バルブ産業におけるチタン合金の応用

チタン合金は、低密度、高強度、耐食性、高温・低温耐性など多くの利点があり、石油、化学工業、海洋環境、生物医学、航空宇宙、自動車産業、船舶などの多くの分野で広く使用されています。 。 鋳造チタン合金は、チタン合金を所望の形状に鋳造することによって得られます。その中で、ZTC4 (Ti-6Al-4V) 合金が最も広く使用されており、安定した加工性能、良好な強度、および破壊靱性 (350 ℃以下) を備えています。

バルブは、さまざまな特殊な環境や特殊な流体媒体のパイプライン輸送システムの主要な制御コンポーネントとして、生産における多くの装置の重要なコンポーネントとなっており、どの産業もバルブなしでは成り立たないと言えます。 分野ごとに環境、温度、媒体の要件が異なるため、バルブ材料の選択は特に重要であり、広く評価されています。 チタン合金および鋳造チタン合金をベースとしたバルブは、優れた耐食性、高温および低温性能、および高強度により、バルブの分野で幅広い用途が期待されています。

アプリケーション

- マリン
海水パイプラインシステムの作業環境は非常に過酷であり、船舶用バルブの性能はパイプラインシステムの安全性と全体のパフォーマンスに直接影響します。 ロシアは 1960 年代にはすでに船舶用チタン合金の研究を開始し、その後船舶用に開発しました。 β チタン合金は、グローブバルブ、チェックバルブ、ボールバルブなどの軍用船舶のパイプラインシステムに広く使用されており、種類も豊富です。そして多数のアプリケーション。 同時に、チタンバルブは民間船舶のパイプラインシステムでも使用されています。 その後の排水試験でも、鋳造チタン合金の使用は、これまで使用されてきた銅合金や鋼などと比較して、構造強度や耐食性などあらゆる面で信頼性が高く、耐用年数が大幅に延長されることが分かりました。当初の 2 ～ 5 年から 2 倍以上に短縮され、多くの人々の注目を集めています。 中国洛陽の中国造船725研究所が特定の船舶モデルに供給した3偏心バタフライバルブは、従来の材料選択と設計スキームを変更し、本体にTi80などの材料を使用し、寿命を延ばしたものです。バルブの耐用年数は 25 年を超え、バルブ製品アプリケーションの信頼性と実用性が向上し、中国での技術的ギャップが埋められました。

- 航空宇宙
鋳造チタン合金は、その優れた耐熱性と強度により、航空宇宙分野でも優れた性能を発揮します。 アメリカン航空が初めてチタン鋳造を試みたのも 1960 年代でした。 研究期間を経て、チタン合金鋳物は 1972 年から正式に航空機に採用されました (ボーイング 757、767、777 など)。 多数の静的構造チタン合金鋳物が使用されているだけでなく、重要なパイプライン システムのバルブ制御などの重要な位置でも使用されています。 一般的に使用されるバルブには、安全弁や逆止弁などがあり、これにより航空機の製造コストが削減され、安全性と信頼性が向上します。 一方、チタン合金は他の合金に比べて密度と重量が比較的小さく、重量が全体の約60％にすぎないため、同じ強度の鋼材であるため、その広範な適用により、航空機は高強度かつ軽量化の方向へ着実に進むことができます。 現在、航空宇宙用バルブは主に空気圧、油圧、燃料、潤滑などの多くの制御システムに使用されており、耐食性や環境温度が高い環境により適しています。 これらは、航空宇宙車両、エンジン、その他の部門の重要なコンポーネントの 1 つです。 従来のバルブは段階的な交換が必要になることが多く、需要に応えられない場合もあります。 同時に、航空宇宙用バルブ市場の急速な拡大に伴い、その優れた性能によりチタン製バルブのシェアも拡大しています。

- 化学工業
ケミカルバルブは一般的に高温、高圧、耐食性、大きな差圧などの過酷な環境で使用されます。 したがって、バルブ化学工業の用途には、適切な材料の選択が非常に重要です。 初期段階では炭素鋼やステンレス鋼などが主に選択されますが、使用後に腐食が発生する場合があり、交換やメンテナンスが必要になります。 チタン合金の鋳造技術が継続的に開発され、その優れた性能が徐々に発見されるにつれて、チタンバルブも人々の目に触れるようになりました。 化学繊維工業における精製テレフタル酸（PTA）の製造装置を例にとると、作動媒体は主に酢酸と強い腐食性を持つ臭化水素酸です。 使用するバルブは玉形弁やボール弁など合わせて8000個近く必要となり、種類も多く数も多くなります。 したがって、チタンバルブは使用の信頼性と安全性を高める良い選択肢となっています。 一般に、尿素の腐食性により、尿素合成塔の出口および入口のバルブは 1 年の耐用年数を満たすことができ、すでに使用要件に達しています。 山西力梁肥料工場、山東省滕州肥料工場、河南嶺宝肥料工場などの企業は、複数の試みを経て、最終的にチタンバルブ高圧逆止弁H72WA-220ROO-50、H43WA-220ROO-50、65、80、および断熱材を選択しました。輸入尿素合成塔向けストップバルブ BJ45WA-25R-100、125 など。耐用年数が 2 年以上で耐食性に優れており [9]、バルブ交換の頻度とコストを削減します。

バルブ市場における鋳造チタン合金の応用は上記の産業に限定されず、他の側面でも良好な発展を遂げています。 たとえば、日本で開発された新しい鋳造チタン合金 Ti-33.5Al-1Nb-0.5Cr-0.5Si は、低密度、高いクリープ強度、優れた耐摩耗性などの多くの利点を備えています。 自動車エンジンの後部排気バルブに使用すると、エンジンの安全性能を向上させ、寿命を延ばすことができます。

- その他の産業
バルブ産業における鋳造チタン合金の用途と比較して、鋳造チタン合金の他の用途はより広範です。 チタンおよびチタン合金は優れた耐食性を備えており、これは石油化学産業などの腐食要件のある産業にとって非常に重要です。 これらの産業では、容積ポンプ、熱交換器、コンプレッサー、反応器などの工業生産を必要とする多くの大型機器に、市場の需要が最も大きい耐食性チタン鋳物が使用されます。 医療の分野では、チタンは重金属を含まない安全で無毒な金属であることが世界的に認められているため、多くの医療補助具や人工装具などが鋳造チタン合金で作られています。 特に歯科医療においては、これまで試行されてきた歯科鋳造品のほとんどが、生体適合性、機械的特性、耐食性に優れた工業用純チタンやTi-6Al-4V合金で作られています。 一方、チタンおよびチタン合金は密度が低く性能が良いという利点から、ゴルフクラブ、ボールヘッド、テニスラケット、バドミントンラケット、釣り具など多くのスポーツ用品に広く使用されています。 これらを使った製品は軽くて品質が保証されており、多くの人に人気があります。 例えば、日本鋼管株式会社が開発した新チタン合金SP-700（N104）は、世界のゴルフ市場でベストセラーとなっているテイラーブランド300シリーズゴルフボールヘッドの表面材として使用されています。 20 世紀後半以来、鋳造チタン合金は、初期の探査から現在の精力的な促進と開発に至るまで、石油化学、航空宇宙、生物医学、自動車産業、スポーツおよびレジャーなどの分野で徐々に工業化と規模を形成してきました。