飞机用钛量的提升并非单点突破,而是由民用机型率先爬坡、军机长期加速、熔炼工艺同步升级三条线索共同推动。按机型用钛质量分数看,波音飞机从1958年的0.2%起步,1965年升至1.5%;空客飞机1968年为2.5%,1974年达4.5%;空军用飞机则从1978年的6.5%一路提升至2018年的15.0%。材料端,钛锭熔炼从以VAR(真空自耗电弧熔炼)为主,逐步向冷床炉(CHM)扩展,宝钛集团装备科技公司自主研制的真空电子束熔炼炉(EB炉)完成首锭出炉,成为工艺自主化的重要节点。
一、民用机型率先爬坡:从0.2%到4.5%
钛合金在飞机上的早期应用,先在民用机型上打开空间。波音飞机用钛质量分数1958年为0.2%,1960年与1962年均为0.7%,1965年提升至1.5%。空客飞机起步更高,1968年为2.5%,1970年3.5%,1972年4.0%,1974年达到4.5%,此后1976年为4.0%。这一阶段的特点是基数低、增速快,钛材从零星使用走向结构件的常规选择。
二、军机用钛量:长期抬升的主线
空军用飞机的用钛质量分数呈现更长期的抬升趋势。1978年为6.5%,1980年至1988年一度回落至6.0%、5.0%、4.5%、4.0%,1990年起重新上行:1990年5.5%、1992年6.0%、1996年6.5%、1998年7.0%、2000年7.5%、2002年8.0%、2004年9.5%、2006年10.0%、2008年10.5%、2010年11.5%、2012年13.0%、2014年14.0%、2016年14.5%,2018年达到15.0%。整体看,军机用钛量在数十年间完成了从个位数到15.0%的跨越。
三、工艺拐点:从三次VAR到冷床炉
用量提升的背后是熔炼能力的支撑。钛锭制造与高温合金相似,主流设备为VAR,但VAR即使三次熔炼也无法完全消除高熔点金属,冷床炉熔炼(CHM)由此推广。国内进度较靠前的是宝钛集团旗下装备公司,2021年9月6日完成首炉由冷床炉制得的钛锭;其自主研制的真空电子束熔炼炉(EB炉)首锭出炉。从行业设备格局看,宝钛股份配备2400kW电子束冷床炉、15t/10t真空自耗电弧炉等,其余企业以VAR为主。
常见问题
飞机用钛量从不到1%到15%主要经历了哪些拐点?
一是民用机型率先爬坡,波音飞机1958年0.2%、1965年1.5%,空客飞机1968年2.5%、1974年4.5%;二是军机长期抬升,从1978年6.5%升至2018年15.0%;三是熔炼工艺从VAR扩展到冷床炉,宝钛完成自主EB炉首锭出炉。
VAR熔炼和冷床炉(CHM)是什么关系?
VAR(真空自耗电弧熔炼)是钛锭熔炼的主流设备,但三次熔炼仍无法完全消除高熔点金属;冷床炉熔炼(CHM)正是针对这一局限而推广,二者在产线上形成互补而非简单替代。
宝钛在钛材装备上的进展意味着什么?
宝钛集团装备科技公司自主研制的真空电子束熔炼炉(EB炉)完成首锭出炉,宝钛股份配备2400kW电子束冷床炉等设备,反映国内钛材熔炼装备自主化在持续推进。