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  • 我國(guó)鈦工業(yè)發(fā)展概述




    1791年英國(guó)人格雷戈?duì)枺╓.Gregor)在黑磁鐵中發(fā)現(xiàn)了這種新的金屬元素。1795年德國(guó)化學(xué)家克拉普魯斯(M.H.Klaproth)在金紅石中也發(fā)現(xiàn)了該元素,并以希臘神話中天與地的兒子——泰坦神的名字命名其為 Titans。

      1910年美國(guó)科學(xué)家亨特(M.A.Hunter)首次用金屬鈉還原TiCl4 制取了可鍛性金屬鈦,這就是著名的制備金屬鈦的享特法。

      1940年盧森堡科學(xué)家克勞爾(W.J. Kroll)用鎂還原 TiCl4 制取了金屬鈦,形成了制備金屬鈦的主流方法——克勞爾法??藙跔柗ㄖ苽涞慕饘兮佡|(zhì)量更好,生產(chǎn)過(guò)程的安全性更高,已成為目前海綿鈦生產(chǎn)的唯一工業(yè)化方法。美國(guó)在1948年首先用克勞爾法生產(chǎn)海綿鈦,隨后日本在1952年、英國(guó)在1953年、蘇聯(lián)在1956年、中國(guó)在1958年相繼開(kāi)始生產(chǎn)海綿鈦。

      鈦及其合金之所以被人們廣泛關(guān)注,是因?yàn)樗哂幸幌盗型怀鰞?yōu)點(diǎn)。

      鈦的熔點(diǎn)為1668℃,比鐵高出 138℃,屬高熔點(diǎn)金屬。常用鈦合金 Ti-6AI-4V的熔點(diǎn)范圍為 1540~1650℃,也高于鐵的熔點(diǎn)。

      鈦的密度為 4.51g/cm3,僅為鐵的 57.4%,屬輕金屬,是輕金屬中的高熔點(diǎn)金屬。常用的Ti-6AI-4V 合金的密度更低,僅為4.42g/cm3。

      純鈦的強(qiáng)度不高,但鈦合金的強(qiáng)度很高。常用的 Ti-6Al-4V 鈦合金時(shí)效后的強(qiáng)度可高達(dá)1166MPa,與高強(qiáng)度鋼相當(dāng)。因此,鈦合金的比強(qiáng)度很高,遠(yuǎn)超過(guò)鎂合金、鋁合金和高強(qiáng)度鋼,是很好的結(jié)構(gòu)材料。

      鈦合金同時(shí)具有彈性模量低和屈服強(qiáng)度高的特征,因此鈦合金是很好的彈簧材料。

      鈦及其合金具有很好的耐腐蝕特性,特別是在含氯離子的鹽浴中,其腐蝕速率幾乎為零,因此廣泛用作耐腐蝕材料。

      鈦合金具有良好的高溫性能,某些高溫鈦合金能在 600℃下穩(wěn)定工作,特別是新型Ti-Al合金甚至能在 800~1000℃下穩(wěn)定工作,是很好的航空發(fā)動(dòng)機(jī)材料。

      鈦合金還具有良好的低溫性能,某些鈦合金在-200℃條件下仍具有很好的塑性,適合用作宇航材料。

      鈦及其合金無(wú)磁性,即使在很強(qiáng)的磁場(chǎng)中也不磁化。

      鈦及其合金具有很低的阻尼特性,聲波和振動(dòng)在鈦中的衰減很慢,適合用作聲吶材料。

      鈦及其合金與人體具有很好的生物相容性,適合用作人體植入材料。

      鈦及其合金與碳纖維材料的熱膨脹系數(shù)和電化學(xué)電位相近,具有很好的相容性,適合作復(fù)合材料。

      鈦及其合金具有如此多的優(yōu)點(diǎn),在航空、航天、艦船、海上石油開(kāi)采、海水淡化、真生制鹽、化工、電力、冶金、紡織、造紙、食品、醫(yī)療、體育休閑等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用,而人們稱(chēng)為“太空金屬”、“海洋金屬”和“智慧金屬”。鈦及其合金是重要的戰(zhàn)略材料。

      中國(guó)鈦工業(yè)是在國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求拉動(dòng)下,在黨和政府的直接領(lǐng)導(dǎo)下發(fā)展起來(lái)的。中國(guó)鈦工業(yè)的發(fā)展大體經(jīng)歷了創(chuàng)業(yè)、成長(zhǎng)和崛起三個(gè)階段。

      創(chuàng)業(yè)期涵蓋 1954 年至 1978 年。在這段時(shí)間里,在國(guó)家的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下,中國(guó)進(jìn)行了鈦勘探、采選、冶煉、加工、應(yīng)用技術(shù)研究及工業(yè)試驗(yàn);建立以遵義鈦廠和寶雞有色金屬加工廠為代表的鈦冶煉、加工骨干企業(yè),實(shí)現(xiàn)了鈦的產(chǎn)業(yè)化;建立了鈦勘探、采選、冶煉、加工、應(yīng)用和研究這一完整的鈦工業(yè)體系;為國(guó)家許多重點(diǎn)國(guó)防工程和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供了急需的鈦制品。

      成長(zhǎng)期涵蓋1979年至2000年,在這一時(shí)間里,中國(guó)鈦工業(yè)在鈦冶煉、加工、應(yīng)用技術(shù)和新合金開(kāi)發(fā)方面開(kāi)展了大量的工作,取得了扎實(shí)的技術(shù)進(jìn)步;進(jìn)行富有開(kāi)創(chuàng)性的鈦及其合金的應(yīng)用推廣工作:以現(xiàn)代企業(yè)制度為目標(biāo),國(guó)有企業(yè)逐步開(kāi)始改革改制,民營(yíng)企業(yè)開(kāi)始進(jìn)入鈦應(yīng)用和鈦加工領(lǐng)域;大量的鈦制品在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)得到較為廣泛的應(yīng)用??傊砷L(zhǎng)期的22 年,中國(guó)鈦工業(yè)的進(jìn)步是漸進(jìn)而扎實(shí)的,為新世紀(jì)的騰飛打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

      2001年至今為崛起期,在這段時(shí)間里,中國(guó)鈦工業(yè)伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期持續(xù)快速發(fā)展,獲得了暴發(fā)性增長(zhǎng)。2000年中國(guó)海綿鈦產(chǎn)量1751t、鈦加工材產(chǎn)量 2206t,2010 年,中國(guó)海綿鈦產(chǎn)量為 57770t,10年增長(zhǎng)了32.0倍;2010 年中國(guó)鈦加工材產(chǎn)量38323t,增長(zhǎng)了 16.4倍。2010 年,遵義鈦業(yè)股份有限公司海綿鈦的產(chǎn)能達(dá) 24000t,產(chǎn)量達(dá) 14248t;寶鈦集團(tuán)鈦錠產(chǎn)能達(dá)25000t,實(shí)際生產(chǎn)鈦加工材也達(dá)13010t;中國(guó)已擁有了兩個(gè)世界級(jí)的鈦工業(yè)大廠,鈦加工材在化工、航空、航天、體育休閑、電力、輕工等行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用,2010 年中國(guó)鈦消費(fèi)達(dá) 35636t,已是一個(gè)用鈦的大國(guó)。

      1954 年,北京有色金屬研究總院(原重工業(yè)部有色金屬綜合研究所)成立了兩個(gè)海綿鈦研究組(電解法組和鎂還原法組),開(kāi)始進(jìn)行海綿鈦制備工藝研究,鎂還原法組于1955 年11月制備得到海綿鈦樣品,純度為99.2%。

      以北京有色金屬研究總院鎂還原法制取海綿鈦的工藝研究為基礎(chǔ),1956年開(kāi)始設(shè)計(jì)建設(shè)撫順?shù)X廠海綿鈦試驗(yàn)車(chē)間,設(shè)計(jì)規(guī)模60t/a,并于1959年3月開(kāi)始試生產(chǎn)海綿鈦,當(dāng)年生產(chǎn)海綿鈦60t。

      1956年,北京有色金屬研究總院成立課題組,開(kāi)始鈦及其合金加工工藝研究,于195年8月制備出直徑65mm、重1kg 的鈦錠,同年在東北輕合金加工廠擠出了我國(guó)第一鈦管

      1958年10月,三機(jī)部621所制備出直徑80mm的鈦合金錠,同年在沈陽(yáng)有色金屬加工廠軋制出1mm厚的BT3-1 鈦合金板材。

      1959年9月,國(guó)家科委決定在沈陽(yáng)有色金屬加工廠建設(shè)鈦熔鑄廠(五一車(chē)間),于19年建成了中國(guó)第一個(gè)包括熔鑄、鍛造、軋制等工段的鈦材生產(chǎn)車(chē)間。

      1964年10月開(kāi)始籌建遵義鈦廠(1965年5月決定建設(shè)規(guī)模為1000t/a),其于1970年9月17日生產(chǎn)出第一爐海綿鈦,實(shí)現(xiàn)了鈦系統(tǒng)的全流程投產(chǎn)。

      1965年3月,902廠(現(xiàn)寶鈦集團(tuán)和西北有色金屬研究院)開(kāi)始動(dòng)工建設(shè),該廠主要設(shè)備從美國(guó)、德國(guó)、日本等十多個(gè)國(guó)家引進(jìn),包括2臺(tái)3t真空自耗電弧爐、3150t臥式擠機(jī)、2臺(tái)12m真空退火爐、1200mm板材熱軋機(jī)組和冷軋機(jī)組等,生產(chǎn)能力為1000t/a。1967年鑄造車(chē)間投產(chǎn),1968年管材車(chē)間投產(chǎn),1969年鍛造車(chē)間投產(chǎn),1971年板材車(chē)間投產(chǎn)。該廠鈦加工材的產(chǎn)量1970年為1.4t,1978年達(dá)到328.2t,約占當(dāng)時(shí)全國(guó)產(chǎn)量的65%。

      除撫順鈦廠和遵義鈦廠之外,20世紀(jì)六七十年代,中國(guó)還先后在上海第二冶煉廠、錦州鐵合金廠、邢臺(tái)有色金屬冶煉廠、天津化工廠和湛江化工廠等建成了海綿鈦生產(chǎn)線,但最后因?yàn)槭袌?chǎng)原因或技術(shù)原因而先后停產(chǎn)。除902廠之外,20世紀(jì)六七十年代上鋼三廠鋼五廠、撫順?shù)搹S和長(zhǎng)城鋼廠也以鋼鈦結(jié)合的模式生產(chǎn)各種鈦加工材。

      20世紀(jì)六七十年代在鈦冶煉和加工生產(chǎn)企業(yè)緊密布局建設(shè)的同時(shí),我國(guó)冶金部有色金屬研究院、上海冶金所、寶雞稀有金屬加工研究所(現(xiàn)西北院)、三機(jī)部621所(現(xiàn)北京航材院)、六機(jī)部725所(現(xiàn)船舶重工725所)、七機(jī)部703所(現(xiàn)航天703所)、中科院金屬所、天津市冶金材料研究所、沈陽(yáng)市冶金所,以及北京航空學(xué)院、西北工業(yè)大學(xué)、東北工學(xué)院等大學(xué)都積極開(kāi)展鈦治煉及加工技術(shù)研究,形成了產(chǎn)學(xué)研結(jié)合,共同發(fā)展鈦工業(yè)的勢(shì)頭,也為中國(guó)鈦工業(yè)的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

      在大量研制和試用的基礎(chǔ)上,1970 年形成了我國(guó)第一批海綿鈦和鈦加工材部頒標(biāo)準(zhǔn),其中有一個(gè)海綿鈦標(biāo)準(zhǔn),一個(gè)含有21 個(gè)合金牌號(hào)的鈦及鈦合金牌號(hào)和化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn),一個(gè)鈦及鈦合金板材標(biāo)準(zhǔn)和一個(gè)鈦帶標(biāo)準(zhǔn),為我國(guó)鈦制品的應(yīng)用提供了技術(shù)支持。

      1982年7月黨中央批準(zhǔn)了方轂副總理的報(bào)告,成立了全國(guó)鈦應(yīng)用推廣領(lǐng)導(dǎo)小組,葉志強(qiáng)和邱純甫先后任組長(zhǎng)。設(shè)立了全國(guó)鈦應(yīng)用推廣領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室(全國(guó)鈦辦),李東英任主任。該項(xiàng)舉措對(duì)我國(guó)鈦工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了非常深遠(yuǎn)的影響。

      為促進(jìn)鈦工業(yè)的發(fā)展,國(guó)家推出了一系列的優(yōu)惠扶植政策,體現(xiàn)在如下幾方面。

     ?、? 1980年11月,國(guó)家計(jì)委、國(guó)家進(jìn)出口委給冶金部上報(bào)函件的批復(fù)“國(guó)務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)同意以鈦養(yǎng)鈦方針”,即以1979上繳利潤(rùn)為包干基數(shù),從1980年到1985年由于增產(chǎn)而增加的利潤(rùn)可以留給企業(yè)使用,用作“以鈦養(yǎng)鈦”建設(shè)資金。

     ?、? 國(guó)家稅務(wù)總局批準(zhǔn)鈦材產(chǎn)品從1983年5月1日至1989年予以免稅。

     ?、? 國(guó)家經(jīng)委從1983~1988 年共撥給“全國(guó)鈦辦”新技術(shù)推廣費(fèi)1003萬(wàn)元,用于鈦應(yīng)用推廣試驗(yàn)項(xiàng)目。

     ?、? 1987~1995年,國(guó)家經(jīng)委技改局給鈦設(shè)備使用單位撥給技改項(xiàng)目貸款共計(jì)21320萬(wàn)元。

     ?、? 鈦產(chǎn)品出口享受免征關(guān)稅、出口退稅、貼息獎(jiǎng)勵(lì)政策。

      這些政策對(duì)拓寬鈦材應(yīng)用領(lǐng)域,促進(jìn)鈦工業(yè)的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

      1982年,沈陽(yáng)有色金屬加工廠實(shí)驗(yàn)并裝備了中國(guó)第一條鈦焊管生產(chǎn)線,寶雞902 廠于1986 從美國(guó)引進(jìn)了一條鈦焊管生產(chǎn)線,形成了200t/a 鈦焊管的生產(chǎn)能力。

      1983年8月,902 廠成立了鈦設(shè)備分廠,形成了正規(guī)的鈦設(shè)備生產(chǎn)能力。

      1983年,上鋼五廠自行設(shè)計(jì)制造了海綿鈦電子稱(chēng)料裝置、機(jī)械混料裝置等,建立了原材料的混料布料系統(tǒng),902 廠則從1987 年開(kāi)始引進(jìn)設(shè)備,建設(shè)自己的混料布料系統(tǒng)。

      1985年,902廠從奧地利引進(jìn)SXP13精鍛機(jī)等設(shè)備,于1986年組建了精密鈦棒材生產(chǎn)線。

      1987年,902 廠從美國(guó)引進(jìn) 21 臺(tái)套設(shè)備,建成了中國(guó)第一條具有先進(jìn)水平的殘鈦回收生產(chǎn)線。

      1987年,902廠引進(jìn)德國(guó)二手的 3300mm 四輥可逆軋制等設(shè)備,建成了一條鈦寬板軋制生產(chǎn)線。

      1987年,上鋼五廠自主設(shè)計(jì)建造了一條由 500t壓機(jī)組成的小型等溫模鍛生產(chǎn)線,并逐步發(fā)展成由500t、800L、2000t、3000L、63001和 10000t 壓機(jī)組成的系列等溫模鍛生產(chǎn)線,具備了 8000 件/a,最大鍛件投影面積達(dá) 2.0m2的生產(chǎn)能力。

      “七五”期間,遵義鈦廠等單位進(jìn)行了無(wú)篩板沸騰氯化技術(shù)攻關(guān)和倒 U形5t聯(lián)合爐制備海綿鈦技術(shù)攻關(guān),并取得成功。1990年$1200mm 沸騰氯化爐和倒 U形 5t 聯(lián)合爐用于生產(chǎn),并形成了 2000t/a海綿鈦的生產(chǎn)能力。

      1991年,902廠購(gòu)置了?3000mm 軋環(huán)機(jī),建設(shè)了一條中國(guó)唯一鈦及鈦合金環(huán)軋件生產(chǎn)線。

      1994年,航空621所、中船重工 725 所攻克了蠟?zāi)W⑸涑尚蔚燃夹g(shù)難題,各自建設(shè)了自己的精密鑄造生產(chǎn)線。

      1998年,902 廠裝備了折彎?rùn)C(jī)、油壓機(jī)等設(shè)備,與板材軋機(jī)組合,建成了層狀復(fù)合板及其制品生產(chǎn)線。遵義鉉廠2001年,實(shí)現(xiàn)了還蒸過(guò)程的自動(dòng)化操作;2001年自主開(kāi)發(fā)的倒U形 8t 爐獲得成功,并自籌資金將產(chǎn)能擴(kuò)大到3000t/a; 2004 年?2400mm 無(wú)篩板沸騰氯化爐試驗(yàn)成功,并轉(zhuǎn)入工業(yè)化生產(chǎn);2005年,年產(chǎn)5000t海綿鈦現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)與裝備產(chǎn)業(yè)化示范工程取得成功,并使該廠產(chǎn)能超過(guò)10000t/a。

      2005年,民營(yíng)企業(yè)——朝陽(yáng)百盛鈦股份有限公司建成了5000t/a的海綿鈦生產(chǎn)能力,開(kāi)始介入海綿鈦的生產(chǎn)。

      2006年,遵義鈦廠倒 U 形 12t 還蒸爐研制成功,并投人生產(chǎn);撫順鈦業(yè)?2.56m 大型沸騰氯化爐試驗(yàn)成功,并轉(zhuǎn)人試生產(chǎn)。

      2008年,洛陽(yáng)雙瑞萬(wàn)基鈦業(yè)公司的多極性電解槽開(kāi)發(fā)成功;中國(guó)海綿鈦總產(chǎn)能達(dá)71000t/a。

      2003年,寶鈦集團(tuán)引進(jìn) 1臺(tái)德國(guó) ALD 公司的10t 真空自耗電弧爐,隨后繼續(xù)引進(jìn),截止到 2010年,共引進(jìn)該型爐7臺(tái),形成了 25000t/a 的鈦錠生產(chǎn)能力。

      2003年,西北有色金屬研究院從德國(guó)引進(jìn)了 1 臺(tái)8t 真空自耗電弧爐和混料布料系統(tǒng),隨后再引進(jìn)2臺(tái)8t真空自耗電弧爐,形成了 8000t/a鈦錠的生產(chǎn)能力。

      2006年,寶鈦集團(tuán)從德國(guó)引進(jìn)的2500t快鍛機(jī)投人使用;寶鋼特鋼建成了高合金鋼長(zhǎng)型材生產(chǎn)線,該線可生產(chǎn)高精度的鈦及鈦合金圓棒和方棒;西北有色金屬研究院開(kāi)始進(jìn)行鈦板帶項(xiàng)目建設(shè)。

      2007年,寶鈦集團(tuán)從德國(guó)引進(jìn)的2400kW電子束冷床爐投人使用;寶鋼特鋼從德國(guó)引進(jìn)的4000t 快鍛機(jī)和 1300t 徑向精鍛機(jī)投入使用。

      2008年,寶鋼集團(tuán)進(jìn)行大卷重鈦帶、6000t擠壓機(jī)等項(xiàng)目建設(shè),并于2011年建成投入試生產(chǎn);與此同時(shí),湖南金天集團(tuán)和昆鋼集團(tuán)建設(shè)的鈦帶生產(chǎn)線也均進(jìn)入試生產(chǎn);寶鈦集團(tuán)建設(shè)的萬(wàn)噸自由鍛項(xiàng)目和大卷重鈦帶項(xiàng)目也將于2012年投產(chǎn)。


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