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，隨著科技的發(fā)展及生產(chǎn)的需要，相繼研究開發(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)濟指標對比來看，自耗電極電弧爐（含凝殼爐）熔煉仍是目前最經(jīng)濟適用的熔煉方法。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

鈦具有熔點高、比重小、比強度高、韌性好、抗疲勞、耐腐蝕、導熱系數(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，其商業(yè)價值在二十世紀五十年代開始被人們認識，鈦多與鐵、鋁、釩或鉬等其他元素造成造出高強度的輕合金，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、日常生活用品等行業(yè)推廣，鈦金屬日益被人們重視，被譽為“第三金屬”、“太空金屬”、“海洋金屬”和“萬能金屬”，因其是提高國防裝備水平不可或缺的重要戰(zhàn)略物資，又被稱為“現(xiàn)代金屬”和“戰(zhàn)略金屬”。世界鈦工業(yè)受全球經(jīng)濟的影響，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，導致全球鈦工業(yè)的產(chǎn)量穩(wěn)步增長。2018年，美日俄三國鈦工業(yè)受國際經(jīng)濟的影響，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)量達到3萬t，預計全球鈦加工材產(chǎn)量將超過14萬t，同比有所增長。

二、鈦金屬行業(yè)現(xiàn)狀

隨著下游需求量的復蘇，2018年我國鈦金屬產(chǎn)量逐漸上升，其中2018年鈦精礦產(chǎn)量達到420萬噸，同比增長10.5%;而我國鈦精礦主要產(chǎn)自攀西地區(qū)，2018年攀西地區(qū)鈦精礦產(chǎn)量達到324萬噸，占國內(nèi)總產(chǎn)值的77.1%。根據(jù)國內(nèi)主要鈦材30家生產(chǎn)企業(yè)的統(tǒng)計，2018年中國共生產(chǎn)鈦加工材63396噸，同比增長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)域占比達到45.3%，較上年增加了1.9個百分點;航空航天領(lǐng)域達到17.9%，較上年提高1.6個百分點;其次是電力領(lǐng)域，占比達到10.7%，較上年降低1.4個百分點。

三、鈦及鈦合金的熔煉鑄造工藝

鈦是非常活潑的金屬，在液態(tài)下，和氧、氮、氫和碳的反應(yīng)相當快，因此鈦合金熔煉必須在較高的真空度或惰性氣體（ar或ne）保護下進行。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下進行。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，以水冷銅坩堝為陽極。熔化了的電極以液滴形式進入坩堝，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，用于形成熔池儲存鈦液，避免了坩堝對鈦合金液的污染。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

對標美國制造業(yè)創(chuàng)新模式，盡早構(gòu)建我國鈦行業(yè)互聯(lián)互通、共享共贏的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺。在平臺上建立鈦及鈦合金材料表征及評價參數(shù)以及加工工藝和應(yīng)用技術(shù)參數(shù)、檢驗檢測標準等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫，以此推動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)新攻堅共同體。以股權(quán)的方式組建具有先進裝備技術(shù)保障和經(jīng)濟實力的、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)和價格。

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

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作者簡介：趙萬波（1990.08-），本科學歷，男，研究方向：鈦金屬冶煉，鈦金屬鑄錠成型