钛合金的种类

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1、钛及钛合金的种类、用途、市场分析及预测一、钛和钛合金的种类及特点1.1钛的起源及特点钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了广泛应用。钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1%，但其强度低、塑性高。99.5%工业纯钛的性能为：密度p=4.5g/立方厘米，熔点为1725C,导热系数入=15.24W/(m.K)，抗拉强度。b=539MPa伸长率3=25%断面收缩率=25%弹性模量E=1.078X1

2、05MPa硬度HB195钛是同素异构体，熔点为1668C,在低于882C时呈密排六方晶格结构，称为a钛；在882C以上呈体心立方晶格结构，称为B钛。1.2钛合金的种类及特点钛合金的种类钛是同素异构体，熔点为1668C,在低于882C时呈密排六方晶格结构，称为a钛；在882C以上呈体心立方晶格结构，称为B钛。钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金，利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金(titaniumalloys)。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：a合金,(a+B)合金和B合金。中国分别以TA、TCTB表

3、示，另外钛铝金属间化合物(TixAl，此处x=1)作为一种特殊的钛合金也被广泛的应用。121.1 a钛合金它是a相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是a相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500C600C的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。121.2 B钛合金它是B相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达13721666MPa;但热稳定性较差，不宜在高温下使用。1.2.1.3 a+B钛合金它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温

4、变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50%100%;高温强度高，可在400C500C的温度下长期工作，其热稳定性次于a钛合金。三种钛合金中最常用的是a钛合金和a+B钛合金；a钛合金的切削加工性最好，a+B钛合金次之，B钛合金最差。a钛合金代号为TA,B钛合金代号为TB,a+B钛合金代号为TG122钛及钛合金的特点钛及钛合金因其具备密度小、比强度高、热强度高、抗蚀性好、低温性能好、化学活性大、导热系数小、弹性模量小、吸气性能优良等特点。比强度高钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，仅为钢的60%,纯钛的强度才接近普通钢的强度，一些高强

5、度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度（强度/密度）远大于其他金属结构材料，见表7-1，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。确号WWE色fP3f-4211丽彳JRNtn丸1ju7侶1f-1I.Mf.f-I屮1|19)r4:i*1的呦1U534GtCl1ttl41呼7*j，囲KA医细曲整；J3二2：i?；L訂热强度高使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度，可在450500C的温度下长期工作这两类钛合金在150C500C范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150C时比强度明显下降。钛合金的工作温

6、度可达500C,铝合金则在200C以下。122.3 抗蚀性好钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。1.2.2.4 低温性能好钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好，间隙元素极低的钛合金，如TA7,在-253C下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。1.2.2.5 化学活性大钛的化学活性大，与大气中ONH、COCO2水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于0.2%时，会在钛合金中形成硬质TiC;温度

7、较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；在600C以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.10.15mm硬化程度为20%-30%钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。导热系数小、弹性模量小钛的导热系数入=15.24W/(m.K)约为镍的1/4,铁的1/5,铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50%。钛合金的弹性模量约为钢的1/2，故其刚性差、易变形，不宜制作细长杆和薄壁件，切削时加工表面的回弹量很大，约为不锈钢的23倍，造成刀具后刀面的剧烈摩擦、粘附、粘结磨损。钛合金的种类目前，世界上已研制出的钛合金有数

8、百种，最著名的合金有2030种，如Ti-6AI-4V、Ti-5AI-2.5Sn、Ti-2AI-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9BT20IMI829、IMI834等。1.3钛材的主要类型及用途根据加工生产的需要，钛材主要具有以下几种类型：钛棒、钛板、钛丝、钛带、钛管、钛锭等。钛棒的主要用途钛棒主要用于机械设备、电镀设备、医用、各种精密机件等行业。钛板的主要用途钛板主要用于电子、化工、钟表、眼镜、首饰、体育用品、机械设备、电镀设备、环保设备、高尔夫球及精密加工等行业。133钛丝的主要用途

9、钛丝主要用于军工、医用、体育用品、眼镜、耳环、头饰、电镀挂具、焊丝等行业。钛丝按产品用途可分为两类：结构件丝，主要用于结构件和紧固件的丝材：焊丝，主要用于电极材料和焊接材料的丝材。利用钛丝的耐腐蚀性能高，换热性能好，抗阻尼性能强、无磁性、无毒、弹性模量低、耐高、低温等特性，广泛用于各种机械、电器、空调，过滤器等场合钛管的主要用途钛管主要用于环保设备、冷却管、钛发热管、电镀设备、戒指及各种精密电器用管等行业。钛带的主要用途钛带主要用于在核电厂，食品加工厂，炼油厂换热器，船用零件和医疗假肢等。钛锭的主要用途钛锭主要终于各种钛材、合金钛材及锻件、铸件的制作等。钛及钛合金的用途及应用领域2.1钛及钛合

10、金的主要用途及国内钛及钛合金产业状况钛及钛合金因其具备密度小、比强度高、弹性模量低、导热系数小、抗拉强度与屈强度接近、无磁性无毒、耐热性能好、耐低温性能好、吸气性能和耐腐蚀性能优良等特点，已成为全球新兴的优质耐蚀轻型结构材料、新型功能材料和重要的生物工程材料，广泛应用于航空航天、兵器、化学、冶金、舰船工业、海洋开发和医疗卫生、记忆合金和超导储存材料，其它还用于如制盐、眼镜架、钟表等民用制品，被誉为继铁、铝之后的“第三金属”、“未来金属”和“全能金属”。钛材的应用量已经成为衡量一个国家综合国力强弱的重要指标。中国于1956年开始钛和钛合金研究；60年代中期开始钛材的工业化生产并研制成TB2合金。

11、经过近60年的研究发展，目前我国钛材工业化程度相当成熟，国内拥有钛及钛合金生产企业二十余家，2011年度产能近10万吨，钛材加工企业200多家，钛设备生产企业300多家。2.2钛及钛合金的应用领域作为全球新兴的优质耐蚀轻型结构材料、新型功能材料和重要的生物工程材料，太及钛合金已广泛应用于航空航天、兵器、化学、冶金、舰船工业、海洋开发和医疗卫生、记忆合金和超导储存材料，其它还用于如制盐、眼镜架、钟表等民用制品。钛及钛合金在航天工业及军工领域的应用钛及钛合金因其具备密度小、比强度高、弹性模量低、导热系数小、抗拉强度与屈强度接近、无磁性无毒、耐热性能好、耐低温性能好、吸气性能和耐腐蚀性能优良等特点，

12、已成为目前国际航空工业及军工产业发展必不可少的材料，据统计因航天工业及军工产业的发展的需要，钛工业以平均每年约15%的增长速度发展。目前世界钛合金加工材年产量已达30万余吨,钛合金牌号近40种。使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V（TC4）,Ti-5Al-2.5Sn（TA7）和工业纯钛（TA1、TA2和TA3）。2.2.1.1 钛及钛合金在航空航天产业中的应用钛及钛合金主要应用喷气发动机部件、机身部件、火箭、人造卫星、导弹等部件，我国将航空航天、大型飞机、登月作为“国家中长期科技专项规划”重大专项项目，钛工业的发展是其重要的组成部分。钛及其合金的比强度（强度与重量比）在金属结构材料中是很高的

13、，它的强度与钢材相当,但其重量仅为钢材的57%。另外,钛及其合金的耐热性很强，在500C的大气中仍能保持良好的强度和稳定性，短时间工作温度甚至还可更高些。而铝在150C、不锈钢在310C就失去原有的机械性能。当飞机、导弹、火箭高速飞行时，其发动机和表面温度相当高，铝合金已不能胜任，这时,采用钛合金是十分合适的。正是由于钛及其合金具有强度大、重量轻、耐热性强的综合优良性能，在飞机制造中用它来代替其它金属时，不仅可延长飞机使用寿命，而且可以减轻其重量，从而大大提高其飞行性能。所以，钛是航空工业和宇宙工业中最有前途的结构材料之一。在飞机制造工业上，要求制造所用的材料，既质轻，又强度大。一般是用比强度

14、（材料的强度和比重的比值）来表示它，这个比值越大越好，而钛正符合这个要求。钛的比强度是目前使用材料中最大的，是不锈钢的3倍，是铝合金的1.3倍。所以，在飞机制造工业上，很重视钛这个材料。随着航空工业的发展，飞机的飞行速度越来越快。速度越快、飞机跟空气摩擦产生的飞机表面温度就越高，当速度达到2.2倍音速的时候，铝合金已经不能胜任，而用钢又太重，只有采用钛合金来制造，所以有人说，如果没有钛合金作为制造材料，就不能发展2.5倍音速以上的超音速飞机。火箭、人造卫星和宇宙飞船在宇宙航行中，飞行速度比飞机要快得多，并且工作环境变化更大，所以对材料的要求也更高、更严格。比如，用火箭把载人的宇宙飞船运到月球上

15、去，要经历从高温到超低温的过程。在返回地面的时候，又从超低温进入高温，当飞船进入大气层的时候，飞船表面温度上升到540C-650C。制造宇宙飞船的材料，必须适应这样剧烈的温度变化，而钛合金能满足这些要求。从1957年开始，钛材料大量在宇宙航行上使用，主要用来作火箭的发动机壳体，人造卫星的外壳、紧固件、燃料储箱、压力容器等；还有飞船的船舱、骨架、内外蒙皮等。在宇宙航行上，使用了钛以后，可以大大减轻飞行器的重量。从经济效果来看，由于结构重量的减轻，能够大量节省燃料，同时可以大大降低火箭和导弹的建造和发射费用。2.2.1.2 钛及钛合金在国防军工领域的应用在美国F-22先进战斗机上大约有54个精铸件

16、，大多是关键性强度高的铸件。最著名的是所谓前、后“体侧”(Side-of-body)、铸件，即机翼与机身的接头件，这是飞机上最大的铸件，经切削加工且分别重87和58公斤。每一机翼上有14个较小的铸件，多是用其它方式不能有效生产的零件。如无油舱隔，又如方向舵驱动器的壳体。F-22的阻拦钩的整流罩原来是由6-4-Ti薄板超塑成形，新近改成Ti-62-42合金，使成本下降50%以上，改进了强度性能，降低了重量，提高了对发动机喷管偶而出现的燃气冲刷的热稳定性。F-22上的锻压器中大约2/3为Ti-6-4ELI,最大的锻件是中、后机身隔框，其中4个中机身隔框是目前最大锻件的代表，5个后机身框架锻件是分段

17、组成的，由上中央的H形框与两个T形框组成。机身的很大一部分为焊接件，前后梁结构是由腹板加强的Ti-6-4型板与框架经电子束焊接而成，包含3556厘米长的周向及纵向焊缝，是航空航天工业的最复杂的结构焊接之一。发动机舱门由钎焊的蜂窝芯子与壁型板组成，面板为6-4-Ti，芯子为Ti-3-2.5，两者之间的连接采用“液体界面扩散”(LID)钎焊技术，利用Ni-Ti共晶温度低的特点来减少型板的热暴露。Ti-3-2.5的成形性好、强度低，也用在液压管道中。美国的Froes博士曾发表文章报道了美国军用车辆及战车中用低成本钛代替均质装甲钢(RHA)的情况。用Ti-6AI-4V合金制作了M2战车的指挥舱及顶部防

18、护装甲、M1A主战坦克上的两个部件及XM777155m超轻型便携式榴弹炮的架尾和反冲气缸。而且美国一直把研究重点放在未来的战车系统上，最近则集中在对可以满足预期冲击破坏性能的新型装甲材料的研究上。人们对钛装甲的研究颇多，主要目的有2个，一是扩大钛装甲在遭受破坏威胁时的防弹性能数据；利用单一电子束冷炉床技术生产钛合金，研究各种低成本的形变热处理工艺，与此同时，还对战车用厚装甲的焊接和焊接修补进行了研究。2.2.2 钛及钛合金在民用行业中的应用钛及钛合金除了在航天工业及军工领域被广泛的使用外，在民用行业中也得到了广泛的应用，如化工、冶金、医疗、体用用品等。钛及钛合金在化工产业中应用钛具有高耐腐蚀性

19、的特点，广泛利用于各种化工行业防腐设备中，如石油精炼设备、换热器等；运用行业有(1)在含硫和含盐高的原油炼制中，钛制设备是比较理想的。国外在常压蒸馏装置、污水处理设备、脱硫分离塔的冷凝器和汽提塔的散热器等许多工序都成功选用钛制设备多年。我国也已在该系统中采用铸钛海水泵、催化裂化分馏中的钛制冷凝器、深冷分离钛冷凝器和多孔钛板等，都已正常操作运行十年以上。(2)氯化烃是石油化工的最大品种之一。由于涉及到氯化反应，不锈钢设备已难胜任。国外已用钛材制造二氯甲烷精馏塔，三氯乙烷换热器、冷凝塔和分馏塔，三氯乙烯冷凝塔，过氯乙烯换热器和多氯化物盘管加热器等。我国在氯乙烯生产中，冷却塔、废水汽提塔和废水贮罐的

20、塔板支承架、接管、法兰密封面，采用了Ti-0.2Pd的衬里，已使用近十年未见腐蚀。而钛管道、接头和气体分布器等都已采用钛材多年。(3)苯酚是石油化工的重要原料，以炼油气中的丙烯和苯为原料，从异丙苯、过氧化异丙苯得到苯酚和丙酮，是一项新工艺。国外在十几年前就采用钛设备，我国此项工艺尚在开发之中。旧工艺用苯磺化碱溶液生产苯酚，我国已采用钛制中和反应釜、钛盘管冷却器和离子氮化钛的搅拌器轴套，效果很好。(4)在乙烯氧化成乙醛、乙醛氧化成乙酸和丙烯氧化合成丙酮的装置中，除原料和产品有一定腐蚀性外，主要腐蚀介质是催化剂，不锈钢在其中腐蚀很快，唯有钛具有良好耐蚀性。早在1963年美国就在乙烯氧化制乙醛生产中

21、应用钛获得成功。我国第一套乙烯氧化制乙醛装置已于1976年投入使用，至今钛设备的运行情况良好。国外衬钛反应器高达9.6m、直径为3m还有换热器、催化剂再生塔、乙醛溶液冷却器等11台钛设备。我国在80年代以后，上海和吉林都分别引进国外的乙烯氧化制乙醛的成套设备，其中许多设备和泵阀等都用钛制造，较之不锈钢有明显优点，使用效果十分满意。丙烯氧化制丙酮的定型设计，钛设备有12台，一座年产3万吨丙酮的工厂，钛设备达40t。(5)乙醛氧化制乙酸是我国的通用工艺，现已采用钛材作为高沸物再沸器，一级品醋酸塔再沸器和冷凝冷却器等多种设备。国外在精馏塔、分馏塔和蒸馏塔等都采用了钛设备。尤其在低级烷烃氧化制乙酸时副

22、产品较多，甲酸含量达8，腐蚀性极强，此时用钛代替不锈钢，效果十分理想。(6)对苯二甲酸是合成涤纶的原料，工业上用对二甲苯氧化法制取。不论高温氧化还是低温氧化均存在乙酸和溴化物的高温腐蚀，在温度高于135C的介质中，316L不锈钢经过几十小时即发生点蚀。故设计规范规定在135C以上必须使用钛材。北京石化总厂引进全套钛设备，包括氧化反应釜、溶剂脱水塔、加热器、冷凝器、再沸器等16台。南京扬子石化公司引进年产45万吨对苯二甲酸装置,有56台钛设备和大量钛管道阀门。上海石化总厂引进的氧化反应釜高32m上直径4m下直径5.3m,容积为505m设备自重达175t。使用钛材效果很好，推广应用前景光明。(7)

23、尿素是优质化肥，又是石油化工的原料。自1963年第一台衬钛尿素合成塔投产以来，目前已有近万台设备在全世界运行，实践表明衬钛合成塔无明显腐蚀。而316L不锈钢的折算腐蚀速度为。因此钛材比不锈钢具有更好的经济效益。除了衬钛尿素合成塔外，国内从70年代以来，先后使用了C02气提塔、换热器、混合器和泵阀等。钛在石油化工中应用广泛，实例不胜枚举。钛及钛合金在海水淡化中应用原海水淡化设备导热管主要用铜合金管，由于铜合金管存在很多不足，现已被可靠性高且免于维护的钛管所替代。主要原因在于：(1)钛管的壁厚，导热管壁厚由使用条件，管板材料、扩管作业的施工能力、管端的焊接技术等来决定，由于导热管直径小，对强度要求

24、不高，因此实际使用中采用壁厚较薄的管材，一般，铜合金管等壁厚为用钛管代替，在腐蚀性小的地方，可用壁厚为0.3mm的薄壁焊管。(2)钛管的导热性，由于导热管的材质不同，热导率也不同，如钛为17修(mk)，铝黄铜为IOOW/(mk),90/10白铜为47W(m-k),70/30白铜为29W/(m-k)，因此，可通过壁厚的变化控制导热管的导热效果。在以上材料中，钛的热导率最小如使用薄壁钛焊管，导热性虽然比铝黄铜差，但与90/10白铜相当，比70/30白铜的要好。(3)钛管的经济性，钛管的单位质量价格比铜合金贵2-6倍，但从性价比上考虑，钛管价格可与铜合金管抗衡，由于钛的密度低，壁厚相同时，同等长度的

25、钛管质量只是铜合金管的50，当钛管壁厚为铜合金管的50时，相同传热面积的钛管质量仅为铜合金管的1/4按目前的价格水平，采用薄壁钛焊管的整体价格与铝铜管相同，比白铜管还便宜可见，钛管在价格方面是有竞争力的。2.2.2.2 钛及钛合金在能源领域的应用钛在煤炭、电力(核电和火电)、油气和太阳能等工业中得到了应用。(1) 煤矸石的利用是变废为宝的创举。煤矸石是采煤中的废弃物，估计全国已有数亿吨之巨。我国从1972年就开始利用煤矸石生产氯化铝或硫酸铝。在更新工艺中，不锈钢浓缩器的腐蚀相当严重，我国自制钛反应釜、搅拌器和盘管加热器(氯化铝用)和浓缩加热器(硫酸铝用)已有十年以上的运转实践。(2) 滨海电站

26、凝汽器用薄壁钛管。60年代之前均采用铝黄铜或B30白铜管，随着海水污染日趋严重，使用寿命明显下降。早在60年代英国就已使用全钛凝汽器，70年代日本推出薄壁(0.3-0.5mm)焊接钛管的凝汽器，成本大幅度下降。直至1987年，工业发达国家已有30采用钛凝汽器。由于核电站对于安全运行可靠性要求特别高，所以尤其重视钛凝汽器的使用，大部分采用薄壁焊接钛管和无缝钛管。我国在70年代后期开始试验国产钛管。1983年以来，先后在浙江台州电厂、上海金山热电厂、浙江镇海电厂等9个电厂采用18台全钛凝汽器，共用钛管700t，使用效果十分理想。(3) 油气钻采中，英国在深600m262C的含5%H2番口25%Na

27、CI中，使用了钛制钻采设备。前苏联采用了钛泵、钛阀和钛制冲洗盐水设备。我国在天然气井口为解决600-700atm的高温H2SC02和水蒸汽的腐蚀，使用了Ti的阀板、阀座和阀杆，长期使用效果甚好。海上油气开采要长期承受海水腐蚀和应力腐蚀。国外广泛采用Ti作为石油平台支柱、绳索支架、海水循环加压系统的高压泵、提升管及联结器等。因为Ti不仅耐海水腐蚀，而且具有高韧性、高屈服强度和高疲劳极限。最近国外选择钛的预应力采油管接头，这种接头组装简便快捷、重量轻，并保持弹性密封性，钛是最佳的优选材料。我国的海洋石油工业正进入大规模开发阶段，当前平台的结构件和关键部件及设备均从国外进口，国内材料很少应用。但可以

28、预期，钛将会在这里找到广阔的市场。(4) 核电站放射性废物蒸发器的操作温度高于130C,浓缩时还有产生沉积物而发生缝隙腐蚀的可能性。因此，蒸发器的最佳材料应是Ti-6Al-4V，在承受高压的情况下可以选用Ti-15Al-2.5Sn。(5) 汽轮机透平叶片原用0Crl3不锈钢，由于在沉积物中有缝隙腐蚀和点蚀问题，疲劳寿命下降。钛合金是最理想的材料。前苏联开发出了Ti-5AI-2.5Sn蒸汽透平长叶片，并已推广应用于生产。近年来美、日等国倾向于使用Ti-6Al-4V。(6) 电站锅炉水的脱盐装置，不论电渗析淡化还是蒸馏法除盐，钛设备和钛阳极均是理想的材料。在凝聚沉降法除去水中胶体杂质系统中也成功地

29、使用了钛制溶解槽和加热器。2.2.2.3 钛及钛合金在真空制盐中的应用钛及其合金具有优异的抗海水及耐氯化物溶液腐蚀及流体冲刷的性能。随着对钛材性能及应用认识的加深，钛材及其合金也逐步推广应用在真空制盐工业上。高温浓盐卤水对真空制盐用碳钢设备的严重腐蚀直接影响了设备能力的发挥及生产的正常运行。腐蚀造成设备频繁维修，大量的跑冒滴漏，成了一个急待解决的生产关键和技术课题。正确选用适合于制盐工业的耐蚀材料也急迫地提上了议事日程。蒸发罐凡和料液接触部份，1效均采用Til2换热管及Til2钢复合板，I、H、W效均采用TA2换热管及钛钢复合板。仅此两套制盐装置，蒸发罐便使用Til2及TA2管约44吨，Til

30、2及TA2,板约10吨，Til2及钛同钢的复合板达360吨，使真空制盐工业一跃成为使用钛及钛钢复合板的大户之一。2.2.2.4 钛及钛合金在建材行业中的应用在日本，1986-1999年用的钛建材总计为2001t,目前的市场规模已成长为200t/a。具体用在建筑物的部位是屋顶63%外壁31%纪念碑及其它占6%。建材用钛基本上100%为工业纯钛，数年来采用的理由分别为耐蚀性占60-80%，意匠性占25-60%，钛印象占15-50%（重复计件的结果）。从钛的高耐蚀性看，考虑到维修费用的循环成本（LCC）并不比其它金属高，在苛刻的环境下多用在海滨、火山地带的建筑物上，尤其是作为防止酸性雨对策是有效的。

31、另外，钛比其它金属的热膨胀系数低，轻量，更适合用作建材。钛还有其它特性，采用的理由多为意匠性、钛印象，而建筑物又较重视艺术性、及环境的调和性等。因此，钛历来均是用在飞机、热交换器等功能材料为开发重点，本文主要叙述了轧制成形时的袋波控制及根据需要的各种表面处理。（1）袋波（pocketwave,以下简称“PV”）的抑制，一般金属屋顶的接合多采用焊接与组装相结合的工艺，即通过轧制成形将带状板的两边缘弯曲加工成易接合的各种形状（大多为L字型）。但轧制成形中带状板的宽幅中心未成形部（波部）形成了被称为PW的波状凹凸部。这是因为在边缘的弯曲部及其附近，沿宽度方向的拉伸变形产生纵向收缩变形，在波部由于压缩

32、力的作用产生了纵向弹性弯曲的“挠度”的缘故。PW控制是控制来自弯曲部的变形扩展（即使变形局部化），钢板的屈服强度高，即比例极限（e）高，加工硬化小，也可进一步说，屈服拉伸率越大，其PV越小。据报告，钛晶粒的微细化e增高的过程中出现了屈服现象，对PV的控制是有效的，短时间退火可能的连续退火酸洗有利于获得微细晶粒。分批式真空退火可通过在接着的平整道次轧制适度实施，在0.2%屈服强度时（0.2）提高了，PV得到控制。这相当于采用毛面辊实施平整道次的无光精轧法。将带状钛板的边缘预先加工成波浪边，吸收轧制成形的弯曲加工过程中产生纵向收缩的方法也是非常有效的。（2）表面处理的开发，随着钛建材的需求增加，作

33、为意匠性的表面防刺眼性（不晃眼），即要求表面的光泽较低，有比较柔和的色泽。针对此，钛板的生产商开发了各种表面处理法。为了提高防刺眼性，将钛板的表面加工成微细凹凸状。方法有机械法和化学法，或者将二者相结合。以前开发的方法主要有：精整、压花、无光精轧、酸洗、无光精轧+酸洗的组合、氧化铝喷丸处理以及着色材的研制等。2.2.2.5 钛及钛合金在体育用品中应用自从1990年3月，日本JOY公司首次在世界上销售钛制球头的高尔夫球棒以来，揭开了钛制高尔夫球棒的序幕。J0止司与川铁合作、水野与三菱材料合作，才得以使钛高尔夫球棒产品化。川铁的棒头采用的是Ti-6Al-4V合金，三菱材料棒头的上面与击球面使用的是

34、Ti-6Al-4V合金，底部与颈部使用的是纯钛。因为该球头的强度、耐蚀性能、铸造性、成本等较好外，重要的是其镜面抛光的深度与其颜色的高级感、以及其表面硬度较高，即便是有小的划伤，其光泽也能长时间的保持，因此很适合作高尔夫球头。从这点来看，Ti-6Al-4V合金作为高尔夫球球材具有良好的综合性能。网球技术的完美演进，离不开现代科学技术的推波助澜。网球球拍的革新紧跟材料技术的发展。20世纪70年代末80年代初，碳纤维、玻璃纤维、陶瓷、硼等物质取代了铝和钢。现今，钛合金等高科技复合材料以及纳米技术已经渐成主流。高性能的球拍已成为各种新技术的结晶，电脑辅助设计、模拟分析等高新技术手段在球拍的设计和生产

35、过程中起到了举足轻重的作用。这些变化直接推动了网球技术的发展，促进了竞技水平的不断提高。2.2.2.6 钛及钛合金在汽车中的应用钛材作为汽车部件材料使用时，其特征如下：抗拉强度和屈服强度大、疲劳强度大、密度小、弹性模量约是钢的一半、热膨胀系数低，约是不锈钢及铝材的一半、非磁性、热导率低、容易产生烧结、对环境无污染等。另外在汽车行业用钛后，可极大减轻汽车重量，降低其燃料消耗，保护环境和降低噪音。1）发动机阀近年来，各汽车公司纷纷进行发动机阀用廉价钛材的开发，并有一部分已达到批量化。钛材的制造成本中占材料1/3以上的价格是海绵钛，若用等外海绵钛生产加工材，这样价格自然就会降低。在这种情况下开发了廉

36、价的Ti-6Al-4V基合金。（2）排气管及消音器到目前为止，排气管及消音器多采用普通钢、不锈钢、铝合金、FRP等。这些部件属车体的大型构造部件，容易实现车的轻量化、对降低燃料费用、发动机的输出功率及提高行驶安全性均是重要的。同时因与排气直接接触，在400C以上的高温下，比起铝合金来钛的耐热性更优良，且比强度比钢高，也容易实现轻量化。（3）汽车零件用新合金的开发及应用前面介绍的均是已开发的钛合金在汽车零件上的使用。另一方面，低成本钛合金的开发也较为活跃，其中之一就是Super-TIX系列合金的开发。其强度与延性的平衡状态如图8所示。Super-TIX系列包括Ti-AI-Fe及Ti-Fe-0-N

37、二大合金系，Ti-AI-Fe合金群多是在已知的合金中不使用V和Mo采用廉价的Fe来代替，适合在温度上升过程中的用途。如Super-TIX51F就是指Ti-5AI-1Fe,其拉伸强度达1000MP与Ti-6AI-4V相当。而Ti-Fe-O-N系合金则不能在太高的温度区使用，但因采用了廉价的Fe及氧及氮，其热加工性能优良。此合金系的代表合金为Ti-1%Fe-0.35%0-0.01%N（Super-TIX800），其拉伸强度约为800MPa具有优良的热加工性及冷加工性。类似上述Super-TIX系列是专门为航空以外用途设计的合金，还有B钛合金Ti-4.5Fe-6.8Mo-1.5AI(TIMETALL

38、CB)该合金的杨氏莫量低，强度高，正在探讨应用在悬簧上，于2001年已用在德国的国民牌汽车LoupFSI上。2.2.2.7 钛及钛合金在医疗保健器材中的应用钛具有极好的生物相容性，可耐受人体苛刻的生理环境(人体pH值为7.4)，因而长期以来一直用于人体臀部及膝部关节的移植。实践证明，人体对钛无排异反应，也不产生凝血现象。面对医学界的需求并根据钛材的特点，近十几年，特别是近几年来，许多科研院所的专家教授都在致力于钛制人工心脏装置的研制和开发工作，这样既可挽救诸多心脏病患者的生命，也可带来可观的经济效益。左心室助推装置(1eftventricularassistsystems，以下简称LVAS)由

39、于左心室在心脏功能中起主要作用，晚期心脏病患者也是左心室首先衰竭，由此建立起了LVAS概念。LVAS1过搭桥技术可替代左心室正常工作，心脏其它部件照常运行。代心装置AbioCor钛制人工心脏可模拟人体心脏正常节律，将血液泵注到肺部和身体其它部位。无需皮下埋管，但必须摘除人体心脏。有望于2000年年底前开始临床试验。除此而外，Abiomed公司正着手开发的BVS500二心室康复系统尤为引人关注。该系统可全面承担人体心脏的正常工作，1过搭桥手术，使病体心脏得以充分的休息、愈合直至全面康复。了解了近年来钛制人工心脏的发展过程及各类产品的性能特点后，选用哪一种装置最为合适，众家各抒己见。概括起来主要有

40、以下几点；(1) 需要进一步作临床观察以明确利弊；采用LVAS勺心脏病人经过一段时间休息，有利其恢复正常功能，因而代心装置不可取；(3) 人体心脏具有极佳勺控制系统，可使血流量恰好符合人体所需勺水平，而代心装置则无此功能；(4) 如果冠心病偶尔波及到右心室也无妨，带有LVAS勺患者仍可存活。总之，无论采用哪一类产品，使用钛材是必然趋势。如果FDA经过探讨，能够批准将钛制人工心脏作为长期性或永久性植入件植入人体，不仅可使不适合接受异体心脏移植勺病人得以康复，还会带来每年20亿美元勺收益。由此可见，钛制人工心脏市场前景可观。2.2.2.8 钛及钛合金在离子膜烧碱工业中勺应用钛及其合金具有重量轻、比

41、强度高、综合机械性能好勺特点，它有比铬、镍及不锈钢更强勺钝化性，形成勺钝化膜化学稳定性非常高，受到机械损伤后，在一定勺氧化性气氛下还能够自愈，修复如初。因此钛在很多活性介质中是极其耐腐蚀勺，尤其在氧化性介质及含氯、氯化物。氯酸盐等介质中耐蚀性最佳。在我国，钛于70年代初开始应用于氯碱工业，取得了显著勺经济效益，被誉为氯碱工业防腐蚀勺一次大革命。离子膜生产烧碱具有产品质量好。碱中含盐低、原料及能耗省，环境污染小、生产强度大、自动化水平高等优点，是目前世界公认勺技术最先进。在离子膜烧碱生产装置中，钛主要用在盐水二次精制，电解及脱氯、氯气处理等系统的设备及管道上2.2.2.9 钛及钛合金在湿法冶金中

42、的应用钛作为一种新兴的耐蚀材料，在我国的冶金行业，特别是湿法冶金行业使用不过20多年的历史，然而却获得了极大的成功，并取得了显著的社会效益及经济效益。从七十年代初，云南冶炼厂、上海冶炼厂、葫芦岛锌厂等有色冶金行业率先在电解铜、电解镍及铅锌冶炼中使用钛材，解决了严重困扰企业生产及发展的腐蚀问题，揭开了我国湿法冶金行业使用钛材的序幕，钛及钛设备在这些企业成功的应用，也大大地促进了我国钛工业民用推广的使用。自80年代后，国内许多湿法冶金企业都在技术改造中，大量地选用钛材，金川有色金属公司、沈阳冶炼厂、铜陵有色金属公司、大冶有色金属公司等企业近十年来的用钛量高达上百吨，这些新技术、新装备的使用，使我国

43、有色湿法冶金行业的装备更接近世界先进水平。钛作为电铜、电镍行业中种板应用的主要优点是：（1）钛表面的氧化膜保护了钛不被电解液腐蚀，且又不污染电解液。（2）剥离极其容易，减轻了劳动强度。（3）成品率提高了30%以上。（4）电铜结晶组织致密，表面光滑。（5）不易断路烧板。（6）使用寿命在30年以上。2.2.2.10 其它产业钛金属应用的产业尚有计算机硬盘、手机、手表、自行车、轮椅、工艺品等不胜枚举。三、钛及钛合金的市场分析及预测3.1 市场供应现状由于钛及钛材的优良特性及海绵钛的价格下降，钛材性价比逐渐提高，钛材对传统金属材料的替代趋势显著。中国经济持续健康、快速发展以及国家实行国产大飞机项目等因

44、素为钛及钛合金加工材市场提供了广阔的发展空间，预计5年内中国的钛材消费量将达到100,000-120,000吨，长期看将保持稳定增长态势。3.1.1 国际市场供应现状世界的钛加工主要集中在美、日、俄等国，生产企业主要有俄罗斯的上萨尔达冶金联合体fvSMP0），美国的Timet、RTI和AlleghengTeledyne公司，日本的住友、神户制钢和新日铁公司。另外，法国、英国、德国和意大利以及中国也有钛加工企业。海绵钛只有美国、哈萨克斯坦、俄罗斯、日本及中国等国生产，有50多家海绵钛厂。2011年，全世界海绵钛的产量为26.7万吨，钛铸锭的熔炼能力约为28.3万吨，钛加工材的生产能力约为30万吨

45、。2011年主要钛材生产地区的钛加工材产量约23万吨，比2010年增长约13。美国是目前世界上钛加工材产量最多的国家，Timet、RMI和AlleghengTeledyne三大公司的钛加工材产量占全美的90。Timet通过前几年的兼并和联合，现己控制了欧洲大部分钛加工企业，业务扩展到世界各地，并是波音公司最大的钛加工材供应商。RMI也是波音的主要供应商。AllegengTeledyne公司己成为世界上最大的、最多样化的特种金属材料制造商，拥有世界上最大的电子束冷床炉。日本住友、神户制钢和新日铁三大公司轧制品贸易占日本的80。进入2000年以来日本钛加工材尤其是民用品汽车等市场活跃。一直致力于民

46、用市场开发的日本钛市场也比其它国家更早地开始复苏。与俄罗斯的专业化钛加工厂不同，日本的钛工业多以钢铁联合生产的方式运作，在生产不锈钢的生产线上生产钛材，这种模式可以降低生产成本。近年来，日本钢管公司（NKK）己与美国活性金属公司（RMI）联合组成了一个合伙公司，成为世界上第二大钛生产厂家，生产一种专门用于航空、航天工业的新型钛合金，并被允许在美国和欧洲销售。原独联体国家（俄罗斯、乌克兰、哈萨克斯坦）是世界上最主要的钛生产基地和钛出口国家之一，其在钛生产和应用的基础研究开发方面拥有丰富的经验。原独联体国家的海绵钛生产企业有俄罗斯的AVISMA厂、哈萨克斯坦的UST厂和乌克兰的查波罗什镁一钛联合企

47、业。钛材生产企业主要有俄罗斯的VSMP、OVILS和STUPINO。VSMPO是世界上最大的钛材生产企业，可以说，它的发展代表着独联体钛材市场的发展，产品大部分用于潜水艇和军用飞机，曾与波音、法国宇航公司签订供货协议，其产量的70以上出口美国、英国、日本等国。欧洲钛加工企业主要有IMI（英国）、CEzUS法国）、valtimetf法国）、DIG（德国）和Tilania（意大利），前三家已被美国Timet兼并和联合，后两家仍独立存在，但其规模和产量都较小。3.1.2 国内市场供应现状我国可以说是世界上最有发展潜力的钛生产国，钛资源极为丰富，居世界第一位。据资料显示，目前已探明拥有的钛资源储量为8

48、.7亿吨，占世界总储量的64。我国的钛工业经过近50年的发展，2011年海绵钛和钛加工材的产量分别达到61778吨和50962吨。已形成从钛矿采选、海绵钛制取到钛的熔炼、钛材加工、钛部件与钛设备制造的完整工业体系，成为继美、日、俄之后有完整钛工业体系的国家之一。经过多年发展，中国基本形成了以下三个产业集中的地域：即以宝钛集团有限公司和西北有色金属研究院为代表的西北地区，该地区的特点是，钛加工材的能力大、专业技术水平高，产品规格全，代表了中国钛加工的水平；以沈阳金驰钛业有限公司和抚顺欣兴特钢为主的东北地区，该地区的特点是，中小企业多，社会协作度高，特别是钛设备制造能力强；以上海宝钢特殊钢分公司和

49、南京宝色钛业有限公司为代表的华东地区，该地区的特点是钢钛结合，靠近市场，很有发展潜力。目前国内主要钛加工材生产企业有：宝鸡钛业股份有限公司、沈阳有色金属加工厂、宝钢集团上海五钢有限公司、上海三厂薄板有限责任公司、上海有色金属研究所、抚顺欣兴特钢板材公司、长城特殊钢公司第三钢厂等。宝鸡钛业股份有限公司是目前国内专业化程度最高、加工设备最系统化、产品规格最多的钛加工企业。近几年，在我国经济快速增长的有利条件下，钛工业有了长足的发展，特别是2011年，我国钛工业取得了历史性突破，进入了一个新的发展阶段，钛加工材产量达到50962吨，较2010年增长了7851吨，增长率高达18.21%。3.1.2.1

50、 国内钛锭生产企业情况据统计，目前国内钛锭生产企业20多家，钛材加工企业200多家，钛设备生产企业300多家。钛材生产企业主要分布在宝鸡地区、江浙沪地区和沈阳-北京地区。根据对22家钛锭生产企业的统计，2011年国内钛锭产能达到96200t/a，实际生产61778t;根据对30家主要钛材生产企业的统计，2011年国内共生产钛加工材50962t;根据宝钛集团等8家企业的统计，2011年中国主要钛设备生产企业产值达143185万元，用钛材3636t。2011年国内钛锭生产企业产量如下表：2011年中国主要钛锭生产企业产量统计，t厂家忌旦产量产能宝鸡钛业股份有限公司2000025000宝钢股份特殊钢

51、分公司600010000西部材料70008000北京中北钛业有限公司35005000湖南湘投金天科技集团15005000沈阳鑫通科技贸易公司12004800攀长钢34006000宝鸡力兴钛业12005000东港东方咼新有限公司14003700西部超导25003000浙江五环钛业32003500北京621所10002000北京宏大钛科贸有限公司18002000河北德林钛业有限公司18002000遵义钛厂5232000南京宝泰特种材料公司10781500洛阳725所5741400沈阳大吉实业有限公司16001200宝鸡富士特钛业12001400东方钽业钛业分公司7032000沈阳北方钛业有限公司3

52、00700浙江建国钛业3001000合计6177896200从表中可以看出，钛锭产能前三家企业占国内钛锭总产能的44.7%,实际产量占了53.42%;私企中产能最大的宝鸡力兴钛业钛锭产能为5000t/a，占国内钛锭总产能的5.2%，产量不足国内总产量的2%国内企业生产钛锭的设备大部分采用的是真空自耗电弧炉，规格有多种，最大的为12t;部分企业采用的是真空自耗凝壳炉，规格较小；这两种炉较落后，在国外钛锭生产企业都采用的是冷床炉。近年来，宝钛集团从德国引进了1台电子束冷床炉，宝钢特钢从国外引进了1台电子书冷床炉、等离子冷床炉3台，但由于技术原因，目前这两个企业冷床炉的生产一直不稳定。据了解，10t

53、规格电弧炉的售价大约是1000万美元/台，电子束冷床炉的售价大约是1350万美元/台。国内钛材生产企业产能、产量情况国内部分企业有熔炼炉，大部分企业是通过购买钛锭进行再加工的。钛产业链如下图所示:環:钛屑图1.钛产业链从国内的生产结构看，板材占据了钛材生产总量的大部，2011年板材总产量30028t，占总产量50962t的58.9%,其次是管材和棒材，分别占钛材总产量的18.2%和16.2，丝材仅占钛材总产量的0.4。锻件和铸件总和占钛材总产量的5.3%。国内主要钛材生产企业产能和2011年产量见表二和表三。表二国内主要钛材生产企业产能厂家产能/t钛锭板材棒材丝材管材铸件锻件钛带宝钛集团厶25

54、0005000300036003000-40005000宝钢特钢厶10000西部材料厶8000300010001000西部超导材料60003000攀长钢抚顺欣兴特钢天津银泽上海桦夏云南钛业厶19000浙江申吉钛业5000宝鸡力兴集团500010000北京中北钛业1500北京宏大钛科贸1000宁夏东方钽业60001200棒锻12000湖南湘投金天10000500010000南京宝泰1500北京百慕航材洛阳725所厶2000沈阳铸造所2000江苏五环管业500常熟锐钛金属1000江苏宏宝集团张家港华裕钛业1000常熟旋力精密海龙（张家港）600东港东方咼新500015001000浙江建国钛业山东远

55、大宝鸡三立公司宝鸡富士特钛业2000注：标为国企。标为公司主业。表三国内主要钛材生产企业2011年产量2011年产量/t厂家板材棒材丝材管材铸件锻件新品其他合计宝钛集团厶8467398818185912825514614861宝钢特钢厶3126142803348西部材料厶24508311628124921西部超导材料12161171333攀长钢183010114302272抚顺欣兴特钢15001500天津银泽32003200上海桦夏25202520云南钛业厶17001700浙江申吉钛业12001200宝鸡力兴集团6003002010060020501690北京中北钛业200100300600北

56、京宏大钛科贸50010001500宁夏东方钽业446138173180937湖南湘投金天600253007401665南京宝泰1189467189541485北京百慕航材200200洛阳725所厶5001513810663沈阳铸造所3535江苏五环管业10016001700常熟锐钛金属750750江苏宏宝集团600600张家港华裕钛业500500常熟旋力精密300300海龙（张家港）450450东港东方咼新35220255浙江建国钛业180180山东远大120120宝鸡三立公司275077宝鸡富士特钛业400400总计3002882581969285501218116634750962首先从钛

57、锭产能上分析，达到万吨产能的有宝钛、宝钢、云南钛业、攀钢、湖南金天5家，而实际上达到万吨产量的仅宝钛一家。这五家均为国企，其中三家为钢企。因为不锈钢板材生产线同样可以生产钛板，所以钢企在钛板生产上有优势，在这一点上国内钢企在学习日本，因为日本的钛材加工企业均为钢企。从钛材企业的地域上分析，宝鸡地区是国内钛材的主要生产地，民企众多，2011年该地区钛材产量2.8万吨，占国内产量的55%市场份额占国内市场的75%。该地区钛材品种齐全，代表了国内最高钛材加工水平。江浙地区主要是以生产管件为主，钛管主要有无缝管和焊管，无缝管有钛棒制成，焊管由钛带制成。由于国内还不能生产钛带，所以生产钛焊管用的钛带主要

58、是从日本、俄罗斯、欧洲、美国进口。目前焊管有取代无缝管的趋势，国内在薄壁焊管、大直径热挤压管和钛型管方面还不能生产。近来有报道称云南钛业、湖南金天、宝钛、宝钢都上了钛带生产线，但由于技术原因均未投入规模生产。2011年中国钛加工材进口量最大的两个品种是焊管(约2300t)和薄板(2201t)。沈阳-北京地区则主要是以生产板材和棒材为主，沈阳地区的钛加工设备规模较大，沈阳东方钛业有限公司是国内最大的钛加工设备生产企业。钛材上市企业目前有宝钛集团、西部材料、宝钢三家。由于宝钢特钢一直处于亏损状态，目前宝钢股份正在出售其资产。3.2 市场供应现状由于钛及钛材的优良特性及海绵钛的价格下降，钛材性价比逐

59、渐提高，钛材对传统金属材料的替代趋势显著。中国经济持续健康、快速发展以及国家实行国产大飞机项目等因素为钛及钛合金加工材市场提供了广阔的发展空间，预计5年内中国的钛材消费量将达到30,000-40,000吨，长期看将保持稳定增长态势。国际市场需求现状目前国际上钛加工材年需求量在30万吨左右，其应用市场的构一成比例为：一般工业占30%,民用航空占36%，军用占23%，消费品占11%，可见钛的民用占较高的比例。一然而国情不同，不同国家钛需求市场存在明显差异，如美国72%的钛用于宇航应用中，其它28%用于装甲、化工、海洋、医药、发电、体育用品和其它非航空应用中；中国军用占13%,民用占87%;日本宇航

60、用占11%,化工占40%，能源占20%，汽车占2%,其他占27%;俄罗斯宇航用占45%48%，出口占20%30%，船用占7%10%，其他工业占22%28%;西欧发动机用占56%，宇航结构材料占39%，火箭、卫星、导弹用占5%。国内市场需求现状中国钛材的应用在20世纪70年代之前主要用于航空等领域。近年来，钛在化工、冶金、电力、电镀、食品、医疗器械及医疗行业、计算机、R常用品等民品领域的应用得到了稳步的发展。从2005年开始，国内对钛加工材的需求量在大幅度上升，2011年国内钛加工材消费量为50962t吨，20052011年年均增长约47.09%，近几年国内钛加工材消费量及变化见下表及图。2005-2011年中国钛加工材消耗量及变化60000500004000030000一20000-410000012345