鈦金屬行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及熔煉鍛造工藝探究

摘要：近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展及生產(chǎn)的需要，相繼研究開(kāi)發(fā)了熔煉鈦合金及其他活性金屬的新方法及裝備，主要有電子束爐、等離子體爐、真空感應(yīng)爐等，并獲得一定程度的應(yīng)用。但從耗電量、熔化速度、成本等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比來(lái)看，自耗電極電弧爐（含凝殼爐）熔煉仍是目前最經(jīng)濟(jì)適用的熔煉方法。所以本文主要探究鈦合金行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與鍛造工藝。

關(guān)鍵詞：鈦金屬;發(fā)展現(xiàn)狀;熔煉工藝;鍛造工藝

一、鈦金屬行業(yè)概述

鈦具有熔點(diǎn)高、比重小、比強(qiáng)度高、韌性好、抗疲勞、耐腐蝕、導(dǎo)熱系數(shù)低、高低溫度耐受性能好、在急冷急熱條件下應(yīng)力小等特點(diǎn)，其商業(yè)價(jià)值在二十世紀(jì)五十年代開(kāi)始被人們認(rèn)識(shí)，鈦多與鐵、鋁、釩或鉬等其他元素造成造出高強(qiáng)度的輕合金，被應(yīng)用于航空、航天、軍工等高科技領(lǐng)域。隨著鈦不斷向化工、石油、電力、海水淡化、建筑、農(nóng)產(chǎn)食品、醫(yī)學(xué)、日常生活用品等行業(yè)推廣，鈦金屬日益被人們重視，被譽(yù)為“第三金屬”、“太空金屬”、“海洋金屬”和“萬(wàn)能金屬”，因其是提高國(guó)防裝備水平不可或缺的重要戰(zhàn)略物資，又被稱(chēng)為“現(xiàn)代金屬”和“戰(zhàn)略金屬”。世界鈦工業(yè)受全球經(jīng)濟(jì)的影響，在航空航天、一般工業(yè)、能源和石化等領(lǐng)域的鈦需求繼續(xù)穩(wěn)步回升，導(dǎo)致全球鈦工業(yè)的產(chǎn)量穩(wěn)步增長(zhǎng)。2018年，美日俄三國(guó)鈦工業(yè)受?chē)?guó)際經(jīng)濟(jì)的影響，鈦加工材在航空航天及一般工業(yè)領(lǐng)域的需求量穩(wěn)步回升，俄羅斯鈦加工材的產(chǎn)量達(dá)到3萬(wàn)t，預(yù)計(jì)全球鈦加工材產(chǎn)量將超過(guò)14萬(wàn)t，同比有所增長(zhǎng)。

二、鈦金屬行業(yè)現(xiàn)狀

隨著下游需求量的復(fù)蘇，2018年我國(guó)鈦金屬產(chǎn)量逐漸上升，其中2018年鈦精礦產(chǎn)量達(dá)到420萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)10.5%;而我國(guó)鈦精礦主要產(chǎn)自攀西地區(qū)，2018年攀西地區(qū)鈦精礦產(chǎn)量達(dá)到324萬(wàn)噸，占國(guó)內(nèi)總產(chǎn)值的77.1%。根據(jù)國(guó)內(nèi)主要鈦材30家生產(chǎn)企業(yè)的統(tǒng)計(jì)，2018年中國(guó)共生產(chǎn)鈦加工材63396噸，同比增長(zhǎng)14.4%，其中生產(chǎn)板材35725噸，占整體鈦材的56.3%;棒材10322噸，占整體的16.3%;管材7483噸，占比為11.8%;鍛件4477噸，占比為7.1%;絲863噸，占比為1.4;鑄件708噸，其他材料3818噸。2018年我國(guó)鈦及鈦合金產(chǎn)品主要應(yīng)用于化工和航空航天領(lǐng)域，化工領(lǐng)域占比達(dá)到45.3%，較上年增加了1.9個(gè)百分點(diǎn);航空航天領(lǐng)域達(dá)到17.9%，較上年提高1.6個(gè)百分點(diǎn);其次是電力領(lǐng)域，占比達(dá)到10.7%，較上年降低1.4個(gè)百分點(diǎn)。

三、鈦及鈦合金的熔煉鑄造工藝

鈦是非?；顫姷慕饘?，在液態(tài)下，和氧、氮、氫和碳的反應(yīng)相當(dāng)快，因此鈦合金熔煉必須在較高的真空度或惰性氣體（ar或ne）保護(hù)下進(jìn)行。熔煉用坩堝均采用水冷銅坩堝，具體的熔煉工藝主要有三種方式：

（1）非自耗電極電弧爐熔煉 合金熔煉在真空或惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行。該工藝主要為自耗電極熔煉制備電極。

（2）真空自耗電極電弧爐熔煉 以鈦或鈦合金制成的自耗電極為陰極，以水冷銅坩堝為陽(yáng)極。熔化了的電極以液滴形式進(jìn)入坩堝，形成熔池。熔池表面被電弧加熱，始終呈液態(tài)，底部和坩堝接觸的四周受到強(qiáng)制冷卻，產(chǎn)生自下而上的結(jié)晶。熔池內(nèi)的金屬液凝固后成為鈦錠。

（3）真空自耗電極凝殼護(hù)熔煉 熔煉裝置示意。這種熔爐是在真空自耗電極電弧爐基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它是一種將熔煉與離心澆注聯(lián)成一體的鑄造異形件的爐型。其最大的特點(diǎn)是在水冷銅坩堝與金屬熔體之間存在一層鈦合金固體薄殼，即所謂凝殼，這層同材質(zhì)的凝殼作為坩堝的內(nèi)襯，用于形成熔池儲(chǔ)存鈦液，避免了坩堝對(duì)鈦合金液的污染。澆注后，留在增損內(nèi)的一層凝殼，可作為坩堝內(nèi)襯繼續(xù)使用。

四、鈦金屬行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

對(duì)標(biāo)美國(guó)制造業(yè)創(chuàng)新模式，盡早構(gòu)建我國(guó)鈦行業(yè)互聯(lián)互通、共享共贏的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。在平臺(tái)上建立鈦及鈦合金材料表征及評(píng)價(jià)參數(shù)以及加工工藝和應(yīng)用技術(shù)參數(shù)、檢驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)，以此推動(dòng)鈦及鈦合金材料在各高端領(lǐng)域的應(yīng)用。

根據(jù)與鈦相關(guān)行業(yè)成員單體要素情況，以契約的方式組建跨行業(yè)橫向聯(lián)合創(chuàng)新攻堅(jiān)共同體。以股權(quán)的方式組建具有先進(jìn)裝備技術(shù)保障和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的、全產(chǎn)業(yè)鏈、全生命周期的縱向產(chǎn)業(yè)聯(lián)合創(chuàng)新共同體，以此穩(wěn)定鈦產(chǎn)品品質(zhì)和價(jià)格。

從國(guó)家戰(zhàn)略角度出發(fā)，積極開(kāi)展廣泛的國(guó)際合作，多渠道、多主體地提升我國(guó)鈦產(chǎn)品從采選、冶煉、加工全套技術(shù)水平，以滿足我國(guó)航空航天等許多高端應(yīng)用長(zhǎng)期穩(wěn)定增長(zhǎng)的需求。

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作者簡(jiǎn)介：趙萬(wàn)波（1990.08-），本科學(xué)歷，男，研究方向：鈦金屬冶煉，鈦金屬鑄錠成型