鈦加工工藝方法綜述

1、鈦軋制工藝綜述摘要：介紹了目前國(guó)內(nèi)外鈦帶卷的加工工藝、生產(chǎn)技術(shù)條件及國(guó)內(nèi)鈦帶卷的生產(chǎn)現(xiàn)狀及工藝流程。同時(shí)總結(jié)分析了國(guó)際目前鈦加工的最新工藝及方法。分析認(rèn)為，國(guó)內(nèi)鈦帶卷生產(chǎn)中存在的主要問(wèn)題是生產(chǎn)技術(shù)掌握不完全，設(shè)備不配套，軋制工藝自控程度低；制約國(guó)內(nèi)鈦帶卷工業(yè)化發(fā)展的主要因素是生產(chǎn)工藝相對(duì)落后及一次性投資過(guò)大。隨著鈦帶卷加工技術(shù)的重大突破及各領(lǐng)域鈦帶用量需求不斷增加，國(guó)內(nèi)幾條鈦帶卷生產(chǎn)線相繼開(kāi)工建設(shè)，將大力帶動(dòng)國(guó)內(nèi)鈦帶卷工業(yè)的發(fā)展。關(guān)鍵詞：鈦加工軋制工藝生產(chǎn)技術(shù)1前言：1.1鈦的用途鈦合金具有強(qiáng)度高而密度又小，機(jī)械性能好，韌性和抗蝕性能很好。另外，鈦合金的工藝性能差，切削加工困難，在熱加工中，非

2、常容易吸收氫氧氮碳等雜質(zhì)。還有抗磨性差，生 產(chǎn)工藝復(fù)雜。鈦的工業(yè)化生產(chǎn)是1948年開(kāi)始的。航空工業(yè)發(fā)展的需要，使鈦工業(yè)以平均每年約8%的增長(zhǎng)速度發(fā)展。目前世界鈦合金加工材年產(chǎn)量已達(dá)4萬(wàn)余噸，鈦合金牌號(hào)近30種。使用最廣泛的鈦合金是Ti-6AI-4V（TC4）,Ti-5AI-2.5Sn（TA7）和工業(yè)純鈦（TA1、TA2和TA3）。鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。 60年代中期，鈦及其合金已在一般工業(yè)中應(yīng)用，用于制作電解工業(yè)的電極，發(fā)電站的冷凝 器，石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結(jié)構(gòu)材料。此外還用于生產(chǎn)貯氫材

3、料和形狀記憶合金等。中國(guó)于1956年開(kāi)始鈦和鈦合金研究；60年代中期開(kāi)始鈦材的工業(yè)化生產(chǎn)并研制成TB2合金。鈦合金是航空航天工業(yè)中使用的一種新的重要結(jié)構(gòu)材料，比重、強(qiáng)度和使用溫度介于鋁和鋼之間，但比強(qiáng)度高并具有優(yōu)異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能。1950年美國(guó)首次在F-84戰(zhàn)斗轟炸機(jī)上用作后機(jī)身隔熱板、導(dǎo)風(fēng)罩、機(jī)尾罩等非承力構(gòu)件。60年代開(kāi)始鈦合金的使用部位從后機(jī)身移向中機(jī)身、部分地代替結(jié)構(gòu)鋼制造隔框、梁、襟翼滑軌等重要承力構(gòu)件。 鈦合金在軍用飛機(jī)中的用量迅速增加，達(dá)到飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的20%25%。70年代起，民用機(jī)開(kāi)始大量使用鈦合金，如波音747客機(jī)用鈦量達(dá)3640公斤以上。馬赫數(shù)小于 2.5的

4、飛機(jī)用鈦主要是為了代替鋼，以減輕結(jié)構(gòu)重量。又如，美國(guó)SR-71高空高速偵察機(jī)（飛行馬赫數(shù)為3,飛行高度26212米），鈦占飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量的 93%，號(hào)稱“全鈦”飛機(jī)。當(dāng)航空發(fā)動(dòng)機(jī) 的推重比從46提高到810,壓氣機(jī)出口溫度相應(yīng)地從200300° C增加到500600 ° C時(shí)，原來(lái)用鋁制造的低壓壓氣機(jī)盤(pán)和葉片就必須改用鈦合金，或用鈦合金代替不銹鋼制造高壓壓氣機(jī)盤(pán)和葉片，以減輕結(jié)構(gòu)重量。70年代，鈦合金在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的用量一般占結(jié)構(gòu)總重量的20%30%，主要用于制造壓氣機(jī)部件，如鍛造鈦風(fēng)扇、壓氣機(jī)盤(pán)和葉片、鑄鈦 壓氣機(jī)機(jī)匣、中介機(jī)匣、軸承殼體等。航天器主要利用鈦合金的高比強(qiáng)度，

5、耐腐蝕和耐低溫性能來(lái)制造各種壓力容器、燃料貯箱、緊固件、儀器綁帶、構(gòu)架和火箭殼體。人造地球衛(wèi)星、 登月艙、載人飛船和航天飛機(jī)也都使用鈦合金板材焊接件。1.2國(guó)內(nèi)外鈦業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及展望海外鈦行業(yè)復(fù)蘇勢(shì)頭強(qiáng)勁。TIMET 一季度超預(yù)期的業(yè)績(jī)報(bào)告，顯示了全球航鈦需求強(qiáng)勁 復(fù)蘇。TIMET公司70%勺鈦材銷售和航空業(yè)相關(guān)，一季度鈦材出貨量同比回升16%,環(huán)比回升30%公司CEO稱,強(qiáng)于預(yù)期的需求是公司盈利增長(zhǎng)主要原因，受用鈦量大的新機(jī)型（如波音787）漸入投產(chǎn)期，全球航空業(yè)去庫(kù)存化接近尾聲，以及全球經(jīng)濟(jì)回暖復(fù)蘇，預(yù)計(jì)2010年鈦材銷量同比顯著回升。海外鈦原料價(jià)格（廢鈦和鈦鐵）持續(xù)回升，以及TIMET股價(jià)

6、強(qiáng)勁表現(xiàn)，均反 映海外對(duì)鈦行業(yè)持續(xù)復(fù)蘇的預(yù)期。國(guó)內(nèi)鈦行業(yè)呈現(xiàn)復(fù)蘇跡象。 遵義鈦業(yè)五一期間再次上調(diào)海綿鈦售價(jià)，顯露國(guó)內(nèi)鈦行業(yè)呈現(xiàn)復(fù)蘇跡象。今年 2月份,遵義鈦業(yè)稱因成本與售價(jià)倒掛曾上調(diào)海綿鈦價(jià)格10%,3月份其他海綿鈦廠商也相繼上調(diào)價(jià)格,4月份以寶鈦為首的下游加工廠商開(kāi)始上調(diào)鈦材售價(jià)。本次遵 義鈦業(yè)再次上調(diào)海綿鈦售價(jià) ，預(yù)期未來(lái)1-2個(gè)月下游鈦材廠商也會(huì)上調(diào)售價(jià)。整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈從 海綿鈦到鈦材售價(jià)相繼上調(diào) ，顯示國(guó)內(nèi)鈦行業(yè)復(fù)蘇進(jìn)程已經(jīng)啟動(dòng)。1.3國(guó)內(nèi)目前鈦加工存在的困難：當(dāng)前，鈦材廣泛地應(yīng)用于諸多生產(chǎn)領(lǐng)域，特別是尖端科技方面。我國(guó)是世界鈦資源最豐富的國(guó)家，鈦儲(chǔ)量居世界第一，占世界總儲(chǔ)量的38.8%。

7、據(jù)有關(guān)專家分析，我國(guó)國(guó)內(nèi)短期受益于火電、核電、濱海電力、海水淡化等的拉動(dòng)，中期將受益于基礎(chǔ)化工行業(yè)需求的恢復(fù)，遠(yuǎn)期將直接受益于大飛機(jī)項(xiàng)目的投產(chǎn)。可見(jiàn)，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展， 我國(guó)即將成為僅次于美國(guó)的世界第二大鈦材消費(fèi)國(guó)。長(zhǎng)期以來(lái)，由于缺乏熱軋鈦帶卷技術(shù)，我國(guó)的鈦帶卷基本依賴進(jìn)口。特別是近年來(lái)，隨著我國(guó)戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)發(fā)展， 鈦帶卷和鈦焊管的進(jìn)口量不斷增加，而美國(guó)、日本等鈦產(chǎn)品出口大國(guó)又通過(guò)封鎖核心技術(shù)來(lái)控制產(chǎn)品價(jià)格和供應(yīng)量，大大抑制了我國(guó)相關(guān)戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因此，加大對(duì)鈦材精深加工技術(shù)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，已成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)的重大課題。2鈦的軋制軋制工藝2.1鈦常用的軋制工藝方法和流程2.1.1熱

8、軋厚板鈦厚板是以初軋或鍛造的板坯為原料”經(jīng)加熱一一軋制熱矯一一熱處理一一中斷矯形一一除鱗一一酸洗等基本生產(chǎn)過(guò)程”然后再根據(jù)對(duì)表面的要求進(jìn)行處理”如需要打磨的”則用砂布帶打磨”最終制得厚板成品。2.1.2熱軋帶卷熱軋帶卷是采用與厚板同樣的板坯作為原材料#由于板坯加熱時(shí)產(chǎn)生的氧擴(kuò)散層會(huì)導(dǎo)致冷軋時(shí)板材產(chǎn)生缺陷”冷軋前需要除去；因此，從成材率、表面質(zhì)量考慮、該擴(kuò)散層的厚度越 薄越好。為此，熱軋帶卷加熱溫度的設(shè)定應(yīng)在保證穩(wěn)定軋制并可卷制成帶的情況下，盡可能低近年來(lái)，熱軋帶卷的技術(shù)進(jìn)步主要是探討了最適宜的加熱條件（溫度、時(shí)間、空氣比等）以減薄氧擴(kuò)散層；固定部件（導(dǎo)軌等）的改造，以防止鈦帶與固定部位（導(dǎo)軌等

9、）的擦傷。今后還應(yīng)進(jìn)行作為鈦熱軋專用設(shè)備的改造，以更進(jìn)一步抑制氧擴(kuò)散層生長(zhǎng)”更有效地防止擦傷"提高帶材質(zhì)量。2.1.3冷軋板冷軋板是采用熱軋帶卷 （厚度為3mm6mm寬度為600mm1600mm單卷質(zhì)量在10t以下） 為原材料。一般的生產(chǎn)流程是大氣退火 一除磷一去除表面缺陷 一*冷軋一 清洗 真空退火一平整軋制一矯形精整（分條、板剪切等）。浚者以大氣退火除磷代替以上洗凈一空退火工序。近年冷軋板的技術(shù)進(jìn)步主要表現(xiàn)在4個(gè)方面； 除鱗去傷；冷軋工藝；退火工藝；平整軋制和精整技術(shù)。目前冷軋板的退火方式有如下3種方式：（1）真空退火。（2）大氣退火。（3）真空氣氛連續(xù)退火。2.1.4 棒線材鈦

10、棒線材的軋制也是采用鋼鐵軋制的設(shè)備， 與其它鈦加工材一樣， 鈦棒線材熱軋時(shí)要防 止滑動(dòng)接觸，以免熱粘引起的表面?zhèn)?要設(shè)定最優(yōu)化孔型及道次加工程序， 要保證鈦在適宜 溫度下軋制，防止溫度下降。（a）立式軋環(huán)機(jī)；（b）臥式軋環(huán)機(jī)3目前全球鈦工業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新3.1阿姆斯特朗工藝技術(shù)國(guó)際鈦粉公司（International Tianannium powder）簡(jiǎn)稱ITP正在對(duì)阿姆斯特朗工藝技術(shù)（Armstrong process）進(jìn)一步完善，并對(duì)這一技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)！這一技術(shù)采用把TICI4蒸氣噴射到流動(dòng)鈉流中去，通過(guò)反應(yīng)生成相當(dāng)純的鈦金屬”混合的氯化物蒸氣也可以用來(lái)反應(yīng)生成鈦合金粉末，對(duì)于采用這種工藝技術(shù)生產(chǎn)的鈦粉分析展示出來(lái)這種鈦粉超過(guò)了 ASTM CP 1級(jí)鈦粉的化學(xué)和力學(xué)性能的技 ，術(shù)規(guī)范要求，公司正在利用這一 技術(shù)生產(chǎn)鈦粉。3.2利用氫化海綿鈦生產(chǎn)加工鈦粉的工藝技術(shù)人們對(duì)于大幅度降低成本和增加產(chǎn)量頗感興趣，并且通過(guò)鈦粉沫加工生產(chǎn)產(chǎn)品，最近的新技術(shù)是利用氫化鈦粉末改善成形和脫氫后的性能。AG材料公司報(bào)道了正在開(kāi)發(fā)的氫化海綿鈦來(lái)生產(chǎn)所需鈦材料的新技術(shù)，該工藝技術(shù)利用控制狀態(tài)下的氫和海綿鈦的“自擴(kuò)展高溫合成” 反應(yīng)來(lái)生產(chǎn)鈦粉末， 所生產(chǎn)粉末