Ti—31冷軋管材工藝優化

摘 要：針對Ti-31管材在軋制過程中出現的表面易產生裂紋，超聲合格率低等問題，研究了冷軋變形程度、直徑壁厚變形的匹配關系、管坯表面處理、成品退火溫度對管材軋制表面質量和力學性能的影響。研究結果顯示：該合金在直徑壁厚變形匹配合理的情況下，變形程度在30-45%時超聲波檢驗合格率較高，退火溫度在700-740℃時力學性能指標符合標準要求，在軋制中間道次適當加入外表面拋光和內表面噴砂、流動酸洗，超聲合格率提高了10%左右。

關鍵詞：Ti-31管材；變形程度；Q值

Ti-31鈦合金是一種多元近α鈦合金，化學成分為Ti-Al-Mo-Zr-Ni，是我國自行研制的新型高溫耐腐蝕合金，與同等強度的其他鈦合金相比，塑韌性、中溫熱強性、高溫持久性、耐蝕性及可焊接性明顯提高[1][4]。Ti-31鈦合金管材可用于熱交換器、冷凝器及管路附件等，也可推廣應用于航空、石油工業及海洋工業，市場前景相當廣闊。目前在生產中存在的主要問題是高溫力學性能不穩定，軋制過程中易產生裂紋，超聲波檢驗合格率低。因此，本工藝優化過程主要針對以上問題，從冷軋變形程度、直徑壁厚變形的匹配關系、管坯表面處理、成品退火溫度等方面進行研究，制定較為合理的生產工藝，提高Ti-31管材冷軋成品率。

1 試驗

1.1 試驗材料

Ti-31試驗用鑄錠化學成分見表1，鑄錠經鍛造后擠壓成管坯，管坯規格為Φ86×12。

表1 Ti-31鈦合金鑄錠化學成分

1.2 試驗設備

試驗過程用LG80、LG55、LG30及LD30冷軋管機進行冷軋生產，采用5米立式真空退火爐進行退火。

1.3 試驗工藝流程

依據原有Ti-31管材生產工藝及本試驗的相關內容制定生產工藝流程：管坯修理→冷軋→除油→酸洗→退火→矯直→修理→外拋光→內噴砂→流動酸洗→成品冷軋→除油→酸洗→退火→矯直→超聲→檢查→包裝

1.4 試驗參數選擇

試驗過程變形程度ε=20-50%，直徑壁厚變形匹配關系參數（相對減壁量/相對減徑量）Q=1.0-1.7，退火制度700-760℃×1h，對中間道次管坯采用外表面拋光，內表面噴砂、流動酸洗。

2 結果與討論

2.1 變形程度、直徑壁厚變形匹配關系參數Q值（相對減壁量/相對減徑量）對管材冷軋質量和力學性能的影響

2.1.1 變形程度、Q值對管材冷軋質量的影響

管材軋制過程中變形程度、Q值的變化嚴重影響管材軋制質量和工藝性能[2-4]，試驗過程按照表2的不同工藝參數進行對比。管材冷軋過程中產生的裂紋是影響管材超聲波檢驗合格率的主要因素，用超聲波檢驗合格率來衡量軋制質量最為直觀。

表2 不同工藝參數對管材超聲波檢驗合格率的影響

由表2可以看出Q值小于等于1.4時冷軋管材超聲波檢驗合格率相對較高，Q值大于1.4時冷軋管材超聲波檢驗合格率相對較低，主要是因為Q值1.08～1.4時，雖然變形程度較大，但是管材壁厚、外徑變形量匹配較為合理，不易產生軋制裂紋等缺陷，超聲波檢驗合格率較高；變形程度在30～45%，管材超聲波檢驗合格率相對穩定。

2.1.2 Q值對管材室溫力學性能的影響

由圖1可以看出當Q值小于1.5時，隨著Q值的增大，管材的抗拉強度、屈服強度也隨之增大，塑性降低；Q值為1.5時，管材抗拉強度、屈服強度達到最大值；Q值大于1.5時，隨著Q值得增大，管材抗拉強度、屈服強度有所降低、塑性有所提高。

試驗證明變形程度ε=30-45%，Q值1.1～1.5，管材軋制超聲合格率較高，室溫力學性能穩定。實際工作中應根據成品管材規格、設備能力及各項性能匹配等因素選擇較為合理的變形工藝參數。

2.2 退火溫度對管材高溫力學性能的影響

對道次變形量35%的管材進行700℃×1h、720℃×1h、740℃×1h、750℃×1h、760℃×1h退火，并對退火后管材進行350℃力學性能檢驗，檢驗結果見表3。

表3 不同退火溫度下管材350℃高溫力學性能

由表3可以看出成品退火溫度在700～740℃×1h，管材350℃力學性能穩定，滿足標準要求。

2.3 管坯處理方法對超聲合格率的影響

在管材軋制中間道次適當加入外表面拋光、內表面噴砂處理工藝，噴砂后進行流動酸洗，可將軋制過程產生的細小裂紋、粘結、折皺、壓坑等缺陷消除，從而提高超聲合格率。

結果表明，經過管坯處理后，超聲合格率較管坯未處理部分提高10～20%。

3 結束語

軋制變形程度30-45%，Q值1.0～1.4軋制管材表面質量良好，Q值1.1～1.5室溫力學性能穩定，實際工作中應根據管材生產規格及設備能力等因素選擇較為合理的變形工藝參數。

成品熱處理制度為700～740℃×1h。中間道次管坯增加外表面拋光，內表面噴砂、流動酸洗等工藝后，超聲波檢驗合格率明顯提高。

參考文獻

[1]謝惠茹.我國鈦及鈦合金研發及進展[J].稀有金屬快報，2007，26（8）：7-9.

[2] 鵬飛，楊英麗，等.軋制Q值對小口徑TA2管材組織和性能的影響[J].鈦工業進展，2012，29（2）：24-27.

[3]Girard E.Effect of plastic shearing on damage and texture on Zircaloy-4 dadding tubes experimental and numerical study[J].Journal of Nuclear Materials，2001，294：330-338.

[4]《稀有金屬材料加工手冊》編寫組.稀有金屬材料加工手冊[M].北京：冶金工業出版社，1984：668-669.

作者簡介：成小麗（1981-），女，大學本科，工程師。