钛合金无缝管制备工艺优化与研究现状综述——基于各工艺核心参数调控，探讨表面质量、尺寸精度及力学性能的提升路径

1、引言

钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀、焊接性能优良等特点，广泛应用于石油化工、航空航天、生物医疗、海洋工程等领域1-3。目前，我国钛及钛合金年产量已突破10万吨，其中近20%钛产品为管材[4]。钛合金无缝管相对钢管、铜管、铝管等有很多优点，比如，种类多,可满足各个领域的使用;比强度高,在保证结构强度和稳定性的同时,还可以减重;耐腐蚀性能好,尤其是耐生物腐蚀和耐海水腐蚀5。因此，钛合金无缝管在飞机管路系统、船舶用热交换器管和天线管、石油化工用传输管道等特种行业得到重要应用。近年来，钛合金无缝管在我国的需求量也越来越大，在钛及钛合金市场中占据重要的地位。

制备钛合金无缝管需先通过挤压或斜轧穿孔制备管坯，然后将管坯进行轧制、旋压、特种锻造等以进一步加工为成品管材，进一步的加工可根据应用需求改变管材的规格，并提高尺寸精度和性能。不同的管材制备方法有不同的工艺特点，不同牌号的钛合金塑性成形指标也相差较大，因此制备不同类型钛合金的管材具有不同的工艺路线和工艺参数。由于钛合金无缝管的制备对设备要求高，工艺复杂且成本高，这使得我国钛合金无缝管的应用受到一定的限制，如何低成本、短流程制备出性能优异、满足使用要求的钛合金无缝管也已然成为相关研究人员关注的重点问题。本文重点对不同钛合金无缝管的制备方法和研究现状进行了介绍和归纳，以期为制备钛合金管材时选择合适的方法提供一定的参考。

2、钛合金无缝管制备技术

2.1挤压

挤压是利用挤压杆将挤压筒内的坯料从模腔中挤出，从而得到所需规格管坯的方法。根据挤压筒内坯料的润滑状态、挤压方向、挤压温度等的不同，挤压的分类方法也不同[6]。按锭坯温度的不同可分为冷挤压、温挤压、热挤压。其中，热挤压是钛合金无缝管坯最传统、最成熟和最重要的制备方法，热挤压过程如图1所示[7]，挤压比、挤压速度、挤压温度和润滑方式都是热挤压过程中非常重要的工艺参数。

工业纯钛因成本低、塑性好、冷加工变形量可达80%、易于生产，是我国目前应用最多的一类钛管，占钛管材的60%[8,9]。各国纯钛管的生产主要采用二次熔炼铸锭-锻造-挤压(斜轧穿孔)-冷轧工艺，但是这种传统工艺工序复杂、成品率低。宝鸡有色金属加工厂提出了对纯钛铸锭直接热挤压生产钛管坯，将Φ220mm铸锭在挤压比为15.8~26.4、冷轧变形量为31%~70%、退火温度为600~650℃(1h/AC)下制备出了组织均匀、各项性能可达到国际标准要求的外径为26~41mm和壁厚为1~3mm的纯钛管材，同锻造-挤压工艺相比，该工艺成品率提高了18%，成本下降了18.2%。这大大提高了纯钛无缝管的生产经济效益。值得注意的是，采用热挤压法制备钛管坯时，由于在挤压过程中钛锭容易粘结挤压工具，导致加工出来的钛管坯容易出现如图2所示的系列质量问题[1]。但是通过选择合适的润滑方式或者改善润滑条件便可以避免这些问题，使管坯获得良好的表面质量。目前，钛管坯热挤压通常采用玻璃润滑或包套润滑。其中，玻璃润滑工艺在我国尚未成熟，采用玻璃润滑时选择合适的玻璃润滑剂是挤压管坯表面获得良好质量的关键;包套润滑虽说比较成熟，得到的管坯表面质量也较好，但需消耗大量的包套材料，处理工序也比较多，导致挤压成本增加[12]。对于纯钛管坯的挤压润滑，一般采用紫铜包套加热+油基石墨润滑，但是当挤压比从14.2升高至22.9后，在挤压过程中由于钛强烈粘结挤压模具而使获得的管坯表面质量很差。为此，郭玲等[11]改用0.5mm更薄壁厚的铜板制作外包套，并使用一种新型水基润滑剂改善润滑条件，不但获得了内外表面质量良好的管坯,而且经济效益显著。

热挤压除了适用于纯钛管坯的制备，在其它类型钛合金管坯的制备中也有报道。如TA15(Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V)合金，是前苏联在20世纪60年代中期研制的一种近α型钛合金。我国对该合金棒材、板材的加工技术已较成熟，但该合金管材加工仍有待研究，尚秀丽等 [13]探索了热挤压制备TA15钛管的可行性，选择挤压温度为950℃、挤压比为10.2，同时进行800~850℃/1~2h/AC退火，使得TA15钛管获得较好的组织性能匹配，管材质量也能满足相关技术标准。此外还有众多科研工作者通过热挤压制备出了Ti6321(Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo)、TA18(Ti-3Al-2.5V)、TA21(Ti-1Al-1Mn)等近α型钛合金管坯14-16。TC4(Ti-6Al-4V)合金是典型的α+β型钛合金，该合金管材的用量并不大，只有在需要高强度时才会使用。而且由于TC4合金变形抗力大、加工硬化强烈、易开裂,导致TC4合金管材制备难度大[17]。张永强等[18]对TC4合金管材热挤压成形工艺进行了探索。控制挤压比在3~10、挤压速度在50~120m/s，选用玻璃粉润滑剂，成功制备出了合格的直径x壁厚为47mmx3mm的TC4管坯，这为TC4钛管的工业化生产提供了可行的工艺。目前，热挤压也应用在TC2(Ti-4Al-1.5Mn)、Gr.38(Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-0.25O)、TC11(Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)、Ti-6Al-3Mo-2Zr-2Fe等α+β型钛合金管坯的制备上[19-22]。然而由于我国对高强度钛合金管材加工工艺的研究起步较晚，目前对热挤压制备高强β钛合金管坯的研究鲜有报道。孙花梅等[23]对Ti-B25合金管材的热挤压成形进行了数值模拟，并在应变速率为0.1s和变形温度为900℃时成功挤出了表面质量良好的Φ62mmx12mm的Ti-B25合金管坯。戚运莲等[24]则在2500t卧式挤压机中将Φ105mm的Ti-1300合金锻棒分别在820℃和920℃下挤出了Φ45 mm36 mm的管坯，并发现在两相区挤压得到的管坯综合力学性能比在单相区挤压得到的好，管坯抗拉强度和延伸率分别可达到1300MPa和15%，具有良好的强塑性匹配。

热挤压通常需要在合金相变点之下进行，以保证合金的塑性，从而使挤压顺利进行，热挤压过程中变形量大，可制备壁厚较薄且均匀的管坯，适用于所有类型钛合金管坯的制备。但是热挤压需要在大吨位挤压机中进行，设备投资大，挤压坯料还需要进行掏孔、包套、润滑等处理，材料利用率低，这些因素使得挤压成本高。

2.2斜轧穿孔

斜轧穿孔是将实心圆坯在倾斜布置的轧辊带动下旋转前进，通过顶头穿制成毛管的加工方法25]，过程如图3所示[26]。斜轧穿孔可分为两辊斜轧穿孔和三辊斜轧穿孔，两辊斜轧穿孔技术已经比较成熟，但制备的钛管坯内外表面易出现缺陷，尺寸精度差，从而无法制备高质量的管坯;而基于两辊斜轧穿孔发展起来的三辊斜轧弥补了两辊斜轧的不足，可制备直径和壁厚之比大于10的薄壁管坯，并可提高生产效率，但在实际生产过程中经常出现轧卡的问题[27]。在斜轧穿孔过程中，温度和变形量是影响管坯表面质量的主要因素，制备的管坯质量直接影响着后续的加工工序，进而影响最终成品的质量。

目前工业生产钛管坯虽然主要采用挤压，但是斜轧穿孔因相对挤压有一定的成本优势从而也逐渐得到了应用。马小菊等[28]使用两辊斜轧穿孔机将Φ73mm纯钛(Gr.2)棒坯在β相区一火穿成Φ75 mmx8 mm的管坯，但管坯内表面粗糙，存在细小微裂纹，进一步在两辊轧制成品管时将镗孔设计在中间轧制过程中并且使相对减壁量与相对减径量的比值(Q值)小于1.877，不但可以有效去除内表面微裂纹，还能保证成品管质量。

对于α型钛合金，由于是密排六方结构，滑移系少，对称性差，导致较难成形。因此斜轧穿孔时选择合适的穿孔温度非常重要，温度偏低时材料变形抗力大，穿制的管坯偏心较大，甚至容易出现轧卡现象而不能穿透管坯;而温度偏高时管坯的显微组织通常是塑性较差的魏氏组织，性能不均匀，导致管坯内表面质量差[29,30]。苏航标等[31]在高于Ti-75(Ti-3Al-2Mo-2Zr)合金相变点50℃时采用斜轧穿孔制备了直径大于130mm的Ti-75合金管坯，该管坯延伸率高达20%，具有良好的塑性，直接进行冷扩后，制得的管材表面良好且壁厚尺寸偏差小，可满足生产需求。目前国内制备TA18合金无缝管普遍采用挤压-轧制工艺，为了简化管坯制备流程，提高成材率和降低成本，李永林等[32]提出了采用三辊斜轧穿孔制备TA18合金管坯，将Φ85mm TA18合金棒坯一火穿制成了94mmx12mm管坯，管坯经过700℃/1h/FC退火后室温拉伸性能良好，可进行后续轧制。工业应用的钛合金无缝管通常是将熔炼的钛合金铸坯先经过多火次锻造再进行管坯的制备，而张浩泽等[33]对500mm的TA31(Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo)合金铸坯直接两辊斜轧穿孔制备了538mmx30mm的大口径无缝管，与传统工序相比，其流程短、成本低，制备的管材也满足使用要求，是生产大规格钛管可采取的方法。

目前斜轧穿孔制备α+β型钛合金管坯的报道主要集中在TC4合金。TC4合金无缝管的制备通常采用挤压-机加工、挤压-冷轧-退火等工艺，但肖雅静等[34]使用两辊斜轧穿孔机将100mm的TC4棒坯一火穿制出了Φ102mmx 11mm的TC4管坯，管坯表面质量好且尺寸公差小，其组织虽然是塑性较差的魏氏组织，但是由于变形量大，片状a较细且没有明显的晶界a，β晶粒也较小，因此管坯仍然具有较好的综合性能。余伟等[35]也采用热穿轧工艺将Φ180mm的TC4圆坯制备成Φ160mmx8mm的大口无缝管坯，管坯外径壁厚比高达20，相比于传统工艺所制备的钛管长度多在10m以内，该方法制备的单根钛管长度可达12m，具有明显的优势。热穿轧工艺制备的TC4管材组织虽由魏氏组织和少量网篮组织组成，但延伸率仍可达16%以上。虽然斜轧穿孔具有材料利用率高、流程短和能耗低等优点，然而，斜轧穿孔制备TC4管坯经常出现后卡现象，且魏氏组织塑韧性差，不利于管坯后续的加工，为此，研究人员通过大量的有限元模拟得到了可避免后卡现象发生并能获得具有理想双态组织的TC4管坯的斜轧穿孔工艺参数[36-38]。目前在斜轧穿孔制备β钛合金管坯的研究中，赵恒章等[39]针对Ti-26-(Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn-1Nb-1Zr)合金进行了斜轧穿孔制备管坯试验。在此之前，西北有色金属研究院对Ti-26进行了管材挤压试验，但由于润滑效果不好等原因使得挤压过程中经常出现挤压针断裂、闷车等问题，导致难以正常挤压。进一步采用斜轧穿孔法，将106mm的Ti-26棒坯在1050℃下一火穿制成了质量良好的Φ108mmx 10mm管坯，并且该管坯不用热处理便可直接进行轧制。西北有色金属研究院对该管坯直接开坯轧制成功轧出了管材，这为斜轧穿孔制备高强钛合金管坯提供了一定的参考。

相比热挤压，斜轧穿孔不需要包套、润滑等，设备投入少，材料利用率高，具有高效、短流程、低成本的优势。但是斜轧穿孔穿轧温度高，对坯料要求严格，坯料需具备良好的塑性。另外，斜轧穿孔不能制备壁厚较薄的钛合金管坯，制备的管坯壁厚通常大于10mm，壁厚均匀度相对于热挤压制备的稍差，长度也受到限制。

2.3轧制

轧制是将管坯经辊轧管机辊压轧制成一定规格的管材，轧制过程如图4所示[40]。轧制按锭坯温度的不同可分为冷轧、温轧、热轧;按轧机所具有的轧辊、轧槽的结构形式不同可分为两辊轧制和多辊轧制，两辊轧制多用于开坯，多辊轧制则用于定径和精整，通常情况下两者会结合使用[41]。变形量、Q值、轧制道次、送进量等是轧制过程中的主要工艺参数。

轧制是制备精密、薄壁钛管的主要方法。工业纯钛TA2因塑性好可通过不同的加工工艺制备成各种规格的管材。邢健等[42]将包套挤压得到的45mmx5.5mm TA2管坯分别通过轧制和轧制-拉拔2种工艺加工成Φ12mmx1.25mm成品管材，对比发现采用轧制-拉拔工艺制备的TA2管材的工艺性能、力学性能(表1)和内表面质量(图5)均优于通过轧制工艺制备的TA2管材。因此，不同加工工艺得到的管材性能、质量会有所差异，在实际生产中需进行综合考虑选择合适的加工工艺。 

表1 2种不同加工工艺制备的TA2管材的力学性能[42]

Table 1 Mechanical properties of TA2 pipes produced by two different processes[42]

Notes:Rm represents tensile strength, Rp0.2 represents yield strength, A represents elongation

轧制在制备近α型钛管中也运用得比较多。其中，TA18合金由于具有良好的比强度、冷加工成形性能以及室温和高温强度，得到了广泛的应用[43,44]，是近α型轧制钛管中运用最多的一种。目前有大量文献对TA18钛管的冷轧工艺进行了研究报道[45-48]。此外，冷轧同样也适用于TA16(Ti-2Al-2.5Zr)、TA22(Ti-3Al-1Mo-1Zr-0.6N)、TA36(Ti-1Al-1.2Fe)、Gr.9(Ti-3Al-2.5V)、Gr12(Ti-0.7Ni-0.2Mo)、CT20(Ti-Al-Zr-Mo系)等近α型钛管的制备[49-55]。TC2、TC4等α+β型合金由于冷变形能力不佳，管材冷轧加工困难，目前主要采用热加工方式生产。羊玉兰等[56]对TC2钛管两辊温轧开坯、多辊冷轧出成品的轧制工艺进行了研究，控制温轧和冷轧道次变形量在40%和30%、温轧温度在550~650℃、退火温度在850~900℃时，可轧制出各项性能指标满足技术标准要求的TC2钛管。李凯玥[41]也对斜轧穿孔制备的壁厚为5.5mm的TC4管坯进行了冷轧工艺的探索，发现当Q值在0.02~1.31时可以通过轧制得到表面质量良好的管材。李宝霞等[57]采用斜轧穿孔+热轧制备出了表面质量好、尺寸精度高的Φ560mmx25mm大规格TC4无缝管材，该工艺和挤压+机加相比，可节约80%坯料，生产效率也得到了提高。

跟α+β型钛合金一样，目前关于采用轧制制备β型钛合金管材的报道也比较少。高莹等[58]采用斜轧穿孔+冷轧工艺成功将截面为55mmx55mm的TB2合金棒材制备成了43mmx8mm薄壁管。薛海龙[59]根据有限元模拟优化后的工艺参数进行实际轧制，成功制备了壁厚均匀、表面光滑的Ti-5563合金成品管材。车永平[60]采用冷轧的方法对8.0mmx1.0mm的Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn(TLM)合金管坯进行多道次中间轧制，结合中间退火，控制变形量在较低的范围内，成功制备出了规格为4.0mm0.3mm的TLM合金细径薄壁管材。

对于钛合金无缝管坯的轧制加工技术，目前低合金化、低强度的钛合金均采用冷轧，而中、高强钛合金虽有采用温轧和热轧的报道，但主要也还是采用冷轧。轧制既可减径又可减壁，相比挤压或锻造等方法制备的钛管，轧制制备的钛管表面质量及尺寸精度更高，该方法适用于各种规格的小直径薄壁管的加工，且制得的成品管材长度受限较小，生产效率高，适合大批量生产[61]

2.4旋压

旋压是旋轮从端头开始旋转挤压被顶杆固定于旋压机模具上的管坯，使其逐点连续发生塑性变形成为所需空心零件的先进加工方法[62]，旋压过程如图6所示[63]。旋压工艺按坯料变形程度不同可分为普通旋压和强力旋压;按旋轮进给方向与坯料流动方向的不同关系可分为正旋和反旋;按旋压时成形温度不同可以分为冷旋和热旋[64,65]。旋压的主要工艺参数包括旋压速度、旋压温度、进给速度、减薄率、旋轮角等。

旋压一般用来制造长度较小但直径与壁厚比值相当大的超薄钛合金无缝管(筒形件)[66]。目前对于采用旋压制备纯钛管材，Zhang等[67]提出了旋压-超声表面滚压复合成形制造高性能纯钛薄壁管的方法(图7)，这一方法使材料表面形成梯度纳米结构，降低了管材表面粗糙度，实现了良好的强度-塑性协同效应。TA15合金是近α型钛合金中采用旋压法制备管材最多的一种，有大量文献对TA15合金薄壁管材热旋成形技术进行了研究[68-70]，发现TA15合金薄壁筒形件热旋成形的关键是保证金属旋压时变形流动的均匀性，这又直接受热旋加热方式、旋压工艺参数和成形模具等因素的影响，并且大型薄壁筒形件的热旋与小筒形件的热旋在工艺上还存在较大的差别，成形难度要大得多。此外，郭靖71]对TA15合金薄壁筒形构件轧制-旋压连续成形进行了研究，轧制-旋压连续成形(图8)[72]是融合了环轧和旋压技术优势的一种薄壁筒形件的先进成形技术。通过研究获得了TA15合金薄壁筒形构件轧制-旋压成形的最优工艺参数:旋压温度为850℃、4旋压道次、旋轮进给比为1.5mm/r、旋轮圆角半径为25mm。此工艺制备的TA15合金管材的成形极限可提高到86.7%，减薄率大大增加的同时还避免了缺陷的产生。这为提高钛合金薄壁筒形件轧制-旋压连续成形极限奠定了重要基础。张富平等[73]对TA16合金变径管的滚珠旋压成形工艺进行了研究，当旋压临界工作角为20°、旋轮进给比为0.08~0.15mm/r时，成功将Φ8mm1.5mmTA16钛合金管坯加工成了表面质量良好的Φ7.85mm2.85mm变径管。α+β型钛合金薄壁管材的旋压成形研究主要集中于TC4合金。TC4合金热导率低，对变形温度十分敏感，使得该合金薄壁管材的热旋成形难度很大;同时，TC4合金室温下加工硬化强烈，易开裂，这也造成其冷旋成形非常困难。汪发春等[74]对TC4合金薄壁筒形件开展热旋成形工艺及优化研究，在加热温度为600~750℃、旋轮进给比为0.8~1.2mm/r、道次减薄率在20%~30%时可稳定旋压成形TC4合金薄壁筒形件。胡宗式[75]则对TC4合金管材的冷旋成形工艺进行了研究，发现选择合适的旋轮，控制转速在320r/s进给比在0.2~1.2mm/r，并使用大量的机油进行冷却和润滑，可成功冷旋制备TC4合金管材。为了提高旋压钛合金管材的环向强度，Yang等[76]提出了一种新的管材旋压成形方法-交叉旋压(图9)，与传统单向旋压制备的TC4钛管相比，交叉旋压制备的TC4钛管的轴向强度略微增加的同时环向强度显著提高。这为提高钛合金管材的环向强度提供了一种有效的方法。

旋压制备β型钛合金管材也有一些报道，目前已经进行了TB6(Ti-10V-2Fe-3Al)合金旋压成形筒形件的数值模拟[77];也进行了Ti55531(Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-1Zr)合金一定变形条件下简形件热旋压成形的可行性实验研究。为了解决Ti-1300合金筒形件成形难题和提高铸造管坯的力学性能，杨延涛等[79]探索了Ti-1300合金筒形件的旋压成形工艺，发现在800~900℃旋压能避免旋压缺陷的产生，开坯旋压采用0.5~0.8mm/r的小进给比，终道次旋压采用1.2~2.0mm/r的大进给比，开坯旋压道次减薄率不超过30%，可旋压成形高质量的Ti-1300合金筒形件。Xu等[80]则借助McClintock模型预测和实际实验发现，旋压制备Ti-15-3(Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al)合金管材时，减薄率较低(18%)或较高(42.3%)时都会使管材内表面产生裂纹，但采用中等减薄率(27%~33%)且在旋压道次间进行固溶处理时，可成功避免Ti-15-3合金管材旋压过程中裂纹的产生。

旋压成形技术已成为加工薄壁空心钛合金回转体零件的首选方法[78]。基于旋压制备钛管过程中采用较小的旋压力就可获得很大的变形应力，有利于薄壁钛合金无缝管的制备[61]。也正是这个特点，相比通过轧制、锻造工艺制备的钛管，采用旋压方法制备的钛管表面光洁度更高，尺寸公差更小。然而，采用旋压制备钛管生产率较低，劳动强度大，不适于大批量生产。

2.5特种锻造

特种锻造是管坯在锻压机械的作用下产生塑性变形从而获得一定形状和尺寸的管材，是一种少切削、材料利用率高的管材制备方法 [81,82]。其中，径向锻造(图10) [82]和旋转锻造(图11)[83]是钛管制备中用得比较多的2种锻造方法。目前特种锻造方法在TC4钛管制备中报道得较多。熊庆华等[84]采用DEFORM模拟分析了TC4管材径向锻造成形工艺并得到了优化的成形工艺参数。谢仁沛等[81]通过进一步的实际实验探究了TC4厚壁管的径向锻造工艺，发现径向锻造制备的TC4厚壁管成品率高、表面质量好，与挤压制备的厚壁管相比，组织更细、综合力学性能(表2)也更好[81]。值得注意的是，径向锻造可使管材壁厚增加和长度延伸，而且也能提高管材强度，但是随着径向锻造加工率的增加，内壁起皱量随之增大，同时壁厚均匀性变差[85]。此外，Yuan等[86]通过研究发现，使用冷旋锻可以制备晶粒细化和具有较强径向织构的薄壁TC4无缝管材。在冷旋锻过程中，随着横截面变形量的增加，管材的晶粒细化程度增加，冷旋锻后的管材具有良好的强度和塑性，抗拉强度和延伸率分别可达到1251 MPa和12.2%。

表22种不同加工工艺制备的TC4合金厚壁管经750℃/1h热处理后的力学性能[81]

Table 2 Mechanical properties of TC4 alloy thick-wall pipe pre-pared by two different processes after heat treatment at 750℃ for 1 hour[81]

Note: Z represents reduction of area

特种锻造在制备钛管过程中不仅能有效细化晶粒，还能使残余应力均匀化，显著提高钛管的力学性能[87]。该制备方法既能制备大规格厚壁钛管，又能制备小规格薄壁钛管，但相比轧制、旋压制备的管材，特种锻造制备的管材表面质量及尺寸公差较差。

3、钛合金无缝管的其他制备方法

根据目前已报道的制备钛合金无缝管材的文献，以上几种制备钛合金无缝管材的方法、可加工的钛合金材料种类以及可加工的管材规格分别如图12和表3[10,16,28,57,60,70,73,75,81,88-98]所示。由图12可以看出，目前在制备钛合金无缝管坯时主要还是采用挤压多一些，而管坯的后续加工则大部分采用轧制。对于纯钛、α型和a+β型钛合金无缝管的制备，这几种方法均适用，而对于β型钛合金无缝管，目前尚未有采用特种锻造制备的报道。此外，由表3可知，挤压、斜轧穿孔、轧制等方法既可制备小规格钛合金无缝管，又能制备大规格钛合金无缝管。其中，相对于其他几种方法而言，旋压制备的管材长度和壁厚相对较小。这些方法能制备多大规格的管材主要还是依赖于加工设备的规格。在实际制备钛合金无缝管时，需综合考虑材料特性、管材产品质量和性能要求、加工成本等因素选择合适的制备方法。

表3钛合金无缝管材制备方法可加工的管材规格

Table 3 The pipe specifications processed by the different preparation technologies of titanium alloy seamless pipes

除了以上几种传统、常用的钛合金无缝管材的制备方法外，近年来，在国家相关项目的支持下，相关科研单位通过参考钢管的连轧工艺及设备，提出了“斜轧穿孔+热连轧+定径轧”一步法连续制备中大口径厚壁钛合金无缝管这一新的方法。西北有色金属研究院使用该方法制备出了TC4、TC18(Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe)等合金的中大口径厚壁钛管，管材单根长度可达25m以上，综合成本降低40%，管材不同位置的尺寸精度、组织性能完全满足相应的使用标准[4,95]。虽然该技术已经取得突破，但由于目前钛合金应用市场对尺寸固定单一的厚壁钛管需求不足从而无法实现工业化生产。然而，该技术具备低成本、短流程、高效的优势，未来有很大潜力成为钛合金厚壁管材制备的主流工艺。

王长江[99]也提出了一种短流程低成本制备高强韧钛合金无缝管的新方法，采用电子束枪或者等离子枪融化原材料直接生产管坯，避免了传统的熔炼、锻造、穿孔等工序，然后进行3次径向锻造改良管坯的组织，再依次通过双重退火和机加工得到合格的成品管。相比于传统无缝管材制备技术，该方法加工周期大大缩短，材料利用率高，使得加工成本大大降低，有利于工业化生产，有望实现高强韧钛合金无缝管的批量生产。

4、结语

钛合金无缝管因其优异的综合性能而在航空航天、船舶、石油化工等领域得到重要应用。挤压和斜轧穿孔是制备钛合金管坯最重要的2种方法，而轧制、旋压、特种锻造是管坯进一步加工成成品管材最常用的几种方法。斜轧穿孔虽然成本低，但是由于对坯料要求严格，穿轧温度高，适用的合金类型较挤压少，所以目前还是采用挤压制备钛合金管坯多些。轧制既可减径又可减壁，成品管材长度受限较小，可生产各种规格小直径薄壁钛合金无缝管;旋压则一般用来制造长度较小但直径与壁厚比值相当大的超薄钛合金无缝管;特种锻造既能制备大规格厚壁钛合金无缝管，又能制备小规格薄壁钛合金无缝管，但管材表面质量及尺寸公差相比轧制、旋压制备的管材要差。近年来，我国相关科研单位也在不断探索可高效、短流程、低成本制备钛合金无缝管的新方法。

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（注，原文标题：钛合金无缝管制备技术研究现状与进展）

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