钛合金无缝管生产工艺?

在工业领域，钛合金无缝管凭借其优异的耐腐蚀、高强度等特性，被广泛应用于航空航天、化工、医疗等关键领域。但你知道一根合格的钛合金无缝管，要经过哪些复杂工艺才能诞生吗？今天就带大家深入拆解钛合金无缝管的生产流程，看看从管坯制造到轧制加工，都藏着哪些技术细节。

一、先搞懂分类：无缝管与焊接管，大口径与小口径

首先得明确一个基础概念：根据生产方式，钛合金管材分为无缝管和焊接管两大类，我们今天聚焦的是无缝管。
而钛合金无缝管又按管径划分：

•     • 大口径无缝管：公称直径大于200mm；
•     • 小口径无缝管：公称直径小于等于200mm。
  不同口径的无缝管，从源头的管坯生产开始，工艺选择就大不相同。

二、管坯制造：两种核心工艺的“优劣势对决”

管坯是钛合金无缝管的“雏形”，生产方式主要有穿孔挤压法和斜轧穿孔法，二者各有侧重，适用场景也截然不同。

1. 穿孔挤压法：灵活但“成本高”

简单来说，这种方法是将加热到特定温度的钛锭，在挤压缸中通过润滑直接挤压成中空杯体。它的优势很突出：

•      • 灵活性强：能生产各种规格的管坯，不受限于单一尺寸；
•      • 性能更优：挤压时变形量大，可破碎晶粒实现“细晶强化”，还能借助三向应力，将塑性较差的金属制成管坯。

但缺点也很明显：

金属消耗量高、模具损耗大，而且设备复杂、投资成本高，产品表面质量还难保证。

不过穿孔挤压法还分“正向挤压”和“反向挤压”：对于直径大、变形抗力强的管材，更适合用反向挤压。有研究（K∙Srinivasan 等）验证，开式模具反向挤压比正向挤压更省力，还能减少润滑剂消耗、提升钛管表面质量，唯一不足是只适合制造较短的管件。

2. 斜轧穿孔法：经济但“灵活性差”

与穿孔挤压法不同，斜轧穿孔是用轧辊和固定导板，让钛合金棒坯快速通过固定顶头，从而得到无缝管坯。它的核心优势是“性价比高”：

•      • 成本低：金属和模具损耗小，设备简单、投资少，生产成本仅为穿孔挤压法的50%-70%；
•      • 易操作：对润滑条件要求低，还能保证产品表面质量。

但局限性也很明确：生产的管坯规格单一，灵活性差，而且变形量低，没法生产壁厚较薄的管坯。

简单总结两种工艺的差异，一张表就能看明白： 

三、轧制：无缝管成形的“关键一步”

管坯做好后，必须经过“轧制”才能成为合格的钛合金无缝管。根据轧制条件，分为热轧和冷轧，而冷轧又因轧机不同细分，工艺选择直接影响管材的精度和质量。

1. 热轧 vs 冷轧：精度与成本的权衡

•      • 热轧：在“再结晶温度以下”对管坯轧制，缺点很明显——对轧机孔型、轧辊损耗大，而且尺寸精度差，现在已不是主流选择。
•      • 冷轧：在“室温状态”下轧制，尺寸精度远高于热轧，是目前生产钛合金无缝管的“优选方案”。

2. 冷轧细分：两辊式 vs 三辊式

冷轧的核心差异在轧机，两种轧机各有优劣：

四、工艺参数：决定管材性能的“隐形密码”

轧制时的参数设置，直接影响钛合金无缝管的强度、塑性、表面质量，核心参数有3个：

1. 变形量：强度与塑性的“调节器”

变形量会影响轧制力、表面质量、组织性能。有研究（戚运莲等）针对Ti-1300钛合金管材发现：当冷轧变形量从20%增加到30%时，

•      • 抗拉强度：从1207.5MPa提升至1223.5MPa；
•      • 延伸率：从12.75%提升至13.25%；
  可见合理提升变形量，能同时优化强度和塑性。

2. 送进量：效率与质量的“平衡杆”

送进量太小，生产效率低；送进量太大，管材容易出现飞边、椭圆、壁厚不均匀等缺陷，严重影响质量，必须精准控制。

3. 轧制道次：均匀性与成本的“博弈”

很少能通过“一道次”轧出目标规格的管材，通常需要多道次轧制。

•     • 优势：减少每道次变形量，让管材壁厚更均匀；
•     • 劣势：道次过多会增加生产成本，且轧制中产生的夹杂物会损害表面质量。
  所以道次数量需要根据管材规格和质量要求，找到“均匀性”与“成本”的平衡点。