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概述
鈦金屬(Titanim)日益被人們重視,被譽(yù)為現代金屬和戰略金屬,是提高國防裝備水平不可或缺的重要戰略物資,是20世紀50年代走向工業(yè)化生產(chǎn)的一種重要金屬,其性質(zhì)優(yōu)良,儲量******豐富,被譽(yù)為正在崛起的第三金屬。
表1鈦及鈦合金基本特性
鈦及鈦合金基本特性 |
密度小,比強度(強度/密度)高 |
彈性模量低,***接近骨的彈性模量 |
抗疲勞強度高 |
無(wú)磁性 |
耐腐蝕性能好 |
良好的生物相容性 |
典型牌號: 純鈦:TA1、TA2、TA3、TA4 鈦合金:Ti-6Al-4V |
我國已探明的鈦礦基礎儲量為2億噸,排名全球第1,主要分布在四川攀西、河北承德、云南、海南、廣西和廣東。
圖1我國鈦礦儲量分布圖
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鈦及鈦合金產(chǎn)業(yè)鏈
圖2鈦及鈦合金產(chǎn)業(yè)鏈
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鈦精礦
鈦原料主要為鈦鐵礦和金紅石精礦。全球鈦鐵礦儲量9.7億噸,金紅石儲量6200萬(wàn)噸。(來(lái)源USGS 2018)
金紅石精礦的TiO2品味高,雜質(zhì)含量少,是鈦冶金和鈦白粉生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)原料,但儲量有限;
鈦鐵礦儲量大,TiO2含量低,氧化物雜質(zhì)含量低,需要通過(guò)處理成富鈦料才能作為生產(chǎn)TiCl4的原料。
表2 2011年全球主要鈦原料供應商的生產(chǎn)能力
圖3各國鈦鐵礦儲量情況
圖4各國的金紅石儲量情況
我國的鈦資源(TiO2)的94.3%賦存在釩鈦磁鐵礦中(品位低不能直接利用)。釩鈦磁鐵礦通過(guò)煉鋼工藝將鈦元素富集到鈦渣中。鈦資源的選礦回收率近47%、冶煉回收率53.27%,鈦資源總利用率只有25.04%。礦石中的釩、鈦部分回收利用,鎳、鈷、鎵、鈧元素未能回收利用。
2017年中國共生產(chǎn)鈦精礦約380萬(wàn)噸,其中攀西地區的產(chǎn)量為260萬(wàn)噸。進(jìn)口鈦精礦330萬(wàn)噸,較2016年增長(cháng)了29.5%。
圖5中國各省鈦資源分布情況
(鈦精礦生產(chǎn):攀西地區(攀鋼)、云南地區、海南地區、承德地區、山東地區)
攀西地區的釩鈦磁鐵礦尾礦、低品位鈦礦和高鈦渣的利用還存在一定的技術(shù)難度。攀鋼針對高鈦高爐渣、釩鈦磁鐵礦、低品位鈦礦分別建立了三條中試線(xiàn)(高溫碳化-低溫氯化工藝中試線(xiàn)、轉底爐直接還原—熔分深還原中試線(xiàn)、氧化還原-浸出工藝中試線(xiàn))進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),以求提高鈦資源的綜合利用率,保障我國高品質(zhì)鈦原料的供給。
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海綿鈦
2017年全球海綿鈦產(chǎn)量為178,492噸,其中中國海綿鈦產(chǎn)量居第1位。
圖6 2017年全球海綿鈦產(chǎn)能與產(chǎn)量
圖7 2017年中國海綿鈦主要廠(chǎng)家的產(chǎn)量(噸)
產(chǎn) 能:由于大量投資需求的融入,2008-2012年中國海綿鈦產(chǎn)能持續擴張,致使產(chǎn)能過(guò)剩。
產(chǎn) 量:連續3年增長(cháng)(2015年共62035噸,2016年共67077噸,2017年72922噸)
價(jià) 格:在原材料價(jià)格上漲和高端需求增長(cháng)的推動(dòng)下,2017年國內海綿鈦價(jià)格呈大幅度上漲(5萬(wàn)~7萬(wàn)/t),使用成本較高。
進(jìn) 出 口:2016年和2017年中國海綿鈦進(jìn)口量高于出口量,2017年進(jìn)口量為3844噸,較2016年增加20.8%。對于高端海綿鈦,中國一直長(cháng)期依賴(lài)于進(jìn)口。
生產(chǎn)工藝:中國攀鋼鈦業(yè)全套引進(jìn)烏克蘭技術(shù)(熔鹽氯化+倒U型爐還原蒸餾)、洛陽(yáng)雙瑞萬(wàn)基引進(jìn)日本技術(shù)(沸騰氯化+I型爐還原蒸餾)。我國海綿鈦生產(chǎn)工藝和整套裝備自主開(kāi)發(fā)的少,引進(jìn)國外技術(shù)和設備較多;
能 耗:國外的每噸海綿鈦總能耗在20000~25000kWh,國內海綿鈦能耗高、污染大、成本高;
質(zhì) 量:國外海綿鈦孔隙率高,0A級超軟鈦(硬度低)比例高,雜質(zhì)含量少;中國海綿鈦雜質(zhì)質(zhì)量控制逐步提高,但超軟鈦比例小,部分產(chǎn)品比較致密。高端海綿鈦仍依賴(lài)進(jìn)口。值得一提的是攀鋼已攻克熔鹽氯化、鎂電解槽和還原蒸餾工藝等難題,已能批量生產(chǎn)氮氧含量及布氏硬度低的高品質(zhì)海綿鈦。
其 他:目前中國在高純海綿鈦(4N~5N級)產(chǎn)品仍未產(chǎn)業(yè)化。
國外******的海綿鈦生產(chǎn)企業(yè)有俄羅斯阿維斯瑪鎂鈦聯(lián)合企業(yè)(VSMPO-AVISMA)、日本大阪鈦科技公司(OTC)、日本東邦鈦(TTC)、美國Timet、美國ATI、哈薩克斯坦ZTMP、烏克蘭ZTMP、美國Honeywell(高純電子鈦)。
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鈦粉
2016年全球鈦粉年產(chǎn)能約4k噸,其中規模較大的鈦粉生產(chǎn)商主要位于加拿大、中國、日本、韓國及美國。鈦粉市場(chǎng)科分為初級粉末產(chǎn)品及中低品質(zhì)細粉。球形或近球形鈦粉年產(chǎn)能約0.5~1.0k噸。目前僅有一小部分用于增材制造,有些公司在持續探索低成本鈦粉的生產(chǎn)及成型工藝,其重點(diǎn)已轉向增材制造用低成本鈦粉的大批量生產(chǎn)技術(shù)。
國外高性能鈦合金粉末冶金技術(shù)已發(fā)展到較高的水平,在航空航天等諸多領(lǐng)域已開(kāi)始得到應用。國內在鈦合金粉末冶金技術(shù)方面也開(kāi)展了不少工作,但對可用于關(guān)鍵結構件的高性能粉末鈦合金技術(shù)的研究還不多。
鈦粉附加值更高,因此優(yōu)質(zhì)的鈦粉價(jià)格也較高。HDH鈦粉價(jià)格為66~176美元/kg,氣體霧化法鈦粉的價(jià)格為165~330美元/kg,等離子旋轉電極法鈦粉的價(jià)格為407~1210美元/kg。
2016年國內鈦粉企業(yè)有寶雞富士特(1200t,51.7%)、寶雞泉興(700t,30.2%)、岐山邁特(300t,13%)、西北有色院(50t,2.1%)、寧波創(chuàng )潤(70t,3.0%)。國外鈦粉企業(yè)有Global Titanium、TIMET、ATI、Nashua、Osaka、OTC、Toho、Sumitomo Sitex、GFE、ALD、TLS。
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鈦白粉
2017年全球產(chǎn)能中氯化法鈦白粉占62.7%,硫酸法占37.3%。在五大跨國鈦白生產(chǎn)商中,約85%的產(chǎn)能采用氯化法工藝。杜邦、特諾目前所有鈦白生產(chǎn)廠(chǎng)全部采用氯化法工藝??扑固?、康諾斯及亨斯邁的氯化法工藝占比也分別達到了87%、79%和62%。中國鈦白粉生產(chǎn)工藝主要為硫酸法,部分企業(yè)采用氯化法。
全球鈦白產(chǎn)能從2011年638萬(wàn)噸增長(cháng)至2017年741萬(wàn)噸,市場(chǎng)高度寡頭壟斷,海外產(chǎn)能主要集中在杜邦(科慕)(124.2萬(wàn)噸)、亨斯邁(81萬(wàn)噸)、科斯特(85.8萬(wàn)噸)、康諾斯(55.9萬(wàn)噸)、特諾(46.5萬(wàn)噸)手中,五大巨頭合計產(chǎn)能394萬(wàn)噸,占比約52%,作為鈦白粉行業(yè)的領(lǐng)導者,這些海外巨頭在較大程度上主導著(zhù)全球鈦白粉的供給、價(jià)格和發(fā)展。中國產(chǎn)能355萬(wàn)噸,占比48%。
表3全球鈦白粉主要生產(chǎn)商的產(chǎn)能與工藝
生產(chǎn)商 | ****** | 產(chǎn)能(萬(wàn)噸/a) | 生產(chǎn)工藝 |
杜邦(Dupont) | 美國 | 116 | 氯化法 |
亨茨曼(Huntsman) | 美國 | 90.5 | 氯化法(23.1萬(wàn)噸)、硫酸法 |
科斯特(Gristal Global) | 沙特 | 77.8 | 氯化法(58.8萬(wàn)噸)、硫酸法 |
康諾斯(Kronos) | 德國 | 52 | 氯化法(41萬(wàn)噸)、硫酸法 |
特諾(Tronox) | 澳大利亞 | 38 | 氯化法 |
石原(Ishihara) | 日本 | 25 | 氯化法、硫酸法 |
*2017年特諾收購科斯特,總產(chǎn)能150萬(wàn)噸/a。
2017年我國鈦白粉產(chǎn)量為286.95萬(wàn)噸,較2016年增加27萬(wàn)噸,同比增長(cháng)10.49%,2017年行業(yè)產(chǎn)能利用率達到80.8%。
2017年我國鈦白粉進(jìn)口量為214968噸,出口量829914噸。我國鈦白粉企業(yè)技術(shù)水平普遍偏低,只能生產(chǎn)低水平產(chǎn)品,高端產(chǎn)品依然靠進(jìn)口來(lái)滿(mǎn)足。
硫酸法與氯化法比較
相對于硫酸法,氯化法生產(chǎn)的鈦白粉在在白度、遮蓋能力與耐候性上都有一定的優(yōu)勢,且環(huán)境友好度更好。
氯化法鈦白粉產(chǎn)量21萬(wàn)多噸,約占總產(chǎn)量的5.6%。
氯化法投資大,設備結構復雜,對材料要求高,要耐高溫、耐腐蝕,裝置難以維修,研究開(kāi)發(fā)難度大。
表4國內部分產(chǎn)能超過(guò)10萬(wàn)噸/a的企業(yè)
序號 | 企業(yè) | 序號 | 企業(yè) |
1 | 龍蟒佰利聯(lián) | 6 | 山東東佳 |
2 | 攀鋼釩鈦 | 7 | 山東金海 |
3 | 藍星化工 | 8 | 山東道恩 |
4 | 中核鈦白 | 9 | 廣西金茂 |
5 | 金浦鈦業(yè) | 10 | 寧波新福 |
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鈦材
根據30家企業(yè)的統計,2017年中國共生產(chǎn)71022t鈦錠,比2016年增長(cháng)了6.80%,除去新增的三家鈦熔煉企業(yè)的產(chǎn)量,實(shí)際同比增長(cháng)了4.28%。
我國的冷床爐熔煉技術(shù)起步較晚,冷床爐熔煉設備也不多。國內在CHM的數值模擬、工藝簡(jiǎn)化、參數優(yōu)化、顯微組織改進(jìn)等方面還處于初始階段。
表5 2016年我國主要鈦錠生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)能
序號 | 廠(chǎng)家 | 產(chǎn)能(t) |
1 | 寶雞鈦業(yè)股份有限公司 北京杰豐精密機械科技有限公司位于北京市昌平區昌平鎮南環(huán),專(zhuān)業(yè)從事北京精密零件加工,北京鋁合金異型件加工,北京不銹鋼異型件加工,北京不銹鋼零件加工,北京鈦合金加工 ,北京鋁合金零件加工,北京軍工零件加工,北京高精密零件加工 , 北京cnc數控加工,北京夾具工裝加工 ,集機械、金屬、 塑料模型加工為一體的公司。 | 28000 |
2 | 攀長(cháng)鋼 | 5000 |
3 | 西部材料 | 8000 |
4 | 湖南湘投金天科技集團 | 5000 |
5 | 常熟中鋼精密鍛材 | 4000 |
6 | 青海聚能 | 8000 |
7 | 洛陽(yáng)725所 | 4700 |
8 | 中鋁沈加 | 5000 |
9 | 西部超導 | 3000 |
10 | 江蘇天工集團 | 10000 |
11 | 云南鈦業(yè) | 5000 |
12 | 北京中北鈦業(yè)有限公司 | 5000 |
13 | 忠世高新材料股份 | 3700 |
14 | 東方鉭業(yè)分公司 | 4000 |
表6 2017年我國主要鈦錠生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)量
廠(chǎng) 家 | 產(chǎn)量(t) | 廠(chǎng)家 | 產(chǎn)量(t) |
1 | 13200 | 16 | 1300 |
2 | 5000 | 17 | 1200 |
3 | 5000 | 18 | 1200 |
4 | 4500 | 19 | 1150 |
5 | 4246 | 20 | 1100 |
6 | 4020 | 21 | 1000 |
7 | 4015 | 22 | 800 |
8 | 3800 | 23 | 650 |
9 | 3532 | 24 | 649 |
10 | 3000 | 25 | 600 |
11 | 2265 | 26 | 600 |
12 | 2000 | 27 | 500 |
13 | 1500 | 28 | 445 |
14 | 1500 | 29 | 400 |
15 | 1500 | 30 | 350 |
小計 | 71022 |
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鈦材
在日本,生產(chǎn)鈦加工材(主要指軋材)有五家公司,分別是神戶(hù)制鋼所、新日鐵住金、JFE不銹鋼、大同特殊鋼、愛(ài)知制鋼公司。日本生產(chǎn)的鈦加工材分為板、帶、焊管、無(wú)縫管、棒、線(xiàn)、鍛件、鑄件等,其中鈦帶所占比例***大。
美國是世界上***大的鈦加工材生產(chǎn)國,目前主要有三大鈦材生產(chǎn)企業(yè)——TIMET、RTI和ATI公司,其產(chǎn)量合計約占美國鈦加工材總量的90%,另有11家公司生產(chǎn)鈦錠,30家公司生產(chǎn)鈦鍛件、軋制產(chǎn)品和鑄件。
美國鋁業(yè)、阿勒格尼技術(shù)有限公司(ATI)、寶雞鈦業(yè)股份有限公司、美國精密鑄件公司和俄羅斯VSMPO-AVISMA公司占據著(zhù)50%~60%的鈦材市場(chǎng)份額。俄羅斯VSMPO-AVISMA公司是航空領(lǐng)域***大的軋材制品供應商。
圖8 2016年日本鈦加工材產(chǎn)品結構
圖9 2016年日本國內鈦加工材不同領(lǐng)域應用比例
2017年中國共生產(chǎn)鈦加工材55404t,同比增長(cháng)12.0%。我國鈦材生產(chǎn)重點(diǎn)企業(yè)有30余家,鈦材綜合產(chǎn)能約5萬(wàn)噸/年,但生產(chǎn)、應用、研究鈦材的骨干企業(yè)不超過(guò)10家。
表7中國鈦材主要生產(chǎn)企業(yè)
序號 | 生產(chǎn)企業(yè) | 序號 | 生產(chǎn)企業(yè) |
1 | 寶雞鈦業(yè) | 8 | 中鋁沈加 |
2 | 西部材料 | 9 | 西部超導 |
3 | 攀長(cháng)鋼 | 10 | 江蘇天工 |
4 | 湖南湘投金天 | 11 | 云南鈦業(yè) |
5 | 常熟中鋼精密 | 12 | 北京中北 |
6 | 青海聚能 | 13 | 忠世高新材料 |
7 | 洛陽(yáng)725所 | 14 | 東方鉭業(yè) |
我國鈦加工材進(jìn)口量為7225 t,較2016年增長(cháng)21. 6%;鈦加工材出口量為15610 t,較2016年增長(cháng)13. 9%。
我國普通鈦材產(chǎn)量位居世界首位,中低產(chǎn)鈦材產(chǎn)能?chē)乐剡^(guò)剩。盡管我國擁有完整鈦產(chǎn)業(yè)鏈的******,但在產(chǎn)業(yè)鏈后端發(fā)展不足,市場(chǎng)產(chǎn)品主要以中低端產(chǎn)品為主,高端鈦材技術(shù)相對落后,缺乏質(zhì)量可靠、市場(chǎng)認可的高端產(chǎn)品。我國鈦加工材以中低端的板材、棒材和管材為主,約占鈦材總產(chǎn)量的50%、20%和13%左右。其中,鈦板材產(chǎn)品以片式軋板為主,冷熱軋帶卷產(chǎn)品少;管材產(chǎn)品以無(wú)縫管為主,焊管少。我國鈦加工材以中低端產(chǎn)品為主,產(chǎn)品附加值低。隨著(zhù)各地方鈦企業(yè)的無(wú)序擴張,使得鈦材產(chǎn)品出現結構性過(guò)剩,產(chǎn)品價(jià)格持續下降。
圖10 2015~2017年中國各類(lèi)鈦材產(chǎn)量
目前,我國急需的鈦合金短板產(chǎn)品有鈦合金型材、深海裝備用鈦合金大規格材料及大型部件、高強高韌鈦合金材料、緊固件用鈦合金高品質(zhì)棒絲材、飛機液壓系統用鈦合金管材及管路系統制備成形技術(shù)、海水管路系統用鈦合金超大口徑無(wú)縫管材及管件和核動(dòng)力用鈦合金異型管材。
國內外鈦材料技術(shù)水平差距
高溫鈦合金
我國高溫鈦合金研究和應用主要集中在600℃和650℃高溫鈦合金。研制的600℃高溫鈦合金主要是Ti60和Ti600,650℃高溫鈦合金主要是由中科院金屬所和寶鈦集團研制的Ti65鈦合金。與國外600℃高溫鈦合金相比,國內高溫鈦合金的總體性能穩定性還低于國外。
耐蝕鈦合金
世界上關(guān)于耐蝕鈦合金的研究自20世紀50年代就已經(jīng)開(kāi)始。我國對耐蝕鈦合金的研究自20世紀70年代開(kāi)始,已成功地仿制了Ti-15Mo、Ti-32Mo、Ti-15Mo-0.2Pd、Ti-2Ni、Ti-0.2Pd、Ti-0.3Mo-0.8Ni、Ti-0.5Ni-0.05Ru等合金,研究工作還不是很充分、深入,基礎研發(fā)能力不足。
高強高韌鈦合金
高強高韌鈦合金與國外相比也同樣存在總體性能穩定性和組織均勻性還低于國外。
船用鈦合金
我國研制的船用鈦合金強度級別(σ0.2)分別為:320MPa,490MPa,590MPa,630MPa,780MPa,800MPa和1l50MPa;其相應的牌號為:工業(yè)純鈦,Ti-31,TA5(含TA5-A),Ti-70,Ti-75,Ti-80,TC4,TC4 ELI和Ti-B19合金。材料品種有板材、管材、型材、鍛件、鑄件等。與國外發(fā)達******相比,在船用鈦合金應用研究方面還存在較大的空白。
低成本鈦合金
為降低較高的鈦合金成本,美國、日本等國研制了成本相對較低的鈦合金,均得到實(shí)際應用。低成本鈦合金及鈦合金的低成本化制備技術(shù)近幾年在我國受到高度重視,但總體研究工作中缺乏應用驗證考核以及大力的應用推廣宣傳工作。
國內外鈦材加工技術(shù)水平差距
鈦合金精密鑄造技術(shù)
近年來(lái),國外鈦合金精鑄技術(shù)發(fā)展很快,如開(kāi)發(fā)了鈦精密鑄造+熱等靜壓+熱處理技術(shù),可保證鈦合金鑄件質(zhì)量接近于β退火的鈦合金鍛件;開(kāi)發(fā)了浮熔鑄造技術(shù),采用減壓吸引法進(jìn)行鑄造,澆注時(shí)很少產(chǎn)生紊流,基本無(wú)氣泡夾雜,很少產(chǎn)生鑄造缺陷。我國的鈦精鑄技術(shù)起步于20世紀60年代,在借鑒國外技術(shù)基礎上發(fā)展起來(lái)的。由于受到整個(gè)工業(yè)技術(shù)發(fā)展水平的制約,同國外相比精密鑄造技術(shù)還有較大差距。
鈦合金等溫鍛造技術(shù)
國外鈦合金等溫鍛造的研究已有30年的歷史,等溫鍛造的大型鈦合金鍛件已經(jīng)生產(chǎn)了幾十種。等溫鍛造的硬件條件已很成熟,如溫控器、常應變率控制器和微型計算機的反饋系統等。低應變速率等溫鍛造可以顯著(zhù)改善鈦合金的顯微組織質(zhì)量。而國內鈦合金等溫鍛造的研究起步較晚,只有個(gè)別鈦合金產(chǎn)品采用了等溫鍛造,鍛造工藝控制等方面還有待提高。
鈦合金表面處理技術(shù)
國外鈦合金表面處理主要采用微弧氧化、熱擴散、氣相沉積、熱噴涂、離子注入、激光表面合金化等技術(shù)在鈦及鈦合金表面制備耐磨和抗高溫氧化防護涂層,并在鈦合金產(chǎn)品上得到普遍應用,而國內的鈦合金表面處理技術(shù)的研究起步相對較晚,現在仍處于起步階段,個(gè)別航空件產(chǎn)品進(jìn)行了應用研究。
鈦合金回收利用及快速成型等技術(shù)
在超塑性成形、鈦合金返回料回收利用、鈦合金激光熔化堆積快速成型等技術(shù)方面國內外的差距很大,這些技術(shù)都是限制鈦合金在武器裝備等高精尖領(lǐng)域推廣應用的瓶頸。
國內外鈦材產(chǎn)品差距
大型鈦合金鍛件
大型鈦合金鍛件用于制造大型構件,屬于機身結構中的關(guān)鍵件,其結構形式、材料以及鍛件的性能與質(zhì)量,直接關(guān)系到飛機的可靠性、壽命與成本。大型鍛件的結構整體化成為******飛機的重要發(fā)展方向。
在鈦合金大型整體模鍛件的生產(chǎn)的裝備和技術(shù)水平方面,我國與美、俄等************有較大差距。
鈦合金大規格管材
國外對于鈦合金大規格管材主要采用擠壓及熱軋工藝進(jìn)行生產(chǎn),目前國內主要采用擠壓、鍛造等工藝來(lái)制備大規格鈦合金管材,采用擠壓可生產(chǎn)的管材尺寸較??;而鍛造法生產(chǎn)管材工藝操作難度大,可生產(chǎn)的管材長(cháng)度有限,組織均勻性也不理想。
鈦合金高端裝備
國外鈦及鈦合金在艦船、海洋工程上已經(jīng)得到廣泛的應用。我國的海軍裝備與俄羅斯、美國等發(fā)達******相比還比較落后,還處于剛剛起步的階段。為了加強我國的國防實(shí)力,大力推廣鈦的高端裝備在海洋工程上的應用******必要和緊迫。
大規格鈦合金厚板
在超塑性成形、鈦合金返回料回收利用、鈦合金激光熔化堆積快速成型等技術(shù)方面國內外的差距很大,這些技術(shù)都是限制鈦合金在武器裝備等高精尖領(lǐng)域推廣應用的瓶頸。
歐美******憑借技術(shù)和設備優(yōu)勢,突破了大規格鈦合金厚板的制備技術(shù),制定了相應的技術(shù)規范,如AMS、MIL、GOCT等系列標準,可批量生產(chǎn)多種Ti-6AL-4V等鈦合金寬厚板材。
國內鈦企業(yè)僅能批量生產(chǎn)的TC4鈦合金厚板。
鈦帶材
國外的鈦工業(yè)發(fā)達******可穩定的批量供應0.5~0.8mm厚度的鈦帶,廣泛應用于飛機、航天器、潛艇、核電站等高新技術(shù)領(lǐng)域以及冶金、化工、裝飾等民用領(lǐng)域。
國內雖已建成若干套鈦管焊接生產(chǎn)線(xiàn),尚不具備(或還未形成)完整的規模性生產(chǎn)體系,每年仍需大量進(jìn)口鈦帶和鈦焊管,其價(jià)格和需求量均受控于人。
鈦合金擠壓型材
美國、俄羅斯從上世紀六十年代開(kāi)展了鈦合金擠壓型材的研發(fā)工作,鈦合金型材在航空、航天工業(yè)廣泛應用。美國只能生產(chǎn)500~5000mm2的機加工型材,俄羅斯不但能生產(chǎn)機加工型材,還能生產(chǎn)非機加工型材、變斷面型材和空心型材。我國鈦合金型材的應用還是個(gè)空白,至今仍不能批量生產(chǎn)鈦及鈦合金擠壓型材,沒(méi)有建立相應的型材生產(chǎn)工程化研究所需條件。
鈦合金大型整體精密鑄件
在超塑性成形、鈦合金返回料回收利用、鈦合金激光熔化堆積快速成型等技術(shù)方面國內外的差距很大,這些技術(shù)都是限制鈦合金在武器裝備等高精尖領(lǐng)域推廣應用的瓶頸。
鈦合金大型整體精密鑄件是我國航空、航天、艦船領(lǐng)域迫切需求的關(guān)鍵材料(產(chǎn)品),受到整個(gè)工業(yè)技術(shù)發(fā)展水平的制約,在制模用模料、制型殼、熔模鑄造設備同工業(yè)發(fā)達******相比我國熔模鑄造技術(shù)還有較大差距?,F有的熔模精密鑄造技術(shù)存在污染嚴重、熔模制作周期長(cháng)、成本高、成型困難、對溫度敏感、易變形等缺點(diǎn)。
鈦合金線(xiàn)、棒材
美、日、俄等鈦合金技術(shù)************,在20年前就已采用熱連軋機組軋制鈦合金線(xiàn)、棒材;國內鈦合金線(xiàn)、棒材熱軋主要采用落后的橫列式軋機,速度慢、產(chǎn)品精度低;鈦絲生產(chǎn)大量采用單模低速轉盤(pán)拉絲機,拉絲速度僅2~3米/分鐘,與國外生產(chǎn)效率相差數十倍。我國鈦加工材產(chǎn)量居世界******,但2017年絲材產(chǎn)量占比僅為1.3%。
航空用高品質(zhì)TA18鈦合金管材
TA18是目前***適合于制作******飛機上耐高壓輕質(zhì)導管的理想材料。在歐美等******的軍、民用飛機上大量成熟應用。
國內該類(lèi)型管材處于研究開(kāi)發(fā)的起步階段,尚未形成系統、成熟、穩定的生產(chǎn)技術(shù),試制的產(chǎn)品性能水平和穩定性均與國外******水平存在較大的差距,因此制約了鈦合金管材在航空、航天領(lǐng)域獲得廣泛應用。
大面積高品質(zhì)鈦鋼復合板
國內大面積高品質(zhì)鈦鋼復合板制備技術(shù)和生產(chǎn)工藝仍存在一定問(wèn)題,尤其在結合率和復合板性能上仍達不到這些領(lǐng)域的特殊要求,因此大面積鈦鋼復合板仍主要依賴(lài)于進(jìn)口。目前國內大多只能生產(chǎn)25m2以下的鈦鋼復合材料且質(zhì)量穩定性還需進(jìn)一步提高,25m2以上的鈦鋼復合材料進(jìn)口依賴(lài)程度高,不僅需要花費大量外匯,而且對我國化工設備制造極為不利,關(guān)鍵時(shí)刻必將受制于人。
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下游產(chǎn)業(yè)
日本鈦加工材的應用與美國存在差異,日本85%的鈦材用于航空之外的領(lǐng)域,如化工、電力、海水淡化、汽車(chē)、建筑、醫療、電子、體育休閑、機械加工等。
美國80%的鈦材用于航天。美國的鈦加工材主要用于大型民航客機、軍用飛機、航天火箭、導彈、汽車(chē)等,其典型產(chǎn)品為飛機結構件、鈦制動(dòng)機件、壓氣機葉片和基座、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機等。
俄羅斯鈦材加工總量的50%以上應用于航空領(lǐng)域。VSMPO-AVISMA公司鈦材產(chǎn)品應用占比為:發(fā)動(dòng)機制造30%,航空制造20%,船舶制造26%。
我國鈦材主要用于低端產(chǎn)業(yè),而2017年航空航天方面的應用只占總量的16.3%,遠遠低于其他******的利用占比。體現出我國高端鈦材加工能力的不足。
圖11 2017年中國各應用領(lǐng)域鈦加工材使用量所占比例
航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、******軌道交通設備、節能與新能源汽車(chē)、電力裝備、新材料、生物醫藥及高性能醫療器械等幾大重點(diǎn)領(lǐng)域,均與鈦行業(yè)密切相關(guān),這必將連續拉動(dòng)國內鈦消費平穩增長(cháng),中國鈦行業(yè)在面臨挑戰的同時(shí)也迎來(lái)了發(fā)展機遇。
根據相關(guān)部門(mén)的統計,2017年中國鈦加工材在航空航天、船舶、電力和海洋工程等高端領(lǐng)域用鈦量出現不同程度的增加。從總量上看,艦船領(lǐng)域的增長(cháng)幅度***大,增加了1106噸,其次是電力(952噸)、體育休閑(682噸)和航空航天(567噸),這反映出了我國鈦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向以及鈦加工材在高端領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。
對于國內航空航天、核電等多個(gè)領(lǐng)域用到的高端鈦材,國內企業(yè)無(wú)論在資質(zhì)還是在生產(chǎn)技術(shù)與工藝方面均不能達到要求,相應的需求均主要依賴(lài)進(jìn)口,存在巨大的進(jìn)口替代空間。
圖12 2014~2017年中國各應用領(lǐng)域鈦加工材使用量
來(lái)源:材易通
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