钛行业：降低成本乃当务之急(2)

四、我国钛行业生产状况
　　1、2009年全国海绵钛生产企业生产统计数据
　　2009年我国海绵钛统计数据总产量为40785吨，其中遵义钛业、宝钛等合计将近占全国产量的半数左右，随着新项目的上马。2010年宝钛、洛阳双瑞和抚顺钛业的海绵钛产量有可能提升至10000吨、6000吨和5000吨。 中机院机电市场研究所

图1　2009年全国海绵钛生产企业生产统计数据

资料来源：中机院机电市场研究所整理

五、降低钛及钛材的应用成本
　　1、降低钛及钛材成本是民用推广的当务之急
　　钛除用在不惜成本的军用中外，在化工冶金、能源电力、船舶汽车制造、建筑、文体用品中具有广阔的应用前景，但扩大民用市场的瓶颈是成本。钛的提取、熔炼、加工十分困难：钛锭的生产成本约为同重量钢锭的30倍、铝锭的6倍，其中从矿石到镁还原制取海绵钛的成本约为制取同重量铁的20倍。目前每吨工业纯钛的成本约为7500～10000美元／吨，而航空航天用钛合金的生产，费用更大，一般每吨40000美元。因此降低成本主要是降低工业纯钛生产成本及钛及其合金的制造加工成本。
　　2、FFC剑桥法——降低海绵钛成本的革命 
　　FFC剑桥法的出现，为降低海绵钛成本带来了革命性的转折。目前，生产海绵钛大多采用的克洛尔镁还原法，这种生产方法工艺繁复、劳动强度大、生产过程长，最后需要真空蒸馏除去残留的镁和MgCl2，且不能连续作业，生产成本高。而采用电化学过程具有能耗低、易实现自动化，连续生产的优势，但由于技术问题未取得进展。
　　近年来，剑桥大学开拓了一条在熔融氯化钙中将TiO2用电化学方法直接还原为钛的新路，被称为FFC剑桥法。这是一个固相的电解过程，将TiO2粉制成团粒，置入备有石墨阳极的CaCl2熔盐内，使吨iO2阴极化，氧被电离熔入熔盐并在阳极排出，而纯钛则留在阴极上。所得FFC海绵钛经轻度破碎研磨，再经水洗即得到可供销售的钛粉。

　　专家预计，到2010年，FFC法将使提取钛的成本降低50％或50％以上。按全球钛的年总产量5～6万吨计，每年有可能节约7.7亿美元的生产费用。
　　3、熔炼——降低成本的难点
　　海绵钛要进行真空电弧重熔，浇铸成钛锭才能进行变形处理和机械加工，制成最终的元件。电弧熔炼的缺点是必须进行二次熔炼甚至三次熔炼才能得到纯度和显微组织相宜的产品。因此出现了电子束冷炉膛熔炼（EBM）和等离子体冷炉膛熔炼两种替代方法，两法具有能保证质量、废钛屑可再生使用等优点，但设备投资高，如建造一台电子束炉投资高达4000万美元。因此，避开熔炼铸锭（一般占钛材总成本的15％）工序而代之以（熔模）精密铸造和粉末冶金等近净成形工艺就成为降低成本的另一条战线。
　　4、铸造——降低成本的工艺环节
　　通常金属铸件的力学（机械）性能低于锻件性能，但钛铸件的使用性能大体上与钛锻件相近，因而其铸造产品成为降低成本、优化工程性能的上佳选择。凝壳炉的应用和熔模精密铸造与金属造型（型壳）、陶瓷造型（型壳）工艺的发展为许多大型复杂的薄壁精密钛铸件缩短生产时间、降低成本展现了一定的空间。尤其是电脑辅助设计和电脑辅助机加工（CAD／CAM）以及过程数模化的应用明显提高了精密铸造的能力和质量。此外，快速成形（RP）技术与CAD／CAM相结合、冷坩埚感应熔炼与离心浇铸相结合都创造了提高铸件质量、降低成本、减少废料的效果。

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　　5、粉末冶金——降低成本的重要途径
　　粉末冶金可以减少机加工量、生产废料极少，在生产复杂成形件方面，粉末冶金是使成本明显降低的的另一条重要途径。以克洛尔或亨特法生产的海绵钛经机械粉碎制得的钛粉含有氯根，残余的氯盐在制品内形成孔隙，影响了致密度，使可焊性劣化，疲劳强度下降。为提高钛粉质量，俄罗斯开发了一种用氢化钙（CaH2）还原TiO2生产钛粉的方法，所得钛粉氯根含量极低，用元素混合法生产的Ti－6Al－4V粉最后制成的铸造制品性能与Ti－6Al－4V锻件相同，同时降低了成本。美国以洗净的残钛为原料通过氢化／脱氢（HDH）生产的钛粉，有可能大幅度降低钛粉的生产成本。应用钛粉通过激光成形以获得高度复杂的小批量钛制品是一项极为重要的发展，预计生产成本下降15％～30％，生产时间缩短75％。金属粉末注射成形是大批量生产钛粉冶金制品的工艺，能以低成本生产小型复杂的零件。 
　　6、塑性加工——降低成本任重道远 
　　超塑性是一种奇特的现象。具有超塑性的合金能像饴糖一样伸长10倍、20倍甚至上百倍，既不出现缩颈，也不会断裂。金属的超塑性现象，是英国物理学家森金斯在1982年发现的，他给这种现象做如下定义：凡金属在适当的温度下（大约相当于金属熔点温度的一半）变得像软糖一样柔软，而应变速度10毫米秒时产生本身长度三倍以上的延伸率，均属于超塑性。面对极难变形的钛合金，普通的锻造和轧制等工艺很难成形，而利用超塑性加工却获得了成功。到了70年代，各种材料的超塑性成型已发展成流行的新工艺。超塑加工具有很大的实用价值，只要很小的压力就能获得形状非常复杂的制作。试想一下，金属变成了饴糖状，从而具有了可吹塑和可挤压的柔软性能，因此过去只能用于玻璃和塑料的真空成型、吹塑成型等工艺被沿用过来，用以对付难变形的合金。而这时所需的压力很小，只相当于正常压力加工时的几分之一到几十分之一，从而节省了能源和设备。但是相关技术还不成熟，应用于钛工业尚需时日。
　　从长远来看，随着改革的深入，国家鼓励国有企业重组改制，进行产权结构调整，建立现代企业制度，有力的促进了我国钛行业大公司的建立，如宝钛集团、宝鸡钛业股份有限公司、遵义钛业股份有限公司、西部钛业有限公司等公司的成立，有效的调动了企业和职工的积极性，有力的推动了企业的发展，从而推动了中国钛行业的发展。国家实行的钛加工材生产许可证制度，并即将推动的出口资质论证制度，有利于保证中国钛行业的安全生产，有序经营，有利于中国钛行业的可持续性发展。另外，中国经济持续高速发展，在可预计的几年内，这种趋势还在继续；世界经济持续向好，特别是航空业、钢铁工业持续向好；再考虑到钛及其合金是优秀的结构材料和功能材料，因具有高比强度和耐蚀性而被称做“太空金属”和“海洋金属”，其在航空航天、海洋工程、电力、化工、冶金、汽车以及日常生活中的应用将越来越广泛。因此，预计近几年，中国钛加工材的生产量和需求量都将会以两位数的增长速度迅速成长。 中机院机电市场研究所

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