金属钛的应用现状及展望

1金属钛的应用现状及展望郝斌2010年8月2金属钛的应用现状及展望一、钛的历史二、钛的资源三、钛的特性四、钛的发展五、钛在国内外各行业的应用六、钛的国际应用前景展望3一、钛的历史1791年,英国矿物学家和化学家WilliamGregor发现了钛元素1795年,德国化学家MartinHeinrichKlaproth分解出氧化钛1910年,才提炼出金属钛1932年,卢森堡化学家WJKroll实现了钛的工业化制取至今,仍然用”Kroll”法生产海绵钛钛的发现4一、钛的历史钛的发展和应用历程5二、钛的资源（1）钛储量丰富，结构金属中仅次于Al、Fe、Mg，居第四位。金属元素名称AlFeMgTi丰度8.135.02.090.44Ti丰度为Ni、Zn、Cu、Co、Pb、Sn、W、Mo、Sb、Ag、Pd、Au等12种金属总丰度的10倍（2）钛矿以钛铁矿为主，占94%钛铁矿6.8亿吨中国最丰富金红矿0.4亿吨中国少合计7.2亿吨6（3）钛铁矿储量中国第一2009年世界钛铁矿储量及分布情况地区储量（万吨）占世界储量比例%排名中国2000029.41澳大利亚1300019.12印度850012.53南非63009.34巴西43006.35其它国家1590023.4合计680001002009年我国进口钛矿148万吨（越南、澳大利亚、印度）7三、钛的特性•钛的称谓：战略金属正在崛起第三金属空间金属、海洋金属、人体植入金属、全能金属21世纪金属•高性能结构金属•比强度最大的金属•钛的三大特点：性能优、储量大、用途广，潜在市场巨大8四、钛的发展1、海绵钛生产：海绵钛产量（2009）国家产量（万吨）占世界比例%世界排名中国4.0830.51俄罗斯2.6019.42日本2.5018.73哈萨克斯坦2.0015.04美国1.6011.95乌克兰0.604.56合计13.3810092、钛材的生产2009年世界钛材产量地区产量（万吨）占世界比例%世界排名美国3.2034.11中国2.4926.52独联体1.8019.13日本1.2012.84欧洲0.707.55合计9.391002003年2008年增长率5.82万吨12.93万吨122%近五年，世界钛材产量增长迅速10中国钛行业的发展现状01000020000300004000050000产量（ｔ）近十年我国海绵钛和钛材的产量（ｔ）海绵钛19052463332841124809951118037452004963240785钛材20003646548270809292996312808236402773724965200020012002200320042005200620072008200911中国钛行业的发展现状0200004000060000消费量（ｔ）近几年我国海绵钛和钛材的消费量（ｔ）海绵钛521568796588934416634405523975441860钛材623775081062990171398519728240682330620022003200420052006200720082009123、世界钛产业动向海绵钛生产企业和产能钛材生产企业和钛锭产能美国Tｉｍｅｔ(1.6万）ATI（1.9万）Tｉｍｅｔ（3.2万）ATI（3万）RTI（0.8万）日本住友钛（3.2万、1万吨）东邦钛公司（2.6万、1.9万吨）神户制钢（1.3万吨）、住友金属和新日铁公司独联体俄罗斯：VSMPO－AVISMA（3.2万）哈萨克斯坦：UK－TMP工厂（2.3万）乌克兰：Z-TMC工厂（1.2万）俄罗斯：VSMPO－AVISMA（6万）1、生产企业132、世界海绵钛产量及产能预测（t）2005200620072008200920102011产能产量产能产量美国8900890012300123001400020300310003100031000乌克兰79507950900090001200012000120001200012000哈萨克斯坦230001700023000230002300023000230002300023000俄罗斯280002080029500295003250035000350003500035000日本306003060039000390003970039700600006600066000中国950095003000018000500007000090000100000130000合计107950101950142800125800171200200000251000267000297000143、近三年世界钛加工材产量国别2007年2008年2009年产量（t）比例%产量（t）比例%产量（t）比例%美国3320029.04300033.13200034.0日本1908716.71800013.81200012.8独联体2754024.12700020.81800019.2欧洲110009.61400010.870007.4中国2364020.62770021.42496526.6合计11446710012970010093965100154、中国钛产业动向（1）钛产业已向全国扩展，星罗棋布除新疆和西藏外，其它各省市都有钛产业钛产业竞争激烈（2）扩建和新建中的大型钛项目很多海绵钛5000吨/年以上有10家总产能超过10多万吨加工材5000吨/年以上有12家，钛熔铸能力超过10万吨/年。164、中国钛产业动向地区/单位大型建设项目云南楚雄、昆钢海绵钛1万吨，钛材2万吨、钛白6万吨湖南金天钛材7000吨河南双瑞海绵钛1万吨，钛材5000吨，精铸300万件宝钢钛材1万吨唐山天赫海绵钛1.5万吨辽宁和世泰钛材5000吨辽宁抚钢钛材2000吨黑龙江佳木斯海绵钛3万吨宁夏东方钽业钛材3000吨上海桦厦钛材3000吨17中国钛地图海绵钛产地钛材产地18四、钛在国内外各行业的应用1、钛的应用概况6、钛在汽车行业的应用2、钛在航空工业的应用7、钛在体育休闲业的应用3、钛在航天工业的应用8、钛在医疗行业的应用4、钛在舰船制造业应用9、钛在建筑行业的应用5、钛在化工行业的应用10、钛在电力行业的应用11、钛在其它方面的应用19Ti陆地太空飞机火箭导弹卫星飞船人体日用品医疗器械植入体生活用品工艺品体育用品海洋舰船核潜艇深潜器海上建筑海上养殖采油采矿海水淡化一般工业化工冶金汽车建筑……1、钛的应用概况201、钛的应用概况•钛具有十分优异的性能，因而得到了广泛应用。•其应用领域主要有：航空航天、舰船制造、化工石化、交通运输、兵器、海洋、电力、建筑、冶金、医疗、运动器械、生活用品和轻工业等。•美国和俄罗斯的大部分钛加工材是应用在航空航天领域，约占80%左右，与之相反的是，日本和中国则是将80%应用于化工、一般民用工业及民生用品领域。21近年来世界钛材的主要应用领域（军用、民用客机及一般工业）用钛量及预测世界钛材需求量及预测2201020304050化工航空航天船舶冶金电力医药制盐海洋工程体育休闲其它2006年2007年2008年2009年近年来我国钛材在不同领域的应用比例232、钛在航空工业的应用单机用钛量(t)-3.9216.0836.0856.0876.0896.08116.08136.08A320737757A330767747777A380A350787242、钛在航空工业的应用世界民用客机用钛量及预测252、航空工业的应用A380客机用钛146吨国外民机(以空客A380为例)：26内襟翼之间的轴与机翼折叶轨滚道后缘轴部件折叶3个加强筋吊舱蒙皮附口连接环翼前隔板部分吊架推进部件前缘前支架部分着陆装置可焊缝翼(条)轨空客A380各部位用钛介绍：27Ti1023钛合金在A380飞机起落架上应用单重3210kg,世界最大的钛锻件28高压涡轮镍基合金燃烧室镍基合金高压压气机钛合金低压压气机钛合金低压涡轮叶片后2级-TiAl合金48-2-2风扇钛合金钛合金制飞机发动机293、钛在航天工业中的应用•钛在航天工业中起到了减轻发射重量、增加射程和节省费用的作用，是航天工业的热门材料。在火箭、导弹和航天工业中可用作压力容器、燃料贮箱、火箭发动机壳体、火箭喷嘴套管、人造卫星外壳、载人宇宙飞船船舱（蒙皮及结构骨架）、起落架、登月舱、推进系统等。303、钛在航天工业中的应用•钛在航天工业中的应用实例如下：（1）贮存压缩气体的压力容器。“徘徊者”卫星和助推器共用了14个钛容器，共减轻重量272kg。（2）贮存液体推进剂的压力容器。“阿波罗”飞船上使用了50个左右的压力容器，有85%是钛制的。大力神Ⅲ过渡级发动机，改用钛合金推进剂贮箱后重量减轻35%。（3）固体燃料火箭发动机壳体。“民兵”洲际导弹第二级火箭发动机采用了Ti64合金重量减轻30-40%。（4）液体燃料火箭发动机壳体。“阿波罗”登月舱下降发动机燃烧室的承压壳是由Ti64合金制成。（5）钛合金还广泛用于各种结构件。“水星”号宇宙飞船的压力舱主要为钛材，占座舱重量的80%。“双子星座”号宇宙飞船所用钛合金牌号有7种，使用钛件570kg，占结构重量的84%。“阿波罗”号宇宙飞船的托架、夹具和紧固件均用钛制成，共使用68t钛材。(见下图)313、钛在航天工业中的应用阿波罗航天飞船和火箭用钛68吨324、钛在舰船制造业的应用•钛及钛合金广泛应用于核潜艇、深潜器、原子能破冰船、水翼船、气垫船、扫雷艇，以及螺旋桨推进器、鞭状天线、海水管路、冷凝器、热交换器、声学装置、消防设备上，主要合金有工业纯钛、Ti64、Ti64ELI、Ti-6Al—2Nb—1Ta—0.8Mo、Ti—3Al-2.5V、ПT-3B、ПT-7M等。334、1核潜艇•俄罗斯在建造钛合金核潜艇研究和制造技术上，处于国际领先地位，也是用钛合金最先建造耐压壳体的国家。高峰时期，潜艇用钛合金厚板和管材的年需求量曾达万吨。从20世纪60年代起，俄罗斯研制的核潜艇已有4代，世界第一艘K162号全钛核潜艇于1968年12月下水，己运行了30多年。俄罗斯于1970年建造第一艘“ALFA”级核潜艇，70-80年代又相继造了6艘，每艘用钛约3000t，最大下潜深度914m。最典型的俄罗斯台风级核潜艇，其双层外壳共用钛9000t，其最大下潜深度500m，持续潜航时间达到120天。该艇于1977年开工建造，1981年服役，在俄罗斯军事防御工程中具有举足轻重的地位。344、1核潜艇俄罗斯台风级核潜艇共用钛材9000t35俄罗斯核潜艇群潜艇钛合金声纳导航罩特点：耐蚀、透声性好364、2深潜器、救援艇，舰船部件•美国、日本、法国先后都建造深潜器，采用钛和钛合金制造耐压壳体。其中，Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo合金用于制造美国Aivin号、Sea-Cliff号深潜器的壳体；Ti-6Al-4VELI合金用于法国SM97号、美国Aivin号的浮力球、日本“深海2000”号、美国海军深海救援艇（DSRV）的壳体、浮力球等。374、2深潜器、救援艇，舰船部件7000m潜深载人深潜器：钛耐压壳体384、3舰船制造业的其它钛应用•其他应用还有：俄罗斯原子动力破冰船上使用的钛制蒸汽发动机、热交换器，比不锈钢制品的使用寿命延长数十倍。1985年，日本东邦钛公司与藤新造船所共同建造了“摩利支天II号”全钛制快艇。钛合金制声纳导流罩应用于库尔斯克号核潜艇、“明斯克”航母、“基辅”号航母，以及我国购置的K877艇、K636艇、956舰上。各种舰船上钛合金螺旋桨的使用寿命超过铜合金桨的5倍以上。钛合金制各种泵、阀、管的使用寿命远远大于铜或不锈钢制品。395、钛在化工行业的应用•钛材在化学和石化工业中应用，有电解槽（电极）、反应器、浓缩器、分离器、热交换器、冷却器、吸收塔、连接配管、配件（法兰盘、螺栓、螺母）垫圈、泵、阀等。化学工业用钛量最大行业是氯碱制造，占总用钛量的50%，其次是纯碱占20%，塑料占17%，有机化工占10%，无机化工占3%。在用钛的各种化工设备中换热器最多，占钛材用量的52%，其次为阳极占24%、容器、管和泵阀占19%，其他占