Nhật Bản là nước sản xuất titan quan trọng. Từ cơ cấu công nghiệp, Nhật Bản dựa vào nhập khẩu nguyên liệu quặng titan cần thiết và hơn 60% lượng titan sản xuất được xuất khẩu. Trong trường hợp còn hạn chế ở cả hai đầu của chuỗi công nghiệp, việc giảm chi phí trong quá trình sản xuất là biện pháp quan trọng để các nhà sản xuất titan Nhật Bản duy trì khả năng cạnh tranh trên thị trường.
NEDO (Tổ chức Phát triển Công nghiệp và Năng lượng Mới) đã đưa titan vào chương trình "nghiên cứu và phát triển vật liệu kết cấu mới mang tính đổi mới". 2013, Toho Titanium, Nippon Steel cùng các công ty và tổ chức khác cùng nhau thực hiện 10-năm "phát triển công nghệ đổi mới chi phí thấp cho tấm titan". Dự án bao gồm phát triển công nghệ sản xuất chi phí thấp cho bọt biển titan chất lượng cao, phát triển công nghệ cán trực tiếp cho bọt biển titan và phát triển công nghệ lắng đọng điện phân để chuẩn bị trực tiếp lá titan và bài viết này chỉ phác thảo tiến trình nghiên cứu theo hai hướng đầu tiên.
1.Nội dung nghiên cứu
Quy trình sản xuất tấm titan cán nguội truyền thống và nghiên cứu dự án cam kết liên kết mang tính đột phá. Việc sản xuất tấm titan cán nguội bao gồm chuẩn bị bọt biển titan, nấu chảy, tạo phôi, rèn, cán nóng và cán nguội, v.v. Mục tiêu nghiên cứu của dự án này là loại bỏ các quá trình nấu chảy và rèn xốp titan, đồng thời giảm đáng kể đầu tư vào thiết bị, chi phí năng lượng và chi phí nguyên vật liệu.
Sau khi bỏ qua quá trình nóng chảy, rất khó để tạo ra các nguyên tố tạp chất (O, Fe, v.v.) trong sự phân bố đồng đều của miếng bọt biển titan. Đồng thời, không thể loại bỏ một lượng nhỏ MgCl2 dư có thể được loại bỏ trong quá trình nấu chảy do bỏ sót quá trình nấu chảy. Vì vậy, quá trình cán thẳng này đòi hỏi độ tinh khiết cao (hàm lượng O, Fe thấp) và lượng MgCl2 dư cho xốp titan thấp. Xuất phát từ những lý do trên, nhóm dự án đã nghiên cứu công nghệ sản xuất titan xốp với chi phí thấp, có độ tinh khiết cao và lượng tồn dư MgCl2 thấp.
Toho Titanium đã thực hiện nghiên cứu về công nghệ sản xuất quy mô lớn cho miếng bọt biển titan chất lượng cao trên cơ sở tiết kiệm chi phí, và miếng bọt biển titan chất lượng cao được sản xuất đã được sử dụng trong quy trình cán trực tiếp miếng bọt biển và được biết là được sử dụng trong các ngành công nghiệp hạ nguồn titan như máy bay và các sản phẩm dân dụng nói chung.
Nippon Steel chịu trách nhiệm nghiên cứu kỹ thuật về quy trình sản xuất và cán phôi của dự án này. Miếng bọt biển titan chất lượng cao được sản xuất theo quy trình trước đó được nén và tạo thành thỏi titan, sau đó được đóng gói trong một tấm titan và được chế tạo thành phôi titan bằng cách hút chân không bên trong, được nung nóng đến 1000 độ rồi cán nóng, và vật liệu đóng gói của phôi titan (tấm titan) và miếng bọt biển titan bên trong được tích hợp trong quá trình cán.
2 phát triển công nghệ sản xuất bọt biển titan chất lượng cao chi phí thấp
Để giảm hàm lượng Fe, O và MgCl2 dư trong bọt titan mà không làm tăng chi phí, nhóm dự án đã tiến hành phân tích thành phần của sản phẩm cuối cùng và sản phẩm trung gian, đồng thời sử dụng mô phỏng số để phân tích các điều kiện trong lò phản ứng. , nắm vững các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng và sự phân bố các tạp chất như Fe, O trong titan xốp và tối ưu hóa điều kiện nguyên liệu và công nghệ xử lý. Để sàng lọc tối đa miếng bọt biển titan chất lượng cao có hàm lượng Fe và MgCl2 thấp, Dongbang Titanium thực hiện thử nghiệm tiểu khu vực các cục titan, đồng thời cắt và nghiền chúng riêng lẻ kết hợp với sự phân bố tích lũy của các tạp chất như Fe và O từ mô phỏng số. Do bọt biển titan có hàm lượng Fe cao có độ phản xạ cao hơn nên nhóm dự án sử dụng phương pháp quang học để xác định các hạt xốp titan chứa hàm lượng Fe cao để kiểm tra và sàng lọc tự động.
Cho đến nay, dự án đã hình thành được công nghệ chủ chốt để chuẩn bị ổn định bọt biển titan chất lượng cao và đạt được ứng dụng công nghiệp.
3 Phát triển công nghệ sản xuất tấm titan hiệu suất cao (phát triển công nghệ cán trực tiếp bằng xốp titan)
Quy trình sản xuất phôi, cán nóng và cán nguội, nhóm dự án đã tối ưu hóa quy trình để phôi titan trong quá trình gia nhiệt và cán nóng không tạo ra các vết nứt, giãn nở và các khuyết tật khác.
Với kích thước lớn của các vết nứt cán nóng phôi titan, nhóm đã tối ưu hóa than bánh xốp titan, phương pháp làm đầy cũng như cấu trúc của phôi titan và quy trình cán, các vết nứt cán đã được giải quyết một cách hiệu quả, trong lần cán tiếp theo 220 ~ Các vết nứt phôi titan lớn dày 279mm không xảy ra. Tấm titan cán nóng có độ dày từ 5 ~ 6mm, loại bỏ bề mặt da oxit sau khi cán nguội thành tấm cán nguội titan có độ dày 0.5mm. Sau khi kiểm tra, tỷ lệ diện tích độ xốp bề mặt của tấm cán nguội nhỏ hơn 0,2%, tức là tổ chức của tấm titan cán nguội được sản xuất bằng quy trình cán thẳng xốp titan giống như tổ chức của tấm được sản xuất bằng phương pháp nấu chảy quá trình.
So sánh hiệu suất của tấm titan cán trực tiếp bằng xốp titan và tấm titan cán nguội theo quy trình thông thường, độ dày của tấm xốp titan cán nguội được sử dụng trong thử nghiệm là 0,5 ~ 1 mm. Trong đó: ○ là tính năng của miếng bọt biển titan cán nguội được cán trực tiếp sử dụng hàm lượng MgCl2 dư từ 600 ~ 1000 ppm của miếng bọt biển titan, ▲ là tính năng của miếng bọt biển titan chất lượng cao được cán trực tiếp với lượng MgCl2 dư rất thấp, ◆ là hiệu suất của tấm titan cán nguội (JIS cấp 1) được sản xuất theo quy trình thông thường. ◆ là hiệu suất của tấm titan cán nguội (JIS cấp 1) được sản xuất theo quy trình thông thường.
Các vật liệu được biểu thị bằng ○ có độ bền kéo cao hơn và độ giãn dài thấp hơn một chút do hàm lượng tạp chất cao, nhưng có độ bền và độ giãn dài gần như giống nhau.
Đồng thời, khi sử dụng miếng bọt biển chất lượng cao với lượng MgCl2 dư thấp, nó cho thấy độ bền thấp hơn một chút và độ dẻo cao hơn do hàm lượng titan O trong miếng bọt biển thấp và hiệu suất của nó tương tự như JIS tấm titan cán nguội loại 1 được sản xuất theo quy trình thông thường.
