1、我國鈦工業(yè)背景及鈦管應用領域簡介

從 1948 年美國用鎂還原法生產(chǎn)2噸海綿鈦開始，人類迎來了鈦工業(yè)時代。雖然真正的工業(yè)化始于 20 世紀 50 年代，但是鈦材憑借著比重輕、強度高、耐腐蝕、導熱系數(shù)低、耐高溫性能好、可焊、無磁、生物相容性好等諸多優(yōu)異的特性，得到了廣泛的關注。但是，由于過高的生產(chǎn)成本，阻礙了鈦材在工業(yè)領域的大范圍使用。近年來，科技的發(fā)展以及生產(chǎn)

技術的進步使得鈦材能夠被加工成各種產(chǎn)品應用于眾多領域，經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，鈦材料已經(jīng)成為航空航天、海洋、石油化工、醫(yī)療等行業(yè)不可缺少的材料。

表 1 2013 年中國鈦加工材在不同領域的銷售量，( 單位: t)

從表 1 的數(shù)據(jù)可以看出，化工行業(yè)仍舊是我國目前鈦材消費市場占有比重最大的行業(yè)。但是隨著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，市場上其他行業(yè)對于鈦材的需求也會有所增加。

目前，石油化工等行業(yè)對于材料的耐腐蝕性有更高的要求，鈦質管材以其良好的耐腐蝕性以及加工性能在石油化工和海洋工程等領域大量應用。從鈦及鈦合金管材生產(chǎn)技術現(xiàn)狀來看，國際上從事鈦產(chǎn)品生產(chǎn)的大公司，根據(jù)各自的技術水平和擁的有設備均有所側重。而我國鈦管生產(chǎn)企業(yè)幾乎沒有差別，雖然我國焊管廠陸續(xù)投產(chǎn)，焊管的產(chǎn)量逐年增加，但是國內(nèi)主要管材生產(chǎn)廠仍以無縫管生產(chǎn)為主，市場應用也以無縫管為主。

圖 1 鈦管材在鈦加工總量中所占比率( 2010 ～ 2013 年)

從圖 1 的數(shù)據(jù)可以分析出，目前我國平均每年鈦加工材的產(chǎn)量已達到 5 萬噸，其中鈦管的需求量相對穩(wěn)定。

2、鈦無縫管的生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品特點分析

由于純鈦性能與普通鋼材的性能相近，因此鈦管生產(chǎn)工藝與鋼管生產(chǎn)工藝有很大程度的相似。鈦管的應用也一直以替代鋼管為主，但是鈦管的應用一直受到成本方面的制約。近年來隨著市場變化，鈦材生產(chǎn)商的增多，導致鈦管價格逐漸下降，同時鈦管的經(jīng)濟適用性也逐漸被大家認可，這使得管材的應用進一步擴大。

鈦管主要分為無縫管和焊接管。目前市場上生產(chǎn)的鈦無縫管普遍采用冷軋真空退火工藝，從鈦鑄錠經(jīng)過鍛造棒坯，制作成管坯，管坯經(jīng)過多道次軋制及退火工藝，最終制作成鈦管。在管坯的制作上，主要分為兩種制作工藝，一種方式是鉆孔擠壓生產(chǎn)管坯。該方式鈦金屬消耗大，管坯壁厚均勻，選用合適的玻璃潤滑劑成為擠壓中的關鍵，且需要較大噸位

的擠壓機，設備投入較大; 另一種方式是鋼管生產(chǎn)中普遍采用的斜軋穿孔。該方式鈦金屬消耗小，管坯厚度公差稍大，穿孔過程中有時出現(xiàn)穿不透的現(xiàn)象，頂頭被卡在坯料中，這是目前生產(chǎn)技術方面值得研究的技術難題。

雖然鈦合金無縫管的加工技術比較成熟，但是由于現(xiàn)有設備限制，目前鈦管材主要還是以低強度、低合金化的純鈦、鈦鉬鎳等中低強度鈦管材為主材，加工工藝仍以冷軋為主。而中高強度鈦合金管材的生產(chǎn)，諸如Ti6Al4V 管材，則需要采用溫軋技術，即在軋管機上安裝感應加熱裝置。由此可知，未來在鈦無縫管的生產(chǎn)上，隨著設備的大型化、輔助設備逐

漸完善和技術不斷優(yōu)化，大規(guī)格無縫管及部分合金管材將會批量生產(chǎn)并廣泛應用。

現(xiàn)有鈦無縫管生產(chǎn)工藝成熟，產(chǎn)品供貨穩(wěn)定。但是，對于特殊要求的管材，鈦無縫管生產(chǎn)難度較大，如鈦及鈦合金薄壁管、長度超過14m 的超長鈦管材等。此外，鈦無縫管生產(chǎn)需要的工具、磨具較多，設備復雜，導致生產(chǎn)商產(chǎn)能有限，生產(chǎn)周期較長，無法滿足市場對于薄壁管、超長管、低成本管的大量需求。

3、鈦焊管的生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品特點分析

基于上述鈦無縫管的缺點，鈦焊管應運而生。目前國際上大型鈦焊管公司有日本鋼鐵公司和神戶制鋼公司、法國的Valtimet 公司、俄羅斯的VSMPO公司等。20 世紀 80 年代中期，寶雞有色金屬加工廠從美國引進了鈦焊管生產(chǎn)線，從此結束了我國不能生產(chǎn)鈦焊管的歷史。制約我國鈦焊管發(fā)展的主要因素是鈦帶生產(chǎn)技術不過關。直到 2005 年由寶鈦股

份發(fā)起、法國 Valtimet 公司提供技術支持、美國 Timet公司供應鈦帶卷原料，三家共同出資組建西安寶鈦美特法力諾焊管有限公司，組建了2條具備先進水平的全自動焊管生產(chǎn)線，該公司成為國內(nèi)鈦焊管領軍企業(yè)。近年來隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展，每年將有 2,000MW 全鈦凝氣器機組投入運行，全鈦凝氣器需要安裝規(guī)格為 25.4mm × 0.5mm 和 25. 4mm ×0.7mm的鈦管約 25 噸。該部分鈦管基本使用鈦焊管，面對大量的市場需求，解決我國鈦帶卷生產(chǎn)技術難題迫在眉睫。

鈦焊管作為一種相對獨特的鈦管產(chǎn)品，其生產(chǎn)工藝是由冷軋鈦卷支撐管形后，采用鎢極惰性氣體保護焊焊合而成。由于鈦材具有優(yōu)異的耐海水腐蝕性能，鈦焊管自產(chǎn)品投入市場后就逐漸替代不銹鋼和銅合金管成為冷凝器和熱交換器的首選材料，也因此廣泛用于濱海電站、海水淡化、海域石油等需要海水作為冷卻介質的冷凝器和熱交換器。相較于鈦無縫管，鈦焊管可以用于制造壁厚更薄的管件，壁厚最小值可以達到 0.3 ～ 0.5mm，而鈦無縫管的最小壁厚為 0.9mm 左右; 同時鈦焊管的生產(chǎn)原材料利用率高，生產(chǎn)效率高，經(jīng)濟效益好。

在發(fā)達國家，濱海電站和核電站中的冷凝器及凝汽器用鈦焊管逐步替代鈦薄壁無縫管。對鈦焊管與無縫管的脹接性能耐壓性能、以及抗疲勞性能方面進行研究，結果表明目前鈦焊管的焊接質量均能滿足苛刻的使用環(huán)境。由于鈦無縫管成品率低，生產(chǎn)周期長，造價高; 而鈦焊管的生產(chǎn)工序短，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高。因此，大力發(fā)展鈦焊管是一種發(fā)展趨勢。

從表2可見，鈦比任何金屬都耐海水腐蝕，即零腐蝕，是所有其他金屬所不及的。同時，鈦的抗水流沖擊腐蝕能力最好，水速又不受限制。所以，鈦管冷卻器對于希望利用海水直接冷卻的電廠特別適合。

表 2 不同金屬耐海水腐蝕性能對比

鈦焊管隨著鈦帶的穩(wěn)定供貨，成本進一步下降，競爭更加激烈。有資料顯示自2008 年以來，海綿鈦產(chǎn)能膨脹式擴張，加快了我國鈦帶生產(chǎn)線的建設步伐。在鈦帶原料供應局勢迅速改變和中國核電建設規(guī)劃預期的刺激下，自 2008 年起中國大陸掀起了一股強勁的鈦焊管生產(chǎn)線投資熱潮。據(jù)不完全統(tǒng)計，已有 50 余條生產(chǎn)線陸續(xù)建成，產(chǎn)能超過 12,000 噸。

海關數(shù)據(jù)顯示，2010年我國進口鈦焊管 3,032 噸，但是隨著金融危機的爆發(fā)以及福島電站核事故的發(fā)生，焊管市場一下進入了寒冬。2011 年我國進口焊管只有2,300 噸

。目前國內(nèi)鈦焊管質量方面還有待提高，市場前景廣闊?？梢灶A見的是，鈦焊管成本方面的優(yōu)勢，將促使未來鈦焊管部分替代鈦無縫管。

4、其他鈦管的發(fā)展前景

4.1 大直徑熱擠壓鈦合金管的生產(chǎn)開發(fā)

經(jīng)濟發(fā)展促使石油天然氣鉆探和開采步伐加快，用于油井、地熱和天然氣井管道等方面的大直徑鈦合金管熱擠壓管材的需求也隨之增加。目前，美國將( 48 ～610) mm ×26mm ×2,600mm 的 Ti6Al4V-Ｒu 合金管用作地熱、海上鉆井管道，美國ＲMI 公司生產(chǎn)的650mm × ( 22 ～ 25) mm × 350，000mm 超長 Ti3Al2.5V-Ｒu 合金管用于海底石油開采; 挪威北海鉆井支撐平臺立 管 采 用 的 是 600mm × 25mm × 15，000mm 的Ti6Al4V Eli 合金管; 俄羅斯的公司將生產(chǎn)的含有 Pd、Ｒu 的合金及 Ti6Al4V 合金管用于石油開采方面。

我國在大直徑熱擠壓鈦合金管生產(chǎn)方面基本空白，失去市場占有率。

目前國外大規(guī)格鈦合金管材，均采用熱擠壓法生產(chǎn)。大型擠壓機以及高效的潤滑劑，對于大規(guī)格鈦合金的生產(chǎn)很關鍵。美國、俄羅斯等公司配有 20,000 噸擠壓機。而美國雷諾公司的擠壓機達 27,000 噸。美國的大直徑鈦合金擠壓管生產(chǎn)居世界領先水平。目前我國已經(jīng)能制造 10,000 噸擠壓機。為生產(chǎn)較大直徑的鈦合金擠壓管創(chuàng)造了條件。高效的潤滑劑能夠有效減少模具損耗，改善產(chǎn)品質量，可以進一步降低管材產(chǎn)品生產(chǎn)成本。

鈦供應商一方面要加強與海洋裝備制造商的聯(lián)系，進一步推動鈦制換熱器、管道、閥門、緊固件等產(chǎn)品在海洋石油開采、船舶、海水淡化方面的應用開發(fā); 另一方面通過創(chuàng)新和技術提升，進一步降低成本，解決技術難點，不斷推出新產(chǎn)品。

我國基本上還沒有開展對海洋工程系統(tǒng)性的研究工作，與發(fā)達國家存在較大差距。

4.2  鈦型管的生產(chǎn)開發(fā)

國際上對鈦型管的研發(fā)過程比較緩慢，只有美國的公司采用擠壓和拉伸法，生產(chǎn)出正方形、長方形、三角形、橢圓形等多種形狀的鈦管，成為世界上唯一生產(chǎn)鈦型管的公司。由于鈦合金在室溫下成形具有各向異性顯著、變形抗力大、塑性差、延伸率有限、成形困難、回彈顯著等特點，鈦材的彎曲工藝十分復雜。正因為這一原因，限制了鈦型管的開發(fā)。目前鈦型管的應用還不夠廣泛，用量不多，但是在建筑、體育及特殊工程等領域，市場潛力較大。我國也應當加大對于鈦型管的技術研發(fā)。

5、結論

一方面，隨著海綿鈦廠技術改造升級，效率進一步提高，海綿鈦的成本還將會有所降低，這直接導致鈦加工材的成本降低，促進了鈦材的市場應用。另一方面，隨著殘鈦回收生產(chǎn)線的進一步完善，鈦材的成本也會降低。相較于其他材質的管材，鈦管材的價格會更具有競爭優(yōu)勢。

在鈦管材的生產(chǎn)方面，生產(chǎn)商的管材軋機逐步改造升級，鈦管規(guī)格會進一步擴大。鈦管材尺寸精度和產(chǎn)品質量會進一步提高，將會生產(chǎn)出更多的特色產(chǎn)品，以滿足不同行業(yè)的需求。同時，目前鈦產(chǎn)業(yè)集中度不高，生產(chǎn)商應以現(xiàn)有設備為基礎，逐步進行設備改造升級，積極尋求合作，通過同大型鋼廠合作，利用大型化設備拓展產(chǎn)品規(guī)格范圍，開發(fā)新產(chǎn)品。

在鈦焊管方面，隨著鈦帶生產(chǎn)線的建立，鈦帶生產(chǎn)工藝的完善，帶材產(chǎn)品質量穩(wěn)步提高，使得鈦焊管本身生產(chǎn)成本降低，價格穩(wěn)定。隨著鈦管焊接質量的提高，將進一步擴大鈦焊管的市場占有率，并逐漸替代鈦無縫管的使用。

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