Ti―31冷轧管材工艺优化

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摘 要：针对ti-31管材在轧制过程中出现的表面易产生裂纹，超声合格率低等问题，研究了冷轧变形程度、直径壁厚变形的匹配关系、管坯表面处理、成品退火温度对管材轧制表面质量和力学性能的影响。研究结果显示：该合金在直径壁厚变形匹配合理的情况下，变形程度在30-45%时超声波检验合格率较高，退火温度在700-740℃时力学性能指标符合标准要求，在轧制中间道次适当加入外表面抛光和内表面喷砂、流动酸洗，超声合格率提高了10%左右。

关键词：Ti-31管材；变形程度；Q值

Ti-31钛合金是一种多元近α钛合金，化学成分为Ti-Al-Mo-Zr-Ni，是我国自行研制的新型高温耐腐蚀合金，与同等强度的其他钛合金相比，塑韧性、中温热强性、高温持久性、耐蚀性及可焊接性明显提高[1][4]。Ti-31钛合金管材可用于热交换器、冷凝器及管路附件等，也可推广应用于航空、石油工业及海洋工业，市场前景相当广阔。目前在生产中存在的主要问题是高温力学性能不稳定，轧制过程中易产生裂纹，超声波检验合格率低。因此，本工艺优化过程主要针对以上问题，从冷轧变形程度、直径壁厚变形的匹配关系、管坯表面处理、成品退火温度等方面进行研究，制定较为合理的生产工艺，提高Ti-31管材冷轧成品率。

1 试验

1.1 试验材料

Ti-31试验用铸锭化学成分见表1，铸锭经锻造后挤压成管坯，管坯规格为Φ86×12。

表1 Ti-31钛合金铸锭化学成分

1.2 试验设备

试验过程用LG80、LG55、LG30及LD30冷轧管机进行冷轧生产，采用5米立式真空退火炉进行退火。

1.3 试验工艺流程

依据原有Ti-31管材生产工艺及本试验的相关内容制定生产工艺流程：管坯修理冷轧除油酸洗退火矫直修理外抛光内喷砂流动酸洗成品冷轧除油酸洗退火矫直超声检查包装

1.4 试验参数选择

试验过程变形程度ε=20-50%，直径壁厚变形匹配关系参数（相对减壁量/相对减径量）Q=1.0-1.7，退火制度700-760℃×1h，对中间道次管坯采用外表面抛光，内表面喷砂、流动酸洗。

2 结果与讨论

2.1 变形程度、直径壁厚变形匹配关系参数Q值（相对减壁量/相对减径量）对管材冷轧质量和力学性能的影响

2.1.1 变形程度、Q值对管材冷轧质量的影响

管材轧制过程中变形程度、Q值的变化严重影响管材轧制质量和工艺性能[2-4]，试验过程按照表2的不同工艺参数进行对比。管材冷轧过程中产生的裂纹是影响管材超声波检验合格率的主要因素，用超声波检验合格率来衡量轧制质量最为直观。

表2 不同工艺参数对管材超声波检验合格率的影响

由表2可以看出Q值小于等于1.4时冷轧管材超声波检验合格率相对较高，Q值大于1.4时冷轧管材超声波检验合格率相对较低，主要是因为Q值1.08～1.4时，虽然变形程度较大，但是管材壁厚、外径变形量匹配较为合理，不易产生轧制裂纹等缺陷，超声波检验合格率较高；变形程度在30～45%，管材超声波检验合格率相对稳定。

2.1.2 Q值对管材室温力学性能的影响

由图1可以看出当Q值小于1.5时，随着Q值的增大，管材的抗拉强度、屈服强度也随之增大，塑性降低；Q值为1.5时，管材抗拉强度、屈服强度达到最大值；Q值大于1.5时，随着Q值得增大，管材抗拉强度、屈服强度有所降低、塑性有所提高。

试验证明变形程度ε=30-45%，Q值1.1～1.5，管材轧制超声合格率较高，室温力学性能稳定。实际工作中应根据成品管材规格、设备能力及各项性能匹配等因素选择较为合理的变形工艺参数。

2.2 退火温度对管材高温力学性能的影响

对道次变形量35%的管材进行700℃×1h、720℃×1h、740℃×1h、750℃×1h、760℃×1h退火，并对退火后管材进行350℃力学性能检验，检验结果见表3。

表3 不同退火温度下管材350℃高温力学性能

由表3可以看出成品退火温度在700～740℃×1h，管材350℃力学性能稳定，满足标准要求。

2.3 管坯处理方法对超声合格率的影响

在管材轧制中间道次适当加入外表面抛光、内表面喷砂处理工艺，喷砂后进行流动酸洗，可将轧制过程产生的细小裂纹、粘结、折皱、压坑等缺陷消除，从而提高超声合格率。

结果表明，经过管坯处理后，超声合格率较管坯未处理部分提高10～20%。

3 结束语

轧制变形程度30-45%，Q值1.0～1.4轧制管材表面质量良好，Q值1.1～1.5室温力学性能稳定，实际工作中应根据管材生产规格及设备能力等因素选择较为合理的变形工艺参数。

成品热处理制度为700～740℃×1h。中间道次管坯增加外表面抛光，内表面喷砂、流动酸洗等工艺后，超声波检验合格率明显提高。

参考文献

[1]谢惠茹.我国钛及钛合金研发及进展[J].稀有金属快报，2007，26（8）：7-9.

[2] 鹏飞，杨英丽，等.轧制Q值对小口径TA2管材组织和性能的影响[J].钛工业进展，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]《稀有金属材料加工手册》编写组.稀有金属材料加工手册[M].北京：冶金工业出版社，1984：668-669.

作者简介：成小丽（1981-），女，大学本科，工程师。