本文來自微信公眾號(hào)：晨源鈦業(yè)鈦合金熔煉技術(shù)復(fù)雜、加工難度大，目前，世界上僅美國、俄羅斯、日本、中國四個(gè)國家掌握完整的鈦工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。鈦工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈有兩條不同的分支，即鈦材工業(yè)和鈦白粉工業(yè)。在鈦材工業(yè)，從鈦鐵礦和金紅石采選開始，制造海綿鈦，然后制成各種金屬產(chǎn)品，用于航空航天、化工、船舶等領(lǐng)域?！皯?zhàn)略金屬”鈦合金：國內(nèi)鈦材占全球一半，航空航天需求快速增長鈦合金熔煉技術(shù)復(fù)雜、加工難度大，目前，世界上僅美國、俄羅斯、日本、中國四個(gè)國家掌握完整的鈦工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。鈦工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈有兩條不同的分支，即鈦材工業(yè)和鈦白粉工業(yè)。在鈦材工業(yè)，從鈦鐵礦和金紅石采選開始，制造海綿鈦，然后制成各種金屬產(chǎn)品，用于航空航天、化工、船舶等領(lǐng)域。

　　1.1 鈦：儲(chǔ)量豐富、加工難度大的稀有金屬

　　鈦在地殼中的豐度為 0.56%，在所有元素中排第 9 位，儲(chǔ)量遠(yuǎn)高于許多常見的金屬，僅次于鐵、鋁居于第三位。由于鈦熔煉技術(shù)復(fù)雜、加工難度大，鈦被歸為“稀有”金屬。目前，世界上僅美國、俄羅斯、日本、中國四個(gè)國家掌握完整的鈦工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。

　　有利用價(jià)值的鈦礦物主要是鈦鐵礦（FeTiO3）和金紅石（TiO2）。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）《Mineral Commodity Summaries 2022》資料顯示，截至 2021 年末，全球鈦鐵礦儲(chǔ)量為 7.0 億噸，占比 93%，金紅石儲(chǔ)量為 0.49 億噸，占比 7%。全球鈦資源主要分布在澳大利亞、南非、中國、印度和肯尼亞等國。中國鈦鐵礦儲(chǔ)量 2.3 億噸，占全球總儲(chǔ)量的 33%，居世界第一。但是我國的鈦資源中鈦鐵礦多，金紅石礦少；貧礦多，富礦少；無單一鈦礦，均為多金屬共生礦，鈣、鎂雜質(zhì)含量高，采選冶煉技術(shù)難度大。

　　鈦工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈有兩條不同的分支，即鈦材工業(yè)和鈦白粉工業(yè)。在鈦材工業(yè)，從鈦鐵礦和金紅石采選開始，制造海綿鈦，然后制成各種金屬產(chǎn)品，用于航空航天、化工、船舶等領(lǐng)域；在鈦白粉工業(yè)，從鈦鐵礦和金紅石采選開始，通過化學(xué)過程生成化工中間產(chǎn)品鈦白粉，用于涂料、塑料和造紙等行業(yè)。“戰(zhàn)略金屬”鈦合金：國內(nèi)鈦材占全球一半，航空航天需求快速增長

　　海綿鈦為鈦材行業(yè)基礎(chǔ)原材料，但不同的下游運(yùn)用領(lǐng)域?qū)＞d鈦的品質(zhì)等級(jí)要求不同。根據(jù)海綿鈦國家標(biāo)準(zhǔn)，按鈦含量、雜質(zhì)含量的高低和硬度按等級(jí)由高到低，海綿鈦可劃分為 0A級(jí)、0 級(jí)、1 級(jí)、2 級(jí)、3級(jí)、4 級(jí)、5 級(jí)；按粒度大小，一般為 0.83mm-25.4mm，小粒度為0.83mm-12.7mm，細(xì)粒度為 0.83mm-5.0mm。

　　高端鈦合金生產(chǎn)原料以 0 級(jí)海綿鈦為主。例如，西部超導(dǎo)采購的海綿鈦主要為 0 級(jí)和 1 級(jí)海綿鈦，以 0 級(jí)為主，顆粒度為 3mm-12.7mm 的小顆粒，并對(duì)相關(guān)參數(shù)有特殊的內(nèi)控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。一般的民用鈦合金相關(guān)企業(yè)采購的均為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的海綿鈦，西部鈦業(yè)采購的海綿鈦主要為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的 1 級(jí)海綿鈦和部分 0 級(jí)、2 級(jí)海綿鈦。

　　國內(nèi)海綿鈦產(chǎn)量近幾年持續(xù)增長。2020 年，根據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)鈦鋯鉿分會(huì)對(duì)國內(nèi) 12 家海綿鈦生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)，共生產(chǎn)海綿鈦 12.30 萬噸，同比增長 44.9%。

　　“戰(zhàn)略金屬”鈦合金：國內(nèi)鈦材占全球一半，航空航天需求快速增長

　　1.2 鈦及鈦合金類型“戰(zhàn)略金屬”鈦合金：國內(nèi)鈦材占全球一半，航空航天需求快速增長1.2 鈦及鈦合金類型

　　海綿鈦（或海綿鈦加合金元素）經(jīng)熔煉形成鈦鑄錠，再經(jīng)鍛造、軋制、擠壓等塑性加工方法將鑄錠加工成材，即鈦材。根據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)鈦鋯鉿分會(huì)的數(shù)據(jù)，2020 年，我國鈦材產(chǎn)量達(dá)到近 10 萬噸，占全球鈦材產(chǎn)量的 50%以上。鈦材按是否添加合金元素、牌號(hào)、形態(tài)和用途等有多種分類方法。

　　鈦合金是以鈦為基加入適量其他元素，調(diào)整基體相組成和綜合物理化學(xué)性能而形成的合金。按相組成鈦合金可分為：密排六方結(jié)構(gòu)的 α 型鈦合金（包括近 α 型合金）—即國內(nèi)牌號(hào) TA，體心立方結(jié)構(gòu)的 β 型鈦合金（包括近 β 型合金）—即國內(nèi)牌號(hào)為 TB，兩相混合的 α+β 型鈦合金—即國內(nèi)牌號(hào) TC。

　　α 型和近 α 型鈦合金具有良好的蠕變、持久性能和焊接性，適合于在高溫環(huán)境下使用。β 型和近 β 型鈦合金在室溫至 300℃左右具有高的拉伸強(qiáng)度，但在更高的溫度下，合金的蠕變抗力和耐熱穩(wěn)定性急劇下降。α+β 型鈦合金不僅具有良好的熱加工性能，而且在中高溫環(huán)境下還具有良好的綜合性能。

　　鈦具有密度小、比強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐高溫低溫性能好、耐腐蝕能力強(qiáng)等突出特點(diǎn)，最早被應(yīng)用于航空航天等高科技領(lǐng)域，現(xiàn)在其應(yīng)用領(lǐng)域已向化工、石油、電力、海水淡化、建筑、日常生活用具等領(lǐng)域拓展，被譽(yù)為“現(xiàn)代金屬”、“戰(zhàn)略金屬”。

　　我國鈦材使用以化工領(lǐng)域?yàn)橹?。根?jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)鈦鋯鉿分會(huì)的統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)主要鈦材生產(chǎn)企業(yè)在化工領(lǐng)域的銷量占總銷量比例為50%左右。近幾年，國內(nèi)航空航天領(lǐng)域鈦材需求量快速增長，國內(nèi)主要鈦材生產(chǎn)企業(yè)在航空航天領(lǐng)域的銷量占比由 2010 年的 9.7%提升至2020 年的 18.4%。

　　國內(nèi)航空航天領(lǐng)域鈦材銷量保持快速增長。2020 年，國內(nèi)主要鈦材生產(chǎn)企業(yè)在航空航天領(lǐng)域合計(jì)銷量約 噸，同比增長 36.73%，較2010 年 3603 噸的銷量復(fù)合增長率為 16.94%。

　　航空鈦合金主要應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)件以及航空緊固件等。飛機(jī)結(jié)構(gòu)鈦合金使用溫度要求一般為 350℃以下，要求其具有高的比強(qiáng)度、良好的韌性、優(yōu)異的抗疲勞性能、良好的焊接工藝性能等，主要應(yīng)用部位有起落架部件、框、梁、機(jī)身蒙皮、隔熱罩等。發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦合金要求具有高的比強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性好、抗氧化和抗蠕變性能良好，主要應(yīng)用領(lǐng)域有壓氣機(jī)盤、葉片、鼓筒、高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、壓氣機(jī)機(jī)匣等。航空緊固件用鈦合金要求具有較好的加工性、無磁性、耐腐蝕性等，主要包括鈦合金鉚釘、鈦合金螺栓等。

　　2.1 飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)件：軍機(jī)和民機(jī)鈦合金用量均持續(xù)提升

　　2.1.1 機(jī)身結(jié)構(gòu)件鈦合金應(yīng)用：用于機(jī)翼、起落架、尾翼等重要結(jié)構(gòu)件

　　鈦合金因密度小、比強(qiáng)度高、耐蝕、耐高溫、無磁、可焊、使用溫度范圍寬（-269℃-600℃）等優(yōu)異性能，且能夠進(jìn)行各種零件成形、焊接和機(jī)械加工，在航空領(lǐng)域很快得到廣泛應(yīng)用。20 世紀(jì) 50 年代初，軍機(jī)開始使用工業(yè)純鈦制造后機(jī)身的隔熱板、機(jī)尾罩、減速板等受力較小的結(jié)構(gòu)件。20 世紀(jì) 60 年代，鈦合金進(jìn)一步應(yīng)用到飛機(jī)襟翼滑軌、承力隔框、中翼盒形梁、起落架梁等主要受力結(jié)構(gòu)件中。

　　以美國 F14 戰(zhàn)機(jī)為例，鈦合金占 F14 戰(zhàn)斗機(jī)結(jié)構(gòu)重量的 26%，使用鈦制成的組件包括機(jī)翼結(jié)構(gòu)、起落架部件、尾部結(jié)構(gòu)，以及小型緊固件、彈簧和液壓管等。

　　采用鈦合金作機(jī)身材料有多方面優(yōu)勢：1）替代鋼和鎳基高溫合金可大大降低飛機(jī)質(zhì)量；2）能夠滿足飛機(jī)強(qiáng)度要求，與鋁合金相比，60%左右質(zhì)量的鈦合金即可達(dá)到相同的強(qiáng)度。3）耐腐蝕性良好，鈦合金不需要表面防腐涂層或者鍍膜。4）與聚合物復(fù)合材料電化學(xué)相容性好。5）限制空間內(nèi)滿足強(qiáng)度要求，例如，波音 747 的鈦合金起落架梁。

　　軍用飛機(jī)方面，國外先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)用鈦量占機(jī)體結(jié)構(gòu)總質(zhì)量的 25%左右。美國 F-35 戰(zhàn)機(jī)鈦用量達(dá) 27%，F(xiàn)-22 戰(zhàn)機(jī)鈦用量高達(dá) 41%，其機(jī)身主承力梁和框架采用鈦合金整體鍛造而成，創(chuàng)造了迄今為止戰(zhàn)斗機(jī)鈦用量的最高紀(jì)錄。美國 B1 轟炸機(jī)和 B2 轟炸機(jī)鈦合金用量分別為 21%和 26%。美國運(yùn)輸機(jī)用鈦量也由早期服役的 C5 的 6%增至 C17 的10.3%，俄羅斯伊爾 76 運(yùn)輸機(jī)用鈦量更是達(dá)到了 12%。

　　民航飛機(jī)方面，由于復(fù)合材料的大量使用，與復(fù)合材料相容性更好的鈦合金用量也在逐步增長?？湛惋w機(jī)鈦用量從第三代 A320 的 4.5％增至第四代 A340 的 6％，A380 的用鈦量增加到了 10％，而 A350 客機(jī)的鈦用量進(jìn)一步提高到 14％左右；波音飛機(jī)用鈦量從最初波音 707 的0.5％逐漸增至波音 747 的 4%，再到波音 777 的 7％，波音 787 的用鈦量已提高到 15%左右，基本與空客飛機(jī)保持同步。俄羅斯的新型客機(jī) MS21 鈦合金用量占比高達(dá) 25%，是目前民用運(yùn)輸機(jī)鈦用量的最高紀(jì)錄。

　　國內(nèi)方面，軍用殲擊機(jī)從初始用鈦量只有 2%的殲 8，逐漸增加至用鈦量為 4%的殲 10，殲 11 用鈦量增加到 15%，殲 20 用鈦量達(dá) 20%。大型軍用運(yùn)輸機(jī)運(yùn) 20 的鈦合金用量為 10%，與美國先進(jìn)的 C-17 運(yùn)輸機(jī)的鈦合金用量相當(dāng)。民用飛機(jī)上，商用客機(jī) ARJ21 的鈦合金用量 4.8%，而 C919 大型客機(jī)廣泛采用鈦合金，其用鈦量已達(dá)到 9.3%，主要用于機(jī)頭、吊掛、尾翼、外翼和中央翼盒等。

　　2.1.2 機(jī)身結(jié)構(gòu)件鈦合金材料：Ti-64 應(yīng)用最為廣泛，向更好的加工性能發(fā)展

　　目前，在航空領(lǐng)域使用的鈦合金材料主要有 TC4（美 Ti-64 合金）、TC18、TC21、TA15、TB6（美 Ti-1023 合金）等。Ti-64 鈦合金是最早問世同時(shí)也是最經(jīng)典的鈦合金，其設(shè)計(jì)使用溫度最高可達(dá) 350℃。Ti-64 不僅具有耐高溫性，還具有十分優(yōu)良的塑性加工性能，在航空航天領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

　　TC18 具有較大淬透性，適合制造大型鍛件。俄羅斯根據(jù)波音和空客等民機(jī)需求，在 TC18 合金基礎(chǔ)上開發(fā)了 Ti- 鈦合金。Ti-強(qiáng)度較高，而且具有優(yōu)越的淬透性和更寬的加工窗口，已在 A380 飛機(jī)吊掛接頭和起落架支柱等零件上使用。

　　鑄造鈦合金方面，航空領(lǐng)域應(yīng)用范圍最廣、用量最多的鑄造鈦合金是ZTC4 鈦合金。我國研制和生產(chǎn)的鈦合金鑄件中，ZTC4 和 ZTA15 合金用量占 80%。此外，國內(nèi)常用的鑄造鈦合金還有 ZTC3 和 ZTC6。ZTC3、ZTC6 和 ZTA15 是航材院根據(jù)航空工業(yè)發(fā)展需求研制或仿制的高溫鑄造鈦合金和高強(qiáng)鑄造鈦合金，在減輕飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)重量、滿足高溫和高載以及腐蝕環(huán)境要求、提高機(jī)體壽命等方面發(fā)揮重要作用。

　　2.2 航發(fā)結(jié)構(gòu)件：主要用于航發(fā)冷端部件，新型鈦合金性能提升應(yīng)用范圍不斷拓寬

　　2.2.1 鈦合金主要用于航發(fā)冷端部件，用量占比持續(xù)提升

　　鈦合金的使用是軍用航發(fā)提高推重比的關(guān)鍵。推重比是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要性能指標(biāo)，最早航發(fā)推送比為 2~3，四代航發(fā)推重比超過 10。鈦在 300~650℃溫度下具有良好的抗高溫強(qiáng)度、抗蠕變性和抗氧化性能，且質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高，使用鈦合金代替原鎳基高溫合金可使航空發(fā)動(dòng)機(jī)重量降低，提高航發(fā)推重比。

　　軍用航發(fā)方面，鈦合金一般用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇、高壓壓氣機(jī)盤件、葉片等轉(zhuǎn)動(dòng)部件和燃燒室、尾噴管等靜止件。在國外先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，鈦合金用量已占發(fā)動(dòng)機(jī)總質(zhì)量的 25%~40%，第 3 代航發(fā) F100 的鈦合金用量達(dá) 25%，第 4 代航發(fā) F119 的鈦合金用量達(dá) 40%。

　　民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)方面，鈦合金同樣用于風(fēng)扇、壓氣機(jī)盤件、葉片等部件。以 V2500 航空發(fā)動(dòng)機(jī)為例，其鈦合金用量達(dá) 31%，鈦合金零件主要集中于發(fā)動(dòng)機(jī)前部及外部工作溫度較低的位置，從高壓壓氣機(jī)后幾級(jí)開始，溫度和壓力明顯升高，鈦合金零件使用較少。鈦合金零件使用范圍涵蓋機(jī)匣、轉(zhuǎn)子轂、轉(zhuǎn)子葉片、靜子葉片、軸承支撐、管路、支架等諸多零件，零件總價(jià)超過 750 萬美元，相比 V2500 新發(fā)價(jià)格約1500 萬美元，價(jià)值占比約 50%。

　　圖表18：鈦合金在 V2500 航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用

　　2.2.2 航發(fā)鈦合金性能要求高，新型鈦合金進(jìn)一步拓展應(yīng)用范圍

　　在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用鈦合金，要求其在較高的溫度范圍內(nèi)具有很好的瞬時(shí)強(qiáng)度、耐熱性能、持久強(qiáng)度、高溫蠕變抗力和組織穩(wěn)定性等。α型、近 α 型和 α+β 型鈦合金在中高溫環(huán)境下具有良好的綜合性能，被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　現(xiàn)役航空發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的鈦合金主要有 TC4、TC11、TC17 和 TA11等，用于發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇和壓氣機(jī)低溫段工作的葉片、盤、機(jī)匣等零件。

　　TC4 具有良好的塑性加工性能，TC17 是一種高強(qiáng)、高韌和高淬透性的兩相鈦合金，由于使用溫度不高，廣泛應(yīng)用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片和壓氣機(jī)盤件等低溫部件。

　　TC25 鈦合金是前蘇聯(lián)研制的一種熱強(qiáng)鈦合金（俄牌號(hào) BT25），該合金含有鉬、鎢等高熔點(diǎn)元素，熱強(qiáng)性、耐熱性好，使用溫度達(dá) 550℃，使用壽命達(dá) 3000h，主要用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)盤盤件。

　　隨著先進(jìn)航發(fā)對(duì)高性能鈦合金的迫切需求，600℃高溫鈦合金、阻燃鈦合金、TiAl 和 SiCf／Ti 復(fù)合材料成為新型高溫鈦合金的發(fā)展重點(diǎn)。

　　600℃高溫鈦合金適用于工作溫度為 500℃-600℃的高壓壓氣機(jī)整體葉盤、機(jī)匣等；阻燃鈦合金適用于高壓壓氣機(jī)機(jī)匣、葉片等；TiAl 合金適用于工作溫度在 700℃-850℃的高壓壓氣機(jī)葉片、渦輪葉片等；SiCf／Ti 鈦基復(fù)合材料適用于高壓壓氣機(jī)整體葉環(huán)。

　　TA29 鈦合金在 620℃仍具有良好的蠕變抗力，在其他性能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可延伸至 620℃左右長期使用。此外，TA29 鈦合金在750℃-800℃仍能保持較高的抗拉強(qiáng)度，可在此溫度區(qū)間短時(shí)使用，應(yīng)用于超高聲速導(dǎo)彈、火箭、飛行器、空天飛機(jī)等裝備的機(jī)體構(gòu)件、蒙皮，以及所用發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫部件。TA29 鈦合金已實(shí)現(xiàn)從 3t 型工業(yè)鑄錠熔煉、Φ300mm 大規(guī)格棒材制備、大尺寸整體葉盤鍛件制備到整體葉盤零件機(jī)加工、檢測檢驗(yàn)、表面處理等全程制造。

　　TB12 和 TF550 是阻燃鈦合金，阻燃鈦合金是我國新型鈦合金的發(fā)展方向之一。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)部件上，由于鈦合金具有易燃傾向，因而在鈦合金制件表面添加防鈦火涂層或采用阻燃鈦合金，P&W 研制的 Alloy-C（Ti-35V-15Cr）高穩(wěn)定性阻燃 β 型鈦合金，已用于 F-22 戰(zhàn)斗機(jī)的 F119 發(fā)動(dòng)機(jī)用壓氣機(jī)擋板、增壓器及噴嘴等部件。國內(nèi)以美國 Alloy-C 合金的成分為基礎(chǔ)，研制了能在 500℃長期使用的 TB12和在 550℃長期使用的 TF550。

　　TiAl 合金兼具金屬和陶瓷的性能，在 600℃-800℃，TiAl 合金比強(qiáng)度優(yōu)于常規(guī)鈦合金，且具有良好的抗蠕變、抗氧化等性能。GE 公司為波音 787 研制的 GEnx 發(fā)動(dòng)機(jī)低壓渦輪第 6、7 級(jí)葉片采用鑄造 TiAl合金葉片取代鎳基高溫合金葉片，實(shí)現(xiàn)減重 72.5kg。2014 年，Mecachrome 公司與法國 Snecma 公司簽訂 TiAl 合金供貨協(xié)議，Mecachrome 將向 CFM 公司提供用于制造 LEAP 系列發(fā)動(dòng)機(jī)的 TiAl合金低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片。

　　除了航發(fā)鍛件，鈦合金精密鑄件在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上也有廣泛應(yīng)用。鈦合金鑄件具有制造成本低、周期短、原材料利用率高等優(yōu)勢，可制造各種大型復(fù)雜整體零部件。例如，20 世紀(jì) 90 年代初，我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)的鈦合金機(jī)匣采用分體鑄造再焊接成整體部件方式生產(chǎn)，在使用過程中由于機(jī)匣焊接量大，部件剛性差，易產(chǎn)生疲勞裂紋，部件可靠性和壽命下降，難以實(shí)現(xiàn)全壽命使用。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求不斷提升，需采用結(jié)構(gòu)剛性更好、更為可靠的整體鑄件。國內(nèi)從 20 世紀(jì) 90 年代起開展大型鈦合金鑄件的研制工作，整體鑄造的中介機(jī)匣率先在XX10 發(fā)動(dòng)機(jī)上使用。

　　大部分鑄造鈦合金基本上沿用了變形鈦合金的成分。ZTC4 鑄造鈦合金使用最為成熟和廣泛，隨著航空領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)件的斷裂韌性要求越來越高，ZTC4 等中強(qiáng)度鈦合金已無法滿足要求，高強(qiáng)度鑄造鈦合金越來越受到重視，例如 Ti-15-3、Ti-10-2-3、Ti6-22-22S、Beta-C、8-21S、BT35 等高強(qiáng)度鑄造鈦合金。

　　2.3 航天結(jié)構(gòu)件：滿足耐高溫、耐低溫、抗輻射等多種性能要求

　　在導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中，為了減輕發(fā)射重量、增加射程以及提高結(jié)構(gòu)件使用溫度，也開始大量使用鈦合金材料替代傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)鋼、鋁合金等材料。例如，新一代的巡航導(dǎo)彈飛行速度由過去的 0.8 馬赫提高到 3.5馬赫甚至更高，導(dǎo)彈的表面溫度達(dá)到 300℃-650℃，傳統(tǒng)鋁合金材料制造的隔框、蒙皮、油箱等無法滿足要求，必須使用鈦合金材料制造這些導(dǎo)彈部件。此外，巡航導(dǎo)彈使用的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)也大量使用鈦合金材料制造其結(jié)構(gòu)部件，包括壓氣機(jī)機(jī)匣、壓氣機(jī)盤、壓氣機(jī)葉片等部件。

　　隨著艦艇防護(hù)裝甲能力的不斷提升與建造結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化改進(jìn)，其對(duì)于反艦彈道的對(duì)抗能力不斷提升，為了進(jìn)一步提升反艦導(dǎo)彈對(duì)艦艇的殺傷威力，反艦導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部類型趨向于半穿甲型的方向發(fā)展。半穿甲型戰(zhàn)斗部需要在保證彈體強(qiáng)度的前提下穿透數(shù)層船板，殼體大都采用較厚的高強(qiáng)高韌合金材料制造，其裝填系數(shù)在 20%~40%。一般來說，硬侵徹型半穿甲戰(zhàn)斗部的殼體由結(jié)構(gòu)鋼材料制成，近年來為了減輕整彈質(zhì)量、增加戰(zhàn)斗部裝藥量、加強(qiáng)毀傷能力以及滿足超音速飛行帶來的高溫效應(yīng)等，一些先進(jìn)的導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部開始使用鈦合金材料制造，如美國的“斯拉姆”AGM-84H、“戰(zhàn)斧”Ⅱ等。俄羅斯經(jīng)驗(yàn)表明，半穿甲戰(zhàn)斗部殼體改用高強(qiáng)度、高韌性、密度相對(duì)較低的鈦合金材料后，裝填系數(shù)可提高到 50%，戰(zhàn)斗部的毀傷威力顯著提高。

　　在火箭及空間飛行器方面，鈦合金的主要應(yīng)用是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、火箭噴嘴導(dǎo)管及宇宙飛船的船艙或者燃料和氧化劑儲(chǔ)存箱及其他高壓容器。對(duì)于航天飛行器來說，除滿足航空用鈦合金使用性能要求外，還必須具有耐高溫、耐低溫、抗輻射等性能。目前，鈦合金已成為航天領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵材料，在運(yùn)載火箭中質(zhì)量占比達(dá) 5%-30%。美國“阿波羅”飛船的 50 個(gè)壓力容器約 85%采用鈦制成；日本第一顆試驗(yàn)衛(wèi)星“大角”號(hào)采用了 Ti-2Al-2Mn 鈦合金；俄羅斯在“能源-暴風(fēng)雪”號(hào)、“和平-1”號(hào)、“進(jìn)步”號(hào)、“金星”號(hào)、“月球”號(hào)航天器上也廣泛使用了鈦合金材料。

　　根據(jù)航天產(chǎn)品對(duì)于材料的需求，鈦合金在航天領(lǐng)域形成了不同的發(fā)展方向，主要包括高強(qiáng)韌鈦合金、高溫鈦合金、低溫鈦合金、鑄造鈦合金和粉末鈦合金等。我國利用鈦合金 TA7ELI 在低溫下具有更高的強(qiáng)度、更好的塑性和韌性的特點(diǎn)，研制出在液氫環(huán)境下使用的 20L 低溫TA7ELI 鈦合金氣瓶，該氣瓶用于 CZ-XX 系列運(yùn)載火箭。

　　2.4 航空航天緊固件：鈦合金是航空航天緊固件主要材料

　　緊固件是實(shí)現(xiàn)連接功能的基本零件，在航空領(lǐng)域廣泛使用。緊固件包括螺栓、螺柱、螺釘、螺母、墊圈、銷、鉚釘?shù)龋陲w機(jī)上用量極大，一架飛機(jī)所用的緊固件及彈性元件少則幾十萬件，多則幾百萬件。例如，俄羅斯伊爾-96 飛機(jī)單架飛機(jī)使用緊固件達(dá) 14.2 萬件，單架空客A380 使用緊固件超過 100 萬件。

　　高減重、耐腐蝕、無磁性、與復(fù)合材料相容性好的鈦合金逐漸成為先進(jìn)飛機(jī)緊固件材料的首要選擇。隨著飛機(jī)先進(jìn)性的提高，對(duì)緊固件材料的要求越來越高。鈦合金用作航空緊固件有多種優(yōu)勢：1）減重效果好；2）耐腐蝕性能好，尤其是鈦與碳纖維復(fù)合材料的電極電位相近，適合復(fù)合材料連接；3）耐高溫低溫性能好；4）鈦具有良好彈性和無磁，對(duì)于防止緊固螺栓的松動(dòng)和防磁場干擾至關(guān)重要。

　　美國 F-16、F-18、F-35、F-22、C-17 等軍機(jī)廣泛采用鈦合金緊固件。F-15 戰(zhàn)斗機(jī)用鈦合金緊固件占全機(jī)緊固件的 73%，C-17 大型軍用運(yùn)輸機(jī)使用了 42.3 萬個(gè)鈦合金銷釘和 24.1 萬個(gè)鈦合金螺栓；圖-204 型客機(jī)采用 940kg 的 BT16 鈦合金緊固件后，飛機(jī)減重達(dá) 688kg，波音747 型飛機(jī)采用鈦合金緊固件代替合金鋼緊固件后，其單機(jī)總重量減輕了 1814kg。

　　隨著緊固件用鈦合金材料的不斷研制和性能提升，鈦合金緊固件在航空領(lǐng)域用量有望進(jìn)一步增長。鈦合金緊固件的使用最早是美國將Ti-64（TC4）螺栓用于 B-52 轟炸機(jī)，隨后，Ti-64 鈦合金逐漸成為美國和歐洲各國在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的主要緊固件材料。采用 TC4、BT16、TB2、TB3、TB5 等材料制備的鈦合金緊固件旨在取代鋁合金和合金鋼材料，強(qiáng)度水平在 1000MPa 級(jí)以上；TB8 合金制造的緊固件已逐漸取代高強(qiáng)鋼和 TC4 緊固件，強(qiáng)度水平在 1250MPa 以上。

　　2.5 國內(nèi)航空航天領(lǐng)域鈦合金需求有望持續(xù)提升

　　2.5.1 軍機(jī)市場需求快速增長，航發(fā)需求有望獲得更快增速

　　目前，我國航空航天領(lǐng)域鈦合金主要用于軍機(jī)及軍用航發(fā)。我國空軍現(xiàn)代化建設(shè)按三步走戰(zhàn)略展開。近年來，殲-20、運(yùn)-20、空警-500、紅-9B 和新型電子戰(zhàn)飛機(jī)殲-16D、高空無人偵察機(jī)無偵-7 等一大批新型國產(chǎn)主戰(zhàn)裝備，陸續(xù)加入人民空軍戰(zhàn)斗序列、投入實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練，形成戰(zhàn)斗力。新型軍機(jī)不斷列裝，新時(shí)代人民空軍歷史性跨入戰(zhàn)略空軍門檻。

　　對(duì)比美國等發(fā)達(dá)國家，我國仍有軍機(jī)數(shù)量較少、老舊機(jī)型占比偏多等不足，我國軍機(jī)數(shù)量補(bǔ)齊和軍機(jī)升級(jí)換代需求迫切。根據(jù)《World Air Force 2021》，目前，我國大陸戰(zhàn)斗機(jī) 1571 架，不區(qū)分戰(zhàn)機(jī)代際劃分，從總量上看我國大陸戰(zhàn)斗機(jī)數(shù)量僅為美國戰(zhàn)斗機(jī)數(shù)量的 58%。

　　從戰(zhàn)斗機(jī)構(gòu)成上看，美國現(xiàn)役戰(zhàn)斗機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全部三代以上，且現(xiàn)役四代機(jī) 374 架，占?xì)灀魴C(jī)總量（2152 架）的 17%，并加速列裝 F-22、F-35 等四代戰(zhàn)機(jī)。我國三代/三代半戰(zhàn)機(jī)規(guī)模和世界空軍強(qiáng)國還存在明顯差距，四代機(jī)殲-20 僅少量列裝，且二代機(jī)占比尚有 47%。2021年 11 月，我國東部戰(zhàn)區(qū)空軍某旅 9 架殲-7 戰(zhàn)機(jī)退出戰(zhàn)斗序列，并列裝殲-10C 戰(zhàn)機(jī)接替。國內(nèi)軍機(jī)面臨迫切的升級(jí)換代需求。

　　軍機(jī)的研制定型周期較長，一個(gè)機(jī)型完成定型后一般在較長時(shí)間內(nèi)會(huì)持續(xù)生產(chǎn)。以美國 F-35 戰(zhàn)機(jī)為例，2006 年首架 F-35 戰(zhàn)機(jī) AA-1 完成首飛，2011 年美國空軍正式接受第一架低速率初始生產(chǎn)型 F-35。之后，F(xiàn)-35 的生產(chǎn)交付持續(xù)提升，2018 年、2019 年和 2020 年分別交付 91架、134 架和 120 架。2022 年 4 月 4 日，洛馬公司發(fā)布 F-35 快報(bào)，F(xiàn)-35 戰(zhàn)機(jī)已完成超過 780 架的交付，相比其 1 月 4 日快報(bào)超過 750 架的交付量，2022Q1 洛馬公司 F-35 交付約 30 架。

　　參考國外軍機(jī)生產(chǎn)列裝經(jīng)驗(yàn)，我國殲-20 等主力戰(zhàn)機(jī)或正處產(chǎn)能攀升階段。殲-20 戰(zhàn)機(jī)是我國自主研發(fā)的新一代隱身戰(zhàn)機(jī)，于 2011 年 1 月進(jìn)行首飛。參考美國 F-35 戰(zhàn)機(jī)于 2006 年首飛，5 年后于 2011 年首架F-35 戰(zhàn)機(jī)交付空軍，近幾年產(chǎn)量持續(xù)提升的歷程，預(yù)計(jì)我國殲-20 等主力戰(zhàn)機(jī)目前或正處產(chǎn)能攀升階段。

　　新型戰(zhàn)機(jī)鈦合金用量提升增加對(duì)鈦合金的需求。美國 F35 戰(zhàn)機(jī)鈦合金占比達(dá) 27%，F(xiàn)22 戰(zhàn)機(jī)鈦合金占比甚至達(dá)到 41%；國內(nèi)來看，殲 10用鈦量為 4%，殲 11 用鈦量達(dá) 15%，殲 20 用鈦量達(dá) 20%。假設(shè)四代戰(zhàn)機(jī)重量在 15 噸-20 噸，若鈦合金用量為 20%，則單架戰(zhàn)機(jī)含鈦合金3-4 噸。運(yùn)輸機(jī)單架飛機(jī)較重，假設(shè)運(yùn)輸機(jī)重量 100 噸，若鈦合金用量為 10%，則單架運(yùn)輸機(jī)含鈦合金 10 噸。

　　軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)方面，國內(nèi)多型主力戰(zhàn)機(jī)已經(jīng)換裝國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)。殲-10C、殲-11系列戰(zhàn)機(jī)以及殲-20等國內(nèi)主力戰(zhàn)機(jī)已陸續(xù)換裝國產(chǎn)航發(fā)，說明國產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)足夠穩(wěn)定、可靠，具備大規(guī)模換裝的條件。

　　此外，國產(chǎn)大型軍用運(yùn)輸機(jī)運(yùn)-20 也換裝了國產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)。從軍機(jī)的研制生產(chǎn)歷程看，殲-20、運(yùn)-20 等高性能軍機(jī)或正處加速列裝期，換裝國產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)將大幅提升對(duì)國產(chǎn)航發(fā)的需求。

　　2.5.2 國內(nèi)民機(jī)市場空間廣闊，需求逐步釋放

　　國外民航飛機(jī)對(duì)鈦合金用量較大。2020 年波音公司和空客公司商用飛機(jī)機(jī)身鈦消費(fèi)量合計(jì)約 4.3 萬噸，其中，B737 機(jī)型鈦消費(fèi)量約 700 噸；B747 機(jī)型鈦消費(fèi)量約 500 噸；B777 機(jī)型鈦消費(fèi)量約 1 萬噸；B787 機(jī)型鈦消費(fèi)量約 1.2 萬噸；A320 機(jī)型鈦消費(fèi)量約為 1.5 萬噸；A330 機(jī)型鈦消費(fèi)量約為 1500 噸；A380 機(jī)型鈦消費(fèi)量約為 2000 噸。

　　現(xiàn)代渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量的 30%左右為鈦合金。民航發(fā)動(dòng)機(jī)方面，預(yù)計(jì)2020年波音公司和空客公司商用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)鈦消費(fèi)量合計(jì)約1.9萬噸，其中 B737 機(jī)型鈦消費(fèi)量約為 1000 噸；B747 機(jī)型鈦消費(fèi)量約為600 噸；B777 機(jī)型鈦消費(fèi)量約為 1400噸；B787 機(jī)型鈦消費(fèi)量約為 5000噸；A320 機(jī)型鈦消費(fèi)量約為 9000 噸；A330 機(jī)型鈦消費(fèi)量約為 1000噸；A380 機(jī)型鈦消費(fèi)量約為 500 噸。

　　國內(nèi)民航客機(jī)市場空間廣闊，商飛國產(chǎn)客機(jī)批量生產(chǎn)對(duì)鈦合金需求逐步釋放。中國商飛產(chǎn)品從支線飛機(jī)到大型客機(jī)再到遠(yuǎn)程寬體客機(jī)依次推進(jìn)。目前，支線飛機(jī) ARJ21 已正式投入航線運(yùn)營；大型客機(jī) C919已完成首次局方審定試飛，并獲得東航購機(jī)合同；遠(yuǎn)程寬體客機(jī)CR929 處于中俄聯(lián)合研制階段。

　　ARJ21 新支線飛機(jī)是我國自行研制、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中短程新型渦扇支線客機(jī)，2014 年底取得中國民航局型號(hào)合格證，2017 年取得中國民航局生產(chǎn)許可證。目前，ARJ21 已正式投入航線運(yùn)營。2021年，ARJ21 產(chǎn)品持續(xù)優(yōu)化，截止 2021 年 12 月 26 日，ARJ21 已開通航線 233 條，通航城市 101 座，運(yùn)送旅客突破 410 萬人次。

　　C919 大型客機(jī)是我國按照自行研制、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型噴氣式民用飛機(jī)，于 2015 年 11 月 2 日完成總裝下線，2017 年 5 月成功首飛。2021 年 1 月，民航上海審定中心完成 C919 首次局方審定試飛，3 月，中國商飛與東方航空簽署首批 5 架 C919 購機(jī)合同，東方航空將成為全球首家運(yùn)營 C919 的航空公司。

　　CR929 遠(yuǎn)程寬體客機(jī)是中俄聯(lián)合研制的雙通道民用飛機(jī)。CR929 遠(yuǎn)程寬體客機(jī)采用雙通道客艙布局，基本型命名為 CR929-600，航程為 公里。此外還有縮短型和加長型，分別命名為 CR929-500 和CR929-700。2018 年，中國商飛與俄羅斯聯(lián)合航空制造集團(tuán)公司聯(lián)合確定 CR929 遠(yuǎn)程寬體客機(jī)的整體外形和尺寸等主要參數(shù)。

　　ARJ21 和C919 機(jī)身鈦含量分別為4.8%和 9.3%，空機(jī)重量分別為24.96噸和 42.1 噸，則單機(jī)鈦用量分別為 1.20 噸和 3.92 噸。

　　國產(chǎn)民航發(fā)動(dòng)機(jī)研制持續(xù)推進(jìn)，國產(chǎn)飛機(jī)采用國產(chǎn)航發(fā)將進(jìn)一步增加國內(nèi)航空領(lǐng)域鈦合金需求。中國航發(fā)商發(fā)首先啟動(dòng)了針對(duì) C919 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制工作，該發(fā)動(dòng)機(jī)是一型雙軸大涵道比直驅(qū)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，由 1 級(jí)風(fēng)扇、3 級(jí)增壓級(jí)、10 級(jí)高壓壓氣機(jī)、單環(huán)形燃燒室、2 級(jí)高壓渦輪及 6 級(jí)低壓渦輪組成，風(fēng)扇葉片采用 TC4 鈦合金。

　　2.5.3 導(dǎo)彈是現(xiàn)代戰(zhàn)爭主要耗材需求有望快速增長，航天發(fā)射有望持續(xù)維持高位

　　導(dǎo)彈是現(xiàn)代戰(zhàn)爭主要耗材，多重因素推動(dòng)導(dǎo)彈產(chǎn)業(yè)鏈快速增長：（1）導(dǎo)彈是我國實(shí)施非對(duì)稱戰(zhàn)爭戰(zhàn)略的核心手段。建國初期錢學(xué)森提出的“先導(dǎo)彈后飛機(jī)”發(fā)展路線是非對(duì)稱戰(zhàn)略的核心體現(xiàn)。隨著我國軍事技術(shù)逐步提升，我國與軍事強(qiáng)國在軍機(jī)、戰(zhàn)艦等方面的差距正在逐漸縮小，對(duì)稱作戰(zhàn)手段獲得較快發(fā)展，但考慮到我國與軍事強(qiáng)國之間的差距并非短期內(nèi)可以彌補(bǔ)，非對(duì)稱能力依舊將保持快速發(fā)展。

　?。?）未來高技術(shù)戰(zhàn)爭中，精確制導(dǎo)武器使用將進(jìn)一步提升。在近 4次主要局部戰(zhàn)爭中，美軍依靠大量使用精確制導(dǎo)武器，取得了良好的作戰(zhàn)效果。精確制導(dǎo)武器的使用比例持續(xù)提升，從 1991 年海灣戰(zhàn)爭中使用精確制導(dǎo)武器數(shù)量占比 7.6%到 2003 年伊拉克戰(zhàn)爭中使用精確制導(dǎo)武器數(shù)量占比 68.3%，提升了近 8 倍。在未來的高技術(shù)局部戰(zhàn)爭中，精確制導(dǎo)武器使用占比預(yù)計(jì)將進(jìn)一步提升。

　?。?）戰(zhàn)機(jī)戰(zhàn)艦平臺(tái)數(shù)量提升以及備彈需求帶動(dòng)機(jī)載艦載導(dǎo)彈采購。我國三代機(jī)、四代機(jī)、直升機(jī)、驅(qū)逐艦、護(hù)衛(wèi)艦等的列裝，對(duì)導(dǎo)彈的需求也日益增長。殲擊機(jī)一般可掛載 10 枚左右的導(dǎo)彈，驅(qū)逐艦一般有數(shù)十到上百個(gè)垂直發(fā)射單元，考慮備彈以及消耗需求，預(yù)計(jì)戰(zhàn)機(jī)戰(zhàn)艦平臺(tái)掛彈的需求增速不低于戰(zhàn)機(jī)戰(zhàn)艦的增速。

　?。?）更新?lián)Q代需求帶動(dòng)新定型裝備采購。2019 年國慶 70 周年閱兵中，首次亮相的新型武器裝備占比近四成，其中，東風(fēng)-17 常規(guī)導(dǎo)彈、長劍-100巡航導(dǎo)彈、東風(fēng)-41 核導(dǎo)彈等武器裝備均為首次亮相，充分體現(xiàn)了我國國防科研自主創(chuàng)新能力。2021 年珠海航展上，航天科工數(shù)十型裝備首次亮相，首次參展展品數(shù)量創(chuàng)歷屆之最。武器裝備升級(jí)換代將帶動(dòng)新型號(hào)裝備采購。

　?。?）實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練消耗加大我軍導(dǎo)彈采購。2021 年各部隊(duì)開訓(xùn)掀起練兵熱潮，突出按綱施訓(xùn)打基礎(chǔ)，堅(jiān)持實(shí)戰(zhàn)練兵強(qiáng)能力，與往年同期相比，全軍彈藥消耗大幅增加。實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練消耗將加大導(dǎo)彈采購量。

　?。?）軍貿(mào)市場需求日益旺盛。21 世紀(jì)以來我國軍工行業(yè)高速發(fā)展，同時(shí)“一帶一路”合作倡議對(duì)軍貿(mào)出口提供了良好的發(fā)展機(jī)遇。目前我國軍貿(mào)正逐漸打開全球市場，軍貿(mào)產(chǎn)品種類不斷豐富、武器裝備性能不斷提高，近年來軍貿(mào)額呈持續(xù)增長的態(tài)勢。

　　在火箭及空間飛行器方面，近幾年，我國及國際航天發(fā)射任務(wù)頻繁。

　　2018 年以來，我國每年航天發(fā)射次數(shù)明顯增長。2018 年和 2019 年，我國航天發(fā)射次數(shù)分別為 39 次和 34 次，連續(xù)兩年位居世界第一；2020年，我國航天發(fā)射 39 次，僅次于美國 44 次航天發(fā)射；2021 年，我國航天發(fā)射次數(shù)突破性增長至 55 次，發(fā)射次數(shù)再次居世界首位，全球總發(fā)射次數(shù)達(dá) 146 次，為 1957 年以來最高，航天器總發(fā)射數(shù)量 1846個(gè)，創(chuàng)歷史新高，總質(zhì)量 778 噸，為 2009 年以來的最大值。

　　預(yù)計(jì)未來航天發(fā)射將持續(xù)維持高位，航天宇航領(lǐng)域?qū)︹伜辖鸬男枨笥型€(wěn)步提升。2022 年，中國航天發(fā)射次數(shù)將繼續(xù)維持高位，計(jì)劃開展一系列重大任務(wù)。中國航天科技集團(tuán)有限公司在《中國航天科技活動(dòng)藍(lán)皮書（2021 年）》發(fā)布會(huì)上指出，2022 年，航天科技集團(tuán)計(jì)劃安排50余次宇航發(fā)射任務(wù)；全年載人航天空間站工程將完成6次重大任務(wù)，全面建成以天和核心艙為控制中心，問天、夢天實(shí)驗(yàn)艙為主要實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，常年有人照料的空間站；長征六號(hào)甲運(yùn)載火箭將開展首飛。

　　2.6 化工領(lǐng)域用鈦量較大，近幾年用量保持較快增長

　　國內(nèi)化工領(lǐng)域用鈦量占所有鈦材用量的 50%左右。2020 年，根據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)鈦鋯鉿分會(huì)的統(tǒng)計(jì)，國內(nèi) 32 家主要鈦材生產(chǎn)企業(yè)在化工領(lǐng)域的鈦材銷售量達(dá) 噸，占鈦材銷量的 50.8%。

　　鈦合金良好的耐蝕性能使其成為化工工業(yè)中不可替代的理想結(jié)構(gòu)金屬材料，從最初的純堿和燒堿工業(yè)，發(fā)展到化肥、有機(jī)合成、染料、制鹽工業(yè)、海水淡化等。

　?。?）制堿行業(yè)

　　目前，氯堿工業(yè)中已廣泛采用鈦材來制造金屬陽極電解槽、離子膜電解槽、濕氯冷卻器、精制鹽水預(yù)熱器、脫氯塔、氯氣冷卻洗滌塔等。

　　鈦材在制堿行業(yè)中的應(yīng)用已有近 30 年歷史，其制造技術(shù)及產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)非常成熟。離子膜電解制堿是目前最先進(jìn)的制堿方式，在我國已有 60%的生產(chǎn)線采用了離子膜電解槽。這種電解槽內(nèi)采用了大量高精度尺寸與嚴(yán)格形狀要求的鈦板、鈦鋼復(fù)合板、鈦網(wǎng)板等。另外，與生產(chǎn)線配套的氯氣尾氣收集設(shè)備，以及換熱器、儲(chǔ)存罐等設(shè)備也都應(yīng)用了大量鈦板。這些設(shè)備的維護(hù)或翻新周期為 3-6 年。

　　（2）制鹽行業(yè)

　　我國真空制鹽工業(yè)起步較晚，20 世紀(jì) 70 年代初期才大量興起。真空制鹽過程高溫濃鹽鹵水對(duì)碳鋼設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，直接影響了設(shè)備能力的發(fā)揮及生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

　　鈦材以其優(yōu)異的耐腐蝕性能被推廣應(yīng)用到真空制鹽工業(yè)。為了防止真空制鹽過程中蒸發(fā)罐壁結(jié)鹽垢，在小型蒸發(fā)罐內(nèi)壁液面波動(dòng)處，嵌入高 1100mm、厚 0.7mm 的 TA2 板。四川大安鹽廠、五通橋鹽廠兩套年產(chǎn) 30×104t 真空制鹽主體設(shè)備蒸發(fā)罐與料液接觸的部份，以及Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ效加熱室均采用 TA2 換熱管及鈦鋼復(fù)合板。僅此兩套制鹽裝置，便使用鈦管 44 噸，使用 TA2 板約 10 噸，鈦鋼復(fù)合板達(dá) 360 噸，使真空制鹽工業(yè)一躍成為用鈦板以及鈦鋼復(fù)合板的重要方向之一。

　?。?）PTA 行業(yè)

　　PTA（精對(duì)苯二甲酸）在常溫下呈白色粉狀晶體，是生產(chǎn)聚酯纖維、樹脂、膠片及容器樹脂的主要原料，被廣泛應(yīng)用于化纖、容器、包裝、薄膜生產(chǎn)等領(lǐng)域。

　　PTA 裝備需要防蝕的部件主要為反應(yīng)器、交換器，而防蝕的方法有襯鈦或采用全鈦，襯鈦部件是有外層碳鋼來承擔(dān)介質(zhì)的壓力，而由內(nèi)襯鈦來抵抗介質(zhì)的腐蝕，全鈦部件則是完全由鈦來承擔(dān)介質(zhì)的腐蝕和壓力。

　　2.7 船舶、電力和海洋工程等領(lǐng)域用鈦量有望較快增長

　　國內(nèi)，鈦合金在船舶、電力和海洋工程等領(lǐng)域應(yīng)用也表現(xiàn)出持續(xù)提升的趨勢。根據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)鈦鋯鉿分會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2020 年，國內(nèi) 32 家鈦材生產(chǎn)企業(yè)在船舶、電力和海洋工程領(lǐng)域鈦材銷量分別為 2743 噸、4638 噸和 7240 噸，占比分別為 2.9%、5.0%和 7.7%。

　?。?）船舶領(lǐng)域：國內(nèi)目前船舶用鈦量較低，用量提升將大幅提高對(duì)鈦材的需求

　　鈦及鈦合金在船舶中應(yīng)用廣泛，包括船體結(jié)構(gòu)件、深海調(diào)查船及潛艇耐壓殼體、管道、閥、船舵、軸托架等。

　　艦船上使用鈦合金可有效改進(jìn)艦船的耐受性，提高可靠性和有效性，減少維修和維護(hù)費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)減重和增載。大量船用管系材料使用經(jīng)驗(yàn)表明，鋼管路系統(tǒng)使用 1.2-2 年后會(huì)發(fā)生腐蝕，CuNi 管路系統(tǒng)使用壽命為 6-8 年，而鈦合金管路系統(tǒng)中的管、泵、閥、熱交換器等設(shè)備可服役 40 年以上。

　　我國船用鈦合金的研究與應(yīng)用始于 60 年代，幾乎與國外同步發(fā)展。幾十年來，船用鈦合金的研究及應(yīng)用水平有了很大提高，已經(jīng)形成了較完整的船用鈦合金系列包括 635MPa、685MPa、730MPa、785MPa強(qiáng)度級(jí)別的合金?！膀札?zhí)枴鄙顫撈鞯哪蛪簹んw就是 TC4 鈦合金。

　　相對(duì)于航空航天用鈦合金，船用鈦合金合金系簡單，大多數(shù)為近 α 型鈦合金，熱處理為簡單退火處理，且產(chǎn)品易于加工。同時(shí)，與航空用材相比，船舶用材的產(chǎn)品尺寸、單件重量更大，例如對(duì)寬厚板、大口徑無縫管、型材、復(fù)雜的鑄件等都有特別的需求。

　　與國外相比，我國船用鈦合金的應(yīng)用還有較大的差距。國外用鈦達(dá)到13%，俄羅斯船舶用鈦量已接近 18%，我國僅在一些零星部件上應(yīng)用，比例不足 1%。此外，國內(nèi)船用鈦合金品種、規(guī)格不完善，我國之前鈦材在專業(yè)化工廠生產(chǎn)，受裝備能力限制，生產(chǎn)的品種、規(guī)格有限，“蛟龍?zhí)枴彼璧拟伜辖鹨仓荒軓亩砹_斯進(jìn)口。隨著國內(nèi)鈦工業(yè)的不斷發(fā)展，鈦合金在船舶領(lǐng)域的應(yīng)用有望提升。

　　（2）電力方面：鈦材耐蝕性能優(yōu)異，用于濱海電站、核電凝汽器等電力方面，鈦材主要用于濱海電站凝汽器、核電凝汽器等。由于鈦在含有氯化物、硫化物等許多腐蝕性較強(qiáng)的熱水中具有較好的穩(wěn)定性，用鈦管取代銅鎳合金管后，可以大大提高使用壽命，減少檢修時(shí)間，經(jīng)濟(jì)效果非常顯著。例如，中船 725 所研制的大型海水管路用鈦合金結(jié)構(gòu)件支架，成功應(yīng)用于浙江三門核電站項(xiàng)目。

　　我國核電穩(wěn)步發(fā)展，對(duì)鈦材的需求有望持續(xù)提升。根據(jù)《中國核能發(fā)展報(bào)告 2021》，“十三五”期間，我國核電機(jī)組保持安全穩(wěn)定運(yùn)行，新投入商運(yùn)核電機(jī)組 20 臺(tái)，新增裝機(jī)容量 2344.7 萬千瓦，商運(yùn)核電機(jī)組總數(shù)達(dá) 48 臺(tái)，總裝機(jī)容量為 4988 萬千瓦。根據(jù)國家能源局信息，“十四五”期間，我國將建成華龍一號(hào)、國和一號(hào)、高溫氣冷堆示范工程項(xiàng)目，積極有序推進(jìn)沿海三代核電建設(shè)。核電運(yùn)行裝機(jī)容量達(dá)到7000 萬千瓦。由此計(jì)算，“十四五”期間，我國核電新增裝機(jī)容量約2012 萬千瓦。

　　海外項(xiàng)目不斷取得新進(jìn)展，4 月國內(nèi)新核準(zhǔn) 3 個(gè)核電項(xiàng)目。華龍一號(hào)海外項(xiàng)目巴基斯坦卡拉奇核電站 K2 機(jī)組和 K3 機(jī)組分別于 2021 年和2022 年成功并網(wǎng)。此外，2022 年 2 月 1 日，華龍一號(hào)阿根廷核電項(xiàng)目總包合同成功簽訂。國內(nèi)核電方面，2022 年 4 月 20 日，國家對(duì)經(jīng)過多年準(zhǔn)備和全面評(píng)估審查、已納入國家規(guī)劃的三個(gè)核電新建機(jī)組項(xiàng)目予以核準(zhǔn)。國內(nèi)核電積極有序發(fā)展，華龍一號(hào)項(xiàng)目成功走向海外市場，核電領(lǐng)域鈦材的需求有望持續(xù)提升。

　?。?）海洋工程領(lǐng)域：用于海水淡化及海洋油氣開采等工程

　　鈦具有合金強(qiáng)度高、比重小、耐海水腐蝕和海洋氣氛腐蝕等特點(diǎn)，應(yīng)用于海洋油氣開發(fā)、海港建筑、沿海發(fā)電站、海水淡化、船舶、海洋漁業(yè)、海洋熱能轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。

　　海水淡化方面，十四五末我國海水淡化工程規(guī)模較 2020 年規(guī)模提升約 76%，十四五期間海水淡化工程對(duì)鈦材需求有望超萬噸。《2020 年全國海水利用報(bào)告》顯示，截至 2020 年底，全國有海水淡化工程 135個(gè)，工程規(guī)模達(dá) 165.11 萬噸/日。《海水淡化利用發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2021-2025 年）》提出，到 2025 年，全國海水淡化總規(guī)模達(dá)到 290萬噸/日以上，新增海水淡化規(guī)模 125 萬噸/日以上。若按平均日產(chǎn) 1萬噸的海水淡化裝置用鈦 107 噸計(jì)算，十四五期間新增海水淡化裝置的用鈦量約為 噸。

　　海洋油氣開采方面，“藍(lán)鯨 1 號(hào)”、“藍(lán)鯨 2 號(hào)”建造成功，中國海洋油氣開采能力大幅提升。2012 年，我國建成了第一座自主設(shè)計(jì)建造的深海半潛式鉆井平臺(tái)—海洋石油 981；2013 年 7 月，振華重工自主研發(fā)的 300 英尺鉆井平臺(tái)—振海 1 號(hào)下水工作圓滿完成；2017 年隨著全球先進(jìn)的半潛式鉆井平臺(tái)“藍(lán)鯨 1 號(hào)”、“藍(lán)鯨 2 號(hào)”建造成功，中國成為全球領(lǐng)先掌握可燃冰試采技術(shù)的國家，海洋油氣開采能力大幅提升。

　　3.1 鈦合金熔煉：國內(nèi)鈦合金熔煉以 VAR 爐為主，冷床爐熔煉快速發(fā)展

　　鈦及鈦合金的熔煉主要分為兩類：真空自耗熔煉和真空非自耗熔煉。真空自耗熔煉主要包括真空自耗電弧熔煉（Vacuum arc remelting，VAR）、電渣熔煉以及真空凝殼爐熔煉；真空非自耗熔煉主要包括真空非自耗電弧熔煉、冷坩堝感應(yīng)熔煉、冷床爐熔煉，而冷床爐熔煉又分為電子束冷床爐熔煉（Electron beam cold hearth melting，EBCHM）和等離子束冷床爐熔煉（Plasma arc cold hearth melting，PACHM）。目前鈦及鈦合金鑄錠的工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的是真空自耗電弧熔煉和冷床爐熔煉。

　　3.1.1 真空自耗電弧熔煉：鈦合金鑄錠主要熔煉方式

　　真空自耗電弧熔煉（VAR）是生產(chǎn)鈦及鈦合金鑄錠的主要方法。VAR技術(shù)優(yōu)點(diǎn)包括熔煉速度快、工藝自動(dòng)化程度高、操作簡單、可生產(chǎn)大型鑄錠、可滿足一般工業(yè)要求、對(duì)于易揮發(fā)雜質(zhì)有良好去除效果、可得到從下向上的近定向凝固柱狀晶等。

　　同時(shí)，采用 VAR 生產(chǎn)鈦合金鑄錠存在一些不足，包括當(dāng)熔煉易偏析合金元素較多的鈦合金時(shí)仍然會(huì)出現(xiàn)宏觀和微觀偏析，化學(xué)成分均勻性不夠、容易產(chǎn)生組織缺陷，不能有效去除低、高密度夾雜等。這些缺陷限制了其在熔煉高質(zhì)量合金中的應(yīng)用?，F(xiàn)在自耗電極電弧爐多用來重熔鑄錠，在一定程度上克服了上述缺點(diǎn)，可生產(chǎn)致密、無缺陷、成分均勻，具有所要求的化學(xué)成分、尺寸和晶粒結(jié)構(gòu)的鑄錠。

　　目前，我國航空用鈦合金的熔煉基本采用真空自耗電弧爐熔煉方法。對(duì)于質(zhì)量要求高的鈦合金鑄錠，一般要經(jīng)過 3 次 VAR 熔煉，以獲得成分均勻、缺陷率低的鑄錠。但 VAR 工藝生產(chǎn)的鈦合金鑄錠依然容易存在夾雜物和成分偏析等冶金缺陷。

　　3.1.2 冷床爐熔煉：美國冷床爐熔煉世界領(lǐng)先，國內(nèi)快速發(fā)展

　　長期應(yīng)用中，真空自耗電弧熔煉（VAR）無法徹底去除鈦合金中的高、低密度夾雜，熔煉過程中容易出現(xiàn)夾雜、偏析等冶金缺陷。冷床爐熔煉技術(shù)在航空用鈦合金對(duì)高質(zhì)量、高可靠性的迫切需求下出現(xiàn)，在解決低、高密度夾雜及成分均勻性方面比較好地解決了 VAR 熔煉的不足，且更適合工業(yè)化生產(chǎn)。國外優(yōu)先選用冷床爐熔煉加真空自耗電弧重熔的工藝，以保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)用鈦合金材料的冶金質(zhì)量。

　　冷床爐根據(jù)熱源不同，可分為電子束冷床爐和等離子束冷床爐。與真空自耗電弧熔煉相比，電子束冷床爐熔煉具有多方面優(yōu)勢：1）可以采用多種形式的原材料如散狀海綿鈦、殘料以及鈦屑等；2）能夠大量使用經(jīng)濟(jì)的原材料，如含有碳化鎢雜質(zhì)的切削料，殘料添加比例可達(dá) 100%；3）能夠有效去除易揮發(fā)雜質(zhì)以及低、高密度夾雜；4）可保證合金元素充分均勻化，避免偏析；5）可生產(chǎn)不同截面的鑄錠；6）可以實(shí)現(xiàn)一次成錠，一爐多錠，降低熔煉費(fèi)用，提高生產(chǎn)效率。

　　國外生產(chǎn)冷床爐的公司主要有 4 家，即美國 Retech、美國 Consarc、德國 ALD 和烏克蘭的巴頓焊接研究所。冷床爐熔煉技術(shù)在國外發(fā)展較快，應(yīng)用最廣，尤其是美國冷床爐熔煉技術(shù)發(fā)展最成熟。國內(nèi)相關(guān)企業(yè)先后引進(jìn)美國、烏克蘭等生產(chǎn)的電子束冷爐床熔煉爐，電子束冷床熔煉在國內(nèi)有一定應(yīng)用。

　　聚能鈦業(yè)從美國和烏克蘭引進(jìn)了 2 臺(tái) EB 爐，并于 2013 年底前投入生產(chǎn)。2018 年，聚能鈦業(yè)與俄羅斯 KV-Titan 公司聯(lián)合制造的國產(chǎn)化小型 EB 爐成功投入試生產(chǎn)運(yùn)營。目前，聚能鈦業(yè) EB 爐設(shè)備總裝功率9300kW、設(shè)計(jì)年最大產(chǎn)能 噸、單錠最大重量 20 噸，三項(xiàng)指標(biāo)列居全國 EB 爐熔鑄行業(yè)之首。

　　云南鈦業(yè)共擁有從美國、俄羅斯引進(jìn)及自主研制的 4 臺(tái)大型 EB 爐和8 臺(tái)國產(chǎn) VAR 爐，鈦及鈦合金和稀有金屬錠產(chǎn)能達(dá) 1.6 萬噸/年，鈦及鈦合金及稀有金屬材產(chǎn)能達(dá) 2 萬噸/年，鈦錠材產(chǎn)能、產(chǎn)量居中國前列，鈦板卷產(chǎn)能居世界前列。云南鈦業(yè)的鈦帶卷已批量化生產(chǎn)運(yùn)用到化工、電力、海洋、醫(yī)療、民用及建筑等領(lǐng)域，部分產(chǎn)品出口到德國，美國、意大利、俄羅斯。

　　國內(nèi)電子束冷爐床熔煉爐設(shè)備也取得一定進(jìn)展。在消化吸收進(jìn)口設(shè)備的技術(shù)上，寶鈦集團(tuán)裝備科技公司研發(fā)了國內(nèi)最大錠型的 EB 爐，該設(shè)備總功率約 3520kW，最大單錠截面尺寸 1560×240mm，重量約 13噸，年產(chǎn)能約 2000 噸。2021 年 9 月 6 日，在江蘇泰州某用戶生產(chǎn)現(xiàn)場，由寶鈦集團(tuán)裝備科技公司自主研制的首臺(tái) EB 爐首錠出爐。

　　相比于 EB 爐，PA 爐具有多方面優(yōu)勢：1）等離子槍在接近大氣壓的惰性氣氛下工作，可以防止 Al、Cr、Sn、Mn 等高揮發(fā)元素的揮發(fā)；2）等離子束可對(duì)熔池內(nèi)的鈦液起攪拌作用，有助于合金成分的均勻化；3）等離子冷床爐熔煉時(shí)熔池大、深度相對(duì)較深，可以實(shí)現(xiàn)溶液的充分?jǐn)U散；4）不受原材料種類的限制，可以利用散裝料，如海綿鈦、鈦屑、澆道切塊等。

　　但是，由于等離子束熔煉時(shí)需要消耗大量惰性氣體，增加了熔煉成本，為了降低成本，大型 PA 爐常需配備惰性氣體回收裝置。此外，PA 爐生產(chǎn)效率低于 EB 爐，同功率下，EB 爐熔煉速率約為 PA 爐的 2 倍。目前美國擁有世界上大部分的 PA 爐，具備批量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鈦合金鑄錠的能力，目前裝備的冷爐床熔煉能力已占美國鈦總?cè)蹮捘芰Φ?45%，其中 20%采用 PA 爐。

　　國內(nèi)北京航材院于 2003 年安裝了 1 臺(tái)美國 Retech 公司制造的 PA 爐，總功率 600kW，可生產(chǎn) TC4 和 TiAl 鑄錠。上海寶鋼集團(tuán)于 2008 年引進(jìn)一臺(tái)單結(jié)晶室雙坩堝 PA 爐，總功率 3300kW，可生產(chǎn)的最大質(zhì)量 7噸的圓錠和最大質(zhì)量 5 噸的扁錠，同時(shí)還為 PA 爐配置了氦氣回收系統(tǒng)，降低熔煉成本。

　　國外先進(jìn)企業(yè)采用冷床爐進(jìn)行鈦合金熔煉，解決鑄錠高、低密度夾雜問題，被作為預(yù)防航空轉(zhuǎn)動(dòng)件和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件冶金缺陷、避免引起災(zāi)難事故的關(guān)鍵技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)鈦合金材料零缺陷純凈化技術(shù)的重要途徑。

　　美國現(xiàn)行宇航材料標(biāo)準(zhǔn)中要求重要用途關(guān)鍵部件的鈦合金材料必須使用冷床爐制備技術(shù)。如 GE 公司于 1988 年開始采用冷床爐熔煉加真空自耗電弧熔煉技術(shù)生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵轉(zhuǎn)子零件用鈦合金鑄錠。目前，我國航空用鈦合金的熔煉基本采用真空自耗電弧爐熔煉方法。對(duì)于質(zhì)量要求高的鈦合金鑄錠，一般要經(jīng)過 3 次 VAR 熔煉，以獲得成分均勻、缺陷率低的鑄錠，電子束冷床熔煉（EB 爐）技術(shù)尚處于起步階段。

　　3.2 國內(nèi)主要鈦合金生產(chǎn)企業(yè)

　　國外從事鈦合金業(yè)務(wù)企業(yè)主要有美國 TIMET、俄羅斯 VSMPO、日本東邦鈦公司等。國內(nèi)從事鈦合金業(yè)務(wù)企業(yè)主要包括以寶鈦股份、西部超導(dǎo)、西部材料、湘投金天集團(tuán)和寶武特冶等國有大型企業(yè)為代表的一線龍頭企業(yè)，以及新疆湘晟、重慶金世利和天成航材等為代表的民營企業(yè)。上市公司主要有寶鈦股份、西部超導(dǎo)和西部材料等 3 家。

　　軍機(jī)列裝、國產(chǎn)航發(fā)換裝不及預(yù)期；民航市場拓展不及預(yù)期；上游原材料供給出現(xiàn)供給不足、價(jià)格上漲超預(yù)期的風(fēng)險(xiǎn)等。