我国钛工业发展概述发表时间:2022-12-26 13:30 1791年英国人格雷戈尔(W.Gregor)在黑磁铁中发现了钛这种新的金属元素。1795年德国化学家克拉普鲁斯(M.H.Klaproth)在金红石中也发现了该元素,并以希腊神话中天与地的儿子——泰坦神的名字命名其为 Titans。 1910年美国科学家亨特(M.A.Hunter)首次用金属钠还原TiCl4 制取了可锻性金属钛,这就是著名的制备金属钛的享特法。 1940年卢森堡科学家克劳尔(W.J. Kroll)用镁还原 TiCl4 制取了金属钛,形成了制备金属钛的主流方法——克劳尔法。克劳尔法制备的金属钛质量更好,生产过程的安全性更高,已成为目前海绵钛生产的唯一工业化方法。美国在1948年首先用克劳尔法生产海绵钛,随后日本在1952年、英国在1953年、苏联在1956年、中国在1958年相继开始生产海绵钛。 钛及其合金之所以被人们广泛关注,是因为它具有一系列突出优点。 钛的熔点为1668℃,比铁高出 138℃,属高熔点金属。常用钛合金 Ti-6AI-4V的熔点范围为 1540~1650℃,也高于铁的熔点。 钛的密度为 4.51g/cm3,仅为铁的 57.4%,属轻金属,是轻金属中的高熔点金属。常用的Ti-6AI-4V 合金的密度更低,仅为4.42g/cm3。 纯钛的强度不高,但钛合金的强度很高。常用的 Ti-6Al-4V 钛合金时效后的强度可高达1166MPa,与高强度钢相当。因此,钛合金的比强度很高,远超过镁合金、铝合金和高强度钢,是很好的结构材料。 钛合金同时具有弹性模量低和屈服强度高的特征,因此钛合金是很好的弹簧材料。 钛及其合金具有很好的耐腐蚀特性,特别是在含氯离子的盐浴中,其腐蚀速率几乎为零,因此广泛用作耐腐蚀材料。 钛合金具有良好的高温性能,某些高温钛合金能在 600℃下稳定工作,特别是新型Ti-Al合金甚至能在 800~1000℃下稳定工作,是很好的航空发动机材料。 钛合金还具有良好的低温性能,某些钛合金在-200℃条件下仍具有很好的塑性,适合用作宇航材料。 钛及其合金无磁性,即使在很强的磁场中也不磁化。 钛及其合金具有很低的阻尼特性,声波和振动在钛中的衰减很慢,适合用作声呐材料。 钛及其合金与人体具有很好的生物相容性,适合用作人体植入材料。 钛及其合金与碳纤维材料的热膨胀系数和电化学电位相近,具有很好的相容性,适合作复合材料。 钛及其合金具有如此多的优点,在航空、航天、舰船、海上石油开采、海水淡化、真生制盐、化工、电力、冶金、纺织、造纸、食品、医疗、体育休闲等领域有广泛的应用,而人们称为“太空金属”、“海洋金属”和“智慧金属”。钛及其合金是重要的战略材料。 中国钛工业是在国防建设和国民经济建设的需求拉动下,在党和政府的直接领导下发展起来的。中国钛工业的发展大体经历了创业、成长和崛起三个阶段。 创业期涵盖 1954 年至 1978 年。在这段时间里,在国家的统一领导下,中国进行了钛勘探、采选、冶炼、加工、应用技术研究及工业试验;建立以遵义钛厂和宝鸡有色金属加工厂为代表的钛冶炼、加工骨干企业,实现了钛的产业化;建立了钛勘探、采选、冶炼、加工、应用和研究这一完整的钛工业体系;为国家许多重点国防工程和国民经济建设提供了急需的钛制品。 成长期涵盖1979年至2000年,在这一时间里,中国钛工业在钛冶炼、加工、应用技术和新合金开发方面开展了大量的工作,取得了扎实的技术进步;进行富有开创性的钛及其合金的应用推广工作:以现代企业制度为目标,国有企业逐步开始改革改制,民营企业开始进入钛应用和钛加工领域;大量的钛制品在国民经济的各个部门得到较为广泛的应用。总之,成长期的22 年,中国钛工业的进步是渐进而扎实的,为新世纪的腾飞打下坚实的基础。 2001年至今为崛起期,在这段时间里,中国钛工业伴随着国民经济长期持续快速发展,获得了暴发性增长。2000年中国海绵钛产量1751t、钛加工材产量 2206t,2010 年,中国海绵钛产量为 57770t,10年增长了32.0倍;2010 年中国钛加工材产量38323t,增长了 16.4倍。2010 年,遵义钛业股份有限公司海绵钛的产能达 24000t,产量达 14248t;宝钛集团钛锭产能达25000t,实际生产钛加工材也达13010t;中国已拥有了两个世界级的钛工业大厂,钛加工材在化工、航空、航天、体育休闲、电力、轻工等行业获得了广泛应用,2010 年中国钛消费达 35636t,已是一个用钛的大国。 1954 年,北京有色金属研究总院(原重工业部有色金属综合研究所)成立了两个海绵钛研究组(电解法组和镁还原法组),开始进行海绵钛制备工艺研究,镁还原法组于1955 年11月制备得到海绵钛样品,纯度为99.2%。 以北京有色金属研究总院镁还原法制取海绵钛的工艺研究为基础,1956年开始设计建设抚顺铝厂海绵钛试验车间,设计规模60t/a,并于1959年3月开始试生产海绵钛,当年生产海绵钛60t。 1956年,北京有色金属研究总院成立课题组,开始钛及其合金加工工艺研究,于195年8月制备出直径65mm、重1kg 的钛锭,同年在东北轻合金加工厂挤出了我国第一钛管。 1958年10月,三机部621所制备出直径80mm的钛合金锭,同年在沈阳有色金属加工厂轧制出1mm厚的BT3-1 钛合金板材。 1959年9月,国家科委决定在沈阳有色金属加工厂建设钛熔铸厂(五一车间),于19年建成了中国第一个包括熔铸、锻造、轧制等工段的钛材生产车间。 1964年10月开始筹建遵义钛厂(1965年5月决定建设规模为1000t/a),其于1970年9月17日生产出第一炉海绵钛,实现了钛系统的全流程投产。 1965年3月,902厂(现宝钛集团和西北有色金属研究院)开始动工建设,该厂主要设备从美国、德国、日本等十多个国家引进,包括2台3t真空自耗电弧炉、3150t卧式挤机、2台12m真空退火炉、1200mm板材热轧机组和冷轧机组等,生产能力为1000t/a。1967年铸造车间投产,1968年管材车间投产,1969年锻造车间投产,1971年板材车间投产。该厂钛加工材的产量1970年为1.4t,1978年达到328.2t,约占当时全国产量的65%。 除抚顺钛厂和遵义钛厂之外,20世纪六七十年代,中国还先后在上海第二冶炼厂、锦州铁合金厂、邢台有色金属冶炼厂、天津化工厂和湛江化工厂等建成了海绵钛生产线,但最后因为市场原因或技术原因而先后停产。除902厂之外,20世纪六七十年代上钢三厂钢五厂、抚顺钢厂和长城钢厂也以钢钛结合的模式生产各种钛加工材。 20世纪六七十年代在钛冶炼和加工生产企业紧密布局建设的同时,我国冶金部有色金属研究院、上海冶金所、宝鸡稀有金属加工研究所(现西北院)、三机部621所(现北京航材院)、六机部725所(现船舶重工725所)、七机部703所(现航天703所)、中科院金属所、天津市冶金材料研究所、沈阳市冶金所,以及北京航空学院、西北工业大学、东北工学院等大学都积极开展钛治炼及加工技术研究,形成了产学研结合,共同发展钛工业的势头,也为中国钛工业的发展提供了坚实的技术基础。 在大量研制和试用的基础上,1970 年形成了我国第一批海绵钛和钛加工材部颁标准,其中有一个海绵钛标准,一个含有21 个合金牌号的钛及钛合金牌号和化学成分标准,一个钛及钛合金板材标准和一个钛带标准,为我国钛制品的应用提供了技术支持。 1982年7月党中央批准了方毂副总理的报告,成立了全国钛应用推广领导小组,叶志强和邱纯甫先后任组长。设立了全国钛应用推广领导小组办公室(全国钛办),李东英任主任。该项举措对我国钛工业的发展产生了非常深远的影响。 为促进钛工业的发展,国家推出了一系列的优惠扶植政策,体现在如下几方面。 ① 1980年11月,国家计委、国家进出口委给冶金部上报函件的批复“国务院领导批准同意以钛养钛方针”,即以1979上缴利润为包干基数,从1980年到1985年由于增产而增加的利润可以留给企业使用,用作“以钛养钛”建设资金。 ② 国家税务总局批准钛材产品从1983年5月1日至1989年予以免税。 ③ 国家经委从1983~1988 年共拨给“全国钛办”新技术推广费1003万元,用于钛应用推广试验项目。 ④ 1987~1995年,国家经委技改局给钛设备使用单位拨给技改项目贷款共计21320万元。 ⑤ 钛产品出口享受免征关税、出口退税、贴息奖励政策。 这些政策对拓宽钛材应用领域,促进钛工业的发展发挥了重要作用。 1982年,沈阳有色金属加工厂实验并装备了中国第一条钛焊管生产线,宝鸡902 厂于1986 从美国引进了一条钛焊管生产线,形成了200t/a 钛焊管的生产能力。 1983年8月,902 厂成立了钛设备分厂,形成了正规的钛设备生产能力。 1983年,上钢五厂自行设计制造了海绵钛电子称料装置、机械混料装置等,建立了原材料的混料布料系统,902 厂则从1987 年开始引进设备,建设自己的混料布料系统。 1985年,902厂从奥地利引进SXP13精锻机等设备,于1986年组建了精密钛棒材生产线。 1987年,902 厂从美国引进 21 台套设备,建成了中国第一条具有先进水平的残钛回收生产线。 1987年,902厂引进德国二手的 3300mm 四辊可逆轧制等设备,建成了一条钛宽板轧制生产线。 1987年,上钢五厂自主设计建造了一条由 500t压机组成的小型等温模锻生产线,并逐步发展成由500t、800L、2000t、3000L、63001和 10000t 压机组成的系列等温模锻生产线,具备了 8000 件/a,最大锻件投影面积达 2.0m2的生产能力。 “七五”期间,遵义钛厂等单位进行了无筛板沸腾氯化技术攻关和倒 U形5t联合炉制备海绵钛技术攻关,并取得成功。1990年$1200mm 沸腾氯化炉和倒 U形 5t 联合炉用于生产,并形成了 2000t/a海绵钛的生产能力。 1991年,902厂购置了?3000mm 轧环机,建设了一条中国唯一钛及钛合金环轧件生产线。 1994年,航空621所、中船重工 725 所攻克了蜡模注射成形等技术难题,各自建设了自己的精密铸造生产线。 1998年,902 厂装备了折弯机、油压机等设备,与板材轧机组合,建成了层状复合板及其制品生产线。遵义铉厂2001年,实现了还蒸过程的自动化操作;2001年自主开发的倒U形 8t 炉获得成功,并自筹资金将产能扩大到3000t/a; 2004 年?2400mm 无筛板沸腾氯化炉试验成功,并转入工业化生产;2005年,年产5000t海绵钛现代生产技术与装备产业化示范工程取得成功,并使该厂产能超过10000t/a。 2005年,民营企业——朝阳百盛锆钛股份有限公司建成了5000t/a的海绵钛生产能力,开始介入海绵钛的生产。 2006年,遵义钛厂倒 U 形 12t 还蒸炉研制成功,并投人生产;抚顺钛业?2.56m 大型沸腾氯化炉试验成功,并转人试生产。 2008年,洛阳双瑞万基钛业公司的多极性电解槽开发成功;中国海绵钛总产能达71000t/a。 2003年,宝钛集团引进 1台德国 ALD 公司的10t 真空自耗电弧炉,随后继续引进,截止到 2010年,共引进该型炉7台,形成了 25000t/a 的钛锭生产能力。 2003年,西北有色金属研究院从德国引进了 1 台8t 真空自耗电弧炉和混料布料系统,随后再引进2台8t真空自耗电弧炉,形成了 8000t/a钛锭的生产能力。 2006年,宝钛集团从德国引进的2500t快锻机投人使用;宝钢特钢建成了高合金钢长型材生产线,该线可生产高精度的钛及钛合金圆棒和方棒;西北有色金属研究院开始进行钛板带项目建设。 2007年,宝钛集团从德国引进的2400kW电子束冷床炉投人使用;宝钢特钢从德国引进的4000t 快锻机和 1300t 径向精锻机投入使用。 2008年,宝钢集团进行大卷重钛带、6000t挤压机等项目建设,并于2011年建成投入试生产;与此同时,湖南金天集团和昆钢集团建设的钛带生产线也均进入试生产;宝钛集团建设的万吨自由锻项目和大卷重钛带项目也将于2012年投产。 上一篇钛产业的三个显著特征
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