钛材应用前景

举世关注的中国国家大剧院的建设终于开工，这个投资２６．８８亿元，总建筑面积１４．９５万平方米，建设工期４年的重点工程吸引了众多的目光。历经４年的周密准备，１０个国家近７０个设计方案，使国家大剧院的设计处于世界顶尖的位置。其中最引人注目的是那奇特的曲面屋顶－－－全部采用钛金属板制作。据业内人士称，这个穹顶将用去钛材约１００吨。钛金属被称作２１世纪最有发展前景的金属，是继钢铁、铝之后，正在崛起的第三金属。国家大剧院的穹顶披上最有前途的金属材料，这将给中国的钛工业发展带来机遇……

　　我们曾满怀希望，期盼我国的钛工业，能够乘上国家大剧院建设的快车，因为这将创造一个钛工业的新时代。但据业内人士透露：国家大剧院钛合金屋顶的工程已由日本承建。惋惜之余，我们不禁自问：我国的钛工业到底达到了一个什么水平？为此，本报联系到全国钛应用推广领导小组办公室（以下简称＂全国钛办＂）的张顺福先生就这个问题进行了分析。他指出，中国大剧院工程使钛工业工作者感到了压力，感到了差距和紧迫感。从我们在全国钛办所了解的情况来看，我国钛工业起步其实并不晚，早在２０世纪５０年代便开始研发，但是我们并没有抓住机遇，没有充分发挥我国钛资源储量世界第一的优势。
　　钛是２１世纪最具发展前景的金属，我国目前的钛工业水平已远远落后于国际先进水平，装备仅达到美国５０年代的水平，到底哪里出现了问题？让我们通过全国钛办对我国钛工业的分析和展望，一起来关注钛，关注我国钛工业，一起为钛金属在我国的腾飞祝福吧！
　　随着国家大剧院的建设的推进，钛合金屋顶一步步显露出来，钛工业也越来越受到关注，我们祝愿钛工业的发展与国家大剧院共同走向辉煌！

　　背景：

　　＂钛＂－－２１世纪最具发展前景的金属

　　钛是难熔金属中的轻金属，密度为４．５克／ｃｍ３，只有铁的５７％。钛合金的强度可与高强钢相媲美，同时具有很好的耐热和耐低温性能，某些钛合金能在４５０℃～５５０℃之间和零下２５０℃下长期工作。钛具有很好的耐盐类、海水和硝酸腐蚀的能力，Ｔｉ－３０Ｍ合金更是能耐高浓度盐酸和硫酸的腐蚀。钛合金的这些优点，使钛当之无愧的被称为＂太空＂金属、＂海洋＂金属和继钢铁、铝之后的第三金属等称号。

　　钛的用途非常广泛，作为＂太空＂金属，钛合金被用作飞机、火箭的发动机材料、结构材料、蒙皮和各种管道接头等。一架波音７４７飞机用钛４２．７吨，７７７飞机用钛５７吨，７７７ＥＲ飞机用钛甚至高达６８吨，Ｆ－１５战斗机用钛也达２４．５吨。而美国的２１世纪优势战斗机Ｆ－２２正是大量使用钛材才保证了它的各项性能优异。

　　作为＂海洋＂金属，钛是目前能大量生产的、价格最低的、几乎完全不受海水侵蚀的金属。前苏联大量使用钛材制造核潜艇外壳，其３６８０吨级的阿尔法核潜艇，每艘用钛５６０吨，台风级导弹核潜艇用钛９０００吨。这些潜艇使用钛材后具有了无磁性、下潜深（可达９００米）、航速快、噪音小和维修次数少等优点。钛还大量用于海洋石油开采用管道、核电站及火力电站的冷凝器。在２１世纪新兴的海洋开发业中，钛必将起到重大的保障作用。

　　钛在石油化工行业中的应用，更是具有举足轻重的作用。钛及钛合金被广泛用来制造乙醛生产过程中的热交换和反应器，尿素生产的合成塔，湿氯气冷却器，氯碱和氯酸盐电解的电极，纯碱生产中的氨冷却塔，硝酸生产中的换热器、反应器和蒸馏塔等。钛及其合金在这些领域的应用是不可替代的。

　　钛及其合金与人们日常生活也越来越密切相关。例如体育及休闲器具、建筑用材、医疗、食品工业、计算机、汽车行业，在日用工业品中的应用也日渐扩大。

　　与钢铁、铜铝等材料相比，使用钛合金材料一次性投资较高，但钢铁等材料只能使用一年或半年的地方，钛却可使用２０年以上。因此，钛合金的性能价格比远远高于钢铁和铜铝。经过化工部门的测算，每使用１吨钛及钛合金材，就可节约１０万元人民币的累计设备投资，因此扩大钛材使用量，不仅具有满足国防军工需要，促进国民经济发展，提高工业部门科技水平的巨大社会效益，还有显著的经济效益。

　　历史：

　　我国钛工业的起步钛金属因其显著特性，决定了它在２１世纪世界各国发展战略上所处的重要位置，先进的钛工业是增强综合国力的需要，也是综合国力的体现。它必然受到各国尤其是发达国家极大的关注和重视。

　　钛的工业生产始于２０世纪中期，经过半个世纪的发展，目前全世界海绵钛年产量约８万吨。其中美、俄、日三国的产量约占９５％以上，中国仅占３％。２００１年我国海绵钛产量约为２３００吨，钛材产量２０００吨。我国是较早从事钛工业生产的少数几个国家之一，１９５５年开始钛的研究，１９５８年建立了第一个海绵钛生产车间，１９６５年开始建设海绵钛和钛材专业生产厂，１９６６年建立半工业性钛加工车间。８０年代中期至９０年代中期，是我国钛工业快速增长的时期，在这段时间里，遵义钛厂和宝鸡有色加工厂承担了多项国家钛冶金和加工技术攻关项目，对工厂技术和设备进行了重大技术改造。例如＂七五＂期间，遵义钛厂联合国内有关科研、设计单位，承担了１２００毫米沸腾氯化炉制取四氯化钛的工艺研究和５吨炉联合法制取海绵钛的研究，这两项研究均获得成功，使遵义钛厂年产能力由１０００吨提高到２０００吨。国内另一家海绵钛生产厂家为抚顺钛厂，年产能为７００吨。全国海绵钛的年产能２７００吨，实际每年生产海绵钛２０００吨左右。

　　
　　现状：

　　我国钛工业的发展经过４０多年的发展，我国已建立了完整的钛工业体系，形成了年产精矿３５万吨，海绵钛３６５０吨，钛加工材２８００吨，钛铸件４００吨和钛设备制造４００吨的能力。海绵钛和钛材实际产量均约为２０００吨左右。

　　我国海绵钛生产技术与国际上较先进的生产工艺完全一致，即富钛料的沸腾氯化、镁还原、蒸馏联合法生产海绵钛，海绵钛的质量也与美日等国产品质量相当。但是，由于生产规模小（国际公认的经济规模是年产５０００吨海绵钛，实际上国外现存的海绵钛厂都有年产１万吨的能力），我国海绵钛生产的能耗、氯耗、等技术经济指标远落后于美、日大公司的同类指标。

　　思考：

　　我国钛工业存在的问题及对策

　　钛工业在我国从２０世纪５０年代中期起步到开发应用，走过了漫长的５０多年历程。然而，钛工业的发展却是相当缓慢的，我国是钛资源大国，但是钛工业的规模只相当于美国２０世纪５０年代中期的水平，虽然是世界４个主要钛工业国家之一，然而所占比例只有３％。这个对比的结果，远远和钛资源大国的称号不相对应。到底我国钛工业发展的瓶颈在哪里呢？

　　●钛工业的发展速度偏低，规模偏小

　　钛与我国的有色金属铜产量相比，形成了鲜明的反差。目前，我国钢产量超过１亿吨，位居世界第一位；有色金属产量约６００万吨，位居世界第二位，我国钢产量与有色金属产量分别占世界总产量的１２％和１１％。在１９８５年至１９９６年期间，钢、有色金属产量分别增长了２２３％和１１６％，而海绵钛和钛材只分别增长３１％和４５％。自１９８５年我国钛材首次突破１０００吨，直到今天总产量仅２０００吨，即十几年只增产了１０００吨，实际上钛发展速度处于相对落后的状态。

　　国外统计资料表明，国民生产总值（ＧＤＰ）愈大，对优质材料的需求愈高。也就是说，随着ＧＤＰ的增长，＂钛钢比＂和＂钛有色比＂应逐渐提高，钛的发展速度应高于钢和有色金属，而目前的情况恰恰相反，这不符合我国消费结构变化的客观规律。

　　目前我国钛工业的水平，与我国丰富的钛资源和宏大的经济规模极不相称，这种现象长期存在下去对我国国防建设和国民经济发展会产生不利的影响。

　　●科研经费不足，严重缺乏技改资金

　　钛是新金属，在新合金研究和应用以及加工新技术开发方面，需要大量资金的投入。我国已研制出６０种钛合金，平均每种经费仅１００万～２００万元，研究结果不深不透，产业化风险大。

　　钛及其合金的应用之所以还没有像铝那样普及，主要原因是价格高。为了降低成本，国外有人在进行钛合金的新工艺方法研究，如电解法和直接还原法等，一旦取得突破海绵钛成本将大幅下降，会极大地刺激钛工业的发展，我们只有跟踪此类研究，方能保证我国钛工业立于不败之地。此外在钛及其合金加工成型技术以及钛材深加工技术和应用上缺少大量资金投入，从而限制了钛工业的大力发展。

　　●宏观指导和协调不够国家机构改革之后，我国的钛企业均下放地方，处于各自为战的状况，无序的恶性竞争现象严重，产品质量得不到保证，整个行业缺少宏观的协调和指导，缺少规范管理和资格认证。缺乏一个权威性的钛信息收集、分析、发布中心，决策缺少科学依据。大型钛材应用国产化工作力度不够，阻碍了钛工业的发展速度。国家在钛制品的进口、经营和鼓励钛制品出口方面没有形成一定的规范。

　　如何应对国际钛工业的发展，应对面临的一系列问题，是摆在我们面前的一个重要课题。

　　●确立明确的目标我国钛工业经过几十年的发展，已形成了完整的工业体系，积累了发展钛工业的丰富经验，有相当好的人力、物力基础。而钛工业与国防军工紧密相关，不可能靠国外的力量壮大，我们只能够、也完全能够靠自己的力量发展起来。我们的目标是，以钛的应用推广为先导，军民结合，到２００５年把我国海绵钛产量达到年产５０００吨，形成基本的经济规模，到２０１０年把海绵钛和钛加工材的年产都提高到１万吨，使我国真正成为钛工业强国，为国防军工和国民经济作出应有的贡献。

　　●规范行业管理，成立钛协会尽快成立有色金属工业协会钛业分会，全面规划、协调、规范我国钛行业，使我国钛工业有序、平稳、持续发展。国家应大力支持行业协会的工作，使协会有一定的权威性，为行业的发展做一些大事，从而增加协会内部的凝聚力，达到共同发展的目的。

　　协会应加强应用推广的力度，组织国内科研院所和厂矿的协作，加强新产品、新技术开发和应用，争取国家对钛工业的优惠政策的同时，利用国家西部大开发的有利时机，积极开辟多种途径的融资渠道，集中资金进行企业的技术改造，使产业规模搞大、质量搞优、品种搞全。

　　●政府应加大对钛工业的支持力度

　　美国、日本、前苏联等国，其钛工业的发展都得到了国家的大力支持。我国钛工业还处于发展期，还没有达到经济规模，基础比较薄弱，需要国家给予大力的支持，应增加钛科研项目；增加经费支持力度；设立钛行业的专项贴息贷款项目；在近几年时间里，适当地减免赋税等。

　　●大力支持国内钛骨干企业改制上市

　　钛工业是极具发展潜力的高科技产业，国家应重点支持我国钛行业中海绵钛、钛设备制造、钛科技型企业方面的骨干企业改制上市，以便多方筹集资金，实现跨越式发展。

　　●继续打击钛材走私，规范国内市场

　　打击钛材走私、规范国内市场的管理、尽快制定钛材生产及经营的许可证制度，对于保证钛制品质量稳定和促进我国钛行业的持续发展是十分必要的。

　　展望：

　　我国钛工业发展的前景

　　邓小平同志指出＂发展才是硬道理＂。钛工业进入了２１世纪，面临着快速发展的机遇。作为２１世纪新金属的钛，必然会在满足社会进步和我国的国防建设、经济建设中占有重要的位置，我国是钛资源的第一大国，经过４０多年的发展，已经建立了完整的钛工业体系。

　　随着国内需求日益增加，原国家有色金属工业局１９９９年作出预测：２００５年我国海绵钛的需求量为７０００吨，钛加工材将达到５５００吨。从２０００年及２００１年国内钛应用情况看，这个预测是准确的。据海关统计，２０００年１～７月份进口海绵钛１２７２吨，而出口仅２０吨，预计２００１年全年海绵钛进口量在２０００吨以上。预计２００１年我国实际生产钛材２５００吨～３０００吨，实际需求将达到４０００吨～４５００吨，不足部分靠进口弥补。据海关统计，２００１年１～７月份进口钛材１３４８吨，而出口仅５１７吨，预计全年纯进口钛材将在１０００吨以上。可以看出，国内海绵钛和钛材产量均不能满足实际需要。

　　２００１年，在遵义钛厂、中国有色金属工业协会、贵州省计委和全国钛办的共同努力下，国家计委已将年产５０００吨海绵钛的生产技术及装备产业化列为国家高新技术产业化项目。３年以后，我国海绵钛的生产将达到基本的经济规模，上一个大台阶。这对钛行业来说，无疑是个好消息。它预示着我国的钛工业将面临第二次飞跃，随着技术的不断更新、进步，钛材在产量大幅提高，成本不断降低的形势下，不仅用于国防建设，经济建设，将更广泛地进入休闲民用健身产品上。届时，我国将名符其实地成为世界主要钛工业国家之一。

　　随着中国大剧院巨型钛板曲面屋顶工程的进展，钛将会引起更多的人来了解、关注。

　　令我们高兴的是，在国家大剧院屋顶应用钛金属及北京申奥成功、即将设计建筑众多奥运相关建筑的大背景下，日前在京召开的《钛在建筑、装饰、运动休闲等领域的应用研讨会》上，确立了钛的地位及发展目标。钛行业人士一致表示，要加强钛板加工工艺的研究，完善配套工艺设备条件，加强钛在建筑业中的应用研究；解决钛材在建筑行业中的标准化、系列化和工程化的问题，提高钛材质量。国家体育总局科研所的代表也希望钛业人士共同研制出更好、更新、更实用的体育休闲产品，进一步扩大钛的应用领域。关注＂钛＂，就是关注未来，随着中国加入ＷＴＯ，随着国防和经济建设的发展，国内各行业对钛的需求将进一步加大，我国的钛行业将有一个更大的发展空间。

　　资料：全国钛应用推广领导小组办公室全国钛应用推广领导小组成立于１９８２年７月，办公室（以下简称＂钛办＂）设在北京有色金属研究总院内，负责日常的业务工作。

　　钛办的主要任务是：编制全国钛应用推广规划和国家钛专项技改贷款规划，制订促进钛应用推广的方针、政策及措施，并负责组织实施；广泛宣传钛的性能和用途，开发钛应用的新技术、新领域；协助有关主管部门和企业，作好钛应用推广的组织协调工作，为钛的生产和应用服务。

　　为了适应钛工业的发展和科技体制改革的需要，在国家经贸委和中国有色金属工业协会的大力支持下，钛办积极进行了中国有色金属工业协会钛业分会的筹备工作，有关文件均已上报国家民政部，预计近期内可以得到批准。
钛作为一种稀有金属，具有比重小、强度高、耐高温、耐腐蚀，是优质的耐蚀轻型结构材料、新型的功能材料和重要的生物工程材料，主要用于航空航天工业、化学工业和能源工业等部门。90年代以前，钛材主要用于航空和核潜艇等尖端技术领域，成为军事工业的重要战略物质，并且在冷战时期由于战略的需要而获得快速发展，产量一直保持较快的增长速度。冷战结束后，由于军用钛材需求锐减，从而一度使世界钛材产量严重下降。目前世界钛应用量最大的仍然是航空航天工业部门，其用量占消费量的50％。不过，随着钛材在民营领域使用的推广力度不断加大，以及技术的进步带来的生产成本的降低，钛在其它民用工业和消费领域的用途发展非常快，部分弥补了军用工业需求下降的不利影响。因此，世界钛工业总体来说还处于复苏期。据专家预计，世界钛工业将可保持每年5％左右的速度增长。

　　我国钛材需求呈现良好的增长势头，近几年，在我国经济快速增长的有利条件下，钛工业有了长足的发展，特别是2002年，我国钛工业摆脱了多年徘徊不前的状况，进入了一个新的发展阶段。当年，我国海绵钛产量创历史新高，已超过3000吨，全国钛的需求量达到6000-7000吨左右，在2001年增长30％的基础上，继续增长了15％。需求的领域来自三个方面：一是军工项目对钛的需求量加大；二是航空航天的需求有所增加；三是我国民用领域应用呈突破性增长态势。这三个方面的增长，刺激着我国钛工业的发展。

　　2002年，钛材首次现身建筑行业。令世人关注的国家大剧院的球状屋顶用钛已确定，日本新日铁被选定为国家大剧院钛板的供应商。这是我国建筑领域首次应用钛材，开创了建筑领域的先河，必将带动我国建筑市场钛材的应用。据悉，正在建设中的杭州大剧院、首都博物馆均有意采用钛材作屋顶及墙外板装饰。面对庞大的建筑市场，我国钛加工企业面临极好的发展机遇，开发适应市场的钛建材产品。

　　2002年我国钛应用的传统领域亦有所发展，飞机、船舰、制盐、制碱、石化、纺织、冶金及电力等部门的用钛均有提高。

　　2002年，钛在我国民用消费领域也有长足发展，除建材以外，在体育休闲、汽车、医疗、计算机等领域钛的用量也在快速增长。如高尔夫球头及球杆的用量已超过1000吨。

　　由此可见，在钛工业的发展中，民用领域是拉动钛工业发展的新的动力和契机。从近年国内市场发展看，国内钛材市场需求量趋于增加，在“八五”期间，钛市场有效需求量8000吨，据全国钛应用推广领导小组办公室对国内市场的调查，到2005年预计国内海绵钛和钛加工材的需求量分别为7500吨和5500吨，到2010年国内海绵钛和钛加工材的需求量则分别超过1万吨。

　　钛作为新型金属材料，是支撑尖端科学技术进步的重要原材料，是国民经济发展和产业升级换代的基础产业。一个国家的钛/钢比，是其技术水平和经济实力的重要标志之一，几个工业较发达国家海绵钛/钢之比保持在万分之三左右，而我国仅有万分之零点三。按照我国现阶段的工业水平，该比例应当在万分之一左右，如果要达到这一比例，钛材市场需求量将扩大两倍以上，这说明我国现有钛材市场开发潜力巨大，前景看好。特别是钛冶炼技术如能取得重大突破，大大降低钛生产成本，则钛的需求会爆炸式上升。

　　同时也应当看到，高品质原材料的缺乏成为制约我国钛工业发展的瓶颈。虽然我国的钛矿储量丰富，占世界已探明储量的64%左右，但品位低、易选易采的优质砂矿钛铁矿和砂矿金红石都较少，特别是优质金红石短缺，尚需进口。我国钛矿的特点制约了海绵钛的产量和质量，虽然目前国内海绵钛的产量基本上能满足生产的需要，但由于质量的原因，在生产优质钛锭和钛材时仍需大量进口高品质的海绵钛。所以，如不加紧对钛资源的开发利用，提高海绵钛的产量和质量，则将制约我国钛工业的长远发展。