摘 要

    由中国科学院金属研究所和大连盛辉钛业有限公司承担的中科院东北振兴科技行动计划重点项目“高性能钛合金材料产业化”，在新材料研制和钛合金加工技术方面取得很大突破。拥有自主知识产权的Ti2448高强度多功能医用钛合金具有与人体骨骼相类似的弹性模量、超弹性和阻尼性能，其广泛临床应用不仅能够打破进口医疗器械在我国高端市场的垄断地位，而且能够促进具有自主知识产权骨科器械的研发，推动我国骨科事业的发展。连轧技术是国际上生产钛合金棒丝材最先进的加工技术，金属所、太原科技大学和大连盛辉钛业有限公司联合开发的LZ300Y型连轧生产线填补了国内空白，实现了钛合金高质量棒丝材的国产化，为我国航空、航天和医疗器械事业做出了贡献。

    钛合金的应用在航空航天、石油、化工、海水淡化方面一直占据主导地位。近年来，钛合金在建筑、医疗、汽车、海洋油气开发、体育休闲用品等领域不断有新的应用，并形成一定规模，其全世界消费总量2001年约为6000吨，近几年翻一番，达到12000吨。随着钛的新应用不断开发，钛合金的应用市场前景光明。近五年全球钛产品相关行业企业市值增长率一直保持在两位数的增长。专家预测，钛合金的发展将继不锈钢、铝合金之后成为第三金属。

    我国钛资源丰富，TiO2总储量达9亿多吨，居世界第一，这是我国钛工业发展的有利条件。我国钛工业经过50 年的发展，是世界上第四个拥有完整钛生产体系的国家。已形成了钛精矿、钛白、海绵钛、钛加工材、钛铸件、钛粉末冶金、钛设备制造的完整生产体系以及钛研究、设计、生产、应用完整的工业体系。但我国钛生产总体规模偏小，占世界总产量的比例很小(3～5%)。我国在钛加工技术上仍有很大差距，由于有些大型设备或工装不配套，一些重要的钛材品种不全，还不能生产钛带卷和薄壁钛焊管，核电站和滨海电站用的钛管大部分为进口，钛型材基本为空白，航空用大型精密铸件、舰船用的宽厚板在尺寸规格和组织性能均匀性方面与国外有很大差距；产品在外观质量、批次稳定性、成品率等方面还存在不少问题，缺乏国际竞争力；我国钛的发展长期以来主要采取跟踪与仿制，缺乏自主创新，缺少自己的品牌。近几年，随着我国经济的快速增长，我国的钛工业也进入了快速发展时期，每年的增长速度都在30%以上。在近3年内我国海绵钛的生产能力将增加到5万吨以上。这就使我国在钛材加工能力上显得不足，要求我国钛工业的技术经济水平必须上一个新台阶。

    辽宁是我国钛工业发祥地。我国于20世纪50年代开始钛的研究。1958年在抚顺建立海绵钛生产车间；1960年在沈阳建立第一个钛加工车间。我国第一炉海绵钛、第一个钛锭都产于辽宁。后来由于国家投资建立了遵义钛厂和宝鸡有色金属加工厂两家生产海绵钛和加工钛材的专业厂，使得国家资金投入减少，生产设备陈旧、工艺落后、产品品种不全，只能生产低端产品。另外，辽宁的航空工业发达，而航空业是钛合金应用的主要市场。因此，辽宁形成钛工业原材料加工制造研制开发市场的产业链，具有发展的先天优势。辽宁的钛合金研发机构应该加快科研成果产业化的步伐，为辽宁钛工业的振兴做贡献。中科院金属所在高温钛合金、结构钛合金以及钛铝金属间化合物等研究方面处于国内领先地位，并在高温钛合金、航空紧固件丝材、TiNi形状记忆合金，生物钛合金等方面具有自主研发技术，并具有产业化应用前景，再与企业形成有效的合作机制，就可使钛产业形成可持续发展的局面。

    “高性能钛合金材料产业化”项目于2004年10月立项后，金属所组织建立了不同的材料研究和工程化研究课题组，并与合作单位大连盛辉钛业有限公司完成了增资扩股的合作协议，使该项目在新材料研制和钛合金加工技术方面取得很大突破。

    本项目完成了TiNi形状记忆合金采用氧化钙或水冷铜坩埚感应熔炼真空自耗电弧双联熔炼技术扩大锭型到150公斤以上，并使合金中杂质氧含量控制在0.05%以下,碳含量控制在0.02%以下，保证了产品质量的稳定，使铸锭质量达到了国际先进水平，为形状记忆合金产业化打下基础。

    本项目完成了航空紧固件用BT16合金冷镦丝材和TC4合金丝材研制并建设了纵列式连轧生产线。纵列式连轧生产线是目前棒丝材最先进的生产方式，本项目建立了国内首条钛合金棒丝材连轧生产线，制定相应的加工工艺，使棒丝材生产水平上一新台阶，达到国际先进水平，并形成年产500吨高质量棒丝材的生产能力，满足当前航空紧固件用BT16冷镦丝材和TC4丝材需求，着眼于将来国产化飞机批生产的需要。

    本项目完成了拥有自主知识产权的Ti2448高强度多功能医用钛合金研制并可以在两年内实现产业化。Ti2448高强度多功能医用钛合金具有与人体骨骼相类似的弹性模量、超弹性和阻尼性能。Ti2448合金的广泛临床应用不仅能够打破进口医疗器械在我国高端市场的垄断地位，而且能够促进具有自主知识产权骨科器械的研发，推动我国骨科事业的发展。

    钛合金棒丝材加工在大连盛辉钛业有限公司实现了产业化。大连盛辉钛业有限公司在金属所钛合金材料研究的基础上，进行材料深加工工艺和技术的攻关，将比较成熟的新型钛合金发展成高附加值产品，并根据市场需求逐步扩大产业化规模并实现了出口创汇。中科院金属所与大连盛辉钛业有限公司建立了完善的合作机制，金属所以科研成果及无形资产入股大连盛辉钛业有限公司，金属所占注册资本的15%，从而使双方的合作又上了一个台阶。另外，在项目的完成过程中建立起一支基础研究、应用研究及工程化研究相结合的科技队伍，培养了一批技能全面的高素质人才。

    “高性能钛合金材料产业化”项目的完成将使我国钛合金棒丝材制造水平上一个新台阶，产品质量达到国际先进水平，并将达到每年500吨钛合金深加工的工业规模。钛合金棒丝材纵列式轧制工艺大幅度提高了生产效率，降低了成本，并提高了产品的可靠性。钛合金棒丝材是目前国内外军民用飞机上应用最广，用量最大，使用最可靠的钛合金材料。实现高质量钛合金棒丝材的批生产稳定化，取代进口棒丝材，将产生巨大的经济和社会效益，并在国产大飞机上有广泛的应用前景。