在金屬材料的璀璨星空中，鈦及鈦合金憑借著自身獨特的魅力，閃耀著越來越耀眼的光芒。它們具有質(zhì)輕、比強度高、耐腐蝕性好，以及卓越的高溫和低溫性能等特性，宛如一位全能型選手，成為了優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、海洋、電力、化工、冶金、輕工、能源、環(huán)保等眾多領(lǐng)域大顯身手。我國的鈦合金工業(yè)自 20 世紀 60 年代起步，經(jīng)過幾十年的風雨兼程，在研究與制造水平上實現(xiàn)了巨大飛躍，初步構(gòu)建起自己的船用鈦合金體系，并且能夠生產(chǎn)板、管、棒、餅、環(huán)、絲和鑄件等多種形式的產(chǎn)品，滿足不同強度級別和部位的需求。?
然而，時代的車輪滾滾向前，工業(yè)技術(shù)不斷變革，生產(chǎn)力水平持續(xù)提升，鈦合金的需求與應用范圍也在進一步拓展。尤其是對高性能低成本鈦合金的迫切需求，如同一座橫亙在我國現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展道路上的大山，亟待翻越。接下來，讓我們一同深入探討高性能低成本鈦合金的生產(chǎn)應用現(xiàn)狀。?
高性能鈦合金的需求與發(fā)展?
在航空航天這一高端技術(shù)領(lǐng)域，鈦及鈦合金材料可謂是不可或缺的 “主角”。其需求呈現(xiàn)出迅猛增長的態(tài)勢，對材料性能的要求也愈發(fā)嚴苛。這些材料不僅要在強度與塑性之間找到完美平衡，還需具備高斷裂韌性、低裂紋擴展速率、優(yōu)異的疲勞性能、持久的蠕變性能、出色的高溫性能以及高探傷性能。只有這樣，才能契合結(jié)構(gòu)件在損傷容限設(shè)計方面的嚴格標準，為航空航天器的安全性與可靠性保駕護航。同時，隨著技術(shù)的進步，大型薄壁構(gòu)件用鈦板材的需求也在與日俱增。這類寬幅薄板不僅對力學性能有著更高要求，還期望晶粒度更細、表面光潔度更佳，以滿足后續(xù)成型件的精密需求。?
國外的一些頂尖公司，如美國的 Timet（Titanium Metals Corporation）、RTI（RTI International Metals, Inc.）以及俄羅斯的 VSMPO（VSMPO - AVISMA），在高性能鈦合金生產(chǎn)領(lǐng)域成績斐然。他們憑借先進的技術(shù)與設(shè)備，成功攻克大型鈦合金鑄錠的高純凈制備技術(shù)、寬厚板材和寬幅薄板制備技術(shù)等難題。Timet 公司在全球多地設(shè)有生產(chǎn)基地與服務(wù)中心，產(chǎn)品涵蓋鈦及鈦合金鑄錠、板材、棒材及其他制品，廣泛應用于航空航天、工業(yè)制造和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。RTI 公司作為全球領(lǐng)先的先進鈦合金及其他特種金屬產(chǎn)品生產(chǎn)和供應商，為多個市場提供從原材料到成品的一站式供應鏈解決方案。VSMPO 公司擁有完整的垂直一體化生產(chǎn)線，產(chǎn)品遠銷全球 50 多個國家和地區(qū)。這些國外生產(chǎn)商能夠批量生產(chǎn)多種品種和規(guī)格的鈦合金材料，部分鈦合金板材可穩(wěn)定生產(chǎn)至最薄 100mm、最寬 1500mm，有力地推動了航空領(lǐng)域的發(fā)展。?
反觀國內(nèi)，受現(xiàn)有設(shè)備能力及工藝技術(shù)水平的限制，生產(chǎn)的相關(guān)產(chǎn)品與國際發(fā)達國家的同類產(chǎn)品相比，存在一定性能差距。以 TC4 等為代表的高性能鈦合金材料，在我國航空工業(yè)中占據(jù)著舉足輕重的地位，是主力飛機、新研發(fā)機型、高效發(fā)動機以及先進導彈等的關(guān)鍵組成部分。像國內(nèi)新批產(chǎn)的某型號軍用飛機采用的 TC4 厚板，不僅要滿足高探傷標準（Φ1.212dB），還得具備良好的斷裂韌性和優(yōu)異的高溫性能；某新型戰(zhàn)斗機用的 TC4 薄板，板幅寬度達 1500mm，且要求具備良好的超塑 / 擴散連接性能。因此，實現(xiàn)高性能鈦合金板材的穩(wěn)定批量化生產(chǎn)，成為我國航空工業(yè)發(fā)展的當務(wù)之急。?
低成本鈦合金的研制需求?
盡管鈦合金在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢，但其較高的生產(chǎn)成本，猶如一道無形的屏障，限制了它在民用航空、兵器制造、建筑工程、汽車工業(yè)以及其他領(lǐng)域的廣泛應用。與鋼鐵等傳統(tǒng)金屬材料相比，鈦合金的價格劣勢較為明顯。所以，如何研制低成本鈦合金，成為科研工作者和產(chǎn)業(yè)界共同面臨的緊迫課題。?
在海綿鈦生產(chǎn)技術(shù)尚未取得重大突破的當下，單純依靠使用價格低廉的合金化元素，難以從根本上顯著降低鈦合金的成本。于是，縮短加工制造流程成為目前降低成本的主要技術(shù)途徑。隨著 EB 爐熔煉技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，為鈦合金的低成本制備帶來了曙光。EB 爐在提高返回料利用率方面表現(xiàn)卓越，傳統(tǒng)真空自耗電弧熔煉（VAR）技術(shù)添加返回料的比例最多為 30%，且難以有效去除高低密度夾雜物，而 EB 爐能夠添加 70% - 80% 的返回料，既降低了原材料成本，又提升了材料綜合利用效率。同時，EB 爐熔煉時可一次性熔煉出鑄錠，而 VAR 技術(shù)至少需熔煉兩次，減少熔煉次數(shù)意味著縮短生產(chǎn)周期、降低熔煉成本、提高生產(chǎn)效率。此外，EB 爐具備熔煉扁錠的能力，相比 VAR 熔煉出的圓錠需開坯鍛造成板坯后才能軋制板材，EB 爐顯著縮短了加工流程，降低了中間消耗，進而降低了加工成本。?
我國鈦工業(yè)的整體態(tài)勢?
近年來，我國鈦工業(yè)呈現(xiàn)出穩(wěn)步增長并持續(xù)優(yōu)化的良好態(tài)勢。從數(shù)據(jù)來看，2024 年，我國鈦礦產(chǎn)量數(shù)據(jù)雖暫未獲取到最新權(quán)威統(tǒng)計，但從行業(yè)趨勢預估，產(chǎn)量仍保持增長態(tài)勢。2024 年中國海綿鈦產(chǎn)量有望達到 25 萬噸，再創(chuàng)歷史新高，上半年產(chǎn)量為 12.35 萬噸，同比增長 9.6% ，1-10 月產(chǎn)量約 21.44 萬噸，同比增幅 20.95%。鈦材產(chǎn)量方面，據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院預測，2024 年中國鈦材產(chǎn)量將達到 16.71 萬噸，相比 2023 年的 15.91 萬噸繼續(xù)保持平穩(wěn)增長。在消費量上，上半年各類鈦材消費量約為 5.9 萬噸，船舶、冶金領(lǐng)域增長明顯，醫(yī)療、海洋工程領(lǐng)域用量也有所增長，預計全年消費量也將呈現(xiàn)上升趨勢 。這一系列數(shù)據(jù)充分彰顯了我國在全球鈦工業(yè)領(lǐng)域的重要地位愈發(fā)穩(wěn)固，且產(chǎn)業(yè)發(fā)展活力充沛。?
在供給端，我國鈦礦產(chǎn)量持續(xù)增長，海外資源開發(fā)也取得初步成果，海綿鈦產(chǎn)能迅速擴張。需求端方面，依托國內(nèi)龐大的市場規(guī)模，鈦工業(yè)技術(shù)不斷進步，在中高端領(lǐng)域?qū)耀@新科技成果，日常生活用品產(chǎn)業(yè)化率先實現(xiàn)，3C 產(chǎn)品等新領(lǐng)域應用不斷拓展。在冶煉加工領(lǐng)域，我國擁有全球最完整的產(chǎn)業(yè)鏈，各類產(chǎn)品均可自主生產(chǎn)，整體技術(shù)水平與國際處于并跑狀態(tài)，部分技術(shù)更是處于世界領(lǐng)先水平。不過，隨著市場對低成本鈦材需求的增加，推廣添加返回料的低成本、短流程鈦錠生產(chǎn)工藝變得愈發(fā)緊迫，鈦錠熔煉工業(yè)也需朝著智能化、自動化、綠色低碳、高質(zhì)高效的方向邁進。?
對鈦合金生產(chǎn)應用現(xiàn)狀的展望?
展望未來，鈦合金生產(chǎn)應用領(lǐng)域前景廣闊且充滿機遇。在生產(chǎn)技術(shù)革新上，新型熔煉技術(shù)有望取得進一步突破。除了現(xiàn)有的 EB 爐熔煉技術(shù)持續(xù)優(yōu)化，諸如冷床爐熔煉技術(shù)也將不斷成熟并普及。冷床爐能夠更精準地控制合金成分與雜質(zhì)含量，進一步提升鈦合金材料的純凈度與性能一致性，為高端應用提供更優(yōu)質(zhì)的原材料。同時，數(shù)字化、智能化制造技術(shù)將深度融入鈦合金生產(chǎn)流程。通過構(gòu)建智能化生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)對熔煉、鍛造、軋制等環(huán)節(jié)的實時監(jiān)控與精準調(diào)控，不僅大幅提高生產(chǎn)效率，還能有效降低廢品率，從整體上削減生產(chǎn)成本。?
從應用領(lǐng)域拓展角度看，在航空航天領(lǐng)域，隨著全球航空業(yè)的復蘇以及商業(yè)航天的蓬勃發(fā)展，對高性能鈦合金的需求將持續(xù)攀升。新型寬體客機、高超聲速飛行器等的研發(fā)制造，將促使鈦合金在機體結(jié)構(gòu)、發(fā)動機部件等方面得到更廣泛且深入的應用，推動鈦合金材料性能向更高強度、更優(yōu)耐溫性等方向發(fā)展。在汽車工業(yè)中，為了滿足節(jié)能減排的需求，鈦合金憑借其低密度、高強度的特性，有望在汽車零部件輕量化方面取得重大進展。從發(fā)動機氣門、連桿到車身框架，鈦合金的應用將逐漸增多，提升汽車的燃油經(jīng)濟性與整體性能。在醫(yī)療領(lǐng)域，鈦合金優(yōu)良的生物相容性使其在人工關(guān)節(jié)、植入器械等方面的應用將更加普及，并且隨著 3D 打印技術(shù)與鈦合金材料的深度融合，能夠制造出更貼合人體生理結(jié)構(gòu)、個性化程度更高的醫(yī)療產(chǎn)品，改善患者的治療效果與生活質(zhì)量。?
此外，隨著環(huán)保理念的深入人心，綠色可持續(xù)發(fā)展成為鈦合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。一方面，在生產(chǎn)過程中，將更加注重資源的循環(huán)利用，提高返回料的回收與再利用比例，減少原生資源的消耗。另一方面，研發(fā)環(huán)境友好型的生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)過程中的能耗與污染物排放，使鈦合金產(chǎn)業(yè)在滿足社會需求的同時，實現(xiàn)與生態(tài)環(huán)境的和諧共生。?
高性能低成本鈦合金的發(fā)展對于我國現(xiàn)代化工業(yè)至關(guān)重要。在未來的發(fā)展道路上，我們需要不斷加大技術(shù)創(chuàng)新投入，提升生產(chǎn)工藝水平，降低生產(chǎn)成本，以滿足不同領(lǐng)域?qū)︹伜辖鹑找嬖鲩L的需求，推動我國鈦合金產(chǎn)業(yè)邁向新的高度。