钛棒专用退火炉技术方案

（炉膛净尺寸 4500 mm × 400 mm × 300 mm）

一、方案信息

标题：钛棒专用退火炉技术方案

型号/规格：STR-Ti4504/300

版本号/日期：V1.0 / 2025-10-01

编制：洛阳赛特瑞智能装备有限公司技术部

二、概述简介

本钛棒专退火炉为卧式、单室、强制循环保护气氛电阻炉，专用于 φ6 mm–80 mm、长度 ≤ 4300 mm 钛及钛合金棒的再结晶退火、去应力退火与双重退火。炉膛有效区温差 ≤ ±5 ℃，退火后钛棒表面光亮、无氧化、无氢脆，满足 GB/T 3620、QJ 1993A-2001、AMS 2801 等标准要求。

三、遵循标准

GB/T 10067.1-2019《电热装置基本技术条件》

GB/T 9452-2012《热处理炉有效加热区测定方法》

QJ 1993A-2001《航天用钛及钛合金热处理规范》

AMS 2801D《Titanium & Titanium Alloy Heat Treatment》

GB 5959.1-2005《电热装置安全》

四、用途

钛/钛合金棒材去应力退火、再结晶退火、双重退火

固溶处理前的组织均匀化

实验室或小批量多规格钛棒工艺验证

五、工作原理

炉膛在密闭惰性气氛（氩气/氦气）或低真空（≤7×10-2 Pa）下，由 Fe-Cr-Al-Mo 高温合金电阻带加热；大功率轴流风机驱动炉气循环，保证 均匀性；PID-SCR 控温系统按工艺曲线升温-保温-冷却；冷却阶段可充入循环氩气实现快速冷却，也可随炉缓冷，满足钛合金对冷却速率的敏感要求。

六、主要技术参数

1、设备中文名称：赛特瑞钛棒专用退火炉

2、设备英文名称：Titanium Rod Annealing Furnace

3、设备型号：STR-TiF4504/300

4、炉膛结构：卧式单室，前开门，强制循环气氛保护

5、炉膛净尺寸：4500 mm（L）× 400 mm（W）× 300 mm（H）

6、最大装载量：600 kg/炉（按 φ30 mm×4300 mm 计）

7、额定温度：900 ℃（极限 950 ℃，长期工作 ≤ 900 ℃）

8、常用工艺温度：600–850 ℃

9、炉温均匀性：≤ ±5 ℃（GB/T 9452 Ⅲ 类炉）

10、控温精度：±1 ℃

11、升温速率：空炉 5–15 ℃/min 可设；满载 ≥ 8 ℃/min

12、冷却方式：强制循环氩冷/随炉缓冷/真空冷却

13、加热功率：90 kW（分 3 区独立调功）

14、加热元件：0Cr27Al7Mo2 波纹电阻带，陶瓷挂钩固定

15、炉膛气氛：氩气/氦气，O2 ≤ 20 ppm，露点 ≤ 50 ℃

16、真空选项：7×10-2 Pa（机械泵+罗茨泵）

17、控温仪表：赛特瑞智能温控，30 段可编程

18、记录方式、智能温控一体机 + USB 导出

19、供电电源：380 V±10 %，50 Hz，三相五线

20、外形尺寸：约5500×1400×1700 mm（含控制柜）

21、设备重量：约 4.8 t

22、工作噪声：≤ 75 dB（1 m 处）

23、保护等级：IP54

七、可增选配置

高真空机组（扩散泵，1×10?3 Pa）

内胆 316L 不锈钢/钛板复合内胆

自动充/排气比例阀（氧探头闭环）

氢含量在线分析仪（去氢退火专用）

八、结构特点

1. 炉壳

全密封焊接，双层 8 mm Q235-R 钢板，中间通冷却水套，表面喷塑耐温 200 ℃。

2. 炉衬

多层轻质陶瓷纤维模块，厚度 250 mm；热面 1600 级，背衬 1260 级，确保外壁 ≤ 45 ℃。

3. 炉门

电动升降/手动铰链双选，梯形陶瓷纤维+耐火砖复合密封刀，硅胶充气圈二次密封；设观察窗（内层石英玻璃，外层防爆钢化）。

4. 加热区

三区分控，顶部+底部电阻带波浪布置，分区功率 30 kW；陶瓷挂件与壳体绝缘电阻 ≥ 10 MΩ。

5. 风机循环

7.5 kW 水冷轴流风机，叶轮 316L，转速 1450 rpm，风量 6500 m3/h；风道左右两侧+底部回风，形成“U”型循环，有效区温差 ≤ ±5 ℃。

6. 料架/导轨

可抽出式 304 方管框架，表面喷涂高温防粘铝层；配 6 条 2Cr13 耐高温滚轮，单根钛棒承重 50 kg 不变形。

7. 气氛/真空接口

进气口设双路：一路 Ar，一路 N2（吹扫备用）；出气带冷凝过滤器；真空系统带冷阱，防止油返炉。

8. 电控柜

独立落地式，设隔离开关、相序保护、急停、三色灯；SCR 调功，过零触发，谐波 ≤ 5 %。

九、标准配置清单

主机（炉体+炉门+密封件） 1 套

90 kW 加热带+陶瓷挂件 1 套

水冷风机+导风系统 1 套

控温仪表（含热电偶） 3 套

彩色无纸记录仪 1 台

氩气充/排气手动阀组 1 套

料架+滚轮导轨 1 套

操作手册+合格证+炉温均匀性报告 1 份

十、易损件与寿命

电阻带：≥ 8000 h，可单独更换

陶瓷挂件：≥ 3 年，脆性件，防碰撞

风机轴承（水冷）：≥ 1 年，定期加高温脂

炉门陶瓷纤维密封刀：≥ 2 年，轻微裂缝可修补

十一、售后质保

整机 12 个月，加热元件 6 个月（人为/操作不当除外）

终身提供技术支持与备件；故障 24 h 内响应，72 h 到场（国内）

质保期后仅收取材料成本费

十二、包装运输

控制柜、仪表、风机等木箱封闭，内部防震泡沫；

炉体缠绕拉伸膜+塑料护角，外覆防雨篷布，适合汽运/海运；

装卸采用叉车+吊带，严禁翻滚碰撞。

十三、使用环境要求

海拔 ≤ 1000 m，环境温度 5–40 ℃，相对湿度 ≤ 85 % RH

地面承重 ≥ 5 kN/m2，周围无导电粉尘、易燃气体

冷却水：压力 0.2–0.4 MPa，流量 ≥ 10 L/min，温度 ≤ 32 ℃

电源：三相 380 V±10 %，50 Hz，配置 160 A 空开，独立 PE 线

十四、使用注意事项（含加热元件）

首次烘炉：200 ℃×2 h → 400 ℃×2 h → 650 ℃×2 h，排除炉衬潮气。

严禁在空气炉内直接加热钛材；必须预抽真空或置换 Ar，O2 ≤ 20 ppm。

加热元件避免与卤素、低熔点金属（Zn、Pb、Cd）蒸气接触，防止脆断。

升/降温速率 ≤ 15 ℃/min，防止纤维衬开裂与元件热疲劳。

炉温高于 700 ℃ 时禁止打开炉门，避免烧伤与钛材氧化。

每月检查一次风机水冷管路，防止断水过热烧毁轴承。

停炉后保持微正压 Ar 保护，防止空气回吸产生粉尘。

十五、操作方法（SOP 级摘要）

上料：将钛棒轻放在料架，限位块对齐，单棒重量 ≤ 50 kg。

密封：关闭炉门→压紧手轮→充气检查密封圈无泄漏。

换气：抽真空至 ≤ 100 Pa → 充 Ar 至 0.06 MPa，重复 3 次；最终保持微正压 0.02–0.03 MPa。

编程：输入工艺曲线（示例：以 10 ℃/min 升至 800 ℃，保温 90 min，风机冷却至 300 ℃ 出炉）。

启动：依次开风机→加热→记录；观察仪表无超温报警。

冷却：保温结束自动关加热，风机高速运行；当炉温 ≤ 300 ℃ 关闭风机，继续充 Ar 微正压。

出炉：打开炉门→拉出料架→吊运钛棒至料架车，空冷至室温。

记录：导出时间-温度曲线，存档 ≥ 3 年。

十六、本设备需要专业人员操作使用

操作人员须持有《热处理工中级》以上证书，并接受厂方 8 h 培训考核；

禁止非授权人员修改控温参数、拆卸电气与真空部件；

任何维修必须断电、断气、断水，并悬挂安全警示牌。

十七、选型与采购提示

确认钛棒最大长度与单棒重量，本型适用于 ≤ 4300 mm、总载 ≤ 600 kg；超长或超重请选 STR-Ti6006/400 型号。

若需高真空去氢退火（H ≤ 0.008 %），务必选配扩散泵机组与冷阱。

批量连续生产建议增配两辆料架车，实现“一炉一车”快速周转。

订购前提供：

钛合金牌号（TA1、TC4、TB8…）

退火温度、保温时间、冷却方式

现场电源、冷却水、气源参数

交货期：标准配置 45 天，含真空高配 60 天；质保期从调试验收合格之日起算。

附：本技术方案版权归 洛阳赛特瑞智能装备有限公司 所有，未经许可不得复制或用于商业投标。

TA1、TA2、TA3、TC4、TC6、TC11、TA9、钛合金TA10、TA15、TA18、TC21、TC26等规格钛合金棒材退火工艺区别

炉内环境要求（新增）

1 炉温均匀性

有效加热区测定方法：GB/T 9452-2012 Ⅲ类炉

空炉/满载均匀性指标：≤ ±5 ℃（AMS 2750E Class 3 等同）

测定位置：沿炉膛 4500 mm 方向每 500 mm 设 1 点，宽 400 mm 方向两侧各 1 点，高 300 mm 方向上下各 1 点，共 27 点

测定周期：新炉验收、大修后、每 12 个月例行校验

超差处理：当任一点偏差＞ ±5 ℃ 时，自动报警并停止加热，需手动复位

2 气氛环境

模式	氧含量	露点	压力	适用工艺	备注
真空	≤ 50 ppm（换算）	——	5×10⁻² Pa	去应力、再结晶、双重退火	机械泵+罗茨泵，冷阱防返油
氩气保护	O₂ ≤ 20 ppm	≤ −50 ℃	0.02–0.06 MPa 微正压	工业纯钛、TC4、TC11 等	99.999 % Ar，循环风机驱动
氦气保护	O₂ ≤ 10 ppm	≤ −60 ℃	0.02–0.06 MPa	科研、高纯钛	成本较高，冷却速度提升 15 %
氮气吹扫	O₂ ≤ 100 ppm	≤ −40 ℃	0.01 MPa	装出炉前置换	禁止用于 ≥ 650 ℃保温段，防止氮化

• 氧探头：原位 ZrO₂ 探头，0–1000 ppm 在线显示，精度 ±2 %

3 退火时间（典型工艺库，温控仪表可设置保存退火工艺，便于调用）

合金	厚度/ mm	去应力退火	完全退火	双重退火	冷却方式
TA1	8–30	600 ℃ × 1 h	700 ℃ × 1 h	——	空冷
TA2	15–50	580 ℃ × 1.5 h	780 ℃ × 1 h	——	空冷
TC4	20–60	650 ℃ × 2 h	840 ℃ × 1.5 h	960 ℃ × 1 h → 550 ℃ × 4 h	空冷
TC11	25–80	650 ℃ × 2 h	950 ℃ × 2 h	950 ℃ × 2 h → 530 ℃ × 6 h	空冷
TA15	30–100	650 ℃ × 2 h	820 ℃ × 2 h	975 ℃ × 1 h → 850 ℃ × 2 h	空冷

时间精度：±1 min；仪表可设 0.1 h 步长

到温计时：炉温到达设定值 ±3 ℃ 后自动开始

保温结束：自动声光提示，并记录实际保温段曲线

4 环境超标联锁

氧含量＞ 20 ppm（Ar 模式）或＞ 50 ppm（真空模式）→ 暂停加热，声光报警

炉压＜ 0 Pa（负压）→ 立即关闭真空泵前级阀，充 Ar 保压

均匀性＞ ±5 ℃→ 停止加热，风机继续运行，直至温差合格

八、检测与记录（新增）

每炉次自动生成《炉内环境报告》：含氧含量、露点、炉压、均匀性实测值

常见钛合金棒材退火工艺对比一览表

（基于公开标准与最新文献整理，温度单位为℃，时间单位为 h）

关键差异点解读

工业纯钛（TA1-TA3）

退火是唯一热处理手段，温度随强度等级升高而升高；

重点控制晶粒尺寸，防止 750 ℃以上晶粒粗大导致疲劳性能下降。

α+β 型（TC4/TC6/TC11 等）

可采用双重退火或固溶时效；

双重退火通过“高温固溶+低温时效”调控初生α与次生α比例，兼顾强度与塑性；

TC4 因含 V，对冷却速率敏感，空冷即可；TC6、TC11 含 Mo、Cr，需更精确控制冷却速度。

近α型（TA15、TA18）

退火温度区间宽，但高于 850 ℃易形成魏氏组织；

TA15 含 Al、Zr、Mo，双重退火后 500 ℃强度保持率高；

TA18 冷加工后 550-600 ℃去应力即可恢复塑性。

功能耐蚀型（TA9、TA10）

TA9 含 Pd，中温退火（550-650 ℃）可兼顾耐蚀与尺寸稳定性；

TA10 含 Ni、Mo，退火后耐氯离子腐蚀能力提升，适用于化工管道。

高强/高温型（TC21、TC26）

TC21 通过 900 ℃左右固溶+560 ℃时效，获得细针状次生α，实现 1100 MPa 级强度；

TC26 为近β合金，需 β 区锻造+双重退火，保证 500 ℃下强度保持率≥80 %。

工艺选用提示

形状简单、要求塑性高：选单级完全退火（TA1-TA3、TA18）。

中等强度+耐蚀：TA9、TA10 中温退火（550-650 ℃）。

高强度+高温服役：TC4、TC6、TC11、TC21、TC26 优先双重退火或固溶时效。

大规格棒材：需结合有限元模拟，采用分段冷却，减少心部-表面组织差异。