Ti应用

来源：宝钛集团信息中心 发布时间：2007-4-10

1、前言

因钛的轻量、高强度，用作内燃机零件时可提高其性能，所以很早以来就引起了人们的注意。钛零件首先是作为竞赛用摩托车而研究的，并向应用可能的零件上扩大。但是在量贩车应用时，因其价格较高，采用钛零件是困难的。

近年来，由于环境问题，不仅是四轮车（轿车），对二轮车（摩托车或量贩车）也制定了严格的规则，并是世界性地普及，对量贩车的低尾气排放技术、低燃料费用技术的要求也越来越高。然而以往提到低排放、低噪音时总是要涉及到发动机的高输出难题。从这两面来看，既要提高运动性能，又要降低燃料费用的技术手法就必须使零件钛化。面临的长期课题就是成本问题，必须通过以量贩车为对象的钛材开发，应用零件也正在日益扩大。

钛材作为汽车部件材料使用时，其特征如下：抗拉强度和屈服强度大、疲劳强度大、密度小、弹性模量约是钢的一半、热膨胀系数低，约是不锈钢及铝材的一半、非磁性、热导率低、容易产生烧结、对环境无污染等。另外在汽车行业用钛后，可极大减轻汽车重量，降低其燃料消耗，保护环境和降低噪音。

2、发动机阀

近年来，各汽车公司纷纷进行发动机阀用廉价钛材的开发，并有一部分已达到批量化。钛材的制造成本中占材料1/3以上的价格是海绵钛，若用等外海绵钛生产加工材，这样价格自然就会降低。在这种情况下开发了廉价的Ti-6Al-4V基合金。

即使用制造阀坯料时也应以降低成本为主。一般说来，阀的锻造坯料将伞部镦锻，采用轴径略相同的丝材。但在制造丝材时，要重复轧制、拉丝、退火工艺，再除取表面氧化层，这样材料的成品率较不好，与棒材相比价格较高。这里所指的阀采用廉价的棒材到锻坯采用的是挤压锻造法。

耐磨处理时采用的是廉价的OD法。再加之前处理工艺的省略，可大幅度实现零件成本的降低。

2.1进气阀

最近，搭载于二轮车、四轮车用的进气阀的大部分采用的是钛合金中最通用的Ti-6Al-4V。本公司考虑到进气阀的使用环境及批量化，也得出了Ti-6Al-4V为最佳的结论，特别是在二轮车进气阀上的使用。

钛合金制进气阀开发时的最大课题是耐磨性表面处理技术的开发。TiN涂层、Mo注射层及Cr喷镀等表面处理均成本高、且难以长时间维持其耐磨性，不适合大批量生产。最适宜

的方法就是氧化处理，即在钛中固溶高浓度的氧，其硬度上升，内部得到了较厚的硬化层。氧化处理基本上是在大气中高温区加热并保温的单纯热处理。但抗蠕变性能低的Ti-6Al-4V制阀属通常的退火组织，在处理中因自重易发生变形。抗蠕变性优良的针状组织为阀的基本组织，但这种组织的延性及疲劳性能较低。因此在β区加热后，通过控制各种冷却条件，防止粗大的α相在晶界析出，就可得到很微细的针状组织，在确保高延展性及与等轴组织一样的疲劳性的同时成功控制了氧化处理时的蠕变变形。采用从实际制造过程中阀轴部切出的试样，评价了其拉伸性能，拉伸性能高达980MPa以上，延伸率也高达12%以上。并确认，即便是针状组织也得到了不逊色于等轴材的高的疲劳特性。

施以氧化硬化层以提高阀的耐磨性，但若条件控制得不好，确保的疲劳性能有可能出现极端降低。因此把握最佳的热处理条件特别重要。因此在670~820℃的温度范围施以1~16h的大气热处理，在测定表面性状及表层部硬度分布的同时调查氧化处理条件对疲劳性能的影响。图2所示为在不同的温度下的施以1h氧化处理的试样的表层硬度分布。图3所示为在670℃及820℃下不同时间的氧化处理试样的表层硬度分布。随着处理温度的升高，氧在钛合金内部的扩散距离增长，在更深层就可得到高硬度值。如，在这次试验条件的温度范围内，在最高温长时间的820℃下，4h氧化处理的试样约为50μm，在最低温短时间的670℃，1h处理的试样硬化厚度约为10μm。在表面生成的氧化蚀刻（Ti02），氧就从这里扩散到基体中，在蚀刻正下方最表层部的硬度无论在哪种条件下施以热处理其硬度均是相同的。然而在显微维氏硬度测定可能表层到数μm的深度，在不同的热处理条件下确认有较大的硬度差。同时在一部分的高温长时间的氧化处理条件下，氧化硬化层产生了裂纹，这说明氧化处理不合适。

按照上述的顺序所得的氧化硬化层厚度与处理条件的关系，在实际生产中按照这个数据制作了施以氧化处理的发动机阀，并评价了疲劳性能及耐磨性。图4所示为制作的阀施以重复弯曲应力测定的氧化处理阀的S-N曲线。该试验方法可参照文献9。氧化硬化层一增厚，疲劳强度就降低，在670℃处理材中接近未氧化处理的材料则得到了高疲劳强度。在选择氧化处理条件应考虑耐磨性，在考虑到阀的耐磨寿命与要求疲劳特性时应决定合适的氧化处理条件。

美国厂家利用钛合金制作进、排气阀较普遍，进气阀使用Ti-6Al-4V合金。利用钛合金制作汽车阀，不仅可减轻重量，延长使用寿命，而且可靠性高，还可节省燃油。日本日立公司制造的烧结进气阀门已供应日本的汽车工业市场。

2.2排气阀

使用中暴露在高温下的排气阀使用的代表性合金是

Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si(6242S)。但二轮车较四轮车阀更易长期暴露在高温区，所以又选用了耐热性更好的TIMETAL@1100(Ti-2.7Sn-4Zr-0.4Mo-0.45Si)。该合金在实用钛合金中是耐热性最好合金之一，但其耐用温度约为600℃，而二轮排气阀则要求要有800℃左右的耐热性，所以必须选择最佳的热处理条件，再探讨是否适用。因此在不同的热处理条件下，评价了在室温~800℃下的拉伸特性、耐高温蠕变特性，冲击特性及疲劳特性，以把握最好的材料特性匹配，并在合适的条件下制作发动机阀。

施以最佳热处理的TIMETAL@1100在室温~700℃的温度范围，其0.2%屈服强度高于普通钢制排气阀材SUH35，在800℃附近两者基本相同。该合金在800℃下的疲劳性能与SUH35也相同。最担心的抗高温蠕变性能也优于SUH35。也就是说对该合金处理以适当的热处理，就可确保阀的各种特性。

大家已经知道，含Al钛合金在600℃温度区若长时间暴露则会生成α2规则相，致使延性降低。但本合金在该温度区长时间暴露仍保留有足够的延性。

3、排气管及消音器

到目前为止，排气管及消音器多采用普通钢、不锈钢、铝合金、FRP等。这些部件属车体的大型构造部件，容易实现车的轻量化、对降低燃料费用、发动机的输出功率及提高行驶安全性均是重要的。同时因与排气直接接触，在400℃以上的高温下，比起铝合金来钛的耐热性更优良，且比强度比钢高，也容易实现轻量化。

钛的热膨胀系数及杨氏模量小于铁素体耐热钢，因热膨胀及收缩产生的应力也减半，有利于热周疲劳性能。如，因热热膨胀产生的应力值（热膨胀系数×杨氏模量）相比较，铁素体系不锈钢为1，奥氏体系不锈钢为1.5，钛仅有0.45。

制造排气管、消音器时必须经过冷压、弯曲等各种成形加工，要求材料必须要有好的冷成形性，最通用的就是JIS2类纯钛就有足够的成形性。除此之外，消音器为车体的外装部件，如果钛化则更新颖、更时尚。特别是钛独特的表面肌理最受市场的亲睐。在使用中钛又能变化为各种衍射色，这是钢所不能的。

随着二轮车的轻量化，对输出功率及行驶安全性影响较大的排气管及消音器等采用钛的呼声较高。然而这些零件均为车体的大型零零件，材料使用重量增多了势必会影响其成品的价格，所以其价格应比发动机的价格还低。

因此我们要确保强度与生产性为重点，开发以纯钛（2类）为基的廉价钛材。纯钛允许的杂质量对机械性能影响较大。因此原材料含的杂质较多时，使用等外海绵钛的主要零件制造工艺的弯曲成形性、焊接性及零件所要求的特性值，决定了化学成分及机械性能，进尔决定了允许的杂质量，应从氧当量观点看进行管理并实用化。

这些零件在2002年样品车的CBR954RR FireBlade,CRF450R上使用了。CBR954RR的场合，与以往的不锈钢相比，排气管1.3kg、消音器1.2kg，实现了轻量化的效果。这些车体的轻量化，有助于良好的动力性能、操作稳定性。该消音器的外缸上施以了喷丸处理，其外观漂亮。

钛的弱点之一就是其抗氧化性。其氧化极限温度为排气系耐热不锈钢约为850~1050℃，钛在700℃附近就开始急剧氧化。今后，随着发动机的高输出功率化及新的排气制度的要求，抗氧化性的改善就成为重要的课题。

另外，为了提高意匠性的附加值，对其表面又施以喷丸处理或大气氧化等。若强调钛材

所独特的表面肌理时，材料纹理的均匀性就特别重要。本公司在钛建材拥有这面的高的表面控制技术，同样可活用于排气管及消音器。钛制排气管及消音器最早于1997在大型二轮的后期市场初露端睨，于1998年已搭载于大型二轮车。目前已成长为数百吨规模的大市场，搭载钛制排气管、消音器的二轮车已随处可见。即便是四轮车，在重视轻量化及设计性时也已使用了钛制排气管及消音器。

4、汽车零件用新合金的开发及应用研究

前面介绍的均是已开发的钛合金在汽车零件上的使用。另一方面，低成本钛合金的开发也较为活跃，其中之一就是Super-TIX系列合金的开发。其强度与延性的平衡状态如图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金中不使用V和Mo，采用廉价的Fe来代替，适合在温度上升过程中的用途。如Super-TIX51F就是指Ti-5Al-1Fe，其拉伸强度达1000MPa，与Ti-6Al-4V相当。而Ti-Fe-O-N系合金则不能在太高的温度区使用，但因采用了廉价的Fe及氧及氮，其热加工性能优良。此合金系的代表合金为Ti-1%Fe-0.35%O-0.01%N(Super-TIX800)，其拉伸强度约为800MPa，具有优良的热加工性及冷加工性。

类似上述Super-TIX系列是专门为航空以外用途设计的合金,还有β钛合金TIMETAL@LCB(Ti-4.5Fe-6.8Mo-1.5Al),该合金的杨氏莫量低，强度高，正在探讨应用在悬簧上，于2001年已用在德国的国民牌汽车LupoFSI上。

5、结言

轻量及高强度的钛作为汽车零件的使用已从少量向大批量发展。今后，钛在此领域的使用仍有二个大课题需要解决：一是钛的制造成本的大幅度降低；二是耐热性引起的在苛刻条件下的耐蚀性。关于成本的降低，不仅是材料成本，还要降低加工费用。为了实现此目标，原材料厂家、零件生产厂家及汽车厂家均要加强协作，共同推动研究开发。我们期待着钛在此领域能有所作为

世界钛工业现状及钛在国防工业上的应用

来源：宝钛集团信息中心 发布时间：2006-9-22

一、钛工业的发展

钛及其合金由于密度小(4.51g/cm3)、强度高（有的达到1000MPa）、比强度大、高低温性能优异，因此首先被广泛应用于航空、航天等行业，成为军事工业不可或缺的结构材料。除此之外，钛及其合金在很多化学介质中优异的耐腐蚀性能及其它综合性能，又被石油、化工、医药、体育等民用行业广泛接受，逐步取代各种金属材料，在短时间内跃居金属材料使用的第三位。

钛元素发现于17年，1908年挪威和美国开始用硫酸法生产钛白，1910年在试验室中第一次用钠法制得海绵钛，1948年美国杜邦公司(DUPONT)才用镁法成吨生产海绵钛，

这标志着海绵钛即钛工业化生产的开始。 反应过程如下： TiO2+Cl2 → TiCl4 TiCl4+Mg → Ti

可见钛材生产过程中涉及剧毒化学介质氯气（二战中的化学武器哦）和贵金属镁，而且反应过程需要大量的能量，这就是钛材昂贵的原因。这个过程冶炼出来的钛材还不能用于生产，因为它还是多孔疏松状的，形似海绵，称为海绵钛，海绵钛将被置于真空自耗电弧炉中冶炼出钛锭，用于板材、棒、管子及其他形式钛材的生产。

我国钛资源丰富，矿产比较集中，换算成TiO2总储量达90亿多吨，为世界第一。钛矿主要分布在四川、云南、广东、广西和海南等省区，其中攀枝花地区的蕴藏量占世界总储量的35%。然而，同世界主要钛矿产地相比，我国的天然金红石（TiO2）资源少，易开采利用的砂矿少。钛矿多为钛钒铁共生岩矿，选冶起始成本高。说到这里还有必要提及一个故事，当初攀枝花钢铁集团冶炼钢材后的矿渣堆放在攀钢集团的一角，很久也没有发现这种矿渣里面竟然含有贵金属钛。后来日本人对攀钢考察的时候提出要购买我们的矿渣，这才让我们的国家注意上了攀钢矿渣的具体真面目，当然回绝了日本。

中国钛工业起步于20世纪50年代，1954年北京有色金属研究总院开始进行海绵钛制备工艺研究，1956年国家把钛当作战略金属列入了12年发展规划，1958年在抚顺铝厂实现了海绵钛工业试验，成立了中国第一个海绵钛生产车间，同时在沈阳有色金属加工厂成立了中国第一个钛加工材生产试验车间。

1980年前后，我国海绵钛产量达到2800吨，然而由于当时大多数人对钛金属认识不足，钛材的高价格也了钛的应用，钛加工材的产量仅200吨左右，我国钛为业陷入困境。

截止到2003年底，我国海绵钛的年产能力为4000吨，其中遵义钛厂3000吨（扩建项目2005年基本上完工，年产可超过5000吨），抚顺钛厂1000吨。由于近年来我国持续发展的国民经济对钛材的需求旺盛，上述两厂均能满负荷生产，2003年的总产量也是4000余吨，2004年达到4809吨。

2002年，我国进口海绵钛2147吨，出口11吨，净进口2136吨；2003年1-11月份，我国进口海绵钛2609.9吨，出口72.7吨，净进口2534.2吨。

2002年我国生产海绵钛3328吨，实际销售3079吨；2003年我国生产海绵钛4112吨，销售4128吨。可是由于国际大化工、航空航天业的规模发展，已经让国际钛材走向供不应求的局面，导致从2002年来我国钛材疯狂上涨的局面。

钛加工材的产能决定于钛锭的生产能力，也就是国家拥有真空自耗电弧炉的总体吨位。我国基本具有了20000t/a的钛锭生产能力。以70%可转化成钛材计，基本具有了14000t/a的生产能力。

据初步统计，2003年我国实际生产钛材约6000吨，占世界总产量的10%左右。可见中国的钛加工工业还不是很发达，需要时间和投入。 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：以宝鸡为中心的西北地区。这个地区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，形成了我国专业化程度最高、加工设备最系统化、产品规格最多的钛加工及其制造业基地。西北地区的钛材主要供给给国家的军事生产部门，民用的设备生产部门，部分出口到波音，麦道，罗-罗等著名公司。

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了东北钛加工及设备制造集团，该地区中小企业多，钛设备制造颇为活跃，由于东北是我国的老重型工业基地，人才是不缺的，缺的就是强化的管理和综合组织能力，尤其是在地方优惠的扶持下也将形成一定的气候。

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了长江三角洲钛加工及其设备制造集团。长三角地区的有色金属的设备的加工能力已经可以体现我国在这个方面的实力，每年在有色方面的设备大量出口，质量可靠，已经有部分质量，管理比较成功的企业走进了军工制造的大门。虽说没有大规模的军品生产，但也能充分说明我们的制造能力和钛材在军事上的应用的前景。 在2005年前后，我国海绵钛和钛加工材的单厂产能达到年产5000吨的基本经济规模，加上振兴东北计划中的5000吨/年海绵钛项目，基本上能实现我国几代钛业工作者的宿愿，上一个大台阶，必将使我国成为钛工业的强国。

世界上能完成钛矿山—冶金—加工—钛设备制造及科研—设计—应用两个完整体系的国家只有四个：美国，苏联/俄罗斯，日本，中国。这也是现代冶金工业的典范。钛生产大国都是发达国家和前苏联的国家（除中国外），钛生产工艺的特殊性让资金不雄厚的国家进退两难。作为主导世界航空工业的金属，钛材料正成为一些国家谋求世界航空主导权的工具，想必大家都知道了近期俄罗斯总统普京下令合并俄罗斯数大飞机制造商，成立联合航空制造集团的事情，这只是子谋求航空主导权的第一步，紧接着俄罗斯媒体透露，俄罗斯国防出口公司正在与钛合金巨头阿维斯玛公司进行股权收购谈判，这表明俄罗斯在当今的国际形式下不仅大打能源排，利用“安大线”和“安纳线”把中国和小日本拴在一起玩弄，而且把爪子伸向了具有战略意义的稀有金属领域，企图为俄罗斯的崛起创造人为的条件！

由于阿维斯玛公司全球飞机制造业的最大材料供应商（供应波音35%的钛材和空客50%的钛材），除每年要供应波音25~45万吨产品（含镁合金），还要增加深加工产品的份额，同时俄罗斯还和波音和空客都有合作项目（新型飞机研发制造公司），不难看出俄罗斯想把材料的优势变成技术转让的筹码的野心，此其一，二则是俄罗斯总统已经下令设计制造新型飞机，欲与波音/空客试比高！并已经给苏霍伊公司下了贷款担保，确保后者的RRJ型支线飞机的研制计划顺利进行，本人觉得对一个支线飞机如此兴师动众，十有不是针对中国的ARJ21来的，就是俄罗斯大战前的练兵行为，可见子的崛起之心是很强烈的。 二、钛在国防工业上的应用

（1）．我国国防工业使用钛的情况

无论是美国还是俄罗斯，其钛材主要应用于飞机制造业和造船业。近年来，我国这两个领域发展很快，不断有新型飞机量产，在研的项目也很多，估计这两个领域的用钛量将会大幅增加，而且也有报道说明我们的F10上也使用了较多的钛合金，前段时间还有网友在铁血网站上贴出了我国新型的钛合金发动机罩和强5战机的机翼钛合金连接件的图片。可见我国在钛合金使用上面早已成熟，假以时日，我们的钛合金的应用也能让航空航天工业飞跃。在航天领域，中国第一台大型全钛紫外太空望远镜也已经制造并实验完毕，钛合金在太空领域的应用前途光明。

每种钛合金都有各自的用途。飞机制造和航天工业运用钛合金大家已经十分了解，在社会生活及在机械业中的使用更是多多，象眼镜架啊，高尔夫球杆啊，超级运动自行车啊，等等。但在陆军和海军中的使用我们却是知之甚少，而且相关的文章和说明也不是很多，下面就列举一些我国高性能钛合金在国防工业的应用情况。 1.发动机业：

钛5Al2.5Sn高强钛合金—齿轮套、发动机外壳、叶片罩

钛8Al1Mo1V高温钛合金—发动机叶片、陀螺仪导向罩、内蒙皮

钛6Al4V（抗拉强度≥5MPa）热处理强化钛合金—核心机叶片及叶轮 2.航空业：

钛6Al2Sn强化钛合金—紧固件、导向装置、重要结构 钛4AlMo1V钛合金—飞机骨架

钛Sn5Zr1Mo钛合金—起落架、飞机承重架、紧固件 3.航天业

钛合金1M1315—火箭机盘、导弹基座构件 钛合金1M1550—导弹动力叶片套 钛合金T-A6V—飞船主用材料 4.陆军业

我国已经研制成功了83-1型和83-2型两种迫击炮。83-1型82迫击炮广泛采用了钛合金，把全炮重量降低到18.1公斤，极其方便班、排这样的小单位的袭扰战的开展。 钛A7D—新型装甲车辆力学分析锻件

钛A6Z5W—反坦克火箭（导弹），地空导弹罩等抗蠕变性要求高的部件 钛1M1551—某装甲车辆火力高速旋转部件 5.海军业

LT41钛合金—舰船大面积蒙皮

3.7114钛合金—可焊性优良，成型性好适合各种水密隔层 钛V13CA钛合金—蜂窝状舰身，承重框架

钛合金在舰船上使用是很有前途的。这跟钛合金的强度、韧性有关系，还有就是耐腐蚀性，海水中的钛是极其稳定的，基本上可以认为船体是不会腐蚀的，这样既可以减少维护的费用，也可以减轻船体的重量，对舰艇来讲是莫大的好处啊。除此之外，还有必要提及两点：第一个钛是无磁性的，对抗磁性探测有很大的帮助，至于什么磁性水雷啊，不值担心。二是跟先进的舰船复合材料涂层有天生的融合性，未来将使用的隐身复合材料有个缺点，就是跟以前舰船使用的高强特种钢起反应，由于电位差容易在海水中产生电偶，加快腐蚀，这种事情在052上曾经试验过，不用多久就会锈蚀斑斑，但这些涂料跟钛合金能完美整合。 （2）其他国家国防工业使用钛的情况

世界上已经退役的，正在服役的或者在研武器装备中，很多都使用了钛及其合金的结构件，随着现代化战争模式的转变，要求现代化的的快速机动能力十分突出，所以对于陆军来说必须依仗运输机的能力来达到快速的机动，这就要求陆军本来粗重的装备尽量的轻型化，比如现在各国都希望自己的炮兵能快速有效的迅速转移到另外一个地方，达到战略或者战术上的目的，这必然使钛合金在火炮领域的发展前途一片光明，象美国的M777轻型榴弹炮，由于使用了钛合金外壳，战斗全重下降到了3.175吨，可以使用V22或者C130空运，达到快速机动的能力。类似的还有英国的UFH超轻型155毫米火炮，不到4吨的重量里面使用了1吨的钛合金。在空军和海军装备的领域则更是如此，下面就简单的介绍钛合金成功应用的典型事例：

①飞机用钛数据（未注明均指毛坯用量）

国际钛协会2002年10月在美国奥兰多举办的年会上公布了下列飞机用钛新数据： 1. 计划于2004年问世的第一架超大型客机—空客A380，用钛量为45t/架-65t/架； 2. 波音客机，用钛量占其总重的15%-17%（净重）；

3. F15战斗机，结构用钛5.75t，2台喷气发动机用钛5t；

4. F22战斗机（正在开发中），结构用钛36t，2台发动机用钛5t； 5. 联合开发的F35战斗机，结构用钛10t，单台发动机用钛5t； 6. F18舰载战斗机，用钛量占其总重的12%-13%（净重）； 7. C-17大型运输机，用钛量占其总重的10%（净重）； 8. 欧洲EF2000，将减少用钛量，改为复合材料。 由此可见钛在世界航空航天领域的重要地位，尤其是在发动机制造，机造方面更是如此。

上文提到俄罗斯有意加强对战略稀有金属钛进行控制，已经引起了美国的注意，毕竟美国下一代战机的用钛比例很大，如果俄罗斯国防出口公司控制了阿维斯玛公司的大部分股权的话，国际钛合金的价格上扬将不可避免，这样F-22和F-35的项目将有不确定的因素在里面。所以近期美国最大的钛材商Timet已经来到中国寻求潜在的合作伙伴，希望在中国的市场上找到类似俄罗斯的供应商或者可以合资建厂，把中国生产的钛材用在美国的项目上，在价格上很有优势，而且质量可靠，可以说对未来美军F-22和F-35的项目很有帮助。（让偶郁闷啊~~~）

某一种全球性材料供应如此突出的影响国防工业，很少见，这也是自二战钢铁紧缺以来的第一次，所以F-22和F-35的价格将取决于未来钛的供应情况。 现今全球经济已经逐步走出低谷，国际航空业开始出现恢复性增长，国际钛材行业也随着这个大潮迎来快速增长的新时期，中国企业也将迎来新的机遇。（悲还是喜啊？）

近几年是战斗机的换代的起始,随后的很多年里面,每年将有很多新型战斗机进入。新型战斗机在选材上很有讲究和前瞻性，在未来很多年内，军事和航空工业必然是钛材的第一大用户。

霉菌近期又公布了一种新型的潜艇携带的“鸬鹚”无人攻击机的概念。“鸬鹚”无人机的长度为5.8米，翼展4.86米，属于多次重复使用的无人战斗机机。“鸬鹚”是由著名的洛-马公司臭鼬工厂提出概念设计的，因为其出入的通道主要是海水，因此全机为钛合金制成，以防止腐蚀的产生，总起飞重量不超过4吨，可携带453千克的有效载荷，考虑使用方式主要是从俄亥俄级核潜艇的战略导弹发射筒发射，主要用于摧毁近海岸目标。该机的进气口位于机头部位，呈三角形。由于采用了钛合金，其机体强度极高，可承受150英尺水深的压力。并且为了防止外压失稳的发生，机体的内部不必要的空间一律使用特殊的塑料进填充。为了增加飞行的隐蔽性，其外形也采用了复杂的隐身设计。“鸬鹚”的最大飞行速度预计将达到880千米/小时，巡航速度为550千米/小时，最高飞行高度10.7千米，作战半径达926千米，可持续飞行3个小时。钛的优良品质被体现的淋漓尽致啊！

钛及其合金的性能无庸质疑，各种钛合金的冶金过程对大国来说也是很常规的东西，只是考虑成本的问题。随着经济的发展，国防上的特殊要求也有能力去保证了，所以说钛及其合金在未来的民用和军用领域都将迎来快速的发展。同时钛及其合金也将大大提升部分特殊装备的性能。

钛及其合金的前途不可估量！

钛在海上作业中的应用

来源：宝钛集团信息中心 发布时间：2006-6-19

钛在传统上是一种航空材料，但也可用于海上作业。航空工业每年消耗全球用钛量的一半以上，而其他方面的消耗则分别为几个百分点。非航空应用领域有：化工、医疗和运动器材及其他一些应用。

2000年共消耗56000吨，另外还有29000吨用于钛铁生产。

近海工业目前大约消耗全球用钛量的5%，主要用于石油和天然气工业。这方面需求低的主要原因是钛的价格昂贵，海绵钛的市场价格为5～7美元/公斤。

尽管钛在海上作业方面应用已有20年左右，但主要进展开始于这10年，主要用于石油和天然气的近海勘探。

由于钛可抵御海水侵蚀，因而多用于海上平台或水下。它主要用于管道系统，作为压载箱、冷却、防火等，此外还用于钻机管道、锥形连接、立管、流送管和阀门等。

氧化钛薄膜可在高达130℃下抵御海水侵蚀。钛还可以防止80℃以下的海水裂隙侵蚀，而不锈钢的此项功能只限于10℃，此外钛还对碳氢化合物及原油等有抗蚀作用。钛的防腐性能使其海上应用寿命长，这点至关重要，因为海上修复作业是非常耗时、费钱 的。

减重和强度对于建造海上平台非常重要。钛可以有钢的强度，但重量仅为其55%。

钛很柔韧，而且易于整形；这种特性组合对于渐缩应力接头和钢立管是非常需要的，因为它们必须根据海的运动方向随时调节位置。

对于海面平台的水上部分，材料使用寿命不像水下应用那么重要。如果一项工程只需3～5年，则碳钢完全满足需要，因为它便宜得多。但是对于长达20～30年的工程，则更应使用钛。钛在水下使用寿命可长达50年之久，这使一项工程的整个周期中无需大的维护。因此，钛的应用应着重于海下应用。

深海油田主要位于欧洲北海，这是钛海上作业用途的最大市场。目前一个海上平台要使用30～500吨钛，而且这只包括平台海上部分。在北海的南部，钻探深度达70米，而且使用固定平台。在北海的北部，钻探深度已达1000米，采用浮动平台，这是一个潜在的开发领域。

欧洲钛厂家是这方面的领先者，挪威的公司则是钛在海上作业方面的主要经营者。例如挪威的Alba公司在1999年为澳大利亚的Laminaria工程生产了用于海上的最大钛铸件。这个用于海水的阀门由二级商业纯钛制成，重2750公斤、长2210毫米、高1499毫米。俄罗斯的泽连诺哥尔斯克铸造厂提供铸件。

最新的一项欧洲工程是挪威的Kristin开发计划。去年年底挪威公司又给Satoil石油公司提供了钛管和配件。Satoil公司表明，今后6年间将为钛管和配件花费1.59亿美元。估计，Kristin工程将耗费150～200吨钛。

除欧洲外，钛主要将用于墨西哥湾的深海钻探，印尼和非洲的某些工程以及南加里弗尼亚的地热工程。

另外一项涉及金属本身的开发计划是由碳化硅纤维和钛合金组成的复合材料。这是一种很轻、强度好的耐高温材料。Ti-MMC可以替代钢部件，可耐600℃高温，而且重量仅及钢的一半。Ti-MMC可用于制造深海抗压容器。

更便宜的钛会拉近与商界的距离，采用电解工艺据称成本只为Kroll工艺的1/4，但进行工业规划生产还有很大距离。British Titanium公司正筹建一个中试工厂，可批量生产30公斤钛。更廉价的钛将扩大其海上应用及其他应用。在未来的10年，随着石油、天然气的开发，钛在海上作业方面应用会增大。这一市场尽管不是很大，但对钛却有重要意义。

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战车装甲上的钛应用

来源：宝钛集团信息中心 发布时间：2006-6-15

4年前美国的Froes博士曾发表文章报道了美用车辆及战车中用低成本钛代替均质装甲钢(RHA)的情况。时至今日，已用Ti-6Al-4V合金制作了M2战车的指挥舱及顶部防护装甲、M1A2主战坦克上的两个部件及XM777 155mm超轻型便携式榴弹炮的架尾和反冲气缸。而且美国一直把研究重点放在未来的战车系统上，最近则集中在对可以满足预期冲击破坏性能的新型装甲材料的研究上。

过去的4年里，人们对钛装甲的研究颇多，主要目的有2个，一是扩大钛装甲在遭受破坏威胁时的防弹性能数据；另一个则是进一步降低成本。人们一直在努力通过各种工艺来降低成本。如利用单一电子束冷炉床技术生产钛合金，研究各种低成本的形变热处理工艺，与此同时，还对战车用厚装甲的焊接和焊接修补进行了研究。

按照重要程度次序，表1列出了降低钛合金装甲成本最具潜力的工艺及方法。 表1、最具潜力降低钛合金装甲成本的工艺

工序 成本类型 成本降低方法 矿石还原 能源 直接还原， 利用残料 重熔 能源 等离子或电子束冷炉床 单一熔炼

轧制加热 能源 在铸锭未完全冷却时直接轧制 退火 能源 用适当的形变热处理工艺代替 除去氧化皮 投资劳动力 减少加热次数

虽然上述每种工序都是人们所积极寻求的，但铸锭未完全冷却就直接进行轧制还存在一

定问题。因为一般用于轧制加工设备与熔炼现场相隔都比较远，且铸锭在轧制前一般需车去氧化皮。

Wells等人对电子束冷炉床单一熔炼生产的T16Al—4V板材在军用车辆上的应用进行了评价。冷炉床熔炼可以利用较低成本的原料，以降低钛合金的成本，并且，只需一次熔炼。 电子束和等离子束冷炉床熔炼是活性金属和难熔金属熔炼的两种基本方式，这两种工艺基本相似，只是热源不同。在这两种工艺中，原料首先在水冷铜床中熔化，然后，熔融金属通过精炼区，最后通过浇铸口进入锭模，并在锭模中凝固。这两种工艺均可利用各种各样的原料，包括切削碎料，轧制、锻造和其它工艺过程的返回残料、切头以及海绵钛和中间合金。 但电子束冷炉床熔炼是在1.3X103Pa或更高的真空度下进行的：那些高蒸气压元素(如铝)在电子束熔炼的高真空气氛下易于蒸发，因而必须增添这些元素以补偿其挥发损失。 目前电子束冷炉床熔炼生产的铸锭可重达22.7t，能生产圆锭和方锭。工业纯钛或未合金化钛常见的铸锭尺寸为660mm X1320mmX4000mm，重16t。熔炼纯钛和钛合金的熔化能力分别为3.6t／h，2.3/h。

对钛炉床技术公司(THT，目前为Timet的分公司)生产的直径为76cm．重4000kg的Ti-6Al-4V铸锭，在熔炼过程中，沿铸锭方向每隔125mm取一个试样进行化学成分分析，结果见表2。

表2 铸锭的化学成分

元素 Al V O 平均 6.28 4.16 0.176 标准偏差 0.145 0.068 0.004 最大 6.66 4.25 0.181 最小 6.05 3.97 0.166 极差 0.61 0.28 0.015

生产该铸锭的原料组成为：31.6％的海绵钛；62.4％的Ti-6Al—4V屑；其余为添加铝和Al-V中间合金。

首先将铸锭表面车去约6mm，然后根据如下工艺制度在传统的钢铁轧制设备上进行轧制：

①将铸锭加热至1150℃，轧制成210mmX1030mmX 3810mm的方坯；

②切成3部分并加热到940℃，轧制成25mm，38mm和mm厚的板材； ③终轧退火为760℃，1h；

④每块板切成2片，且最后全部经带式打磨。

这一工艺制度下，从铸锭到板材最后得到的成品率为71％。当产量较大、板材较厚时，从铸锭到板材的成品率还可达到80％。成品率是决定最终成本及最终轧材价格的一个重要参数。

测试表明，板材末端的纵向和横向试样的拉伸性能均超过了MIL-T-9046J AB-1级和MIL-DTL 46077F标准要求。

对于结构应用的板材，一般需经固溶处理和时效处理，但是，对于装甲应用，研究发现退火组织的防弹性能最好。Burkins等人研究了退火温度对Ti-6Al-4V合金防弹性能的影响，并对不同的形变热处理工艺对Ti-6Al-4V合金防弹性能的影响进行了评价。结果表明，对于板材的抗弹性能，交叉轧制的优于一般轧制的，。α+β区轧制的优于β区轧制的；不退火的好于退火的，α+β区退火的优于β退火的，一旦β区退火后，再在α+β区退火，

并不能恢复材料性能；轧态或退火态的好于固溶处理和时效态的。

钛用于地面车辆及装甲上时，常用的接合方法为焊接。人们对厚截面部件的焊接工艺研究很多。钛是一种极其活泼的金属，必须采取措施防止空气污染熔融金属，避免间隙元素进入材料中。目前许多部件(如M1A2主战坦克)都是利用钢铁生产设备加上惰性气体保护措施生产的。通常，焊喷嘴处用氩—氦混合气体进行二次保护，同时在背面进行三次保护。 General Dynamics公司和美国陆军实验室已对钛装甲如何取得满意的焊接效果、焊接的生产效率和现场焊接修补的可实施性进行了研究。对不同的切削工艺、焊接边缘的准备、惰性气体保护措施及焊接金属的化学性质对冲击性能和力学性能的影响进行了评价，开发出了可用于战车装甲生产的高速堆焊焊接工艺。但是，由于惰性气体保护比较复杂，钛的焊接方法将永远不会像钢装甲焊接那样简单且成本低廉，但钛的焊接成本也不是太高。 钛装甲的战地维修是必需的。战地维修应不需要附加惰性气体保护。美国陆军实验室已与俄亥俄州Edison焊接研究院达成协议，研究利用粉芯焊条而不用惰性气体保护的钛材现场维修焊接工艺。

钛合金在航天火箭中的应用

来源：宝钛集团信息中心 发布时间：2006-6-8

钛及钛合金始终受到航天火箭技术装备研制人员的关注。实际上没有一种航天火箭是不使用钛及钛合金的。钛合金在航天火箭中所占质量为5％一30％。在“能源—暴风雪”号、“和平—1”号、“进步”号、“金星”号、“月球”号航天器中也得到非常广泛的应用。

在航天火箭技术装备中采用的。合金和近α合金包括OT4、OT4—1、BT5—1、ПT3B。用OT4合金板材制造液体燃料火箭发动机的燃烧仓和“和平—1”号轨道站对接件，用OT4—1合金制造发动机吊架构件、燃料箱、管接头和托架等。

BT5－1和ПT3B合金用于制造容器－增压系统蓄压器和低温液体储存箱BT5—1合金用于制造液氢输送泵叶轮。叶轮制造工艺为传统冶金工序铸锭—模锻与颗粒冶金相结合。带有叶片的盖轮和厚度为3mm的主轮采用颗粒冶金方法制成，并在颗粒加压烧结过程中以扩散焊的方法与模锻主轮焊合。静力加载时，断裂是发生在颗粒坯料上或模锻件上的，这说明扩散焊是很可靠的。“能源”号运载火箭叶轮的顺利运行证明，该工艺具有很好的效果。

先进航天火箭技术产品用的高脉冲推重比发动机的开发，要求采用低温强度和塑性更高的钛合金。为此俄罗斯“复合材料”股份公司金属研究院正在进行将BT6c合金用于这种项目的工艺测定工作循环。用这种合金制造了工作温度可达-200℃的φ600mm的模锻件、蓄压器用的板材、承载托架和管接头用的坯料。目前正在探索将该合金工作温度降低到一253'C的途径，其中之一是用颗粒冶金法制取零件。这种工艺可保证坯料各个部位都具有均匀的细晶组织，并使整个坯料的性能具有各向同性。用BT6c合金颗粒经α＋β区热等静压+一段焙烧后制取致密坯料，强度比BT5—1KT合金高100MPa，疲劳性能更高。

重要的问题是要研制和开发一种σb>800MPa、抗氧化温度达850℃的新型近α合金，以取代不锈钢大型焊接结构。该合金将含有铪和铌，其特点是工艺塑性要高，在高达850'C的温度下仍具有抗氧化性能，焊接时稍加保护即可，不需采用具有保护气氛的载人太空仓式的昂贵焊接设备。除此而外，合金的焊接接头不需要退火消除残余应力。

在航天火箭中应用最广的钛合金是两相合金BT6c、BTl4、BT3—1、BT23、BTl6、BT9(BT8)，这些合金主要在热处理强化状态下使用。退火状态BT6c合金可应用于蓄压器中，但该合金大多应用在σb＝1050MPa—1100MPa的热处理强化状态。

类似的应用还有σb＝1100MPa～1150MPa的BTl4合金。σb≥900MPa的退火状态BTl4合金可用作直径80mm～120mm的管状梁形构件，还用于制造在－196℃下工作的紧固件。

近年来开发了BT23合金外径达350mm半球坯料的等温冲压工艺。与整体热冲压相比，这种工艺可使冲压件的质量从36kg降低到8.5kg，壁厚由22mm减少到10mm，金属利用率从0.15提高到0.。

在航天火箭中应用相当广泛的还有BT5л、BT20л合金铸件，质量达100kg。研制并试验了强度为1050MPa—1100MPa的铸造钛合金(Ti—6A1-20Zr-2Mo)，获得了重达200kg的铸件。开发了铸件热等静压加工。经该工艺加工后，铸件的成品率由70％提高到92％，铸件的延伸率提高30％，冲击韧性提高50％～150％，疲劳强度提高50％。

还使用了具有“形状记忆”效应的钛—镍系合金。TH1合金用作自开天线、推杆、接触器以及航天系统减震部件。形状恢复温度为一80℃的THlk低温合金可用于制造各种液压系统和动力系统中管道与设备的连接件。

目前，正重点研究Ti-Aｌ金属间化合物基合金。该合金具有独特的性能组合，有高的热强性和弹性模量以及低的密度，使这些合金成为新一代航天火箭中最有使用前途的合金。“复合材料”科研生产联合公司正在研制用这些材料制取坯料的综合工艺设备，包括熔炼设备、制取颗粒装备、等温变形设备等。

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日本开发用作生物材料的新钛合金

来源：宝钛集团信息中心 发布时间：2006-5-23

日本金属材料、加工、生物植入（即植入材料）等各大厂家联合各大学、医院等研究机构着手研究用于生物材料的新钛合金，即“下世纪生物界面复合材料加工技术的开发”，开发时间为2006~2010年，总经费为14亿日元，第一年度估计为1.4亿日元。该项目一路绿灯，NEDO（新能源产业技术综合开发机构）正在公开招募参加者。目前整形外科用植入材料的主要课题如表1所示。

表1 整形外科用植入材用材料的主要课题（日本经济产业部有色金属科资料）

相关项目概况

（一）拥有接近骨的超弹性、疲劳寿命长的合金材料技术的开发；

（二）接近脊椎、颈椎的强度（低弹性）的多孔体的粉末注射成形加工技术的开

发；

（三）人工骨与软组织（腱、韧带等）粘着的高分子材料技术的开发；

（四）在生物体的各部位能发挥最佳机械性能及形状的评价技术的确立与动物实

验；

（五）与生物体的相容性（界面性能、软组织结合性）评价技术的开发与动物实

验。

据国内外的调查数据，世界整形外科市场(人工关节、人工骨、修补固定材等)总额达2.14万亿日元，其中日本占7%，估计达1 500亿日元。然而这些制品的生产比率日本厂家只占到1%(日本国内市场占有率约为20%)，主要依靠进口。据日本矢野经济研究所的预测，进入高龄化社会的日本整形外科市场今后的年增长率约为7~10%。希望通过这次项目的开发，日本在10年后的2015年市场规模达到4 700亿日元时，日本的厂家能从容面对市场的80%(3760亿日元)。

钛的表面硬化技术及在手表壳上的应用

来源：宝钛集团信息中心 发布时间：2006-5-19

1前言

手表壳零件包括运动表壳、装饰手腕的表带等。一般情况下，这些零件用镀黄铜或不锈钢制作。因钛材比上述材料轻、耐蚀性优良及抗过敏好，所以使用比例正在逐年增加。表1是日本西铁城公司钛外壳的开发经过。

用作手表壳材的钛的缺点是硬度低、抗划痕性差。通常对其表面施以氮化或氧化，形成硬化合物层，以提高抗划痕性。但因表面着色不匀，抗划痕性优良的高硬度镜面手表外壳难以实用化。因此佐藤等人通过对钛减压，在H2O/N2混合气体中加热处理，使其表面形成氮或氧的固溶扩散层，以保持镜面，不用着色，就可使钛表面硬化的方法，并已实用化。 本文报告了该处理方法及硬化机理，并介绍了应用该技术的手表外壳，并对未来进行了展望。 表1钛在手表壳及表带上的表面硬化技术进展史

2处理方法

将用有机溶剂除去表面污物的工件放入真空炉内。炉内的压力为10-4Pa，以N2作为载体与H2O混合流入炉内，以保持所规定的压力。在730℃下加热3

小时，炉冷后将工件取出。

3硬化机理

3.1表面深度方向硬度与元素的分布

从工件表面深度方向的硬度分布来看，最上层的硬度达到1000Hv以上，呈硬化深度约20~30μm的倾斜构造。采用SIMS法对深度方向的元素进行分析发现，

氮富集在表面深约5μm处，氧富集在20~30μm处。

3.2抗划痕性

用硬度划痕试验机及滑动式抗划痕性试验机进行试验：即先从∮20mm的JIS1类纯钛棒上切出厚度为5mm的试样，从一面进行折痕研磨。硬度划痕试验中未处理品（S）有大的划痕，而硬化处理品（A）基本没有划痕。滑动式抗划痕性试验中，S失去了镜面光泽，A则基本上无划痕，且保持镜面。由此证明其抗

划痕性良好。

3.3表面构造

用分光测色计测定了处理前后的色调变化，△E*ab=0.2~1.0 ，由此可知，基本

上未着色。

经X射线衍射图显示：B在N2与O2混合气体处理后具有着色现象，起因于化合物的峰值。A中确认有TiNx等化合物的峰值，与S相比位于低角位，可认为是

氮或氧处于固溶状态。 4在手表外壳上的应用及展望

在手表商品的企业规划中，设计性是最重要的因素之一。过去为了提高钛制品的抗划痕性，一般进行氮化处理或玻璃涂层，不能进行镜面加工，制品表面呈毛面，缺乏设计性。通过该硬化技术，可将镜面加工与校直加工相结合，手表外观可与不锈钢制品相媲美。日本西铁城公司将该技术命名为「テュラテクト（硬化保护）钛」，2000年5月已实现了商品化。其表面硬度是不锈钢的4倍，可在苛刻的

环境下使用，成为真正的运动表。

钛的轻量、高耐蚀性、抗过敏性，再加之该硬化技术，期待能在汽车发动机阀、高尔夫球棒头等功能部件领域、戒指及项链等首饰领域、人工关节、牙齿矫正等

医疗领域中得到广泛应用。

5结论

为了使手表外壳最理想的材料钛克服易划伤这一缺点，西铁城公司进行了种种试验，结果发现在减压的同时，在H2O/N2混合气体中加热处理的新的表面改性技术。通过该处理法，手表壳表面未着色，且保持了镜面，达到了实用的表面硬度，

可保持高抗划痕性，得到与不锈钢相媲美的设计。 期待该处理法在钛的需求扩大方面能起到巨大作用。

钛在能源中的应用

来源：宝钛集团信息中心 发布时间：2006-5-12

钛在煤炭、电力(核电和火电)、油气和太阳能等工业中得到了应用。

(1)煤矸石的利用是变废为宝的创举。煤矸石是采煤中的废弃物，估计全国已有数亿吨之巨。我国从1972年就开始利用煤矸石生产氯化铝或硫酸铝。在更新工艺中，不锈钢浓缩器的腐蚀相当严重，我国自制钛反应釜、搅拌器和盘管加热器(氯化铝用)和浓缩加热器（硫酸铝用）已有十年以上的运转实践。

(2)滨海电站凝汽器用薄壁钛管。60年代之前均采用铝黄铜或B30白铜管，随着海水污染日趋严重，使用寿命明显下降。早在60年代英国就已使用全钛凝汽器，70年代日本推出薄壁(0.3－0.5mm)焊接钛管的凝汽器，成本大幅度下降。直至1987年，工业发达国家已有30％采用钛凝汽器。由于核电站对于安全运行可靠性要求特别高，所以尤其重视钛凝汽器的使用，大部分采用薄壁焊接钛管和无缝钛管。我国在70年代后期开始试验国产钛管。1983年以来，先后在浙江台州电厂、上海金山热电厂、浙江镇海电厂等9个电厂采用18台全钛凝汽器，共用钛管700t，使用效果十分理想。

(3)油气钻采中，英国在深600m、262℃的含5％H2S和25％NaCl中，使用了钛制钻采设备。前苏联采用了钛泵、钛阀和钛制冲洗盐水设备。我国在天然气井口为解决600—700atm的高温H2S、C02和水蒸汽的腐蚀，使用了Ti-6Al—4V的阀板、阀座和阀杆，长期使用效果

甚好。 (4)海上油气开采要长期承受海水腐蚀和应力腐蚀。国外广泛采用

Ti-6Al—4V作为石油平台支柱、绳索支架、海水循环加压系统的高压泵、提升管及联结器等。因为Ti-6A1-4V不仅耐海水腐蚀，而且具有高韧性、高屈服强度和高疲劳极限。最近国外选择钛的预应力采接头，这种接头组装简便快捷、重量轻，并保持弹性密封性，钛是最佳的优选材料。我国的海洋石油工业正进入大规模开发阶段，当前平台的结构件和关键部件及设备均从国外进口，国内材料很少应用。但可以预期，钛将会在这里找到广阔的市场。

(5)核电站放射性废物蒸发器的操作温度高于130℃，浓缩时还有产生沉积物而发生缝隙腐蚀的可能性。因此，蒸发器的最佳材料应是Ti-6Al-4V，在承受高压的情况下可以选用Ti-15Al-2.5Sn。

(6)汽轮机透平叶片原用0Crl3不锈钢，由于在沉积物中有缝隙腐蚀和点蚀问题，疲劳寿命下降。钛合金是最理想的材料。前苏联开发出了Ti—5Al—2.5Sn蒸汽透平长叶片，并已推广应用于生产。近年来美、日等国倾向于使用Ti-6Al—4V。

(7)电站锅炉水的脱盐装置，不论电渗析淡化还是蒸馏法除盐，钛设备和钛阳极均是理想的材料。在凝聚沉降法除去水中胶体杂质系统中也成功地使用了钛制溶解槽和加热器。

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钛合金在化学制药生产中的应用

来源：宝钛集团信息中心 发布时间：2006-5-10

工业钛合金在化工生产中已经使用了 30多年，然而有关钛及钛合金在化学制药生产工艺介质中耐蚀性的研究却不多。化学制药生产广泛使用铸铁基体和钢基体涂搪瓷设备，其平均使用寿命较短(0.5年～2.5年)。因此，化工制药生产使用钛合金成为一个亟待研究和解决的问题。

化工制药生产使用的介质通常是一些成分复杂的、活性的、腐蚀性混合化合物。例如，在俄罗斯马尔生物制药公司2号车间烯醇化反应器中就同时使用三氯甲烷、丙酮、乙醇、HC的酒精溶液、氢氧化物、抗坏血酸；在维生素生产厂的冷凝反应槽同时含有醋酸乙酯、五硫化二磷、甲酰胺、氯乙酸丙脂；在合成香料的液体蒸馏器中存在工业水杨醛、苯甲醛、水、甲酸杂质、甲酸钠、氯化钠、硫酸钠。 为了搞清这些复杂介质对搅拌机壁、轮叶、套管、热电偶、支管和连接管的腐蚀作用，在4家公司的33台设备上分别进行了BT1-0，；、∏T—3B和4200钛合金试样的挂片试验。挂片试验用钛合金的化学成分列于表1。

表1 在化学制药生产中进行试验的钛合金的化学成分 ％

牌号 Tｉ Fe Zr V Pd Si N O H 杂质 BT1-0 基 0.2 － － － 0.1 0.04 0.12 0.01 0.3 ∏T—3B 基 0.25 0.3 1.2－3.5 － 0.12 0.04 0.15 0.0008 － 4200 基 0.2 － － 0.15 0.1 0.04 0.12 0.01 －

挂片试验用试样的规格如下：尺寸为(80X 20Xδ)mm的板片，板厚分别为4 mm，5mm，6 mm；尺寸为(80X 20Xδ)mm的板片带有纵向焊缝。研究腐蚀破裂使用的直径75mm，厚6mm的堵头，是由带有残余焊接变形应力的板状焊接接头冲压而成的，(30X 30X 5)mm的板片在

试验时要用氟塑料夹具夹住，以检验是否产生缝隙腐蚀。

试样制备执行PД24.200.16.90标准，试验结果评价执行ГOCT 9.908—85标准。试验时间为1200h～7000h。

工业腐蚀试验结果表明，钛合金可成功地用于制造一系列的化学制药生产设备。 研究有无缝隙腐蚀倾向用的夹具表2列出了不同使用介质中，钛合金试样的腐蚀速率值K。在所有情况下，钛合金均未出现溃疡腐蚀、麻点腐蚀、腐蚀破裂等局部腐蚀现象。

表2 钛合金在不同使用介质中的腐蚀速率K／mm·a-1 液相 气相 生产抗坏血酸和山梨糖醇

烯醇化反应器 <0．1 <0．1 中和器 <0．01 <0．01 平底器皿 <0．01 <0．01 冷却器 <0．01 <0．01 蒸馏器 <0．01 <0．01 蒸发器 <0．01 <0．01 生产脂肪和1unamuД

硫化和皂化反应器 <0．001 <0．001 杯式结晶器 <0．001 <0．001 生产维他命B1和C

吸收塔 <0．01 <0．01 醋酸蒸馏反应器 ?lt;0．01 <0．01 醋酸收集器 <0．01 <0．01 氧化反应播 <0．001 <0．001 生产香草素和水杨酸

液体蒸馏器 <0．001 <0．001 冷凝器 ?lt;<0．001 <0．001 萃取器 <0．001 <0．001 生产抗坏血酸

溴酸盐反应器 <0．001 <0．001

参照表2数据，一些工厂根据全俄化学工业机器制造科研设计院的研究成果，用BT1—0钛合金制造了下列设备并提交给化学制药生产企业使用；冷凝反应器，V＝1．Om3；氧化反应器，V＝16.Om3(图2)；从蒸馏器向冷凝换热器输送三氯甲烷蒸气的输气管道。

正在制造的还有：核黄素析出反应器，V＝4m3；蒸馏器，V＝3.2m3；冷凝换热器，F＝50m2；硫化和皂化反应器，V＝1．25m3。 应当指出，有许多化学制药生产设备由于生产条件特殊而不适合使用钛合金，这种设备有制取气态氯化氢的反应器，制取酰氯的反应器，乙醇吸收氯化氢的反应器，以及酰溴反应器。

钛制笔记本电脑外壳

来源：宝钛股份信息中心 发布时间：2005-6-28

一、钛制外壳笔记本电脑

美国著名的苹果电脑公司2001年1月推出了一款新型笔记本电脑。该电脑不仅具有先进的性能，而且其外壳是用钛制作的。

虽然有很多笔记本电脑都自称采用了钛外壳，但一般都是镀钛，而这台PowerBook G4笔记本电脑则采用1级工业纯钛做外壳。这也是目前世界上第一个用纯钛作外壳的电脑。电脑整体厚2.54cm，重2.4kg。

在笔记本电脑的生产中，日本索尼公司曾采用镁合金外壳，其产品外形美观，整体又轻又薄，苹果公司力图在电脑的外形设计上有所突破，希望外壳轻而薄，钛薄板是最佳选择。苹果公司推出的这台钛外壳电脑说能够挑战索尼电脑，不但具有美观的外形，而且且有优良的性能。这也是钛向销费品市场迈出的一大步。

医疗用钛，最具亲和力的金属

来源：宝钛股份信息中心 发布时间：2005-6-28

据美国国家心肺及血液研究所统计，美国现有近500万人患心力衰竭症，且每年新增病例40万。如果不采用取心脏移植手术，每年约有2.5万～10万保患心力衰竭症死于心脏病。由于捐赠的人体心脏数量极为有限，因而每年实际心脏移植手术的只有2000～2500例，远远满足不了病人的需求量，造成许多患者病情恶化甚至死亡。

钛具有极好的生物相容性，可耐受人体苛刻的生理环境（人体PH值为7.4）因而长期以来一直用于人体臀部及膝部关节和移植。实践证明，人体对钛无排异反应，也不产生凝血现象。

面对医学界的需求并根据钛材的特点，近十年，特别是近几年来，许多科研所的专家教授都在致力于钛制人工心脏的研制和开发工作，这样既可挽救诸多心脏患都的生命，也可带来可观的经济效益。

总之，无论采用哪一类产品，使用钛材是必然趋势。如果FDA经过探讨，能够批准将钛制人工心脏作为长期性或永久性植入件植入人体，不仅可使不适合接受异体心脏种植的病人得到康复，还会带来丰厚的收益。

钛材与建筑

来源：宝钛股份信息中心 发布时间：2005-6-28

钛是1791年英国科学家从矿石中发现的，但直到1936年才用镁还原法生产出海绵钛，1948年开始工业生产，目前已广泛应用开国民经济各领域，发挥着巨大的作用。

传统的金属建材，尤其是屋顶材料的发展是依铜、表面处理过的钢板、铝、不锈钢和钛的顺序发展的。随着时代的前进，人们对城市建筑物的要求，尤其对建筑物的美观性要求越来越高；伴随建筑工业的发展，近年来建筑师追求使用比传统材料更高级的建筑材料。钛的一系列优异特性使之能完全满足建筑材料的许多性能要求，因而倍受建筑师和建筑业的青睐。

一、建筑钛的使用性能

建筑师们选择钛作建材，虽然是考虑了多种因素，但主要是基于钛的一系列可用作建材的特性。

1.能满足建材轻量化的要求

钛的密度小，约为钢的60%，铜的50%，铝的1.7倍，但具有和普通钢几乎相同的强度，作为建筑可以减重70%~75%，容易吊装，并可使建筑物的重心下移，提高建筑物的整体抗震能力。

2.抗蚀性能好

钛具有良好的耐蚀性：能抵御城市污染、工业辐射和极端的侵蚀。因此，适合在海洋气候环境中使用。

3 热膨胀系数低

与其它金属建筑材料相比，钛的热胀系数小，约为不锈钢的50%，铝的30%，与玻璃、砖、水泥和石头的接近，适于其共用，并可在设计上突出钛与玻璃的特点。钛的热应力非常低，是不锈钢的1/2，铝的1/3。钛可作为整体材料使用，不需要接缝来补尝热胀冷缩。

4.无环境污染

随着社会发展，人们对环保的要求越来越高，对回归大自然的愿望越来越强烈，由于钛耐蚀性好，可以100%回收，不会污染环境，符合环保要求，可称得上绿色环保材料。

5 使用寿命长

钛用作建筑材料、装饰材料，能抗百年腐蚀而不用维护和修理。从这一角度讲明显优于其它金属。这种优点在高度腐蚀环境（如滨海城市和工业区）尤为突出。考虑到钛的寿命周期长，它的长期成本性能超过所有不锈钢，钛建材是不需要维护材料，钛建筑物也就无须保养措施。

6.加工性、焊接性能好

钛易加工成薄板，焊接性能好。钛本身具有闪亮的银白色光泽，通过处理，可获得更加光亮的表面。为了达到更加漂亮的装饰效果，可通过刻蚀、阳极氧化处理获得不同的图案和色彩，并可根据需要，把屋顶做成各种形状，再加上彩色的色彩，会使整个建筑物成为一个完美的艺术品。

二、钛在建筑领域中的应用实例

建筑用钛方面，日本处于领先地位。建筑用钛在日本已有28年历史，有上百例建筑物。在各种各样的钛建筑中，除屋项外，还有大厦的外壁、幕墙、封檐板、天棚、港湾设施、桥梁、海底隧道、装饰物、纪念碑、栏杆、管道、防蚀包覆等。钛在建筑领域开辟了新的发展空间。

作为全球最大的钛公司Timet推动了钛在建筑领域应用的进程，不仅能提供各种各样的产品，而且还提出了100年质量保证。

目前，美国、西班牙、荷兰、加拿大、英国、比利时、瑞士、法国均有建筑物使用了钛作屋顶和幕墙。瑞典、新加坡和埃及等国家的一些新的用钛建筑也在建设中。阿布扎比机场也先用了钛，且用量近百吨。该机场是世界上第一个用钛作为建筑结构材料的应用范例。

钛在湿法冶金工业中的应用

来源：宝钛股份信息中心 发布时间：2005-6-28

钛作为一种新兴的耐蚀材料，在我国的冶金行业，特别是湿法冶金行业使用不过20多年的历史，然而却获得了极大的成功，并取得了显著的社会效益及经济效益。

从七十年代初，云南冶炼厂、上海冶炼厂、葫芦岛锌厂等有色冶金行业率先在电解铜、电解镍及铅锌冶炼中使用钛材，解决了严重困扰企业生产及发展的腐蚀问题，揭开了我国湿法冶金行业使用钛材的序幕，钛及钛设备在这些企业成功的应用，也大大地促进了我国钛工业民用推广的使用。

自80年代后，国内许多湿法冶金企业都在技术改造中，大量地选用钛材，金川有色金属公司、沈阳冶炼厂、铜陵有色金属公司、大冶有色金属公司等企业近十年来的用钛量高达上百吨，这些新技术、新装备的使用，使我国有色湿法冶金行业的装备更接近世界先进水平。

钛作为电铜、电镍行业中种板应用的主要优点是：

1.钛表面的氧化膜保护了钛不被电解液腐蚀，且又不污染电解液。 2.剥离极其容易，减轻了劳动强度。 3.成品率提高了30%以上。

4.电铜结晶组织致密，表面光滑。 5.不易断路烧板。

6.使用寿命在30年以上。

钛在医药行业中的应用

来源：宝钛股份信息中心 发布时间：2005-6-28

钛作为一种新兴的材料，在我国的制药工业、医疗器械、人体植入物等领域的开发、使用不过近二十年的历史。然而，却获得了极大的成功，并取得了显著的社会效益及经济效益，缩短了我国与世界先进国家的差距。

从七十年代以来，东北制药总厂、山东新华制药厂、武汉制药厂率先在阿斯匹林、安乃近、咖啡因等产品生产中使用钛设备，不仅解决了严重困扰企业生产和发展的设备腐蚀问题，而且使药品的质量大大提高。

近几年，在国内许多制药企业的技术改造及VC、VB等产品中大量地选用钛材及钛设备，由此也奠定了钛在制药行业的特殊地位。

医疗器械、手术器械也是近年来发展较快的领域之一，由于钛材用作手术器械具有特殊的优越性，因而深得外科、眼科、心胸外科医生的欢迎，也是当今手术器械发展方向之一。

钛的另一个显著的特点，就是具有良好的生物相容性，因而被选作最理想的人体植入材料。十多年来，世界各国及我国的许多研究部门、医学院、医院等也作了大量的基础工作和临床研究，从深度、广度上确认钛为最理想的人体植入材料，这些年用钛材作的人工股骨头、人工腕关节、膝关节、人工种植牙、颅骨修补、心脏起搏器等已有数千例的记载，这些年的研究、跟踪、比较，迄今为止的报导中钛是人体植入物最理想的材料。

钛在化工工业中的应用

来源：宝钛股份信息中心 发布时间：2005-6-28

由于钛具有优良的耐腐蚀性能、力学性能和工艺性能，被广泛的应用于国民经济许多部门。特别是在化工生产中，用钛代替不锈钢、镍基合金和其它稀有金属作为耐腐蚀材料,这对增加产量，提高产品质量，延长设备使用寿命、减少消耗、降低能耗、降低成本、防止污染、改善劳动条件和提高生产率等方面都有十分重要的意义。

近年来，我国化工用钛的范围在不断扩大，用量逐年增加，钛已成为化工装备中主要的防腐蚀材料之一。钛作为一种用于化工装置中的耐腐蚀结构材料，已经确立了它的地位，而且作为化工设备中的理想材料，钛也愈来愈引起工程技术人员的重视。

一、氯碱工业

氯碱工业是重要的基本原料工业，其生产和发展对国民经济影响很大。这是因为钛对氯离子的耐腐蚀性能优于常用的不锈钢和其它有色金属。目前氯碱工业中广泛采用钛来制造金属阳极电解槽、离子膜电解槽、湿氯冷却器、精制盐水预热器、脱氯塔、氯气冷却洗涤塔等。这些设备的主要零部件过去多采用非金属材料（如石墨、聚氯乙烯等），由于非金属材料的力学性能、热稳定性能和加工工艺性能不够理想，造成设备笨重、能耗大、寿命短，并影响产品质量和污染环境。

因此，我国自70年代以来，开始陆续用金属阳极电槽和离子膜电槽代替石墨电槽，用钛制湿氯冷却器代替石墨冷却器，均取得良好的效果。

例如：钛制湿氯冷却器的应用。食盐电解生产烧碱要产生大量的高温湿氯气，温度一般在75~95℃，需要经过冷却和干燥才能使用。 我国食盐电解制取氯气的生产,以前因为冷却工艺不合理或因冷却设备的腐蚀问题影响了氯气产量和质量，而且还严重地污染了环境。耐高温湿氯气腐蚀的钛制冷却器投入生产，改变了氯碱工业中制取氯的生产面貌。钛在高温湿氯气的环境中极耐腐蚀，钛在常温时的氯水中，腐蚀速率为0.000565mm/a;在80℃时的氯水中，钛的腐蚀速率为0.00431mm/a；在含95%湿氯气中，常温下钛的腐蚀速率为0.00096mm/a。许多氯碱厂使用了钛制湿氯气冷却器，有的已使用了近20年，至今仍然完好无损。

二、纯碱工业

纯碱是最基本的化工原料之一，它直接关系到国民经济的发展。纯碱生产过程中，气体介质多为NH3和CO2, 液体介质多为NaCl、NH4Cl、NH4HCO3和Cl- 浓度较高的溶液，使用碳钢、铸铁材质进行碳酸化反应的碳化塔小管、热母液冷却器、冷却器、结晶外冷器等主体设备，均不耐腐蚀，腐蚀泄漏严重，使用寿命不超过三年。1975-1977年，天津碱厂和大连化学工业公司建厂进行了钛应用示范工作，碳化塔冷却管Φ63×2mm、钛平板换热器、钛外冷器、钛泵、CO2透平压缩机转子、Ti-6Al-4V合金叶轮等的应用效果很好，这为全行业进行用钛技术改造和新建三个年产60万吨纯碱厂起到了样板作用。

例如：某纯碱厂蒸馏塔顶部氨冷凝器应用纯钛管代替铸铁管。氨冷凝器是纯碱生产过程中,将蒸馏塔蒸出的氨气进行冷凝的设备，它由两个铸铁冷却箱组成,每个箱的直径2.5m,高1.2m，箱内原装有Φ63×6×2986mm铸铁小管214根,两个箱共428根。管内外均用热固性酚醛清漆防腐,管外介质为NH3、CO2、H2O蒸气，温度95℃左右。管内走NH4Cl母液，与管外介质进行换热。在此条件下，铸铁管腐蚀严重，使用一年即有部分管子腐蚀穿孔，2年已腐蚀损坏严重，停止使用。为解决氨冷凝器内铸铁管严重腐蚀问题，将铸铁管全部替换为TA2钛管，规格为Φ60×2×3010mm，钛管管端与铸铁花板间用O型橡胶圈密封。这是我国纯碱工业第一台蒸馏塔的冷却小管采用纯钛管。投产使用二年多，曾抽管进行宏观检查，未发现腐蚀现象，预计使用寿命可达20年以上，可比铸铁管延长10倍。由于钛管耐腐蚀，传热效率保持良好（铸铁管在3年一个大修期间，其传热效率前期好，中期差，后期就失效），管内NH4Cl母液预热回收热量，提高母液进入蒸馏塔的温度，可节约大量蒸汽，经济效益明显。

钛在石化工业中的应用

来源：宝钛股份信息中心 发布时间：2005-6-28

钛在石化工业中多用于制造化工设备。化工设备的选材问题相当重要，大量的压力容器、贮槽、塔器、换热器、管道乃至紧固件和连接件等等在工作条件下不仅要承受一定的载荷，而且要受到许多介质的强烈腐蚀，工作条件十分苛刻。在这种情况下，许多设备的选材只在常用不锈钢的基础上进行调整，已不能适应。而钛及钛合金的机械性能与不锈钢相近,耐蚀性能则远为优异，为此，在重要的化工设备中钛材逐渐以各种方式如衬钛、钛钢复合以至全钛得到应用。

我国钛在石化工业的应用源于80年代初，上海金山石化总厂的乙烯装置及芳烃提取装置，兰州炼油化工厂的苯胺盐酸生产装置由于钛材的应用解决了长期困扰企业生产的腐蚀问题，随后上海高桥石化、巴陵石化公司等都投入了大量的资金，在石化工业装备中用到钛材，并获得良好的经济效益及社会效益。

钛在航空、航天中的应用

来源：宝钛股份信息中心 发布时间：2005-6-28

钛及其合金的比强度（强度与重量比）在金属结构材料中是很高的，它的强度与钢材相当,但其重量仅为钢材的57%。另外,钛及其合金的耐热性很强,在500℃的大气中仍能保持良好的强度和稳定性,短时间工作温度甚至还可更高些。而铝在150℃、不锈钢在310℃就失去原有的机械性能。当飞机、导弹、火箭高速飞行时，其发动机和表面温度相当高，铝合金已不能胜任，这时,采用钛合金是十分合适的。正是由于钛及其合金具有强度大、重量轻、耐热性强的综合优良性能，在飞机制造中用它来代替其它金属时，不仅可以延长飞机使用寿命，而且可以减轻其重量，从而大大提高其飞行性能。所以，钛是航空工业和宇宙工业中最有前途的结构材料之一。

钛及其合金在航空工业中主要用于制造飞机发动机和机身。一般来讲，马赫数小于2的飞机，其发动机使用一部分钛及其合金，机身一般用铝合金。马赫数等于2的飞机，其发动机用钛量增加，而且机身也部分需用钛。马赫数大于3.5的飞机,其发动机入口温度已很高,就不能用钛合金而需用超合金了，但其机身用钛量则显著增加。

钛及其合金还具有良好的耐低温性能，即使在-250℃的超低温下，它仍具有较高的冲击强度，可耐高压抗震动，因此，钛及其合金在火箭、导弹和宇宙飞船上不仅用于制造发动机外壳和结构部件，而且用于制造高压容器，如高压气瓶、低温液态燃料箱等。

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