Mengapa Pengurangan Biaya Penting dalam Produksi Lembaran Titanium
Jepang adalah salah satu produsen titanium terbesar di dunia. Industrinya mengimpor sebagian besar bahan mentah bijih titanium dan mengekspor lebih dari 60% titanium yang diproduksinya. Karena kedua ujung rantai nilai bergantung pada pasar eksternal, pemotongan biaya proses adalah kunci utama yang digunakan produsen Jepang untuk tetap kompetitif - sebuah kendala yang juga berlaku bagi produsen di Tiongkok, Amerika Serikat, dan Eropa.
Proyek NEDO: Tujuan dan Ruang Lingkup
NEDO (Organisasi Pengembangan Teknologi Industri dan Energi Baru) memasukkan titanium dalam program "penelitian dan pengembangan material struktural baru yang inovatif". Pada tahun 2013, konsorsium produsen titanium dan pembuat baja Jepang meluncurkan proyek 10 tahunteknologi lembaran titanium murah-yang inovatif. Proyek ini mencakup tiga jalur pengembangan:
Produksi-spons titanium berkualitas tinggi-berbiaya rendah;
Teknologi penggulungan langsung yang mengubah spons menjadi lembaran tanpa meleleh; Dan
Deposisi elektrolitik untuk produksi titanium foil langsung.
Artikel ini mengulas kemajuan dari dua arah pertama, berdasarkan hasil proyek yang dilaporkan secara publik.
Isi Penelitian: Memperpendek Jalur Konvensional
Rute pelat titanium canai dingin-konvensional terdiri dari: persiapan spons titanium → peleburan (peleburan busur vakum) → pembuatan billet → penempaan → pengerolan panas → pengerolan dingin. Tujuan proyek ini adalah untuk menghilangkanpeleburan dan penempaanlangkah-langkah, secara signifikan mengurangi investasi peralatan, biaya energi, dan kerugian material.
Menghilangkan pencairan akan menciptakan dua tantangan. Pertama, unsur pengotor seperti oksigen dan besi tidak lagi terhomogenisasi dalam keadaan cair, sehingga harus dikontrol di dalam spons itu sendiri. Kedua, sisa magnesium klorida (MgCl2) dari proses reduksi Kroll, yang biasanya dihilangkan selama peleburan, harus diminimalkan di dalam spons. Oleh karena itu, jalur penggulungan langsung membutuhkan spons dengan oksigen rendah, besi rendah, dan sisa MgCl2 rendah.
Produksi-Spons Titanium{1}}berkualitas tinggi yang berbiaya rendah
Untuk mengurangi besi, oksigen, dan sisa MgCl2 tanpa meningkatkan biaya, tim proyek menganalisis komposisi produk antara dan produk akhir, serta menggunakan simulasi numerik kondisi reaktor untuk mengidentifikasi faktor-faktor yang mengendalikan kandungan dan distribusi pengotor. Kondisi bahan baku dan parameter proses kemudian dioptimalkan.
Untuk penyaringan, gumpalan spons diuji zona demi zona dan dipotong atau dihancurkan satu per satu berdasarkan simulasi distribusi kumulatif besi dan oksigen. Karena spons dengan kandungan besi tinggi memantulkan cahaya secara berbeda, sistem inspeksi optik dikembangkan untuk mengidentifikasi dan secara otomatis menolak butiran dengan konsentrasi besi tinggi. Hasilnya, proyek ini menghasilkan teknologi produksi yang stabil-spon titanium berkualitas tinggi dan dapat diterapkan di industri.
Teknologi Penggulungan Langsung Spons
Pada tahap-pembuatan dan penggulungan billet,-spons berkualitas tinggi dipadatkan menjadi ingot, dikemas dalam pelat titanium, dan bagian dalamnya dikosongkan untuk membentuk billet titanium yang tersegel. Billet dipanaskan hingga sekitar 1000 derajat dan digulung-panas; selama penggulungan, pelat enkapsulasi dan inti spons diintegrasikan ke dalam satu struktur padat.
Uji coba awal mengalami retak dan cacat tepi selama pemanasan dan pengerolan panas. Dengan mengoptimalkan geometri briket spons, metode pengisian, konstruksi billet, dan parameter penggulungan, tim menghilangkan keretakan pada penggulungan berikutnya pada billet besar dengan ketebalan 220–279 mm. Pelat canai panas-tebalnya mencapai 5–6 mm; setelah menghilangkan kerak oksida permukaan dan pengerolan dingin, lembaran jadi setipis0,5 mmdiproduksi.
Perbandingan Kualitas: Proses Penggulungan Langsung vs. Proses Konvensional
Pemeriksaan lembaran canai dingin-menunjukkan rasio luas porositas permukaan kurang dari 0,2%, yang menunjukkan bahwa struktur mikro lembaran canai langsung setara dengan yang dihasilkan oleh rute peleburan-penggulungan konvensional.
| Kualitas / Rute Spons | Kinerja yang Diamati vs. Lembar Konvensional |
|---|---|
| Spons dengan sisa MgCl2 600–1000 ppm (penggulungan langsung) | Kekuatan tarik lebih tinggi, perpanjangan sedikit lebih rendah karena kandungan pengotor lebih tinggi; secara keseluruhan mendekati lembaran konvensional. |
| Spons-berkualitas tinggi dengan sisa MgCl2 yang sangat rendah (penggulungan langsung) | Kekuatannya sedikit lebih rendah dan keuletannya lebih tinggi, menyamai kinerja lembaran canai dingin-JIS Kelas 1 konvensional. |
| Peleburan konvensional-gulungan dingin-lembar gulung (JIS Kelas 1) | Referensi dasar. |
Hasil ini menunjukkan bahwa, dengan-spons berkualitas tinggi, rute penggulungan langsung dapat menghasilkan-lembaran titanium canai dingin dengan sifat mekanik yang setara dengan produk konvensional - sekaligus menghilangkan dua langkah proses-yang intensif energi.
Pertanyaan Umum
Apa itu spons titanium yang digulung langsung?
Penggulungan langsung spons titanium menghilangkan langkah-langkah peleburan kembali dan penempaan busur vakum pada rute konvensional. Spons dengan-kemurnian tinggi dipadatkan menjadi billet, dikemas dalam pelat titanium, dievakuasi, dipanaskan, dan digulung panas-langsung ke dalam pelat, peralatan pemotongan, energi, dan biaya material.
Mengapa pengendalian pengotor sangat penting dalam penggulungan langsung spons?
Tanpa tahap peleburan kembali, oksigen, besi, dan sisa magnesium klorida tidak dapat didistribusikan kembali atau dihilangkan, sehingga penggulungan langsung memerlukan spons dengan oksigen/besi rendah dan sisa MgCl2 rendah untuk memenuhi persyaratan lembaran JIS/ASTM.
