水垢附着抑制性和成形性优异的钛合金材及其制造方法，以及热交换器或海水蒸发器的制造方法
【专利摘要】本发明的钛合金材，水中所含的碳酸钙为主体的水垢附着抑制性优异，并且在热交换器等的制造时发挥着优异的成形性。本发明的钛合金材含有P：0.005～0.30％(质量％的意味。下同)和Sn：0.01～3.0％，余量是Ti和不可避免的杂质。此外，在含有从Cu、Fe和Ni所构成的群中选择的一种以上的元素时，满足下式(1)即可。Cu+4.9Fe+1.3Ni+0.5Sn≤1.6…(1)。[在式(1)中，Cu、Fe、Ni、Sn表示钛合金材中的各元素的含量(质量％)]。
【专利说明】水垢附着抑制性和成形性优异的钛合金材及其制造方法，以及热交换器或海水蒸发器
【技术领域】
[0001]本发明涉及特别是水垢附着抑制性和成形性优异的钛合金材及其制造方法，涉及以水中所含的碳酸钙为主要成分的水垢的附着抑制性优异，并且例如用于热交换器等的制造时发挥着优异的成形性的钛合金材及其制造方法。
【背景技术】
[0002]在热交换器(例如，板式热交换器)和海水蒸发器(海水淡水化装置)中，大多使用耐腐蚀性高的钛材和钛合金材(以下，由“钛材”代表)。构成此热交换器和海水蒸发器的至少一部分的钛材，与地下水、自来水和海水等的水接触,而在这些水中，微量含有I丐离子(Ca2+)和碳酸氢离子(HCO3-)。若以热交换器和海水蒸发器加热这些水，则如下述反应式所示，可知生成碳酸钙(CaCO3),该碳酸钙为主要成分的水垢(以下，仅称为“水垢”)附着在钛材表面。
[0003]Ca2++2HC03_ — Ca (HCO3) 2 — C02+H20+CaC03
[0004]上述的反应有越是高温越容易进行的倾向。因为由热交换器和海水蒸发器加热的水会被升温至60°C-沸点的高温域，所以上述 水垢容易在钛材表面生成。上述钛材构成热交换器和海水蒸发器的传热部分时，若钛材上大量附着上述水垢，则这些机器的传热性能降低。因此现状是，需要以一个月至一年一次的频率定期地进行附着在钛材表面的水垢的除去作业，有维护成本巨大这样的问题。
[0005]鉴于上述问题，提出有用于高效率地进行用于除水垢维护的除水垢剂(例如，日本?专利第3647843号)。在此技术中，提出含有羟基羧酸、氨基磺酸、硫酸铵作为有效成分的水垢除去剂，显示能够高效率地除去附着在金属材表面的水垢。
[0006]上述现有技术，没有抑制水垢的附着本身，不是能够减少维护频率的技术。另外，在上述热交换器和海水蒸发器的制造中，由于包含加工成复杂的形状的工序，所以对于所使用的钛材还要求其具有优异的成形性。
【发明内容】
[0007]本发明着眼于上述的这样的情况而形成，其目的在于，提供一种以水中所含的碳酸钙为主体的水垢的附着抑制性优异，并且在上述热交换器等的制造时发挥着优异的成形性的钛合金材。本发明的目的还在于，确立一种能够高效率地制造该钛合金材，并在制造工序中使之不产生裂纹的方法。
[0008]能够解决上述课题的本发明的钛合金材，含有P:0.005-0.30质量％和Sn:0.01-3.0质量％，余量是Ti和不可避免的杂质。
[0009]上述钛合金材，也可以按照满足下式(I)的方式，再含有从Cu、Fe和Ni所构成的群中选择的一种以上的元素。
[0010]Cu+4.9Fe+l.3Ν?+0.5Sn ( 1.6...(I)[0011 ][在式(I)中，Cu、Fe、N1、Sn表示钛合金材中的各元素的含量(质量％)。]
[0012]此外,上述钛合金材,优选使Cu含量为0.3质量％以下。
[0013]另外，上述钛合金材，优选平均晶粒直径为ΙΟμπι以上。
[0014]上述钛合金材，例如能够用于热交换器或海水蒸发器。
[0015]在本发明中，也包含上述钛合金材被用于以水或海水作为媒介而使之流通的传热部的热交换器或海水蒸发器。
[0016]本发明的钛合金材，能够将从Sn-P母合金、Cu-P母合金、Fe-P母合金、N1-P母合金和T1-P母合金所构成的群中选择的至少一种而构成的含P化合物作为P源，将其用于原料而制造。
[0017]在本发明中，也包含上述钛合金材的制造方法。该制造方法，是熔化铸造熔炼原料，接着至少进行热加工而制造上述钛合金材的方法，其具有的特征在于，在所述熔炼的工序中，作为所述熔炼原料，与钛一起还熔炼含P化合物。
[0018]另外本发明也包含上述钛合金材的其他的制造方法，该制造方法是熔化和铸造熔炼原料，接着至少进行包含开坯锻造或开坯轧制的热加工而制造上述钛合金材的方法，其具有的特征在于，使所述开坯锻造或开坯轧制的加热温度为890°C以上。
[0019]在上述制造方法中，优选包含如下工序:在所述热加工后，再进行冷轧后，对钛合金材进行热处理直至平均 晶粒直径达到ΙΟμπι以上。
[0020]根据本发明，例如用于热交换器和海水蒸发器等时，以水中所含的碳酸钙为主体的水垢的附着得到抑制，因此能够减少维护频率。另外，因为本发明的钛合金材成形性优异，所以能够良好地成形复杂形状的热交换器等。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是表示使用母合金与附着抑制效果的关系的图。
[0022]图2是表示添加P含量与可锻造温度的关系的图。
【具体实施方式】
[0023]本
【发明者】们首先发现，为了一并提高水中所含的碳酸钙为主体的水垢的附着抑制性(以下，称为“水垢附着抑制性”)，和热交换器等的制造时所需要的优异的成形性这两种特性，使P和Sn在下述范围内即可。
[0024]此外还一并发现，含有上述P时，在使用制造时容易处理的含P化合物(P与其他元素，例如与Cu等的化合物)，如果在该Cu等满足后式(I)的范围内使用上述含P化合物，则能够抑制上述P以外的元素(上述Cu等)对成形性的不良影响，确保优异的成形性。
[0025]以下，对于决定上述P和Sn等的成分范围的理由进行详述。
[0026]〔P:0.005 -0.30 质量％〕
[0027]P具有的效果是，在水(地下水、自来水和海水等)与钛材接触时，从该钛材中向水中溶出微量的P，与后述的Sn —起，阻碍由上述反应式所示的碳酸钙的结晶生长，从而抑制水垢的附着。P在钛中的α相中几乎不固溶，容易作为析出物(Ti3P)存在。因此认为，SP使P含量为微量时，也能够得到水垢附着抑制效果。但是，极低浓度时不能进行定量检测，因此优选为P量的下限为可以进行定量检测的0.005质量％以上。优选为0.010质量％以上，更优选为0.050质量％以上。
[0028]另一方面，若P超过0.30质量％而过剩地含有，则材料中的析出物(Ti3P)过剩，招致成形性的降低。其结果是，难以适用于要求加工成复杂形状的热交换器和海水蒸发器等。因此在本发明中，使P量为0.30质量％以下。优选为0.25质量％以下，更优选为0.20质量％以下，进一步优选为0.15质量％以下。
[0029]〔Sn:0.01 ~3.0 质量％〕
[0030]Sn如上述，在水(地下水、自来水和海水等)与钛材接触时，与P —起从钛材中向水中溶出微量的Sn，由此阻碍碳酸钙的结晶生长，抑制水垢的附着。为了发挥此效果，使Sn量为0.01质量％以上。优选为0.05质量％以上，更优选为0.10质量％以上。
[0031]另外Sn因合金添加造成的延展能力的降低比其他元素小，即使考虑与P联合添加，直至3.0质量％也不会严重损害成形性(延展性)。因此在本发明中，使Sn量的上限为3.0质量％。从确保更高的成形性的观点出发，优选为1.5质量％以下，更优选为1.0质量％以下。
[0032]本发明的钛合金材的基本的成分组成如上所述，余量是Ti和不可避免的杂质。在钛合金材中，由于矿石等的原料和制造方法，一般会含有不可避免的杂质。在工业用纯钛的制造中，一般来说，不可避免的杂质之中的Fe和O的含量，为了强度-延展性平衡的调整，通过选择该Fe和O的含量不同的原料来加以控制。在本发明中，因为不可避免的杂质对发明的效果本身不会造成不良影响，所以也可以通过选择原料来控制Fe和O的含量，调整强度-延展性平衡。表I中显示钛原料(熔炼原料)所含的不可避免的杂质浓度的例子。还有，表I是不可避免的杂质浓度的测量例子，不表示本发明的不可避免的杂质的浓度范围。不可避免的杂质的含量，根据原料的批次会有所偏差。如该表I的例2这样，通过使用Fe量和O量高的钛原料，能够期望强度的提高。另外，如表I的例I这样，通过使用不可避免的杂质浓度得到抑制的纯度高的钛原料，能够期待成形性的进一步提高。
[0033]还有，作为含P化合物而使用P-Fe母合金时，即，积极地添加Fe时，因为超出不可避免的杂质水平的量的Fe包含在钛合金材中，所以当然能够实现强度的提高。
[0034]构成不可避免的杂质的元素，能够以一般的方法进行测量。以表I中的O和N以惰性气体融解法进行测量，C以燃烧红外线吸收法进行测量，其他的元素以ICP发光分光分析法进行测量。
【权利要求】
1.一种钛合金材，其中，含有P:0.005-0.30质量％和Sn:0.01-3.0质量％，余量是Ti和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的钛合金材，其中，还含有从由Cu、Fe和Ni构成的群中选择的一种以上的元素，并且满足下式(1)，
Cu+4.9Fe+l.3Ν?+0.5Sn ( 1.6...(I) 在式(I)中，Cu、Fe、N1、Sn表示钛合金材中的各元素的质量百分比含量。
3.根据权利要求1所述的钛合金材,其中，Cu含量为0.3质量％以下。
4.根据权利要求1所述的钛合金材，其中，所述钛合金材的平均晶粒直径为ΙΟμπι以上。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的钛合金材，其中，被用于热交换器或海水蒸发器。
6.一种将权利要求1-4中任一项所述的钛合金材用于以水或海水为媒介并使之流通的传热部的热交换器或海水蒸发器。
7.—种权利要求1-4中任一项所述的钛合金材的制造方法,其中,将从由Sn-P母合金、Cu-P母合金、Fe-P母合金、N1-P母合金和T1-P母合金构成的群中选择的至少一种所构成的含P化合物作为P源用于原料。
8.—种权利要求1-4中任一项所述的钛合金材的制造方法，是熔炼和铸造熔炼原料，接着至少进行热加工的方法，其中，在所述熔炼的工序中，作为所述熔炼原料，与钛一起熔炼含P化合物。
9.一种权利要求1-4中任一项所述的钛合金材的制造方法，是熔炼和铸造熔炼原料，接着至少进行包括开坯锻造或开坯轧制的热加工的方法，其中，所述开坯锻造或开坯轧制的加热温度为890°C以上。
10.一种权利要求1-4中任一项所述的钛合金材的制造方法，是熔炼和铸造熔炼原料，接着至少进行热加工的方法，其中，包括如下工序:在所述热加工后，再进行冷轧，然后对钛合金材进行热处理直至平均晶粒直径达到ΙΟμπι以上。
【文档编号】C02F1/04GK103451472SQ201310194294
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年5月23日 优先权日:2012年6月4日
【发明者】今野昂, 巽明彦, 柳泽佳寿美, 逸见义男, 大山英人 申请人:株式会社神户制钢所