1、產業評析專欄 經濟部產業技術資訊服務推廣計劃(Industrial Technology Intelligence Services)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
2、 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 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
3、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
4、 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 可 使 球 的 飛 躍 距 離 提 高 10碼 左 右 。住 友 鈦 獨 自 開 發 出型 鈦 合 金 SSAT-2041，耐 撞 擊 性 比 以 前 型 鈦 合 金 優 ，由 於 重 量 輕 ，目
5、 前 多 使 用 於 滑 雪 仗 。日 本 大 同 特 殊 鋼 開 發 的 新 型 鈦 合 金 (Ti產業評析專欄 經濟部產業技術資訊服務推廣計劃(Industrial Technology Intelligence Services)-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
6、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 。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
7、 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
8、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 彈 性 高 強 度 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
9、 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 關產業評析專欄 經濟部產業技術資訊服務推廣計劃(Industri
10、al Technology Intelligence Services)注 。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
11、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公 噸 ，創 下 歷 史 新 高 點 。體 育 用 品 及 民 用 消 費
12、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
13、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 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
14、計 需 求 將 達 到 30,000公 噸 。產業評析專欄 經濟部產業技術資訊服務推廣計劃(Industrial Technology Intelligence Services)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 16,34
15、3 17,756 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 1,365 1,078 1,008 1,135大 盤 商 1,325 1,135 1
16、,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產業評析專欄 經濟部產業技術資訊服務推廣計劃(Industrial Technology Intelligence Services)資 料 來 源 ：日 本 協 會 /金 屬 中 心 ITIS計 畫 整 理
