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Tài xỉu đổi thưởng(www.84vng.com):两家湖南国企研发宽幅钛带卷破解钛轧制难题,钛合金实现自产

admin2022-12-166区块链百家乐娱乐

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钛,有色金属中的后起之秀,是继钢铁、铝之后的“第三金属”,也是战略性金属。钛用量的多少,已成为衡量当代飞机制造先进性的重要标志。钛工业,则成为衡量国家综合实力强大与否的重要标志之一。


中国对钛工业的探索,始于上世纪50年代,相较于其他工业的进程更为艰巨曲折。1982年,国家16个部委联合成立了全国钛应用推广领导小组,迎来了我国海绵钛工业第一个有序发展的春天。不过,到2000年时,海绵钛(原材料)和钛材(深加工)年产量均仅达到2000吨/年的水平,远远落后于日本、美国、俄罗斯。进入21世纪,中国的钛工业迎来“第二春”。自2007年开始,我国的海绵钛产量持续排名世界第一;2020年,中国海绵钛产量近13万吨,钛合金产量近10万吨,占全球钛合金产量的50%以上。


尽管我国成为了钛工业大国,但在高端钛材领域仍大量依赖进口,尤其是在规格尺寸、表面质量及性能等技术指标方面要求苛刻的钛带卷等精工产品上。钛工业精深加工核心技术,依然被美、日、俄等少数发达国家垄断。


得益于这两家湖南国企的突破,国产大飞机C919又少了一项“卡脖子”技术。此前,湖南金天钛金与涟源钢铁成功制备出宽度2040毫米、卷重10.7吨的超宽幅钛带卷。这一技术突破,不仅改写了全球钛合金产业格局,终结了我国高端钛合金依赖从美国进口的历史,更为国产大飞机C919钛合金钢板的自给自足,提供了可能。


那么,宽幅钛带卷究竟有何优势,为什么说破解了钛轧制难题,我国钛合金才真正意义上实现了“自产”?


一、国产钛工业:起步虽早,大而不精


1948年,美国杜邦公司合成世界首块海绵钛,标志着钛工业的诞生。1954年,从“第一个五年计划”开始,我国便着手钛合金的技术攻关。


就起步时间而言,中国钛工业发展并不落后于西方国家。然而可惜的是,在后续长达60年的时间里,中国钛合金产业都处于一种“大而不强”的尴尬境地。


从上世纪60年代到80年代,美国、日本等国根据适用环境的不同,相继开发出数十种钛合金。期间,由美国阿勒格尼(ATI)推出的高强度钛合金,成功将钛合金耐热温度从400度提高到650度。反观国内方面,直到80年代初,仍停留于海绵钛产能不足的困境中。


要知道,军工、航空用钛占到钛材总消费量的80%以上,国产钛合金行业的落后,不仅直接拖累了中国尖端制造业的前进步伐,乃至军工企业的发展。


在经历了长达40年的“降成本、提产能”后,21世纪初,我国钛合金工业终于在产能、工艺方面,基本抹平了中外差距。但在一项钛制造工艺上,却依然落后于俄罗斯、美国、日本等钛工业老牌强国。


这项工艺便是钛带卷轧制工艺。

二、为什么国产钛合金总跟不上国际步伐


所谓钛带卷,是以高品质海绵钛为原材料,通过带卷加工方式生产的钛合金板材。就产业衔接关系来看,钛带卷是由钛金属向成品钛合金过渡的中间环节。而当前中外钛合金的产业差距,集中体现在钛带卷的轧制加工环节。


那么,为何一直以来国内的钛轧制技术跟不上外企步伐呢?2个原因。


1、钛金属的特殊性


钛金属之所以胜任如此多的应用场合,原因在于其独特的物理化学性质。比如在强度上,钛合金分别是镁、铝合金的1.6倍和1.3倍;热导率方面,钛的热导系数仅为铝的7.2%;因此,由于钛的亲氧特性和低热导系数,钛金属又具备极强的抗腐蚀特性。


然而在钛轧制环节,以上优点全部变成了缺点。


由于金属强度极高,钛轧制对加工环境的温度、力度、湿度有着非常苛刻的要求。即便是零点几度的温度偏差,都会导致钛带卷出现断裂。为深究一道裂纹产生的原因,技术团队可能要花费几个月、甚至数年时间。


2、外企“路障式”技术垄断


在技术垄断方面,以Timet、RTI、VSMPO-AVISMA为代表的海外巨头,采取了相当“聪明”的专利布局思路。以美国最大的钛轧制企业Timet为例,该企业的钛技术专利申报,有意采用了“路障式”策略。


Timet在中国布局的专利数量,仅占其技术专利海外申报量的8%,但集中分布于产业链中游。其各个专利间的联系并不紧密,但每一份专利,都精准锁定在合金材料成分配比、加工成本控制等环节的技术突破节点,导致后来企业在距离研发成功的“临门一脚”才发现,眼前横着一道Timet早已设好的专利路障。

三、金天钛金:历时14年,攻破行业难题

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钛金属的天然特性,和外企的技术堵截,更凸显了湖南金天钛金与涟源钢铁,打破宽幅钛轧制难题的不易。在过去14年的技术攻关中,金天钛金始终坚持自主研发、创新发展,经历无数次枚举式工艺探索,成功跳过外企专利壁垒,相继打破欧美企业在宽幅热轧钛带卷、冷轧钛带卷和钛焊管领域的加工技术垄断,此次探索成功的2040毫米超宽幅钛带卷,更将国内钛轧制宽幅极限扩增一倍,一举将国产钛带卷技术带入国际先进行列。


中国在钛带卷方面遇到技术瓶颈,不仅要靠技术创新,还要通过模式创新打破行业壁垒。以日本为例,日本的钛带卷技术突破并非在钛企业实现,而是在钢铁企业实现。换言之,急需“钛钢联合”。


受此启发,湘投金天集团从体制、技术和产品等三方面创新,通过“钛钢联合、产投融合”等模式创新,凝聚了一批钛行业、钢铁行业的专家,实现一个个从“0到1”的突破:


2007年5月,轧出了国内第一卷大盘重宽热轧钛带卷,被誉为中国钛工业的里程碑,结束了中国不能生产钛带卷、长期依赖进口的历史;


2008年7月,轧出大盘重宽冷轧钛带卷;


2009年10月,在钛材精加工领域上突破关键技术和填补国内空白成果6项,并成为《热轧钛带》和《冷轧钛带卷》的国家标准、行业标准起草者。

湘投金天集团在全国率先取得了探索钛钢联合模式创新的成功。成功的背后,是湖南省省委、省政府对湘投控股集团和华菱集团实施钛钢联合形成新的集成创新机制给予的大力支持,从顶层设计上,支持湘投金天集团和涟源钢铁集团有限公司共建长沙湘投金天钛金公司。


“第一次试轧,由湘投金天集团和华菱涟钢联合启动。钛厂提供钛板坯,钢厂在连轧机组上轧成热轧钛卷,在北京科技大学等有关单位协助下,反复优选方案,30多次模拟试轧后,在关键技术的创新和攻关方面取得重大突破,终于一次试轧成功,轧制出了具有自主知识产权的我国第一个大盘重宽钛带卷。”湘投金天钛金的一名工作人员回忆道。


更让她记忆深刻的是:“钛带卷酸洗后出现起皮,起初以为是机械接触缺陷,钛金的工人需要增加多次表面处理才能去除,生产周期长成本高。我们在现场观摩生产环节,调取数据反复分析对比,通过双方团队共同摸索钛的秉性,进行了多次模拟试验和验证,约两个月后,这个瑕疵问题通过热轧参数设定调整最终得以解决,大大提高了产品品质和生产效率。”


筑起安全屏障,攻克困扰行业多年的技术难题


“作为制造业产业链的上游,熔炼、锻造是航空材料的两个核心工艺,材料的研制像面粉加工,配方过程中哪个成分多点,哪个成分少点,都是不行的,要达到最佳状态,期间经历了无数个日夜的实验。由于成品率低、耗损大、成本高、费工费时,必须耐得住寂寞,坐得住冷板凳。”湘投金天集团原董事长周慧通俗地解释说。


钛合金产品研发任务艰巨而繁重,湖南人凭着“敢为天下先”的精神创造了奇迹。短短两年多时间,湘投金天集团就在工业生产的条件下直接研发、试制成功近10种重要的钛合金产品,相继完成飞机发动机动叶片、飞机框架、航天构件等用的高性能钛合金棒材及湖南省重大科技专项任务,大大缩短了常规的研发试制周期,更锤炼了一支支技术后备队伍。


而投资入股中航航空动力公司和三角航空公司的战略举措,更是为湘投金天集团快速打入航空发动机和大飞机等市场铺路架桥。从2010年接到参与“鲲龙AG600”飞机起落架材料研制任务,到2018年交付水上试飞,历时八年,湘投金天团队研制出高强高韧TC18钛合金,保障“鲲龙AG600”飞机在海陆空环境的高稳定、高性能和高可靠性。


期间,解决困扰行业多年的TC18钛合金的“黑斑”问题让研发团队面临了严峻的考验。


“所谓‘黑斑’,是由材料中组织不均匀或成分偏析所引起,它不仅影响产品外观‘颜值’,更影响产品‘内在’。如易产生微裂纹等缺陷,制备的起落架在服役过程中可能因此发生断裂,进而引发航空事故。”湘投金天集团党委委员、副总经理杨胜回忆。


为优化锻造工艺,时任湘投金天集团常德基地湖南金天钛业科技有限公司首席专家的75后博士后杨胜,率领团队在温度40℃以上的锻造车间,对每一个技术细节进行系统分析论证,精益求精攻克技术难关。他们历经270余天,终于在2016年解决了该型号钛合金“黑斑”问题,更为国家大型运输机的批量装备提供了保障。


四、结语


时至今日,钛带卷已广泛用于军用飞机、民航客机、潜艇、核电站等高新技术领域。


由金天钛金开发的精密钛带,相继参与我国“深海爬游机器人”、“华龙一号”核电设备等多个国家级建设项目,并成功胜任抵御海水侵蚀的关键使命。


而更令人欣喜的是,金天钛金的技术团队成员几乎全部由80后、90后青年才俊组成。


国家未来高端制造业,后继有人。


来源:中国钛产业、迪哥说财经

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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