本文來自微（wēi）信公眾（zhòng）號：【晨源鈦業】
海洋工程用材料，要求必須具有高強度、耐海水熱液腐蝕、抗硫化腐蝕、抗微生（shēng）物附著、高韌性等特點。而鈦金屬質（zhì）輕、高（gāo）強、耐蝕，特別對鹽水或海（hǎi）水和（hé）海洋大氣環境的侵蝕有免疫能力，是優（yōu）質輕型結構材料，被稱（chēng）為海洋金屬，是重要的戰略金屬材料。鈦金屬在海洋（yáng）工程中（zhōng）具有廣泛的用途，特別適於做輕型海工裝備，是（shì）海洋工程領域的新型關鍵材料之一，因此，充（chōng）分利用海洋材料——鈦及鈦合金，將有助於******海洋戰略的發展。本（běn）文【材料+】將從產業（yè）狀況這個角度深度為大（dà）家解讀鈦合金材（cái）料。
鈦是地殼中分布***廣的元素之一，占地殼重量的0.61%，列居第9位。鈦資源僅次於（yú）鐵、鋁（lǚ）、鎂列居第4位。根據USGS 2017年的數據，全球（qiú）鈦礦（鈦鐵礦和金（jīn）紅石）儲量約8.3億噸，其中鈦鐵礦占89%。我國鈦礦儲量（liàng）約2.2億噸，占全球總儲量的26.4%，位居世界******。澳大利亞的鈦礦儲（chǔ）量占世界儲量的21.2%，居世界第二[1]。
鈦精（jīng）礦可主要用於製（zhì）作鈦白粉，同時還能製作酸渣、四氯化鈦（tài）、海綿鈦。鈦白粉主要應用於塗料、塑料、油墨、造紙（zhǐ）等領域；海綿（mián）鈦經過熔鑄加工，可製取晶體結（jié）構致密的鈦錠，用於生產鈦材及各種鈦合金，廣（guǎng）泛應用於航空、船舶、化學、冶金、電力、醫藥（yào）等領域。
全球鈦精礦市場主要由鈦白粉和海綿（mián）鈦組成。其（qí）中鈦白粉占全球鈦精礦消費的90%，海（hǎi）綿鈦占4%，鈦白粉和（hé）海綿鈦的產量（liàng）決定了鈦精礦的需求。
鈦適合海洋環境的特性[2]
公司發展至今已擁有（yǒu）一批******的（de）進口設備 : 進口高精密CNC加工銑床，CNC高精密加工車床，北京精密零件（jiàn）加工，進口模型批量真空製作機， 高亮度uv機，噴漆房，烤漆櫃（guì），圖標（biāo）文字絲印機，鐳（léi）雕激光機，噴砂（shā）機，打孔攻絲機、火花機、線切割設（shè）備等等。
1. 密度小、強度高、比強（qiáng）度大鈦的密度是4.51g/cm3，為鋼的（de）57％，鈦比重不到（dào）鋁的兩倍，強度是鋁3倍。鈦的比強度是常（cháng）用工業合金中***大的。高比強度可促進海工裝備的小型化、輕量（liàng）化，可增加潛艇的航速（sù）、浮力和機動性，增加深潛器的下潛深度和有效載荷，因此，鈦是海（hǎi）洋工（gōng）程必不（bú）可少的關鍵結構材料。海洋新材料（liào）之海洋金屬鈦（tài）合金1. 密度小、強度高、比強度大鈦的密度是4.51g/cm3，為鋼的57％，鈦比重不到（dào）鋁的兩倍，強度是鋁3倍。鈦的（de）比強度是（shì）常用工業合金中***大的。高比強度可促進海工裝備的小型化、輕量化，可增加潛艇的航速、浮力和機動性，增加深潛器的下潛深度和有（yǒu）效載荷，因此，鈦是海洋工程必不可少的關鍵結構材料。
2. 耐蝕性能優異
鈦是目前已知材料中抗常溫海水（shuǐ）腐蝕性（xìng）能***好的材料，即（jí）使在汙染的海水、熱（rè）海水（低於（yú）120℃）、海泥、流（liú）動海水中均（jun1）具有良好（hǎo）的耐蝕性。其優異的耐蝕性是由於（yú）它具有很好的自鈍化（huà）性，當受到某種程度的破壞時，表麵氧（yǎng）化膜或鈍化膜可以很快自行（háng）修複（fù）和恢複。也就是（shì）說，在海洋中，鈦幾乎（hū）是不可腐蝕的，鈦表麵有一層（céng）附著力強而堅韌的氧（yǎng）化膜，故耐蝕性超過其他金屬。
在抗腐蝕設備設計中，可大幅度減少承載結構件厚度方向（xiàng）的腐蝕裕量（liàng），大大節約建（jiàn）造材料；抗腐蝕設備可（kě）與（yǔ）主體進（jìn）行同壽命設計，減少維（wéi）護頻次，大大降低維護費用，還可提升裝備服役能力；鈦製設備（bèi）在海洋中使（shǐ）用時無需塗（tú）層保護，簡化了製造工藝，縮（suō）短了工期，降（jiàng）低了（le）製（zhì）造成本。
3. 耐（nài）海水衝蝕（shí）腐蝕和氣蝕
大部分材料都存在臨界速度，超過此速度表麵氧化膜就會被衝刷（shuā）掉而使腐蝕加速發生。這種加速腐蝕就是衝蝕腐蝕。鈦管路的（de）耐衝刷腐蝕能力（lì）遠高於銅及銅合金管，鈦在海水裏的臨界速度大於27米/ 秒。多種（zhǒng）衝蝕（shí）腐蝕試（shì）驗表明鈦耐這種（zhǒng）腐蝕的能力（lì）非常強。鈦允許（xǔ）采用較小的管徑、較薄的管壁和較高的流速製造管路係統，實現設備小型化、輕量化。同時，耐氣（qì）蝕實驗表明，鈦是（shì）***耐氣蝕破壞（huài）的金屬之一。
4. 抗衝擊性能高
鈦及鈦合金的抗衝擊性能***佳，這有利於海工裝備抵禦海浪周期性衝擊的能力，提高設備（bèi）的安全可（kě）靠性（xìng）。
5 無磁
鈦無磁性，非常（cháng）適合用（yòng）於必須將電磁波幹擾減少到***小的地方。用於潛艇，可（kě）極大限度地降低潛艇的磁性物理場效應，從而減少其被反潛飛機磁探（tàn）儀發現的可能；對於鈦製船舶（bó）、艦（jiàn）艇可增加隱蔽性，避免受到磁性水雷（léi）的攻擊。用於潛艇殼體，不會引起水雷的（de）爆炸。同時（shí），還有利於（yú）提高探（tàn）測儀器及工具的抗磁幹擾能力（lì），保（bǎo）證信號的準確性（xìng）。
6. 高透聲係數
鈦用做潛艇和航母的聲呐導流（liú）罩材（cái）料，可提高設（shè）備（bèi）的聲呐探測靈敏度和探測距離，提高裝備的效能與安（ān）全可靠性。
7. 優良的加（jiā）工（gōng）性能
鈦金屬機（jī）械加工性能好（hǎo），可製成各種形狀、各種規格的實用工程材料，包括（kuò）板、棒、管、絲、帶、箔、鍛件、鑄件、焊件等；絕大多數鈦及（jí）其合金（jīn）具（jù）有良好（hǎo）的可焊性，焊縫強度係數可達0.9 以上；鈦金屬焊後很少產生延（yán）遲裂紋，其設備一般無需焊後熱處理，有利於船舶和海（hǎi）洋工程等大型（xíng）工程裝備的建造（zào）。
8. 綠色循環利用
鈦金屬製品在海洋環境中的使用（yòng）壽命長（zhǎng），報廢後經解體回爐，可加工（gōng）成較低級別（bié）的鈦合金（jīn）材料使用（yòng），且其重量損失極少，回收率高。
海（hǎi）綿鈦
鈦工業（yè）的流程（chéng）較為簡單，可分為兩條（tiáo）路徑：一是以鈦鐵礦或金（jīn）紅石為原料加工生產出高純度的四氯化鈦，再用鎂作（zuò）為還原劑將四氯（lǜ）化鈦中的鈦還原出來，即可得到海綿鈦；二是將原（yuán）料直接加工獲得鈦白粉。
據中國化工製（zhì）造網的數據顯示，全球90%的鈦被用來生產鈦白粉，隻有（yǒu）4%用在生（shēng）產海綿鈦（tài），6%用於（yú）其他方麵。我（wǒ）國是世界上四個擁有從礦石處理到鈦（tài）材生產完整（zhěng）工業體係（xì）的******之（zhī）一（yī），也是鈦鐵礦儲量***多的******，但是產量***高的******是澳大利亞[3]。
全球目前僅有中國、日本、美國、俄羅斯、哈薩克（kè）斯（sī）坦和烏克蘭（lán）6個******生產海綿鈦， 且生產工藝全部采用Mg還原法。中國海（hǎi）綿鈦生產（chǎn）能力（lì）位居******，占全球產能的49%，其次是日本19%和俄羅斯14%，哈薩克斯坦約占8%，美國約7%，烏（wū）克蘭3%。但（dàn）中國近幾年行業平均開工率一直保持在50～60%的（de）低位（wèi），遠（yuǎn）低（dī）於國外80%左（zuǒ）右的（de）水平（píng）。2014年以來海綿鈦行業陷入（rù）全行業虧損的困境，企業總體開工率持（chí）續降低。從其（qí）他（tā）******來看，美（měi）國（guó）、俄羅斯、烏克蘭的海綿鈦產量保持平穩，哈薩克斯坦（tǎn）及日本產量（liàng）有所減少。海（hǎi）洋新材料之海洋金屬鈦合金全球目前僅有中國、日本、美國、俄羅斯、哈薩克斯坦和烏克蘭6個******生產海（hǎi）綿鈦， 且生產工藝全（quán）部采用（yòng）Mg還原法。中國海綿（mián）鈦生產（chǎn）能（néng）力位居******，占全球產能（néng）的49%，其次是日本19%和俄羅斯14%，哈薩克斯坦約占8%，美國約7%，烏克蘭3%。但中國近幾年行業平均開工率一直保持在50～60%的低位，遠低於國外80%左右的水平。2014年以來海綿鈦行業（yè）陷入全行（háng）業虧（kuī）損的困境，企業總體開工率持續降低。從其他（tā）******來看，美國、俄羅斯、烏克蘭的海（hǎi）綿鈦產量保持（chí）平穩，哈（hā）薩克斯坦及日本（běn）產量有所減少。
鈦材加工
由於熔（róng）煉工藝複雜、加工難度大，目前世界上僅有美（měi）國、俄羅斯、日本、中（zhōng）國四個******掌（zhǎng）握完整的鈦工業生產技術，形成四強稱（chēng）雄的格局。此外歐洲雖然沒有海綿鈦工業（yè），但是鈦加工材（cái）和應用技術處於世界******水平。鈦加工材（cái）生產國主要包（bāo）括中國、美國、俄羅斯、日本、歐洲。自2010 年以來，中國鈦加工材產量已居世界******位。
世界各國由於軍事、經濟及工業水平的不同，其鈦應用狀況有較（jiào）大的差（chà）異。在消費結構方麵，美國和俄羅斯以軍事為主航空航天分別占70%和60%，民用工業占30%和40%；中國和日本以民用為主，約占80~90%，而（ér）航空及軍工占10~20%。美（měi）國是航（háng）空航天大國，也是世界上***大的軍事強國。近年來其鈦加工材（cái）的（de）55%用於航空（包括軍用及民用航空器）、9%用於非航空軍工，25%用於（yú）工業，11%民用。與美國不同，日本鈦工業以民用（yòng）為主。其鈦材消費結構為： 化工32%、銷（xiāo）售業20%、汽車14%、民用11%、電力及海水淡化約10%、飛（fēi）機（jī）6%、建築、土木及海洋約3%，及其他（tā）4%。
目前， 俄羅斯鈦（tài）材主要用於航空和艦船， 分別占65%及26%。歐洲鈦應用主要集中在航空工業和民用工業， 前者占60%左右（yòu），後者占40%左右。歐洲有空中客車公司，有製造航空航天發動機的法（fǎ）國SAFRAN 公司和英國羅-羅公司， 其（qí）鈦產業主要是圍繞這些企業需求（qiú）來展開和發展（zhǎn）的。
主要消費領域是化工（約占52%）、電力（13%）、航空航天（11%）、體育（yù）休閑（5%）、冶金（6%）和真空製鹽（4%）等行業。根據（jù）30 家企業的統計，2015 年中國共生產鈦（tài）加工材48646t，從鈦（tài）產品結構方麵來看，板材占46.8%，棒材22.3%，管材13.2%，鍛件8.7%，鈦絲占0.9%、鑄件占3.3%，其他（tā）占4.8%。
由於鈦在高溫條件下化學性質******活潑（pō），易與氧、氮、碳、氫等元素發（fā）生反應，對提取純鈦造成極大影響，所以在鈦冶金史上（shàng）生產海綿鈦的工藝一直比較複雜（zá）。至今海綿鈦的生產工藝出現過很多種，但真正大規模工業化生產的隻有Kroll 法和Hunter 法，其他（tā）的方法或已淘汰，或仍停留在實驗室階段[4]。
Kroll 法（鎂熱還原法（fǎ））
Kroll 法於1937 年由William Kroll 提出，並於1948 年實現海綿鈦的工業規模生產。該法是（shì）目前世界上應用***廣的（de）海綿鈦生產工藝。Kroll 法是（shì）在密閉的鋼製反應器中進行的。將純金屬鎂放入反應器中並充滿（mǎn）惰性（xìng）氣體，加熱使鎂（měi）熔化，在800～900℃下，以一定的流速
通入TiCl4，使之與熔融的鎂反應。反應式為:
TiCl4+2Mg=Ti+2MgCl2
在反應溫度下，生成的MgCl2（熔點為（wéi）714℃）呈液態，可以及時（shí）排（pái）放出來。在900～1000℃及一定（dìng）真空度的條件下，將殘留的MgCl2和Mg真空蒸餾出去，獲得（dé）海綿狀金屬鈦。反應產（chǎn）物MgCl2電解再（zài）生Mg 和Cl2，循環再用。
Kroll 法（fǎ）在實際生產中也顯露出一些問題（tí）：如生產過程中產生（shēng）的廢氣廢水對環境有汙（wū）染；反應中鎂（měi）的利用（yòng）率低（約70％），損（sǔn）耗大；電（diàn）解MgCl2消耗的能源很大，約占總能耗的28％～34％。
Hunter 法（鈉（nà）熱還（hái）原法）
Hunter 法發明於1910 年，流程與（yǔ）Kroll 法類似，但（dàn）使用Na 為還原劑，基本反應式為:
TiCl4+4Na=Ti+4NaCl
由於鈦（tài）的低價（jià）化合物在熔鹽中溶解度較高。在反應（yīng）中，大部分TiCl4首先被Na 還原為（wéi）TiCl2
並溶（róng）解在熔融的NaCl 中，然後，這些TiCl2再被Na 進一步還原（yuán）為金屬（shǔ）鈦。整個還原過程均在惰性氣體Ar 保護（hù）下完成（chéng）。
Kroll 法和Hunter 法均不能連續生產，在（zài）生產過程中必須對反應爐進行裝料、高溫加熱、以及卸料操作（zuò），使其能耗高（gāo），周期長，生產成本比較高；且產品鈦呈海綿狀，必須（xū）對其進行雜質和（hé）固結等後（hòu）續加工，無法直接使用，使成本進一步（bù）增加。
由於Mg 比Na 更安全，且Kroll 法生產的海綿（mián）鈦經過破碎後的粒度更適合於熔煉，Cl-含量（liàng）較低，生產成本更（gèng）低，見上表，因此Kroll 法逐漸取代了Hunter 法，成為（wéi）當前海綿鈦生產的主導工業生（shēng）產法。世界上***後（hòu）一家采用Hunter 法生產海綿鈦的工廠已於1993 年關閉。
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