鈦合金（jīn）工業現狀與發展

一、鈦工業的發展
鈦及其合（hé）金由（yóu）於密度小(4.51g/cm3)、強度高（有的達到1000MPa）、比強度大、高低性能優異，因（yīn）此首先被廣泛應用於航空、航天等行業，成為軍事工業不可或缺的結構材（cái）料。除此之外，鈦及其合金在（zài）很多化學介質中優異的耐腐蝕性能及其它綜合性能，又被石油（yóu）、化工、醫藥、體育（yù）等民用行業廣泛接受，逐步取代各（gè）種金屬材料，在短時間內躍居金屬材料使用的第三位。
鈦元素發現於（yú）1789年，1908年挪（nuó）威和美國開始用硫酸法生產鈦白，1910年在試（shì）驗室中第（dì）一次用鈉法製得海（hǎi）綿鈦，1948年美國杜邦公司(DUPONT)才用鎂法成噸（dūn）生產海綿鈦，這標誌著海綿鈦即鈦工業化（huà）生產的開始。
反應過程如下： TiO2+Cl2 → TiCl4
TiCl4+Mg → Ti
可見鈦（tài）材生產過（guò）程中涉及（jí）劇毒（dú）化學介質氯氣（二戰中的化學武器哦）和貴金屬鎂，而且反應過程需要大量的能量，這就是鈦材昂貴的（de）原因。這（zhè）個過程冶煉出來（lái）的鈦材還不能用（yòng）於生產，因為它還是多孔疏鬆狀（zhuàng）的，形似海綿，稱為海綿鈦，海（hǎi）綿鈦將被置於真空自耗電弧爐中冶煉出鈦錠，用於（yú）板材、棒、管子及其他（tā）形式鈦材的生產。
我國鈦（tài）資源豐富，礦產比較（jiào）集中（zhōng），換算（suàn）成TiO2總儲量達90億多噸，為世界第一（yī）。鈦礦主要分布在四川、雲南、廣東、廣（guǎng）西（xī）和海南等省區，其（qí）中攀枝花地區的蘊藏量（liàng）占世界總儲量的35%。然而，同世界主（zhǔ）要鈦礦產地相比，我國的天然金紅石（TiO2）資源（yuán）少（shǎo），易開采利用的砂礦少。鈦礦多為鈦釩鐵共（gòng）生岩礦，選冶起始成本高。說到這裏還有（yǒu）必要提及一（yī）個故事，當（dāng）初攀枝花鋼鐵集團冶煉鋼（gāng）材後的礦渣堆放在攀鋼集團的一角，很久也沒有發現這種（zhǒng）礦渣裏麵竟然含有貴金屬鈦。後來日本人對攀鋼考察的時候提出要購買（mǎi）我們的礦渣，這才讓我們（men）的國家注意上（shàng）了（le）攀鋼礦渣的具體真麵目，當然回絕了日本。
中國鈦工業起（qǐ）步於20世紀50年代，1954年北有色金屬研究總（zǒng）院開始進行海綿鈦製備工藝研究，1956年國家把鈦當作戰略金屬列（liè）入了12年發展規劃（huá），1958年在撫順（shùn）鋁廠（chǎng）實現了海綿鈦工業試驗（yàn），成立了中國（guó）第一個海綿鈦生產車間，同時在沈陽（yáng）有色（sè）金屬加工廠成立了中國第一個鈦加工材生產（chǎn）試驗車間。
1980年前後，我國海綿（mián）鈦產量達到（dào）2800噸（dūn），然（rán）而（ér）由於當時大多數人對鈦（tài）金屬認識不足，鈦材的高價格也限製了鈦的應用，鈦加工材的產量僅200噸左右，我國（guó）鈦業陷入困境。
截止到2003年底，我國海綿鈦的年產能力為4000噸，其（qí）中遵義鈦廠3000噸（擴建項目2005年（nián）基本上完（wán）工（gōng），年產可超過5000噸），撫順鈦廠1000噸（dūn）。由（yóu）於近年來（lái）我（wǒ）國持續（xù）發展的國（guó）民經濟對鈦材的需求旺盛，上（shàng）述兩廠均能滿負（fù）荷生產，2003年的總產量也是4000餘噸，2004年（nián）達到（dào）4809噸。
2002年，我國（guó）進口海（hǎi）綿鈦2147噸，出口11噸，淨進口（kǒu）2136噸；2003年1-11月份，我國進口海綿（mián）鈦2609.9噸，出口72.7噸，淨進口2534.2噸。
2002年我國生產海（hǎi）綿鈦3328噸，實（shí）際銷售3079噸（dūn）；2003年我國生產海綿（mián）鈦4112噸（dūn），銷售4128噸。可是由於國際大化（huà）工、航空航天業的規模發展，已經讓國際鈦材走向供不應求的局麵，導致從2002年來我國鈦材瘋狂上漲的局麵。
鈦加工材的產能（néng）決定於鈦錠的生（shēng）產能力，也就是國家擁有真空自耗（hào）電弧（hú）爐的總體（tǐ）噸位。我國（guó）基本（běn）具有了20000t/a的鈦錠（dìng）生產（chǎn）能力（lì）。以（yǐ）70%可（kě）轉化成鈦材計，基本具有了14000t/a的生產能力（lì）。
據初步統計，2003年我國實際生產鈦材約6000噸，占世界總產量的10%左右。可（kě）見中國的鈦（tài）加工工業還不是很發達，需要時間和（hé）投入。
目前，我國鈦加工及（jí）其製造業在地理上體現了三分天下的格局：以寶雞為中心的西北地區。這（zhè）個地（dì）區以寶雞有色金屬加（jiā）工廠及其控（kòng）股的寶雞鈦業有限公司為龍頭，形成了我（wǒ）國專業化程度最高、加工設備最係統化、產品（pǐn）規格（gé）最多（duō）的鈦加工及其製（zhì）造業基地（dì）。西北地區的鈦材主要供給給國家的軍事生產部門，民用的設備生產部門，部分出口到波音，麥道，羅-羅（luó）等著名公司。
以沈（shěn）陽有色金屬加工廠、撫順特（tè）鋼板材有限責任公司、沈陽東方鈦業有（yǒu）限公司等（děng）單位為（wéi）主形成了東北（běi）鈦加工及設備製造集團，該地區（qū）中小（xiǎo）企業（yè）多，鈦設備製造頗為活躍，由於東北是我國的老重型工（gōng）業（yè）基地，人才是不缺的，缺的就（jiù）是（shì）強化的管理和綜合（hé）組織能力，尤其是在地方優惠（huì）政策的扶持下也將形成一定的氣（qì）候。
以寶鋼集團上海五（wǔ）鋼有限公司、南寶鈦中惠（huì）集團有限（xiàn）公司、張家港市宏（hóng）大鋼管廠等單位為主形成了長江三角洲鈦加工及其設備製造集團。長三角（jiǎo）地區的有（yǒu）色（sè）金屬的設（shè）備的加工能力已經可以體現我國在這個方麵的（de）實力，每年在有色方麵的設備（bèi）大（dà）量出口，質量可靠，已經（jīng）有部分質量，管理比較成功的企業走進了軍工製造的（de）大門。雖（suī）說沒有大規模（mó）的軍品生產，但也能充分說明我們的製造能力和鈦材在軍事上的應用的（de）前景。
在2005年（nián）前後，我國（guó）海綿（mián）鈦和鈦加工材的單廠產能達到（dào）年產5000噸的（de）基本經濟規模（mó），加上振興東北計（jì）劃中的5000噸/年海綿鈦項目，基本上能實現我國幾（jǐ）代鈦業工（gōng）作者的（de）宿願，上一個大（dà）台階（jiē），必將使我國成為鈦工業（yè）的強國。
世界上能完成鈦礦山—冶金—加工—鈦設備製造及科研（yán）—設計—應用兩個完整體係的國家隻有四個：美國，蘇（sū）聯/俄羅斯，日本（běn），中國。這（zhè）也是現代冶金工業的典範。鈦生產大國（guó）都是發達國（guó）家（jiā）和前蘇聯的國家（除中國外），鈦生產工（gōng）藝的（de）特殊性讓資金不雄厚（hòu）的國家進退兩難。作為主導世界航空工（gōng）業的金屬，鈦（tài）材料正（zhèng）成為一些國家謀求世界航空主導權的工具，想必大家都知（zhī）道了近期俄（é）羅斯總統（tǒng）普下令合並俄羅斯數大飛機製造商，成立聯合航空製造集團的事（shì）情，這（zhè）隻是老毛子謀（móu）求航空主（zhǔ）導（dǎo）權的第一步，緊接著俄（é）羅斯媒體透露，俄羅斯國防出口公司正在與鈦合金巨頭阿維斯瑪公司進（jìn）行（háng）股權收購談判，這表明俄羅斯在當今的（de）國際形式下不僅大打能（néng）源排，利（lì）用“安大線”和“安（ān）納線”把中國和小日本拴在一起玩（wán）弄，而且把爪（zhǎo）子伸向了具有戰略意義的稀有金屬（shǔ）領域，企圖為俄羅斯的崛起創造人為（wéi）的條件！
由於阿維斯瑪（mǎ）公司全（quán）球飛機製造業（yè）的最大材料供應商（shāng）（供應波音35%的鈦材和空客50%的鈦材），除每年要供應波音25~45萬噸產品（含鎂合金），還要增（zēng）加深加工產（chǎn）品的份額，同（tóng）時（shí）俄羅斯還和波音和空客都有（yǒu）合作項目（新型飛機研發製造公司），不難看出俄羅斯想（xiǎng）把材料的優勢變成技術轉讓的籌碼的野心，此其一（yī），二則是俄羅斯總統已經下令設計製造新型飛機，欲與波音/空客試比高！並（bìng）已經給蘇霍伊公（gōng）司下了貸款擔保，確保後者的（de）RRJ型支線飛機的研製計劃順利進行，本人覺（jiào）得對一個支線飛機如此興師動眾，十有八九不是針對中國的ARJ21來（lái）的，就是俄羅斯大戰前的（de）練兵行為，可見老毛子的崛起之心是很強（qiáng）烈的。
二、鈦在國防（fáng）工業（yè）上的應用（yòng）
（1）．我國國防工業使用鈦的情況
無論是美國還是俄羅斯，其鈦材主要應用於飛機製造業和造船業。近年來，我（wǒ）國這兩個領域發展很快，不斷有新型飛機量產，在研的（de）項目也很多，估計這兩個領（lǐng）域的用鈦量將會大幅增加，而且也有（yǒu）報道說明我們的F10上也使用了較多的鈦合（hé）金，前段時間還有網友在鐵血網站上貼出了我國新型的鈦合金發動機（jī）罩和強5戰（zhàn）機的（de）機翼鈦合金連接件的圖片。可見（jiàn）我國在鈦合金使（shǐ）用上麵早已成熟（shú），假以時日，我們的鈦合金（jīn）的應用也能讓航空航天工業飛躍。在航天領域，中國第一（yī）台大型全（quán）鈦（tài）紫外太空望（wàng）遠鏡也已經製（zhì）造並實驗完畢，鈦合金在太空領域的應用前途光（guāng）明。
每種鈦合金都有各自的用途。飛機製造和航天工業運用鈦（tài）合金大家已經（jīng）十分了解，在社會生活及在機械業中的（de）使（shǐ）用更是多多，象眼鏡架啊，高爾夫球杆啊，超級運動自行車啊，等等。但在陸軍和海軍中（zhōng）的使用我們卻是（shì）知之（zhī）甚少，而（ér）且相關的文章和（hé）說明也不是很多，下麵就列（liè）舉一些我（wǒ）國高性能（néng）鈦合（hé）金在國防工業的應用情（qíng）況。
1.發動機業：
鈦5Al2.5Sn高強鈦（tài）合金—齒輪（lún）套（tào）、發動（dòng）機外殼、葉片罩
鈦8Al1Mo1V高（gāo）鈦合金—發動機葉片、陀螺儀導向罩、內蒙皮
鈦6Al4V（抗拉強度（dù）≥895MPa）熱處理強化鈦合金—核心機葉片及葉輪
2.航空業：
鈦6Al2Sn強化鈦合金—緊固件、導向（xiàng）裝置、重要結構
鈦（tài）4AlMo1V鈦合金—飛機骨架
鈦Sn5Zr1Mo鈦合金—起（qǐ）落架（jià）、飛機承重架、緊固（gù）件
F22和殲十都應用了鈦合金材料
3.航天業
鈦合金1M1315—火箭機（jī）盤、導彈基座構件
鈦合金1M1550—導彈動力葉片套（tào）
鈦合金T-A6V—飛船主用（yòng）材料
4.陸軍業
我國已經研製成功了83-1型和83-2型兩種迫（pò）擊炮（pào）。83-1型82迫擊炮廣泛采用了鈦合金，把全炮重量降低到18.1公斤，極其（qí）方便（biàn）班、排這樣的小單位的襲擾戰的開展。
鈦A7D—新型裝甲車輛力學分析鍛件
鈦A6Z5W—反坦克火箭（導彈），地空導彈罩等抗蠕變性要求高的部件
鈦1M1551—某裝甲車輛火力高（gāo）速旋轉部件
5.海軍業
LT41鈦合金—艦船大麵積蒙皮
3.7114鈦合金—可（kě）焊性優良（liáng），成型性好適合各種水密隔層
鈦V13CA鈦合金（jīn）—蜂窩狀艦身，承重框架
鈦合金（jīn）在艦船上使用是很有前途的。這跟鈦合金的強度、韌性（xìng）有關係，還有就是耐腐蝕性，海水中（zhōng）的鈦（tài）是極其穩定的，基（jī）本上可以認（rèn）為船體是不會腐蝕的，這樣既可以減少維護的費用，也可以減輕船體的重（chóng）量，對艦艇來講是莫大的好處啊。除此（cǐ）之外，還（hái）有必要提及兩點：第一個鈦是無磁性的，對抗磁性（xìng）探測有很大的（de）幫助，至於什麽磁性（xìng）水雷啊，不值擔心。二是跟先進的艦船複合材料塗層有天生的融合性（xìng），未來將使用的隱身複合材料有個（gè）缺點，就是（shì）跟以（yǐ）前艦船（chuán）使（shǐ）用的高強（qiáng）特種鋼起（qǐ）反應，由於電位差容易在海水（shuǐ）中產生電偶，加快腐（fǔ）蝕，這種事情在（zài）052上曾經試（shì）驗過，不用多久就會鏽蝕斑斑，但這些塗料跟鈦合金能完美整合（hé）。
（2）其他國家國防工業（yè）使用鈦的情況
世（shì）界（jiè）上已經退役的，正在服役的或者在（zài）研武器裝備中，很多都使用了鈦及其合金的結構件（jiàn），隨著（zhe）現代化戰爭模式的轉變，要求（qiú）現代化的軍隊的快速機動能力十分突出，所以對於陸軍（jun1）來說必須依仗運輸機的能力來達（dá）到快速的機動，這就要求陸軍本來粗重的裝備盡量的（de）輕型化，比如現在各國都希望（wàng）自己的炮兵（bīng）能快速有效的迅速（sù）轉移到另外一個地方，達到戰略或者戰術上的目的，這必然使鈦合金在火炮領域的發展（zhǎn）前途一（yī）片光明，象美國（guó）的M777輕型榴彈炮，由於使用了鈦合金外殼，戰鬥全重下降到了3.175噸，可以使用V22或者C130空運，達到快速機動的能力。類似的還有英國（guó）的UFH超輕（qīng）型155毫米火炮，不到4噸的重量裏麵使（shǐ）用了1噸的鈦合金。在空（kōng）軍（jun1）和海軍裝備的領（lǐng）域則更是如此，下麵就簡單的（de）介紹鈦合金成（chéng）功應用的典（diǎn）型事例：
①飛機用鈦數據（未注明均（jun1）指毛坯用量）
國際（jì）鈦協會2002年（nián）10月在美國奧蘭多舉辦的年會上公布了下列飛機用鈦新數據：
1.　計劃（huá）於2004年問世（shì）的第一架超大（dà）型客（kè）機—空（kōng）客A380，用鈦量（liàng）為45t/架-65t/架；
2.　波音客機，用鈦量占其總重的15%-17%（淨重（chóng））；
3.　F15戰鬥機，結構用鈦5.75t，2台（tái）噴氣（qì）發動機用鈦5t；
4.　F22戰鬥機（正在開發中），結構用鈦36t，2台發動機用鈦5t；
5.　聯合開發的F 戰鬥機（jī），結構用鈦10t，單（dān）台發動機用鈦5t；
6.　F18艦載戰鬥機，用鈦量占其總重的12%-13%（淨重）；
7.　C-17大型運輸機，用鈦（tài）量占其總重的10%（淨重）；
8.　歐洲EF2000，將減少用鈦量（liàng），改為複合材料。
由此可見鈦在世界航空航天領域的重要地位，尤其是在（zài）發動機製造，機體製造方麵（miàn）更是如此。
上文提到俄羅斯有意加強對戰略稀有金屬鈦進行控製，已經（jīng）引起了美國的注意，畢竟美國下一代戰機的用鈦比例很大，如果（guǒ）俄羅斯國防出口公司控製了阿維斯瑪公司的大部分（fèn）股權的（de）話（huà），國際鈦（tài）合金的（de）價格上揚將不可避免，這樣F-22和F- 的項目將（jiāng）有不確定的因素在裏麵。所以近（jìn）期美國最大的鈦材商Timet已經來到（dào）中國尋求潛在的合作（zuò）夥伴，希望在中國的市場上找到類似俄羅斯的供應商或者可以合資建廠，把中國（guó）生產的鈦（tài）材用在美國的項（xiàng）目上，在價格上很有優勢，而且質量可靠，可以說對未來（lái）美軍F-22和F- 的項目很有幫助。（讓偶鬱悶啊（ā）~~~）
某一種全球性材（cái）料供應（yīng）如（rú）此突（tū）出的影響國防工業，很少見，這也是自二戰鋼鐵緊缺以來的第一次，所（suǒ）以F-22和F- 的價格將取（qǔ）決於未來鈦（tài）的（de）供應情況（kuàng）。
現今全球經濟已經逐步走出低穀（gǔ），國際航空業（yè）開（kāi）始出現恢複性（xìng）增長，國際鈦材行業也隨著這個大潮迎來快速增（zēng）長的新時期，中（zhōng）國企業也將迎來新的機遇。（悲還是喜啊？）
近幾年是第四代戰鬥機的換代的起始,隨後的很多年裏麵,每年將有很多新型戰鬥機進入軍隊。新型戰鬥機在選材（cái）上很有講究和（hé）前瞻性，在未來很多年內，軍事和航空工業必然是鈦材的第一大用戶。
黴菌近期又公布了（le）一種新型的潛艇攜（xié）帶（dài）的“鸕鶿”無人攻擊機的概念。“鸕鶿”無人機（jī）的長度為5.8米，翼展4.86米，屬於多次重複使用的無（wú）人戰鬥機機。“鸕鶿”是（shì）由著名的洛-馬公司臭鼬工廠提出概念設計的，因為其出入的通道主要是海（hǎi）水，因此全機為鈦合金製成，以防止腐蝕（shí）的產生（shēng），總起飛重量不超過4噸，可攜帶（dài）453千（qiān）克的有效載荷，考（kǎo）慮使用方（fāng）式主（zhǔ）要是從俄亥俄級核潛艇的戰略導彈發射筒發射，主要用於摧毀近（jìn）海岸目標。該機的進氣口位於機頭部位，呈三角形。由於采（cǎi）用了鈦合（hé）金，其機體強度極高，可承受150英尺水深的壓力。並且為了防止外壓失穩的發生，機體的內部不（bú）必要的空間一律使用特殊的塑料進填充。為了增加飛行的隱（yǐn）蔽性，其外形也采用了複雜的隱（yǐn）身設（shè）計。“鸕鶿”的最大飛行速度預計將（jiāng）達到880千（qiān）米/小時，巡航速度為550千米/小時，最高飛（fēi）行高度10.7千米，作戰（zhàn）半（bàn）徑（jìng）達926千米，可持續飛行（háng）3個小時。鈦的（de）優良品質被體現的淋漓盡致啊！
鈦及其合金的性（xìng）能無庸質疑，各種鈦合金的冶金過程對大國來說也是（shì）很常規的東西，隻是考慮成（chéng）本的問題。隨（suí）著經濟的發展，國防（fáng）上的特殊要求也有能力去保證了，所以說鈦及其合金在未來的民用和軍用（yòng）領域都將迎來快速的發展。同時鈦及其合金也將大大提升部分特殊裝備（bèi）的性能。
鈦及其合金的前（qián）途不可估量！