〜４．５wt％、特に望ましくは３．５〜４．５wt％含有する。別の望ましい実施形態によれば、クロム含有量は３．８wt％以下、更に望ましくは１．０〜２．５wt％、特に望ましくは１．２〜２．０wt％である。他の望ましい実施形態においては、マンガン含有量は２．０wt％以下、更に望ましくは１．５wt％以下、特に望ましくは０．７５〜１．２５wt％である。
【０００７】
もう一つの望ましい実施形態においては、このチタン合金は酸素を０．３wt％以下、更に望ましくは０．２９wt％以下、特に望ましくは０．２７wt％以下含有する。更に望ましくは、クロム、マンガン、鉄の合計含有量は１．０〜５．０wt％、更に望ましくは１．０〜４．５wt％、特に望ましくは２．０〜３．５wt％である。
【０００８】
本発明の別の実施形態によれば、チタン合金が提供される。このチタン合金は、アルミニウムを３．５〜６．２５wt％、バナジウムを３．０〜４．５wt％、クロム、鉄、マンガンから成る群から選択した１種以上の元素を１．０〜５．０wt％含有する。残部がチタンであり、望ましくは鋳造したままの状態での降伏強さが９３０ＭＰａ（１３５，０００ｐｓｉ）以上である。
【０００９】
アルミニウム含有量は、更に望ましくは４．５〜６．０wt％、特に望ましくは５．０〜６．０wt％である。バナジウム含有量は、更に望ましくは３．３〜４．５wt％、特に望ましくは３．５〜４．５wt％である。クロム含有量は、望ましくは３．８wt％以下、更に望ましくは１．０〜２．５wt％、特に望ましくは１．２〜２．０wt％である。マンガン含有量は、望ましくは２．０wt％以下、更に望ましくは１．５wt％以下、特に望ましくは０．７５〜１．２５wt％である。鉄含有量は、望ましくは１．０wt％以下である。酸素含有量は、望ましくは０．３wt％以下、更に望ましくは０．２９wt％以下、特に望ましくは０．２７wt％以下である。このチタン合金は、望ましくは、引張強さが１０６８ＭＰａ（１５５，０００ｐｓｉ）以上、伸びが５．０％以上である。
【００１０】
本発明の更に別の実施形態によれば、チタン合金が提供され、このチタン合金は、クロムを３．８wt％以下、鉄を１．０wt％以下、マンガンを０．７５〜１．２５wt％含有し、クロム、鉄、マンガンの合計含有量が１．０〜５．０wt％である。残部がチタンである。
【００１１】
本発明の更にもう一つの実施形態によれば、チタン合金が提供され、このチタン合金は、アルミニウムを３．５〜６．２５wt％、バナジウムを３．０〜４．５wt％、クロムを３．８wt％以下、マンガンを２．０wt％以下、鉄を１．０wt％以下、酸素を０．２〜０．３wt％含有し、クロム、マンガン、鉄の合計含有量が２．０〜３．５wt％である。
【００１２】
本発明の更に別の実施形態によれば、チタン合金の製造方法が提供される。この方法は、チタン材料に、クロム、マンガン、鉄から成る群から選択した１種以上の元素を配合し、鋳造したままの状態でのチタン合金の降伏強さを９３０ＭＰａ（１３５，０００ｐｓｉ）以上とする。望ましい実施形態においては、チタン合金のクロム、マンガン、鉄の合計含有量が１．０〜５．０wt％である。別の望ましい実施形態においては、チタン合金のクロム、マンガン、鉄の合計含有量が２．０〜３．５wt％である。
【００１３】
望ましくは、このチタン合金は酸素含有量が０．３wt％以下である。更に望ましくはチタン合金の酸素含有量は０．２wt％より大である。別の望ましい実施形態においては、チタン合金のマンガン含有量が０．７５〜１．２５wt％である。更に別の望ましい実施形態においては、チタン合金のクロム含有量が３．８wt％以下である。他の望ましい実施形態においては、チタン合金の鉄含有量が１．０wt％以下である。
【００１４】
望ましい実施形態においては、チタン材料はリサイクルチタン材料である。他の望ましい実施形態においては、チタン材料はＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ材である。更に別の望ましい実施形態においては、チタン材料は市販の純チタン材料である。もう一つの望ましい実施形態においては、チタン材料はＴｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ材である。
【００１５】
本発明のもう一つの実施形態によれば、チタン合金の製造方法が提供され、この製造方法は、チタン材料を用意し、このチタン材料に、チタン合金のマンガン含有量が０．７５〜１．２５wt％になるようにマンガンを、チタン合金のクロム含有量が３．８wt％以下になるようにクロムを、チタン合金の鉄含有量が１．０wt％以下になるように鉄を、それぞれ配合し、チタン合金のクロム、マンガン、鉄の合計含有量が１．０〜５．０wt％となるようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、市販チタン合金のリサイクル材から製造できるチタン合金を提供する。表１に示すように、市販のチタン合金は望ましい強度と延性を確保するために、酸素含有量が典型的には０．２wt％以下に限定されている。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
当業者に知られているように、ほぼ８８０℃未満の低温では、チタンは最密六方晶のいわゆるα相である。８８０℃以上の高温では、チタンは体心立方晶のいわゆるβ相である。β共析相安定化元素を少なくとも１種、望ましくはクロム、鉄、マンガンから成る群から選択した元素を少なくとも１種添加することにより、本発明のチタン合金の許容酸素量が高まり、より多くのリサイクル材料を製造素材として利用できるようになることを見出した。本発明のチタン合金は、望ましくは降伏強さが９３０ＭＰａ（１３５，０００ｐｓｉ）以上、引張強さが１０６８ＭＰａ（１５５，０００ｐｓｉ）以上、伸びが５％以上である。
【００１９】
本発明のチタン合金を製造する基本素材として、Ｔｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ合金、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金、市販の純チタンが望ましい。本明細書中で用いる用語「市販の純チタン」は組成の９８wt％以上がチタンであるチタン材料を指す。Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金および市販の純チタンは、電極、スクラップ、板材など種々の形態で豊富にあり、容易にリサイクルできる。
【００２０】
本発明の第１の望ましい実施形態を以下に説明する。この実施形態においては、チタン合金は望ましくは３．５〜６．２５wt％のアルミニウムを含有している。アルミニウム含有量は、更に望ましくは４．５〜６．０wt％、特に望ましくは５．０〜６．０wt％である。アルミニウムはα相安定化元素であり、チタン合金の強度を高める。当業者に知られているように、ローゼンバーグ(Rosenberg's)の実験式によると、良好な延性、強度、組織安定性を兼備する合金を作成するのに用いることができる諸合金元素間の関係が記述されている。この関係式は特に、アルミニウム等量を最大限にした高温チタン合金の開発に用いられる。ローゼンバーグの関係式は下記のとおりである。
【００２１】
Ａｌ＋１／３Ｓｎ＋１／６Ｚｒ＋１０酸素≦９
この関係によれば、チタン合金は錫およびジルコニウムを含有しないほうが望ましい。特に、アルミニウム含有量は６．０wt％を超えないことが望ましい。それは、錫とジルコニウムが不在の場合には、酸素レベルの上限が０．３wt％まではローゼンバーグの関係式が満たされるからである。
【００２２】
この実施形態においては、チタン合金は望ましくはバナジウムを３．０〜４．５wt％含有する。バナジウムはβ同形安定化元素であり、チタン合金の強度を高めるために用いる。アルミニウムとバナジウムの比はチタン合金の相バランスに大きな影響があるので、析出強化によりα−βチタン合金および準安定βチタン合金の機械的性質を最適化できるレベルに維持することが望ましい。
【００２３】
チタン合金は望ましくは、β共析相安定化元素として、クロム、鉄、マンガンから成る群から選択した少なくとも１種の元素を含有する。クロム、鉄、マンガンの合計含有量は１．０〜５．０wt％の範囲内であることが望ましい。更に望ましくは１．０〜４．５wt％、特に望ましくは２．０〜３．５wt％の範囲内である。
【００２４】
クロム含有量は、望ましくは３．８wt％以下、更に望ましくは１．０〜２．５wt％、特に望ましくは１．２〜２．０wt％である。
【００２５】
この実施形態によれば、望ましい鉄含有量は１．０wt％以下である。望ましいマンガン含有量は２．０wt％以下である。マンガン含有量は更に望ましくは１．５wt％以下、特に望ましくは０．７５〜１．２５wt％である。これらのレベルでマンガンを添加することにより強度が高まることを見出した。
【００２６】
クロム、鉄、マンガンは効果的なβ共析相安定化元素である。これらの元素は、強度を高め、延性と熱処理に対する応答性とを制御するために用いる。これらは容易に溶解でき、元素として添加できる。その結果、これらは処理が比較的低廉である。これら３元素はいずれもβ共析相安定化元素であるが、リサイクルチタン材料から強度と延性の優れた合金を得るためにはこれらの元素を組み合わせることが特に望ましいことを見出した。
【００２７】
既に説明したように、前記のβ析出相安定化元素を添加したことで、本発明のチタン合金は優れた延性を維持しつつ許容酸素レベルを高めることができる。この実施形態によれば、酸素含有量の上限は０．３wt％である。酸素含有量の上限は０．２９wt％であることが更に望ましく、０．２７wt％であることが特に望ましい。このようなレベルまでチタン合金の酸素含有量を許容できるので、より多くのリサイクルチタン材料を製造素材として用いることができる。更に、酸素レベルが高まったことで延性が高まる。
【００２８】
この実施形態によれば、他の元素が存在してもよい。望ましくは、チタン合金の窒素レベルは０．０５wt％以下である。窒素レベルは更に望ましくは０．０４wt％以下、特に望ましくは０．０３５wt％以下である。チタン合金の炭素レベルは望ましくは０．１wt％以下、更に望ましくは０．０５wt％以下、特に望ましくは０．０３wt％以下である。
【００２９】
水素レベルは１５０ｐｐｍ以下に維持することが望ましい。水素レベルは特に望ましくは１２５ｐｐｍ以下である。上記以外の元素が存在する場合、各々０．１wt％以下、合計０．４wt％以下であることが望ましい。表２に、本発明のこの実施形態において用いる成分の望ましい範囲、更に望ましい範囲、特に望ましい範囲を一覧して示す。
【００３０】
【表２】
2006070362.tif 000003
【００３１】
この実施形態により製造した合金は望ましくは、鋳造したままの状態での降伏強さが９３０ＭＰａ（１３５，０００ｐｓｉ）以上である。同じく望ましくは、引張強さが１０６８ＭＰａ（１５５，０００ｐｓｉ）以上、伸びが５．０％以上である。本明細書中で用いる用語「鋳造したままの状態」は、鋳造したが、まだ熱処理、焼鈍、成形、その他の熱的・機械的な処理は施していない状態を指す。これらの処理を施した熱間加工製品は、降伏強さ、引張強さ、伸びが更に向上すると考えられる。
【００３２】
以下に、本発明によりチタン合金を製造する方法の一実施形態を説明する。この実施形態によれば、既存の市販純チタン材料で望ましくはリサイクル材またはスクラップ材を用意する。この実施形態においては、グレード１の市販純チタンで記号ＵＮＳ（Unified Nubering System）Ｒ５０２５０のものを用いる。Ｒ５０２５０はチタン以外の成分として、０．２０wt％の鉄および０．１８wt％の酸素を含有している。ただし、リサイクル材の酸素レベルはＲ５０２５０の酸素レベルより高くなっている。
【００３３】
この実施形態によれば、Ｒ５０２５０材料を溶解し、これにアルミニウム／バナジウムのマスター合金を配合する。望ましくは、Ａｌ／Ｖマスター合金中のＡｌ含有量は、チタン合金のアルミニウム含有量が３．５〜６．２５wt％となるように選定する。Ａｌ／Ｖマスター合金中のＶ含有量は望ましくは、チタン合金のバナジウム含有量が３．０〜４．５wt％となるように選定する。クロム、鉄、マンガンから成る群から選択したβ共析相安定化元素を少なくとも１種添加する際に、チタン合金中のその合計含有量が１．０〜５．０wt％の範囲内になるように添加する。チタン合金のクロム含有量は望ましくは３．８wt％以下であり、チタン合金のマンガン含有量は望ましくは２．０wt％以下である。チタン合金の鉄含有量は望ましくは１．０wt％以下である。チタン合金の酸素含有量は望ましくは０．３wt％以下である。酸素レベルは望ましくは、適切な低酸素量のスクラップチタンまたはスポンジチタンを選定することにより制御する。炭素、水素、窒素、その他の不純物が存在する場合には、表１の「望ましい範囲」以内に維持することが望ましい。チタン合金中のこれら元素のレベルは、これら元素の含有量が適切に少ないリサイクルチタン材料を選定することにより制御することが望ましい。
【００３４】
更に望ましくは、アルミニウム、バナジウム、クロム、マンガン、鉄の添加量を、表２の「更に望ましい範囲」の欄の含有量となるような添加量とし、酸素、窒素、水素、炭素、その他の不純物のレベルを、同表の「更に望ましい範囲」の欄のレベルとなるようようなレベルとする。特に望ましくは、この実施形態により製造したチタン合金は、表２の「特に望ましい範囲」の各元素含有量とする。望ましくは、この実施形態により製造したチタン合金は、降伏強さが９３０ＭＰａ（１３５，０００ｐｓｉ）以上、引張強さが１０６８ＭＰａ（１５５，０００ｐｓｉ）以上、伸びが５．０％以上である。
【００３５】
本発明の他の実施形態によれば、既存のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ材からチタン合金を製造する方法が提供される。このＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ材は望ましくはリサイクル材またはスクラップ材である。市販のＴｉ−６Ａｌ−４ＶはＡｌを５．５〜６．７５wt％、Ｖを３．５〜４．５wt％、鉄を０．３wt％以下、酸素を０．２wt％以下含有している。しかし、リサイクル材を用いた場合は、酸素含有量が典型的には０．２wt％を超えている。この実施形態によれば、Ｔｉ−６Ａｌ−４ＶのＡｌ含有量は望ましくは６．０wt％以下である。
【００３６】
クロム、マンガン、鉄から成る群から選択した１種以上のβ共析相安定化元素をＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ材に配合し、クロム、マンガン、鉄の合計含有量が表２の「望ましい範囲」内になるようにする。更に望ましくは表２の「更に望ましい範囲」内とし、特に望ましくは表２の「特に望ましい範囲」内とする。酸素、炭素、水素、窒素、その他の不純物も、表２に示した範囲内とすることが望ましい。この実施形態により製造したチタン合金は望ましくは、降伏強さが９３０ＭＰａ（１３５，０００ｐｓｉ）以上、引張強さが１０６８ＭＰａ（１５５，０００ｐｓｉ）以上、伸びが５．０％以上である。
【００３７】
本発明の他の実施形態によれば、既存のＴｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ合金からチタン合金を製造する方法が提供される。上記既存合金は望ましくはリサイクル材である。この実施形態によれば、アルミニウム、バナジウムをＴｉ−３Ａｌ−２．５Ｖ合金のリサイクル材に配合して、製品チタン合金のアルミニウム含有量が３．５〜６．２５wt％、バナジウム含有量が３．０〜４．５wt％となるようにする。クロム、マンガン、鉄から成る群から選択した１種以上のβ共析相安定化元素を添加し、チタン合金中のこれら元素の合計含有量１．０〜５．０wt％となるようにする。望ましくは、チタン合金の酸素含有量は０．３wt％以下である。上記以外の元素の含有量について、望ましい範囲、更に望ましい範囲、特に望ましい範囲は表２に示した値を用いることができる。
【実施例】
【００３８】
以下に本発明により製造したチタン合金の実施例を参照して本発明を更に詳細に説明する。
【００３９】
全サンプルについて、８９９℃（１６５０°Ｆ）、１０３±３ＭＰａ（１５，０００±５００ｐｓｉ）、２時間のＨＩＰ処理（hot isostatically pressing）を施した後、４８２℃（９００°Ｆ）〜５９３℃（１１００°Ｆ）、４〜１２時間の時効処理を施した。
【００４０】
【表３】
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【００４１】
表３のデータが示すように、いずれの合金も酸素レベルは従来の上限値０．２wt％を超えているにもかかわらず、鋳造したままの状態で、降伏強さが９３０ＭＰａ（１３５，０００ｐｓｉ）以上、引張強さが１０６８ＭＰａ（１５５，０００ｐｓｉ）以上、伸びが５％以上であった。更に、強度と延性が熱処理によって更に向上している。
【００４２】
表４に、表３中の合金の降伏強さ、引張強さ、伸びを幾つかの市販合金と比較して示す。
【００４３】
【表４】
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【００４４】
表４に示したように、本発明の前述の実施形態により製造したサンプルは、降伏強さおよび引張強さが新品のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金およびＴｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−２Ｍｏ−２Ｚｒ−２Ｃｒ合金と同等以上でありながら、酸素レベルがかなり高い（表１、表３を参照）。本発明の合金は、このように許容酸素量が増大した結果、許容酸素量の低い合金に比べてより多くのリサイクル材料を用いて製造することが可能になった。
【００４５】
以上説明した実施例は本発明の単なる実験例である。当業者は本発明の範囲を逸脱することなく種々の用途に適用し、上記実施例を種々に改変することができる。本発明は特許請求の範囲の記載によってのみ限定される。