鈦金屬項目建議書

1、高新技術(shù)材料鈦金屬合金材料項目建議書1目錄1.項目概要11.1項目概況 .11.1.1項目名稱 .1.1.2項目承辦單位 .1.1.3項目地址 .1.1.4項目概況 .1.1.5投資規(guī)模 .1.1.7效益預測 .1.2項目單位簡介 .22.項目背景32.1行業(yè)概況 .32.2國家政策 .32.3產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度分析 .32.3.1航空航天產(chǎn)業(yè) .42.3.2化工產(chǎn)業(yè) .62.3.3海水淡化 .82.3.4能源 .92.3.5真空制鹽 .112.3.6建材 .122.3.7體育用品 .1422.3.8汽車 .152.3.9國防 .162.3.10醫(yī)療保健器材 .182.3.11離子膜燒堿工業(yè) .192

2、.3.12濕法冶金 .202.3.13其它產(chǎn)業(yè) .203.項目建設(shè)的意義和必要性213.1 國民經(jīng)濟發(fā)展的必要213.2 國家政策支持223.3 填補國內(nèi)技術(shù)空白223.4 在我國航空和軍事領(lǐng)域的意義223.5 諸多重點項目的重要基礎(chǔ)234.項目建設(shè)的可行性234.1 廣闊的市場前景234.2 良好的經(jīng)濟效益和社會效益264.3 技術(shù)先進265.項目建設(shè)內(nèi)容和規(guī)模285.1 項目建設(shè)內(nèi)容285.2 產(chǎn)品方案285.3 項目建設(shè)規(guī)模296.項目建設(shè)條件概況3036.1 項目土地306.2 原材料306.3 公用設(shè)施情況307.項目技術(shù)方案317.1 項目技術(shù)概況317.2 生產(chǎn)工藝流程328.項

3、目實施進度安排348.1 建設(shè)工期348.2 項目實施進度安排348.3 項目預計達產(chǎn)時間349.投資估算及效益分析359.1投資估算與資金籌措.359.1.1投資估算 .359.1.2資金籌措 .359.2效益分析 .3510.結(jié)論與建議3610.1 結(jié)論 .364鈦金屬新型超合金材料產(chǎn)業(yè)化項目建議書1.項目概要1.1 項目概況項目名稱鈦金屬新型超合金材料產(chǎn)業(yè)化項目項目承辦單位XXX 特種金屬有限公司項目地址XXXXX 省 XXXX 工業(yè)園項目概況編制依據(jù)（ 1）關(guān)于 “鈦及鈦合金材料 ”的報告（ 2）鈦及鈦合金材料建設(shè)項目環(huán)境影響申請報告書及財務評價基礎(chǔ)資料（ 3）經(jīng)濟分析參考建設(shè)項目經(jīng)濟

4、評價方法與參數(shù)及工業(yè)企業(yè)技術(shù)改造項目經(jīng)濟評價方法（ 4）有色金屬（鈦）生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（ 5）產(chǎn)品生產(chǎn)工藝規(guī)程要點等資料建設(shè)內(nèi)容1本項目建設(shè)內(nèi)容為鈦金屬新型超合金材料產(chǎn)業(yè)化一期工程，計劃建設(shè)年產(chǎn) 6,000 噸鈦棒生產(chǎn)線。項目一期占地300 畝，設(shè)計建筑面積45,000 平方米，主要建設(shè)包括以下各功能區(qū)域：熔煉區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、研發(fā)中心、理化中心、行政辦公區(qū)、生活區(qū)等。另有1,500 畝土地作為第二至第三期的深加工發(fā)展預留地。建設(shè)條件本項目擬征土地1,800 畝，在廠區(qū)內(nèi)已完成了道路電力通訊水等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。 本項目所需大部份原輔材料、包裝材料等已有洽定長期供貨單位。廠址自然條件、地理位置、交通運輸

5、及當?shù)厥┕f(xié)作條件對本項目都較為有利。投資規(guī)模本項目一期總投資成本:12,000 萬美元 1.2 億美元 (1)主設(shè)備成本費用 :4,004 萬美元(2)附屬設(shè)備成本費用 :1,959 萬美元(3)流動資金： 3,000 萬美元效益預測項目建設(shè)完成 ,投產(chǎn)后預計第一年銷售收入8,910 萬美元年銷售利潤7,710 萬美元正常年收入 13,066 萬美元銷售利潤11,306 萬美元，企業(yè)將獲得較好的經(jīng)濟效益。1.2 項目單位簡介2XXXX 特種金屬有限公司座落于 XXX 省 XXXX 工業(yè)園，注冊資本 12,000 萬美元 1.2 億美元 ，有項目建設(shè)用地 XXXX 畝。公司擁有強大的技術(shù)團隊，

6、團隊成員結(jié)合臺灣、美國、德國、烏克蘭、羅馬尼亞、俄羅斯、英國等多位鈦金屬技術(shù)精英，可確保產(chǎn)品的質(zhì)量達到國際先進水平。公司擬通過項目整體布局緊緊圍繞國際先進技術(shù)的核心思想及一流的技術(shù)人員的引進與培育的理念規(guī)劃、管理、設(shè)計，培育成為國內(nèi)優(yōu)良的先進鈦及鈦合金材料生產(chǎn)基地。2.項目背景2.1 行業(yè)概況鈦金屬及鈦合金具質(zhì)輕、 耐腐蝕的化學抗性， 及在溫度急遽變化抗?jié)撟兊任锢硖匦?，也因這種成就，而得到冶煉商品化，成為航天工業(yè)、石化工業(yè)、高級運動器材，及唯一能與人類體液兼容人工關(guān)節(jié)、植牙等醫(yī)療器材相當重要的金屬材料。鈦材料的應用與經(jīng)濟發(fā)展狀況密切相關(guān)，經(jīng)濟越發(fā)達，現(xiàn)代化程度越高，用鈦量就越大。得益于我國經(jīng)濟

7、的長期快速發(fā)展，鈦加工材料的生產(chǎn)量也呈現(xiàn)快速增長的狀態(tài)。2001 年，我國鈦加工材料的增長率為 27%，2002 年的增長率則為13.4%。我們預計 :在未來的 10-20 年，我國的鈦加工材料的年產(chǎn)量依舊將以兩位數(shù)持續(xù)增長。例如，美國的鈦金屬比都在萬分之二左右，而我3國的鈦金屬比僅萬分之零點三左右。這說明，隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，我國有一個很大的鈦金屬潛在市場。2.2 國家政策同時，我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要、國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要 ，組織專家在充分分析國內(nèi)外科技發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上， 對當前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點領(lǐng)域進行了認真研究，提出了當前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點

8、領(lǐng)域指南（ 2007 年度）（以下簡稱 2007 年度指南）中將鈦合金材料列入其中。2.3 產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度分析根據(jù)鈦的主要用途對產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度進行分析如下：航空航天產(chǎn)業(yè)主要應用噴氣發(fā)動機部件、機身部件、火箭、人造衛(wèi)星、導彈等部件，我國將航空航天、大型飛機、登月作為“國家中長期科技專項規(guī)劃”重大專項項目，鈦工業(yè)的發(fā)展是其重要的組成部分。鈦及其合金的比強度 （強度與重量比） 在金屬結(jié)構(gòu)材料中是很高的，它的強度與鋼材相當 ,但其重量僅為鋼材的 57%。另外 ,鈦及其合金的耐熱性很強 ,在 500的大氣中仍能保持良好的強度和穩(wěn)定性 ,短時間工作溫度甚至還可更高些。而鋁在 150、不銹鋼在 310 就失去原有的

9、機械性能。當飛機、導彈、火箭高速飛行時，其發(fā)動機和表4面溫度相當高，鋁合金已不能勝任， 這時 ,采用鈦合金是十分合適的。正是由于鈦及其合金具有 強度大、重量輕、耐熱性強 的綜合優(yōu)良性能，在飛機制造中用它來代替其它金屬時， 不僅可延長飛機使用壽命， 而且可以減輕其重量，從而大大提高其飛行性能。所以，鈦是航空工業(yè)和宇宙工業(yè)中最有前途的結(jié)構(gòu)材料之一。在飛機制造工業(yè)上，要求制造所用的材料，既質(zhì)輕，又強度大。一般是用比強度（材料的強度和比重的比值）來表示它，這個比值越大越好，而鈦正符合這個要求。鈦的比強度是目前使用材料中最大的，是不銹鋼的 3 倍，是鋁合金的 1.3 倍。所以，在飛機制造工業(yè)上，很重視鈦

10、這個材料。隨著航空工業(yè)的發(fā)展，飛機的飛行速度越來越快。速度越快、飛機跟空氣摩擦產(chǎn)生的飛機表面溫度就越高， 當速度達到 2.2 倍音速的時候，鋁合金已經(jīng)不能勝任，而用鋼又太重，只有采用鈦合金來制造，所以有人說，如果沒有鈦合金作為制造材料，就不能發(fā)展 2.5 倍音速以上的超音速飛機?；鸺?、人造衛(wèi)星和宇宙飛船在宇宙航行中，飛行速度比飛機要快得多，并且工作環(huán)境變化更大，所以對材料的要求也更高、更嚴格。比如，用火箭把載人的宇宙飛船運到月球上去，要經(jīng)歷從高溫到超低溫的過程。在返回地面的時候，又從超低溫進入高溫，當飛船進入大氣層的時候，飛船表面溫度上升到540-650。制造宇宙飛船的材料，必須適應這樣劇烈的

11、溫度變化，而鈦合金能滿足這些要求。從1957 年開始，鈦材料大量在宇宙航行上使用，主要用來作火箭的發(fā)動機殼體，人造衛(wèi)星的外殼、緊固件、燃料儲箱、壓力容器等；還有5飛船的船艙、骨架、內(nèi)外蒙皮等。在宇宙航行上，使用了鈦以后，可以大大減輕飛行器的重量。從經(jīng)濟效果來看，由于結(jié)構(gòu)重量的減輕，能夠大量節(jié)省燃料， 同時可以大大降低火箭和導彈的建造和發(fā)射費用?；ぎa(chǎn)業(yè)鈦具有高耐腐蝕性的特點， 廣泛利用于各種化工行業(yè)防腐設(shè)備中，如石油精煉設(shè)備、換熱器等；運用行業(yè)有(1)在含硫和含鹽高的原油煉制中，鈦制設(shè)備是比較理想的。國外在常壓蒸餾裝置、 污水處理設(shè)備、 脫硫分離塔的冷凝器和汽提塔的散熱器等許多工序都成功選用鈦

12、制設(shè)備多年。 我國也已在該系統(tǒng)中采用鑄鈦海水泵、 催化裂化分餾中的鈦制冷凝器、 深冷分離鈦冷凝器和多孔鈦板等，都已正常操作運行十年以上。(2)氯化烴是石油化工的最大品種之一。由于涉及到氯化反應，不銹鋼設(shè)備已難勝任。 國外已用鈦材制造二氯甲烷精餾塔， 三氯乙烷換熱器、冷凝塔和分餾塔， 三氯乙烯冷凝塔，過氯乙烯換熱器和多氯化物盤管加熱器等。我國在氯乙烯生產(chǎn)中，冷卻塔、廢水汽提塔和廢水貯罐的塔板支承架、接管、法蘭密封面，采用了 Ti-0.2Pd 的襯里，已使用近十年未見腐蝕。 而鈦管道、接頭和氣體分布器等都已采用鈦材多年。(3)苯酚是石油化工的重要原料，以煉油氣中的丙烯和苯為原料，從異丙苯、過氧化異

13、丙苯得到苯酚和丙酮，是一項新工藝。國外在十幾年前就采用鈦設(shè)備， 我國此項工藝尚在開發(fā)之中。舊工藝用苯磺化堿溶液生產(chǎn)苯酚， 我國已采用鈦制中和反應釜、鈦盤管冷卻器和離子6氮化鈦的攪拌器軸套，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裝置中，除原料和產(chǎn)品有一定腐蝕性外，主要腐蝕介質(zhì)是催化劑，不銹鋼在其中腐蝕很快，唯有鈦具有良好耐蝕性。早在1963 年美國就在乙烯氧化制乙醛生產(chǎn)中應用鈦獲得成功。我國第一套乙烯氧化制乙醛裝置已于 1976 年投入使用，至今鈦設(shè)備的運行情況良好。國外襯鈦反應器高達 9.6m、直徑為 3m，還有換熱器、催化劑再生塔、乙醛溶液冷卻器等 11 臺鈦設(shè)

14、備。我國在 80 年代以后，上海和吉林都分別引進國外的乙烯氧化制乙醛的成套設(shè)備，其中許多設(shè)備和泵閥等都用鈦制造，較之不銹鋼有明顯優(yōu)點，使用效果十分滿意。丙烯氧化制丙酮的定型設(shè)計，鈦設(shè)備有12 臺，一座年產(chǎn) 3 萬噸丙酮的工廠，鈦設(shè)備達 40t。(5)乙醛氧化制乙酸是我國的通用工藝，現(xiàn)已采用鈦材作為高沸物再沸器，一級品醋酸塔再沸器和冷凝冷卻器等多種設(shè)備。國外在精餾塔、分餾塔和蒸餾塔等都采用了鈦設(shè)備。尤其在低級烷烴氧化制乙酸時副產(chǎn)品較多，甲酸含量達8，腐蝕性極強，此時用鈦代替不銹鋼，效果十分理想。(6)對苯二甲酸是合成滌綸的原料，工業(yè)上用對二甲苯氧化法制取。不論高溫氧化還是低溫氧化均存在乙酸和溴化

15、物的高溫腐蝕，在溫度高于 135的介質(zhì)中， 316L 不銹鋼經(jīng)過幾十小時即發(fā)生點蝕。故設(shè)計規(guī)范規(guī)定在135以上必須使用鈦材。北京石化總廠引進全套鈦設(shè)備，包括氧化反應釜、溶劑脫水塔、加熱器、冷凝器、再沸器等716 臺。南京揚子石化公司引進年產(chǎn)45 萬噸對苯二甲酸裝置 ,有 56 臺鈦設(shè)備和大量鈦管道閥門。上海石化總廠引進的氧化反應釜高32m，上直徑 4m，下直徑 5.3m，容積為 505m，設(shè)備自重達175t。使用鈦材效果很好，推廣應用前景光明。(7)尿素是優(yōu)質(zhì)化肥，又是石油化工的原料。自1963 年第一臺襯鈦尿素合成塔投產(chǎn)以來， 目前已有近萬臺設(shè)備在全世界運行，實踐表明襯鈦合成塔無明顯腐蝕。而

16、316L 不銹鋼的折算腐蝕速度為4.1-4.5mm/a。因此鈦材比不銹鋼具有更好的經(jīng)濟效益。除了襯鈦尿素合成塔外，國內(nèi)從70 年代以來，先后使用了C02 汽提塔、換熱器、混合器和泵閥等。鈦在石油化工中應用廣泛，實例不勝枚舉。海水淡化原海水淡化設(shè)備導熱管主要用銅合金管，由于銅合金管存在很多不足，現(xiàn)已被可靠性高且免于維護的鈦管所替代。(1)鈦管的壁厚導熱管壁厚由使用條件，管板材料、擴管作業(yè)的施工能力、管端的焊接技術(shù)等來決定，由于導熱管直徑小，對強度要求不高，因此實際使用中采用壁厚較薄的管材，一般，銅合金管等壁厚為0.9mm-1.2mm；用鈦管代替，在腐蝕性小的地方，可用壁厚為0.3mm的薄壁焊管。

17、（ 2)鈦管的導熱性由于導熱管的材質(zhì)不同，熱導率也不同，如鈦為17W(m·k)，8鋁黃銅為lOOW/ （m·k），90/10 白銅為47W（m·k），70/30 白銅為29W/(m·k)，因此，可通過壁厚的變化控制導熱管的導熱效果。在以上材料中，鈦的熱導率最小如使用薄壁鈦焊管，導熱性雖然比鋁黃銅差，但與 90/10 白銅相當，比 70/30 白銅的要好。(3)鈦管的經(jīng)濟性鈦管的單位質(zhì)量價格比銅合金貴 2-6 倍，但從性價比上考慮，鈦管價格可與銅合金管抗衡，由于鈦的密度低，壁厚相同時，同等長度的鈦管質(zhì)量只是銅合金管的 50，當鈦管壁厚為銅合金管的 50時，

18、相同傳熱面積的鈦管質(zhì)量僅為銅合金管的 1/4按目前的價格水平，采用薄壁鈦焊管的整體價格與鋁銅管相同，比白銅管還便宜可見，鈦管在價格方面是有競爭力的。能源鈦在煤炭、電力 (核電和火電 )、油氣和太陽能等工業(yè)中得到了應用。(1)煤矸石的利用是變廢為寶的創(chuàng)舉。煤矸石是采煤中的廢棄物，估計全國已有數(shù)億噸之巨。我國從1972 年就開始利用煤矸石生產(chǎn)氯化鋁或硫酸鋁。在更新工藝中，不銹鋼濃縮器的腐蝕相當嚴重，我國自制鈦反應釜、攪拌器和盤管加熱器(氯化鋁用 )和濃縮加熱器（硫酸鋁用）已有十年以上的運轉(zhuǎn)實踐。(2)濱海電站凝汽器用薄壁鈦管。60 年代之前均采用鋁黃銅或B30 白銅管，隨著海水污染日趨嚴重，使用壽

19、命明顯下降。早在60年代英國就已使用全鈦凝汽器，70 年代日本推出薄壁 (0.3-0.5mm)焊9接鈦管的凝汽器，成本大幅度下降。直至1987 年，工業(yè)發(fā)達國家已有 30采用鈦凝汽器。由于核電站對于安全運行可靠性要求特別高，所以尤其重視鈦凝汽器的使用， 大部分采用薄壁焊接鈦管和無縫鈦管。我國在 70 年代后期開始試驗國產(chǎn)鈦管。 1983 年以來，先后在浙江臺州電廠、上海金山熱電廠、浙江鎮(zhèn)海電廠等9 個電廠采用 18 臺全鈦凝汽器，共用鈦管700t，使用效果十分理想。(3)油氣鉆采中，英國在深 600m、262的含 5H2S 和 25NaCl中，使用了鈦制鉆采設(shè)備。 前蘇聯(lián)采用了鈦泵、鈦閥和鈦制

20、沖洗鹽水設(shè)備。我國在天然氣井口為解決600700atm 的高溫 H2S、C02 和水蒸汽的腐蝕，使用了Ti 的閥板、閥座和閥桿，長期使用效果甚好。(4)海上油氣開采要長期承受海水腐蝕和應力腐蝕。國外廣泛采用 Ti 作為石油平臺支柱、繩索支架、海水循環(huán)加壓系統(tǒng)的高壓泵、提升管及聯(lián)結(jié)器等。因為 Ti 不僅耐海水腐蝕，而且具有高韌性、高屈服強度和高疲勞極限。 最近國外選擇鈦的預應力采油管接頭， 這種接頭組裝簡便快捷、重量輕，并保持彈性密封性，鈦是最佳的優(yōu)選材料。我國的海洋石油工業(yè)正進入大規(guī)模開發(fā)階段， 當前平臺的結(jié)構(gòu)件和關(guān)鍵部件及設(shè)備均從國外進口，國內(nèi)材料很少應用。但可以預期，鈦將會在這里找到廣闊的

21、市場。(5)核電站放射性廢物蒸發(fā)器的操作溫度高于130，濃縮時還有產(chǎn)生沉積物而發(fā)生縫隙腐蝕的可能性。因此，蒸發(fā)器的最佳材料應是Ti-6Al-4V ，在承受高壓的情況下可以選用Ti-15Al-2.5Sn。(6)汽輪機透平葉片原用0Crl3 不銹鋼，由于在沉積物中有縫隙腐10蝕和點蝕問題，疲勞壽命下降。鈦合金是最理想的材料。前蘇聯(lián)開發(fā)出了 Ti-5Al-2.5Sn 蒸汽透平長葉片，并已推廣應用于生產(chǎn)。近年來美、日等國傾向于使用 Ti-6Al-4V 。(7)電站鍋爐水的脫鹽裝置，不論電滲析淡化還是蒸餾法除鹽，鈦設(shè)備和鈦陽極均是理想的材料。 在凝聚沉降法除去水中膠體雜質(zhì)系統(tǒng)中也成功地使用了鈦制溶解槽和

22、加熱器。真空制鹽鈦及其合金具有優(yōu)異的抗海水及耐氯化物溶液腐蝕及流體沖刷的性能。隨著對鈦材性能及應用認識的加深， 鈦材及其合金也逐步推廣應用在真空制鹽工業(yè)上。 高溫濃鹽鹵水對真空制鹽用碳鋼設(shè)備的嚴重腐蝕直接影響了設(shè)備能力的發(fā)揮及生產(chǎn)的正常運行。 腐蝕造成設(shè)備頻繁維修，大量的跑冒滴漏， 成了一個急待解決的生產(chǎn)關(guān)鍵和技術(shù)課題。正確選用適合于制鹽工業(yè)的耐蝕材料也急迫地提上了議事日程。蒸發(fā)罐凡和料液接觸部份， 效均采用 Til2 換熱管及 Til2 鋼復合板，、效均采用 TA2。換熱管及鈦鋼復合板。 僅此兩套制鹽裝置，蒸發(fā)罐便使用 Til2 及 TA2，管約 44 噸，Til2 及 TA2,板約 10

23、噸，Til2及鈦同鋼的復合板達 360 噸，使真空制鹽工業(yè)一躍成為使用鈦及鈦鋼復合板的大戶之一。建材在日本， 1986-1999年用的鈦建材總計為 2001t,目前的市場規(guī)模已成長為 200t/a。具體用在建筑物的部位是屋頂 63%、外壁 31%、紀11念碑及其它占 6%。建材用鈦基本上 100%為工業(yè)純鈦，數(shù)年來采用的理由分別為耐蝕性占 60-80%，意匠性占 25-60%，鈦印象占 15-50% （重復計件的結(jié)果）。從鈦的高耐蝕性看，考慮到維修費用的循環(huán)成本（LCC）并不比其它金屬高，在苛刻的環(huán)境下多用在海濱、火山地帶的建筑物上，尤其是作為防止酸性雨對策是有效的。另外，鈦比其它金屬的熱膨脹

24、系數(shù)低，輕量，更適合用作建材。鈦還有其它特性， 采用的理由多為意匠性、鈦印象，而建筑物又較重視藝術(shù)性、及環(huán)境的調(diào)和性等。因此，鈦歷來均是用在飛機、熱交換器等功能材料為開發(fā)重點， 本文主要敘述了 軋制成形時的袋波控制及根據(jù)需要的各種表面處理 。（ 1）袋波（ pocket wave，以下簡稱 “PW”）的抑制一般金屬屋頂?shù)慕雍隙嗖捎煤附优c組裝相結(jié)合的工藝， 即通過軋制成形將帶狀板的兩邊緣彎曲加工成易接合的各種形狀（大多為 L 字型）。但軋制成形中帶狀板的寬幅中心未成形部（波部）形成了被稱為 PW 的波狀凹凸部。 這是因為在邊緣的彎曲部及其附近， 沿寬度方向的拉伸變形產(chǎn)生縱向收縮變形， 在波部由于

25、壓縮力的作用產(chǎn)生了縱向彈性彎曲的 “撓度 ”的緣故。 PW 控制是控制來自彎曲部的變形擴展（即使變形局部化），鋼板的屈服強度高，即比例極限（ e）高，加工硬化小，也可進一步說，屈服拉伸率越大，其 PW 越小。據(jù)報告，鈦晶粒的微細化，e增高的過程中出現(xiàn)了屈服現(xiàn)象，對 PW 的控制是有效的，短時間退火可能的連續(xù)退火酸洗有利于獲得微細晶粒。分批式真空退火可通過在接著的平整道次軋制適度實施，12在 0.2%屈服強度時（ 0.）2提高了， PW 得到控制。這相當于采用毛面輥實施平整道次的無光精軋法。 將帶狀鈦板的邊緣預先加工成波浪邊，吸收軋制成形的彎曲加工過程中產(chǎn)生縱向收縮的方法也是非常有效的。（2）表

26、面處理的開發(fā)隨著鈦建材的需求增加， 作為意匠性的表面防刺眼性 （不晃眼），即要求表面的光澤較低，有比較柔和的色澤。針對此，鈦板的生產(chǎn)商開發(fā)了各種表面處理法。 為了提高防刺眼性， 將鈦板的表面加工成微細凹凸狀。方法有機械法和化學法，或者將二者相結(jié)合。以前開發(fā)的方法主要有：精整、壓花、無光精軋、酸洗、無光精軋 +酸洗的組合、氧化鋁噴丸處理以及著色材的研制等。（3）展望其它從商品壽命成本看， 與其它金屬相比決不是高價的， 但也不能否認初期投資比例較高這一事實， 因此降低成本也是一個課題。 如上所述的表面控制， 則不是在歐美， 而是在日本才有的獨創(chuàng)的先進技術(shù)，期待不僅僅停留在建材及其它外壁品的意匠性上

27、， 期待這種技術(shù)能擴大在其它用途上。在日本以外的國家，如西班牙的GUGGENHEIM 美術(shù)館的外壁（ 1997 年， 80t）使用了鈦，其設(shè)計性與意匠性獲得了高度評價，以此為轉(zhuǎn)機，紐約的 Conde Nasta公司大樓的露天咖啡館的內(nèi)裝也使用了鈦（ 1999 年， 5t）。這樣就掀起了一股大型建筑物采用鈦的熱潮，13如北京的大劇院、 阿布扎比等也正在討論鈦的采用， 也可以說給了日本在國外開展上述獨創(chuàng)技術(shù)的一個機會。今后，無論是在國內(nèi)還是在國外，除鈦的耐蝕性、意匠性外，從保護地球環(huán)境問題的角度來考慮，預計這方面的用途還會擴大的。體育用品自從 1990 年 3 月，日本 JOY 公司首次在世界上銷

28、售鈦制球頭的高爾夫球棒以來， 揭開了鈦制高爾夫球棒的序幕。 JOY 公司與川鐵合作、水野與三菱材料合作， 才得以使鈦高爾夫球棒產(chǎn)品化。川鐵的棒頭采用的是 Ti-6Al-4V 合金，三菱材料棒頭的上面與擊球面使用的是 Ti-6Al-4V 合金，底部與頸部使用的是純鈦。因為該球頭的強度、耐蝕性能、鑄造性、 成本等較好外，重要的是其鏡面拋光的深度與其顏色的高級感、以及其表面硬度較高，即便是有小的劃傷，其光澤也能長時間的保持，因此很適合作高爾夫球頭。從這點來看， Ti-6Al-4V 合金作為高爾夫球球材具有良好的綜合性能。網(wǎng)球技術(shù)的完美演進， 離不開現(xiàn)代科學技術(shù)的推波助瀾。 網(wǎng)球球拍的革新緊跟材料技術(shù)

29、的發(fā)展。 20 世紀 70 年代末 80 年代初，碳纖維、玻璃纖維、陶瓷、硼等物質(zhì)取代了鋁和鋼?，F(xiàn)今，鈦合金等高科技復合材料以及納米技術(shù)已經(jīng)漸成主流。 高性能的球拍已成為各種新技術(shù)的結(jié)晶，電腦輔助設(shè)計、 模擬分析等高新技術(shù)手段在球拍的設(shè)計和生產(chǎn)過程中起到了舉足輕重的作用。 這些變化直接推動了網(wǎng)球技術(shù)的發(fā)展，促進了競技水平的不斷提高。14汽車鈦材作為汽車部件材料使用時， 其特征如下： 抗拉強度和屈服強度大、疲勞強度大、密度小、彈性模量約是鋼的一半、 熱膨脹系數(shù)低，約是不銹鋼及鋁材的一半、非磁性、熱導率低、容易產(chǎn)生燒結(jié)、對環(huán)境無污染等。另外在汽車行業(yè)用鈦后，可極大減輕汽車重量，降低其燃料消耗，保護

30、環(huán)境和降低噪音。（1）發(fā)動機閥近年來，各汽車公司紛紛進行發(fā)動機閥用廉價鈦材的開發(fā)， 并有一部分已達到批量化。鈦材的制造成本中占材料 1/3 以上的價格是海綿鈦，若用等外海綿鈦生產(chǎn)加工材，這樣價格自然就會降低。在這種情況下開發(fā)了廉價的 Ti-6Al-4V 基合金。（ 2）排氣管及消音器到目前為止，排氣管及消音器多采用普通鋼、不銹鋼、鋁合金、FRP 等。這些部件屬車體的大型構(gòu)造部件，容易實現(xiàn)車的輕量化、對降低燃料費用、 發(fā)動機的輸出功率及提高行駛安全性均是重要的。 同時因與排氣直接接觸，在 400以上的高溫下，比起鋁合金來鈦的耐熱性更優(yōu)良，且比強度比鋼高，也容易實現(xiàn)輕量化。（ 3）汽車零件用新合金

31、的開發(fā)及應用前面介紹的均是已開發(fā)的鈦合金在汽車零件上的使用。 另一方面，低成本鈦合金的開發(fā)也較為活躍， 其中之一就是 Super-TIX 系列合金的開發(fā)。其強度與延性的平衡狀態(tài)如圖 8 所示。 Super-TIX 系列包括 Ti-Al-Fe 及 Ti-Fe-O-N 二大合金系， Ti-Al-Fe 合金群多是在已知的合15金中不使用 V 和 Mo，采用廉價的 Fe 來代替，適合在溫度上升過程中的用途。如 Super-TIX51F 就是指 Ti-5Al-1Fe ，其拉伸強度達1000MPa，與 Ti-6Al-4V 相當。而 Ti-Fe-O-N 系合金則不能在太高的溫度區(qū)使用，但因采用了廉價的 Fe

32、 及氧及氮，其熱加工性能優(yōu)良。此合金系的代表合金為 Ti-1%Fe-0.35%O-0.01%N(Super-TIX800)，其拉伸強度約為 800MPa，具有優(yōu)良的熱加工性及冷加工性。類似上述 Super-TIX 系列是專門為航空以外用途設(shè)計的合金 ,還有 鈦合金 Ti-4.5Fe-6.8Mo-1.5Al (TIMETALLCB) ，該合金的楊氏莫量低，強度高，正在探討應用在懸簧上，于 2001 年已用在德國的國民牌汽車 Loup FSI 上。（ 4）展望輕量及高強度的鈦作為汽車零件的使用已從少量向大批量發(fā)展。今后，鈦在此領(lǐng)域的使用仍有二個大課題需要解決： 一是鈦的制造成本的大幅度降低； 二是

33、耐熱性引起的在苛刻條件下的耐蝕性。 關(guān)于成本的降低，不僅是材料成本，還要降低加工費用。為了實現(xiàn)此目標，原材料廠家、零件生產(chǎn)廠家及汽車廠家均要加強協(xié)作， 共同推動研究開發(fā)。我們期待著鈦在此領(lǐng)域能有所作為。國防在美國 F-22 先進戰(zhàn)斗機上大約有54 個精鑄件，大多是關(guān)鍵性強度高的鑄件。最著名的是所謂前、后“體側(cè)”(Side-of-body) 、鑄件，即機翼與機身的接頭件， 這是飛機上最大的鑄件， 經(jīng)切削加工且分別重 87和 58公斤。16每一機翼上有14 個較小的鑄件，多是用其它方式不能有效生產(chǎn)的零件。如無油艙隔，又如方向舵驅(qū)動器的殼體。F-22 的阻攔鉤的整流罩原來是由6-4-Ti 薄板超塑成

34、形，新近改成 Ti-62-42 合金，使成本下降 50%以上，改進了強度性能， 降低了重量，提高了對發(fā)動機噴管偶而出現(xiàn)的燃氣沖刷的熱穩(wěn)定性。F-22 上的鍛壓器中大約 2/3 為 Ti-6-4ELI ，最大的鍛件是中、后機身隔框，其中 4 個中機身隔框是目前最大鍛件的代表， 5 個后機身框架鍛件是分段組成的，由 32 上中央的 H 形框與兩個 T 形框組成。機身的很大一部分為焊接件， 前后梁結(jié)構(gòu)是由腹板加強的 Ti-6-4 型板與框架經(jīng)電子束焊接而成， 包含 3556 厘米長的周向及縱向焊縫，是航空航天工業(yè)的最復雜的結(jié)構(gòu)焊接之一。發(fā)動機艙門由釬焊的蜂窩芯子與壁型板組成，面板為 6-4-Ti ，

35、芯子為 Ti-3-2.5，兩者之間的連接采用 “液體界面擴散” (LID) 釬焊技術(shù)，利用 Ni-Ti 共晶溫度低的特點來減少型板的熱暴露。 Ti-3-2.5 的成形性好、強度低，也用在液壓管道中。美國的 Froes博士曾發(fā)表文章報道了美國軍用車輛及戰(zhàn)車中用低成本鈦代替均質(zhì)裝甲鋼(RHA) 的情況。用Ti-6Al-4V合金制作了M2戰(zhàn)車的指揮艙及頂部防護裝甲、M1A2主戰(zhàn)坦克上的兩個部件及XM777 155mm 超輕型便攜式榴彈炮的架尾和反沖氣缸。而且美國一直把研究重點放在未來的戰(zhàn)車系統(tǒng)上，最近則集中在對可以滿足預期沖擊破壞性能的新型裝甲材料的研究上。人們對鈦裝甲的研究頗多，主要目的有 2 個

36、，一是擴大鈦裝甲在遭受破壞威脅時的防彈性能數(shù)據(jù)；17利用單一電子束冷爐床技術(shù)生產(chǎn)鈦合金，研究各種低成本的形變熱處理工藝，與此同時，還對戰(zhàn)車用厚裝甲的焊接和焊接修補進行了研究。醫(yī)療保健器材鈦具有極好的生物相容性，可耐受人體苛刻的生理環(huán)境(人體 pH值為 7.4)，因而長期以來一直用于人體臀部及膝部關(guān)節(jié)的移植。實踐證明，人體對鈦無排異反應，也不產(chǎn)生凝血現(xiàn)象。面對醫(yī)學界的需求并根據(jù)鈦材的特點，近十幾年，特別是近幾年來，許多科研院所的專家教授都在致力于鈦制人工心臟裝置的研制和開發(fā)工作，這樣既可挽救諸多心臟病患者的生命，也可帶來可觀的經(jīng)濟效益。左心室助推裝置(1eft ventricular assis

37、t systems，以下簡稱LVAS)由于左心室在心臟功能中起主要作用， 晚期心臟病患者也是左心室首先衰竭，由此建立起了 LVAS 概念。 LVAS 通過搭橋技術(shù)可替代左心室正常工作， 心臟其它部件照常運行。 代心裝置 A bioCor 鈦制人工心臟可模擬人體心臟正常節(jié)律，將血液泵注到肺部和身體其它部位。無需皮下埋管，但必須摘除人體心臟。有望于 2000 年年底前開始臨床試驗。除此而外， A biomed 公司正著手開發(fā)的 BVS5000 二心室康復系統(tǒng)尤為引人關(guān)注。 該系統(tǒng)可全面承擔人體心臟的正常工作， 通過搭橋手術(shù)，使病體心臟得以充分的休息、愈合直至全面康復。了解了近年來鈦制人工心臟的發(fā)展

38、過程及各類產(chǎn)品的性能特點后， 選用哪一種裝置最為合適，眾家各抒己見。概括起來主要有以下幾點；18(1)需要進一步作臨床觀察以明確利弊；(2)采用 LVAS 的心臟病人經(jīng)過一段時間休息， 有利其恢復正常功能，因而代心裝置不可?。?3)人體心臟具有極佳的控制系統(tǒng)，可使血流量恰好符合人體所需的水平，而代心裝置則無此功能；(4)如果冠心病偶爾波及到右心室也無妨，帶有 LVAS 的患者仍可存活?？傊?，無論采用哪一類產(chǎn)品，使用鈦材是必然趨勢。如果FDA經(jīng)過探討，能夠批準將鈦制人工心臟作為長期性或永久性植入件植入人體，不僅可使不適合接受異體心臟移植的病人得以康復，還會帶來每年 20 億美元的收益。由此可見，

39、鈦制人工心臟市場前景可觀。離子膜燒堿工業(yè)鈦及其合金具有重量輕、比強度高、綜合機械性能好的特點，它有比鉻、鎳及不銹鋼更強的鈍化性， 形成的鈍化膜化學穩(wěn)定性非常高，受到機械損傷后，在一定的氧化性氣氛下還能夠自愈，修復如初。因此鈦在很多活性介質(zhì)中是極其耐腐蝕的，尤其在氧化性介質(zhì)及含氯、氯化物。氯酸鹽等介質(zhì)中耐蝕性最佳。在我國，鈦于70 年代初開始應用于氯堿工業(yè)， 取得了顯著的經(jīng)濟效益， 被譽為氯堿工業(yè)防腐蝕的一次大革命。離子膜生產(chǎn)燒堿具有產(chǎn)品質(zhì)量好。堿中含鹽低、原料及能耗省，環(huán)境污染小、生產(chǎn)強度大、 自動化水平高等優(yōu)點，是目前世界公認的19技術(shù)最先進。在離子膜燒堿生產(chǎn)裝置中，鈦主要用在鹽水二次精制，

40、電解及脫氯、氯氣處理等系統(tǒng)的設(shè)備及管道上。濕法冶金鈦作為一種新興的耐蝕材料， 在我國的冶金行業(yè)， 特別是濕法冶金行業(yè)使用不過 20 多年的歷史，然而卻獲得了極大的成功，并取得了顯著的社會效益及經(jīng)濟效益。從七十年代初， 云南冶煉廠、上海冶煉廠、葫蘆島鋅廠等有色冶金行業(yè)率先在電解銅、 電解鎳及鉛鋅冶煉中使用鈦材， 解決了嚴重困擾企業(yè)生產(chǎn)及發(fā)展的腐蝕問題， 揭開了我國濕法冶金行業(yè)使用鈦材的序幕，鈦及鈦設(shè)備在這些企業(yè)成功的應用， 也大大地促進了我國鈦工業(yè)民用推廣的使用。自 80 年代后，國內(nèi)許多濕法冶金企業(yè)都在技術(shù)改造中，大量地選用鈦材，金川有色金屬公司、沈陽冶煉廠、銅陵有色金屬公司、大冶有色金屬公司

41、等企業(yè)近十年來的用鈦量高達上百噸，這些新技術(shù)、新裝備的使用， 使我國有色濕法冶金行業(yè)的裝備更接近世界先進水平。鈦作為電銅、電鎳行業(yè)中種板應用的主要優(yōu)點是：1） 鈦表面的氧化膜保護了鈦不被電解液腐蝕，且又不污染電解液。2） 剝離極其容易，減輕了勞動強度。3） 成品率提高了30%以上。4） 電銅結(jié)晶組織致密，表面光滑。5） 不易斷路燒板。206） 使用壽命在 30 年以上。其它產(chǎn)業(yè)鈦金屬應用的產(chǎn)業(yè)尚有計算機硬盤、手機、手表、自行車、輪椅、工藝品等不勝枚舉。3.項目建設(shè)的意義和必要性3.1 國民經(jīng)濟發(fā)展的必要鈦及其合金是國防、 高新技術(shù)領(lǐng)域和許多重要民用部門不可缺少的關(guān)鍵材料。我國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，鈦必

42、然會有現(xiàn)實的、不斷增加的市場需求。對鈦和鈦合金的研究已發(fā)現(xiàn)其有三種特殊功能有應用前途：（ 1）記憶功能：鈦 -鎳合金在一定環(huán)境溫度下具有單向、雙向和全方位的記憶效應， 被公認是最佳記憶合金。 在工程上做管接頭用于戰(zhàn)斗機的油壓系統(tǒng)；石油聯(lián)合企業(yè)的輸油管路系統(tǒng)；直徑0.5mm 絲做成的直徑 500mm 拋物網(wǎng)狀天線用于宇航飛行器上；在醫(yī)學工程上用于制作鼾癥治療； 制成螺絲釘用于骨折愈合等。 上述應用均獲得了明顯效果。（ 2）超導功能：鈮 -鈦合金在溫度低于臨界溫度時，呈現(xiàn)出零電阻的超導功能。（ 3）儲氫功能：鈦 -鐵合金具有吸氫的特性，把大量的氫安全的儲存起來，在一定的環(huán)境中又把氫釋放出來。這在氫氣分離、氫氣凈化、氫氣儲存及運輸、 制造以氫為能源的熱泵和蓄電池等方面應用很21有前途。因此，從國民經(jīng)濟長遠發(fā)展的考慮，本項目具有建設(shè)的必要性。3.2 國家政策支持2005 年 12 月，國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布關(guān)于繼續(xù)組織實施新材料等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專項的通知 ，將鈦及鈦合金板材列為2006 年產(chǎn)業(yè)化的重點領(lǐng)域。本項目是國家在“十一五”期間提出的當前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點領(lǐng)域指南 （2007 年）中的重點發(fā)展項目。 其為該指南中第四項“新材料”（總體第 46 項）“鈦、鋁、鎂合金材料” ，是屬國家重點扶植及優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。3.3