日本钛合金的应用现状
2007-03-06 00:00 来源： 我的钢铁
一、前言
日本钛产业现状产生缓慢的变化，过去日本加工材生产偏重于纯钛为主，最近几年受到发展中国家的低成本竞争及日本经济开始复苏，开始研发许多新型的钛合金，应用范围不断扩大。
同时，在钛加工材的市场需求上也出现转变，国内市场需求大幅超过于出口量，随着钛应用的扩大，日本钛已成为与人们生活紧密的金属材料。然而价格高是日本钛合金进入民用领域最大的障碍，如何低成本化开发新合金及新技术以成为今后未来的研究发展方向。
二、发展现状
日本钛工业的发展上具备世界的领导地位，尤其在民用钛及钛合金的研究更保持强烈的优势，近年来，随着加工技术不断进步，其钛材的应用领域不断扩大，日本为了加速拓展钛的民用市场，开发一些新型钛合金，如高温钛合金、高强度钛合金、耐蚀钛合金及低成本钛合金。
钛在高尔夫球头应用上，日本神户制钢所研发了一种新型高尔夫球头用钛合金Ti-15Mo-3Al，该反弹系数优于以往产品。高尔夫球杆头用钛合金必须具有耐高尔夫球强烈撞击的强度，同时还必须具有易挠曲的特性。神户制钢所为提高易挠曲特性，改进薄板制造时的热处理条件，开发出相对于该强度具有较高挠度的产品。
另外，由于成形时的热处理会导致打击面性能下降，还开发了无热处理成形技术，与以往高尔夫球杆头产品相比新产品可使球的飞跃距离提高10码左右。住友钛独自开发出β型钛合金SSAT-2041，耐撞击性比以前β型钛合金优，由于重量轻，目前多使用于滑雪仗。日本大同特殊钢开发的新型钛合金(Ti-6Al- 1Fe)并不含有钒，主成份为6%Al及1%Fe，抗拉强度达1,000MPa，延伸率18%，与Ti-6Al-4V相当。由于钒的价格节节上升，为降低成本起见，才会有新合金的开发。新合金将应用于汽车引擎阀门。
新日本制铁公司独自开发低成本钛材料，汽车领域中使用范围最广泛的钛材料为Ti-6Al-4V合金，新日本制铁公司采用Fe代替价格昂贵的V，开发出牵引强度能够达到800-1000Mpa的”Super-TIX”系列材料。Super-TIX具备与世隔绝Ti-6Al-4V合金完全相同的性能，因此，可期待着今后将其使用于连杆、坚固器件、眼镜架等方面。
另外，日本的神户制钢发表了新钛合金材料，开发成功汽车排气管用新型钛合金，此为世界第一个应用例。该材料拥有与纯钛同等级的成形性，但却拥有比纯钛高的高温强度及耐高温氧化性的合金。新开发合金分为机车用的「KSTi-1.5Al」及汽车用的「KSTi-1.2SNEX」两种，前者使用温度约700℃，后者约800℃，而一般纯钛只能用于650℃左右。应用在因高温氧化而无法使用纯钛的汽车消音器上，比不锈钢消音器的重量还轻40%。在医用钛合金上，丰桥技术科学大学教授开发的生物用低弹性高强度β型钛合金Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr，该合金延伸率为20%，强度为600MPa，不含有害成分。目前已经开发用于医学及牙科方面，可有效促进骨损坏的愈合及再生。日本丰田中央研究所成功开发一种新型多功能钛合金，被称为橡胶金属(gum metal)，新合金同时具备一般认为无法达成的低弹性模数及高强度金属特性，比普通金属高2.5%的弹性变形，而且由于不会产生冷加工硬化，可进行断面收缩达99.9%的冷加工木，目前多使用于眼镜的镜架。目前日本也正针对钛表面进行氧化处理以制造光触媒的应用技术开发研究，由于此类光触媒具有除污、除臭、抗菌及空气净化的效果，在业界受到相当大的关注。
三、应用现状日本在钛合金的开发应用方面，仍以民用为主。
从近几年来日本钛加工材内需市场的应用比例来看，化学工业用钛为最大的消费产品，2005年钛金属使用量已高达为3,323公吨，约占日本钛加工材应用市场总量的33%。化工用钛主要是藉低成本化代替其它材料及开发低成本高耐蚀性钛合金以扩大应用。而成长最快的应属于汽车相关零组件，2005年使用量为 1,382公吨，汽车用钛从1999年开始呈大幅攀升趋势，至2005年复合成长率达27.8%。
目前钛合金在汽车的应用主要在于连杆、进排气阀、阀弹簧及避震弹簧等。1995年开始，日本受民用航空兴旺的影响，对于钛材的需求明显上升，2005年钛金属使用量为603公吨，创下历史新高点。体育用品及民用消费品的钛需求市场上，主要以高尔夫球头与眼镜架为应用市场大宗，相较2004年成长9.1%，呈稳定需求成长。日本钛加工材的出口市场方面，主要以电力与板式热交换器为前2大出口加工材，出口量分别为2,390公吨及1,642公吨。有关日本钛加工材生产、消费及出口市场状况，如表一所示。
四、结论近年来日本钛合金的发展应用，除了继续开拓航天工业外，仍以民用领域为主，持续开发新型钛合金，如高温钛合金、高强度钛合金、耐蚀钛合金及低成本钛合金。
为了加速拓展钛的民用市场，日本钛合金未来的研究方向仍朝向新产品应用开发、新技术开发及新合金开发三大方向。日本钛协预测未来钛加工材的需求将增加一倍以上，出口将达25,000公吨，而在新领域的开发应用上，钛协预测将会有5,000公吨，至2009年合计需求将达到30,000公吨。
日本钛产业现状产生缓慢的变化，过去日本加工材生产偏重于纯钛为主，最近几年受到发展中国家的低成本竞争及日本经济开始复苏，开始研发许多新型的钛合金，应用范围不断扩大。
同时，在钛加工材的市场需求上也出现转变，国内市场需求大幅超过于出口量，随着钛应用的扩大，日本钛已成为与人们生活紧密的金属材料。然而价格高是日本钛合金进入民用领域最大的障碍，如何低成本化开发新合金及新技术以成为今后未来的研究发展方向。
二、发展现状
日本钛工业的发展上具备世界的领导地位，尤其在民用钛及钛合金的研究更保持强烈的优势，近年来，随着加工技术不断进步，其钛材的应用领域不断扩大，日本为了加速拓展钛的民用市场，开发一些新型钛合金，如高温钛合金、高强度钛合金、耐蚀钛合金及低成本钛合金。
钛在高尔夫球头应用上，日本神户制钢所研发了一种新型高尔夫球头用钛合金Ti-15Mo-3Al，该反弹系数优于以往产品。高尔夫球杆头用钛合金必须具有耐高尔夫球强烈撞击的强度，同时还必须具有易挠曲的特性。神户制钢所为提高易挠曲特性，改进薄板制造时的热处理条件，开发出相对于该强度具有较高挠度的产品。
另外，由于成形时的热处理会导致打击面性能下降，还开发了无热处理成形技术，与以往高尔夫球杆头产品相比新产品可使球的飞跃距离提高10码左右。住友钛独自开发出β型钛合金SSAT-2041，耐撞击性比以前β型钛合金优，由于重量轻，目前多使用于滑雪仗。日本大同特殊钢开发的新型钛合金(Ti-6Al- 1Fe)并不含有钒，主成份为6%Al及1%Fe，抗拉强度达1,000MPa，延伸率18%，与Ti-6Al-4V相当。由于钒的价格节节上升，为降低成本起见，才会有新合金的开发。新合金将应用于汽车引擎阀门。
新日本制铁公司独自开发低成本钛材料，汽车领域中使用范围最广泛的钛材料为Ti-6Al-4V合金，新日本制铁公司采用Fe代替价格昂贵的V，开发出牵引强度能够达到800-1000Mpa的”Super-TIX”系列材料。Super-TIX具备与世隔绝Ti-6Al-4V合金完全相同的性能，因此，可期待着今后将其使用于连杆、坚固器件、眼镜架等方面。
另外，日本的神户制钢发表了新钛合金材料，开发成功汽车排气管用新型钛合金，此为世界第一个应用例。该材料拥有与纯钛同等级的成形性，但却拥有比纯钛高的高温强度及耐高温氧化性的合金。新开发合金分为机车用的「KSTi-1.5Al」及汽车用的「KSTi-1.2SNEX」两种，前者使用温度约700℃，后者约800℃，而一般纯钛只能用于650℃左右。应用在因高温氧化而无法使用纯钛的汽车消音器上，比不锈钢消音器的重量还轻40%。在医用钛合金上，丰桥技术科学大学教授开发的生物用低弹性高强度β型钛合金Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr，该合金延伸率为20%，强度为600MPa，不含有害成分。目前已经开发用于医学及牙科方面，可有效促进骨损坏的愈合及再生。日本丰田中央研究所成功开发一种新型多功能钛合金，被称为橡胶金属(gum metal)，新合金同时具备一般认为无法达成的低弹性模数及高强度金属特性，比普通金属高2.5%的弹性变形，而且由于不会产生冷加工硬化，可进行断面收缩达99.9%的冷加工木，目前多使用于眼镜的镜架。目前日本也正针对钛表面进行氧化处理以制造光触媒的应用技术开发研究，由于此类光触媒具有除污、除臭、抗菌及空气净化的效果，在业界受到相当大的关注。
三、应用现状日本在钛合金的开发应用方面，仍以民用为主。
从近几年来日本钛加工材内需市场的应用比例来看，化学工业用钛为最大的消费产品，2005年钛金属使用量已高达为3,323公吨，约占日本钛加工材应用市场总量的33%。化工用钛主要是藉低成本化代替其它材料及开发低成本高耐蚀性钛合金以扩大应用。而成长最快的应属于汽车相关零组件，2005年使用量为 1,382公吨，汽车用钛从1999年开始呈大幅攀升趋势，至2005年复合成长率达27.8%。
目前钛合金在汽车的应用主要在于连杆、进排气阀、阀弹簧及避震弹簧等。1995年开始，日本受民用航空兴旺的影响，对于钛材的需求明显上升，2005年钛金属使用量为603公吨，创下历史新高点。体育用品及民用消费品的钛需求市场上，主要以高尔夫球头与眼镜架为应用市场大宗，相较2004年成长9.1%，呈稳定需求成长。日本钛加工材的出口市场方面，主要以电力与板式热交换器为前2大出口加工材，出口量分别为2,390公吨及1,642公吨。有关日本钛加工材生产、消费及出口市场状况，如表一所示。
四、结论近年来日本钛合金的发展应用，除了继续开拓航天工业外，仍以民用领域为主，持续开发新型钛合金，如高温钛合金、高强度钛合金、耐蚀钛合金及低成本钛合金。
为了加速拓展钛的民用市场，日本钛合金未来的研究方向仍朝向新产品应用开发、新技术开发及新合金开发三大方向。日本钛协预测未来钛加工材的需求将增加一倍以上，出口将达25,000公吨，而在新领域的开发应用上，钛协预测将会有5,000公吨，至2009年合计需求将达到30,000公吨。
