径锻机与钛的姻缘探索

钛是1791年英国牧师W．格雷戈尔(Gregor)在黑磁铁矿中发现的一种新的金属元素，1795年德国化学家M．H．克拉普鲁斯(Klaproth)在研究金红石时也发现了该元素，他用希腊神话中大地之子泰坦（Titan）的名字来命名（中文按译音定名为钛）。在古希腊，“泰坦精神”就是勇往直前的同义词,用titanium的名字来命名表示金属钛所具有的天然强度。

1910年美国科学家M．A．亨特(Hunter)首次用钠还原TiCI，制得了纯钛。1940年卢森堡科学家W．J．克劳尔(kroll)用镁还原TiCl，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8t海绵钛。近50多年钛工业有了突飞猛进的发展，主要是克劳尔法奠定了制取海绵钛生产的工业基础，真空电弧熔炼技术打开了钛加工的大门，使钛的工业化生产得到突破。

在二十世纪八十年代，国际钛工业中地位较重要的国家是前苏（俄）、美、日、英、法和中六国。近年来，俄罗斯已丧失了它的第一钛工业大国地位，形成了美、日、俄三足鼎立的局面，三国海绵钛与钛材的产量占世界总量的95％以上。

钛(Ti)是银灰色金属，比重4.51，熔点1668℃。钛是一种很特别的金属，质地非常轻盈，却又十分坚韧和耐腐蚀，它不会像银会变黑，在常温下终身保持本身的色调。钛的熔点与铂金相差不多，因此常用于航天、军工精密部件。钛加上电流和化学处理后，会产生不同的颜色。

钛的十大性能如下：

1）密度小,比强度高。金属钛的密度为4.51g/cm³,高于铝而低于钢、铜、镍，但比强度高于铝合金和高强合金钢。

2）弹性模量低。钛的弹性模量在常温时为106.4GMPa,为钢的57%。

3）导热系数小。金属钛的导热系数小，是低碳钢的五分之一，铜的二十五分之一。

4）抗拉强度与其屈服强度接近。钛的这一性能说明了其屈强比（抗拉强度/屈服强度）高，表示了金属钛材料在成型时塑性变形差。由于钛的屈服极限与弹性模量的比值大，使钛成型时的回弹能力大。

5）无磁性、无毒。钛是无磁性金属，在很大的磁场中也不会被磁化。钛无毒且与人体组织及血液有好的相溶性，所以被医疗界广泛采用。

6）抗阻尼性能强。金属钛受到机械振动、电振动后，与钢、铜金属

相比，其自身振动衰减时间最长。利用钛的这一性能可作音叉、医学上

的超声粉碎机振动元件和高级音响扬声器的振动薄膜等。

7）耐热性能好。新型钛合金可在600℃或更高的温度下长期使用。

8）耐低温性能好。钛合金TA7（Ti-5Al-2.5Sn）,TC4(Ti-6Al-4V)和Ti-2.5Zr-1.5Mo等为代表的低温钛合金,其强度随温度的降低而提高,但塑性变化却不大。在-196～253℃低温下保持较好的延性及韧性,避免了金属冷脆性,是低温容器,贮箱等设备的理想材料。

9）吸气性能。钛是一种化学性质非常活泼的金属,在高温下可与许多元素和化合物发生反应。钛吸气主要指高温下与碳、氢、氮、氧发生反应。

10）耐腐蚀性能。钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在介质中的热力学腐蚀倾向大。但实际上钛在许多介质中很稳定，如钛在氧化性、中性和弱还原性等介质中是耐腐蚀的。这是因为钛和氧有很大的亲和力，在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀。即使由于机械磨损也会很快自愈或重新再生。这表明了钛是具有强烈钝化倾向的金属。介质温度在315℃以下钛的氧化膜始终保持这一特性。

钛的三大功能：对钛和钛合金的研究已发现其具有的三种特殊功能有应用前途。

1）记忆功能。钛-镍合金在一定环境温度下具有单向、双向和全方位的记忆效应，被公认是最佳记忆合金。在工程上做管接头用于战斗机的油压系统；石油联合企业的输油管路系统；直径0.5mm丝做成的直径500mm抛物网状天线用于宇航飞行器上；在医学工程上用于制作鼾症治疗、制成螺钉用于骨折愈合等。

2）超导功能。铌-钛合金在温度低于临界温度时，呈现出零电阻的

超导功能。

    3）贮氢功能。钛-铁合金具有吸氢的特性，把大量的氢安全的贮存

起来，在一定的环境中又把氢释放出来。这在氢气分离、氢气净化、氢气贮存及运输、制造以氢为能源的热泵和蓄电池等方面应用很有前途。

由于钛具有上述特殊的性能及功能，使得钛的应用越来越广泛，已由航天航空工业扩展到化工、冶金、电力、舰艇和日常生活领域。

钛合金是航天、航空、军工工业最佳结构材料。如航天中的飞船船舱、结构骨架、液体燃料储箱、高压容器、卫星外壳、推力杆件等；飞机上的机翼、结构骨架、发动机、连接件、喷管、主起落架大梁、紧固螺帽和锁紧部件等；火箭、导弹的外壳、喷嘴、发动机、高压容器、液体燃料储箱等；军工中的炮筒、车辆、装甲板、防弹背心、头盔、雷达三角架、坦克天窗等。

由于钛具有良好的耐腐蚀性能，在化工、石油、纺织、造纸、冶金等工业大量使用纯钛制作防腐设备或零件。如电解极板、反应器、热交换器、分离器、吸收塔、冷却器、浓缩器，以及各种连续配套的管、阀、配件、垫圈、泵等。

钛及其合金耐海水或淡水腐蚀的优异性能，不仅适于制作各类舰艇船品，而且也是制作海水淡化装置和电力工业上冷凝器的最佳材料。

钛及其合金具有质轻、强度高、耐腐蚀并兼有外观漂亮等综合性能，而更广泛地应用在人们的日常生活中。如体育器材、医疗器械、钟表、

眼睛架、装饰品、渔业、汽车、建筑、食品业等都在广泛使用钛及其合

金。

目前钛市场看好，近年来钛市场的年增长率大于10％；非军事用钛占世界钛材产量的90％，这为钛工业的稳定发展奠定了牢固的基础；民用飞机用钛增长较为迅速，是带动世界钛工业发展的重要因素。

钛工业逐渐趋于国际化，市场竞争与兼并激烈。各国都在发展竞争力更强的高性能、多功能和低成本的钛合金；积极培育新的钛市场，如体育用品、汽车、高档建筑海洋工程和轻型战车等；并努力开发高效优质品的生产工艺技术。

一般认为，钛材有两个市场：航空市场和非航空市场（民用市场）。航空市场是以高力学性能的高品质钛产品为主的市场，美、俄、西欧等钛工业大国主要以航空市场为主。一般工业市场是以耐蚀性优良的钛产品为主的市场，而日用品市场是以外观精美的钛产品为主的市场。

我国是一个钛资源十分丰富的国家，目前已探明的钛资源储量为8.7亿吨左右，占全世界已探明钛矿产总量的48％。因此，从钛资源角度来讲，有着发展钛工业良好的物质保证和先决条件。我国民用钛材占87％，航空和军工用钛占13％。随着国家经济快速地发展，已经有制造大型客机的项目在拓展中，在这个领域钛的用量将会大幅增加。中国民用钛材第一大户是化学工业（包括氯碱厂220个、纯碱厂61个、醋酸厂50个及近1000个化肥厂等），主要用于热交换器、压力容器、反应器、泵、阀门、风机、管道等。真空制盐是中国用钛最成功的领域之一，其新建和改造项目将保持对钛的强劲需求。目前，中国已进入了新一轮电站建设高峰期，海滨电站的全钛冷凝机组将有每年千吨的需求量。体育休闲业的钛高尔夫球杆、眼镜架、自行车等产品将保持对钛的旺盛需求。以中国国家大剧院钛屋顶为标志，2008奥运会主体育场“鸟巢”的主体构架也以钛材为主材料。显然，建筑业开始使用钛材，将会引起一股建筑界中的钛材风尚。从中国将重点发展的海洋产业来看，海洋石油天然气开发，海水淡化将对钛材有更大的需求。生物医学材料，形状记忆含金，超导等离子技术领域对高附加值钛的需求也会有所增加。2005年中国主要钛加工材料在不同领域的用量见下表。

2005年中国主要钛加工材料在不同领域的用量表

从国内钛材市场应用的品种调查表明，以工业纯钛板、管材比重较大。资料统计表明，我国钛材品种构成如下：板材43.5％、管材27.5％、棒材20.4％、铸件4.6％、锻件3.3％、线丝材0.5％、箔材0.2％。

近年来我国钛材（主要是优质深加工钛材）进口量年平均值约为980t左右，主要是从俄罗斯进口的。也有少量钛材（主要是铸锭和粗加工材）出口，年出口量约550t左右。

钛工业是事关国民经济和国家安全的重要行业，在世界经济强劲增长的大背景下，国际民航对钛的需求以及石化、电力、海洋、舰船、体育休闲等领域的需求量不断增加，国际上新的钛需求增长点正在不断的提升，今后几年内钛的需求量将继续较大幅度增长。中国的钛产量在快速增长，产量仅次于美国、俄罗斯和日本，已跻身于钛产业化强国的行列。随着中国经济战略政策的布局所实施的西部大开发和重振东北老工业基地的政策的推广，将会更有利于东北地区钛产业的发展和建设。

钛材生产原材料以海绵钛为基体，由于受各国家战斗机更新、民用飞机产量的增加、钢铁工业用钛量的增长，国际市场海绵钛严重供不应求。中国的海绵钛生产厂在急速扩建、新建，目前已可生产的厂家有二十二家，截至2006年8月份已形成年产能达2万吨，计划2007年2月份可达到7万吨，最终计划年产能可达到10万吨。西北地区以遵义钛业为中心6家海绵钛生产厂年产量可达到4万吨，长江三角洲地区以天津化工厂为重点的海绵钛厂最终年产量可达到2～3万吨，东北地区以抚顺金铭钛业为中心的9家海绵钛厂最终产能可达到4万吨。由于海绵钛市场供求关系的变化，势必更有利于钛材的生产，使之具有可靠的原料来源。

社会越发达，用钛量就越大。随着国民经济的发展，钛及钛合金的需求量会越来越大。据报道，中国在五年内将开展大飞机的生产制造，预示着中国是个有着庞大潜在钛市场的国家，其市场前景非常看好。

   1.6项目建设的必要性

市场调查表明，钛材具有广阔的市场前景。现在国内外军工行业都将其列为第一战略物质储备，从2002年至今及未来的5年中，钛储备都将呈增长趋势。2005年中国钛材市场需求旺盛，仅体育运动中的高尔夫运动一项，其器材对钛的需求量每年达5000吨之多。辽宁峰阁钛业有限公司应该充分利用企业现有优势，抓住市场契机，尽快开发钛材产业，建设新的生产线，生产更多的优质钛产品，满足市场需求，可取得更好的经济效益。同时，可以发展和壮大自己的优势，继续保持在钛行业的领先地位。

辽宁峰阁钛业有限公司的钛产品制造基地建设项目建成后，将会形成中国新的钛业格局，中国东北地区的钛行业也必将会以辽宁峰阁钛业有限公司为龙头而蓬勃发展。

1.7建设的有利条件

1）有广阔的市场和可靠的原料来源。

2）有坚实的从业基础。辽宁峰阁钛业有限公司是国内唯一的民营企业通过军品认证的单位。是国内唯一一家通过国际四大品牌公司之一的“阿迪达斯（美国）” 公司的企业认证，掌握着高球业15％的材料供应量。企业拥有一批有丰富经验的高级技术人才队伍，具有丰富的钛材生产制造经验，同时有严密的质量保证体系，使之产品具有可靠的质量保证。

3）振兴东北老工业基地和加快发展现代化装备制造业，辽宁处于中心地位，项目具有较好的建设环境。

4）沈阳的四个国家级研究机构（中国科学院金属分院、铸造研究所、东北大学金属研究院、冶金研究院）都在承担国家级研究项目，进行钛加工材的新技术、新设备的研究，可给予公司强有力的技术支持。

5）该工程的建设得到沈阳市政府的大力支持，已划拨土地作为建厂用地。企业所处的地理位置交通发达，公路十分便利，所需运进的各种原材料和运出的产成品都能得到保障。

6）生产高质量的钛材消耗电能较多，东北电网可满足所需用电量。

上述有利条件为工程的建设和企业的经营以及发展打下一个良好的基础，企业应充分利用其有利条件，抓紧建设实施，早日取得经济效益。

1.8项目建设的指导思想

1）依靠科技进步，以优化工艺装备为基础，坚持以市场为导向，提高产品科技含量和附加值，创造企业名牌和精品。产品定位：生产钛锭、钛棒、钛板。

2）主要生产工艺设备装备水平起点高，可保证产品质量。

3）贯彻可持续发展战略，注重资源利用，降低消耗。

4）加大环保投入，建设环保型企业，推行清洁生产。坚决执行“三同时”，实现污染物总量控制与达标排放