钛及钛合金管材轧制工艺研究现状

丁春聪

摘要：钛及钛合金管材应用性能突出，能在诸多领域运用。目前常见的钛合金管材主要为有缝管、无缝管。其中无缝管材在应用加工中主要涉及到拉伸、斜轧、挤压、轧制等工艺操作。钛合金管材冷轧技术是先进的管材生产方法，当前针对性制定轧制工艺参数对全面轧制质量合格的管材具有较大影响。

关键词：钛;钛合金;管材轧制;工艺现状

一、钛及钛合金管材轧制过程影响要素分析

（一）变形程度

在钛及钛合金管材轧制中变形程度属于重要参数，其对轧制中轧制力、各类制品表面质量、制品综合性能、变形热效应等均会产生较大影响。从相关研究中能得出，在钛及钛合金管材轧制工艺中，当变形程度逐步扩大、变形强度增加，塑性保持不变。管材通过1.5小时在800℃退火处理中，其强度值会逐步降低，对应的塑性会逐步提升。再结晶退火之后，经过大加工变形量的管材强度要小于小加工量。基于变形率对管材力学属性以及组织整体影响进行分析能有效判定，诸多硬态管材实际抗拉强度、屈服强度受到变形率增加影响会逐步升高，对应的延伸率会逐步降低。在加工率逐步增大中，会出现较多典型的纤维组织，管材组织中变形流线较为明显。从实验中能得出，变形率对管材整体力学属性会产生较大影响，通过退火能有效控制。在钛及钛合金管材轧制中，要注重对变形程度集中判定，还要注重分析减径量与减壁量对产品质量产生的影响。通过高效化生产实践活动中能得出，空减径对工业纯钛产生的变形影响较低，对TC1以及TC2等钛合金产生的变形有着较大影响。

（二）送进量

在轧制中送进量合理控制至关重要，对生产效率以及生产质量具有较大影响。送进量较小将导致生产设备作用无法有效发挥，将会降低生产率。当实际送进量较大，会导致轧制的管材出现诸多质量缺陷，比如壁厚不均匀、飞边等情况。在钛及钛合金管材轧制中，送进量对涡流探伤也有较大影响。管材轧制送进量较小的情况下，涡流探伤检测精度较高。当轧制送进量不断增大，增加到一定数值之后，即使不产生轧制缺陷问题，也会由于金属材质变形问题加重以及应力较为集中等情况导致管材探伤噪声增大。钛及钛合金管材硬度更高，难以变形，要注重适度缩小送进量。还要对工作机架行程次数合理控制，这样防止轧机运行中负荷不断增大，导致轧制管材报废。当轧机运行中实际行程次数没有变化，在轧制多种类型合金中要注重结合实际生产加工要求对送进量进行控制。比如LG-30轧机运行中，TA1以及TA2管材轧后壁厚在0.40至2.50mm范围内，送进量选取3.0至7.0mm每次。当轧后壁厚在2.6至6.00mm范围，可以对送进量进行调控，转变为4.0至10.0mm每次。

（三）轧机速度

在轧机运行速度选取与控制中，要注重基于不增大轧机运行负荷为主要原则。从轧制现状中能得出，小规格轧机运行速度要明显快于大规格轧机。因为诸多小规格轧机运行中，实际重量与金属送进体积相对较小。但是大规格轧机则不同，受到惯性力矩影响，导致其转动难度增大，所以现阶段在轧机主传动位置要注重补充相应的平衡运用装置，能全面提升轧机运行速率。

（四）转角

当前从生产加工操作中能得出，当轧制中诸多参数相同，回转角度变化对壁厚会产生诸多影响。其中回转角度不断增加，对应的壁厚不均度增加变快。主要是由于回转角增大，对应的辗轧角与切向变形会逐步增大，这样会导致横向变形不均性扩大。比如在生产中选取LD60三辊冷轧管机在TA1ф41mmx1.4mm纯钛管坯中，对应的回转角为16°、18°等，实际壁厚不均匀度也有差异，主要为8.4%、8.7%。由此得出，壁厚不均度主要是受到回转角变化影响。管材转动一定角度以后，要注重集中控制压缩段拉应力。这样能有效控制诸多塑性较差的金属在机架运行中产生的裂纹情况。

二、挤压工艺判定

在钛及钛合金管材轧制中，要注重在最合适的条件中拟定正确的生产技术工艺。要注重强化送进量、转角控制、轧机速度、变形程度优化。对各类钛合金型号合理判定，制定科学化的轧制技术工艺，提高成品率，以此扩大生产效益。有诸多研究人员通过实验操作方式对TA18钛合金小规格厚壁变形量进行判定，分析成品管材显微组织以及力学性质的影响。也有技术人员通过实验方式研究TA16小规格厚壁管材加工量对管材性能的影响。近年来随着有限元技术快速发展，将原有的实验方式与有限元分析方法有效结合，能基于有限元数值精确化模拟对金属塑性过程合理判定，这样能对传统技术工艺参数合理优化，便于提升生产效益以及轧制成效，突出成品应用价值。

三、高强度钛合金管材轧制工艺实践

TA18钛合金是应用相对广泛的钛合金，此类钛合金性质是低合金化，其具备良好的应用性能。在加工中能承受较高的温度环境、耐蚀性突出。此类钛合金能用于热加工、冷加工环境中，不同加工方式均能有效实现高效化焊接，所以以此类钛合金为原材的管路材料能在诸多领域高效化运用。当前多数地区主要是选取冷轧技术对TA18管材进行生产加工，其对应的强度能达到860MP。此类冷轧技术工艺在我国诸多方面需要集中改进。从整体角度来看，此项技术处于发展时期。在管材轧制中会出现不同裂缝情况。当前要注重做好轧制工艺研究，判定退火温度、累积变形率等对成品钛合金管材产生的不同影响。这样能为钛合金技术应用优化奠定良好基础，能生产更多强度值较高的钛合金管材。

在实验中，实验原料主要是选取Al豆、铝钒合金、海绵钛等，通过多次真空自耗电弧炉熔炼，制造φ430mmTA18合金铸锭。首先通过在β区进行铸锭开坯，精锻出φ130mm棒坯，之后在挤压机中挤压成φ45mmx8mm合金管坯。通过两辊、三辊轧机进行冷轧以及表面处理。之后运用真空退火炉实施有效退火，制备成不同规格成品管材。强度值较高的钛合金管材在拉伸性能测试中要在合适的室温环境中进行，选取10t拉伸试验机。实际应用的管材试样要通过针对性磨制以及抛光处理，技术人员要运用腐蚀剂对管材试样实施腐蚀操作，腐蚀位置是在轴向界面，之后对试样现状进行观察。

在研究中，有诸多研究人员会应用多种冷轧技术工艺，将钛合金有效軋制成不同类型管材。实验操作中，当晶粒破碎情况随着变形率增大其变形更为充分，管材显微组织变形流线较为明显，对应的加工强度也会逐步提升。其中变形率小于44%，对应的塑性变化情况不够明显。变形率逐步增大，塑性进一步降低。从工艺操作中能得出，在700℃环境中，通过一个半小时退火处理，变形率在30%至80%的管材晶粒均匀度较好，力学性能逐步趋向于完善。在退火温度分析中，实验中应用的管材其强度随着退火温度升高逐步降低，其延伸率也在不断升高。对应的力学性能变化主要是在550至650℃退火温度区间内，当退火温度高于650℃时，对应的强度变化以及塑性变化开始趋向于平缓状态。

结束语：

综合上述，当前钛与钛合金冷轧方法运用中，主要是受到转角、变形情况、轧机速度、送进量等要素影响。当前选取计算机模拟与实际加工工艺有效结合的轧制措施运用，能保障加工效益全面发展。

参考文献：

[1]刘伟， 张耀斌， 侯振杰. 钛及钛合金管材轧制工艺研究现状[J]. 金属世界， 2019， No.206（06）：10-12.

[2]郭鲤， 何伟霞， 周鹏，等. 我国钛及钛合金产品的研究现状及发展前景[J]. 热加工工艺， 2020（22）：22-28.

南京宝泰特种材料股份有限公司 江苏南京 210000