Il Giappone è un importante produttore di titanio. Dalla struttura industriale, il Giappone fa affidamento sulle importazioni delle materie prime necessarie per il minerale di titanio e oltre il 60% del titanio prodotto viene esportato. In caso di limitazioni ad entrambe le estremità della catena industriale, la riduzione del costo del processo di produzione è una misura importante per i produttori giapponesi di titanio per mantenere la loro competitività sul mercato.
NEDO (National Research and Development Corporation New Energy and Industrial Technology Development Organization) ha incluso il titanio nel programma di "ricerca e sviluppo di nuovi materiali strutturali innovativi". 2013, Toho Titanium, Nippon Steel e altre aziende e istituzioni realizzano congiuntamente un 10-anno di "sviluppo tecnologico innovativo a basso costo di lamiere di titanio". Il progetto prevede lo sviluppo di una tecnologia di produzione a basso costo per la spugna di titanio di alta qualità, lo sviluppo della tecnologia di laminazione diretta per la spugna di titanio e lo sviluppo della tecnologia di deposizione elettrolitica per la preparazione diretta del foglio di titanio, e questo articolo descrive solo i progressi della ricerca nelle prime due direzioni.
1.Contenuti della ricerca
Il tradizionale processo di produzione delle piastre di titanio laminate a freddo e la ricerca del progetto sono impegnati a creare collegamenti rivoluzionari. La produzione di piastre di titanio laminate a freddo comprende la preparazione della spugna di titanio, la fusione, la produzione di billette, la forgiatura, la laminazione a caldo e a freddo, ecc. L'obiettivo di ricerca di questo progetto è quello di omettere i processi di fusione e forgiatura della spugna di titanio e di ridurre significativamente il investimenti in attrezzature, costi energetici e costi dei materiali.
Dopo aver omesso il processo di fusione, è difficile distribuire uniformemente gli elementi impuri (O, Fe, ecc.) all'interno della spugna di titanio. Allo stesso tempo, la piccola quantità di MgCl2 residuo che avrebbe potuto essere rimossa durante il processo di fusione non può essere rimossa a causa dell’omissione del processo di fusione. Pertanto, questo processo di laminazione diretta richiede elevata purezza (basso contenuto di O, Fe) e bassa quantità di MgCl2 residuo per la spugna di titanio. Sulla base delle ragioni di cui sopra, il team del progetto ha studiato la tecnologia di produzione a basso costo della spugna di titanio con elevata purezza e basso MgCl2 residuo.
Toho Titanium ha condotto ricerche sulla tecnologia di produzione su larga scala per la spugna di titanio di alta qualità a costi neutri e la spugna di titanio di alta qualità prodotta è stata utilizzata nel processo di laminazione diretta della spugna ed è nota per essere utilizzata in industrie a valle del titanio come aeromobili e prodotti civili generali.
Nippon Steel è stata responsabile dello studio tecnico del processo di produzione e laminazione delle billette di questo progetto. La spugna di titanio di alta qualità prodotta nel processo precedente viene compressa e formata in un lingotto di titanio, che viene poi confezionato in una piastra di titanio e trasformato in una billetta di titanio evacuando l'interno, che viene riscaldato a 1000 gradi e quindi laminato a caldo, e il materiale di imballaggio della billetta di titanio (piastra di titanio) e la spugna di titanio all'interno sono integrati nel processo di laminazione.
2 sviluppo della tecnologia di produzione a basso costo di spugna di titanio di alta qualità
Per ridurre il contenuto di Fe, O e MgCl2 residuo nella spugna di titanio senza alcun aumento dei costi, il team del progetto ha effettuato un'analisi compositiva dei prodotti finali e intermedi e ha utilizzato la simulazione numerica per analizzare le condizioni nel reattore , ha padroneggiato i fattori che influenzano il contenuto e la distribuzione delle impurità come Fe e O nella spugna di titanio e ha ottimizzato le condizioni delle materie prime e la tecnologia di processo. Al fine di schermare al massimo la spugna di titanio di alta qualità con basso contenuto di Fe e MgCl2, Dongbang Titanium esegue test su sub-area di grumi di titanio e li taglia e li frantuma individualmente in combinazione con la distribuzione cumulativa di impurità come Fe e O da simulazione numerica. Poiché la spugna di titanio ad alto contenuto di Fe ha una maggiore riflettività, il team del progetto utilizza metodi ottici per identificare i grani di spugna di titanio contenenti alte concentrazioni di Fe per l'ispezione e lo screening automatizzati.
Finora, il progetto ha costituito la tecnologia chiave per la preparazione stabile della spugna di titanio di alta qualità e ha raggiunto un’applicazione industriale.
3 Sviluppo della tecnologia di produzione di lastre di titanio ad alta efficienza (sviluppo della tecnologia di laminazione diretta di spugne di titanio)
Produzione di billette, laminazione a caldo e laminazione a freddo, il team di progetto attraverso l'ottimizzazione del processo in modo che la billetta di titanio durante il riscaldamento e la laminazione a caldo non produca crepe, espansione e altri difetti.
Con le grandi dimensioni delle crepe di laminazione a caldo della billetta di titanio, il gruppo ha ottimizzato le bricchette di spugna di titanio, i metodi di riempimento, nonché la struttura della billetta di titanio e il processo di laminazione, le crepe di laminazione sono state risolte efficacemente, nella successiva laminazione 220 Non si sono verificate crepe di grandi dimensioni nella billetta di titanio di circa 279 mm di spessore. Spessore della piastra di titanio laminato a caldo di 5 ~ 6 mm, rimuovere la superficie della pelle di ossido dopo la laminazione a freddo in uno spessore di lamiera di titanio laminata a freddo di 0,5 mm. Dopo l'ispezione, il rapporto tra le aree della porosità superficiale della lamiera laminata a freddo è inferiore allo 0,2%, ovvero l'organizzazione della lamiera di titanio laminata a freddo prodotta dal processo di laminazione diretta della spugna di titanio è la stessa dell'organizzazione della lamiera prodotta dalla fusione processi.
Confronto tra le prestazioni della piastra di titanio laminata direttamente in spugna di titanio e della piastra di titanio laminata a freddo con processo convenzionale, lo spessore del foglio di spugna di titanio laminato a freddo utilizzato nel test è 0,5 ~ 1 mm. dove: ○ è la prestazione di una spugna di titanio laminata a freddo laminata direttamente utilizzando un contenuto residuo di MgCl2 di 600 ~ 1000 ppm di spugna di titanio, ▲ è la prestazione di una spugna di alta qualità laminata direttamente con una quantità molto bassa di MgCl2 residuo, ◆ è le prestazioni della piastra di titanio laminata a freddo (JIS grado 1) prodotta mediante il processo convenzionale. ◆ è la prestazione della lamiera di titanio laminata a freddo (JIS grado 1) prodotta mediante processo convenzionale.
I materiali rappresentati da ○ hanno una maggiore resistenza alla trazione e un allungamento leggermente inferiore a causa del loro elevato contenuto di impurità, ma hanno quasi la stessa resistenza e allungamento.
Allo stesso tempo, quando viene utilizzata una spugna di alta qualità con una bassa quantità di MgCl2 residuo, mostra una resistenza leggermente inferiore e una maggiore duttilità a causa del basso contenuto di titanio O nella spugna e le sue prestazioni sono simili a quelle di JIS lamiera di titanio laminata a freddo di grado 1 prodotta mediante il processo convenzionale.
