本文來（lái）自微信公眾號：【晨源鈦業（yè）】
海洋工（gōng）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、抗微生物附著、高韌性等特點。而鈦金屬質輕、高強、耐蝕，特別（bié）對鹽水或海水和海洋大氣環境的侵蝕有免疫能力（lì），是優質輕型結構材料，被（bèi）稱為（wéi）海洋金屬，是重（chóng）要的（de）戰（zhàn）略金屬材料。鈦金屬在（zài）海洋工程中具有（yǒu）廣泛的（de）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（liào）之一，因此，充分利（lì）用海洋材料（liào）——鈦及鈦合金，將（jiāng）有助於******海（hǎi）洋（yáng）戰略的發展。本文【材料+】將從產業（yè）狀況這個角度（dù）深度為大家解讀鈦合金材料。
鈦是（shì）地殼中（zhōng）分布***廣的元素之一，占地殼重量的0.61%，列居第9位。鈦資源僅次於鐵、鋁、鎂列居第4位。根（gēn）據USGS 2017年的數據，全球鈦礦（鈦鐵礦和金紅石）儲量約8.3億噸，其中（zhōng）鈦鐵礦占（zhàn）89%。我國鈦礦儲量約2.2億噸，占全球總儲量的26.4%，位居世界******。澳大利亞的鈦礦儲量占世界儲量的21.2%，居世界第二[1]。
鈦（tài）精礦可主要用於製作鈦白粉，同時還能製作酸渣、四氯化鈦、海綿鈦（tài）。鈦白（bái）粉主要應用於塗料、塑料、油墨、造紙等領域；海綿（mián）鈦經過熔鑄（zhù）加工，可製（zhì）取晶體結構致密的鈦錠，用於（yú）生產鈦材及各種鈦合金，廣泛應用於（yú）航空、船舶、化學、冶金、電力、醫藥等領域。
全球鈦精礦（kuàng）市（shì）場主要由鈦白粉和海綿鈦組成。其中（zhōng）鈦白粉占全球鈦精礦消費的90%，海綿鈦（tài）占4%，鈦白粉和（hé）海綿鈦的產量決定了鈦精礦（kuàng）的需（xū）求。
鈦適合海洋環（huán）境的特性[2]
公司發展至今已擁有一批******的進口設備 : 進口高精密CNC加工（gōng）銑床，CNC高精密加工車床，北京精密零件加工，進口模型批（pī）量（liàng）真空製作機， 高亮度（dù）uv機，噴（pēn）漆房（fáng），烤漆櫃，圖標文字絲印機，鐳（léi）雕激光機，噴砂（shā）機，打孔攻絲機、火花機、線切割設備等等。
1. 密度小、強度高、比強度大鈦的密度是4.51g/cm3，為鋼的57％，鈦比重不到鋁的兩倍，強度是鋁3倍。鈦的比強度是常用工業合金中***大的。高比（bǐ）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（shēn）潛（qián）器的下潛深度（dù）和有效（xiào）載荷，因此，鈦是海洋工（gōng）程必不可少（shǎo）的（de）關鍵結（jié）構材料。海洋新材料（liào）之海洋金屬鈦合金1. 密度小、強度高、比強度大鈦的（de）密度是4.51g/cm3，為鋼的57％，鈦比重不到（dào）鋁的兩倍（bèi），強度（dù）是（shì）鋁（lǚ）3倍。鈦的比強度是（shì）常用工業合金中***大的。高比強度可促（cù）進海工裝備的小型（xíng）化、輕量化（huà），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（qián）已知材料中（zhōng）抗常溫海水腐蝕性能***好（hǎo）的材料，即使在汙染的海水、熱海水（低於120℃）、海泥、流動海水（shuǐ）中均具有良（liáng）好的耐蝕性。其優異的耐蝕性是由於它具（jù）有很（hěn）好的自鈍化性，當受（shòu）到某種程度的破壞時，表麵氧化膜或鈍化膜可以很快自行修複和恢複。也就是說，在海洋中，鈦幾乎是不可腐蝕的，鈦表麵有一層附著力強而堅韌的氧化膜，故耐（nài）蝕性超過其他（tā）金屬。
在抗腐蝕設備設計中，可大幅度（dù）減少承載結構件厚度方向的腐蝕裕量，大大節約建造材料；抗腐蝕設備可與主體進行同壽命設（shè）計，減少維護頻（pín）次，大大降低維（wéi）護費（fèi）用（yòng），還可提升裝備服役能力；鈦製設備在海洋中使用時無需塗層保護，簡化了製造工藝，縮短（duǎn）了工期，降低了製造成本。
3. 耐海（hǎi）水衝蝕腐蝕和氣蝕
大部分材料都（dōu）存在臨界速度（dù），超過（guò）此速度表麵氧化膜就會被衝（chōng）刷掉而使腐蝕加速發生。這種（zhǒng）加速腐蝕就是衝蝕腐蝕。鈦管路的耐衝刷腐蝕能力遠高於銅及銅合金管，鈦在海水裏的臨（lín）界速（sù）度大於27米/ 秒（miǎo）。多種衝蝕腐蝕試驗表明鈦耐這種腐蝕的（de）能（néng）力非常強。鈦（tài）允許采用較小的管徑、較薄的管壁（bì）和較高的流速製造管路係統，實現設備小型化、輕量化。同時，耐氣蝕實驗表明，鈦是***耐氣（qì）蝕破壞的金屬（shǔ）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，提高設備的安全可靠性。
5 無磁
鈦無（wú）磁性，非常適（shì）合用於必須將電（diàn）磁波幹擾減少到***小的地方。用於潛艇，可極大限（xiàn）度地降低潛（qián）艇的磁性（xìng）物理場效應，從而減少其被反潛飛機磁探儀發現的可能；對於鈦製船舶、艦艇可增加隱蔽性，避免受（shòu）到磁性水雷的攻擊。用於潛艇（tǐng）殼體，不會引起水雷的爆炸。同時，還有（yǒu）利於提高探測儀器及工具的抗（kàng）磁幹擾能（néng）力，保（bǎo）證信號的準確性。
6. 高（gāo）透聲係（xì）數
鈦用做潛（qián）艇（tǐng）和航母的聲呐導流罩材料，可提高設備的聲呐（nà）探測靈敏度和探測距離，提高裝備的效能與安全可靠性。
7. 優良的加工性能
鈦金屬機械加工性能好，可製（zhì）成（chéng）各種形（xíng）狀、各種規格的實用工程材料，包括板、棒、管、絲、帶、箔、鍛件、鑄件、焊件（jiàn）等；絕大多數鈦及其合金具有良好的可焊性，焊縫強度係數可達0.9 以上；鈦金屬焊後很（hěn）少產生延遲裂（liè）紋，其設備（bèi）一般無需焊（hàn）後熱處理，有（yǒu）利（lì）於船舶（bó）和海洋工程等大型（xíng）工程裝備的建（jiàn）造。
8. 綠色循環利（lì）用
鈦金屬製品在海洋環境中的使用壽（shòu）命長（zhǎng），報廢後經解體回爐，可加工成較低級別的鈦合金（jīn）材料使用（yòng），且其重量損失極少，回收率（lǜ）高。
海綿鈦
鈦（tài）工業的流程較為簡單，可分為兩條（tiáo）路徑：一是以鈦鐵礦或金紅石為原料加工生產出高純度的四氯（lǜ）化鈦，再用鎂（měi）作為還原劑將（jiāng）四氯化（huà）鈦中的鈦還原出來，即（jí）可得（dé）到海綿鈦（tài）；二是將原料直接加工獲得鈦白粉。
據中國化工製造網（wǎng）的數據顯示，全（quán）球90%的鈦被用（yòng）來生產鈦白粉，隻（zhī）有4%用在生（shēng）產海綿鈦，6%用於其他方麵。我國是世界上四個擁（yōng）有從礦（kuàng）石處理到鈦材生產完整（zhěng）工業體係的******之（zhī）一，也是鈦鐵礦儲量（liàng）***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、哈薩克斯坦和（hé）烏克蘭6個******生產（chǎn）海（hǎi）綿鈦， 且（qiě）生產工藝全部采用Mg還原法。中國海綿鈦生產能力位居（jū）******，占全球產能的49%，其次是日本19%和俄羅斯（sī）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（zuǒ）右的水平。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（lǜ）持續降低。從其他******來看，美國、俄羅斯、烏克蘭的海綿鈦產量保（bǎo）持平穩（wěn），哈薩克斯坦及日本產量有所減少。海洋新材料之海洋金屬鈦合金全（quán）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******生產海綿鈦， 且生產工藝全部采用Mg還原法。中國海綿鈦生產能力位居******，占（zhàn）全球產能的（de）49%，其次是日本（běn）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（lái）海綿鈦行業陷入全行業虧損的困境，企業總（zǒng）體開工率持續降低。從其他******來看，美國（guó）、俄羅斯、烏克蘭的海綿鈦產量保持平穩，哈薩克斯坦及日本產量有（yǒu）所減少。
鈦材加工
由於熔煉工藝複雜、加工難度大，目前世（shì）界上（shàng）僅有美國、俄羅斯、日本、中國四個******掌握完整的鈦工（gōng）業生產技術，形成四強稱雄的格局。此外歐（ōu）洲雖然沒有海綿鈦工業，但是鈦加工材和應用技術處於世界******水平。鈦加工材生產國主（zhǔ）要包（bāo）括中國（guó）、美國、俄羅斯、日（rì）本（běn）、歐洲（zhōu）。自2010 年以（yǐ）來，中國鈦加工材產量已居世界******位。
世界各國由於軍（jun1）事、經濟及（jí）工業水平的不（bú）同，其鈦應用狀況有較大的（de）差異。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（hé）60%，民用工業占30%和40%；中（zhōng）國和日本以民（mín）用為主，約占（zhàn）80~90%，而航空及軍工占10~20%。美國是航空航天大國，也（yě）是（shì）世界（jiè）上***大的軍事強國。近年來其鈦加工材（cái）的55%用於航空（包（bāo）括軍（jun1）用及民用航空器（qì））、9%用於非航空軍（jun1）工，25%用（yòng）於工業，11%民用。與美國不同，日本鈦工業以（yǐ）民用為主。其鈦材消（xiāo）費結構為： 化工32%、銷售業20%、汽車14%、民用11%、電力及（jí）海水淡化約10%、飛機6%、建築、土木及海洋約3%，及其他（tā）4%。
目前， 俄羅（luó）斯鈦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，後者占40%左右（yòu）。歐洲有空中客車公司，有製造航空（kōng）航天發動機的法國SAFRAN 公司和英國羅-羅公司， 其鈦產業主要（yào）是圍繞這些企業需求來展開和發展的。
主要消費領域（yù）是化工（約占52%）、電力（13%）、航空（kōng）航天（11%）、體育休閑（5%）、冶金（6%）和（hé）真空製鹽（4%）等行業。根據30 家企業（yè）的統（tǒng）計，2015 年中國共生產鈦加工材48646t，從鈦（tài）產品結構方麵來看，板材占46.8%，棒材22.3%，管（guǎn）材13.2%，鍛件8.7%，鈦絲占0.9%、鑄件占3.3%，其他占4.8%。
由於鈦在高溫（wēn）條件下化學性質******活潑，易與氧、氮、碳、氫等元素發生（shēng）反應（yīng），對提（tí）取純鈦造成極大（dà）影響，所以在鈦冶金（jīn）史上生產海綿鈦的工藝一直比較複雜。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（shēng）產的隻有Kroll 法和Hunter 法（fǎ），其他的方法或已淘汰，或仍停留在實驗室階段[4]。
Kroll 法（鎂熱還原法）
Kroll 法於1937 年（nián）由（yóu）William Kroll 提出，並於1948 年實現海綿鈦（tài）的工業規模生產。該（gāi）法是目前（qián）世界上應用***廣的海綿鈦生產工藝。Kroll 法是在密閉的鋼（gāng）製反應器中進行的。將（jiāng）純（chún）金（jīn）屬（shǔ）鎂放入反應器中並（bìng）充滿惰性氣體（tǐ），加熱使（shǐ）鎂熔化（huà），在800～900℃下，以一定的流速（sù）
通入TiCl4，使之與（yǔ）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714℃）呈液態，可以及時排放出來。在（zài）900～1000℃及（jí）一定真空（kōng）度的條件（jiàn）下，將殘留的MgCl2和Mg真空蒸餾出（chū）去，獲得海綿狀金屬鈦。反應產物MgCl2電解再生Mg 和Cl2，循環再用。
Kroll 法（fǎ）在實際生產中也顯露出一些問題：如生產過程中產生的廢氣廢水對環（huán）境有汙染；反應中鎂的利用率低（dī）（約70％），損耗大；電解（jiě）MgCl2消耗的能源很大，約占總能耗的28％～34％。
Hunter 法（鈉熱（rè）還原法）
Hunter 法發明於1910 年，流程與Kroll 法類似，但使用（yòng）Na 為還原（yuán）劑，基（jī）本反應式為:
TiCl4+4Na=Ti+4NaCl
由於鈦的低價化合物在熔鹽中溶解度較高。在反應中，大部分TiCl4首（shǒu）先被（bèi）Na 還原為TiCl2
並溶解在熔融的NaCl 中，然後，這些TiCl2再被Na 進一步還原為金屬鈦。整個（gè）還（hái）原過程（chéng）均（jun1）在惰性氣體Ar 保護下完成。
Kroll 法和Hunter 法均不（bú）能連續生產（chǎn），在生產過程中必須對反應爐（lú）進行裝料、高溫加熱（rè）、以及卸料（liào）操作，使其能耗高，周期長，生產成本比較高；且產品鈦呈海綿狀，必須對其（qí）進行雜質和固結等後續加工，無（wú）法直接使用，使成本（běn）進一步增加。
由於Mg 比Na 更安全，且Kroll 法（fǎ）生產的海綿鈦經（jīng）過破碎後的粒度更適合於熔（róng）煉，Cl-含量較低，生產成（chéng）本更低，見上表，因此Kroll 法逐漸取代了（le）Hunter 法，成為當前海綿鈦生產的主導工業生產法。世界上***後一（yī）家采用Hunter 法生產海綿鈦的工廠已於1993 年關閉。
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