中{0}}～-高温および低温-環境に適した市販の純チタン グレード
1. 中温-～-シナリオ向けのCPチタングレード
引張強度と疲労強度の保持
クリープ変形に対する耐性 (持続的な荷重下での遅い塑性流動)
微細構造の安定性（相変態や不純物の偏析がない）
耐酸化性 (脆い TiO₂ スケールの形成を最小限に抑える)
1.1 最適なグレードの選択: グレード 2 とグレード 4
1.1.1 グレード 2 とグレード 4 の主な利点
高温下での強度保持: グレード 2 およびグレード 4 の格子間不純物 (酸素と窒素) は、- チタン格子内に安定した固溶体を形成し、200 ～ 300 度での格子軟化に抵抗します。 300度では、グレード4は室温での極限引張強さの~70%を維持します(UTS、室温で~485 MPa、300度で~340 MPa)が、グレード1(低酸素含有量、0.18 wt% O)は室温でのUTSの~55%しか維持しません(室温で~345 MPa、対~190 MPa)。 300度で）。
耐クリープ性: クリープは、高温で持続的な負荷がかかった材料にとって重大な破損モードです。グレード 4 のより高い酸素含有量は格子摩擦を増加させ、転位の動きを遅くし、クリープひずみを減少させます。 350 度、応力 150 MPa では、1000 時間後のグレード 4 のクリープひずみは約 0.2% ですが、同じ条件下でのグレード 1 のクリープひずみは約 0.8% です。
耐酸化性: グレード 2 とグレード 4 は両方とも、200 ～ 400 度で緻密で付着性の TiO2 酸化物層を形成し、さらなる酸素の侵入に対するバリアとして機能します。グレード 4 の不純物含有量がわずかに高いため、酸化物層の完全性は損なわれませんが、超低不純物グレード (グレード 1 など) は格子安定性が低いため、多孔質酸化物を形成する可能性があります。
1.1.2 高温腐食環境用の特殊グレード: グレード 7 (Ti-0.12Pd)
高温での還元性酸 (HCl など) における耐食性を強化します。
高温により促進される局部腐食（孔食や隙間腐食）を防止します。
脆い金属間相を形成することなく、350 度まで微細構造の安定性を維持します。
1.1.3 適用事例
化学処理: グレード 2 は 200 ～ 250 度で動作する熱交換器チューブに使用され、グレード 4 は 300 ～ 400 度の反応容器コンポーネントに使用されます。
航空宇宙用補助システム: グレード 4 は、耐クリープ性と強度保持性により、航空機エンジン ナセル (250 ～ 300 度で作動) の油圧ラインに使用されます。
海水淡水化プラント: グレード 7 は、塩化物腐食や熱疲労に耐えるため、高温ブライン ヒーター (250 ～ 300 度) に使用されます。-
1.2 中気温-〜-で避けるべきグレード
グレード 1: 酸素含有量が非常に低いため、強度保持力が低下し、250 度を超えると耐クリープ性が低下するため、高温での耐荷重コンポーネントには適しません。-
グレード3: 性能はグレード 2 とグレード 4 の中間にありますが、グレード 2 (低コスト) やグレード 4 (高強度) に比べて大きな利点はなく、中温-から-用途での使用は限られています。
2. 低温環境向けの優れた靭性を備えたCPチタングレード-
2.1 最適なグレードの選択: グレード 1 とグレード 2 (極低温ではグレード 1 が推奨されます)
2.1.1 極低温条件におけるグレード 1 の主要な利点
優れた低温延性-: -196 度 (液体窒素温度) では、グレード 1 は室温での伸びの ~80% (室温で 24 ～ 28%、-196 度で . 20 –22%) と面積減少の ~75% (室温で 30 ～ 35%、-196 度での . 25 –28%) を保持します。対照的に、グレード 4 (高酸素含有量) では、-196 度で伸びが 40% 低下します (室温での 15% から -196 度で 9%)。
高い破壊靱性: 破壊靱性 (KIC) は、極低温材料にとって重要な指標です。グレード 1 の KIC は -196 度で約 60 MPa·m¹/² ですが、グレード 4 の KIC は同じ温度で約 35 MPa·m¹/² に低下します。グレード 1 では格子間不純物含有量が低いため、格子歪みが減少し、脆性析出物の形成が排除され、破断前の塑性変形が可能になります。
低温疲労に対する耐性-: -100 度では、グレード 1 の疲労限界 (10⁷ サイクル) は ~170 MPa であり、室温での疲労限界 (~180 MPa) よりわずか 5% 低いだけです。比較すると、グレード 4 では、脆性が増加するため、-100 度での疲労限界が 15% 低下します (室温での 150 MPa から -100 度での 127 MPa)。
2.1.2 高不純物グレード（グレード 3 およびグレード 4）を避けるための理論的根拠-
グレード 3 およびグレード 4 の酸素/窒素含有量が高いと、格子硬度が増加し、低温での転位の移動度が低下し、延性破壊から脆性破壊への移行が生じます。
-100 度以下の温度では、これらのグレードは結晶粒界に局所的な脆性ゾーンを形成する可能性があり、そこに格子間不純物が偏析し、衝撃や繰り返し荷重下で突然の破壊を引き起こします。
2.1.3 適用事例
液化天然ガス (LNG) システム: グレード 1 は、その高い靭性と極低温疲労に対する耐性により、LNG 貯蔵タンクのライナーおよび移送パイプライン (-162 度で動作) に使用されます。
極低温医療機器: グレード 2 は、靭性と適度な強度のバランスをとるために、医療用画像装置 (-80 度から -196 度で動作) の液体窒素/冷凍庫コンポーネントに採用されています。
航空宇宙用極低温燃料システム: グレード 1 は、液体水素燃料ライン (-253 度で動作) に使用され、極度の低温および振動負荷下での脆性破壊を防止します。
