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        鈦及鈦合金行業

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        我國鈦工業發展概述

           2022-01-07 航遠鈦970

          1791年英國人格雷戈爾(W.Gregor)在黑磁鐵中發現了這種新的金屬元素。1795年德國化學家克拉普魯斯(M.H.Klaproth)在金紅石中也發現了該元素,并以希臘神話中天與地的兒子——泰坦神的名字命名其為 Titans。

          1910年美國科學家亨特(M.A.Hunter)首次用金屬鈉還原TiCl4 制取了可鍛性金屬鈦,這就是著名的制備金屬鈦的享特法。

          1940年盧森堡科學家克勞爾(W.J. Kroll)用鎂還原 TiCl4 制取了金屬鈦,形成了制備金屬鈦的主流方法——克勞爾法??藙跔柗ㄖ苽涞慕饘兮佡|量更好,生產過程的安全性更高,已成為目前海綿鈦生產的唯一工業化方法。美國在1948年首先用克勞爾法生產海綿鈦,隨后日本在1952年、英國在1953年、蘇聯在1956年、中國在1958年相繼開始生產海綿鈦。

          鈦及其合金之所以被人們廣泛關注,是因為它具有一系列突出優點。

          鈦的熔點為1668℃,比鐵高出 138℃,屬高熔點金屬。常用鈦合金 Ti-6AI-4V的熔點范圍為 1540~1650℃,也高于鐵的熔點。

          鈦的密度為 4.51g/cm3,僅為鐵的 57.4%,屬輕金屬,是輕金屬中的高熔點金屬。常用的Ti-6AI-4V 合金的密度更低,僅為4.42g/cm3。

          純鈦的強度不高,但鈦合金的強度很高。常用的 Ti-6Al-4V 鈦合金時效后的強度可高達1166MPa,與高強度鋼相當。因此,鈦合金的比強度很高,遠超過鎂合金、鋁合金和高強度鋼,是很好的結構材料。

          鈦合金同時具有彈性模量低和屈服強度高的特征,因此鈦合金是很好的彈簧材料。

          鈦及其合金具有很好的耐腐蝕特性,特別是在含氯離子的鹽浴中,其腐蝕速率幾乎為零,因此廣泛用作耐腐蝕材料。

          鈦合金具有良好的高溫性能,某些高溫鈦合金能在 600℃下穩定工作,特別是新型Ti-Al合金甚至能在 800~1000℃下穩定工作,是很好的航空發動機材料。

          鈦合金還具有良好的低溫性能,某些鈦合金在-200℃條件下仍具有很好的塑性,適合用作宇航材料。

          鈦及其合金無磁性,即使在很強的磁場中也不磁化。

          鈦及其合金具有很低的阻尼特性,聲波和振動在鈦中的衰減很慢,適合用作聲吶材料。

          鈦及其合金與人體具有很好的生物相容性,適合用作人體植入材料。

          鈦及其合金與碳纖維材料的熱膨脹系數和電化學電位相近,具有很好的相容性,適合作復合材料。

          鈦及其合金具有如此多的優點,在航空、航天、艦船、海上石油開采、海水淡化、真生制鹽、化工、電力、冶金、紡織、造紙、食品、醫療、體育休閑等領域有廣泛的應用,而人們稱為“太空金屬”、“海洋金屬”和“智慧金屬”。鈦及其合金是重要的戰略材料。

          中國鈦工業是在國防建設和國民經濟建設的需求拉動下,在黨和政府的直接領導下發展起來的。中國鈦工業的發展大體經歷了創業、成長和崛起三個階段。

          創業期涵蓋 1954 年至 1978 年。在這段時間里,在國家的統一領導下,中國進行了鈦勘探、采選、冶煉、加工、應用技術研究及工業試驗;建立以遵義鈦廠和寶雞有色金屬加工廠為代表的鈦冶煉、加工骨干企業,實現了鈦的產業化;建立了鈦勘探、采選、冶煉、加工、應用和研究這一完整的鈦工業體系;為國家許多重點國防工程和國民經濟建設提供了急需的鈦制品。

          成長期涵蓋1979年至2000年,在這一時間里,中國鈦工業在鈦冶煉、加工、應用技術和新合金開發方面開展了大量的工作,取得了扎實的技術進步;進行富有開創性的鈦及其合金的應用推廣工作:以現代企業制度為目標,國有企業逐步開始改革改制,民營企業開始進入鈦應用和鈦加工領域;大量的鈦制品在國民經濟的各個部門得到較為廣泛的應用??傊?,成長期的22 年,中國鈦工業的進步是漸進而扎實的,為新世紀的騰飛打下堅實的基礎。

          2001年至今為崛起期,在這段時間里,中國鈦工業伴隨著國民經濟長期持續快速發展,獲得了暴發性增長。2000年中國海綿鈦產量1751t、鈦加工材產量 2206t,2010 年,中國海綿鈦產量為 57770t,10年增長了32.0倍;2010 年中國鈦加工材產量38323t,增長了 16.4倍。2010 年,遵義鈦業股份有限公司海綿鈦的產能達 24000t,產量達 14248t;寶鈦集團鈦錠產能達25000t,實際生產鈦加工材也達13010t;中國已擁有了兩個世界級的鈦工業大廠,鈦加工材在化工、航空、航天、體育休閑、電力、輕工等行業獲得了廣泛應用,2010 年中國鈦消費達 35636t,已是一個用鈦的大國。

          1954 年,北京有色金屬研究總院(原重工業部有色金屬綜合研究所)成立了兩個海綿鈦研究組(電解法組和鎂還原法組),開始進行海綿鈦制備工藝研究,鎂還原法組于1955 年11月制備得到海綿鈦樣品,純度為99.2%。

          以北京有色金屬研究總院鎂還原法制取海綿鈦的工藝研究為基礎,1956年開始設計建設撫順鋁廠海綿鈦試驗車間,設計規模60t/a,并于1959年3月開始試生產海綿鈦,當年生產海綿鈦60t。

          1956年,北京有色金屬研究總院成立課題組,開始鈦及其合金加工工藝研究,于195年8月制備出直徑65mm、重1kg 的鈦錠,同年在東北輕合金加工廠擠出了我國第一鈦管。

          1958年10月,三機部621所制備出直徑80mm的鈦合金錠,同年在沈陽有色金屬加工廠軋制出1mm厚的BT3-1 鈦合金板材。

          1959年9月,國家科委決定在沈陽有色金屬加工廠建設鈦熔鑄廠(五一車間),于19年建成了中國第一個包括熔鑄、鍛造、軋制等工段的鈦材生產車間。

          1964年10月開始籌建遵義鈦廠(1965年5月決定建設規模為1000t/a),其于1970年9月17日生產出第一爐海綿鈦,實現了鈦系統的全流程投產。

          1965年3月,902廠(現寶鈦集團和西北有色金屬研究院)開始動工建設,該廠主要設備從美國、德國、日本等十多個國家引進,包括2臺3t真空自耗電弧爐、3150t臥式擠機、2臺12m真空退火爐、1200mm板材熱軋機組和冷軋機組等,生產能力為1000t/a。1967年鑄造車間投產,1968年管材車間投產,1969年鍛造車間投產,1971年板材車間投產。該廠鈦加工材的產量1970年為1.4t,1978年達到328.2t,約占當時全國產量的65%。

          除撫順鈦廠和遵義鈦廠之外,20世紀六七十年代,中國還先后在上海第二冶煉廠、錦州鐵合金廠、邢臺有色金屬冶煉廠、天津化工廠和湛江化工廠等建成了海綿鈦生產線,但最后因為市場原因或技術原因而先后停產。除902廠之外,20世紀六七十年代上鋼三廠鋼五廠、撫順鋼廠和長城鋼廠也以鋼鈦結合的模式生產各種鈦加工材。

          20世紀六七十年代在鈦冶煉和加工生產企業緊密布局建設的同時,我國冶金部有色金屬研究院、上海冶金所、寶雞稀有金屬加工研究所(現西北院)、三機部621所(現北京航材院)、六機部725所(現船舶重工725所)、七機部703所(現航天703所)、中科院金屬所、天津市冶金材料研究所、沈陽市冶金所,以及北京航空學院、西北工業大學、東北工學院等大學都積極開展鈦治煉及加工技術研究,形成了產學研結合,共同發展鈦工業的勢頭,也為中國鈦工業的發展提供了堅實的技術基礎。

          在大量研制和試用的基礎上,1970 年形成了我國第一批海綿鈦和鈦加工材部頒標準,其中有一個海綿鈦標準,一個含有21 個合金牌號的鈦及鈦合金牌號和化學成分標準,一個鈦及鈦合金板材標準和一個鈦帶標準,為我國鈦制品的應用提供了技術支持。

          1982年7月黨中央批準了方轂副總理的報告,成立了全國鈦應用推廣領導小組,葉志強和邱純甫先后任組長。設立了全國鈦應用推廣領導小組辦公室(全國鈦辦),李東英任主任。該項舉措對我國鈦工業的發展產生了非常深遠的影響。

          為促進鈦工業的發展,國家推出了一系列的優惠扶植政策,體現在如下幾方面。

         ?、?nbsp; 1980年11月,國家計委、國家進出口委給冶金部上報函件的批復“國務院領導批準同意以鈦養鈦方針”,即以1979上繳利潤為包干基數,從1980年到1985年由于增產而增加的利潤可以留給企業使用,用作“以鈦養鈦”建設資金。

         ?、?nbsp; 國家稅務總局批準鈦材產品從1983年5月1日至1989年予以免稅。

         ?、?nbsp; 國家經委從1983~1988 年共撥給“全國鈦辦”新技術推廣費1003萬元,用于鈦應用推廣試驗項目。

         ?、?nbsp; 1987~1995年,國家經委技改局給鈦設備使用單位撥給技改項目貸款共計21320萬元。

         ?、?nbsp; 鈦產品出口享受免征關稅、出口退稅、貼息獎勵政策。

          這些政策對拓寬鈦材應用領域,促進鈦工業的發展發揮了重要作用。

          1982年,沈陽有色金屬加工廠實驗并裝備了中國第一條鈦焊管生產線,寶雞902 廠于1986 從美國引進了一條鈦焊管生產線,形成了200t/a 鈦焊管的生產能力。

          1983年8月,902 廠成立了鈦設備分廠,形成了正規的鈦設備生產能力。

          1983年,上鋼五廠自行設計制造了海綿鈦電子稱料裝置、機械混料裝置等,建立了原材料的混料布料系統,902 廠則從1987 年開始引進設備,建設自己的混料布料系統。

          1985年,902廠從奧地利引進SXP13精鍛機等設備,于1986年組建了精密鈦棒材生產線。

          1987年,902 廠從美國引進 21 臺套設備,建成了中國第一條具有先進水平的殘鈦回收生產線。

          1987年,902廠引進德國二手的 3300mm 四輥可逆軋制等設備,建成了一條鈦寬板軋制生產線。

          1987年,上鋼五廠自主設計建造了一條由 500t壓機組成的小型等溫模鍛生產線,并逐步發展成由500t、800L、2000t、3000L、63001和 10000t 壓機組成的系列等溫模鍛生產線,具備了 8000 件/a,最大鍛件投影面積達 2.0m2的生產能力。

          “七五”期間,遵義鈦廠等單位進行了無篩板沸騰氯化技術攻關和倒 U形5t聯合爐制備海綿鈦技術攻關,并取得成功。1990年$1200mm 沸騰氯化爐和倒 U形 5t 聯合爐用于生產,并形成了 2000t/a海綿鈦的生產能力。

          1991年,902廠購置了?3000mm 軋環機,建設了一條中國唯一鈦及鈦合金環軋件生產線。

          1994年,航空621所、中船重工 725 所攻克了蠟模注射成形等技術難題,各自建設了自己的精密鑄造生產線。

          1998年,902 廠裝備了折彎機、油壓機等設備,與板材軋機組合,建成了層狀復合板及其制品生產線。遵義鉉廠2001年,實現了還蒸過程的自動化操作;2001年自主開發的倒U形 8t 爐獲得成功,并自籌資金將產能擴大到3000t/a; 2004 年?2400mm 無篩板沸騰氯化爐試驗成功,并轉入工業化生產;2005年,年產5000t海綿鈦現代生產技術與裝備產業化示范工程取得成功,并使該廠產能超過10000t/a。

          2005年,民營企業——朝陽百盛鈦股份有限公司建成了5000t/a的海綿鈦生產能力,開始介入海綿鈦的生產。

          2006年,遵義鈦廠倒 U 形 12t 還蒸爐研制成功,并投人生產;撫順鈦業?2.56m 大型沸騰氯化爐試驗成功,并轉人試生產。

          2008年,洛陽雙瑞萬基鈦業公司的多極性電解槽開發成功;中國海綿鈦總產能達71000t/a。

          2003年,寶鈦集團引進 1臺德國 ALD 公司的10t 真空自耗電弧爐,隨后繼續引進,截止到 2010年,共引進該型爐7臺,形成了 25000t/a 的鈦錠生產能力。

          2003年,西北有色金屬研究院從德國引進了 1 臺8t 真空自耗電弧爐和混料布料系統,隨后再引進2臺8t真空自耗電弧爐,形成了 8000t/a鈦錠的生產能力。

          2006年,寶鈦集團從德國引進的2500t快鍛機投人使用;寶鋼特鋼建成了高合金鋼長型材生產線,該線可生產高精度的鈦及鈦合金圓棒和方棒;西北有色金屬研究院開始進行鈦板帶項目建設。

          2007年,寶鈦集團從德國引進的2400kW電子束冷床爐投人使用;寶鋼特鋼從德國引進的4000t 快鍛機和 1300t 徑向精鍛機投入使用。

          2008年,寶鋼集團進行大卷重鈦帶、6000t擠壓機等項目建設,并于2011年建成投入試生產;與此同時,湖南金天集團和昆鋼集團建設的鈦帶生產線也均進入試生產;寶鈦集團建設的萬噸自由鍛項目和大卷重鈦帶項目也將于2012年投產。


         
        標簽: 鈦工業
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