钛产业发展简史.docx

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钛产业发展简史

钛产业发展简史

钛作为金属材料，虽然比铜、铁、铝出现的晚一些，但由于其具有比强度高、耐蚀性强、生物相容性好、无磁性等优点，在航空航天、舰船制造、化学工业、交通车辆、建筑装饰、海洋建筑、体育用品、生活用品等方面得到了广泛的应用，被称为“太空金属”、“海洋金属”、“智能金属”等。

从2007年开始，我国钛工业取得快速发展，生产量和消费量成倍增长，令世界瞩目。

在此背景下，本文对国际上钛主要生产大国的发展经历和应用情况进行了综述，以期对我国钛工业的发展提供一些借鉴。

1钛的发现和发展历史1.1钛的发现和资源

1791年英国牧师W.Gregor在黑磁铁矿中发现了一种新的金属元素。

1795年德国化学家M.H.Klaproth在研究金红石时也发现了该元素，并以希腊神Titans命名之。

1910年美国科学家M.A.Hunter首次用钠还原TiCI4制取了纯钛。

1940年卢森堡科学家W.J.Kroll用镁还原TiCl4制得了纯钛。

从此，镁还原法（又称为克劳尔法）和钠还原法（又称为亨特法）成为生产海绵钛的工业方法。

美国在1948年用镁还原法制出2t海绵钛，从此开始了钛的工业化生产［1］。

钛在自然界分布很广，地壳中的含量约为0.64%，在金属元素中仅次于铝、

铁和镁，居第四位。

根据美国地质学会的定义，2001年全世界已探明的钛铁矿和金红石矿约为5.32X108t主要分布在澳大利亚、南非、印度、美国、加拿大、挪威、乌克兰等国家。

全世界2000年共消费钛矿（按TiO2含量计）约4.58X106t按目前钛矿的年使用量计算，今后200年内全世界不必担心钛资源的枯竭。

日本没有经济性钛资源，主要依赖从澳大利亚、南非等国进口，而且日本对钛原料的放射性物质含量有严格要求，因此选择余地小、价格高。

中国尽管钛资源的储量为世界第一，其中钛铁矿岩矿占总储量的93%，而且钙、镁杂质含量高，增加了选冶的技术难度［2］。

钛铁矿分岩矿和砂矿两种，岩矿主要产于中国、加拿大、美国、俄罗斯、挪威等，砂矿主要产于澳大利亚、南非、印度、斯里兰卡和中国。

1.2钛的发展历史

作为特殊材料利用的铜和铁，从数千年前开始生产和应用;被称作是新金属的铝和镁，也有100年左右的历史。

金属钛的工业生产只有60年的历史，因此，钛被日本钛协会形象地称为“婴儿金属”，认为“钛正在从摇篮期向成长期迈进形象地表达了钛从哺乳期向幼年期、少年期的成长过程。

在60年的时间内，钛作为优质轻型高强耐蚀结构材料、新型功能材料和重要的生物工程材料，在世界工业舞台上大放异彩，被誉为正在崛起的“第三金属”，在不同的年代，钛都有新的发明、发现、发展和应用[3]。

2钛工业的发展史2.1近期钛工业的发展

衡量一个国家钛工业规模有两个重要指标：

海绵钛产量和钛材产量，其中海绵钛产量反映原料生产能力，钛材产量反映的是深加工能力。

目前钛工业已形成中国、美国、独联体、日本和欧洲五大生产和消费主体。

五大主体的排序各有先后，

2004年，按照海绵钛产能大小的排序为：

美国、独联体、日本、中国和欧洲。

按海绵钛生产技术和装备水平高低的排序为：

日本、美国、独联体、欧洲和中国。

按钛材产能大小的排列为：

美国、日本、独联体、欧洲和中国[4-7]。

但从2007年开始，中国海绵钛产量迅速提升，跃居世界第一（约4.5万t），其次是日本（约3.87万t）,俄罗斯（约3.57万t），哈萨克斯坦（约2.5万t）,美国（约2万t）,乌克兰（约9000t）;而钛材的实际产量为：

美国（约3.07万t）、俄罗斯（约2.8万t）、中国（约2.4万t）、日本（约1.9万t）、欧洲（约1.4万t）[8-11]。

2.2钛的主要生产企业

钛的生产企业分为两种类型：

一类从海绵钛到加工材，产品种类齐全的企业，以美国和俄罗斯居多，如美国的TIMET钛金属公司）、ATI国际金属公司），俄罗

斯的VSMPO-AVISMA上萨尔达）等。

另一类是，只生产海绵钛、铸锭、加工材中单一产品的企业，以日本、中国居多。

日本方面，则更侧重于海绵钛（钛铸锭）由

专门的工厂生产，利用钢铁企业生产钛成品。

这样的产业结构，降低了生产成本，抵御风险能力强。

缺点是，钛生产设备调整时受钢铁产业策略影响，难以确立钛产业自身发展的战略。

世界主要钛生产企业及其产品种类见表1[3]。

2.3钛产业的发展情况

2.3.1中国

我国的钛工业有50多年的历史，经历了创业期（1954〜1978年）、成长期（1979—2000年）和崛起期（2001年至今）三个阶段。

20世纪50年代中期，在北京开始了钛加工的研究工作;60年代初期，在沈阳开始了钛的半工业化生产;60年代中期，在遵义和宝鸡分别建成海绵钛和钛加工材生产厂，标志着中国已成为世界钛工业国家的一员[12]。

我国已形成了完整的钛工业体系，生产能力和规模迅速提升。

根据中国有色金属工业协会的统计[13]，截止到2008年底，海绵钛的产能达7.1万t，同比增加10.9%钛锭的产能为6.9万t，同比增长43.3%。

根据中国有色金属工业协会的预测[14]，到2010年我国钛材的产能、产量和消耗量将分别达到2万t,1.4万t和1.6万t，并将进入世界前三名的排位。

主要企业有宝钛集团、宝钢特钢等，先后通过了IS09001,GJBAS/EN质量

体系等重要产品资质认证。

宝钛集团还获得了波音、罗罗、空客、Snecma、Fortech、Goodrich、庞巴迪等国际大公司的质量论证。

标志着我国钛企业跨越了很高的技术门槛，产品质量与管理水平向国际先进水平迈了一大步[15]。

此外，在建的还有黑龙江佳木斯钛产业园（规划3万t海绵钛生产能力）、湖南湘投集团（1万t钛锭生产能力）等企业。

2.3.2美国

美国是世界上最大的钛生产和消费国，主要有Timet、RMI和ATI三个公司

从事钛生产和加工，产量约占钛加工材产量的90%，另有11家公司生产钛锭，30家公司生产钛锻件、轧制产品和铸件。

20世纪90年代，美国引进日本的还蒸联合等技术生产海绵钛，但质量仍不如日本。

Timet公司经过几年的努力兼并了欧洲的绝大部分钛加工材企业，1998年与波音

公司签定了10年20亿美元的供应合同，开始加大航空钛材生产力度。

RMI主要从事航空级钛合金板材的生产和销售，一直是波音公司的供应商。

1999年与欧洲空中客车签定了供货合同，2001年开始为英国宇航系统公司供应钛材，产品的应用领域包括航空航天、军工、能源和化工等。

ATI公司以钢铁和不锈钢的生

产为主，但它是美国第三大钛材生产商，拥有多项航空、生物医学钛产品专利。

公司于2006年投资2.25亿美元扩大钛生产能力，主要提供航空发动机转动部件、飞机机架和其他需求旺盛的钛及钛合金产品[16]。

2.3.3独联体

独联体是世界上最大的钛生产基地和钛出口国家。

冷战时期，由于军备竞争的需要，钛工业得到迅速发展，加工材产量曾达到10万t。

冷战后，军事工业用钛骤减，钛工业陷入低谷，海绵钛产量减少了60%，钛加工材产量也随之下降。

近年来，随着国际钛市场的恢复和俄罗斯国家政局的逐渐稳定，钛工业生产而得以恢复［17］。

VSMPO上萨尔达冶金生产联合公司）是俄罗斯唯一的钛加工材生产厂家，以量大、生产成本低的特点影响着世界钛工业的生产。

该公司的产品认证书多达120个，其中包括来自主要的飞机制造商和它们的供货商。

2005年，VSMPO与Avisma完成合并重组，按照新公司发展规划，2010年前扩大海绵钛产量到44000t,出口量到35500t。

哈萨克斯坦UK—TMK是独联体最晚建成的海绵钛厂，设备先进、技术优良，出口航空用优质海绵钛。

2004年、2005年和2006年的产量分别为13000，17000和18000t。

乌克兰惟一的海绵钛生产厂投产于20世纪50年代中期的ZAPOROZHYE镁联合企业，设计年生产能力为2万t。

由于缺乏铸锭和轧材的生产能力，对外部市场依赖度大［18］。

2.3.4日本

日本具有世界一流的海绵钛生产技术，其氯耗、镁耗、电耗等指标均处于世界领先水平，能生产99.999%的高纯海绵钛，年产能力达50t［19。

20世纪50年代初期，海绵钛主要出口供美国军用;70年代，钛材开发采取引进、仿制的模式;80年代，材料发展强调创新，开发出许多新型耐蚀、耐高温合金。

近年来，主要以低成本钛合金和特殊钛合金为发展方向［20］。

从事海绵钛生产的主要有住友（SUMITOMO）钛、东邦（TOHO钛两家公司，其中又以生产高品质海绵钛为主，出口提供波音、空中客车生产飞机零部件。

随着应用市场的蓬勃发展，两大公司持续扩张产能，到2010年，住友钛计划扩增产能至34000t，东邦钛至28000t［21］。

日本海绵钛的产量大大超过加工材，其中有一半左右用于出口，成为世界海绵钛供应基地。

钛加工材生产企业主要有神户制钢（KOBESteel）、住友金属（SUMITOMO-Metal）、新日铁（NIPPONSteel等11家企业。

2.3.5欧洲

目前西欧的钛加工企业为数不多，英国的IMI公司、法国的SAVOI公司都被美国的Timer兼并、联合，只有德国DTG公司和意大利Titania公司还独立生存，其规模和产量已经不大。

3钛的应用钛具有十分优异的性能，因而得到了广泛应用。

其应用领域主要有：

航空航天、舰船制造、化工石化、交通运输、兵器、海洋、电力、建筑、冶金、医疗、运动器械、生活用品和轻工业等。

美国和俄罗斯的大部分钛加工材是应用在航空航天领域，约占80%左右，与之相反的是，日本和中国则是将80%应用于化工、一般民用工业及民生用品领域［22］。

从世界用钛的需求来看，2005年的结构比例是：

宇航占35%，军用占12%，工业占38%，民用和其他占15%。

3.1钛在航空航天上的应用

3.1.1航空工业航空工业是研制和应用钛及钛合金最早,的部门，飞机和发动机如果没有钛，实际上就不可能制造出Ma2.7的超音速飞机。

20世纪60年代以后，钛合金在发动机上的用量逐渐增加，主要用于风扇叶片、压气机叶片、盘、轴和机匣。

钛合金在飞机结构中主要用于骨架、蒙皮、机身隔框、起落架、防火壁、机翼、尾翼、纵梁、舱盖、倍加器、龙骨、速动制动闸、停机装置、紧固件、前机轮、拱形架、襟翼滑轨、复板、路标灯和信号板等。

多年来，为了满足高性能航空发动机的需求，各国十分重视高温钛合金的研发，

先后研制出了在350~600C使用的高温钛合金［23-25］。

女口，欧美有Ti64,Ti6242,Ti811，Till00，IMl679，IMl685，IMl829，IMl834等，俄罗斯有BT6，BT3-1，BT8，B39,BTI8（BTI8y）BT25（BT25y）BT8M.BT81,BT8M-1,BT36等,中国有TC7,TC11,ZTC3Ti-53311S,Ti-55,Ti-60,Ti-600等。

20世纪80年代以后，欧美设计的各种先进军用战斗机和轰炸机中钛合金用量已经稳定在20%以上。

美国F-14，F-15，

F-18,F-117,B-1,B-2,F-22军用飞机的用钛比例分别为24%,27%,13%,25%,22%,26%,42%,其中1架F-15军机用钛达30t（最终制品约5t）［26,27］。

60年代中期美国研制成功的