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1、產業評析專欄 日本鈦合金的應用現狀 金屬中心產業資訊組 侯貫智 一、前言 日本鈦產業現狀產生緩慢的變化，過去日本加工材生產偏重於純鈦為主，最近幾年受到發展中國家的低成本競爭及日本經濟開始復甦，開始研發許多新型的鈦合金，應用範圍不斷擴大。同時，在鈦加工材的市場需求上也出現轉變，國內市場需求大幅超過於出口量，隨著鈦應用的擴大，日本鈦已成為與人們生活緊密的金屬材料。然而價格高是日本鈦合金進入民用領域最大的障礙，如何低成本化開發新合金及新技術以成為今後未來的研究發展方向。 二、發展現狀 日本鈦工業的發展上具備世界的領導地位，尤其
2、在民用鈦及鈦合金的研究更保持強烈的優勢，近年來，隨著加工技術不斷進步，其鈦材的應用領域不斷擴大，日本為了加速拓展鈦的民用市場，開發一些新型鈦合金，如高溫鈦合金、高強度鈦合金、耐蝕鈦合金及低成本鈦合金。 鈦在高爾夫球頭應用上，日本神戶製鋼所研發了一種新型高爾夫球頭用鈦合金Ti-15Mo-3Al，該反彈係數優於以往產品。高爾夫球桿頭用鈦合金必須具有耐高爾夫球強烈撞擊的強度，同時還必須具有易撓曲的特性。神戶製鋼所為提高易撓曲特性，改進薄板製造時的熱處理條件，開發出相對於該強度具有較高撓度的產品。另外，由於成形時的熱處理會導致打擊面性能下降，還開發了無熱處理成形技術，與以往高爾夫球桿頭產品相比新產品
3、可使球的飛躍距離提高10碼左右。住友鈦獨自開發出β型鈦合金SSAT-2041，耐撞擊性比以前β型鈦合金優，由於重量輕，目前多使用於滑雪仗。 日本大同特殊鋼開發的新型鈦合金(Ti-6Al-1Fe)並不含有釩，主成份為6%Al及1%Fe，抗拉強度達1,000MPa，延伸率18%，與Ti-6Al-4V相當。由於釩的價格節節上升，為降低成本起見，才會有新合金的開發。新合金將應用於汽車引擎閥門。新日本製鐵公司獨自開發低成本鈦材料，汽車領域中使用範圍最廣泛的鈦材料為Ti-6Al-4V合金，新日本製鐵公司採用Fe代替價格昂貴的V，開發出牽引強度能夠達到800-1000Mpa的”Super-TIX”系列材料
4、Super-TIX具備與世隔絕Ti-6Al-4V合金完全相同的性能，因此，可期待著今後將其使用於連杆、堅固器件、眼鏡架等方面。 另外，日本的神戶製鋼發表了新鈦合金材料，開發成功汽車排氣管用新型鈦合金，此為世界第一個應用例。該材料擁有與純鈦同等級的成形性，但卻擁有比純鈦高的高溫強度及耐高溫氧化性的合金。新開發合金分為機車用的「KSTi-1.5Al」及汽車用的「KSTi-1.2SNEX」兩種，前者使用溫度約700℃，後者約800℃，而一般純鈦只能用於650℃左右。應用在因高溫氧化而無法使用純鈦的汽車消音器上，比不鏽鋼消音器的重量還輕40%。 在醫用鈦合金上，豐橋技術科學大學教授開發的生物用低
5、彈性高強度β型鈦合金Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr，該合金延伸率為20%，強度為600MPa，不含有害成分。目前已經開發用於醫學及牙科方面，可有效促進骨損壞的癒合及再生。 日本豐田中央研究所成功開發一種新型多功能鈦合金，被稱為橡膠金屬(gum metal)，新合金同時具備一般認為無法達成的低彈性模數及高強度金屬特性，比普通金屬高2.5%的彈性變形，而且由於不會產生冷加工硬化，可進行斷面收縮達99.9%的冷加工木，目前多使用於眼鏡的鏡架。 目前日本也正針對鈦表面進行氧化處理以製造光觸媒的應用技術開發研究，由於此類光觸媒具有除污、除臭、抗菌及空氣淨化的效果，在業界受到相當大的關注。
6、 三、應用現狀 日本在鈦合金的開發應用方面，仍以民用為主。從近幾年來日本鈦加工材內需市場的應用比例來看，化學工業用鈦為最大的消費產品，2005年鈦金屬使用量已高達為3,323公噸，約佔日本鈦加工材應用市場總量的33%。化工用鈦主要是藉低成本化代替其他材料及開發低成本高耐蝕性鈦合金以擴大應用。而成長最快的應屬於汽車相關零組件，2005年使用量為1,382公噸，汽車用鈦從1999年開始呈大幅攀升趨勢，至2005年複合成長率達27.8%。目前鈦合金在汽車的應用主要在於連桿、進排氣閥、閥彈簧及避震彈簧等。1995年開始，日本受民用航空興旺的影響，對於鈦材的需求明顯上升，2005年鈦金屬使用量為603
7、公噸，創下歷史新高點。體育用品及民用消費品的鈦需求市場上，主要以高爾夫球頭與眼鏡架為應用市場大宗，相較2004年成長9.1%，呈穩定需求成長。日本鈦加工材的出口市場方面，主要以電力與板式熱交換器為前2大出口加工材，出口量分別為2,390公噸及1,642公噸。有關日本鈦加工材生產、消費及出口市場狀況，如表一所示。 四、結論 近年來日本鈦合金的發展應用，除了繼續開拓航太工業外，仍以民用領域為主，持續開發新型鈦合金，如高溫鈦合金、高強度鈦合金、耐蝕鈦合金及低成本鈦合金。為了加速拓展鈦的民用市場，日本鈦合金未來的研究方向仍朝向新產品應用開發、新技術開發及新合金開發三大方向。日本鈦協預測未來鈦加工材
8、的需求將增加一倍以上，出口將達25,000公噸，而在新領域的開發應用上，鈦協預測將會有5,000公噸，至2009年合計需求將達到30,000公噸。 表一 日本鈦加工材生產、消費及出口市場狀況 單位:公噸 項目 2001 2002 2003 2004 2005 海綿鈦產量 25,107 22,652 18,617 26,233 30,549 國內消費量 14,328 16,801 12,908 18,013 21,346 出口 10,779 5,851 5,709 8,220 9,203 鈦錠產量 16,343 1
9、7,756 13,624 18,622 20,925 加工材 14,434 14,481 13,838 17,387 18,147 用途別/內需 化學工業 2,043 2,199 2,006 2,910 3,323 電力/造水 805 886 601 806 891 航太 554 447 491 409 603 汽車 499 571 767 1,098 1,382 船舶/海洋 153 194 149 145 280 建築/土木 72 43 166 36 26 民生品 1,369
10、 1,365 1,078 1,008 1,135 大盤商 1,325 1,135 1,257 1,733 2,011 其他 487 416 297 428 435 小計 7,307 7,256 6,812 8,573 10,086 用途別/出口 化學工業 1,007 982 1,059 1,113 645 電力 1,882 2,337 1,853 2,348 2,390 造水 247 352 116 557 289 電解 392 202 284 522 441 板式熱交換器 2,183 1,803 1,754 1,822 1,642 其他 1,416 1,549 1,960 2,452 2,654 小計 7,127 7,225 7,026 8,814 8,061 合計 14,434 14,481 13,838 17,387 18,147 資料來源：日本チタン協會/金屬中心ITIS計畫整理 經濟部產業技術資訊服務推廣計劃 (Industrial Technology Intelligence Services) -4
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