利泰金属浅谈2025年国内外钛板的先进制造工艺与技术挑战

2025年，钛板轧制工艺迎来显著创新。陕钢集团汉钢公司继成功轧制3050mm宽幅TC4ELI钛合金板材后，又完成了3200mm超宽幅TC4ELI钛板轧制。其研发团队针对钛合金高变形抗力、快速温降和超宽特性，优化多火次轧制技术，精准控制加热曲线与道次变形量，保障板材组织性能均匀。同时，依托自主研发的轧制模型与电加热炉装备，攻克板形平直度与厚度精度控制难题。在生产中严格执行坯料表面清理等标准化操作，动态调整工艺参数，实现轧制稳定性与成品质量双提升。此外，汉钢公司在高强韧性宽幅特厚钛合金中厚板生产中开发的多火次轧制技术，也解决了行业生产技术难题。

材料与涂层技术取得关键突破。在PEM电解槽领域，钛毡作为双极板核心材料，因PEM电解槽阳极侧环境苛刻，钛金属耐腐蚀性优异成为首选，但钛板成本高且性能影响设备寿命与制氢效率。当前研究聚焦涂层优化，如新型Ti₄O₇涂层因高导电性和耐腐蚀性成热点，通过PVD工艺降低低铱/铂涂层厚度，提升结合强度；治臻股份开发的EC500极板采用梯度孔隙钛基体+纳米涂层，使寿命延长至1万小时以上。在航空航天领域，针对TA15钛合金弹性模量低、切削温度高的特性，开发出PVD+AlTiN涂层刀具，优化几何参数后铣削效率提升40%。

从产业化看，国内外呈现不同态势。国内宝钛集团实现3.2m宽幅TC4板材量产，汉钢公司钛板项目累计完成订单900余吨，完成17个牌号加工轧制。然而，国内在大尺寸板材轧制（如宽幅轧机轧制力不足）、表面涂层技术（耐磨性和耐蚀寿命落后）、成本控制（海绵钛电解能耗高）及循环再生（高纯度再生技术未突破）等方面与国际存在差距。在应用上，钛板持续拓展新领域。海洋工程中，Ti75钛板用于潜艇壳体、海水淡化设备等，“奋斗者”号升级版采用旋压成形+梯度热处理的Ti75耐压壳，耐压达130MPa。航空航天领域，TA15钛合金用于航空发动机压气机叶片、机身结构及航天发动机喷管延伸段等。医疗领域，3D打印多孔钛板逐步推广，消费电子领域虽超薄板轧制尚未突破，但随着技术发展，未来应用潜力巨大。以下是利泰金属基于2025年国内外钛板最新研究成果综合分析，依据权威行业报告和前沿技术文献整理：

一、先进制造工艺与技术突破

1、宽幅轧制技术

国内突破：陕钢集团汉钢公司于2025年4月成功轧制3050mm宽幅TC4ELI钛板，5月进一步突破3200mm超宽幅板材，攻克了高变形抗力钛合金的板形平直度与厚度精度控制难题。其核心创新包括：

多火次轧制工艺优化，精准控制加热曲线（终轧温度≥800℃）；

自主研发轧制模型与电加热炉装备，动态调整辊缝倾动量。

国际对比：美国ATI已实现4500mm宽板轧制，国内仍存在轧机吨位差距（4.5万 vs 6万吨）。

2、低温轧制与热处理

纯钛板微观组织优化：

在77K超低温条件下轧制，晶粒细化至微米级，屈服强度提升至1040MPa（室温轧制为800MPa）；

结合623K/30min退火，延伸率恢复至20%，实现强韧协同。

3、高效节能工艺

重庆钢铁发明专利“钛板材加热轧制方法”：

利用加热炉检修间隙装入钛坯，减少煤气浪费30%，提升轧制效率；

冷钢坯回炉技术降低能耗，适配“钢-钛联合生产模式”。

二、国内外产业化进展与竞争格局

1、产能与市场数据

2、区域产业集群

中国千亿级钛集群：陕西依托陕钢、宝钛等企业，形成“研发-轧制-应用”全链条，2025年钛板加工量超500吨，覆盖8-150mm全厚度规格；

国际龙头：俄罗斯VSMPO（Φ350mm棒材）、美国ATI（电子级纯度Fe<0.01%）主导高端市场。

三、创新应用领域拓展

1、航空航天

TC4ELI钛板：用于C919机身蒙皮、长征火箭燃料储箱，减重30%并提升抗疲劳性能；

突破案例：陕钢超宽幅板材支撑深空探测器结构件6。

2、海洋工程

万米深潜器耐压壳（Ti75合金）：承受110MPa高压，微弧氧化涂层（30μm）耐蚀性提升8倍。

3、医疗与新能源

骨科植入物：带环钛板市场年增6.3%（2030年达19亿美元），轻量化与生物相容性驱动需求；

氢燃料电池双极板：超薄钛板（0.1mm）替代石墨，寿命＞15万公里（丰田Mirai）。

四、技术挑战与未来趋势

1、核心瓶颈

纯度控制：电子级钛板Fe含量＞0.05%（国际＜0.01%），冷床炉精炼技术待突破；

焊接系数低：热影响区韧性下降30%，需推广窄间隙电子束焊（焊缝强度≥母材95%）。

2、前沿方向

智能制造：AI驱动轧制参数优化（陕钢模型提升板形合格率15%）；

绿色冶金：宝钢绿氢还原海绵钛试验线（碳排↓90%）810；

复合材料：TiB₂增强钛基板材（耐温＞900℃），适配聚变堆第一壁。

结论：

2025年钛板技术核心突破集中于宽幅轧制（3200mm国产化）、组织调控（低温轧制强韧化）及跨领域应用（深空/聚变堆）。国内需攻克纯度与成本瓶颈，依托“钢-钛联合”模式加速替代；国际竞争聚焦超宽幅化（4500mm）、半导体级洁净度。建议优先布局冷床炉精炼、废钛闭环回收（2030利用率＞60%）及AI工艺优化系统。