李寶霞，李紅博，趙富強(qiáng)，吳月茜，張耀斌，王俊琪，張平平

(1.寶雞鈦業(yè)股份有限公司，陜西 寶雞 721014； 2.有研科技集團(tuán)有限公司，北京 100088)

鈦合金具有密度小、強(qiáng)度高、比強(qiáng)度大，耐蝕性能優(yōu)異，耐熱性能、低溫性能好，無磁性，熱導(dǎo)率小，彈性模量、抗阻尼性能低等特點(diǎn)[1-2]，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、船舶和化工等領(lǐng)域。TC4鈦合金是應(yīng)用最廣泛的鈦合金，占鈦合金總使用量的50%。

鈦合金管材加工由于材料壓力加工溫度范圍窄和變形抗力高的原因?qū)е鹿ば驈?fù)雜、生產(chǎn)周期長、加工難度大、成品率低[3-4]。對于生產(chǎn)大口徑TC4鈦合金通常采用，擠壓—矯直—機(jī)加工和擠壓—冷軋—退火—矯直等方法。采用擠壓需要加工成空心錠，降低材料的成材率。采用擠壓—機(jī)加工工藝為保證材料性能還需進(jìn)行熱處理才能保證力學(xué)性能[5]；采用擠壓—冷軋—退火工藝，還需要對管坯進(jìn)行表面處理或酸洗處理，方可進(jìn)行退火。但是TC4大規(guī)格管材冷變形能力差，管材加工成形難度大，往往需要多個冷軋道次，因而效率低、能耗高。本文采用斜軋+熱軋方式生產(chǎn)大口徑TC4鈦合金無縫管，并對組織及性能進(jìn)行了表證，旨在為更經(jīng)濟(jì)、更高效地生產(chǎn)大口徑TC4鈦合金無縫管提供參考。

1 實驗

1.1 實驗材料

實驗材料為采用真空自耗電弧爐熔煉的TC4鈦合金鑄錠，鑄錠經(jīng)過多次鍛造開坯，機(jī)加工得到Φ620mm的錠坯，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為，Al5.50～6.75，V3.50～4.50，F(xiàn)e≤0.03，O0.20，H≤0.015，N≤0.05，C≤0.08，Ti余量。

1.2 管材加工工藝

斜軋穿孔設(shè)備為兩輥錐形穿孔機(jī)，軋制設(shè)備為周期式2輥軋機(jī)，矯直設(shè)備10000N矯直力。生產(chǎn)工藝為，加熱—斜軋穿孔—檢查—內(nèi)外表面處理—加熱—周期軋機(jī)軋制—冷卻—檢查—溫矯直(平直度≤4mm/m)—平頭—機(jī)加工—取樣—無損檢測—檢查—包裝—入庫。加熱采用防氧化涂層。成品規(guī)格為Φ560mm×25mm×6000mm TC4鈦合金無縫管材。

1.3 性能檢測

在熱軋后管材上分別取Φ8mm×8mm×80mm橫、縱樣，取樣位置在管段的頭、尾，將試樣加工成Φ5mm的圓棒，在TC-12-066拉伸機(jī)上進(jìn)行室溫性能測試；取7.5mm×10mm×55mm樣在TC-12-026設(shè)備上測試沖擊吸收功，試樣做V形缺口。金相試樣經(jīng)磨制、拋光后，采用HF∶HNO3∶H2O為1∶3∶10(體積比)的溶液腐蝕，利用光學(xué)顯微鏡觀察。

2 結(jié)果與分析

2.1 尺寸精度及表面質(zhì)量

管坯規(guī)格為Φ570mm×25mm×6300mm,斜軋穿孔和熱軋照片見圖1。2輥周期式軋機(jī)，采用內(nèi)外刷涂防氧化涂料，防止管坯在加熱時氣體吸入，同時在軋制中也起到潤滑內(nèi)外表面作用。軋制中熱軋加工量可達(dá)60%以上，保證變形充分，尺寸精度高。TC4合金室溫下，屈服強(qiáng)度大，冷變形難，管坯矯直采用加熱溫度450℃～500℃，降低了強(qiáng)度，有利于管材變形，通過矯直改善外面表面的橢圓度，提高尺寸精度。

(a)穿孔后 (b)熱軋后 (c)處理后外表面圖1 斜軋穿孔和熱軋照片F(xiàn)ig.1 Skew-rolling piercing and hot rolling photos

穿孔軋制生產(chǎn)的TC4鈦合金無縫管的矯直后尺寸精度及表面質(zhì)量為，橢圓度±2mm，壁厚偏差±0.85mm，外表面質(zhì)量無缺陷，內(nèi)表面質(zhì)量無缺陷，平直度≤4mm/m。可以看出，管材表面質(zhì)量良好，尺寸精度高。

2.2 熱軋組織分析

熱軋后TC4鈦合金管壁不同位置金相照片見圖2，取樣位置距外表外表面20mm～25mm。從圖2中可以看到橫、縱向斷面組織?？梢钥闯觯懿牟煌较蚪M織均勻，熱軋組織是網(wǎng)籃組織與魏氏體結(jié)合體。組織均勻一致晶界周圍分布著部分集束羽毛狀的初生α相。

圖2 TC4熱軋后的金相組織Fig.2 Metallographic structure of TC4 after hot rolling

2.3 力學(xué)性能

熱軋后的管坯室溫力學(xué)性能見表1。從表1可以看出，橫、縱向抗拉強(qiáng)度值大于900MPa，屈服強(qiáng)度大于860MPa，斷后伸長率大于14%，斷面收縮率大于30%，縱向力學(xué)性能高于橫向。

表1 熱軋后管坯的力學(xué)性能

對管材橫、縱向做V 和U缺口性能測試分析。從表2中可以看出，KV2沖擊功大于42，KU2沖擊功大于58，經(jīng)過斜軋+熱軋的TC4鈦合金管材組織保證了管材優(yōu)良沖擊性能和良好塑性。

表2 熱軋后管坯的沖擊性能

2.4 無損檢測

采用標(biāo)準(zhǔn)傷,25mm×0.25mm×0.5mm進(jìn)行縱波探傷檢測，檢測結(jié)果滿足產(chǎn)品無損檢驗要求。通過采用斜軋+熱軋工藝生產(chǎn)的大規(guī)格TC4管，經(jīng)過機(jī)械加工后無損檢驗管材內(nèi)、外表面沒有缺陷。

2.5 工藝特點(diǎn)

采用斜軋+熱軋工藝，生產(chǎn)規(guī)格Φ560mm×25mm×6000mm大規(guī)格TC4合金無縫管材料的利用率，和擠壓+機(jī)械加工生產(chǎn)此規(guī)格管材比較，可節(jié)約制備空心錠材料80%。所以該工藝生產(chǎn)大規(guī)格TC4鈦合金管，材料利用率高，生產(chǎn)效率高，節(jié)能高效。

3 結(jié)論

(1)采用斜軋穿孔+熱軋工藝生產(chǎn)Φ560mm×25mmTC4鈦合金無縫管，尺寸精度、表面質(zhì)量及室溫力學(xué)性能可以滿足使用要求；

(2)通過熱軋生產(chǎn)的管材組織為網(wǎng)籃和魏氏體結(jié)合體，其沖擊性能好，延伸率高；

(3)機(jī)加工后無損檢測滿足要求；

(4)采用斜軋穿孔+熱軋工藝生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)效率高，節(jié)約原材料，是生產(chǎn)大規(guī)格鈦合金管材可以采取的工藝方案。