Vol. 22 鈦餐具 V.S. 不銹鋼餐具 (續篇)－Adagio 華順文化

ADAGIO 華順文化微雜誌第二十二期

鈦餐具 V.S. 不鏽鋼餐具 (續篇)

如果您是從事機械加工方面的專業人士，相信您會對鈦金屬很有感，因為這種金屬在幾年前還是不容易取得的材料，更別提拿來做餐具。相信消費者一定對這個金屬感到好奇，所以本文我們就想來幫消費者一一解答您心中的疑惑？

I. 為何要用純鈦金屬做餐具？

2014年，歐洲的客機製造商空中巴士每天消耗30噸的鈦，而且預估到2020年會提高到每天消耗54噸的鈦。世界上的軍事大國在建置鈦金屬工業的初期，都是著眼於國防與航太，而非民生，而我們今日民生用品突然消費得起鈦其實得感謝中國大陸。話說2004年國際海綿鈦的價格突然漲了四倍，類似農民搶種作物的心態，大陸官方與民間前仆後繼投入大量資金建置海綿鈦工廠，大陸的海綿鈦企業如雨後春筍般，由2004年的兩家到2006年底時已經增加到二十多家了。海綿鈦的價格在2006年達到歷史新高的每公斤235元人民幣後，就一路下滑到2016年時的每公斤46.5元人民幣。因為過度投資，中國成了世界上最大的海綿鈦生產國，但是事實上海綿鈦提煉過程污染相當嚴重，這是很嚴肅的環保議題。

2014年全世界的鈦原礦金紅石(Rutile)被開採了近74.5萬噸，其中西非佔20%，澳洲佔50%，其他地區30%。該年全世界的金紅石原礦超過一半進了中國，並且被提煉成15萬噸的海綿鈦(Titanium Sponge)，其中45%出口到其他國家，剩餘的55%則是留在中國。中國官方希望透過淘汰劣質廠商的策略來將海綿鈦的年產量降為10萬噸。中國海綿鈦工業的崛起，導致日本海綿鈦的出口持續下滑，2014年僅出口3萬噸海綿鈦到海外，隔年也只生產出1.5萬噸的純鈦與鈦合金且大部分外銷到海外。大阪鈦技術株式會社是日本最大的鈦金屬製造商，也是少數可以提供優質等級(premium grade)海綿鈦的公司，這種優質等級海綿鈦所精煉的純鈦是飛機引擎中關鍵零件的重要材料。

中國的鈦產業聚落主要集中在陝西省的寶雞市，而臺灣的中鋼公司與華新集團也於2011年在江蘇省的常洲市成立了中鋼精材公司。目前中鋼精材是透過在中國大陸常洲廠將海綿鈦精煉成鈦碇，然後再將鈦錠出口到臺灣中鋼高雄總廠進行軋板，供臺灣的建築業或是餐具業使用，因為軋板也是技術密集的項目之一，所以在臺灣軋的鈦板，從商業角度來看，廣義也算是臺灣材料。目前在臺灣尚未有任何公司建置精煉高純度鈦錠的高溫真空電弧熔爐(Vaccum arc melting)。這可以理解，因為臺灣的內需市場對於鈦板的需求其實很有限，建置高溫真空電弧爐未必划算。也因為這層關係，所以臺灣的中鋼公司藉著兩年的股東大會贈品，透過贈送鈦杯與鈦碗來提升該公司鈦產品的能見度。

因為中國大陸過度投資海綿鈦工廠導致全世界海綿鈦價格大跌，連帶著也帶動下游鈦金屬板材的價格下跌。因為大陸內部航太及國防對鈦金屬的需求已經呈現供過於求的現象，這使得鈦金屬業者不得不把需求之手伸往民生，例如汽車、腳踏車、高爾夫球用具、餐具等等…，這是我們今日得以用相對比較便宜的價格消費鈦產品的主因，雖然相對於不銹鋼產品，鈦餐具還是貴很多，但是與10年前相比，鈦板材的價格已經降很多了。

環境因素使然，大陸因為鈦板取得相對容易及平價，投資民生鈦產品的廠商冒險精神十足，充分反應陸企的狼性，2016年具保溫效果的保溫瓶還不多見，但是2017年這種產品的曝光率明顯已經高很多。

II. 中國大陸的鈦板可靠嗎？

初期，中國鈦板的純度與退火技術離先進國家還有一段距離，但是這幾年在純度上的技術精進已經很接近先進國家水準了。但是日本鈦板在高純度與退火技術方面還是略勝一籌。退火技術會影響板材的機械特性，這種機械特性會表現在餐具的色澤，與加工過程中的困難度，例如變形、產生紋路或是破裂，但是對純度沒有影響。

關於商業(工業)純鈦，不同國家有各自訂定工業標準，但是內容大同小異，能夠製作餐具的板材通常被要求必須是質地最軟的純鈦，這才有利於深抽與成型，所以成分太離譜的板材其實要加工成餐具會有困難，因為容易變形也容易破裂。日本有JIS-TP270標準，美國有ASTM-B265標準，中國大陸則是TA1標準，其純度雖然略有差異，但是持平而論，達到這種標準都是很乾淨的材料。日本的標準略勝一籌但是價格比中國板材貴很多。

日本、美國與中國大陸，第一級商業純鈦標準其純度如下表：

	N (氮) wt%	C (碳) wt%	H (氫) wt%	Fe (鐵) wt%	O (氧) wt%	純度 wt%
JIS-TP270 (Japan)	0.03	0.08	0.013	0.20	0.15	99.2 以上
ASTM-B265 (USA)	0.03	0.10	0.015	0.20	0.18	99.1 以上
TA1 (China)	0.03	0.10	0.015	0.25	0.20	99.0 以上

其餘殘留金屬總和低於0.4wt%

大陸商品這些年一直存在著令人不信任的問題，我想這不光只是臺灣地區消費者的疑慮，應該也是很多其他地區消費者的疑慮，我們實在不好評論什麼。但就此認定中國沒有好的板材恐怕也有失客觀，持平而論，走國際路線有規模的公司通常不會有問題，但是個體戶小企業就難講了。所以關鍵還是在餐具製造商，選擇信譽良好有規模，願意提供材料證明的板材廠，搭配臺灣在地檢驗，是餐具加工廠無法迴避的責任。

III. 商業純鈦？還是工業純鈦？

同樣是Grade 1的純鈦用在餐具上我們習慣稱為商業純鈦，而用在工業上則稱為工業純鈦，純鈦因為熱傳導的優異物理特性，所以常被用來做為高級熱交換器，其熱交換效率至少是不銹鋼的兩倍以上。熱交換器是工業上很重要的設備，一般而言，例如冷凍廠、或是船舶，都會因機器運轉而產生高熱，這些高熱需要透過流動的冷水來把熱帶走。但是機器內的熱水是屬於內循環，不會流出機器，更不可能直接排到外面的溝渠。而外部的冷卻水則是屬於外循環，也不會流進機器，所以這中間就得透過熱交換器內鈦板優異的熱傳導特性，來把機器內部熱水的高溫轉換給外部的冷水，並讓外循環的冷水把機器產生的熱帶走。

鈦餐具在製作過程免不了會刮傷材料表面，餐具把手的電焊過程甚至於會產生發色現象，這雖然不影響使用，但是為了商品美觀起見，餐具製造工廠通常會採用拋光工法或噴砂工法來掩飾生產過程所衍生的表面瑕疵，採用拋光工法的餐具表面通常摸起來比較光滑，而採用噴砂工法的則摸起來會感覺摩擦力稍大。

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Heat-Exchanger

板式熱交換器

IV. 純鈦回收與再利用議題

多數的金屬都得面臨回收再利用的議題，純鈦當然也無法迴避，然而純鈦因為材料單一，相較於鈦合金，回收再精煉的問題單純很多。我們先來看看鈦餐具是怎麼生產的，因為多數的鈦餐具形狀是圓對稱的，所以我們會先把一張120 cm x 240 cm的鈦板，裁剪出數個圓盤，然後再將圓盤放在模具上沖壓成餐具，但是這麼一來鈦板勢必會留下部分無法使用的邊角料。這些邊角料的純度與我們使用的餐具其實無異，所以這些邊角料會以回收料的名義回到鋼鐵廠再精煉。

邊角料

純鈦邊角料示意圖

1公斤的海綿鈦(Sponge)只能精煉出0.3公斤的純鈦，而且精煉海綿鈦過程所消耗的能量或是所排放的二氧化碳，比精煉純鈦回收料(Recycled raw materials)高出20倍，地球只有一個，資源不可能無限制耗用，這幾年因為人類過度耗用地球資源所導致的氣候極端異常，相信大家應該都很有感。 "Titanium and Titanium Alloys" 一書的作者提到：不能回收再利用的金屬不可能成就偉大的產業。事實上，劣質的海綿鈦比高品質的回收料還更令人頭痛，根據文獻，針對高純度的純鈦回收料，透過真空電弧熔爐再精煉2~3次後依然可以製造出高品質的純鈦，如何在健康、消費、及永續發展間取得平衡是我們這一代人應該努力的目標。

海綿鈦的生產過程如下圖，從原礦金紅石，與氯氣產生四氯化鈦，然後再與鎂反應還原成海綿鈦，與鎂反應的還原過程大部分的雜質會被排除，雖說如此國際海綿鈦還是有 99.7% ~ 90% 的等級之分。

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海綿鈦製造流程

添加回收料是所有國際一流大廠孜孜不倦努力的目標，就我們的理解，純鈦回收料分為處女回收料與舊回收料，處女回收料是指加工廠剪裁下來但沒有使用過的邊角料，而舊回收料則是例如船舶、工廠機器使用多年後拆卸下來的舊回收料。只有極少部分的處女回收料會被謹慎添加在製程中再精煉成純鈦板材，而大部分的回收料都會被用於鈦合金(Titanium Alloy)與鐵鈦鋼（Ferrotitanium）的製造中。有關純鈦回收料所扮演的角色，有興趣的消費者可以參考日本鈦板的製程：NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL。

鈦錠(Ingot)的精煉與後續的軋板(Rolling)有相當的技術門檻，有能力切入這個產業的公司與國家並不多，因此鈦板的買賣相較於不鏽鋼其實並不普及，是屬於特殊金屬。我們華順文化作為一個鈦餐具開發商，我們不會特別執著於板材的製造流程，是否有添加回收料？加了多少％的回收料？畢竟那是國際鋼鐵大廠的專業，也是他們的技術機密。我們反而是謹慎地去把關板材的成分，並清楚標示板材的出處，還有餐具的加工製造地。

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華順文化使用臺灣中鋼板材，在臺灣加工製造的 Adagio 400 ml 雙層鈦杯

不銹鋼的小額買賣通常是以噸來計算，而鈦的小額買賣則是以百公斤來計算，這說明了鈦不是一般平凡的金屬，在全球化的浪潮裡，現實上我們很難侷限僅採用特定產地的板材，誠如我們先前提過的，鈦板的取得管道很窄。但是我們會優先考慮加工製造地在臺灣，這樣比較能確保餐具的品質。製造業對於社會的就業至關重要，即便利潤很薄若能留在國內還是值得，一個沒有製造經驗支撐的研發，很容易淪為天上的一朵雲。今日歐洲的先進國家中經濟狀況最好的是德國，最糟的是法國，答案很簡單就是製造業，德國還有很多製造業，而法國的製造業幾乎已經快要消失了。

V. 雙層保溫瓶

雙層真空保溫瓶是金屬餐具中詢問度最高的產品，但也是技術檔次最高的產品。保溫瓶的製作流程如下，首先透過模具分別沖壓出內杯與外杯，內杯與外杯在杯口位置透過氬焊黏接起來，內杯與外杯的夾層內壁，鍍上一層薄膜以防止熱輻射，並對夾層抽真空以防止熱對流，如此就可確保保溫時間至少達到六小時以上。

抽真空是關鍵技術，早期有尾真空技術是先透過電焊，把一根銅管焊在外杯上，然後再把保溫瓶放上真空台，透過對銅管抽氣來進行抽真空的動作，待真空度達到預期的數值時，用液壓鉗同時夾銅管也同時剪斷銅管，因為液壓鉗的壓力很大，可以使得銅管表面的銅原子因為很靠近而相互吸引，進而達到密閉效果，這就是冷壓封接技術的概念。但是這種作法很容易在保溫瓶日常使用中，因不慎碰撞造成銅管脫落，而使得真空失效。

有尾真空

有尾真空示意圖

無尾真空

無尾真空示意圖

比較新的技術是無尾真空技術，無尾真空技術是先把一塊特殊配方的合金黏在外杯的內壁底部，待內杯與外杯接口後，用一支很細的針在合金與外杯底部鑽一個小洞，然後把保溫瓶放入真空釺爐中，一邊抽真空一邊加熱，內杯與外杯夾層內的空氣會透過這個小洞不斷地被抽出，待真空度達預期數值時，釺爐溫度大概也已經上升到一千度左右了，這時合金會因為高溫的緣故而熔化並黏在封口上。這種技術的優點是焊點不易脫落，真空度可達至少8年之久。但是真空釺爐是很昂貴的設備，沒有十足把握餐具製造商通常不會貿然投入真空保溫瓶的開發。一般而言，沒有密閉杯蓋的雙層鈦杯，夾層抽真空的效益不大，抽真空誠然是針對具有保溫效果的保溫瓶。

有尾真空的壽命大概3~5年(理論值6年，但是經驗值大約是3~5年)，無尾真空的壽命大概8~10年，換言之，如果我們的 Adagio 鈦杯採用無尾真空技術，10年後杯底就會有一個很小但會隨著時間逐漸擴大的破洞，這會造成杯子洗滌時，水有可能會透過這個小洞滲入內杯與外杯間的夾層，這對於設定使用年限20年的 Adagio 鈦杯而言，並不是好消息。權衡利弊得失後，我們最終決定採用最原始但是也最耐用的作法，透過高溫且不填料的情況下，直接把內杯與外杯永久燒焊起來，中間夾層保留空氣。這款杯子裝沸水時，杯體大約40來度，是手掌可以忍受的溫度。