我国钛合金紧固件产业链解析

　　近些年，我国航空航天事业飞速发展，国产大飞机C919首飞并获取百架订单，天舟一号货运飞船发射且如期完成任务……这些成功反映出我国工业基础和科技实力的提升。然而，一些原材料、关键零部件或者某项专业技术瓶颈无法突破，常常要依赖国外产品进口，有鉴于此，国家出台了一系列支持航空、航天以及高端零部件产业发展的规划和政策文件。本文将对我国高端零部件之一——钛合金紧固件产业链进行解析。

　　钛合金紧固件的上游为原材料供应商，中游为钛合金紧固件产品，下游为钛合金紧固件使用方。

　　上游：TC4是钛合金工业中的王牌合金，国内供应厂商较多，质量有待提升

　　高端钛合金紧固件所需原材料主要为TC4、TB3、TC16、TB8等特殊金属材料。原材料制备过程包括海绵钛制备、钛锭制备和钛材制备等环节。

　　TC4是钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75%~85%。其他许多钛合金都可以看作是Ti-6Al-4V合金的改型。我国自产钛材数量已位居世界前三，供应充足，宝钛股份等公司已能供应各类主要钛材，但航空航天用钛材质量与美国制造的钛材质量相比还有一段距离，美国制造的TC4材料合格率为100%。目前商飞指定的TC4材料供应商为两家美国公司。

　　TB3冷成型性能较好，目前主要用作卫星等空间飞行器紧固件使用。目前西北金属研究院为TB3材料的唯一供应商。该材料交货周期为6个月，国产质量合格率低于80%。

　　TC16钛合金是前苏联研制的一种高强钛合金，主要用于制造航空航天紧固件。它不仅具有较高力学性能，同时具有优异的工艺性能，可实现冷墩成形，满足标准件高效、连续、自动生产要求。国内货源充足，主要为俄罗斯生产，目前中国科学院金属研究所也可以生产，性能符合要求。

　　TB8材料具有良好的抗氧化性能、耐蚀性能和综合力学性能，是理想的结构材料。由西工大超晶公司创新研制，目前主要用在大运飞机上。

　　国际钛合金价格由于冶炼工艺、自动化生产提高，使产品质量的稳定性和产量大幅提升，从而导致钛合金原材料的价格稳中有降。(钛合金原材料价格见表1)总体看来，国外材料质量、稳定性优于国产材料。

表1 钛合金原材料市场价格表

(来源：公开资料整理)

　　为保证军机供货持续、稳定，必须建立与国内供应商的合作，逐步实现国产材料代替进口。目前主要使用进口材料为TC4。国内生产TC4棒材的厂家较多，如宝钛、东方坦业、宝钢、西北有色院以及围绕在宝钛周围的300多家钛材料供应商。

　　中游：飞机机体结构上大量采用1100MPa的TC4钛合金紧固件

　　钛合金紧固件按产品种类进行分类较为普遍，主要分为:铆钉类、螺栓(螺钉)类、螺母类、单面紧固件类、特种紧固件类等产品类型，每一大类包括多种品种、规格，满足不同材料、结构的安装需要。

　　螺栓类紧固件是飞机上承载较大部位所使用最多的紧固件，其中螺栓主要包括普通螺栓、高锁螺栓、锥形螺栓等。对于飞机设计，减重是一项重要指标，采用高比强度材料可实现对比强度较低的大规格紧固件的替代，因此在飞机机体结构上大量采用1100MPa的TC4钛合金紧固件，另外，在设计中除要考虑比强度外，还需考虑抗疲劳、耐腐蚀、刚性、脆性、相容性、耐热性等性能。

　　螺母类紧固件与螺栓配套使用，具有多种结构形式以满足不同场合的使用，包括六角螺母、十二角螺母、花键螺母、托板螺母、桶形螺母、高锁螺母等，大多数螺母都采用了自锁结构形式。托板螺母包括有耳托板螺母、无耳托板螺母、游动托板螺母和成组游动托板螺母等，具有密封和不密封两种形式，其中无耳托板螺母可提高结构寿命;六角螺母在飞机整体上具有较大的使用量;十二角螺母在发动机和高强螺栓上使用量较大;高锁螺母与高锁螺栓配套使用，使用量较大，包括抗剪型高锁螺母和抗拉型高锁螺母两种，具有普通高锁螺母、自对准高锁螺母、密封高锁螺母以及墩制型高锁螺母等结构。

　　下游：钛合金紧固件主要应用在航空航天领域，且需求量巨大

　　一架典型的单通道飞机的钛合金紧固件的使用量就有20多万件，例如波音公司的737系列，空中客车的A320系列和中国商飞的C919系列飞机，并且随着钛合金成本的降低、对机身减重和燃油经济性要求的提高等，都会增加钛合金紧固件在航空航天器上的使用量，表2为钛合金紧固件的主要客户。

表2 钛合金紧固件的主要用户

(来源：某飞机零配件供应商)

　　结语

　　目前，我国钛合金紧固件产业链发展得相对完善，TC4是钛合金工业中的王牌合金，国内供应厂商较多，且随着工艺技术的提升，钛合金成本的会不断降低。钛合金紧固件目前主要应用在航空航天领域，航空航天出于减重、耐高温等需求对钛合金紧固件有较大需求，目前高端紧固件的设计及关键工序主要由国外知名紧固件厂商控制，出于质量考虑，飞机机体结构上大量采用1100MPa的TC4钛合金紧固件也从美国进口。