钛产业发展简史文档格式.docx
《钛产业发展简史文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《钛产业发展简史文档格式.docx(9页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
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