日本钛产业发展前景广阔

日本钛产业发展前景广阔

1 日本钛产业概况

日本从 1952年成功制成海绵钛至今,已拥有完整的钛产业链,其产业结构合理,技术先进,成本不断降低;在民用钛及钛合金的研究方面保持着世界领先地位,特别是不断开发出多样化的钛制日常消费品。

日本海绵钛的生产能力约占世界的 1/4,除用于国内,高品质的海绵钛也出口美国。2002年日本海绵钛出库量曾一度名列世界首位,约占全球5.4万 t的 43%。日本的钛加工材以纯钛为主,近年来一直稳定增长,2008年达到 4.6万 t。日本以生产纯钛薄板为母材的焊接管材而著称,其中 70%为纯钛带材制品,大量出口美国、欧洲和中国。

日本海绵钛企业有 2家:大阪钛(OSAKA)和东邦钛(Toho),已生产出单坨 10 t的海绵钛坨,2011年产能将达到 6.74万 t。生产钛锭的企业有 4家:东邦钛、神户制钢所、大阪钛和大同特殊钢,采用真空电弧熔炼 (VAR)、电子束熔炼 (EBR)和等离子电弧熔炼(PBR),可生产单锭 9 t的钛锭,产能总计达到 4.32万 t。钛材生产以神户制钢所的种类最为齐全,包括板、棒、管、线等各种钛材制品,其次是住友金属和新日铁,另有大同特殊钢、JFE、古河电气等。

日本的钛研究在全球起着主导作用,尤其是在钛的民用领域。在 2003年的第 10届世界钛会上,日本共发表论文 77篇,仅次于东道主德国 (89篇),居第二位。日本早期没有钛专业学术团体,钛学术活动在日本金属学会和钢铁协会中进行。钛研究开发机构以钢铁厂家为中心,此外冶炼厂、汽车厂、重工业厂家以及各用户企业、大学、材料研究机构等也具备不同程度的研发力量。1952年日本钛协会成立,这是世界上第一个钛协会,现有会员 200家,已成为科研、制造、市场以及国际沟通的桥梁纽带。

2 日本钛应用

与美国 (钛材 70%用于航空航天)不同,日本95%的钛材用于航空之外的领域,如化工、电力、海水淡化、汽车、摩托车、建筑、医疗、电子、体育休闲、机械加工等。出口钛材应用最多的是在板式换热器(PHE)和电力方面。为了加速拓展钛的民用市场,日本还开发了一些新型钛合金,如高温钛合金、高强度钛合金、耐蚀钛合金及低成本钛合金。(1)航空航天 近年来,日本着力开拓钛在航空航天工业领域的应用,其代表性成果为住友金属公司研制的航空发动机 (曾在 2007年日本京都举行的第

11届世界钛会的展会上展出)。航空航天工业用钛比例有所提高,但仅占全部消耗的 2%～3%。

(2)化工 用于化工的钛材平均每年占总量的 30%, 2008年最高达到 4 605 t,占总应用市场的 45%,主要用于换热器、反应塔、尿素合成塔、次氯酸钠罐等化工设备。

(3)电力与海水淡化 电力和海水淡化工业用钛约占总量的 20%。电力钛材主要用于核电站冷凝器管,海水淡化钛材主要用于蒸发器。

(4)汽车与摩托车 日本钛应用发展最快的领域是汽车和摩托车,用钛量从 1997年的 103 t增至 2006年的 1 500 t。主要用于以下部件:发动机气阀、连杆和曲轴、排气管、悬簧、消音器、车体和紧固件等,本田、雅马哈公司生产的 600cc摩托车使用钛制气阀、弹簧、排气管和消音器等部件后,减重、防腐蚀和提高燃烧率效果明显。中高档轿车和摩托车用钛量仍在增长,发展势头依然很猛。

(5)建筑 日本开发建筑用钛已有 28年的历史,目前已有上百座建筑物使用了钛材。由于日本是一个太平洋岛国,其建筑多在海洋大气的环境中,因此,日本许多建筑中都采用了钛这种耐腐蚀材料。如日本东京有明国际展览馆和日本岛根县立美术馆使用了大量钛材料,一些桥梁、寺庙等也使用了钛材。日本专家认为,使用钛材从长期来看,费用比不锈钢和铝还廉价,而且钛材还具有漂亮的金属质感,能烘托出现代、时尚的气氛。

(6)体育休闲 钛在高尔夫球头、眼镜方面的应用。日本神户制钢所用 Ti-15M o-3A l这种钛合金,通过改进薄板制造时的热处理条件,研制出一种新型的高尔夫球头,其耐撞击强度、易挠曲特性和反弹系数均优于以往产品。日本丰田中央研究所开发了一种新型多功能钛合金,被称为橡胶金属,比普通金属高2.5%的弹性变形,不会产生冷加工硬化,可进行断面收缩达99.9%的冷加工,目前这种新型多功能钛合金多用于眼镜架。

(7)计算机 2003年以后,日本在电脑内部设备材料中大幅度增加钛的应用。一些日本的超级技术企业在新材料采用方面,已经领先于欧美企业。松下公司将钛制零件用于高速DVD光驱和DVD刻录机中,机器的耐磨、减震作用明显,精确度提高,寿命延长。

(8)医疗 在医用钛合金方面,丰桥技术科学大学教授开发的生物用低弹性高强度β型钛合金Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr的延伸率为 20%,强度为600M Pa,不含有害成分,可用于医用植入材料及牙科治疗。

(9)其它 据称,日本已开展钛表面氧化处理研究,以制造光触媒。此类光触媒具有除污、除臭、抗菌及空气净化的作用,在业界受到相当大的关注。此外,日本还发明了钛金属牙刷,无需牙膏就可去除齿菌斑。钛在栏杆、照相机、保温瓶、厨房用具,家具等中的应用也日渐扩大。

日本钛产品在近两届中国举办的钛展会(TiEXPO)上得到了集中展示,主要有钛工艺品、首饰、建材、运动器材、户外用品、厨房用品等。产品做工精细,技术含量高,备受关注。

3 钛钢共生是日本钛工业成功之路

日本没有独立的钛加工厂,其钛加工都在钢厂中进行,钢厂兼生产钛材,这是日本钛业发展的成功之路。当前世界钛业发展的最大共性难题是降低成本,日本采用的钛钢共生法正是降低成本、提高效益的有效途径。钛的加工非常接近不锈钢的加工,利用钢厂现成的先进技术和设备进行钛加工,既节约资金,又能保证钛加工设备的先进性,使设备得到充分的利用,从而提高企业的经济效益。

日本钛产业发展前景广阔。日本在钛熔炼和制造方面有很强的竞争力,且民用钛具有绝对优势,在海洋温度差发电、燃料电池、汽车摩托车等方面的用钛处于新的发展中。随着新技术、新产品的开发新市场的继续开拓,成本的进一步降低,以应用为立业之本的日本钛产业前途将更加辉煌。

(邰旃供稿)