国内钛及钛合金的应用现状及前景分析

 王保山      李桃山

南昌航空大学飞行器工程学院100631班：20号

南昌航空大学飞行器工程学院100631班：10号

前  言：

随着航空科技的迅猛发展，许多问题都凸显出来，尤其是受到材料性能的约束，材料不仅是制造航空产品的物质基础，同时也是使航空产品达到人们所期望的技术性能、使用寿命与可靠性的技术基础。钛以及钛合金在航空材料中有着举足轻重的地位，在航空工业中应用越来越广泛，但是否会像铝合金一样在几十年后淡出航空领域而被其它材料所取代呢？

本文对钛及其合金有一个大概介绍，并通过多方查询现有资料并结合实际情况，阐述了钛行业的发展现状以及未来的市场情况，论证了钛行业在未来的几十年里将会有一个发展的契机。

关键字：钛  钛合金  应用现状  前景分析

摘  要：

     钛及钛合金是上世纪40年代末发展起来的一类新型结构材料。凭借着其密度小，比强度、比刚度高，抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好，具有优良的综合性能。使得在航空材料的使用上占有一席之地，同时具有广阔的发展空间和应用前景。和传统金属相比，钛是稀有金属，是重要的替代金属。我国钛资源储量丰富，凭借“稀而不缺”的优势，我国钛工业具有进一步壮大的潜力。

正  文：

1、钛金属的简介：

    钛是一种金属元素，灰色，原子序数22，相对原子质量47.87。能在氮气中燃烧，熔点高。钝钛和以钛为主的合金是新型的结构材料，主要用于航天工业。钛的密度为4.5克/立方厘米（20℃），高于铝而低于铁、铜、镍。但比强度位于金属之首，是不锈钢的3倍，是铝合金的1.3倍。熔点1668±4℃沸点3260±20℃，临界温度4350℃，临界压力1130大气压。

    钛作为结构材料所具有的良好机械性能，就是通过严格控制其中适当的杂质含量和添加合金元素而达到的。

世界钛矿原料主要包括钛铁矿精矿、金红石精矿、锐钛矿精矿、人造金红石、钛渣等，其中，锐钛矿精矿很少。大量开采利用的是钛铁矿和金红石，其中钛铁矿占绝大多数。全球钛资源分布广泛，30多个国家拥有钛资源。钛资源主要分布在澳大利亚、南非、加拿大、中国和印度等国家。其中加拿大、中国、印度主要是钛岩矿；澳大利亚、美国主要是钛砂矿；南非的钛岩矿和钛砂矿都十分丰富。

2、钛及钛合金的应用现状：

钛及钛合金的用途广泛，主要用于军事工业和航天航空产业，并且在海洋产业、汽车工业、医学、体育和日用品等方面也占有一定的比例。钛及钛合金的主要应用领域如下表所示。

可以说钛及钛合金已经走进了我们的生活，并在以后的一段时间内扮演着重要的角色。

    我国虽然是世界钛矿资源最丰富的国家之一，但90%以上是共生岩矿，品位低，成分复杂，开采困难。同时由于经营分散，机械化程度不高，产品质量不稳定，造成钛矿资源浪费严重。目前开发多以民采为主，难以形成规模化开发利用。

在对钛合金材料进行加工时由于切削温度高，产生的大量热量难以及时释放；钛合金弹性模量低，使已加工表面容易产生回弹；在加热和锻造过程中形成富氧层等原因使得钛合金在加工时要遵循一定的原则。比如选用合理的刀具材料，选择合理的道刀具参数，对被加工材料进行适当的热处理，同时对加工技术也提出了更为苛刻的要求这些都使得在加工时成本升高，不能使得钛合金材料广泛的生产利用。

目前我国钛加工及其制造业在地理上体现了三分天下的格局：首先是以宝鸡有色金属加工厂及其控股的宝鸡钛业有限公司为龙头的西北地区，其次是以沈阳有色金属加工厂、抚顺特钢板材有限责任公司、沈阳东方钛业有限公司等单位为主形成的东北钛加工及设备制造集团，接着是以宝钢集团上海五钢有限公司、南京宝钛中惠集团有限公司、张家港市宏大钢管厂等单位为主形成的长江三角洲钛加工及其设备制造集团。

3、近年发展暴露出的一些问题：

1)钛产业的聚集度不够——中国有300多家钛加工企业，但是有自己品牌特色的不多，大多是中低端产品。所以说中国的企业自主研发能力不足，发展模式还是停留在制造这块。在钛材和金属制品以及钛白粉等深加工环节的发展依然不够。我国只能说是钛的生产大国。

2)上下游企业之间缺少实质的有机联系——国内的钛加工企业之间不能形成明显的产业加工联系，使得原材料价格受外界尤其是国外的影响波动大。海绵钛的价格无法长期处于稳定的状态。

3）钛冶炼的节能减排任务艰巨——虽说中国在钛冶炼技术方面得到了突破性的发展，但是在节能减排方面的技术离世界先进水平差距仍然很明显。同时企业在生产加工过程中对节能减排方面的投入不足，也使得能源消耗大。

4）钛加工仍有重大缺项，不能充分满足国民经济发展的需要——近年来，我国的钛工业得到了显著的发展，但是不够全面，在一些钛产品有关领域仍是空白。例如钛及其合金挤压管材、钛带及钛焊管、大口径管材、大型钛铸件等。这些项目仍需国内科研人员的研究从而取得突破。
4、钛及钛合金的发展前景：

虽说有这么多的不足，但是我国钛行业发展的空间仍然很广阔。

首先，我国占据着全世界30%的钛资源储量。世界金融危机曾一度使得钛行业萎靡，但我国有资源，这是最大的优势。而且全球的航空事业仍在蓬勃发展，而钛合金作为航空材料的主要材料必能得到长足发展。

    同时随着国内ARJ-21 和C919 商用飞机项目的深入推进，国内钛工业高端化发展具有政策和市场双重利好支持。并且，与经济实力提升相匹配的国防建设也有助于我国钛产业链延伸发展。

其次波音787试飞成功以及空客A380的交付使用，市场对国际客机两大巨头恢复钛材需求的预期愈来愈强。据估计2020年我国航空领域将拥有4100架飞机，比2010年增加2475架。在此期间内，我国大飞机计划也开始实施，预计累计产量将达到2300架。这也为钛行业的发展起到了推动作用。

近年来我国航空事业迅猛发展，神舟系列载人飞船的不断升空，北斗系列卫星不断完善，尤其南海各种事件不断发生等也在推到着我国航空航天和国防产业的建设。在带动钛行业发展的同时也在逐步实现资源优势向产业链优势的转变。

结 速 语：

    航空领域的长期高消耗以及发展受到局限时，寻找新材料解决现有问题成为了人们关注的对象。而这些问题随着钛及钛合金出现得到了很好的解决。如果将钛行业的发展比作一个人的成长，那么现在的它正处在青少年时期。也许现在的我们感觉钛工业的发展有许多的不足，但此时毕竟处于不成熟阶段，还有很多关于钛及钛合金的特性以及技术都在等待着我们发现。单单是比强度高和耐腐蚀性强这两大特点就决定着钛必然航空航天、武器装备、能源、化工、冶金等领域拥有广阔的应用前景。而且在钛行业“十二五”报告的促进下，钛行业的各种机将更加完善。

可以说在今后的百年内，钛成为了众多材料中的龙头，同时随着发展也将从高端领域渐渐覆盖到低端领域。

参考文献：

[1] 孙枫，钛资源优势向钛产业链优势转变进行时，莫尼塔-稀有金属行业研究报告.2011:7-14；

[2] 王向东,逯福生,贾翔,郝斌,马云风.中国钛行业发展思考，中国金属通 

报.2010,(7):38-39；

[3] 李树侠,朴松花.钛合金材料的机械加工工艺综述.飞航导弹.2007,(7):

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[4] 张喜燕,赵永庆,白晨光.钛合金及应用.化学工业出版社.2005；