寬幅達(dá)2040毫米的熱連軋鈦帶卷，刷新國內(nèi)紀(jì)錄；高性能耐蝕鈦焊管成為“華龍一號”關(guān)鍵部件；高強(qiáng)高韌TC18鈦合金，助力國產(chǎn)大飛機(jī)鯤龍AG600的研制……經(jīng)過10多年的發(fā)展，湖南鈦材加工已建成從海綿鈦、鈦錠、鈦帶卷到鈦焊管的產(chǎn)業(yè)鏈，鈦帶卷、鈦焊管產(chǎn)銷量居全國第一，鈦材精加工系列產(chǎn)品，屢屢填補(bǔ)國內(nèi)空白、打破國外壟斷，應(yīng)用于諸多“國之重器”。
湖南湘投金天科技集團(tuán)（以下簡稱湘投金天）旗下的湖南湘投金天鈦金屬股份有限公司（以下簡稱金天鈦金）冷軋鈦帶卷制造車間，一臺冷軋鈦帶卷專用二十軸軋機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)。
軋機(jī)內(nèi)部，一卷暗銀色的鈦帶卷正被軋成0.5毫米的規(guī)格。這卷高品質(zhì)的鈦帶卷，即將成為飛機(jī)、船舶及計算機(jī)和通訊電子產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件。
鈦具有重量輕、強(qiáng)度大、耐腐蝕等特性，能應(yīng)用于太空、大海等環(huán)境極其復(fù)雜的工作領(lǐng)域，是一種重要的戰(zhàn)略性金屬。鈦及鈦合金的加工和研制能力，已成為衡量一個國家航空航天、航海、核電、深海探索等科技領(lǐng)域先進(jìn)性的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。由于鈦熔煉工藝復(fù)雜、加工難度大，目前僅有中國、俄羅斯、美國、日本4個國家掌握完整的鈦工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)。
湘投金天是湖南湘投控股集團(tuán)旗下具有戰(zhàn)略型輕合金金屬新材料全產(chǎn)業(yè)鏈平臺的子公司。10多年來，湘投金天一直專注鈦材精加工，該公司生產(chǎn)的鈦帶卷、鈦焊管、鈦棒材等系列產(chǎn)品，屢屢填補(bǔ)國內(nèi)空白、打破國外壟斷，補(bǔ)足了湖南省在戰(zhàn)略新興材料產(chǎn)業(yè)上的短板，解決了中國鈦產(chǎn)業(yè)系列技術(shù)難題。
軋出國內(nèi)最寬熱軋鈦帶卷
參與“深海爬游機(jī)器人”項(xiàng)目
2022年1月9日，戶外一片蕭瑟寒冷，在湖南鋼鐵集團(tuán)旗下漣鋼的2250熱連軋線上，一個令人矚目的產(chǎn)品正緩緩軋出，匯聚著眾人熱烈的目光……
經(jīng)過3個月的努力，金天鈦金與漣鋼強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，成功制備出寬2040毫米、卷重10.7噸的超寬幅、薄規(guī)格、大卷重?zé)彳堚亷Ь恚瑒?chuàng)造了國內(nèi)最寬熱連軋鈦帶卷的歷史紀(jì)錄。
“該產(chǎn)品刷新了我們自己創(chuàng)造的紀(jì)錄，拓寬了金天鈦金熱軋板卷品類規(guī)格。”金天鈦金技術(shù)部部長劉正喬告訴筆者，鈦帶卷越寬，直接應(yīng)用的領(lǐng)域就越廣，使用價值就越大，也可避免拼焊帶來的成本增加與質(zhì)量風(fēng)險。
鈦的軋制，尤其是想軋得既寬又薄，實(shí)在不易。劉正喬介紹，鈦具有強(qiáng)度大、熱導(dǎo)率小、不易變形等特點(diǎn)，在作為一種成型的材料時，這些是優(yōu)點(diǎn)，但在軋制加工時，那就是“缺點(diǎn)”了。
因?yàn)樽冃坞y、易斷裂，鈦軋制對原材料及軋制時的溫度、力度、濕度等參數(shù)的要求格外高。而軋得越寬或越薄，出現(xiàn)缺陷的可能性就越大。
“上次溫度偏低，這次力度不夠，要想軋出寬而薄的鈦帶卷，就需要反復(fù)模擬測試。”劉正喬說，“鈦在高溫下尤其活躍，就像一匹野馬，馴服過程格外艱難。”有一次軋制，鈦帶的卷面上出現(xiàn)了一種裂紋缺陷，劉正喬及其團(tuán)隊研究了好幾天，始終找不到原因。
技術(shù)攻關(guān)沒有捷徑。整個團(tuán)隊收集軋線多年的數(shù)據(jù)資料，翻閱數(shù)月，排除數(shù)十種可能，才得到幾個疑似的結(jié)論，而后在電腦上反復(fù)模擬，又花費(fèi)一個月左右的時間，最終消除裂紋。
被“馴服”的優(yōu)質(zhì)鈦帶卷性能有多強(qiáng)？金天鈦金總經(jīng)理助理孔玢介紹：“廣泛應(yīng)用于艦艇、潛艇、深海探測器等，比如制作外殼及一些關(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)件。”
近幾年，金天鈦金參與了“深海爬游機(jī)器人”等國家重大科技項(xiàng)目的研發(fā)，主要負(fù)責(zé)主體結(jié)構(gòu)以及電子元器件的艙體制作。該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人江彪介紹，深海爬游機(jī)器人的設(shè)計深度達(dá)1000米~1500米。他說：“鈦極耐腐蝕，同時強(qiáng)度大、重量輕，特別適合應(yīng)用于海洋中，因此，鈦也有‘海洋金屬’的美譽(yù)。”
成功應(yīng)用于“華龍一號”
改寫全球鈦焊管產(chǎn)業(yè)格局
2020年11月，“華龍一號”首臺套凝汽器用高性能鈦焊管國產(chǎn)化項(xiàng)目在湘投金天子公司湘投金天新材料有限公司下線。“這是核電關(guān)鍵設(shè)備材料國產(chǎn)化、自主化的重要組成部分，是核電國產(chǎn)化進(jìn)程中具有里程碑意義的重大事件。”中國工程院院士、核反應(yīng)堆及核電工程專家葉奇蓁稱贊道。
這根不起眼的焊管不可小覷。金天新材技術(shù)部副經(jīng)理李軍兆介紹，我國的核電站基本建在海邊，核電工程中的鈦焊管主要用于裝載海水，在核電機(jī)組中循環(huán)往復(fù)，對核電機(jī)組進(jìn)行降溫。“1臺核電機(jī)組里，密密麻麻有10萬多根的鈦焊管，不然怎么是關(guān)鍵設(shè)備呢？”
“華龍一號”是我國核電創(chuàng)新發(fā)展的重大標(biāo)志性成果，用于其中的鈦焊管，絕不允許有任何缺陷，而且要求使用壽命超過30年。
不難想象，這根管子的研制得有多難。用于“華龍一號”里的鈦焊管，長度約18米，直徑為2.1厘米，大概礦泉水瓶蓋的大小，厚僅0.5毫米。海水的腐蝕性很強(qiáng)，加上鈦焊管要求直徑短、厚度薄，其焊接成型、熱處理的工藝要求極高。
李軍兆說，核級鈦焊管的各項(xiàng)指標(biāo)比常規(guī)鈦焊管嚴(yán)格一倍以上。同時，和軋制鈦帶卷一樣，鈦焊管任何缺陷的出現(xiàn)，到底是焊接參數(shù)不對、焊接電流大，還是原材料有夾雜、軋制工藝的問題，都需要全面排查。
經(jīng)過1000多個日夜的攻關(guān)，金天新材于2019年打造出符合“華龍一號”凝汽器標(biāo)準(zhǔn)的高性能耐蝕鈦焊管，突破了國外對核電凝汽器用鈦焊管的技術(shù)壟斷和市場封鎖，實(shí)現(xiàn)了對外出口，改寫了全球鈦焊管的產(chǎn)業(yè)格局。
8年啃下“硬骨頭”
助力國產(chǎn)大飛機(jī)研制
5月31日，由我國自主研制的大型滅火/水上救援水陸兩棲飛機(jī)鯤龍AG600全狀態(tài)新構(gòu)型滅火機(jī)，在廣東珠海首飛成功。
鯤龍AG600，是我國大飛機(jī)“三兄弟”之一。其最大起飛重量60噸，最大載水量12噸，填補(bǔ)了國產(chǎn)大型航空滅火飛機(jī)的空白?？梢韵胂?，當(dāng)這架飛機(jī)落地時，起落架將承受多大的壓力，其起落架的制作材料TC18鈦合金，由湘投金天旗下的金天鈦業(yè)科技有限公司研制。
既要硬，又得輕，鈦合金是最佳選擇。在研制過程中，一個不太起眼的“黑斑”問題，讓研發(fā)團(tuán)隊“頭疼”了近一年。
“黑斑，是由于材料組織不均勻或成分偏析引起。黑斑的存在，易導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)生微裂紋，埋下斷裂的隱患。”湘投金天總經(jīng)理、時任金天鈦業(yè)首席專家楊勝介紹。
為優(yōu)化鍛造工藝，研究團(tuán)隊長期在溫度超過40攝氏度的車間工作，緊盯鍛造過程的每一個細(xì)節(jié)和參數(shù)，一待就是一整天；每次前往合作方溝通細(xì)節(jié)，團(tuán)隊都是直奔鍛造車間，第一時間針對新出現(xiàn)的問題進(jìn)行改善。
最終，歷時8年，該團(tuán)隊研制出高強(qiáng)高韌的TC18鈦合金，達(dá)到了鯤龍AG600的要求，讓湘投金天在航空航天領(lǐng)域站穩(wěn)了腳跟。
目前，湘投金天在飛機(jī)發(fā)動機(jī)葉片、飛機(jī)框架、航天構(gòu)件等高性能鈦合金棒材上技術(shù)實(shí)力強(qiáng)勁，已成為中國航空高端鈦合金材料三大供應(yīng)商之一。
“湘投金天已形成了從材料到構(gòu)件到裝備完整的鈦工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，未來，將在持續(xù)開展航空航天、核電產(chǎn)業(yè)等高端鈦材研發(fā)的同時，也會在航空發(fā)動機(jī)、深海裝備及醫(yī)療、計算機(jī)、通訊電子產(chǎn)品等民生領(lǐng)域作出更多探索，更好地為國家和社會服務(wù)。”湘投金天副董事長彭丹告訴筆者，鈦加工的趨勢是越來越合金化、超薄化，鈦的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大。
