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我国钛合金棒钛锻件等材料的应用现状与发展趋势

发布时间: 2021-07-30 08:46:52    浏览次数:

我国地域广袤、资源丰富,有色金属探明储备量大 ,多位居世界前列。钛是一种重要的有色金属 ,具有密度小 、强度高 、耐高温 、耐腐蚀等优 良特性 ,目前广泛应用于生产生活中的各个领域 ,在航空航天领域与石油化工领域的应用尤为突出。我国的钛工业开始于上世纪六十年代 ,经过 了五十 多年 的发展历程 ,已经实现 了从国防领域走向各行各业的转变,建立 了完整的工业体系,具备较高水平 的生产能力。进入新世纪以来,钛及钛合金的应用范围更广,已成为新型功能材料与生物材料 的重点。21世纪将是钛的世纪,研究其应用现状具有重要实践意义。

TA15钛板

1、我国钛及钛合金工业特点

1.1 产量大、用量多

我国钛资源储量十分丰富,居世界首位,约占世界钛资源探明总量的 56%。钛资源分布范围也比较广泛 ,全国有20个省市及自治区探 明存在钛矿产资源在如此丰富的资源基础上 ,我 国钛行业的产量也是十分可观的,海绵钛产量位居世界首位,约占世界总产量的28%,钛加工材产量居世界第二位 。同时,我 国钛及钛合金消耗总量也是巨大的,经过短短几十年的发展,已经成为仅次于美国的世界第二大钛及其合金消耗国。

1.2 厂家多、产业链健全

自 1958年第一个海绵钛生产厂建立以来 ,随着经济的不断发展 ,需求量的逐步增加 ,我国钛行业现有生产厂家超过 300 ,但 中骨干企业少 ,能达到世界级生产水平的更少 。与行业繁荣相符的,我国钛行业产业链比较完善 ,涵盖了原料采集 、筛选、冶炼、加工、应用、研究等多个环节,是继美国、俄罗斯 、日本后的第四大钛工业国,具有完备的工业体系与较高的生产能力水平。

1.3 新项目种类多

我国钛消耗量大,但开采冶炼技术还不够成熟,钛资源一度处于紧缺状态 。近些年 ,钛及钛合金项目逐渐增多,力求以新工艺、新技术为基础开发新型生产线,提高钛矿产资源利用率。这些项目遍布全国各地,规模大、技术水平高,势必会在各个生产领域 中引发新的钛及其合金使用热潮。

2、钛及钛合金应用领域现状分析

2.1 化工领域

钛及其合金拥有耐腐蚀 、耐高温的优 良特性 ,很早便被应用于化工领域,并在诸多行业中做出贡献 。

(1) 制碱行业

目前,工业上普遍使用电解饱和氯化钠溶液 的方式获得氢氧化钠和氯气,以它为原料经过各种不 同的工艺合成多样化的化工产品。而在之前的氯碱工业生产过程 中,由于冷却工艺不合理经常会导致产出的氯气质量不合格现象,同时也会对环境造成严重污染。

而钛制冷器的出现很好地解决了这一 问题 ,钛及钛合金即使在高温潮湿氯气环境中也具有极强的抗腐蚀特性,在 80 ℃的氯水中腐蚀速率仅为 0.0043lmm/a ,极大了改变了氯碱工业的生产面貌,部分氯碱厂投入使用的钛合金制冷器使用超 过二十年,依 旧完好无损。

(2) 制盐工业

真空制盐是一种较为先进的制盐工艺,通过创设适宜海水挥发 的真空条件 ,加快结 晶速度 ,提高制盐效率与质量。然而,这一过程 中产生 的高温浓盐水会对碳钢设备造成严重的腐蚀 作用,导致设备极 易损坏、滴漏现象严重 。直至上世纪八十年代,邓关盐厂 、内蒙古吉兰泰盐厂先后将钛钢 复合结构用于加热室与蒸发室。实践表明,钛钢结构可有效防止结盐垢 ,提高制盐 品质,同时减轻蒸发过程中高浓度盐水对管壁的腐蚀作用 ,延长检修周期。而经过多年实践,投入使用的钛钢结构始终处于 良好的运行状态 ,成为真空制盐法顺利推广的基石 。

2.2 航空航天领域

在美国和俄罗斯等率先利用钛及钛合金 的发达国家中,钛及钛合金主要应用领域为航空航天工程 。但航空航天工业对部件精度要求高,而钛本身是一种变形系数小、背向力大 的难切削材料 ,加之我国相关研究起步较 晚,技术尚未成熟 ,钛及其合金在我国航天领域一直处于不愠不火 的发展状态。直至近些年,随着 国家的重视程度提高与综合科研能力的提升,钛及其合金在航空航天领域 的应用愈来愈广泛,种类也逐步增多,已经成为飞机骨架、承重架 、导向装置、火箭机盘等重要部位的主要材料。每一种型号的钛合金都有其特点,用于不 同的部位,如 Ti5A12.5Sn 高强钛合金常用于制作发动机外壳,而 Ti6A12Sn 强化钛合金常用于紧固件与导向装置制作等,伴随科技的不断革新,钛及钛合金在我国航空航天领域 的应用将愈加广泛。

钛合金法兰

3、钛工业目前存在的问题及发展趋势

3.1 我国钛工业目前存在的问题

尽管我国已经成为名副其实的钛工业大 国,但纵观整个行业,从生产到应用,依旧存在些问题 。首先,表现在钛产 品质量缺 陷中,我国海绵钛产量高 ,但高品质的产品数量少 ,0 级钛生产 比率较低 ,特殊性能的钛产品种类少 ;其次 ,我国尚且不能批量稳定生产钛带和钛挤压型材 ,限制 了钛及其合金在航空航天、海洋等领域的开发利用。我国钛产品总体种类较多,但缺乏对新材料的系统研 究,目前,我 国休闲娱乐领域与航空航天领域钛材应用大多模仿 国外相关产 品,创新型产 品研发力度不够 ,创新意识不 强,出口产 品类型比较单一。此外,我国钛企业仍处于发展阶段,世界级企业少 ,从长远角度来看,是不利于钛产业 系统化、集成化发展的。

Ti80钛棒

3.2 我国钛工业的发展趋势

质量是行业发展的第一要素,我国海绵钛的质量还有待提升,目前 ,部分冶金企业在国家支持下,已经开发 出不少新型技术,将其应用于海绵钛生产过程中,可提高产品质量,并有助于节能降耗 。钛产品的质量也需要提高,期待通过技术设备 的改善加大组织结构均匀、无偏析的钛产 品生产比例。目前,相关研究项目已经逐步落实 ,并取得了一些研究成果。此外,针对于我国钛产品创新力度不足的问题,应加大资金投入力度 ,鼓励企业自主研发 ,同时建立钛材料表征评价中心,积累钛材尤其是钛合金材料的实验数据与应用

数据,系统认知每种合金材料应用于具体行业的技术指标,以创新推动发展 ,以实践带动理论提升 ,进一步扩大我 国钛工业生产 。

参考文献:

[1]孟宪斌,易彩虹,吴小玲,周景蓉.钛及钛合金复合材料发展及工业应用[J].中国化工装备.2013 (06):3~7:

[2]范兴平 ,王军 .钛 及钛合金 的成型方法 及应用 [J].材料导报.2013 (S2) :349~ 354,367 .

(作者单位:青海聚能钛业有限公司,青海 西宁 810000)

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