寬幅達2040毫米的熱連軋鈦帶卷，刷新國內紀錄；高性能耐蝕鈦焊管成為“華龍一號”關鍵部件；高強高韌TC18鈦合金，助力國產大飛機鯤龍AG600的研制……經過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業(yè)鏈，鈦帶卷、鈦焊管產銷量居全國第一，鈦材精加工系列產品，屢屢填補國內空白、打破國外壟斷，應用于諸多“國之重器”。
湖南湘投金天科技集團（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正在運轉。
軋機內部，一卷暗銀色的鈦帶卷正被軋成0.5毫米的規(guī)格。這卷高品質的鈦帶卷，即將成為飛機、船舶及計算機和通訊電子產品中的關鍵部件。
鈦具有重量輕、強度大、耐腐蝕等特性，能應用于太空、大海等環(huán)境極其復雜的工作領域，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、深海探索等科技領域先進性的重要標準之一。由于鈦熔煉工藝復雜、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)生產技術。
湘投金天是湖南湘投控股集團旗下具有戰(zhàn)略型輕合金金屬新材料全產業(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，該公司生產的鈦帶卷、鈦焊管、鈦棒材等系列產品，屢屢填補國內空白、打破國外壟斷，補足了湖南省在戰(zhàn)略新興材料產業(yè)上的短板，解決了中國鈦產業(yè)系列技術難題。
軋出國內最寬熱軋鈦帶卷
參與“深海爬游機器人”項目
2022年1月9日，戶外一片蕭瑟寒冷，在湖南鋼鐵集團旗下漣鋼的2250熱連軋線上，一個令人矚目的產品正緩緩軋出，匯聚著眾人熱烈的目光……
經過3個月的努力，金天鈦金與漣鋼強強聯(lián)手，成功制備出寬2040毫米、卷重10.7噸的超寬幅、薄規(guī)格、大卷重熱軋鈦帶卷，創(chuàng)造了國內最寬熱連軋鈦帶卷的歷史紀錄。
“該產品刷新了我們自己創(chuàng)造的紀錄，拓寬了金天鈦金熱軋板卷品類規(guī)格。”金天鈦金技術部部長劉正喬告訴筆者，鈦帶卷越寬，直接應用的領域就越廣，使用價值就越大，也可避免拼焊帶來的成本增加與質量風險。
鈦的軋制，尤其是想軋得既寬又薄，實在不易。劉正喬介紹，鈦具有強度大、熱導率小、不易變形等特點，在作為一種成型的材料時，這些是優(yōu)點，但在軋制加工時，那就是“缺點”了。
因為變形難、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，劉正喬及其團隊研究了好幾天，始終找不到原因。
技術攻關沒有捷徑。整個團隊收集軋線多年的數(shù)據資料，翻閱數(shù)月，排除數(shù)十種可能，才得到幾個疑似的結論，而后在電腦上反復模擬，又花費一個月左右的時間，最終消除裂紋。
被“馴服”的優(yōu)質鈦帶卷性能有多強？金天鈦金總經理助理孔玢介紹：“廣泛應用于艦艇、潛艇、深海探測器等，比如制作外殼及一些關鍵部位的結構件。”
近幾年，金天鈦金參與了“深海爬游機器人”等國家重大科技項目的研發(fā)，主要負責主體結構以及電子元器件的艙體制作。該項目負責人江彪介紹，深海爬游機器人的設計深度達1000米~1500米。他說：“鈦極耐腐蝕，同時強度大、重量輕，特別適合應用于海洋中，因此，鈦也有‘海洋金屬’的美譽。”
成功應用于“華龍一號”
改寫全球鈦焊管產業(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化項目在湘投金天子公司湘投金天新材料有限公司下線。“這是核電關鍵設備材料國產化、自主化的重要組成部分，是核電國產化進程中具有里程碑意義的重大事件。”中國工程院院士、核反應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。金天新材技術部副經理李軍兆介紹，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，在核電機組中循環(huán)往復，對核電機組進行降溫。“1臺核電機組里，密密麻麻有10萬多根的鈦焊管，不然怎么是關鍵設備呢？”
“華龍一號”是我國核電創(chuàng)新發(fā)展的重大標志性成果，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，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，核級鈦焊管的各項指標比常規(guī)鈦焊管嚴格一倍以上。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。
經過1000多個日夜的攻關，金天新材于2019年打造出符合“華龍一號”凝汽器標準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壟斷和市場封鎖，實現(xiàn)了對外出口，改寫了全球鈦焊管的產業(yè)格局。
8年啃下“硬骨頭”
助力國產大飛機研制
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鯤龍AG600全狀態(tài)新構型滅火機，在廣東珠海首飛成功。
鯤龍AG600，是我國大飛機“三兄弟”之一。其最大起飛重量60噸，最大載水量12噸，填補了國產大型航空滅火飛機的空白?？梢韵胂?，當這架飛機落地時，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，易導致產品產生微裂紋，埋下斷裂的隱患。”湘投金天總經理、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節(jié)和參數(shù)，一待就是一整天；每次前往合作方溝通細節(jié)，團隊都是直奔鍛造車間，第一時間針對新出現(xiàn)的問題進行改善。
最終，歷時8年，該團隊研制出高強高韌的TC18鈦合金，達到了鯤龍AG600的要求，讓湘投金天在航空航天領域站穩(wěn)了腳跟。
目前，湘投金天在飛機發(fā)動機葉片、飛機框架、航天構件等高性能鈦合金棒材上技術實力強勁，已成為中國航空高端鈦合金材料三大供應商之一。
“湘投金天已形成了從材料到構件到裝備完整的鈦工業(yè)產業(yè)鏈，未來，將在持續(xù)開展航空航天、核電產業(yè)等高端鈦材研發(fā)的同時，也會在航空發(fā)動機、深海裝備及醫(yī)療、計算機、通訊電子產品等民生領域作出更多探索，更好地為國家和社會服務。”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，鈦的應用領域將不斷擴大。
