鈦材加工工藝發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢研究

郝騰飛　張璽巖　朱雪瑞

摘要：目前鈦材加工產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)性過剩的競爭格局。一方面，我國多數(shù)鈦材生產(chǎn)企業(yè)均處在中低端產(chǎn)品定位上，產(chǎn)品趨同，行業(yè)集中度低，競爭激烈，同時中低端鈦材產(chǎn)品毛利率很低。另一方面，高端鈦材應(yīng)用領(lǐng)域，在航空航天、船舶和醫(yī)療等高端產(chǎn)品的研發(fā)及生產(chǎn)上，我國鈦材生產(chǎn)企業(yè)尚不能滿足國內(nèi)的發(fā)展需求，產(chǎn)能不足。中低端鈦材領(lǐng)域，鈦材加工企業(yè)經(jīng)營情況兩級分化大型鈦材加工企業(yè)產(chǎn)能較大，存在規(guī)模效應(yīng)，具備一定優(yōu)勢，在成本控制、原材料議價能力、融資能力等方面具有顯著優(yōu)勢，或在上游原材料上有所布局，抗風(fēng)險能力較強(qiáng)。因此研究鈦材加工工藝能夠提升我國工業(yè)發(fā)展的效率。

關(guān)鍵詞：鈦材加工;工藝;發(fā)展現(xiàn)狀

引言：

中小鈦材加工企業(yè)自身實(shí)力有限，未來將面臨較高的經(jīng)營和財(cái)務(wù)風(fēng)險。目前鈦材產(chǎn)量在 4000 噸以上的企業(yè)主要有寶雞鈦業(yè)股份有限公司、 攀鋼集團(tuán)四川長城特殊鋼有限責(zé)任公司、 該院下屬的西部材料和湖南湘投金天科技集團(tuán)責(zé)任有限公司。高端鈦材領(lǐng)域，鈦材加工企業(yè)技術(shù)實(shí)力支撐其未來發(fā)展高端鈦材領(lǐng)域，行業(yè)競爭則主要體現(xiàn)在技術(shù)實(shí)力上，具備較強(qiáng)研發(fā)實(shí)力的企業(yè)長期盈利能力較好。軍工領(lǐng)域來看，目前國內(nèi)僅寶鈦股份、西北院及下屬西部超導(dǎo)和西部材料、金天科技等為數(shù)不多的鈦加工企業(yè)獲得完備軍工鈦材資質(zhì)。 同時，這些企業(yè)也是國內(nèi)航空航天用鈦合金材料的主要供應(yīng)商。

一、鈦材加工工藝發(fā)展現(xiàn)狀及問題

鈦材塑性加工工業(yè)是一個高能耗的產(chǎn)業(yè)，熱軋、退火和熱處理等作業(yè)都需要較高的能耗。降低鈦加工生產(chǎn)中的能耗，有利于降低成本和節(jié)約能源。解決鈦工業(yè)生產(chǎn)能耗過高問題的途徑主要是依靠科技進(jìn)步，改進(jìn)工藝技術(shù)，發(fā)展高效節(jié)能工藝，發(fā)展自動化控制技術(shù)，開發(fā)鈦加工節(jié)能技術(shù)。鈦塑性加工生產(chǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)大型化和連續(xù)化，生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，各工序作業(yè)采用計(jì)算機(jī)控制，以提高勞動生產(chǎn)率。國外大型鈦合金整體鍛件的鍛造采用45kt或75kt水壓機(jī)壓制。

鈦和鈦合金塑性加工具有變形抗力大、常溫塑性差、屈服極限和強(qiáng)度極限比值高、回彈大、對缺口敏感、變形過程易與模具黏結(jié)、加熱時又易吸附有害氣體等特點(diǎn)。鈦材塑性加工較鈦、銅困難。鈦和鈦合金的加工工藝必須考慮它們的這些特點(diǎn)。鈦和鈦合金采用塑性加工，加工尺寸不受限制，又能夠大批量生產(chǎn)。塑性加工是鈦材加工中占主導(dǎo)地位的方法，大多數(shù)鈦材產(chǎn)品是采用這種方法生產(chǎn)的。

目前，鈦材加工的傳統(tǒng)方法主要有塑性加工、鑄造和粉末冶金三種方法。鈦塑性加工的工藝方法是將海綿鈦熔鑄成錠，再加工成鈦材。塑性加工方法包括鍛造、軋制、擠壓、拉拔、沖壓、旋壓等，通過這些塑性加工方法可將鈦錠加工成各種形狀和尺寸的板、帶、條、箔、管、棒、型、線、鍛件和沖壓件等制品。

二、鈦材加工的作用

1、節(jié)能降耗

從鈦及鈦合金錠到制成品零部件，其成品率僅10%-20%，因此，殘鈦及其合金的回收利用就成了降低成本、擴(kuò)大應(yīng)用的關(guān)鍵。廢鈦和殘鈦的來源很廣，鈦鑄錠產(chǎn)生的廢鈦（切頭、切邊和扒皮屑）約占5%;加工成材產(chǎn)生的殘鈦（邊角余料和屑）約占40%～60%;由鈦材加工成鈦制品產(chǎn)生的殘鈦（料頭、邊角屑）約占50%～75%;廢舊鈦制品也是一個來源。

由于廢殘鈦量很大，綜合利用大有可為。因此，有的國家建立了專門的廢舊金屬回收公司，專營廢殘鈦的綜合利用，采用專用設(shè)備和技術(shù)，大規(guī)模、高自動化地從事廢殘鈦的回收處理。

2、殘廢鈦處理

在廢殘鈦的回收利用中，特別要加強(qiáng)對廢殘鈦的管理，不要讓不同氧化程度的廢殘鈦混合。這樣便于根據(jù)不同類別的廢殘鈦按下列4種情況分別進(jìn)行處理：

（1）未被污染的殘鈦，包括加工后的邊角余料和鈦屑，量大質(zhì)好，應(yīng)盡量作為熔煉鈦錠的添加料，摻人海綿鈦擠壓成鈦塊使用，可降低加工成本;

（2）塊狀的廢海綿鈦和廢鈦頭、鈦的邊角料，按其純度和成分的不同，可分別作為鈦鐵工業(yè)中的合金添加劑，或作制取鈦粉的原料;

（3）鈦粉和等外鈦粉，宜作為煙火工業(yè)中的爆燃劑，也可作為制取鋁加工工業(yè)中的添加劑和粉末冶金鈦制品的原料;

（4）混料或雜質(zhì)多的鈦屑及廢鈦塊可加工成高鈦鐵，如70鈦鐵（含鈦70%）。隨著鈦鐵產(chǎn)業(yè)添加劑對高鈦鐵合金需求量的增加，以廢鈦為主要生產(chǎn)原料的高鈦鐵合金，備受市場歡迎。目前以廢鈦為原料生產(chǎn)的高鈦鐵全世界年產(chǎn)量已達(dá)萬噸以上。

三、發(fā)展趨勢

全球鈦加工材產(chǎn)品市場在商業(yè)航空領(lǐng)域主要來自發(fā)動機(jī)組件，如光盤葉片、葉片、引擎箱體和機(jī)身零部件如機(jī)尾部分、艙壁、機(jī)翼支撐、緊固件、起落架。鈦通常用于飛機(jī)緊固件零件中。

鈦有利于生產(chǎn)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，也用于其他部分如外殼、壓縮機(jī)葉片、熱保護(hù)層、引擎整流罩。鈦在商業(yè)航空市場的使用可以歸因于幾個因素，如碳纖維增強(qiáng)塑料成分增加到新飛機(jī)的設(shè)計(jì)中。

參考文獻(xiàn)：

[1]李永林，劉彥昌，陳勝川.鈦鈮合金的熱處理工藝研究[J/OL].熱加工工藝，2020（14）：125-128+131[2020-07-08].https：//doi.org/10.14158/j.cnki.1001-3814.20200700.

[2]方勁，劉芳，第文琦，許光麗，崔權(quán).冷軋工藝參數(shù)對商業(yè)純鈦力學(xué)性能和腐蝕性能的影響[J].塑性工程學(xué)報(bào)，2019，26（06）：98-105.

[3]沈春豫，樊科社，李瑩，梁珊珊.熱處理工藝對爆炸焊接TA1/Q345R復(fù)合板殘余應(yīng)力分布影響[J].金屬熱處理，2019，44（08）：205-209.

[4]劉全軍，郭初陽，齊江江.鈦合金材料的熱處理工藝及控制研究[J].新技術(shù)新工藝，2016（07）：69-73+93.

作者簡介：

第一作者，郝騰飛（1991.01.18-），男，大專，研究方向：鈦材加工工藝。

第二作者：張璽巖（1993.05.10-），男，本科，研究方向：鈦材加工工藝。

第三作者：朱雪瑞（1993.04.14-），男，本科，研究方向：鈦材加工工藝。