隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的迅猛發(fā)展和國民經(jīng)濟建設(shè)的需要 ,各工業(yè)部門對各種鈦管的需求量日益增大 ,對鈦管的規(guī)格 、技術(shù)要求也愈來愈高 。特別是隨著市場經(jīng)濟發(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質(zhì)量指標 。鈦管質(zhì)量能否滿足各用戶單位對鈦管提出的各種要求 ,將直接關(guān)系到用戶或加工工業(yè)的經(jīng)濟利益和本單位的經(jīng)濟效益及信譽 。
     然而 ,生產(chǎn)實踐告訴我們 ,盡管工業(yè)純鈦管的市場前景看好 ,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)工藝是一個值得探討的課題 。
     2. 工業(yè)純鈦管的特點和應(yīng)用
     鈦具有可塑性 。高純鈦的延伸率可達 50  ～60 % ,斷面收縮率可達 70  ～80 % 。
     盡管高純鈦強度低 ,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化其機械性能 ,使其強度可與高強度相比擬 。這就是說工業(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度 ,又有適當?shù)乃苄?。
工業(yè)純鈦管的比強度(強度與重量比)在金屬結(jié)構(gòu)材料中是很高的 ,它的強度與鋼材相當 ,但其重量僅為鋼材的57 % 。另外 , 鈦管的耐熱性很強 ,在 500 ℃的大氣中仍能保持良好的強度和穩(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度 ,可耐高壓抗震動 。
     工業(yè)純鈦管的另一顯著特點是耐腐蝕性強 , 這是由于它對氧的親合力特別大 ,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)部門中廣泛應(yīng)用 。
   由于純工業(yè)鈦管具有重量輕 、強度大 、耐熱性強 、耐腐蝕等許多優(yōu) 良特性 , 被譽為“未來的金屬”,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)品標準 : 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 -  包裝
(注 : 以上工序根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格和性能要求可進行增添或減少 。)
對于在軋制之前采用鍍銅工藝作潤滑的鈦管坯來說 ,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)過程 ,酸洗是一道十分重要的工序 ,切不可忽視 。因為鈦管在熱加工或熱處理過程中 ,在沒有保護氣氛的情況下會與爐氣中的氧等氣體發(fā)生化學作用而生成氧化層 。鈦管表面生成的氧化層無論對于酸洗以后的各工序 , 還是對最終產(chǎn)品質(zhì)量都是十分有害的。如鈦管帶著氧化層進行軋制 ,將會使管材產(chǎn)生缺陷 , 同時也會因氧化層的存在 ,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程 。 清除氧化層有多種方法 ,傳統(tǒng)的方法是采用無機強酸 ,如硫酸 H2SO4、鹽酸（HCI）   、硝酸（HNO3 ）和氫氟酸（HF）等 。這類方法是利用氧化層與酸的化學反應(yīng)而清除氧化層的。對于不同材料可根據(jù)其性能特點采用相應(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 多低價鈦氧化物 , 如 TiO 、Ti2O3 、TiO5 。此外 ,還有鈦的高價氧化物 , 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在鈦管表面上生成保護性氧化層 ,保護鈦不被稀硫酸繼續(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) ,當溫度升高時 ,即使稀鹽酸也會腐蝕鈦 ,但 > 10 %的鹽酸在 70 ℃時與和 1 %的鹽酸在 100 ℃時對鈦發(fā)生明顯的腐蝕 。然而當鹽酸溶液中存在氧化層或金屬離子（如銅等）時 , 則可降低鹽酸對鈦的腐蝕作用 。氫氟酸(HF) 是鈦的最強溶劑 。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
    當在氫氟酸溶液中存在鐵 、銅等金屬離子時 , 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 ℃
試驗證明上述配方和工藝存在一定的不足 : 一是鈦管進入酸液反應(yīng)過于劇烈 ,使酸液溫度快速上升 ,甚至可達到使酸液沸騰 ,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)過程中所濺出的酸液 ,對于操作人員具有相當大的危害性 ;三是職工的操作環(huán)境差 ,污染太大 。鑒于上述原因 ,對鈦管的酸和洗配方和工藝進行了如下調(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 ℃
酸洗時間:10 分鐘～20 分鐘
實踐證明 ,調(diào)整后的酸洗情況較好 ,鈦管進入酸液反應(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 ,將會由于殘酸的化學作用 ,使一部分氫氣擴散到鈦管基體中 ,使鈦管塑性降低 。同時 ,鈦管表面存在殘酸會使軋制時的軋輥過早磨損和使鈦管產(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驅(qū)出金屬晶格中的氫原子 , 以避免鈦管在軋制時形成氫脆現(xiàn)象 , 同時改善潤滑性能 。
    3 . 4 　軋制工藝的擬定    
生產(chǎn)實踐證明 ,對于同一種鋼管采用各種不同的軋制工藝將會得到各種不同的結(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)中一個基本的綜合性的技術(shù)課題 。
以往對未能生產(chǎn)過的產(chǎn)品 ,其工藝制定主要依靠兄弟單位經(jīng)驗和查閱資料來確定 。從生產(chǎn)實踐的成敗中摸索而得到的經(jīng)驗 ,無疑是非常寶貴和比較可靠的。但其適用范圍有局部性 ,諸如軋機設(shè)備 、另件強度 、彈性變形 、磨損 、塑性變形 、機械參數(shù)的估算等 。為此 ,對于鈦管軋制工藝的擬定 ,在綜合工業(yè)純鈦管的性能、特點、管坯狀況 、成品交貨要求標準以及軋機設(shè)備能力 、生產(chǎn)條件等情況下確定的。
     對于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
需要說明的是 ,在軋制φ51mm×3mm 規(guī)格工業(yè)純鈦管時 ,荒管內(nèi)、外壁應(yīng)采用涂 MOS2潤滑劑進行潤滑 ,嚴禁采用氯化石臘作潤滑劑 , 以防止軋制過程中管子產(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)純鈦管在軋制過程中與其它鋼管一樣有一個基本特點 , 即經(jīng)軋制后的管子將產(chǎn)生不能自行恢復的形狀和尺寸的變化 ———塑性變形 。

     在塑性變形過程中 ,工業(yè)純鈦管的組織和性能也都會發(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 ,強度和硬度升高而塑性 、韌性下降 , 以致使鈦管在冷軋時的動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 , 以恢復其軋制前的塑性 ,消除軋制過程中所產(chǎn)生的“加工硬化”或者由于熱擠壓時冷卻過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?shù)仍�因所造成的組織等缺陷 ,使軋制得以繼續(xù)進行 �？梢� ,在軋制過程中熱處理是不可缺少的一個重要工序 。
     工業(yè)純鈦管在無保護氣氛中退火將產(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℃時是很慢的 ,500℃時也只是表面被氧化 。隨著溫度的升高 ,表面氧化層開始在鈦中溶解 ,氧開始向金屬內(nèi)部晶格擴散 ,但于700 ℃時氧還沒有大量進入金屬內(nèi)部晶格 。超過700℃時 ,氧向金屬內(nèi)部的擴散加速 ,在高溫下鈦開始與空氣中氧發(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 ,但鈦管表面氧化現(xiàn)象時有發(fā)生 。嚴重時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 。這就給酸洗帶來了一定困難 ,操作不當就會出現(xiàn)欠酸洗或過酸洗現(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 :  
進爐爐溫 720 ℃;速度為電壓 :4 . 5V , 時間:40分鐘 ;  出爐爐溫 250 ℃;速度 :慢速 ,空冷 。
     試驗證明 ,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 ,最后成為淡藍色 ,酸洗極易洗凈 。
4結(jié)束語
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 。本文對傳統(tǒng)的鈦管生產(chǎn)方法及生產(chǎn)工藝進行了有益的探索 。

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工業(yè)純鈦管進行熱處理 ,這對如何改變生產(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 。是一個值得進一步探討的課題 。