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概述
鈦金屬(Titanim)日益被人們重視,被譽為現(xiàn)代金屬和戰(zhàn)略金屬,是提高國防裝備水平不可或缺的重要戰(zhàn)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(chǔ)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6200萬噸。(來源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(yīng)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380萬噸,其中攀西地區(qū)的產(chǎn)量為260萬噸。進口鈦精礦330萬噸,較2016年增長了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(qū)(攀鋼)、云南地區(qū)、海南地區(qū)、承德地區(qū)、山東地區(qū))
攀西地區(qū)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(高溫碳化-低溫氯化工藝中試線、轉(zhuǎn)底爐直接還原—熔分深還原中試線、氧化還原-浸出工藝中試線)進行技術(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(xù)擴張,致使產(chǎn)能過剩。
產(chǎn) 量:連續(xù)3年增長(2015年共62035噸,2016年共67077噸,2017年72922噸)
價 格:在原材料價格上漲和高端需求增長的推動下,2017年國內(nèi)海綿鈦價格呈大幅度上漲(5萬~7萬/t),使用成本較高。
進 出 口:2016年和2017年中國海綿鈦進口量高于出口量,2017年進口量為3844噸,較2016年增加20.8%。對于高端海綿鈦,中國一直長期依賴于進口。
生產(chǎn)工藝:中國攀鋼鈦業(yè)全套引進烏克蘭技術(shù)(熔鹽氯化+倒U型爐還原蒸餾)、洛陽雙瑞萬基引進日本技術(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發(fā)的少,引進國外技術(shù)和設(shè)備較多;
能 耗:國外的每噸海綿鈦總能耗在20000~25000kWh,國內(nèi)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。高端海綿鈦仍依賴進口。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(guī)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(xù)探索低成本鈦粉的生產(chǎn)及成型工藝,其重點已轉(zhuǎn)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)域已開始得到應(yīng)用。國內(nèi)在鈦合金粉末冶金技術(shù)方面也開展了不少工作,但對可用于關(guān)鍵結(jié)構(gòu)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)的鈦粉價格也較高。HDH鈦粉價格為66~176美元/kg,氣體霧化法鈦粉的價格為165~330美元/kg,等離子旋轉(zhuǎn)電極法鈦粉的價格為407~1210美元/kg。
2016年國內(nèi)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)廠全部采用氯化法工藝。科斯特、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638萬噸增長至2017年741萬噸,市場高度寡頭壟斷,海外產(chǎn)能主要集中在杜邦(科慕)(124.2萬噸)、亨斯邁(81萬噸)、科斯特(85.8萬噸)、康諾斯(55.9萬噸)、特諾(46.5萬噸)手中,五大巨頭合計產(chǎn)能394萬噸,占比約52%,作為鈦白粉行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者,這些海外巨頭在較大程度上主導(dǎo)著全球鈦白粉的供給、價格和發(fā)展。中國產(chǎn)能355萬噸,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(23.1萬噸)、硫酸法 |
科斯特(Gristal Global) | 沙特 | 77.8 | 氯化法(58.8萬噸)、硫酸法 |
康諾斯(Kronos) | 德國 | 52 | 氯化法(41萬噸)、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150萬噸/a。
2017年我國鈦白粉產(chǎn)量為286.95萬噸,較2016年增加27萬噸,同比增長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)品依然靠進口來滿足。
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21萬多噸,約占總產(chǎn)量的5.6%。
氯化法投資大,設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,對材料要求高,要耐高溫、耐腐蝕,裝置難以維修,研究開發(fā)難度大。
表4國內(nèi)部分產(chǎn)能超過10萬噸/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(jù)30家企業(yè)的統(tǒng)計,2017年中國共生產(chǎn)71022t鈦錠,比2016年增長了6.80%,除去新增的三家鈦熔煉企業(yè)的產(chǎn)量,實際同比增長了4.28%。
我國的冷床爐熔煉技術(shù)起步較晚,冷床爐熔煉設(shè)備也不多。國內(nèi)在CHM的數(shù)值模擬、工藝簡化、參數(shù)優(yōu)化、顯微組織改進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(qū)昌平鎮(zhèn)南環(huán),專業(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(shù)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725所 | 4700 |
8 | 中鋁沈加 | 5000 |
9 | 西部超導(dǎo) | 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 家 | 產(chǎn)量(t) | 廠家 | 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,分別是神戶制鋼所、新日鐵住金、JFE不銹鋼、大同特殊鋼、愛知制鋼公司。日本生產(chǎn)的鈦加工材分為板、帶、焊管、無縫管、棒、線、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(jù)著50%~60%的鈦材市場份額。俄羅斯VSMPO-AVISMA公司是航空領(lǐng)域***大的軋材制品供應(yīng)商。
圖8 2016年日本鈦加工材產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
圖9 2016年日本國內(nèi)鈦加工材不同領(lǐng)域應(yīng)用比例
2017年中國共生產(chǎn)鈦加工材55404t,同比增長12.0%。我國鈦材生產(chǎn)重點企業(yè)有30余家,鈦材綜合產(chǎn)能約5萬噸/年,但生產(chǎn)、應(yīng)用、研究鈦材的骨干企業(yè)不超過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(dǎo) |
3 | 攀長鋼 | 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725所 | 14 | 東方鉭業(yè) |
我國鈦加工材進口量為7225 t,較2016年增長21. 6%;鈦加工材出口量為15610 t,較2016年增長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)能嚴重過剩。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。隨著各地方鈦企業(yè)的無序擴張,使得鈦材產(chǎn)品出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性過剩,產(chǎn)品價格持續(xù)下降。
圖10 2015~2017年中國各類鈦材產(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(guī)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(tǒng)用鈦合金管材及管路系統(tǒng)制備成形技術(shù)、海水管路系統(tǒng)用鈦合金超大口徑無縫管材及管件和核動力用鈦合金異型管材。
國內(nèi)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(yīng)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(nèi)高溫鈦合金的總體性能穩(wěn)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)開始。我國對耐蝕鈦合金的研究自20世紀70年代開始,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(chǔ)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(wěn)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(yīng)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(yīng)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,均得到實際應(yīng)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(yīng)用驗證考核以及大力的應(yīng)用推廣宣傳工作。
國內(nèi)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,國外鈦合金精鑄技術(shù)發(fā)展很快,如開發(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;開發(fā)了浮熔鑄造技術(shù),采用減壓吸引法進行鑄造,澆注時很少產(chǎn)生紊流,基本無氣泡夾雜,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(chǔ)上發(fā)展起來的。由于受到整個工業(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(yīng)變率控制器和微型計算機的反饋系統(tǒng)等。低應(yīng)變速率等溫鍛造可以顯著改善鈦合金的顯微組織質(zhì)量。而國內(nèi)鈦合金等溫鍛造的研究起步較晚,只有個別鈦合金產(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(yīng)用,而國內(nèi)的鈦合金表面處理技術(shù)的研究起步相對較晚,現(xiàn)在仍處于起步階段,個別航空件產(chǎn)品進行了應(yīng)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(nèi)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(yīng)用的瓶頸。
國內(nèi)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(gòu)件,屬于機身結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵件,其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guī)格管材
國外對于鈦合金大規(guī)格管材主要采用擠壓及熱軋工藝進行生產(chǎn),目前國內(nèi)主要采用擠壓、鍛造等工藝來制備大規(guī)格鈦合金管材,采用擠壓可生產(chǎn)的管材尺寸較?。欢?/span>鍛造法生產(chǎn)管材工藝操作難度大,可生產(chǎn)的管材長度有限,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(yīng)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力,大力推廣鈦的高端裝備在海洋工程上的應(yīng)用******必要和緊迫。
大規(guī)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(nèi)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(yīng)用的瓶頸。
歐美******憑借技術(shù)和設(shè)備優(yōu)勢,突破了大規(guī)格鈦合金厚板的制備技術(shù),制定了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)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(nèi)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(wěn)定的批量供應(yīng)0.5~0.8mm厚度的鈦帶,廣泛應(yīng)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(nèi)雖已建成若干套鈦管焊接生產(chǎn)線,尚不具備(或還未形成)完整的規(guī)模性生產(chǎn)體系,每年仍需大量進口鈦帶和鈦焊管,其價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(yīng)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(yīng)用還是個空白,至今仍不能批量生產(chǎn)鈦及鈦合金擠壓型材,沒有建立相應(yīng)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(nèi)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(yīng)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(shè)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(xiàn)有的熔模精密鑄造技術(shù)存在污染嚴重、熔模制作周期長、成本高、成型困難、對溫度敏感、易變形等缺點。
鈦合金線、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、棒材;國內(nèi)鈦合金線、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(zhuǎn)盤拉絲機,拉絲速度僅2~3米/分鐘,與國外生產(chǎn)效率相差數(shù)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(dǎo)管的理想材料。在歐美等******的軍、民用飛機上大量成熟應(yīng)用。
國內(nèi)該類型管材處于研究開發(fā)的起步階段,尚未形成系統(tǒng)、成熟、穩(wěn)定的生產(chǎn)技術(shù),試制的產(chǎn)品性能水平和穩(wěn)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(yīng)用。
大面積高品質(zhì)鈦鋼復(fù)合板
國內(nèi)大面積高品質(zhì)鈦鋼復(fù)合板制備技術(shù)和生產(chǎn)工藝仍存在一定問題,尤其在結(jié)合率和復(fù)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(fù)合板仍主要依賴于進口。目前國內(nèi)大多只能生產(chǎn)25m2以下的鈦鋼復(fù)合材料且質(zhì)量穩(wěn)定性還需進一步提高,25m2以上的鈦鋼復(fù)合材料進口依賴程度高,不僅需要花費大量外匯,而且對我國化工設(shè)備制造極為不利,關(guān)鍵時刻必將受制于人。
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下游產(chǎn)業(yè)
日本鈦加工材的應(yīng)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、建筑、醫(yī)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(dǎo)彈、汽車等,其典型產(chǎn)品為飛機結(jié)構(gòu)件、鈦制動機件、壓氣機葉片和基座、汽車發(fā)動機等。
俄羅斯鈦材加工總量的50%以上應(yīng)用于航空領(lǐng)域。VSMPO-AVISMA公司鈦材產(chǎn)品應(yīng)用占比為:發(fā)動機制造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(yīng)用只占總量的16.3%,遠遠低于其他******的利用占比。體現(xiàn)出我國高端鈦材加工能力的不足。
圖11 2017年中國各應(yīng)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(shè)備、節(jié)能與新能源汽車、電力裝備、新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械等幾大重點領(lǐng)域,均與鈦行業(yè)密切相關(guān),這必將連續(xù)拉動國內(nèi)鈦消費平穩(wěn)增長,中國鈦行業(yè)在面臨挑戰(zhàn)的同時也迎來了發(fā)展機遇。
根據(jù)相關(guān)部門的統(tǒng)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(xiàn)不同程度的增加。從總量上看,艦船領(lǐng)域的增長幅度***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(nèi)航空航天、核電等多個領(lǐng)域用到的高端鈦材,國內(nèi)企業(yè)無論在資質(zhì)還是在生產(chǎn)技術(shù)與工藝方面均不能達到要求,相應(yīng)的需求均主要依賴進口,存在巨大的進口替代空間。
圖12 2014~2017年中國各應(yīng)用領(lǐng)域鈦加工材使用量
來源:材易通
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