日本鈦產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊

日本鈦產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊

1 日本鈦產(chǎn)業(yè)概況

日本從 1952年成功制成海綿鈦至今,已擁有完整的鈦產(chǎn)業(yè)鏈,其產(chǎn)業(yè)結構合理,技術先進,成本不斷降低;在民用鈦及鈦合金的研究方面保持著世界領先地位,特別是不斷開發(fā)出多樣化的鈦制日常消費品。

日本海綿鈦的生產(chǎn)能力約占世界的 1/4,除用于國內(nèi),高品質(zhì)的海綿鈦也出口美國。2002年日本海綿鈦出庫量曾一度名列世界首位,約占全球5.4萬 t的 43%。日本的鈦加工材以純鈦為主,近年來一直穩(wěn)定增長,2008年達到 4.6萬 t。日本以生產(chǎn)純鈦薄板為母材的焊接管材而著稱,其中 70%為純鈦帶材制品,大量出口美國、歐洲和中國。

日本海綿鈦企業(yè)有 2家:大阪鈦(OSAKA)和東邦鈦(Toho),已生產(chǎn)出單坨 10 t的海綿鈦坨,2011年產(chǎn)能將達到 6.74萬 t。生產(chǎn)鈦錠的企業(yè)有 4家:東邦鈦、神戶制鋼所、大阪鈦和大同特殊鋼,采用真空電弧熔煉 (VAR)、電子束熔煉 (EBR)和等離子電弧熔煉(PBR),可生產(chǎn)單錠 9 t的鈦錠,產(chǎn)能總計達到 4.32萬 t。鈦材生產(chǎn)以神戶制鋼所的種類最為齊全,包括板、棒、管、線等各種鈦材制品,其次是住友金屬和新日鐵,另有大同特殊鋼、JFE、古河電氣等。

日本的鈦研究在全球起著主導作用,尤其是在鈦的民用領域。在 2003年的第 10屆世界鈦會上,日本共發(fā)表論文 77篇,僅次于東道主德國 (89篇),居第二位。日本早期沒有鈦專業(yè)學術團體,鈦學術活動在日本金屬學會和鋼鐵協(xié)會中進行。鈦研究開發(fā)機構以鋼鐵廠家為中心,此外冶煉廠、汽車廠、重工業(yè)廠家以及各用戶企業(yè)、大學、材料研究機構等也具備不同程度的研發(fā)力量。1952年日本鈦協(xié)會成立,這是世界上第一個鈦協(xié)會,現(xiàn)有會員 200家,已成為科研、制造、市場以及國際溝通的橋梁紐帶。

2 日本鈦應用

與美國 (鈦材 70%用于航空航天)不同,日本95%的鈦材用于航空之外的領域,如化工、電力、海水淡化、汽車、摩托車、建筑、醫(yī)療、電子、體育休閑、機械加工等。出口鈦材應用最多的是在板式換熱器(PHE)和電力方面。為了加速拓展鈦的民用市場,日本還開發(fā)了一些新型鈦合金,如高溫鈦合金、高強度鈦合金、耐蝕鈦合金及低成本鈦合金。(1)航空航天 近年來,日本著力開拓鈦在航空航天工業(yè)領域的應用,其代表性成果為住友金屬公司研制的航空發(fā)動機 (曾在 2007年日本京都舉行的第

11屆世界鈦會的展會上展出)。航空航天工業(yè)用鈦比例有所提高,但僅占全部消耗的 2%～3%。

(2)化工 用于化工的鈦材平均每年占總量的 30%, 2008年最高達到 4 605 t,占總應用市場的 45%,主要用于換熱器、反應塔、尿素合成塔、次氯酸鈉罐等化工設備。

(3)電力與海水淡化 電力和海水淡化工業(yè)用鈦約占總量的 20%。電力鈦材主要用于核電站冷凝器管,海水淡化鈦材主要用于蒸發(fā)器。

(4)汽車與摩托車 日本鈦應用發(fā)展最快的領域是汽車和摩托車,用鈦量從 1997年的 103 t增至 2006年的 1 500 t。主要用于以下部件:發(fā)動機氣閥、連桿和曲軸、排氣管、懸簧、消音器、車體和緊固件等,本田、雅馬哈公司生產(chǎn)的 600cc摩托車使用鈦制氣閥、彈簧、排氣管和消音器等部件后,減重、防腐蝕和提高燃燒率效果明顯。中高檔轎車和摩托車用鈦量仍在增長,發(fā)展勢頭依然很猛。

(5)建筑 日本開發(fā)建筑用鈦已有 28年的歷史,目前已有上百座建筑物使用了鈦材。由于日本是一個太平洋島國,其建筑多在海洋大氣的環(huán)境中,因此,日本許多建筑中都采用了鈦這種耐腐蝕材料。如日本東京有明國際展覽館和日本島根縣立美術館使用了大量鈦材料,一些橋梁、寺廟等也使用了鈦材。日本專家認為,使用鈦材從長期來看,費用比不銹鋼和鋁還廉價,而且鈦材還具有漂亮的金屬質(zhì)感,能烘托出現(xiàn)代、時尚的氣氛。

(6)體育休閑 鈦在高爾夫球頭、眼鏡方面的應用。日本神戶制鋼所用 Ti-15M o-3A l這種鈦合金,通過改進薄板制造時的熱處理條件,研制出一種新型的高爾夫球頭,其耐撞擊強度、易撓曲特性和反彈系數(shù)均優(yōu)于以往產(chǎn)品。日本豐田中央研究所開發(fā)了一種新型多功能鈦合金,被稱為橡膠金屬,比普通金屬高2.5%的彈性變形,不會產(chǎn)生冷加工硬化,可進行斷面收縮達99.9%的冷加工,目前這種新型多功能鈦合金多用于眼鏡架。

(7)計算機 2003年以后,日本在電腦內(nèi)部設備材料中大幅度增加鈦的應用。一些日本的超級技術企業(yè)在新材料采用方面,已經(jīng)領先于歐美企業(yè)。松下公司將鈦制零件用于高速DVD光驅(qū)和DVD刻錄機中,機器的耐磨、減震作用明顯,精確度提高,壽命延長。

(8)醫(yī)療 在醫(yī)用鈦合金方面,豐橋技術科學大學教授開發(fā)的生物用低彈性高強度β型鈦合金Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr的延伸率為 20%,強度為600M Pa,不含有害成分,可用于醫(yī)用植入材料及牙科治療。

(9)其它 據(jù)稱,日本已開展鈦表面氧化處理研究,以制造光觸媒。此類光觸媒具有除污、除臭、抗菌及空氣凈化的作用,在業(yè)界受到相當大的關注。此外,日本還發(fā)明了鈦金屬牙刷,無需牙膏就可去除齒菌斑。鈦在欄桿、照相機、保溫瓶、廚房用具,家具等中的應用也日漸擴大。

日本鈦產(chǎn)品在近兩屆中國舉辦的鈦展會(TiEXPO)上得到了集中展示,主要有鈦工藝品、首飾、建材、運動器材、戶外用品、廚房用品等。產(chǎn)品做工精細,技術含量高,備受關注。

3 鈦鋼共生是日本鈦工業(yè)成功之路

日本沒有獨立的鈦加工廠,其鈦加工都在鋼廠中進行,鋼廠兼生產(chǎn)鈦材,這是日本鈦業(yè)發(fā)展的成功之路。當前世界鈦業(yè)發(fā)展的最大共性難題是降低成本,日本采用的鈦鋼共生法正是降低成本、提高效益的有效途徑。鈦的加工非常接近不銹鋼的加工,利用鋼廠現(xiàn)成的先進技術和設備進行鈦加工,既節(jié)約資金,又能保證鈦加工設備的先進性,使設備得到充分的利用,從而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

日本鈦產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊。日本在鈦熔煉和制造方面有很強的競爭力,且民用鈦具有絕對優(yōu)勢,在海洋溫度差發(fā)電、燃料電池、汽車摩托車等方面的用鈦處于新的發(fā)展中。隨著新技術、新產(chǎn)品的開發(fā)新市場的繼續(xù)開拓,成本的進一步降低,以應用為立業(yè)之本的日本鈦產(chǎn)業(yè)前途將更加輝煌。

(邰旃供稿)