我國地域廣袤、資源豐富,有色金屬探明儲備量大 ,多位居世界前列。鈦是一種重要的有色金屬 ,具有密度小 、強度高 、耐高溫 、耐腐蝕等優(yōu) 良特性 ,目前廣泛應用于生產生活中的各個領域 ,在航空航天領域與石油化工領域的應用尤為突出。我國的鈦工業(yè)開始于上世紀六十年代 ,經過 了五十 多年 的發(fā)展歷程 ,已經實現(xiàn) 了從國防領域走向各行各業(yè)的轉變,建立 了完整的工業(yè)體系,具備較高水平 的生產能力。進入新世紀以來,鈦及鈦合金的應用范圍更廣,已成為新型功能材料與生物材料的重點。21世紀將是鈦的世紀,研究其應用現(xiàn)狀具有重要實踐意義。
1、我國鈦及鈦合金工業(yè)特點
1.1 產量大、用量多
我國鈦資源儲量十分豐富,居世界首位,約占世界鈦資源探明總量的 56%。鈦資源分布范圍也比較廣泛 ,全國有20個省市及自治區(qū)探 明存在鈦礦產資源在如此豐富的資源基礎上 ,我 國鈦行業(yè)的產量也是十分可觀的,海綿鈦產量位居世界首位,約占世界總產量的28%,鈦加工材產量居世界第二位 。同時,我國鈦及鈦合金消耗總量也是巨大的,經過短短幾十年的發(fā)展,已經成為僅次于美國的世界第二大鈦及其合金消耗國。
1.2 廠家多、產業(yè)鏈健全
自 1958 年第一個海綿鈦生產廠建立 以來 ,隨著經濟的不斷發(fā)展 ,需求量的逐步增加 ,我國鈦行業(yè)現(xiàn)有生產廠家超過 300 ,但 其中骨干企業(yè)少 ,能達到世界級生產水平的更少 。與行業(yè)繁榮相符的,我國鈦行業(yè)產業(yè)鏈比較完善 ,涵蓋了原料采集 、篩選、冶煉、加工、應用、研究等多個環(huán)節(jié),是繼美國、俄羅斯 、日本后的第四大鈦工業(yè)國,具有完備的工業(yè)體系與較高的生產能力水平。
1.3 新項目種類多
我國鈦消耗量大,但開采冶煉技術還不夠成熟,鈦資源一度處于緊缺狀態(tài) 。近些年,鈦及鈦合金項目逐漸增多,力求以新工藝、新技術為基礎開發(fā)新型生產線,提高鈦礦產資源利用率。這些項目遍布全國各地,規(guī)模大、技術水平高,勢必會在各個生產領域 中引發(fā)新的鈦及其合金使用熱潮。
2、鈦及鈦合金應用領域現(xiàn)狀分析
2.1 化工領域
鈦及鈦合金擁有耐腐蝕 、耐高溫的優(yōu)良特性 ,很早便被應用于化工領域,并在諸多行業(yè)中做出貢獻 。
(1) 制堿行業(yè)
目前,工業(yè)上普遍使用電解飽和氯化鈉溶液 的方式獲得氫氧化鈉和氯氣,以它為原料經過各種不 同的工藝合成多樣化的化工產品。而在之前的氯堿工業(yè)生產過程 中,由于冷卻工藝不合理經常會導致產 出的氯氣質量不合格現(xiàn)象,同時也會對環(huán)境造成嚴重污染。
而鈦制冷器的出現(xiàn)很好地解決了這一 問題 ,鈦及其合金即使在高溫潮濕氯氣環(huán)境中也具有極強的抗腐蝕特性,在 80 ℃的氯水中腐蝕速率僅為 0.0043lmm/a ,極大了改變了氯堿工業(yè)的生產面貌,部分氯堿廠投入使用的鈦合金制冷器使用超 過二十年,依 舊完好無損。
(2) 制鹽工業(yè)
真空制鹽是一種較為先進的制鹽工藝,通過創(chuàng)設適宜海水揮發(fā) 的真空條件 ,加快結 晶速度 ,提高制鹽效率與質量。然而,這一過程 中產生 的高溫濃鹽水會對碳鋼設備造成嚴重的腐蝕 作用,導致設備極 易損壞、滴漏現(xiàn)象嚴重 。直至上世紀八十年代,鄧關鹽廠 、內蒙古吉蘭泰鹽廠先后將鈦鋼 復合結構用于加熱室與蒸發(fā)室。實踐表明,鈦鋼結構可有效防止結鹽垢 ,提高制鹽 品質,同時減輕蒸發(fā)過程中高濃度鹽水對管壁的腐蝕作用 ,延長檢修周期。而經過多年實踐,投入使用的鈦鋼結構始終處于 良好的運行狀態(tài) ,成為真空制鹽法順利推廣的基石 。
2.2 航空航天領域
在美國和俄羅斯等率先利用鈦及鈦合金的發(fā)達國家中,鈦及鈦合金主要應用領域為航空航天工程 。但航空航天工業(yè)對部件精度要求高,而鈦本身是一種變形系數小、背向力大 的難切削材料 ,加之我國相關研究起步較 晚,技術尚未成熟 ,鈦及其合金在我國航天領域一直處于不慍不火 的發(fā)展狀態(tài)。直至近些年,隨著 國家的重視程度提高與綜合科研能力的提升,鈦及其合金在航空航天領域 的應用愈來愈廣泛,種類也逐步增多,已經成為飛機骨架、承重架 、導向裝置、火箭機盤等重要部位的主要材料。每一種型號的鈦合金都有其特點,用于不 同的部位,如 Ti5A12.5Sn 高強鈦合金常用于制作發(fā)動機外殼,而 Ti6A12Sn 強化鈦合金常用于緊固件與導向裝置制作等,伴隨科技的不斷革新,鈦及鈦合金在我國航空航天領域 的應用將愈加廣泛。
3、鈦工業(yè)目前存在的問題及發(fā)展趨勢
3.1 我國鈦工業(yè)目前存在的問題
盡管我國已經成為名副其實的鈦工業(yè)大 國,但縱觀整個行業(yè),從生產到應用,依舊存在些問題 。首先,表現(xiàn)在鈦產 品質量缺 陷中,我國海綿鈦產量高 ,但高品質的產品數量少 ,0 級鈦生產 比率較低 ,特殊性能的鈦產品種類少 ;其次 ,我國尚且不能批量穩(wěn)定生產鈦帶和鈦擠壓型材 ,限制 了鈦及其合金在航空航天、海洋等領域的開發(fā)利用。我國鈦產品總體種類較多,但缺乏對新材料的系統(tǒng)研究,目前,我 國休閑娛樂領域與航空航天領域鈦材應用大多模仿 國外相關產 品,創(chuàng)新型產 品研發(fā)力度不夠 ,創(chuàng)新意識不 強,出口產 品類型比較單一。此外,我國鈦企業(yè)仍處于發(fā)展階段,世界級企業(yè)少 ,從長遠角度來看,是不利于鈦產業(yè) 系統(tǒng)化、集成化發(fā)展的。
3.2 我國鈦工業(yè)的發(fā)展趨勢
質量是行業(yè)發(fā)展的第一要素,我國海綿鈦的質量還有待提升,目前 ,部分冶金企業(yè)在國家支持下,已經開發(fā) 出不少新型技術,將其應用于海綿鈦生產過程中,可提高產品質量,并有助于節(jié)能降耗 。鈦產品的質量也需要提高,期待通過技術設備 的改善加大組織結構均勻、無偏析的鈦產 品生產比例。目前,相關研究項目已經逐步落實 ,并取得了一些研究成果。此外,針對于我國鈦產品創(chuàng)新力度不足的問題,應加大資金投入力度 ,鼓勵企業(yè)自主研發(fā) ,同時建立鈦材料表征評價中心,積累鈦材尤其是鈦合金材料的實驗數據與應用
數據,系統(tǒng)認知每種鈦合金材料應用于具體行業(yè)的技術指標,以創(chuàng)新推動發(fā)展 ,以實踐帶動理論提升 ,進一步擴大我 國鈦工業(yè)生產 。
參考文獻:
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(作者單位:青海聚能鈦業(yè)有限公司,青海 西寧 810000)
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