热挤压工艺是利用挤压机上挤压杆传递的高压对封闭在挤压筒中的坏料进行挤压成形为与模具形状相同的制品的一种先进塑性加工方法（常见属热挤压过程如图1所示）。其具有提高金属的变形能力、制品综合质量高、产品范围广等优点及钛合金属是难变形金属，又价格昂贵因此热挤压工艺对生产大規格、厚壁或高要求钛管、钛棒、钛型材（以下简称钛挤压材）而言是最有发展前途的生产方法。

图1  钢材热挤压过程简图

一、钛材热挤压荿形技术的发展

钛是一种高活性金属不仅在空气中加热极易污染，而且在一定的温度、压力和表面状态下具有和模具粘结的特性钛的導热性差，热挤压时坯料表层与中心易产生较大温差促使金属流动不均匀性加剧，这样表面层就产生较大的附加拉应力在制品表面易形成裂纹。严重时在挤压棒材及管材上可能产生大的中心挤压缩孔。同时挤压钛及钛合金时热效应显著，不合适的挤压工艺对挤压品組织和性能有副作用钛的弹性模量低，回弹严重成型困难。因此钛合金挤压变形过程比合金、合金等其它有色金属挤压变形过程更为複杂钛材热挤压工艺过程根据坯料是否包套有所区别，其主要工艺流程如图2所示钛材热挤压技术发展至今，中外相关技术人员围绕提高钛挤压材质量和成材率、降低生产成本在坯料制备、坯料加热温度、挤压比、挤压速度、润滑及挤压模具等方面做了大量研究探索工作

图2  钛材热挤压工艺流程

（一）钛挤压坯锭的制备

钛及钛合金的挤压坯传统制造工艺一般是真空电弧熔炼铸锭经锻造或轧制成毛坯，然后經切削加工或热压力穿孔制成尺寸和表面质量符合要求的光坯不经热穿孔直接挤压，荒管质量好但成材率低。为提高钛挤压材的综合荿材率研究冶炼直接挤压的空心铸锭工艺是未来挤压钛材实现规模化生产一个发展方向。乌克兰E.O.Paton电焊研究所已研究出通过电子束冷床熔煉大型空心锭目前，宝钛、宝钢特钢已引进等离子、电子束冷床炉下一步应积极研究冶炼可直接挤压的空心铸锭工艺。

（二）钛挤压坯锭的加热

钛在空气中加热时易被气体污染所以挤压坯锭加热时必须设法保护金属表面不受或少受气体污染。挤压坯锭的加热按其保护方法可分为包套加热、涂层加热、盐浴加热、玻璃熔体加热和常规加热等目前，一般用感应加热在制定加热工艺时，为了便于在最小嘚压力下实现快速挤压应在能保证产品具有良好力学性能下用尽可能高的温度进行挤压。例如：对于工业纯钛即使挤压温度高达1038℃，對其力学性能也无明显的影响目前纯钛、α型及α＋β型钛合金通常在低于合金的α＋β／β相变温度20℃～100℃挤压。β型钛合金通常

采用高於相变温度挤压

挤压加工中，变形程度一般用挤压比（λ）表示。为了改善制品的组织和性能，很多文献都认为，挤压钛及其合金时应该采用较大的挤压比，其实，钛的挤压比相对较小，一般小于30研究表明：TC4钛合金在两相区加热，采用3～10的挤压比可得到综合性能良好的產品；而用相同温度加热，用28的挤压比时由于变形热效应而使温度升高到α＋β／β相变温度以上，使产品出现网状组织材料综合性能變差。除考虑金属本身特点以外还必须考虑设备能力和工模具的强度因素。同时挤压比还受钛的润滑方式影响。一般采用玻璃润滑选鼡的挤压比包套挤压小

（四）钛挤压速度的范围

与挤压温度、挤压比一样，挤压速度不仅影响挤压件的性能和表面质量还影响挤压力。挤压时可达到的实际挤压轴速度根据钛合金成分、挤压温度和挤压比而变化一般选用80～130毫米／秒中等速度挤压。速度对挤压的热效应嘚影响可用来保持挤压件的温度恒定据国外文献报道，挤压速度级根据挤压件挤出的温度变化进行校正温度用精密记录。通过温度信息反馈调节挤压速度。此外还可通过理论模拟－程序控制挤压速度。通过计算机预先计算出温升规律根据不同的产品，选择相应的程序进行等温挤压

（五）钛挤压润滑剂的选用

润滑问题是国内外钛及钛合金热挤压技术的一个难点，也是一个研究热点目前，使用的潤滑剂主要有润滑脂、玻璃润滑剂和金属包覆三种类型

润滑脂一般为加有稠化剂的矿物油。用润滑脂润滑剂方便、实用可以挤出表面質量优良的钛材，但往往挤压制品的长度受到限制挤压型材的最大长度限于3～4.5米。长挤压材末端易出现粘结缺陷现在该方法多为小批量生产或与下面两种方法连用。

玻璃润滑挤压是目前世界上最先进的润滑工艺自1941年发明至今已得到广泛应用。与其它润滑材料相比玻璃润滑剂具有导热系数低，隔热性能好高温附着性能好，耐压能力高化学性能稳定性好，与金属不起反应能防止金属被气体污染等優点。因此它是最具有发展潜力的润滑材料。目前世界上普遍采用玻璃润滑挤压。我国虽然也很早开展玻璃润滑剂的研究但还未达箌工业化应用水平。

钛及钛合金热挤压还可以采用金属包覆润滑主要是在坯料外面包覆铜、软钢或其它金属，也可喷涂铜采用铜包覆擠压，当金属加热温度超过850℃时在钛与铜的界面上会生成一种Ti－Cu共晶组织，该组织为脆性物质不仅起不到润滑的作用，反而会破坏正瑺的挤压因此，该方法一般只限于纯钛挤压此外，金属包覆挤压工序复杂成本高，酸洗过程环境污染严重

（六）钛挤压工模具的使用

与挤压其它金属一样，挤压钛管材时一般用平面模具为提高模具的使用寿命和改善润滑条件，模具一般预热到300℃～400℃正常情况下烸副挤压模的使用寿命在20次左右。模具材料和加工成本非常高因此为降低钛挤压材的加工成本必须对模具材料和模具结构进行研究。对於型材挤压为提高薄壁型材尺寸精度和工模具耐磨性，俄罗斯轻合金研究院曾研究在挤压模具工作表面用气体火焰法和等离子法涂敷了鈈同金属的碳化物和氧化物涂层结果表明普通工具钢上涂敷0.05～0.1毫米厚的底层，再以等离子法涂敷二氧化涂层的模具性能最佳制出了断媔单元厚度为2毫米，公差为0.5毫米的高强钛合金型材采用带陶瓷涂层的模具配合使用玻璃润滑剂，成为了成批生产是薄壁型材的一个重要洇素

表  钛及钛合金棒材的挤压参数

需要指出的是，钛及钛合金优质产品的挤压要求在保持工具有满意寿命的条件下制定正确的生产工藝，即要求温度、挤压速度、挤压比及润滑方式的配合上表列举了典型钢种挤压棒材的参数。

二、钛挤压材的生产与应用

20世纪50年代伴隨着钛开始工业化生产，热挤压成形技术在钛材生产中得以快速应用和发展经过几十年的发展，俄罗斯、美国、英国等国家用挤压法除叻可以生产钛及钛合金管、棒材以外还可挤压种类繁多的钛及钛合金型材。这些型材不仅是角材、丁字形材、槽形管材还包括各种各樣的异型材、变断面型材，甚至尺寸公差表面质量达到可不进行机械加工的程度。

俄罗斯的钛合金的试验工作始于1953年在上世纪60年代为迅速发展的航空技术提供各种各样的薄壁型材、翼翅型材、空心型材、大型型材和壁板等。自此俄罗斯钛挤压型材技术处于世界先进水平其生产的钛合金牌号达十几种，规格达两千多种例如：生产的OT4、OT4－1、BT20、BT14、BT15合金薄壁型材，其腹板厚度为1.5～5毫米腹板厚度公差为0.5毫米。俄罗斯上萨尔达冶金联合生产企业（VSMPO）挤压管、棒和型材除国内使用外也大量出口美国和欧洲飞机制造和供应厂家。除航空航天外VSMPO公司生产的含Pd，Ru的合金Ti－6Al－4V合金管还用于了开采

美国的大直径钛合金挤压管生产居世界领先水平。美国将直径(48～610)毫米×26毫米×2600毫米的Ti－6Al－4V－Ru合金管用做、海上钻井管道美国RMI公司生产的直径650毫米×(22～25)毫米×35000毫米超长Ti－3Al－2.5V－Ru合金管用于海底石油开采。此外在挪威北海钻井支撑平台立管用的是直径600毫米×25毫米×15000毫米的Ti－6Al－4V ELI合金管。国际上对钛型管的研发比较迟缓只有美国Titanium Sports Technology公司采用挤压和拉伸法，生产出正方形、长方形、三角形、椭圆形、五角形、六角形和八角形等多种形状的型管成为世界上唯一一家生产钛型管的公司。目前钛型管的应鼡还不够广泛用量不大，但在建筑、体育休闲及特殊工程等领域存在较大的潜在市场。

我国钛及钛合金挤压生产开始于20世纪60年代末當时，宝钛公司和长城钢厂分别从德国引进了一台3150吨可挤压钛合金的热挤压机经过近40年发展，宝钛公司可挤压钛及钛合金的各种规格的管、棒材及简单断面的型材及复合材牌号达几十种。这些产品已广泛应用于航空、航天、卫星以及能源、化工等国民经济的各个部门泹是还应该看到，我国与先进国家相比还存在较大差距，较复杂断面的型材还不能生产近几年，随着化工等民用领域对高质量钛管需求剧增西部钛业、浙江五环等公司先后引进了主要用于挤压钛管的挤压机。2009年10月宝钢特钢从德国引进的世界先进水平的6000T挤压机投产（洳图3），为我国生产大规格钛管和型材提供了必需的装备标志着我国钛材挤压设备上了一个新台阶。

我国钛热挤压技术发展缓慢和国外存在较大差距。开发有竞争力的钛挤压材提高我国钛挤压材整体水平，建议应首先从以下四个方面着手解决：

（一）利用冷床炉进行涳心铸锭管坯的研究如前所述，按照目前的管坯制造方法已不适应建设资源节约型社会的发展要求，为此要积极开展冷床炉冶炼空心管坯工艺研究简化工序，降低成本提高市场竞争力，势在必行

（二）高温润滑剂的研究。润滑剂对于热挤压成形产品质量和生产成夲有着重要影响因此，研究适合于不同材料的润滑剂以提高产品的综合质量，减轻模具磨损是目前迫切需要解决的问题

（三）模具材料和模具结构设计研究。热挤压时模具承受高温高压和强摩擦复合作用，严重影响了模具的使用寿命、产品的质量和生产成本因此，对模具材料和模具结构设计方法研究也是今后需要解决的问题之一。

（四）积极开拓钛挤压材市场钛挤压材将在飞机制造、海洋工程、体育休闲等行业有非常大的需求潜力。现在钛挤压材生产与设计应用单位结合并不紧密大家应共同努力提高我国钛挤压材整体水平。

冷拔（轧）无缝钢管：圆圆管坯→加热→穿孔→打头→退火→酸洗→涂油（镀铜）→多道次冷拔（冷轧）→坯管→热处理→矫直→水压试验（探伤）→标记→入库

热轧（挤压无缝钢管）：圆管坯→加热→穿孔→三辊斜轧、连轧或挤压→脱管→定径（或减径）→冷却→坯管→矫直→水压试验（或探伤）→標记→入库。

以下是两种钢管工艺流程的概述：

冷拔钢管用热轧钢卷为原料经酸洗去除氧化皮后进行冷连轧，其成品为轧硬卷由于连續冷变形引起的冷作硬化使轧硬卷的强度、硬度上升、韧塑指标下降，因此冲压性能将恶化只能用于简单变形的零件。轧硬卷可作为热鍍锌厂的原料因为热镀锌机组均设置有退火线。轧硬卷重一般在6~13.5吨钢卷内径为610mm。

一般冷连轧板、卷均应经过连续退火（CAPL机组）或罩式爐退火消除冷作硬化及轧制应力达到相应标准规定的力学性能指标。

冷轧钢板的表面质量、外观、尺寸精度均优于热轧板且其产品厚喥右轧薄至0.18mm左右，因此深受广大用户青睐以冷轧钢卷为基板进行产品的深加工，成为高附加值产品如电镀锌、热镀锌、耐指纹电镀锌、彩涂钢板卷及减振复合钢板、PVC复膜钢板等，使这些产品具有美观、高抗腐蚀等优良品质得到了广泛应用。冷轧钢卷经退火后必须进行精整包括切头、尾、切边、矫平、平整、重卷、或纵剪切板等。冷轧产品广泛应用于汽车制造、家电产品、仪表开关、建筑、办公家具等行业钢板捆包后的每包重量为3~5吨。平整分卷重一般为3~10吨/卷钢卷内径610mm。

热轧钢管用连铸板坯或初轧板坯作原料经步进式加热炉加热，高压水除鳞后进入粗轧机粗轧料经切头、尾、再进入精轧机，实施计算机控制轧制终轧后即经过层流冷却和卷取机卷取、成为直发卷。直发卷的头、尾往往呈舌状及鱼尾状厚度、宽度精度较差，边部常存在浪形、折边、塔形等缺陷其卷重较重、钢卷内径为760mm。(一般淛管行业喜欢使用)将直发卷经切头、切尾、切边及多道次的矫直、平整等精整线处理后，再切板或重卷即成为：热轧钢板、平整热轧鋼卷、纵切带等产品。热轧精整卷若经酸洗去除氧化皮并涂油后即成热轧酸洗板卷该产品有局部替代冷轧板的趋向，价格适中深受广夶用户喜爱。