GB/T 45057-2024《再生钛锭》标准解读

GB/T 45057-2024《再生钛锭》标准解读

白智辉  马忠贤  庆达嘎

GB/T 45057-2024《再生钛锭》于2024年11月28日发布，2025年6月1日实施。在当今追求可持续发展的时代，钛合金材料再生循环利用和绿色发展具有重要意义。钛合金原料的回收循环利用，可直接降低对钛矿石的开采量、减少对自然环境的破坏和废弃物的产生。为了实现钛工业的可持续发展，深入贯彻落实“绿色发展”、《国家标准化发展纲要》精神，加快推进有色金属绿色制造，充分发挥钛金属循化利用技术水平与绿色标准的规范和引领作用，符合《国务院办公厅关于加快构建废弃物循环利用体系的意见》提出的“鼓励废钢铁、废有色金属、废纸、废塑料等再生资源精深加工产业链合理延伸”要求。

因原材料的高昂成本占比接近50%，成为钛合金材料价格居高不下的主要原因。为了有效解决钛合金高成本的难题，我国主要的钛加工企业，在“六五”期间就承担了国家科技攻关“残钛回收工艺研究”的任务，主要着手于开发钛合金原料循环利用的回收熔炼技术，并对真空自耗熔炼添加回收钛原料的材料进行了性能评估。发展至今，我国生产的添加回收钛原料的钛及钛合金加工材不仅在化工领域，还在出口、低成本钛合金复合装甲板材、“3C”等领域实现了利用30%～100%回收钛原料生产再生钛锭到加工材的应用。2022年仅“3C”领域用加工材已超5000吨，产值超20亿元，早已突破利用回收钛原料生产再生钛锭的关键技术。国内外多年大量的生产应用数据表明，现阶段完全具备建立再生钛锭国家标准的先决条件，特别是我国再生钛锭的制备水平已达到国际先进水平。

1 标准制定的必要性

目前，我国按国外航空用钛合金标准生产的钛合金产品中，回收钛原料添加比例已超过了60%，材料成本至少降低了20%，包括在民机及发动机转动件等综合性能和稳定性要求较高的部件中也获得广泛成熟的应用。国外飞机结构主承力构件以及发动机转动件的钛合金材料规范中也都明确规定可以使用添加回收钛原料的钛合金材料制造。钛合金原料的回收和再利用，不但可以极大降低铸锭的制备成本，还可有效推动钛合金材料的循环利用，减少对海绵钛矿产的依赖、降低环境污染，实现钛材的绿色生产，扩大钛工业的市场规模和应用领域，行业发展急需建立再生钛锭的相关国家标准。

通过制定《再生钛锭》的国家标准，可有效引领我国钛合金材料循环利用和绿色生产的发展道路，推动钛合金材料以航空航天、舰船兵器、核工业等高端应用带动海洋工程、石油化工、电力、冶金、汽车制造、建筑装饰、医疗卫生、体育休闲等低成本加工应用的技术进步，从根本上突破我国钛合金材料产量和应用水平提升的成本瓶颈。

2 标准确定的主要内容及其依据

本标准制定过程中，编制组对国内再生钛锭的产业情况进行了全面的调研和分析，并结合我国各生产应用单位现场调研情况以及全面数据调研分析结果，完成了标准文本和编制说明的编制工作。同时，标准编制组确定按以下主要原则进行标准的编制工作。

a)标准文本应严格按照GB/T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定格式进行编写。

b)本标准的制定应充分考虑我国再生钛锭行业水平，真实反应我国再生钛锭生产单位、应用单位以及科研院所的技术水平，为再生钛锭的质量保障提供科学合理的技术要求，实现稳定推动再生钛锭生产应用的发展目的。

c)本标准是新制定标准，制定过程应保证调研数据的全面性和科学性，在确定技术要求合理、检验规则科学的基础上，仅纳入生产应用验证数据充分、产量大应用广的再生钛锭牌号，既要保持先进性和创新性，还要充分考虑标准实施后预期产生的经济效益和社会效益。

d)为了有效验证再生钛锭的质量水平，本标准应从直接影响再生钛锭质量的化学成分和由再生钛锭生产的钛及钛合金加工材的室温拉伸性能、低倍组织、超声检测等多维度进行全面系统的综合性能验证分析。

2.1 牌号、状态、规格和生产方法

a)牌号

经过对我国再生钛锭生产应用市场的全面调研，目前我国再生钛锭的产品牌号主要包括TA1、TA2、TA1G、TA2G、TA3G、TA4G、TA8、TA9、TA10、TA15、TC1、TC4、TC4ELI、TC11、TC18、TC21共16个产品牌号。考虑到本标准为首次制定再生钛锭标准，在再生钛锭产品牌号选择、技术要求设计、检验规则制定等方面存在一定程度的不成熟性。对我国近三年各牌号再生钛锭的产量以及包括性能检测的实测数据和应用情况进行了全面统计，其中各牌号再生钛锭的产量分析结果见图1。

为科学规定技术要求的合理性和实用性，有效控制再生钛锭的质量水平、降低质量风险，本标准仅纳入分析样本量大、产量占比不小于1%以上的再生钛锭。经对再生钛锭的产量占比分析，其中TA2G、TA10、TA15、TC4和TC11再生钛锭的合计产量占所有再生钛锭产量的99%，各牌号也已形成批量化生产应用验证。因此，本标准规定再生钛锭的牌号仅包括TA2G、TA10、TA15、TC4和TC11共5个牌号。

b) 表面状态

本标准规定的再生钛锭均为完全或部分采用回收钛原料，经净化处理并熔炼生产的钛及钛合金铸锭，其生产方式与海绵钛生产铸锭的方式一致，均以熔炼方式生产，其表面状态只有机加(MO)一种，本标准规定再生铸锭的表面状态为：机加(MO)。

c) 规格

再生钛锭的规格由熔炼钛锭时采用铜坩埚的尺寸决定，目前熔炼钛锭的铜坩埚有方形和圆形两种不同的形式。本标准经对钛行业的全面调研和统计分析，综合考虑各生产企业的实际生产情况，规定再生钛锭的直径或宽度范围为200mm～1600mm，长度范围为500mm～8000mm。

d) 熔炼方法

我国通过开展科技部支撑计划“钛冶炼与钛合金加工关键技术开发”中“回收钛原料回收利用技术开发”子课题，在首次建立回收钛原料专用生产线的同时，突破了电子束冷床炉熔炼(简称EB)、真空自耗电弧炉熔炼(简称VAR)回收钛原料生产再生钛锭的关键技术，实现了EB熔炼、VAR熔炼、EB+VAR熔炼等多种熔炼方法生产再生钛锭的技术开发和固化。截止目前，我国可生产再生钛锭的各生产单位因熔炼设备和熔炼工艺技术的不同，在再生钛锭熔炼生产过程中，会选择不同的熔炼设备和熔炼工艺为充分体现我国钛行业的发展技术水平，规定了电子束冷床炉熔炼(简称EB)，不少于一次熔炼;真空自耗电弧炉熔炼，不少于两次熔炼;电子束冷床炉+真空自耗电弧炉熔炼，不少于两次熔炼的3种熔炼方法。

e) 再生钛锭类型

因回收钛原料的类别和添加比例对再生钛锭的质量及后续加工材的质量稳定性有着直接影响，在再生钛锭的生产过程中，VAR炉一般可添加不大于30%的回收钛原料，而EB炉一般可添加不大于70%的回收钛原料，EB炉+VAR炉可实现100%回收钛原料生产再生钛锭。

本标准按添加回收钛原料的类别和比例对再生钛锭类别进行了科学分类，以便生产和使用的各方对于再生钛锭产品的质量风险、成本等进行准确控制和识别。依据GB/T 20927-2007《钛及钛合金废料》，回收钛原料的类别有块状和屑状两类，而经调研发现，目前添加方式有纯块状、纯屑状和块状+屑状混合等三种方式;回收钛原料的添加比例通常按小于30%、30%～70%、大于70%进行分类。根据上述情况，本文件规定再生钛锭为R1～R9等共9种类型，具体见表1。

2.2 化学2.2 化学成分

成分本标准是围绕我国钛资源循环产业建设、开展循环经济绿色标准化研究，推动再生循环利用标准研制与技术研发、产业应用同步开展，提升钛资源再生利用水平的目的制定。在规定化学成分时，既考虑了本标准与现行国家标准之间的一致性和协调性，又考虑了钛产业再生循环技术研发的不断进步。在规定再生钛锭化学成分应符合GB/T 3620.1规定的基础上，规定当对再生钛锭有特殊的化学成分要求时，供需双方可协商确定的要求，力求在为再生钛锭产品质量保驾护航的同时，促进钛产业再生循环的进一步发展，有效降低钛及钛合金产品的制造成本。

2.3 外形尺寸及允许偏差

考虑本标准规定再生钛锭以机加表面供货，一般不存在正偏差的现象，本标准规定了再生钛锭直径(或宽度)的负偏差要求，具体允许偏差见表2。另外，本标准为提高再生钛锭的应用要求，规定再生钛锭的切斜度应不大于30mm，钛锭头、尾两端棱角(扁锭侧棱)应进行倒角处理，直径(或宽度)小于550mm的再生钛锭倒角应为≥10 mm×40°～50°，直径(或宽度)不小于550mm的再生钛锭倒角应为≥30 mm×40°～50°的要求。

2.4 β转变温度

因钛及钛合金铸锭需在真空状态下采用自耗电极熔炼的特殊方式，在钛及钛合金铸锭熔炼过程中需对铸锭头部进行补缩熔炼，而在铸锭补缩熔炼过程中无可避免的会产生或大或小的补缩缩孔。为了防止再生钛锭因头部缩孔去除不彻底，导致加工材中产生疏松、缩孔等冶金缺陷，降低由再生钛锭生产加工材的质量风险，规定再生钛锭应进行超声检测以确定缩孔距铸锭头部距离，并采用对铸锭表面无破坏的方式醒目、牢固的标识缩孔位置。另外，本标准考虑到再生钛锭应用单位的便利性，规定当需方要求并在订货中注明时，应切除缩孔部分。

2.5 缩孔

因钛及钛合金铸锭需在真空状态下采用自耗电极熔炼的特殊方式，在钛及钛合金铸锭熔炼过程中需对铸锭头部进行补缩熔炼，而在铸锭补缩熔炼过程中无可避免的会产生或大或小的补缩缩孔。为了防止再生钛锭因头部缩孔去除不彻底，导致加工材中产生疏松、缩孔等冶金缺陷，降低由再生钛锭生产加工材的质量风险，规定再生钛锭应进行超声检测以确定缩孔距铸锭头部距离，并采用对铸锭表面无破坏的方式醒目、牢固的标识缩孔位置。另外，本标准考虑到再生钛锭应用单位的便利性，规定当需方要求并在订货中注明时，应切除缩孔部分。

2.6 表面粗糙度

钛及钛合金铸锭虽然在真空状态下熔炼，但其原料中的氧元素为固有元素，在钛及钛合金铸锭熔炼过程中，会在铸锭表面形成一层氧化皮。因铸锭表面氧化皮的存在，在后续热加工过程中除了容易形成裂纹源导致开裂之外，还容易造成氧化皮的折叠压入形成压入性夹杂，通常情况下需对铸锭的表面氧化层进行扒皮处理。本标准为了便于再生钛锭的后续热加工，规定再生钛锭应以机加工表面交付，为了防止粗糙的机加工表面导致再生钛锭在后续热加工过程中产生表面裂纹源，规定再生钛锭表面粗糙度(Ra)应不大于12.5μm。

2.7 外观质量

在钛及钛合金铸锭的生产过程中，因受原料挥发物、真空度、熔炼速度等多原因的影响，极易在铸锭表面形成冷隔、裂纹，皮下层产生夹层、疏松、气孔等缺陷。为了提高再生钛锭的表面质量，本标准虽然规定以机加表面交付，但应防止对再生钛锭表面机加不彻底、机加工艺粗糙等导致再生钛锭的外观质量水平降低;同时本标准考虑到再生钛锭在后续热加工过程中，需进行多次的表面扒皮处理，少量气孔不影响后续的热加工过程，本标准规定再生钛锭表面应光滑、平整，且应满足下列要求：

a) 无残留冷隔、夹层、疏松等缺陷;

b) 无机加工台坎;

c) 允许有少量的气孔存在，但气孔的深度和直径应不大于5 mm;

d) 允许采用刨铣或打磨的方法清除局部污染、裂纹、气孔等缺陷，但清理部位应圆滑过渡，无棱角，清理部位的深宽比应不大于1：10，清理深度应不大于10 mm，且应保证铸锭允许的最小尺寸。

本标准除了规定对再生钛锭表面进行处理之外，为防止再生钛锭头、尾部缺陷影响后续热加工性能，规定再生钛锭头、尾部端面应平整，不应有机加工台坎、火割、飞溅物、熔瘤等痕迹存在，不应有开放性缩孔存在。

3 小结

3 小结

本标准为首次制定的再生钛锭国家标准，是在结合我国“钛冶炼与钛合金加工关键技术开发项目”重点科技支撑计划项目的研究基础上，经过十余年生产性验证经验总结，同时结合国内上下游应用成果等相关背景下，充分考虑了国内外相关生产企业实际质量水平提出并建立的。本标准的制定充分考虑了再生钛锭在工业生产和应用等方面的现状及发展趋势，在全面调研国内外再生钛锭生产应用的基础上，主要规定了TA2G、TA10、TA15、TC4、TC11等产量较大、生产应用验证充分的5个牌号再生钛锭，使本标准更科学的适用于当前再生钛锭的市场需求。本标准的应用实施可使我国再生钛锭的技术要求更规范，技术指标更合理，体现了市场需求、国家利益。

2.2 化学成分