鈦及鈦合金鑄錠生產(chǎn)現(xiàn)狀及其標(biāo)準(zhǔn)化

馮軍寧,陳 峰,李獻(xiàn)軍

(寶雞鈦業(yè)股份有限公司,陜西 寶雞 721014)

鈦及鈦合金鑄錠生產(chǎn)現(xiàn)狀及其標(biāo)準(zhǔn)化

馮軍寧,陳 峰,李獻(xiàn)軍

(寶雞鈦業(yè)股份有限公司,陜西 寶雞 721014)

分析了鈦及鈦合金鑄錠熔煉技術(shù)現(xiàn)狀及鑄錠的產(chǎn)能、產(chǎn)量情況。闡述了寶鈦集團(tuán)有限公司、寶雞鈦業(yè)股份有限公司編制的《鈦及鈦合金鑄錠》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中檢驗(yàn)項(xiàng)目和指標(biāo)的確定依據(jù)、目的和作用。制定該標(biāo)準(zhǔn)不僅有利于促進(jìn)鈦及鈦合金鑄錠的質(zhì)量控制,而且可有效指導(dǎo)需方的采購(gòu)、供方的生產(chǎn),促進(jìn)生產(chǎn)、交易的規(guī)范化。

鈦及鈦合金;鑄錠;標(biāo)準(zhǔn)化

1 前 言

我國(guó)鈦及鈦合金鑄錠的生產(chǎn)起步于 20世紀(jì) 50年代,1964年實(shí)現(xiàn)了鈦加工材的工業(yè)化生產(chǎn)。隨著人們對(duì)鈦特性認(rèn)識(shí)的普及,鈦具有的比強(qiáng)度高、耐腐蝕、無磁性、低阻尼、高低溫性能好、與碳復(fù)合材料的相容性好、生物相容性好等突出優(yōu)點(diǎn)被充分發(fā)掘并應(yīng)用,被人們譽(yù)為“太空金屬”和“海洋金屬”,已被廣泛用于航空航天、艦船、海洋工程、化工、電力、冶金、醫(yī)療、體育休閑等行業(yè)。世界各國(guó)對(duì)鈦的需求量逐年遞增,尤其是進(jìn)入 21世紀(jì)后的近 10年,增幅更快。因此,鈦的使用情況也將成為衡量一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的重要指標(biāo)之一。然而,由于鈦及鈦合金鑄錠生產(chǎn)設(shè)備的特殊性和其成分均勻性控制技術(shù)較難掌握,以及設(shè)備能力等因素限制,選擇購(gòu)買成品鑄錠是一些鈦材加工企業(yè)解決原材料的最佳決定。2009年,我國(guó)鈦錠的生產(chǎn)能力已達(dá)到82 900 t/a[1],實(shí)際生產(chǎn)鈦錠 41 164 t[1]。我國(guó)富足的鈦錠生產(chǎn)能力不僅滿足了國(guó)內(nèi)生產(chǎn)鈦加工材的需求,而且由于國(guó)內(nèi)鈦錠低廉的價(jià)格大大促進(jìn)了鈦錠出口形勢(shì)的改善。

國(guó)內(nèi)目前尚無鈦及鈦合金鑄錠專用的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。為便于交易,部分企業(yè)制定了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或與用戶簽訂供貨技術(shù)文件,這些技術(shù)文件在一段時(shí)期內(nèi)促進(jìn)了鈦錠的交易。國(guó)外也未發(fā)現(xiàn)專用標(biāo)準(zhǔn),目前出口鈦錠的技術(shù)要求主要采用用戶的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),如波音公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、日本先進(jìn)材料公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、寶雞鈦業(yè)股份有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。在此背景下,由寶鈦集團(tuán)有限公司、寶雞鈦業(yè)股份有限公司于 2007年提出方案經(jīng)國(guó)標(biāo)委批準(zhǔn)編制了《鈦及鈦合金鑄錠》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2 鈦及鈦合金鑄錠的生產(chǎn)現(xiàn)狀

2.1 鑄錠熔煉技術(shù)現(xiàn)狀

眾所周知,鈦具有化學(xué)活性強(qiáng)、熔點(diǎn)高以及間隙雜質(zhì)含量對(duì)其性能影響極為敏感等特點(diǎn),使得鈦及鈦合金鑄錠的熔煉必須在真空或惰性氣氛下進(jìn)行,因此給鈦及鈦合金鑄錠的化學(xué)成分、成分均勻性控制以及冶金質(zhì)量控制等技術(shù)提出了很高的要求。目前,該技術(shù)只有美國(guó) (Tim et、RTI等公司)、日本(神戶制鋼、住友、東邦等公司)、俄羅斯 (Vsmpo等公司)、中國(guó)等少數(shù)國(guó)家掌握。尤其是大規(guī)格鈦合金鑄錠的成分均勻性控制技術(shù)[2],是目前生產(chǎn)特殊用途和大規(guī)格、高品質(zhì)的鈦及鈦合金制品的關(guān)鍵。

由于美國(guó)、日本、俄羅斯等國(guó)家自 20世紀(jì)早期就開始了鈦及鈦合金鑄錠的工業(yè)化生產(chǎn)研究,積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),對(duì)鈦及鈦合金鑄錠的熔煉技術(shù)掌握早于國(guó)內(nèi)。國(guó)內(nèi)一般用途的中小規(guī)格鈦及鈦合金鑄錠熔煉技術(shù)已成熟,中等規(guī)模以上企業(yè)已基本掌握,小企業(yè)有待提高。重要用途的鈦合金鑄錠和大規(guī)格鈦及鈦合金鑄錠熔煉技術(shù)僅有寶雞鈦業(yè)股份有限公司等少數(shù)企業(yè)掌握。

2.2 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀

圖1給出了 2005～2009年中國(guó)鈦及鈦合金鑄錠的產(chǎn)能和產(chǎn)量情況[1,3-6]。從圖1中可以看出,我國(guó)鑄錠的產(chǎn)量由 2005年的 16 230 t增加到 2009年的41 164 t,是 2005年的 2.54倍;產(chǎn)能由 2005年的33 800 t增加到 2009年的 82 900 t,是 2005年的2.45倍。

圖1 2005～2009年中國(guó)鈦及鈦合金鑄錠產(chǎn)能和產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)Fig.1 Capacity and output of titanium and titanium alloy ingot in China from 2005 to 2009

2005～2009年,各年度鈦及鈦合金鑄錠的產(chǎn)能富余量分別為 17 570,18 480,13 831,29 492,41 736 t,富余產(chǎn)能占總產(chǎn)能的百分率分別為 52%,46%, 29%,43%,50%。不難看出,2005～2007年,產(chǎn)能的富余量呈遞減態(tài)勢(shì),2007年以后產(chǎn)能的富余量呈擴(kuò)大趨勢(shì),表明 2007年后各生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)備投入和已投入運(yùn)行的設(shè)備量擴(kuò)大。

3 鈦及鈦合金鑄錠標(biāo)準(zhǔn)化

我國(guó)雖然自 20世紀(jì) 60年代開始了鈦及鈦合金加工材的生產(chǎn),然而近半個(gè)世紀(jì)以來卻沒有鈦及鈦合金鑄錠的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或是地方標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際的生產(chǎn)交易過程中,主要使用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或由供需雙方協(xié)商確定技術(shù)要求。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因是由于長(zhǎng)期以來國(guó)內(nèi)鈦及鈦合金產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用范圍較小造成的。進(jìn)入 20世紀(jì) 90年代后期,隨著技術(shù)的進(jìn)步和各行業(yè)對(duì)鈦及鈦合金產(chǎn)品認(rèn)識(shí)的提高,尤其是近 10年,國(guó)際和國(guó)內(nèi)各行業(yè)對(duì)鈦產(chǎn)品需求量擴(kuò)大,共同促進(jìn)了國(guó)內(nèi)鈦行業(yè)的飛速發(fā)展。國(guó)內(nèi)各種規(guī)模的鈦生產(chǎn)加工企業(yè)猶如雨后春筍,遍布國(guó)內(nèi)迅速崛起,不完整的生產(chǎn)流程促進(jìn)了鈦及鈦合金鑄錠的交易量的擴(kuò)大。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)統(tǒng)一部署,并按照國(guó)標(biāo)委綜合[2007]100號(hào)《關(guān)于下達(dá) 2007年第五批國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃的通知》要求,由寶鈦集團(tuán)有限公司和寶雞鈦業(yè)股份有限公司起草《鈦及鈦合金鑄錠》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),項(xiàng)目計(jì)劃編號(hào) 20079136-T-610,于 2008年完成編制和報(bào)批工作,現(xiàn)等待標(biāo)準(zhǔn)批準(zhǔn)發(fā)布。

該標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)鈦及鈦合金生產(chǎn)加工、鑄造用鑄錠制定的新標(biāo)準(zhǔn),主要內(nèi)容及技術(shù)指標(biāo)如下。

3.1 生產(chǎn)設(shè)備

針對(duì)目前鈦及鈦合金鑄錠行業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)狀,該標(biāo)準(zhǔn)中推薦使用最廣的真空自耗電弧爐(VAR)和電子束冷床爐(EBCHM爐)兩種設(shè)備。

3.2 鑄錠的直徑(厚度和寬度)及其允許偏差

根據(jù)國(guó)內(nèi)外商品鑄錠的技術(shù)要求和實(shí)際生產(chǎn)過程中對(duì)鑄錠機(jī)加工量的影響因素(主要影響因素有鑄錠自身收縮、坩堝變形造成鑄錠形狀不規(guī)則、局部較深缺陷導(dǎo)致局部修磨量大等),規(guī)定了鑄錠的直徑(厚度和寬度)允許偏差,見表1。

表1 鈦及鈦合金鑄錠直徑(厚度或?qū)挾?的允許偏差(mm)Table 1 Diameter(thickness or width)tolerance of titanium and titanium alloy ingot(mm)

3.3 鑄錠的長(zhǎng)度和單重及其允許偏差

考慮到目前國(guó)內(nèi)各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)能力的差異,以及市場(chǎng)需求的不確定性,對(duì)鑄錠的長(zhǎng)度和重量及其允許偏差沒有做具體的規(guī)定,按照具體的需求由供需雙方協(xié)商確定,并在合同中注明,以便更合理的適應(yīng)市場(chǎng),提高標(biāo)準(zhǔn)的可執(zhí)行性。

3.4 鑄錠的化學(xué)成分

目前,國(guó)標(biāo)中規(guī)定的各種牌號(hào)的鈦及鈦合金鑄錠的化學(xué)成分控制水平已相當(dāng)成熟。因此,該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鈦及鈦合金鑄錠的牌號(hào)和化學(xué)成分應(yīng)符合 GB/T 3620.1《鈦及鈦合金牌號(hào)和化學(xué)成分》標(biāo)準(zhǔn)要求。GB/T 3620.1標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的牌號(hào)和名義成分以及相對(duì)應(yīng)的國(guó)外牌號(hào)見表2。

3.5 鑄錠的頭尾部去飛邊及倒角

從目前各加工材生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)需求和技術(shù)要求,以及運(yùn)輸、貯存過程的需要,該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鑄錠頭部應(yīng)車去飛邊,頭尾兩端棱角應(yīng)進(jìn)行倒角處理,倒角的大小規(guī)定為≥20mm×40°～50°。

3.6 鑄錠的相變點(diǎn)溫度

鑄錠的β轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度對(duì)鑄錠開坯和后續(xù)加工工藝的制定有一定的指導(dǎo)意義。一般情況下,在鑄錠成分確定后,其β轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度范圍已基本為定值,通?？刹捎媒?jīng)驗(yàn)公式、金相法或差熱法進(jìn)行確定。GJB 3763中已給出了常用鈦及鈦合金名義β轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度,因此該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該溫度點(diǎn)的測(cè)定沒有做強(qiáng)制性規(guī)定,只規(guī)定為“當(dāng)需方要求并在合同中注明時(shí),鈦合金鑄錠應(yīng)進(jìn)行β轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)定,報(bào)實(shí)測(cè)值”。

表2 GB/T 3620.1標(biāo)準(zhǔn)中的牌號(hào)、名義成分及對(duì)應(yīng)的國(guó)外牌號(hào)Table 2 Designation and nomial composition compavison for GB/T 3620.1 and foreign

3.7 鑄錠的超聲波檢驗(yàn)

鑄錠鑄造縮孔的存在是不可避免的,然而在不同產(chǎn)品形式的加工材生產(chǎn)過程中,為了能更充分利用資源和提高成品率,可在不同工序中對(duì)鑄錠鑄造縮孔缺陷進(jìn)行有效去除。因此,該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鑄錠鑄造縮孔的去除與否沒有做強(qiáng)制要求,可根據(jù)需方的需求靈活處理。為便于鑄錠在后續(xù)加工過程中對(duì)鑄造縮孔部位的控制,保證加工產(chǎn)品的內(nèi)部質(zhì)量,該標(biāo)準(zhǔn)提出了對(duì)鑄錠進(jìn)行超聲波檢驗(yàn)以確定鑄造縮孔距鑄錠頭部距離,但未作為強(qiáng)制性規(guī)定。

3.8 鑄錠的表面質(zhì)量

鑄錠表面質(zhì)量對(duì)后續(xù)加工有很大的影響,表面的冷隔、裂紋、孔洞、臺(tái)坎等較大缺陷,易引起鍛造開裂甚至斷裂,將大大影響成品率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此,該標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了鑄錠的表面質(zhì)量,強(qiáng)調(diào)“鑄錠應(yīng)以機(jī)加工表面交付”,規(guī)定了鑄錠側(cè)表面和兩端面的表面質(zhì)量要求。同時(shí),規(guī)定鑄錠所有機(jī)加工表面粗糙度應(yīng)不大于 12.7μm。

3.9 鑄錠的標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和貯存

該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鑄錠的包裝給出了 3種具體方式供選用,同時(shí)也注明其他包裝方式也可使用。對(duì)鑄錠的標(biāo)志、運(yùn)輸和貯存也進(jìn)行了合理規(guī)定。為便于運(yùn)輸和包裝,且確保運(yùn)輸?shù)陌踩?該標(biāo)準(zhǔn)提供了附錄,對(duì)運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)、規(guī)格較大的鑄錠包裝可選用標(biāo)準(zhǔn)附錄中規(guī)定的木托架支承包裝方式進(jìn)行(見圖2)。鋼托包裝方式可參照該標(biāo)準(zhǔn)附錄中的規(guī)定執(zhí)行,以確保運(yùn)輸、貯存過程中人員、設(shè)備、物料的安全為準(zhǔn)。

圖2 鈦及鈦合金鑄錠木托架支承包裝示意圖Fig.2 Schematic diagram of wooden block for packing titanium and titanium alloy ingot

4 結(jié) 語

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看,經(jīng)過近 10年的快速發(fā)展,國(guó)內(nèi)鈦及鈦合金鑄錠的產(chǎn)能富余量較大的現(xiàn)象逐漸顯現(xiàn)。這一現(xiàn)象將有可能導(dǎo)致國(guó)內(nèi)鈦材加工企業(yè)逐漸減少或僅維持現(xiàn)有鈦及鈦合金鑄錠的生產(chǎn)投入,以采購(gòu)成品鑄錠滿足加工材生產(chǎn)的需求量,從而促進(jìn)專業(yè)化鑄錠生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展。制定鈦及鈦合金鑄錠國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),確立合理的檢測(cè)項(xiàng)目和指標(biāo),不僅有利于促進(jìn)鈦及鈦合金鑄錠的質(zhì)量控制和提高,而且可有效指導(dǎo)需方的采購(gòu)、供方的生產(chǎn),促進(jìn)生產(chǎn)、交易的規(guī)范化,改善目前國(guó)內(nèi)鈦及鈦合金鑄錠交易中的無標(biāo)準(zhǔn)可遵循的狀態(tài),從而有力的促進(jìn)我國(guó)鈦行業(yè)的健康、持續(xù)發(fā)展。

[1] 王向東,逯福生,賈翃,等.2009年中國(guó)鈦工業(yè)發(fā)展報(bào)告[J].鈦工業(yè)進(jìn)展,2010,27(3):1-7.

[2] 李獻(xiàn)軍 .大規(guī)格純鈦鑄錠化學(xué)成分均勻性控制技術(shù)[J].鈦工業(yè)進(jìn)展,2002,19(2):10-13.

[3] 王向東,逯福生,賈翃,等.2005年鈦工業(yè)發(fā)展報(bào)告[J].鈦工業(yè)進(jìn)展,2006,23(2):1-6.

[4] 王向東,逯福生,賈翃,等.2006年鈦工業(yè)發(fā)展報(bào)告[J].鈦工業(yè)進(jìn)展,2007,24(2):1-6.

[5] 王向東,逯福生,賈翃,等.2007年中國(guó)鈦工業(yè)發(fā)展報(bào)告[J].鈦工業(yè)進(jìn)展,2008,25(2):4-12.

[6] 王向東,逯福生,賈翃,等.2008年中國(guó)鈦工業(yè)發(fā)展報(bào)告[J].鈦工業(yè)進(jìn)展,2009,26(2):1-7.

Titanium and Titanium Alloy Ingot and Its Standardization

Feng Junning,Chen Feng,Li Xian jun
(Baoji Titanium Industry Co.,Ltd.,Baoji721014,China)

Melting technology status,capacity and output of titanium and titanium alloy ingot are analyzed. The test item s,determining basis,purpose and function of“Titanium and Titanium Alloy Ingots”National Standard compiled by Baoji Titanium Group Ltd.and Baoji Titanium Industry Co.,Ltd.are elaborated.The standard will not only promote the quality of titanium and titanium alloy ingot,but also can effectively guide the purchaser of the procurement, manufacturer production,and promote production,trade normalization.

titanium and titanium alloy;melting technology;ingot;standard

2010-09-26

馮軍寧 (1979-),男,工程師,電話:0917-3382289,E-m ail:fengjunning@baoti.com。