钛加工工艺方法综述

钛轧制工艺综述

摘要：介绍了目前国内外钛带卷的加工工艺、生产技术条件及国内钛带卷的生产现状及工艺流程。同时总结分析了国际目前钛加工的最新工艺及方法。分析认为,国内钛带卷生产中存在的主要问题是生产技术掌握不完全,设备不配套,轧制工艺自控程度低;制约国内钛带卷工业化发展的主要因素是生产工艺相对落后及一次性投资过大。随着钛带卷加工技术的重大突破及各领域钛带用量需求不断增加,国内几条钛带卷生产线相继开工建设,将大力带动国内钛带卷工业的发展。

关键词：钛加工轧制工艺生产技术

1前言：

1.1 钛的用途

钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。另外，钛合金的工艺性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差，生产工艺复杂。钛的工业化生产是1948年开始的。航空工业发展的需要，使钛工业以平均每年约 8％的增长速度发展。目前世界钛合金加工材年产量已达4万余吨,钛合金牌号近30种。使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工业纯钛（TA1、TA2和TA3）。

钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。

中国于1956年开始钛和钛合金研究；60年代中期开始钛材的工业化生产并研制成TB2合金。

钛合金是航空航天工业中使用的一种新的重要结构材料，比重、强度和使用温度介于铝和钢之间，但比强度高并具有优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能。1950年美国首次在F-84战斗轰炸机上用作后机身隔热板、导风罩、机尾罩等非承力构件。60年代开始钛合金的使用部位从后机身移向中机身、部分地代替结构钢制造隔框、梁、襟翼滑轨等重要承力构件。钛合金在军用飞机中的用量迅速增加，达到飞机结构重量的20％～25％。70年代起，民用机开始大量使用钛合金，如波音747客机用钛量达3640公斤以上。马赫数小于 2.5的飞机用钛主要是为了代替钢，以减轻结构重量。又如，美国SR-71 高空高速侦察机(飞行马赫数为3，飞行高度26212米)，钛占飞机结构重量的93％，号称“全钛”飞机。当航空发动机的推重比从4～6提高到8～10，压气机出口温度相应地从200～300°C增加到500～600°C 时，原来用铝制造的低压压气机盘和叶片就必须改用钛合金，或用钛合金代替不锈钢制造高压压气机盘和叶片，以减轻结构重量。70年代，钛合金在航空发动机中的用量一般占结构总重量的20％～30％，主要用于制造压气机部件，如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、铸钛压气机机匣、中介机匣、轴承壳体等。航天器主要利用钛合金的高比强度，耐腐蚀和耐低温性能来制造各种压力容器、燃料贮箱、紧固件、仪器绑带、构架和火箭壳体。人造地球卫星、登月舱、载人飞船和航天飞机也都使用钛合金板材焊接件。

1.2国内外钛业发展趋势及展望

海外钛行业复苏势头强劲。TIMET 一季度超预期的业绩报告,显示了全球航钛需求强劲复苏。TIMET 公司70%的钛材销售和航空业相关,一季度钛材出货量同比回升16%,环比回升30%。公司CEO 称,强于预期的需求是公司盈利增长主要原因,受用钛量大的新机型(如波音7 87)渐入投产期,全球航空业去库存化接近尾声,以及全球经济回暖复苏,预计2010年钛材销量同比显著回升。海外钛原料价格(废钛和钛铁)持续回升,以及TIMET 股价强劲表现,均反

映海外对钛行业持续复苏的预期。

国内钛行业呈现复苏迹象。遵义钛业五一期间再次上调海绵钛售价,显露国内钛行业呈现复苏迹象。今年2月份,遵义钛业称因成本与售价倒挂曾上调海绵钛价格10%,3月份其他海绵钛厂商也相继上调价格,4月份以宝钛为首的下游加工厂商开始上调钛材售价。本次遵义钛业再次上调海绵钛售价,预期未来1-2个月下游钛材厂商也会上调售价。整个产业链从海绵钛到钛材售价相继上调,显示国内钛行业复苏进程已经启动。

1.3 国内目前钛加工存在的困难：

当前，钛材广泛地应用于诸多生产领域，特别是尖端科技方面。我国是世界钛资源最丰富的国家，钛储量居世界第一，占世界总储量的38.8%。据有关专家分析，我国国内短期受益于火电、核电、滨海电力、海水淡化等的拉动，中期将受益于基础化工行业需求的恢复，远期将直接受益于大飞机项目的投产。可见，随着经济的飞速发展，我国即将成为仅次于美国的世界第二大钛材消费国。

长期以来，由于缺乏热轧钛带卷技术，我国的钛带卷基本依赖进口。特别是近年来，随着我国战略产业发展，钛带卷和钛焊管的进口量不断增加，而美国、日本等钛产品出口大国又通过封锁核心技术来控制产品价格和供应量，大大抑制了我国相关战略产业发展。因此，加大对钛材精深加工技术的研发及产业化，已成为我国国民经济发展和国防建设的重大课题。

2钛的轧制轧制工艺

2.1钛常用的轧制工艺方法和流程

2.1.1热轧厚板

钛厚板是以初轧或锻造的板坯为原料"经加热——轧制———热矫——热处理——中断——矫形——除鳞——酸洗等基本生产过程"然后再根据对表面的要求进行处理"如需要打磨的"则用砂布带打磨"最终制得厚板成品。

2.1.2热轧带卷

热轧带卷是采用与厚板同样的板坯作为原材料#由于板坯加热时产生的氧扩散层会导致冷轧时板材产生缺陷"冷轧前需要除去;因此,从成材率、表面质量考虑、该扩散层的厚度越薄越好。为此，热轧带卷加热温度的设定应在保证稳定轧制并可卷制成带的情况下，尽可能低近年来，热轧带卷的技术进步主要是探讨了最适宜的加热条件（温度、时间、空气比等），以减薄氧扩散层；固定部件（导轨等）的改造，以防止钛带与固定部位（导轨等）的擦伤。今后还应进行作为钛热轧专用设备的改造，以更进一步抑制氧扩散层生长"更有效地防止擦伤"提高带材质量。

2.1.3 冷轧板

冷轧板是采用热轧带卷（厚度为3mm~6mm、宽度为600mm~1600mm、单卷质量在10t以下）为原材料。一般的生产流程是大气退火除磷去除表面缺陷冷轧清洗

真空退火平整轧制矫形精整（分条、板剪切等）。或者以大气退火除磷代替以上洗净真空退火工序。

近年冷轧板的技术进步主要表现在4个方面；①除鳞去伤；②冷轧工艺；③退火工艺；④平整轧制和精整技术。

目前冷轧板的退火方式有如下3种方式:(1)真空退火。（2）大气退火。（3）真空气氛连续退火。

2.1.4 棒线材

钛棒线材的轧制也是采用钢铁轧制的设备，与其它钛加工材一样，钛棒线材热轧时要防止滑动接触，以免热粘引起的表面伤，要设定最优化孔型及道次加工程序，要保证钛在适宜温度下轧制，防止温度下降。

（a）立式轧环机；（b）卧式轧环机

3 目前全球钛工业的技术创新

3.1阿姆斯特朗工艺技术

国际钛粉公司（International Tianannium powder）简称ITP正在对阿姆斯特朗工艺技术(Armstrong process)进一步完善,并对这一技术的商业化进行工业试验!这

一技术采用把TICI4蒸气喷射到流动钠流中去,通过反应生成相当纯的钛金属"混合的氯化物蒸气也可以用来反应生成钛合金粉末，对于采用这种工艺技术生产的钛粉分析展示出来!