降低鈦合金成本的途徑

鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高、韌性好、熱膨脹系數(shù)低、無(wú)磁性、耐腐蝕性和耐高溫性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)，己成為航空、航天飛行器等領(lǐng)域的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料，并在艦船、石油、化工、冶金、電力、生物醫(yī)學(xué)等許多領(lǐng)域獲得了越來(lái)越多的應(yīng)用。但與相同領(lǐng)域中使用的不銹鋼、銅合金、鎳基合金等材料相比，人們一般認(rèn)為鈦合金不具備成本優(yōu)勢(shì)，由此延緩了鈦合金材料的推廣應(yīng)用。因此，如何降低鈦合金的成本的問(wèn)題引起關(guān)注。

一，添加廉價(jià)的合金元素

針對(duì)鈦合金成本較高的狀況，國(guó)內(nèi)外研發(fā)工作正力圖通過(guò)合金設(shè)計(jì)，添加廉價(jià)的合金元素(如Fe)來(lái)代替昂貴的合金元素(如V)等。例如，美國(guó)開(kāi)發(fā)的以Fe作為合金元素的低成本高強(qiáng)鈦合金Ti-1.5Al-6.8Mo-4.5Fe,性能與Ti-1023相當(dāng)，成本僅為T(mén)i-6Al-4V的78%；;他們還開(kāi)發(fā)出汽車(chē)用含F(xiàn)e鈦合金Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si，性能優(yōu)于Ti-6Al-4V，成本可降低15%~20%。我國(guó)西北有色金屬研究院開(kāi)發(fā)兩種Ti-Al-Fe-Mo型低成本鈦合金：Ti12LC和Ti8LC，室溫性能均優(yōu)于Ti-6Al-4V。

二，返回殘料的利用

在鈦合金的生產(chǎn)過(guò)程中，熔煉、鍛造、熱軋、冷軋、管材擠壓過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生一定量的殘料。如將殘料清洗干凈，按牌號(hào)分類后，可以將塊料、屑料以捆綁電極的方式用真空自耗電弧爐、電子束冷床爐、等離子冷床爐熔煉的方式再次返回應(yīng)用，殘料回收率最大可達(dá)100%。鈦殘料的價(jià)格只有海綿鈦價(jià)格的20%~30%，通過(guò)添加返回殘料的方式，不但大大降低了部分牌號(hào)鈦合金的生產(chǎn)成本，也為殘料的二次利用提供了有效途徑。國(guó)內(nèi)寶鈦集團(tuán)公司應(yīng)用其2400kw電子束冷床爐，添加殘料最大比例可達(dá)65%~70%，實(shí)現(xiàn)了材料低成本化制造。

三，采用新型熔煉方式縮短制造流程

縮短制造流程也是降低鈦合金制備成本的一個(gè)有效途徑。目前國(guó)際上生產(chǎn)大型優(yōu)質(zhì)鈦合金坯料使用的方法包括應(yīng)用新型的電子束冷床爐、等離子冷床爐，單次冷床爐熔煉直接軋制等技術(shù)。新型熔煉方式可以部分替代真空自耗電弧爐熔煉，從工藝流程上實(shí)現(xiàn)了短流程制造技術(shù)，省去了傳統(tǒng)真空自耗電弧爐熔煉的油壓機(jī)壓制電極、真空焊接等工序，同時(shí)還可以大量回收殘料。冷床爐熔煉技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了鈦合金鑄錠的質(zhì)量，而且降低了成本，特別是如果采用單一的冷床爐技術(shù)熔煉鈦合金，直接熔鑄出扁錠，加工成本可以節(jié)約10%~20%。在鈦合金的生產(chǎn)工藝中，電子束冷床爐、等離子冷床爐熔煉可以澆鑄成扁錠，可以直接開(kāi)坯，省去了鍛造開(kāi)坯的環(huán)節(jié)，縮短了流程。