TA18钛管、钛合金管冷轧加工工艺分析

针对小规格厚壁TA18钛合金无缝管试生产中遇到的内表面易产生裂纹、成品率低的问题，研究了冷轧工艺参数对管材表面质量和拉伸性能的影响，探索提高管材成品率的方法。结果表明：两辊开坯轧制变形量选择39%，管材内外表面质量较好；用三辊轧机进行中间道次轧制时，Q值小于0.87，管材内表面质量较好；成品管材轧制变形量选择30%，能够得到较好的力学性能和显微组织。为了提高TA18钛合金管材的成品率，在轧制过程中每轧制1～2个道次，就进行除油、酸洗、退火、矫直处理，再用喷砂+酸洗方法去除内表面裂纹。采取该措施后，成品管材探伤合格率提高到35%～40%。

钛材的优良特性使其用途不断扩大，高品质线材的需求也越来越多.以往的细线材加工方法多采用拉模拉伸法，线材与模具之间存在激烈的磨擦，往往产生线材表面烧蚀粘结，尺寸公差也难以控制.为了防止这些弊病，通常需要对钛材施行氧化处理，让表面形成一层氧化膜，起润滑作用，并且每次氧化处理后的加工量不能太大，氧化膜很硬，容易引起模具磨损，制品尺寸与表面质量均存在问题，因此，迫切希望开发低成本高品质的钛细线材的加工方法.

1、概述TA18钛合金

由于TA18钛合金具有密度小、比强度高、耐蚀性好、无磁性及线膨胀系数小等优点，国外用该合金制作的小规格厚壁钛合金管已成功应用在航天飞行器和多种民用飞机上的液压、燃油等管路系统中。航空用TA18小规格管材通常为6、8、10mm等不同直径的厚壁管材，并且标准对各项性能的要求较高。西部金属材料股份有限公司在试生产这种小规格TA18钛合金管材时，因管材轧制道次多，产品质量不易控制，容易在内表面形成纵向微裂纹，造成成品率低。本研究结合公司实际生产情况，研究了轧制工艺参数对小规格、厚壁TA18钛合金管材的表面质量和拉伸性能的影响，旨在提高生产过程中TA18钛合金管材的成品率，实现小规格厚壁TA18钛合金管材的批量化生产。

2、实验

以表面光洁、无肉眼可见裂纹的TA18钛合金棒坯为实验原料。棒坯经车床钻孔后，用铜皮包覆，在1600t挤压机上挤压成管坯，对管坯进行除铜酸洗。酸洗后检查管坯的内外表面，无肉眼可见裂纹时可作为轧制坯料。在LG60两辊轧机上，按照设定的变形量进行开坯轧制。再根据设备能力，依次选用LD60、LD30、LD15、LD3～8轧机进行三辊轧制。针对不同道次选取不同的Q值（相对减壁量与相对减径量的比值）进行轧制。在轧制中间道次对管材进行超声波检测，并对有裂纹的管材进行消裂纹处理。以设计的不同变形量进行成品管材轧制，最终得到8mm×1mm×L（L=500～3000mm）TA18钛合金成品管。采用真空退火炉对成品管材进行退火处理，从退火后的管材上截取拉伸试样和金相试样，按GJB3423―98标准进行室温力学性能测试和显微组织观察。

3、结果与分析

3.1、两辊开坯轧制变形量对管材表面质量的影响

TA18钛合金管坯在两辊轧机上经32%、39%和47%三种变形量开坯轧制后，对其内外表面进行了仔细观察。当选用32%变形量时，轧制出的管材外表面及内表面有较为明显的挤压沟槽，内外表面未发现裂纹；当选用39%变形量时，轧制出的管材外表面光滑，无肉眼可见裂纹，内表面仍存在挤压沟槽，但表面质量好于32%变形量，未发现肉眼可见裂纹；当选用47%变形量时，轧制出的管材内外表面出现较深的裂纹，无法采用机械方法去除。通过对32%、39%和47%三种变形量轧制的管材进行对比发现，开坯变形量在39%时，可在相对较短的工

艺路线下获得较好的表面质量，同时大变形量的开坯轧制有利于尺寸公差的控制和后序加工。因此在两辊轧机上，进行的开坯轧制选择39%变形量较为合理。

3.2、轧制Q值对管材内表面质量的影响

根据管材的轧制理论，在轧制过程中Q值（相对减壁量与相对减径量比值）对管材内表面质量有很大的影响。在三辊轧制过程中，针对某一道次，经探伤、取样观察横截面，确保内表面没有任何裂纹后，选取不同Q值（0.87、1.00、1.26）进行轧制。并在中间道次对管材进行超声波探伤检测，并取样观察横截面，确保内表面没有任何裂纹后再进行下一道次轧制。结果Q值为0.87时，内表面微裂纹非常浅，深度约为5μm，而且裂纹较少；当Q值增加至1.26时，内表面微裂纹深度达到50μm。管材内表面出现微裂纹主要是由于三辊轧制是先减径后减壁，减径量大、减壁量过小，造成减径过程中物料堆积，在内表面形成纵向微裂纹。因此，用三辊轧机进行TA18钛合金管材轧制时，Q值不宜超过0.87，否则管材内表面容易出现裂纹。

3.3、变形量对成品管材显微组织及力学性能的影响

轧制变形量在25%、30%、36%条件下，经750℃真空退火后成品管材显微组织。可知，退火后的TA18钛合金成品管材显微组织均为

等轴组织，随变形量增加，再结晶程度更加完全，晶粒更加细小。

轧制变形量分别为25%、30%、36%条件下，经750℃真空退火后成品管材的室温力学性能。可知，当变形量为25%时，成品管材的屈服强度为550MPa，抗拉强度为675MPa，延伸率为15.5%，延伸率略高于标准要求值15%；当变形量为30%时，抗拉强度为670MPa，屈服强度为535MPa，延伸率为17%；当变形量为36%时，抗拉强度为640MPa，屈服强度为517MPa，略高于标准要求值515MPa，延伸率达到19%。考虑强度与塑性的良好匹配，对比不同变形量条件下的力学性能及显微组织，成品管材轧制变形量选定30%较为合理。

3.4、管材内表面微裂纹处理

在TA180-小规格厚壁管材冷轧加工过程中，内外表面易产生微裂纹。对于外表面的微裂纹通常采用打磨、刮修方法去除，效果十分理想；对于内表面的微裂纹，目前在工业化生产过程中，内孔大于13mm的主要采用镗孔方式去除，内孔小于13mm的一般不再做处理，故内表面质量控制有一定难度。

4、结论

（1）轧制小规格厚壁TA18钛合金管时，两辊开坯轧制的变形量选定在39%，管材的内外表面质量较好。

（2）三辊冷轧小规格厚壁TA18钛合金管时，Q值不宜超过0.87，这样可以保证管材内表面质量较好，无裂纹产生。考虑强度和塑性的良好匹配，三辊轧制的变形量选定在30%，能够得到较好的力学性能和显微组织。

（3）在TA18钛合金管材轧制过程中，每进行1～2个道次的轧制，就进行除油、酸洗、退火、矫直处理，再用喷砂+酸洗方法去除内表面裂纹。采取这种措施可使成品管材的探伤合格率提高到35%～40%。

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