隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要 ,各工業(yè)部門(mén)對(duì)各種鈦管的需求量日益增大 ,對(duì)鈦管的規(guī)格 、技術(shù)要求也愈來(lái)愈高 。特別是隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要 ,各行各業(yè)要求提供更多各種規(guī)格的鈦管 。雖然鈦管的用途各有所異 ,但對(duì)鈦管的總體要求是一致的 ,即加工條件和最終用途均要求鈦管具備適于本用途所需的尺寸規(guī)格 、精度和相應(yīng)性能及表面光潔度等各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo) 。鈦管質(zhì)量能否滿(mǎn)足各用戶(hù)單位對(duì)鈦管提出的各種要求 ,將直接關(guān)系到用戶(hù)或加工工業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益和本單位的經(jīng)濟(jì)效益及信譽(yù) 。
     然而 ,生產(chǎn)實(shí)踐告訴我們 ,盡管工業(yè)純鈦管的市場(chǎng)前景看好 ,但 由于工業(yè)純鈦管生產(chǎn)有一定難度 ,特別是酸洗 、熱處理及軋制工藝是否制訂合理 ,將對(duì)鈦管質(zhì)量和生產(chǎn)效率有直接影響 ,為此 ,如何有效制訂各種生產(chǎn)工藝是一個(gè)值得探討的課題 。
     2. 工業(yè)純鈦管的特點(diǎn)和應(yīng)用
     鈦具有可塑性 。高純鈦的延伸率可達(dá) 50  ～60 % ,斷面收縮率可達(dá) 70  ～80 % 。
     盡管高純鈦強(qiáng)度低 ,但純工業(yè)鈦中含有少量雜質(zhì)和添加合金元素可顯著強(qiáng)化其機(jī)械性能 ,使其強(qiáng)度可與高強(qiáng)度相比擬 。這就是說(shuō)工業(yè)純鈦管中 ,只要含有少量間隙雜質(zhì)及其它金屬雜質(zhì) ,就可使其既具有高強(qiáng)度 ,又有適當(dāng)?shù)乃苄?。
工業(yè)純鈦管的比強(qiáng)度(強(qiáng)度與重量比)在金屬結(jié)構(gòu)材料中是很高的 ,它的強(qiáng)度與鋼材相當(dāng) ,但其重量?jī)H為鋼材的57 % 。另外 , 鈦管的耐熱性很強(qiáng) ,在 500 ℃的大氣中仍能保持良好的強(qiáng)度和穩(wěn)定性 。鈦管還具有良好的耐低溫性能 , 即使在 -250 ℃的超低溫下 ,它仍具有較高的沖擊強(qiáng)度 ,可耐高壓抗震動(dòng) 。
     工業(yè)純鈦管的另一顯著特點(diǎn)是耐腐蝕性強(qiáng) , 這是由于它對(duì)氧的親合力特別大 ,能在其表面上生成一層致密的氧化膜 ,可保護(hù)鈦不受介質(zhì)腐蝕 。因此 ,鈦在酸性 、堿性 、中性鹽水溶液中和氧化性介質(zhì)中具有很好的穩(wěn)定性 , 比現(xiàn)有的不銹鋼和其它有色金屬的耐腐蝕性都好 。
     工業(yè)純鈦管的應(yīng)用范圍十分廣泛 , 目前工業(yè)純鈦管不僅在航天 、航空工業(yè)中有十分重要的應(yīng)用 ,而且已經(jīng)在化工 、石油 、輕工 、發(fā)電等許多工業(yè)部門(mén)中廣泛應(yīng)用 。
   由于純工業(yè)鈦管具有重量輕 、強(qiáng)度大 、耐熱性強(qiáng) 、耐腐蝕等許多優(yōu) 良特性 , 被譽(yù)為“未來(lái)的金屬”,是很有發(fā)展前途的一種新型結(jié)構(gòu)材料 。
     3 工業(yè)純鈦管生產(chǎn)工藝探討
     3 . 1 　產(chǎn)品大綱
坯料規(guī)格 : φ76mm  ×7mm

成品規(guī)格 : φ45mm  ×1. 25mm  6M 定尺
尺寸偏差 : △D  ±0 . 3mm S ±0 . 18mm （協(xié)議要求)
產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) : GB/ T3625 - 1995
    3 . 2 　工藝流程的擬定
生產(chǎn)工業(yè)純鈦管工藝流程如下所示 :
表面處理 -  下料 -  軋制 -  去油 -  烘干 -  定尺剪切 -  退火 -  矯直 -  酸洗 -  軋制 -  成品去油 -  烘干 -  退火 -  矯直 -  成品定切 -  酸洗 -  檢驗(yàn) -  包裝
(注 : 以上工序根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格和性能要求可進(jìn)行增添或減少 。)
對(duì)于在軋制之前采用鍍銅工藝作潤(rùn)滑的鈦管坯來(lái)說(shuō) ,則在此工藝流程表面處理前增加一道去銅工藝 。
    3 . 3 　酸洗工藝的擬定  
在工業(yè)純鈦管生產(chǎn)過(guò)程 ,酸洗是一道十分重要的工序 ,切不可忽視 。因?yàn)殁伖茉跓峒庸せ驘崽幚磉^(guò)程中 ,在沒(méi)有保護(hù)氣氛的情況下會(huì)與爐氣中的氧等氣體發(fā)生化學(xué)作用而生成氧化層 。鈦管表面生成的氧化層無(wú)論對(duì)于酸洗以后的各工序 , 還是對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量都是十分有害的。如鈦管帶著氧化層進(jìn)行軋制 ,將會(huì)使管材產(chǎn)生缺陷 , 同時(shí)也會(huì)因氧化層的存在 ,使氧化層壓入到管材表面上 ,從而產(chǎn)生不能令人滿(mǎn)意的表面 。直接影響到鈦管產(chǎn)品質(zhì)量 、材料消耗 ,生產(chǎn)率及經(jīng)濟(jì)效益的好壞 。
      眾所周知 ,所謂酸洗即為金屬在酸、堿、鹽以及它們的溶液中處理而去除表面氧化層的過(guò)程 。 清除氧化層有多種方法 ,傳統(tǒng)的方法是采用無(wú)機(jī)強(qiáng)酸 ,如硫酸 H2SO4、鹽酸（HCI）   、硝酸（HNO3 ）和氫氟酸（HF）等 。這類(lèi)方法是利用氧化層與酸的化學(xué)反應(yīng)而清除氧化層的。對(duì)于不同材料可根據(jù)其性能特點(diǎn)采用相應(yīng)其中一種 。
      工業(yè)純鈦管的氧化層中 , 主要是二氧化鈦(TiO2 )  , 其次還有許 多低價(jià)鈦氧化物 , 如 TiO 、Ti2O3 、TiO5 。此外 ,還有鈦的高價(jià)氧化物 , 如 TiO3等 。研究證明 ,在常溫下 ,鈦管在 < 5 % 的稀硫酸酸洗液中酸洗時(shí)在鈦管表面上生成保護(hù)性氧化層 ,保護(hù)鈦不被稀硫酸繼續(xù)侵蝕 ,但在 > 5 %的硫酸中酸洗與鈦有明顯的反應(yīng) 。在常溫下 ,約 40 %的硫酸對(duì)鈦的腐蝕的腐蝕速度最快 。濃度 < 5 % 的鹽酸在室溫下不與鈦反應(yīng) ,當(dāng)溫度升高時(shí) ,即使稀鹽酸也會(huì)腐蝕鈦 ,但 > 10 %的鹽酸在 70 ℃時(shí)與和 1 %的鹽酸在 100 ℃時(shí)對(duì)鈦發(fā)生明顯的腐蝕 。然而當(dāng)鹽酸溶液中存在氧化層或金屬離子（如銅等）時(shí) , 則可降低鹽酸對(duì)鈦的腐蝕作用 。氫氟酸(HF) 是鈦的最強(qiáng)溶劑 。即使?jié)舛葹?1 % 的氫氟酸 ,也能與鈦發(fā)生   激烈反應(yīng) :
    2Ti + 6HF = 2TiF3 + 3H2
    當(dāng)在氫氟酸溶液中存在鐵 、銅等金屬離子時(shí) , 則可加速鈦的溶解 。
    表面粗糙 的鈦 管最容 易與冷 、熱稀 硝酸( HNO3) 發(fā)生反應(yīng) :

3Ti + 4HNO3 + 4H2O = 3H4TiO4+ 4NO
3Ti + 4HNO3 + H2O = 3H2TiO3 + 4NO
鑒于各種酸對(duì)鈦管的腐蝕特性 ,為了有效去除鈦管表面的氧化層 ,有關(guān)資料介紹鈦管酸洗采用硝酸加氫氟酸 ,其配方及工藝如下 :
溶液濃度配比為 :
(35 %～40 %) HNO3  +  (5 %～7 %) HF + 余 H2O
溶液溫度為 :30 ℃～50 ℃
試驗(yàn)證明上述配方和工藝存在一定的不足 : 一是鈦管進(jìn)入酸液反應(yīng)過(guò)于劇烈 ,使酸液溫度快速上升 ,甚至可達(dá)到使酸液沸騰 ,這種情況極易引起鈦管基體氧化燃燒 ,從而造成鈦管基體損耗加大 ;二是在如此劇烈反應(yīng)過(guò)程中所濺出的酸液 ,對(duì)于操作人員具有相當(dāng)大的危害性 ;三是職工的操作環(huán)境差 ,污染太大 。鑒于上述原因 ,對(duì)鈦管的酸和洗配方和工藝進(jìn)行了如下調(diào)整 :
溶液主要成份 :硝酸 （HNO3）+ 氫氟酸（HF）
溶液濃度配比為 : (25 %～28 %) HNO3  +  (3 %～5 %) HF +余H2O
溶液溫度為 : ≤30 ℃
酸洗時(shí)間:10 分鐘～20 分鐘
實(shí)踐證明 ,調(diào)整后的酸洗情況較好 ,鈦管進(jìn)入酸液反應(yīng)較平穩(wěn) ,鈦管基體的酸洗損失率可減少30 %～50 % 。
需要注意的是 ,酸洗后的鈦管必須沖洗和烘 干 。因鈦管在酸溶液中酸洗后 ,雖然達(dá)到了去除氧化層的目的 ,但鈦管表面受到酸的侵蝕或多或少存在一部分殘酸 ,這部份殘酸如不去除掉 ,將會(huì)由于殘酸的化學(xué)作用 ,使一部分氫氣擴(kuò)散到鈦管基體中 ,使鈦管塑性降低 。同時(shí) ,鈦管表面存在殘酸會(huì)使軋制時(shí)的軋輥過(guò)早磨損和使鈦管產(chǎn)生廢品。因此 ,鈦管酸洗后表面不允許有殘酸存在 。
烘干的目的是為了及時(shí)驅(qū)出金屬晶格中的氫原子 , 以避免鈦管在軋制時(shí)形成氫脆現(xiàn)象 , 同時(shí)改善潤(rùn)滑性能 。
    3 . 4 　軋制工藝的擬定    
生產(chǎn)實(shí)踐證明 ,對(duì)于同一種鋼管采用各種不同的軋制工藝將會(huì)得到各種不同的結(jié)果 。因此 ,合理制定軋制工藝是保證工業(yè)純鈦管高產(chǎn) 、優(yōu)質(zhì)的主要條件 ,它是工業(yè)純鈦管生產(chǎn)中一個(gè)基本的綜合性的技術(shù)課題 。
以往對(duì)未能生產(chǎn)過(guò)的產(chǎn)品 ,其工藝制定主要依靠兄弟單位經(jīng)驗(yàn)和查閱資料來(lái)確定 。從生產(chǎn)實(shí)踐的成敗中摸索而得到的經(jīng)驗(yàn) ,無(wú)疑是非常寶貴和比較可靠的。但其適用范圍有局部性 ,諸如軋機(jī)設(shè)備 、另件強(qiáng)度 、彈性變形 、磨損 、塑性變形 、機(jī)械參數(shù)的估算等 。為此 ,對(duì)于鈦管軋制工藝的擬定 ,在綜合工業(yè)純鈦管的性能、特點(diǎn)、管坯狀況 、成品交貨要求標(biāo)準(zhǔn)以及軋機(jī)設(shè)備能力 、生產(chǎn)條件等情況下確定的。
     對(duì)于φ76mm  ×7mm 工業(yè)純鈦管軋成φ45mm×1. 2mm 成品 ,其軋制工藝確定如下 :
     φ76mm  ×7mm  →φ51mm  ×3mm  →φ48mm  × 2mm →φ45mm  ×1. 2mm
需要說(shuō)明的是 ,在軋制φ51mm×3mm 規(guī)格工業(yè)純鈦管時(shí) ,荒管內(nèi)、外壁應(yīng)采用涂 MOS2潤(rùn)滑劑進(jìn)行潤(rùn)滑 ,嚴(yán)禁采用氯化石臘作潤(rùn)滑劑 , 以防止軋制過(guò)程中管子產(chǎn)生高溫與氯離子 引起反應(yīng) ,造成管子基體腐蝕 。
     3 . 4 　熱處理工藝的擬定
熱處理是不同于軋制的一種加工方法 ,它不改變工業(yè)純鈦管的尺寸和形狀 ,也不破壞鈦管 ,而從本質(zhì)上改變或改善鈦管性能 。即利用工業(yè)純鈦管在固態(tài)范圍內(nèi)加熱 、保溫和冷卻 , 以改變其組織 ,從而獲得所要求性能的一種工藝操作 。
工業(yè)純鈦管在軋制過(guò)程中與其它鋼管一樣有一個(gè)基本特點(diǎn) , 即經(jīng)軋制后的管子將產(chǎn)生不能自行恢復(fù)的形狀和尺寸的變化 ———塑性變形 。

     在塑性變形過(guò)程中 ,工業(yè)純鈦管的組織和性能也都會(huì)發(fā)生變化 。其中最主要的是加工硬化 ,即隨著變形程度的增加 ,變形阻力增加 ,強(qiáng)度和硬度升高而塑性 、韌性下降 , 以致使鈦管在冷軋時(shí)的動(dòng)力消耗增大且軋制量受到限制 。
     熱處理的目的就是為了使工業(yè)純鈦管組織轉(zhuǎn)化和再結(jié)晶 , 以恢復(fù)其軋制前的塑性 ,消除軋制過(guò)程中所產(chǎn)生的“加工硬化”或者由于熱擠壓時(shí)冷卻過(guò)程散熱的不均勻所造成的殘余應(yīng)力 ,而這種殘余應(yīng)力的存在降低了鈦管的塑性 �；蛳�除由于熱擠壓工藝不當(dāng)?shù)仍�因所造成的組織等缺陷 ,使軋制得以繼續(xù)進(jìn)行 �？梢�(jiàn) ,在軋制過(guò)程中熱處理是不可缺少的一個(gè)重要工序 。
     工業(yè)純鈦管在無(wú)保護(hù)氣氛中退火將產(chǎn)生氧化層 。其主要成份是二氧化鈦(TiO2)。
研究證明 ,在空氣中鈦的氧化反應(yīng)小于100℃時(shí)是很慢的 ,500℃時(shí)也只是表面被氧化 。隨著溫度的升高 ,表面氧化層開(kāi)始在鈦中溶解 ,氧開(kāi)始向金屬內(nèi)部晶格擴(kuò)散 ,但于700 ℃時(shí)氧還沒(méi)有大量進(jìn)入金屬內(nèi)部晶格 。超過(guò)700℃時(shí) ,氧向金屬內(nèi)部的擴(kuò)散加速 ,在高溫下鈦開(kāi)始與空氣中氧發(fā)生激烈反應(yīng) 。其氧化層的厚度與退火溫度及時(shí)間有很大關(guān)系 ,如表 1 所示 。

     鈦管的熱處理通常采用室狀爐套包通氬氣 ,但室狀退火爐爐溫極不均勻 ,加之套包密閉性能差 ,雖采用了氬氣保護(hù) ,但鈦管表面氧化現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生 。嚴(yán)重時(shí)鈦管表面的顏色為紅灰色或灰色 ,從表 1 可知為較厚氧化層 。這就給酸洗帶來(lái)了一定困難 ,操作不當(dāng)就會(huì)出現(xiàn)欠酸洗或過(guò)酸洗現(xiàn)象 ,鈦管基體損耗也較大 ;再者燃料和氬氣消耗也大 ,造成生產(chǎn)成本極高 。為此 ,為提高鈦管熱處理效果和降低生產(chǎn)成本 ,改用連續(xù)式輥底爐替代室狀爐熱處理 ,其工藝如下 :  
進(jìn)爐爐溫 720 ℃;速度為電壓 :4 . 5V , 時(shí)間:40分鐘 ;  出爐爐溫 250 ℃;速度 :慢速 ,空冷 。
     試驗(yàn)證明 ,采用這種爐型處理鈦管 ,其表面顏色出爐后為淡黃色 ,逐步變色為金黃色 ,最后成為淡藍(lán)色 ,酸洗極易洗凈 。
4結(jié)束語(yǔ)
工業(yè)純鈦管的生產(chǎn)雖然有一定難度 ,但只要了解工業(yè)純鈦管特性 ,正確制訂生產(chǎn)過(guò)程各有關(guān)工藝 ,就能生產(chǎn)出高質(zhì)量的工業(yè)純鈦管 。本文對(duì)傳統(tǒng)的鈦管生產(chǎn)方法及生產(chǎn)工藝進(jìn)行了有益的探索 。

從所取得的效果證明 ,酸洗工藝的修訂以及采用連續(xù)式輥底爐替代室狀爐對(duì)工業(yè)純鈦管進(jìn)行熱處理 ,這對(duì)如何改變生產(chǎn)工業(yè)純鈦管工作環(huán)境 、減少鈦管基體腐蝕 、充分利用熱處理設(shè)備能力 、減少生產(chǎn)工序 、降低生產(chǎn)成本 、提高生產(chǎn)率 、提高產(chǎn)品質(zhì)量均具有一定的借鑒 。是一個(gè)值得進(jìn)一步探討的課題 。