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我国钛及钛合金工业的特点、应用现状、发展趋势

发布时间:2021-08-12 09:49:01 浏览次数 :

我国地域广袤、资源丰富,有色金属探明储备量大,多位居世界前列。钛是一种重要的有色金属,具有密度小、强度高、耐高温、耐腐蚀等优良特性,目前广泛应用于生产生活中的各个领域,在航空航天领域与石油化工领域的应用尤为突出。我国的钛工业开始于上世纪六十年代,经过了五十多年的发展历程,已经实现了从国防领域走向各行各业的转变,建立了完整的工业体系,具备较高水平的生产能力。进入新世纪以来,钛及钛合金的应用范围更广,已成为新型功能材料与生物材料的重点。21世纪将是钛的世纪,研究其应用现状具有重要实践意义。

钛管

1、我国钛及钛合金工业特点

1.1产量大、用量多

我国钛资源储量十分丰富,居世界首位,约占世界钛资源探明总量的56%。钛资源分布范围也比较广泛,全国有20个省市及自治区探明存在钛矿产资源在如此丰富的资源基础上,我国钛行业的产量也是十分可观的,海绵钛产量位居世界首位,约占世界总产量的28%,钛加工材产量居世界第二位。同时,我国钛及钛合金消耗总量也是巨大的,经过短短几十年的发展,已经成为仅次于美国的世界第二大钛及其合金消耗国。

1.2厂家多、产业链健全

自1958年第一个海绵钛生产厂建立以来,随着经济的不断发展,需求量的逐步增加,我国钛行业现有生产厂家超过300,但其中骨干企业少,能达到世界级生产水平的更少。与行业繁荣相符的,我国钛行业产业链比较完善,涵盖了原料采集、筛选、冶炼、加工、应用、研究等多个环节,是继美国、俄罗斯、日本后的第四大钛工业国,具有完备的工业体系与较高的生产能力水平。

1.3新项目种类多

我国钛消耗量大,但开采冶炼技术还不够成熟,钛资源一度处于紧缺状态。近些年,钛及钛合金项目逐渐增多,力求以新工艺、新技术为基础开发新型生产线,提高钛矿产资源利用率。这些项目遍布全国各地,规模大、技术水平高,势必会在各个生产领域中引发新的钛及其合金使用热潮。

2、钛及钛合金应用领域现状分析

2.1化工领域

钛及其合金拥有耐腐蚀、耐高温的优良特性,很早便被应用于化工领域,并在诸多行业中做出贡献。

(1)制碱行业

目前,工业上普遍使用电解饱和氯化钠溶液的方式获得氢氧化钠和氯气,以它为原料经过各种不同的工艺合成多样化的化工产品。而在之前的氯碱工业生产过程中,由于冷却工艺不合理经常会导致产出的氯气质量不合格现象,同时也会对环境造成严重污染。

而钛制冷器的出现很好地解决了这一问题,钛及其合金即使在高温潮湿氯气环境中也具有极强的抗腐蚀特性,在80℃的氯水中腐蚀速率仅为0.0043lmm/a,极大了改变了氯碱工业的生产面貌,部分氯碱厂投入使用的钛合金制冷器使用超过二十年,依旧完好无损。

(2)制盐工业

真空制盐是一种较为先进的制盐工艺,通过创设适宜海水挥发的真空条件,加快结晶速度,提高制盐效率与质量。然而,这一过程中产生的高温浓盐水会对碳钢设备造成严重的腐蚀作用,导致设备极易损坏、滴漏现象严重。直至上世纪八十年代,邓关盐厂、内蒙古吉兰泰盐厂先后将钛钢复合结构用于加热室与蒸发室。实践表明,钛钢结构可有效防止结盐垢,提高制盐品质,同时减轻蒸发过程中高浓度盐水对管壁的腐蚀作用,延长检修周期。而经过多年实践,投入使用的钛钢结构始终处于良好的运行状态,成为真空制盐法顺利推广的基石。

钛棒

2.2航空航天领域

在美国和俄罗斯等率先利用钛及钛合金的发达国家中,钛及钛合金主要应用领域为航空航天工程。但航空航天工业对部件精度要求高,而钛本身是一种变形系数小、背向力大的难切削材料,加之我国相关研究起步较晚,技术尚未成熟,钛及其合金在我国航天领域一直处于不愠不火的发展状态。直至近些年,随着国家的重视程度提高与综合科研能力的提升,钛及其合金在航空航天领域的应用愈来愈广泛,种类也逐步增多,已经成为飞机骨架、承重架、导向装置、火箭机盘等重要部位的主要材料。每一种型号的钛合金都有其特点,用于不同的部位,如Ti5A12.5Sn高强钛合金常用于制作发动机外壳,而Ti6A12Sn强化钛合金常用于紧固件与导向装置制作等,伴随科技的不断革新,钛及钛合金在我国航空航天领域的应用将愈加广泛。

3、钛工业目前存在的问题及发展趋势

3.1我国钛工业目前存在的问题

尽管我国已经成为名副其实的钛工业大国,但纵观整个行业,从生产到应用,依旧存在些问题。首先,表现在钛产品质量缺陷中,我国海绵钛产量高,但高品质的产品数量少,0级钛生产比率较低,特殊性能的钛产品种类少;其次,我国尚且不能批量稳定生产钛带和钛挤压型材,限制了钛及其合金在航空航天、海洋等领域的开发利用。我国钛产品总体种类较多,但缺乏对新材料的系统研究,目前,我国休闲娱乐领域与航空航天领域钛材应用大多模仿国外相关产品,创新型产品研发力度不够,创新意识不强,出口产品类型比较单一。此外,我国钛企业仍处于发展阶段,世界级企业少,从长远角度来看,是不利于钛产业系统化、集成化发展的。

钛丝

3.2我国钛工业的发展趋势

质量是行业发展的第一要素,我国海绵钛的质量还有待提升,目前,部分冶金企业在国家支持下,已经开发出不少新型技术,将其应用于海绵钛生产过程中,可提高产品质量,并有助于节能降耗。钛产品的质量也需要提高,期待通过技术设备的改善加大组织结构均匀、无偏析的钛产品生产比例。目前,相关研究项目已经逐步落实,并取得了一些研究成果。此外,针对于我国钛产品创新力度不足的问题,应加大资金投入力度,鼓励企业自主研发,同时建立钛材料表征评价中心,积累钛材尤其是钛合金材料的实验数据与应用 数据,系统认知每种合金材料应用于具体行业的技术指标,以创新推动发展,以实践带动理论提升,进一步扩大我国钛工业生产。

参考文献:

[1]孟宪斌,易彩虹,吴小玲,周景蓉.钛及钛合金复合材料发展及工业应用[J].中国化工装备.2013(06):3~7:

[2]范兴平,王军.钛及钛合金的成型方法及应用[J].材料导报.2013(S2):349~354,367.

(作者单位:青海聚能钛业有限公司,青海西宁810000)

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