チタン合金のグレードはいくつあるのか。文献にはその数が示されている：100以上である。そのうち、40～50が実際に産業で使用されており、一般的に使用されているのはほんの十数種にすぎない。これほど多くの合金があると、グレードの名称を暗記するだけでは到底理解できない。そこで冶金学者たちは最も根本的なことを行った——微細組織によってそれらを分類したのである。

ここでいう「ミクロ組織」とは、チタン合金が室温で実際にどの結晶構造が支配的であるかを指す。最密六方晶のα相、体心立方晶のβ相、あるいはその両方の混合である。この分類を軽視してはならない——室温でのミクロ組織が、その合金が溶接しやすいか、冷間成形できるか、高温に耐えるか、そして強度をどこまで高められるかを基本的に決定する。ミクロ組織はチタンの生まれ持った性格と言えるだろう。

今日はチタン合金の四つの系統——α、near-α、α+β、β——を一気に整理します。中国の国家標準では、それぞれ接頭辞TA、TC、TBが使われます（工業用純チタンとα型はTA、α+β型はTC、β型はTB）。その後に登録番号が続き、例えばTA7、TC4、TB2のようになります。

少し時間を取って、以前に扱った基本的な論理を思い出してください。チタンは882 °Cで同素変態を起こします。高温では体心立方構造のβ相であり、低温では最密六方構造のα相です。合金元素を添加すると、これら二つの相の勢力範囲が変化します：

• α安定化元素（アルミニウム、酸素、窒素など）はαを拡大する

相場を形成し、室温での微細組織を主にαとする。

•      β安定化元素（モリブデン、バナジウム、ニオブ、鉄、

クロムなど）

β相領域を拡大；十分に添加すればβ相を保持できる

室温でも；

•     両方を添加し、β相が10%～50%を占めると、

α+β二相合金。

したがって、室温でのβ相含有量が低い順から高い順に並べると、チタン合金は自然に4つの系統に分類される：α（ほぼ完全にα）→ near-α（βは10%以下）→ α+β（βは10%～50%）→ β（室温で完全にβ）。この系列は本質的に、モリブデン当量が低い順から高い順に増加する系列である。

そしてα相とβ相の性質は雲泥の差がある：α相は稠密六方格子ですべり系が少なく、高い強度、耐高温性、耐食性、良好な溶接性をもたらすが、冷間成形は困難である。β相は体心立方格子ですべり系が多く、軟らかく靭性があり、冷間成形が容易で、熱処理によって大幅に強化できる。どちらの相が支配的であっても、合金はその性質に従う。

αチタン合金は主にα安定化元素を含み、安定な室温状態では本質的に100%α相である。代表的なものは工業用純チタン（TA0、TA1、TA2、TA3）とTA7（Ti-5Al-2.5Sn）である。

この系統の特徴キーワード：耐食性、溶接性良好、熱間加工性良好 — しかし熱処理による強化は不可、強度は比較的低く、冷間成形性は中程度に過ぎない。

微細組織が均一な組成の単相αであり、相変態に伴う複雑さが一切ないため、α合金はチタン合金の中で最も優れた溶接性能を有する——溶接継手の強度係数は100%に近づくことができる。まさに単相であるがゆえに相変態を通じて強化することができず、その強度は主に侵入型元素（酸素、窒素）およびアルミニウムとスズの固溶強化に由来するため、その上限は高くない。

文献は、α合金が主に化学、石油化学、プロセス産業で使用され、そこでは強度ではなく耐食性と変形能が第一の考慮事項であると特に指摘している。したがって、工業用純チタン（TA0～TA3）が第一の選択肢であり、パラジウム含有TA9（Ti-0.2Pd）やモリブデンとニッケルを少量添加したTA10（Ti-0.3Mo-0.8Ni）などの耐食性強化版も同様である。これらは熱塩酸、硫酸、その他の強還元性酸に対する特効薬であり、反応器、熱交換器、配管、ソーダ設備の主要材料である。

一言で言えば、α学派は単純な強度を追求するのではなく、「決して錆びず、健全に溶接でき、生涯安定して性能を発揮する」ことを追求する。

ニアαチタン合金はα基に少量のβ安定化元素を添加する。焼鈍組織ではβ相または金属間化合物は一般に10%を超えない。この10%未満のβを軽視してはならない。これにより合金はα学派の耐高温性と溶接性を保持しつつ、高温強度と耐クリープ性を一段階向上させることができる。

この学派はほぼ完全に航空エンジンの高温部のために存在する。文献では3つの代表例が挙げられている。

–      TA11（Ti-8Al-1Mo-1V）：米国で開発され、高温用途を目的としています。しかし、アルミニウム含有量が8%と高く、高温塩応力腐食の問題を引き起こします — 高温の塩含有環境で割れが発生しやすいです。

高温用途を目的としています。しかし、そのアルミニウム含有量は8%と高く、高温塩応力腐食の問題を引き起こします — 高温の塩含有環境で割れが発生しやすいです。

高温塩応力腐食の問題を引き起こします — 高温の塩含有環境で割れが発生しやすいです。

高温の塩含有環境で割れが発生しやすいです。

–      TA15（Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr）：これはロシアのBT20合金です。TA11と「類似合金」ですが、アルミニウムを巧みに減らし、ジルコニウムを添加することで、耐熱性を維持しながら高温塩応力腐食挙動を改善しています。長期使用のための古典的な高温チタン合金です。

合金です。TA11と「類似合金」ですが、アルミニウムを巧みに減らし、ジルコニウムを添加することで、耐熱性を維持しながら高温塩応力腐食挙動を改善しています。長期使用のための古典的な高温チタン合金です。

ジルコニウムを添加することで、耐熱性を維持しながら高温塩応力腐食挙動を改善しています。長期使用のための古典的な高温チタン合金です。

挙動を改善しています。長期使用のための古典的な高温チタン合金です。

約500℃で、航空機の機体やエンジンに広く使用されている

荷重支持部品。

–      TA13（Ti-2.5Cu）：英国のIMI230合金で、

「α＋化合物」型に属し、Ti₂Cu析出によって強化される — 熱処理で強化できる数少ない

ニアα合金の一つである。

Near-α系には現代の主力合金も存在する——TA19（Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、国際呼称Ti-6242S）。α母相にスズ、ジルコニウム、モリブデン、微量のケイ素を添加したこの合金は、長期使用温度が550 °Cに達し、550 °Cでの100時間クリープひずみを0.1%以内に抑えつつ、α系の良好な溶接性（アルゴンアーク溶接継手の強度係数は100%に達する）を維持している。現在では航空エンジンの高圧圧縮機ケーシング、ブレード、ブリスクに使用され、国産エンジンやC919/C929関連構造においてニッケル基超合金を代替し、25%～30%の軽量化を実現している（Litai MetalおよびKehui Titaniumの技術資料による）。

near-α系の設計思想は非常に明確である：β相をわずかな割合（10%未満）に抑え、耐高温性を持つαマトリックスをほぼ完全に保持し、スズ、ジルコニウム、モリブデン、ケイ素などの元素を用いて高温固溶体強化とクリープ強化を行う。これは「耐熱性が必要で、さらに溶接性も必要で、もう少し強度も欲しい」という要求に対する最適な解決策である。

α+βチタン合金は比較的多量のβ安定化元素を含み、室温ではα相とβ相が共存し、β含有量は一般的に10%～50%である。これはチタン合金の中で最も重要かつ最も多用される系統である。

その特徴キーワード：中程度の強度、熱処理による強化が可能、優れた総合性能 — ただし溶接性は比較的劣る。

二相があるため、α+β合金は熱処理（溶体化処理＋時効／二相焼鈍）と二相比率を調整することで、強度、塑性、靭性の間で広範囲に「チューニング」することができる — これは単相α合金にはできないことである。表6-1では、この系統は豪華なラインナップを誇っている：

–      TC1（Ti-2Al-1.5Mn）：焼なまし状態、低コスト、

良好な成形性；

–      TC4（Ti-6Al-4V）：焼なまし状態、

絶対的なスター；

–      TC6（Ti-6Al-1.5Cr-2.5Mo-0.5Fe-0.35Si）：二重焼なまし；

–      TC10（Ti-6Al-6V-2Sn-0.5Cu-0.5Fe）：焼なまし

状態、より高い強度；

–      TC11（Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si）：二重焼鈍、

耐熱型。

TC4については、さらにいくつか言及する必要がある。Ti-6Al-4Vは1954年にアメリカのウォータータウン造兵廠によって開発に成功し、航空宇宙産業で広く使用されている。その製品はチタン合金総生産量の55%～65%を占め、あらゆる種類の大型航空機用鍛造品として製造することができる。優れた総合性能を有し、最も徹底的に研究され、最も長く使用され、最も幅広い用途を持つ——「誕生から半世紀を経てもなお、旺盛な生命力を保っている」。

また、「一つのグレードが世界を旅する」国際市民であり、各国に対応するグレードがあります：

• 中国：TC4

• Timet Division、USA：Ti-6Al-4V；Reactive Metals Inc.、USA：

RMI 6Al-4V；ASTM Grade 5に対応

• 英国、IMI：IMI 318

• ロシア：BT6

•      日本、住友：ST-A140

•      フランス：TA6V

•      ドイツ、クルップ：LT31

なぜ世界中で使われているのか？6%のアルミニウムがα相を安定化させ、4%のバナジウムがβ相を安定化させることで、二相比率がちょうどよくなる——強度が十分に高く（焼鈍引張強度≥895 MPa）、塑性も十分で、耐食性、溶接性（ただしα合金ほど良くはない）、熱処理性、生体適合性を備える。欠点がほとんどない。チタン合金の「全科目首席」である。

それでも、教科書はα+β系の弱点も指摘している。溶接性が比較的劣るのだ。溶接の急速な加熱と冷却の下では、二相組織中のβ相がマルテンサイト変態を起こし、継手が脆化しやすく塑性を失いやすい。このため、重要な溶接部品ではα／ニアα合金が好まれることが多く、または溶接後熱処理を専用に施す必要がある。

βチタン合金は、適切な冷却速度において室温での微細組織が完全にβ相となり得るほど十分なβ安定化元素を含んでいます。教科書ではさらに、それらを熱処理可能なβチタン合金（準安定β）と熱的に安定なβチタン合金の2つのカテゴリーに分類しています。

この学派は最も「分裂」しており、最も注目すべき特徴を持っています：

焼入れ後、準安定β合金は室温で軟らかい単相βとなり、優れた加工塑性を示します。板材はアルミニウム合金と同様に冷間成形、冷間曲げ、冷間ヘッディングが可能で、曲げ半径は板厚の0.5倍に近づけることができます（α+β TC4は通常板厚の3～4倍が必要で、それでも割れやすい）。複雑形状の板金部品、ばね、ファスナーにとって、これは非常に良い知らせです。

成形後の時効処理により、ナノスケールのα相がβ母相から分散析出し、強度は室温引張強度で1,300～1,400 MPaにも達する — 四大学派の中で最高である。

教科書の表6-1に示されている代表例はTB2（Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al）であり、その状態は「焼入れ／焼入れおよび時効」と記されている——まさに「まず軟らかく成形し、その後時効によって硬化させる」というモデルそのものである。

β学校の典型的な応用はばねと締結具である。有名なBeta C合金（Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr、米国Grade 19）を例にとると、1960年代に加工が困難なTi-13V-11Cr-3Alを代替するために開発され、溶体化処理状態では極めて軟らかく、冷間でコイル状に成形することができる。時効処理後には引張強度が1,100～1,200 MPaに達する。鋼製ばねよりも40%～50%軽量で、エネルギー貯蔵密度も高いため、航空機の着陸装置用ばね、高性能バルブスプリング、石油・ガス井用の高強度耐食部品（酸性H₂S環境に対するNACE MR0175要件を満たす）に広く使用されている。NASAはさらに、火星サンプルリターンミッションにおいて、Beta Cばねが深宇宙の低温−135 °Cで3,000サイクル後も信頼性を維持することを検証した（NASA技術報告書およびTitanium Industriesのデータによる）。

β合金が払う代償：多くの合金元素（モリブデン、バナジウム、クロムはいずれも高価）を使用し、比較的密度が高く、コストが高く、熱処理条件に敏感である。したがって、「その性能に見合う価値がある」用途に用いられる。

この表を理解すれば、チタン合金選定の「第一原理」を把握したことになる：耐食性と溶接性にはαを選び、耐高温性にはnear-αを選び、総合性能にはα+β（TC4が安全なデフォルト）を選び、冷間成形性と超高強度にはβを選ぶ。

1954年のウォータータウン兵器廠におけるTi-6Al-4Vのあの熱から、今日のAI設計による1,400 MPa級βチタン合金に至るまで、変わるのは強度の数値と製造プロセスであり、変わらないのは微細組織による分類という根本的な論理である。四つの系統の間に高貴も卑賤もなく、あるのはただ「適材適所」のみである。