海绵钛是最主要的金属钛中间体——一种将 TiCl₄ 经镁还原后得到的多孔银灰色固体。几乎所有钛加工材（板材、棒材、管材、锻件）及钛合金均以海绵钛为原料。深入理解 Kroll 工艺化学原理与 GB/T 2524 牌号差异，对合金生产商、航空锻造企业及化工设备制造商的原料选型至关重要。
Kroll 工艺概述
目前主流商业化生产路线为 Kroll 工艺，分两个批次反应阶段：
氯化阶段 — 钛铁矿（FeTiO₃）或金红石（TiO₂）在 800–1000 °C 下与氯气反应，生成四氯化钛蒸气：
> TiO₂ + 2 Cl₂ → TiCl₄ + O₂
TiCl₄ 经精馏提纯，去除 FeCl₃、SiCl₄ 及 VOCl₃ 等杂质，纯度达 ≥99.9%。
镁还原阶段 — 将纯化后的 TiCl₄ 通入装有液态镁的密封钢罐，温度维持在 800–850 °C：
> TiCl₄ + 2 Mg → Ti + 2 MgCl₂
反应为放热自持反应。金属钛以多孔海绵状沉积，副产品 MgCl₂ 持续排出。还原完成后，钢罐进行 900–1000 °C 真空蒸馏，脱除残余 Mg 和 MgCl₂。回收的镁和氯气循环利用，使 Kroll 工艺形成半闭路循环。
每罐生产周期通常为 7–14 天。海绵钛随后经破碎、混匀，按 GB/T 2524 取样检验。
GB/T 2524 牌号对比
中国国家标准 GB/T 2524 以 Fe、Si、Cl、C、N、O、H 杂质上限定义海绵钛牌号。
| 牌号 | Fe 最大（%） | Si 最大（%） | Cl 最大（%） | O 最大（%） | N 最大（%） | H 最大（%） | 硬度 HB |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 级 | 0.06 | 0.03 | 0.06 | 0.06 | 0.012 | 0.003 | ≤ 90 |
| 1 级 | 0.10 | 0.04 | 0.08 | 0.10 | 0.015 | 0.003 | ≤ 100 |
| 2 级 | 0.15 | 0.05 | 0.10 | 0.12 | 0.020 | 0.004 | ≤ 110 |
硬度是总间隙元素含量（O + N + C）的综合指标；牌号数字越小，间隙元素越低，合金延展性越好。
按最终用途选型
0 级 — 航空航天与国防 最严格的间隙元素限制使 0 级成为**Ti-6Al-4V（Grade 5）和Ti-6Al-4V ELI（Grade 23）**等航空合金的标准原料。涡轮叶片、机体结构锻件及医疗植入体均要求海绵钛硬度 HB ≤ 90，以满足 ASTM B265 / AMS 4928 下游力学性能要求。0 级海绵钛氧含量超过约 0.08% 将使最终合金超出 ELI 限值。
1 级 — 通用工业 适用于非航空结构件：运动器材、船用五金、汽车排气系统、建筑幕墙等。1 级海绵钛通常与回收料和合金化添加剂混配后，经真空自耗电弧熔炼（VAR）炉熔铸。与 2 级相比，成本溢价有限，是中国出口量最大的贸易牌号。
2 级 — 化工设备 用于热交换器、反应釜和海水淡化装置的工业纯钛（ASTM CP-1 至 CP-4），对间隙元素要求较宽，因为即使采用 2 级化学成分，仍可满足成形和焊接所需的延展性。当设计核心诉求是耐腐蚀而非机械强度时，2 级原料的成本优势更为突出。