由于鈦及鈦合金材料具有密度低，比強(qiáng)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(guó)的鈦工業(yè)起始于六十年代的國(guó)防軍工要求，經(jīng)過(guò)了50年的發(fā)展，取得了巨大成績(jī)，目前鈦加工材在航空、航天、船舶、冶金、化工、設(shè)備、醫(yī)療、制藥、海洋工程、體育休閑等領(lǐng)域均得到飛速發(fā)展。我國(guó)鈦資源豐富，儲(chǔ)量居世界前列，目前已經(jīng)成為世界上繼美國(guó)、俄羅斯、日本之后，具有完整工業(yè)體系和生產(chǎn)能力的世界第4大鈦工業(yè)國(guó)。
伴隨著鈦工業(yè)的飛速發(fā)展，我國(guó)的鈦及鈦合金的標(biāo)準(zhǔn)從無(wú)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(biāo)準(zhǔn)體系。本文介紹了當(dāng)前使用的鈦及鈦合金的板帶類(lèi)的國(guó)標(biāo)及國(guó)軍標(biāo)體系，就板帶材標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展與完善提出了建議。
1、鈦合金板帶材的生產(chǎn)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(fù)合材料等產(chǎn)品類(lèi)型，廣泛用于化工、航空航天、船舶、醫(yī)藥、海洋、體育休閑等領(lǐng)域。
鈦合金強(qiáng)度高而密度小，機(jī)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(zhì)。另外鈦板帶材的耐磨性差，生產(chǎn)工藝復(fù)雜。在所有的鈦合金加工材中，鈦板帶材的產(chǎn)量接近50%,在各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前世界鈦板帶材年產(chǎn)量已達(dá)4萬(wàn)余噸，鈦板帶材牌號(hào)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(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。60年代中期，鈦及其合金已在一般工業(yè)中應(yīng)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(chǔ)箱以及高壓容器。鈦及鈦合金板還可制作自動(dòng)步槍、迫擊炮的座板及無(wú)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(guó)經(jīng)濟(jì)正持續(xù)高速發(fā)展、特別是大飛機(jī)計(jì)劃和濱海電站的大力發(fā)展，拉動(dòng)了對(duì)鈦板帶材的需求。制約國(guó)內(nèi)鈦板帶材工業(yè)化發(fā)展的主要因素是生產(chǎn)工藝相對(duì)落后及一次性投資過(guò)大。近年，國(guó)內(nèi)各家企業(yè)紛紛花費(fèi)巨資，上馬了一批鈦板帶生產(chǎn)線，有的已經(jīng)正式投產(chǎn)。這些生產(chǎn)線的建成與投產(chǎn)必將帶來(lái)鈦板帶應(yīng)用的熱潮。
隨著鈦及鈦合金板帶生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)鈦板帶的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了從無(wú)到有，到逐步發(fā)展，現(xiàn)已建立了比較完善的鈦板帶標(biāo)準(zhǔn)體系。
2、鈦合金板帶相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
我國(guó)目前涉及鈦及鈦合金的加工板帶材的標(biāo)準(zhǔn)主要有GB(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（主要是有色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS)、GJB(國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)）。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和軍用標(biāo)準(zhǔn)各有好幾個(gè)，但是側(cè)重點(diǎn)不同，用途不同，所包含的牌號(hào)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(biāo)對(duì)象是ASTM(美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)）和ASME(美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)）；GJB則是為了滿足軍品的需求，主要采標(biāo)的對(duì)象是AMS（美國(guó)宇航材料規(guī)范）和MIL(美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)）。我國(guó)的鈦板帶標(biāo)準(zhǔn)起步于20世紀(jì)70年代初，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系建立于80年代初，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展和完善，形成較為完善的鈦板材標(biāo)準(zhǔn)體系。
我國(guó)第一項(xiàng)鈦及鈦合金板帶標(biāo)準(zhǔn)是由冶金工業(yè)部于1970年7月23日正式批準(zhǔn)頒布的鈦板行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB762-70和鈦帶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB763-70。
20世紀(jì)80年代初，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局組織修改原部頒鈦材標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)起草國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。并于1983年發(fā)布鈦板帶的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：《鈦及鈦合金板材》(GB3621-83)和《鈦帶材》(GB3622-83)?！垛伡扳伜辖鸢宀摹?GB362l-1983)和《鈦帶材》(GB3622-1983)標(biāo)準(zhǔn)分別以冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB762-70和YB763-70為基礎(chǔ)進(jìn)行了制修訂。在1987年頒布了《鈦－不銹鋼復(fù)合板》(GB/T 8546-1987)和《鈦－鋼復(fù)合板》(GB/T 8547-1987)。
90年代初期開(kāi)始國(guó)家對(duì)國(guó)標(biāo)進(jìn)行了全面的修訂和對(duì)標(biāo)準(zhǔn)體系的補(bǔ)充完善。增加了專(zhuān)用鈦板標(biāo)準(zhǔn)－《板式換熱器用鈦板》(GB/Tl4845-1993)。
進(jìn)入二十一世紀(jì)，隨著鈦工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和民用領(lǐng)域推廣鈦及鈦合金產(chǎn)品的需要，進(jìn)一步促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的提高，進(jìn)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(gè)涉及鈦板帶的有色金屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
新制修訂的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)增加了牌號(hào)，性能指標(biāo)也有所調(diào)整等，并在技術(shù)要求上積極采用國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，以提高標(biāo)準(zhǔn)的水平，體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)步性。
目前現(xiàn)行的、正式的鈦及鈦合金板帶國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。
《鈦及鈦合金板材》(GB/T362I-2007)是在1994年版本基礎(chǔ)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(gè)新牌號(hào)，涉及的牌號(hào)增加到26個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)規(guī)格及允許偏差有所調(diào)整；對(duì)純鈦板材的力學(xué)性能和工藝性能指標(biāo)進(jìn)行了重大調(diào)整，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度采用ASTM B265-2006的指標(biāo)，抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率指標(biāo)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(chǎn)企業(yè)的需要，2011年已納入修訂計(jì)劃。
《鈦－不銹鋼復(fù)合板》(GB/T 8546-2007)是在1987年版本上修訂的，適用范圍有所調(diào)整：由原標(biāo)準(zhǔn)厚度大于8mm,變?yōu)楹穸炔恍∮?mm,復(fù)材選用的牌號(hào)增加了2個(gè)，變成4個(gè)：TA1、TA2、TA9、TAlO(符合GB/T3621鈦及鈦合金板材中的要求）。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)間推算，GB/T3621采用的是1994版本，此版本運(yùn)用的是《鈦及鈦合金牌號(hào)和化學(xué)成分》(GB/T320.I)1994年版本，在2007年對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的修訂時(shí)，對(duì)原有牌號(hào)做了調(diào)整，由原TA0-TA3變?yōu)門(mén)AI-TA4,此處的TAI、TA2對(duì)應(yīng)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)TA2、TA3。
《鈦－鋼復(fù)合板》(GB/T 8547-2006)是在1987年版本上修訂的，復(fù)材選用的牌號(hào)為T(mén)A0、TA1、TA2、TA9、TA10(符合GB/T3621鈦及鈦合金板材中的要求）。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)間推算，GB/T 3621采用的是1994版本，此版本運(yùn)用的是《鈦及鈦合金牌號(hào)和化學(xué)成分》(GB/T 3620.1)1994年版本的牌號(hào)，在2007年對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的修訂時(shí)，對(duì)原有牌號(hào)做了調(diào)整，由原TA0-TA3變?yōu)門(mén)Al-TA4,此處的TA0、TA1、TA2應(yīng)為現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)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(chǔ)上修訂的，標(biāo)準(zhǔn)中板材選用TAlELl、TAl、TA2、TA3、TA4、TC4、TC4EL1。產(chǎn)品的化學(xué)成分應(yīng)符合GB/T3620.1中相應(yīng)牌號(hào)的規(guī)定，對(duì)純鈦、TC4及TC4EL1中氫含量應(yīng)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(yīng)，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(yīng)，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(biāo)準(zhǔn)的修訂主要是參考了美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)ASTMB265-06《鈦及鈦合金帶、薄板和厚板》中的化學(xué)成分、力學(xué)性能和工藝性能等指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)中原有TAl的基礎(chǔ)上增加了TA8-1、TA9-1兩個(gè)牌號(hào)，由于其用途特殊，對(duì)板材的塑性要求非常高，所以該牌號(hào)成分中雜質(zhì)含量較《鈦及鈦合金牌號(hào)和化學(xué)成分》(GB/T3620.1)中嚴(yán)格。板材的尺寸略有調(diào)整：厚度0.5~1.0mm,寬度300~1000mm,長(zhǎng)度規(guī)定為800~3000mm。板材的力學(xué)性能指標(biāo)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(xué)性能指標(biāo)對(duì)比。
從表2可以看出，該板材的強(qiáng)度要求沒(méi)變，而塑性指標(biāo)要求很高，這是由其使用用途所決定的?！吨票碛眉冣伆宀摹? YS/T 580 -2006 ) 是在2006年新制定的有色金屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。牌號(hào)為WTP-1,退火(M)或熱加工(R)供應(yīng)，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(duì)其他力學(xué)性能、工藝性能指標(biāo)不做要求。
《焊管用鈦帶》(YS/T658-2006)是在2007年制定頒布的。牌號(hào)為T(mén)A1、TA2、TA3、TA9、TA9-1,TA10,以退火狀態(tài)供應(yīng)，厚度為0.4~2.1mm,寬度為300~610mm。鈦帶的抗拉強(qiáng)度、斷面收縮率等力學(xué)性能指標(biāo)與ASTMB265-06a相同，規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度低于ASTMB265-06a標(biāo)準(zhǔn)要求
3、鈦及鈦合金板帶材國(guó)軍標(biāo)的發(fā)展
為了滿足航空航天等國(guó)防工業(yè)工業(yè)對(duì)鈦合金材料更高要求的需求，1983年我國(guó)確立了國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)體系，我國(guó)第一個(gè)鈦類(lèi)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)《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(guò)并于1988年發(fā)布實(shí)施。經(jīng)過(guò)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(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)體系?，F(xiàn)行的GJB中與鈦及鈦合金相關(guān)的有34項(xiàng)，鈦及鈦合金板材的國(guó)軍標(biāo)有4個(gè)，見(jiàn)表3。
GJB944、GJB2921和GJB6471是專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)僅有一個(gè)牌號(hào)；GJB2505所含牌號(hào)較多，但其用途是航空、潛艇等系統(tǒng)，與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)用途不同，有些指標(biāo)比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求要嚴(yán)格一些。
《潛艇用TA5-A鈦合金板》(GJB944-1990)是1990年頒布，該標(biāo)準(zhǔn)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(xué)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(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)，在1995年版本上修訂的。在TAl、TA2、TA3、TA4、TA6、TA?、TCI、TC2、TC3、TC4的基礎(chǔ)上增加了TA15,并按用途分為A類(lèi)和B類(lèi)。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(yīng)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(yīng)不大千5Pa,自耗電極不允許使用鴿板氫弧焊焊接。且對(duì)TC4的氫含量和氧含量有較嚴(yán)格的要求：氫含量不大于0.0125%,氧含量應(yīng)不大于0.18%(當(dāng)氧含量大于0.18%但不大于0.20%時(shí)，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(yīng)采用真空自耗電弧爐熔煉，熔煉次數(shù)應(yīng)不少于兩次，最后一次熔煉穩(wěn)定階段的壓力應(yīng)不大于5Pa,自耗電極不允許使用鎢板氬弧焊焊接。且對(duì)TC4的氫含量和氧含量有較嚴(yán)格的要求：氫含量不大于0。0125%,氧含量應(yīng)不大于0.18% ( 當(dāng)氧含量大于0.18%但不大于0.20% 時(shí)，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(yīng)采用真空自耗電弧爐熔煉，熔煉次數(shù)應(yīng)不少于兩次，自耗電極不允許使用鎢板氬弧焊焊接?；瘜W(xué)成分除對(duì)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(xué)性能與GB/T3621的相近，但是增加了固溶時(shí)效狀態(tài)的力學(xué)性能指標(biāo)要求。還規(guī)定當(dāng)訂購(gòu)方有要求時(shí)，應(yīng)測(cè)定板材的晶粒度，主要應(yīng)為6級(jí)或6級(jí)以上，允許局部存在少量大到2級(jí)的晶粒。增加了板材的不平度要求。要求板材的表面應(yīng)無(wú)任何富氧層，如α層或其他表面污染。
4、結(jié)論
我國(guó)鈦板帶材標(biāo)準(zhǔn)體系經(jīng)幾次制修訂后，從體系的完善及標(biāo)準(zhǔn)的水平均有較大的提升，目前我國(guó)鈦板帶材標(biāo)準(zhǔn)的水平與國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)基本相同，標(biāo)準(zhǔn)體系的發(fā)展應(yīng)主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：
雖然近年我國(guó)在鈦及鈦合金領(lǐng)域飛速發(fā)展，但離鈦工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)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(zhì)量要求、檢測(cè)測(cè)試手段及品種類(lèi)型等。我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)參照國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)ASTM、ASME等對(duì)原有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制修訂，并不斷完善。2010年，中國(guó)有色標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)組織寶鈦集團(tuán)（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(fù)合管板》、《鈦鋯鋼復(fù)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(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)，以滿足用戶的多樣化的需求，促進(jìn)生產(chǎn)廠家改進(jìn)生產(chǎn)工藝、提高技術(shù)質(zhì)量水平、降低生產(chǎn)成本等。
應(yīng)加大新牌號(hào)板材的研制力度，特別是合金牌號(hào)板材的研究、生產(chǎn)和納標(biāo)；
同時(shí)加速合金超厚板及超薄板材的研制和生產(chǎn)；性能指標(biāo)及檢驗(yàn)方法應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步研究，力爭(zhēng)與國(guó)際全面接軌。
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