發(fā)布日期：2021-8-12 17:03:43
由于鈦及鈦合金材料具有密度低，比強度高，耐腐蝕，組織性能穩(wěn)定性好等優(yōu)良的綜合性能，鈦及鈦合金材料在近幾十年得到了飛速發(fā)展。我國的鈦工業(yè)起始于六十年代的國防軍工要求，經(jīng)過了50年的發(fā)展，取得了巨大成績，目前鈦加工材在航空、航天、船舶、冶金、化工、設備、醫(yī)療、制藥、海洋工程、體育休閑等領域均得到飛速發(fā)展。我國鈦資源豐富，儲量居世界前列，目前已經(jīng)成為世界上繼美國、俄羅斯、日本之后，具有完整工業(yè)體系和生產能力的世界第4大鈦工業(yè)國。
伴隨著鈦工業(yè)的飛速發(fā)展，我國的鈦及鈦合金的標準從無到有，從建立到發(fā)展完善，經(jīng)歷了將近40多年的歷程，現(xiàn)已形成較為完善的標準體系。本文介紹了當前使用的鈦及鈦合金的板帶類的國標及國軍標體系，就板帶材標準的發(fā)展與完善提出了建議。
1、鈦合金板帶材的生產現(xiàn)狀
鈦及鈦合金經(jīng)加工后制成板、帶、箔、管、棒、絲、鍛件、鑄件及復合材料等產品類型，廣泛用于化工、航空航天、船舶、醫(yī)藥、海洋、體育休閑等領域。
鈦合金強度高而密度小，機械性能好，韌性和抗腐蝕性能好。但鈦板帶材的加工工藝性能差，切削加工困難，在熱加工中，非常容易吸收氫氧碳氮等雜質。另外鈦板帶材的耐磨性差，生產工藝復雜。在所有的鈦合金加工材中，鈦板帶材的產量接近50%,在各領域得到廣泛應用。目前世界鈦板帶材年產量已達4萬余噸，鈦板帶材牌號近30種。使用最廣泛的鈦板帶材是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工業(yè)純鈦(TAl、TA2和TA3)。
鈦板帶材的用途很廣，主要用于制作飛機發(fā)動機壓氣機部件，其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件。60年代中期，鈦及其合金已在一般工業(yè)中應用，用于制作電解工業(yè)的電極，發(fā)電站的冷凝器，石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境污染控制裝置等。鈦及鈦合金板帶還可作燃料和氧化劑的儲箱以及高壓容器。鈦及鈦合金板還可制作自動步槍、迫擊炮的座板及無后座力炮的發(fā)射管。還可用鈦合金板加工成高爾夫球頭等。
我國經(jīng)濟正持續(xù)高速發(fā)展、特別是大飛機計劃和濱海電站的大力發(fā)展，拉動了對鈦板帶材的需求。制約國內鈦板帶材工業(yè)化發(fā)展的主要因素是生產工藝相對落后及一次性投資過大。近年，國內各家企業(yè)紛紛花費巨資，上馬了一批鈦板帶生產線，有的已經(jīng)正式投產。這些生產線的建成與投產必將帶來鈦板帶應用的熱潮。
隨著鈦及鈦合金板帶生產設備、生產技術的發(fā)展，有關鈦板帶的標準經(jīng)歷了從無到有，到逐步發(fā)展，現(xiàn)已建立了比較完善的鈦板帶標準體系。
2、鈦合金板帶相關標準
我國目前涉及鈦及鈦合金的加工板帶材的標準主要有GB(國家標準）、行業(yè)標準（主要是有色行業(yè)標準YS)、GJB(國家軍用標準）。國家標準和軍用標準各有好幾個，但是側重點不同，用途不同，所包含的牌號也不同。
GB、YS以滿足民用為主，兼顧軍用的一般通用要求，主要采標對象是ASTM(美國材料與試驗協(xié)會）和ASME(美國機械工程師協(xié)會）；GJB則是為了滿足軍品的需求，主要采標的對象是AMS（美國宇航材料規(guī)范）和MIL(美國軍用標準）。我國的鈦板帶標準起步于20世紀70年代初，國家標準體系建立于80年代初，經(jīng)過30多年的發(fā)展和完善，形成較為完善的鈦板材標準體系。
我國第一項鈦及鈦合金板帶標準是由冶金工業(yè)部于1970年7月23日正式批準頒布的鈦板行業(yè)標準YB762-70和鈦帶行業(yè)標準YB763-70。
20世紀80年代初，國家標準局組織修改原部頒鈦材標準，同時起草國家標準。并于1983年發(fā)布鈦板帶的國家標準：《鈦及鈦合金板材》(GB3621-83)和《鈦帶材》(GB3622-83)。《鈦及鈦合金板材》(GB362l-1983)和《鈦帶材》(GB3622-1983)標準分別以冶金行業(yè)標準YB762-70和YB763-70為基礎進行了制修訂。在1987年頒布了《鈦－不銹鋼復合板》(GB/T 8546-1987)和《鈦－鋼復合板》(GB/T 8547-1987)。
90年代初期開始國家對國標進行了全面的修訂和對標準體系的補充完善。增加了專用鈦板標準－《板式換熱器用鈦板》(GB/Tl4845-1993)。
進入二十一世紀，隨著鈦工業(yè)的技術進步和民用領域推廣鈦及鈦合金產品的需要，進一步促進產品質量的提高，進行了新一輪的制修訂工作。在2007年完成了GB/T 362l、GB/T 8546、GB/T 8547、GB/T l3810、GB/T l4845修訂。新制定YS/T580、YS/T658兩個涉及鈦板帶的有色金屬行業(yè)標準。
新制修訂的國家標準增加了牌號，性能指標也有所調整等，并在技術要求上積極采用國際先進標準，以提高標準的水平，體現(xiàn)了標準的進步性。
目前現(xiàn)行的、正式的鈦及鈦合金板帶國家標準、行業(yè)標準見表1。
《鈦及鈦合金板材》(GB/T362I-2007)是在1994年版本基礎上修訂的，適用于各種用途的鈦及鈦合金板材。修訂后增加了TA8、TA8-1、TA9-l、TAll、TA15、TA17、TAl8、TB5、TB6、TB8、TC4ELI共11個新牌號，涉及的牌號增加到26個，標準對規(guī)格及允許偏差有所調整；對純鈦板材的力學性能和工藝性能指標進行了重大調整，規(guī)定非比例延伸強度采用ASTM B265-2006的指標，抗拉強度和斷后伸長率指標均高于ASTM B265-2006。
《鈦及鈦合金帶、箔材》(GB/T3622-1999)目前還在使用1999年版本，已不再能滿足用戶與生產企業(yè)的需要，2011年已納入修訂計劃。
《鈦－不銹鋼復合板》(GB/T 8546-2007)是在1987年版本上修訂的，適用范圍有所調整：由原標準厚度大于8mm,變?yōu)楹穸炔恍∮?mm,復材選用的牌號增加了2個，變成4個：TA1、TA2、TA9、TAlO(符合GB/T3621鈦及鈦合金板材中的要求）。依據(jù)標準修訂時間推算，GB/T3621采用的是1994版本，此版本運用的是《鈦及鈦合金牌號和化學成分》(GB/T320.I)1994年版本，在2007年對該標準的修訂時，對原有牌號做了調整，由原TA0-TA3變?yōu)門AI-TA4,此處的TAI、TA2對應現(xiàn)標準牌號TA2、TA3。
《鈦－鋼復合板》(GB/T 8547-2006)是在1987年版本上修訂的，復材選用的牌號為TA0、TA1、TA2、TA9、TAlO(符合GB/T3621鈦及鈦合金板材中的要求）。依據(jù)標準修訂時間推算，GB/T 3621采用的是1994版本，此版本運用的是《鈦及鈦合金牌號和化學成分》(GB/T 3620.1)1994年版本的牌號，在2007年對該標準的修訂時，對原有牌號做了調整，由原TAO-TA3變?yōu)門Al-TA4,此處的TAO、TAl、TA2應為現(xiàn)標準牌號TA1、TA2、TA3。
《外科植人物用鈦及鈦合金加工材》(GB/T l3810-2007)是在1997版基礎上修訂的，標準中板材選用TAlELl、TAl、TA2、TA3、TA4、TC4、TC4EL1。產品的化學成分應符合GB/T3620.1中相應牌號的規(guī)定，對純鈦、TC4及TC4EL1中氫含量應不大于0.010%。板材的尺寸為：厚度0.8~25mm(純鈦大于等于0.3mm)。厚度為0.8~4.75mm以冷軋、退火狀態(tài)供應，表面狀態(tài)為除油或酸洗；厚度>4.75-25以熱加工、退火狀態(tài)供應，表面狀態(tài)為酸洗或黑皮。
《板式換熱器用鈦板》(GB/T14845一2007)是在1994年版本上修訂的，該標準的修訂主要是參考了美國材料與試驗協(xié)會的標準ASTMB265-06《鈦及鈦合金帶、薄板和厚板》中的化學成分、力學性能和工藝性能等指標。標準中原有TAl的基礎上增加了TA8-1、TA9-1兩個牌號，由于其用途特殊，對板材的塑性要求非常高，所以該牌號成分中雜質含量較《鈦及鈦合金牌號和化學成分》(GB/T3620.1)中嚴格。板材的尺寸略有調整：厚度0.5~1.0mm,寬度300~1000mm,長度規(guī)定為800~3000mm。板材的力學性能指標較常規(guī)板材也有所區(qū)別，表2為GB/T l4845-2007和GB/T 3621-2007力學性能指標對比。
從表2可以看出，該板材的強度要求沒變，而塑性指標要求很高，這是由其使用用途所決定的。《制表用純鈦板材》( YS/T 580 -2006 ) 是在2006年新制定的有色金屬行業(yè)標準。牌號為WTP-1,退火(M)或熱加工(R)供應，表面經(jīng)白化處理，厚度為1.0~10mm,板材要求洛氏硬度值為80~90HRB,對其他力學性能、工藝性能指標不做要求。
《焊管用鈦帶》(YS/T658-2006)是在2007年制定頒布的。牌號為TA1、TA2、TA3、TA9、TA9-1,TA10,以退火狀態(tài)供應，厚度為0.4~2.1mm,寬度為300~610mm。鈦帶的抗拉強度、斷面收縮率等力學性能指標與ASTMB265-06a相同，規(guī)定非比例延伸強度低于ASTMB265-06a標準要求
3、鈦及鈦合金板帶材國軍標的發(fā)展
為了滿足航空航天等國防工業(yè)工業(yè)對鈦合金材料更高要求的需求，1983年我國確立了國家軍用標準體系，我國第一個鈦類國家軍用標準《航天工業(yè)用TC4鈦合金鍛制餅材》(GJB 391-1987)于1987年8月28日審定通過并于1988年發(fā)布實施。經(jīng)過多年的發(fā)展，到目前初步形成了較完整的鈦及鈦合金材料的國家軍用標準體系。現(xiàn)行的GJB中與鈦及鈦合金相關的有34項，鈦及鈦合金板材的國軍標有4個，見表3。
GJB944、GJB2921和GJB6471是專用標準，一個標準僅有一個牌號；GJB2505所含牌號較多，但其用途是航空、潛艇等系統(tǒng)，與國家標準用途不同，有些指標比國家標準要求要嚴格一些。
《潛艇用TA5-A鈦合金板》(GJB944-1990)是1990年頒布，該標準中鈦板分成兩組規(guī)格：(15~25)×(600~1,600)×(1,000~4,000)和(>25~40)×(600~1,600)×(1,000-2,000),力學性能與《鈦及鈦合金板材》(GB/T3621-2007)中規(guī)定值相近，增加了沖擊要求：
沖擊值≥57J/cm2,彎曲度要求較之高：彎芯直徑是5T(T為板材厚度），彎曲角≥100°。
《航空用鈦及鈦合金板材和帶材規(guī)范》(GJB2505A-2008)是個通用標準，在1995年版本上修訂的。在TAl、TA2、TA3、TA4、TA6、TA?、TCI、TC2、TC3、TC4的基礎上增加了TA15,并按用途分為A類和B類。板材的規(guī)格為：(>0.3~4.0)×(400~1,000)×(1,000！3,000)和(>4.0~70.0)×(400~3,000)×(l,000~4,000),帶材的規(guī)格為(0.3~2.0)×(50~650)×(≥500)。
《超塑成形用TC4鈦合金板材規(guī)范》(GJB2921-1997)規(guī)定TC4的鑄錠應采用真空自耗電弧爐熔煉，熔煉次數(shù)不少于兩次。最后一次熔煉穩(wěn)定階段的壓力應不大千5Pa,自耗電極不允許使用鴿板氫弧焊焊接。且對TC4的氫含量和氧含量有較嚴格的要求：氫含量不大于0.0125%,氧含量應不大于0.18%(當氧含量大于0.18%但不大于0.20%時，雙方協(xié)商解決）。
《航天航空用TB5鈦合金板材規(guī)范》(GJB6471-2008)規(guī)定材料應采用真空自耗電弧爐熔煉，熔煉次數(shù)應不少于兩次，最后一次熔煉穩(wěn)定階段的壓力應不大于5Pa,自耗電極不允許使用鎢板氬弧焊焊接。且對TC4的氫含量和氧含量有較嚴格的要求：氫含量不大于0。0125%,氧含量應不大于0.18% ( 當氧含量大于0.18%但不大于0.20% 時，雙方協(xié)商解決）。
《航天航空用TB5鈦合金板材規(guī)范》(GJB 6471-2008)規(guī)定材料應采用真空自耗電弧爐熔煉，熔煉次數(shù)應不少于兩次，自耗電極不允許使用鎢板氬弧焊焊接。化學成分除對氧含量要求稍高，其他與GB/ T3620.1的規(guī)定基本一致。由于GB/ T3621-2007, 室溫力學性能與GB/T3621的相近，但是增加了固溶時效狀態(tài)的力學性能指標要求。還規(guī)定當訂購方有要求時，應測定板材的晶粒度，主要應為6級或6級以上，允許局部存在少量大到2級的晶粒。增加了板材的不平度要求。要求板材的表面應無任何富氧層，如α層或其他表面污染。
4、結論
我國鈦板帶材標準體系經(jīng)幾次制修訂后，從體系的完善及標準的水平均有較大的提升，目前我國鈦板帶材標準的水平與國外先進標準基本相同，標準體系的發(fā)展應主要從以下幾個方面進行：
雖然近年我國在鈦及鈦合金領域飛速發(fā)展，但離鈦工業(yè)發(fā)達國家還是有一定差距，主要體現(xiàn)在鈦及鈦合金半成品的規(guī)格、質量要求、檢測測試手段及品種類型等。我國的標準體系應參照國外先進標準ASTM、ASME等對原有標準進行制修訂，并不斷完善。2010年，中國有色標準委員會組織寶鈦集團（寶鈦股份有限公司）、湖南湘投金天鈦金屬有限公司等公司制定了《電站冷凝器和熱交換器用鈦－鋼復合管板》、《鈦鋯鋼復合板》、《熱軋鈦帶卷》、《冷軋鈦帶卷》，目前寶鈦公司還在起草《特種板用鈦板》、《高爾夫球頭用鈦及鈦合金板》等專用標準，以滿足用戶的多樣化的需求，促進生產廠家改進生產工藝、提高技術質量水平、降低生產成本等。
應加大新牌號板材的研制力度，特別是合金牌號板材的研究、生產和納標；
同時加速合金超厚板及超薄板材的研制和生產；性能指標及檢驗方法應進行進一步研究，力爭與國際全面接軌。
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