電力産業におけるチタン合金板の多様な用途

チタン合金板は、その独特の物理的・化学的特性により、沿岸火力発電所や原子力発電所などのさまざまな分野で徐々に大きな利点を発揮し、電力産業に欠かせないキーマテリアルとなっています。

沿岸地域の火力発電所や原子力発電所では、通常、蒸気を凝縮して水にすることが中心的な機能である復水器の冷却水として海水を使用します。従来、コンデンサーはアルミ真鍮管が主流でした。しかし、海水環境の急速な悪化に伴い、硫化水素を含む海水はアルミニウム黄銅管に激しい腐食を引き起こし、漏洩が多発し、発電所の正常な運転に影響を与えるようになりました。

のチタン合金板コンデンサーは優れた耐食性と長寿命が特徴です。チタン合金は耐化学腐食性、電気化学的腐食性に優れており、海水、硫化物、塩化物による腐食や海洋生物、堆積物による点腐食に対しても強い耐性を持っています。同時に、高速海水や局所的な渦によって引き起こされる加速腐食にも耐えることができます。-これは、チタン表面が損傷した保護酸化膜を速やかに修復することができるためです。流速2m/sの砂やダイヤモンドダストを含む海水中でもチタン表面の腐食速度は極めて低いです。したがって、チタン合金製の復水器は海水の流量を増加させて冷却効果を高めることができ、メンテナンスコストとダウンタイムリスクを大幅に削減して発電所の安定運転を確保します。

蒸気タービンのブレード、特に低圧セクションのブレードには、材料の特性に対して非常に高い要件が求められます。-伝統的に、蒸気タービンブレードはマルテンサイト系クロムステンレス鋼で作られていますが、この材料には明らかな欠点があります。鋼は密度が高く、高速で回転する蒸気タービンでは、鋼のブレードは巨大な遠心力に耐える必要があり、機器への負担と故障のリスクが増大します。また、凝縮器からの漏れにより水蒸気中には塩化物や硫化物が混入することが多く、これらの媒体により鋼ブレードの表面に孔食が発生し、ブレードの根元と先端の間やテンションリブに隙間腐食が発生し、亀裂の発生源となることがあります。さらに、Cr13 鋼の疲労性能は理想的ではありません。飽和塩化ナトリウム溶液の腐食環境、特に低い pH 値と酸素を含む溶液では、疲労強度が大幅に低下します。

対照的に、チタン合金プレートは蒸気タービンブレードにとって理想的な選択肢となっています。チタンブレードは軽量であり、同じ回転速度でブレード根元の遠心力を40％低減でき、装置のエネルギー消費と摩耗を大幅に低減します。同時に、チタンブレードは塩分を含む蒸気に対して鋼よりもはるかに優れた耐食性を備えており、孔食や隙間腐食などの問題を効果的に回避します。さらに、チタン合金の疲労性能はステンレス鋼の疲労性能よりも大幅に優れています。空気中での Ti-6A1-4V 合金の疲労強度は、Cr13 鋼の疲労強度よりも約 30% 高くなります。一方、塩化ナトリウム溶液中では、Cr13 鋼の疲労強度は 2/3 - 4/5 減少しますが、チタン合金の疲労性能は基本的に影響を受けません。したがって、腐食条件での疲労性能を考慮すると、チタン合金板は鋼ブレードに代わる重要な材料となり、蒸気タービンの効率と信頼性の向上に貢献しています。

タービン発電機システム全体において、ガード リングは重要なコンポーネントの 1 つです。大型発電機のガード リングには非常に厳しい要件があり、高強度、優れた耐破壊性能、水媒体中での応力腐食割れの影響を受けにくいこと、非磁性であることが求められます。-現在、ガードリングはオーステナイト系のFe{4}}Mn-Cr合金が主流ですが、この合金は応力腐食割れの傾向が強く、高強度を実現する信頼性の点で課題があります。

チタン合金プレートのガードリングは、これらの要件を十分に満たすことができます。比強度は容易に設計基準に達し、非磁性で応力腐食に対して鈍感で、優れた総合性能を備えています。-したがって、ガードリングの製造にはチタン合金板を使用することがより適切な選択です。現在、発電機のガードリング製造の分野では、いくつかの国が大きな進歩を遂げており、この分野でのチタン合金板の幅広い用途の見通しが実証されています。