TA36鈦合金管材軋制工藝研究

王巧莉，成小麗，羊玉蘭

（寶雞鈦業(yè)股份有限公司，陜西 寶雞 721014）

1 前言

鈦及鈦合金以其優(yōu)良的耐腐蝕性能、高的比強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)在艦船制造領(lǐng)域得到應(yīng)用。TA36（Ti50）牌號(hào)是我國(guó)自主研發(fā)的一種新型船用鈦合金，其化學(xué)成分是Ti-1Al-1.2Fe，屬于近α鈦合金，該合金可用于海水耐壓系統(tǒng)（即通海管路）的制造。TA36鈦合金的含鐵元素較高，在軋制變形過(guò)程中容易開(kāi)裂。采用生產(chǎn)Ф18×1.5mm、Ф45×2mm兩種規(guī)格的管材，從金屬的變形量及退火制度方面對(duì)它們的生產(chǎn)工藝、組織性能進(jìn)行研究。為生產(chǎn)出符合GJB9579-2018《艦船用鈦及鈦合金管材》標(biāo)準(zhǔn)的管材，制定較為合理的工藝提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)。

2 試驗(yàn)

2.1 化學(xué)成分

選擇適當(dāng)比例的金屬材料進(jìn)行真空自耗熔煉，鑄錠的化學(xué)成分與工藝設(shè)計(jì)成分含量基本一致，符合GB3625的標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 坯料制作

預(yù)計(jì)先采用Ф296mm小型鑄錠，等有一定的技術(shù)累積后再投入較大規(guī)格的鑄錠。在保證坯料變形量的前提下。鑄錠在β區(qū)鍛造成為棒坯，經(jīng)扒皮、鉆孔制成擠壓用的錠坯對(duì)鑄錠進(jìn)行墩拔變形后，在3150t臥式水壓機(jī)上將錠坯加熱至兩相區(qū)后進(jìn)行擠壓，擠壓時(shí)采用普通潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑。擠壓管坯內(nèi)外表面質(zhì)量良好。

2.3 冷軋工藝

軋制方面從使用的設(shè)備和變形量進(jìn)行控制。開(kāi)坯生產(chǎn)在兩輥系列軋機(jī)上進(jìn)行，成品在環(huán)孔型軋機(jī)進(jìn)行的生產(chǎn)方式。采用不同的加工道次，不同的加工量，選取兩種不同規(guī)格的管材進(jìn)行冷軋工藝研究，同時(shí)將各個(gè)道次加工變形量基本控制在43.2%～57%。

基本的工藝流程為：管坯修理→冷軋→除油→酸洗→退火→矯直→修理→內(nèi)鉸→酸洗→成品冷軋→除油→酸洗→退火→矯直→超聲→檢查→包裝

2.4 退火工藝

2.4.1 力學(xué)性能統(tǒng)計(jì)

退火溫度對(duì)產(chǎn)品的組織性能有很大的影響，不同退火溫度下的產(chǎn)品的金相組織是不同的，反映出產(chǎn)品的性能也是不同的。對(duì)冷軋管材選用600℃×1h、650℃×1h、700℃×1h、750℃×1h的熱處理制度進(jìn)行退火處理。進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同溫度管材力學(xué)性能檢測(cè)統(tǒng)計(jì)圖

管材批量進(jìn)行退火前進(jìn)行了600℃×1h、650℃×1h、700℃×1h、750℃×1h四個(gè)熱處理制度的掛樣后力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果看各制度退火后管材性能指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但Rp0.2富余量不大。

2.4.2 顯微組織

對(duì)不同熱處理制度處理管材進(jìn)行顯微組織檢驗(yàn)，顯微組織照片見(jiàn)圖2-圖11。

圖2 YL200X

圖3 YT200X

圖4 600℃ X1h-L 200X

圖5 600℃ X1h-T 200X

圖6 650℃ X1h-L 200X

圖7 650℃ X1h-T 200X

圖8 700℃ X1h-L 200X

圖9 700℃ X1h-T 200X

圖10 750℃ X1h-L 200X

圖11 750℃ X1h-T 200X

從以上圖2-圖11可以看出冷加工態(tài)的組織縱向?yàn)槔L(zhǎng)的細(xì)小變形組織，橫向?yàn)榧?xì)小的等軸狀組織，隨退火溫度升高組織發(fā)生再結(jié)晶，晶粒逐漸長(zhǎng)大，縱橫向出現(xiàn)等軸晶粒，和力學(xué)性能變化規(guī)律一致。

綜合考慮管材各項(xiàng)性能指標(biāo)及生產(chǎn)效率管材批量退火制度可選擇650-700℃×1h退火，管材力學(xué)性能滿足要求。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 超聲波探傷

用GJB9579-2018《艦船用鈦及鈦合金管材》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行超聲波探傷，兩個(gè)規(guī)格超聲支數(shù)合格率見(jiàn)表1。

表1

按照GJB《艦船用鈦及鈦合金管材》標(biāo)準(zhǔn)探傷要求管材的探傷合格率比較高，說(shuō)明軋制工藝的編排比較合理。

3.2 力學(xué)性能檢測(cè)

兩個(gè)規(guī)格管材退火力學(xué)后力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3：

表2 力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果

管材采用650℃×1h制度進(jìn)行退火后力學(xué)性能指標(biāo)與掛樣檢驗(yàn)結(jié)果一致，能滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求要求。

3.3 工藝性能

兩個(gè)規(guī)格管材均進(jìn)行了水壓、擴(kuò)口、壓扁工藝性能檢測(cè)，檢驗(yàn)結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 軋制工藝合理性的分析

4.1.1 內(nèi)鉸工藝的安排

兩個(gè)規(guī)格管材工藝設(shè)計(jì)時(shí)將內(nèi)鉸工藝安排在擠壓管坯經(jīng)過(guò)一個(gè)到次軋制后進(jìn)行，主要是考慮管材擠壓過(guò)程中管材內(nèi)徑尺寸變化較大，在擠壓管上進(jìn)行內(nèi)鉸時(shí)會(huì)造成內(nèi)鉸刀具選擇困難，同時(shí)部分管坯上會(huì)出現(xiàn)局部缺陷不能完全去除。在進(jìn)行過(guò)程一個(gè)道次軋制后進(jìn)行內(nèi)鉸，管材內(nèi)徑尺寸比較均勻，內(nèi)鉸加工難度大大降低。

4.1.2 道次加工量的合理分配

兩個(gè)規(guī)格管材道次加工量基本控制在43.2%～57%，未出現(xiàn)大減徑工藝設(shè)計(jì)，軋制過(guò)程中管材未出現(xiàn)軋制開(kāi)裂、軋折等缺陷，管材表面質(zhì)量及尺寸精度滿足要求，加工工藝比較合理。道次加工量及管材超聲合格率等方面考慮，管材軋制工藝設(shè)計(jì)比較合理。

4.2 材料加工難度

從管材擠壓、軋制加工過(guò)程看，管材加工難度與TA10加工難度相當(dāng)；從探傷結(jié)果看，探傷合格率較高，有TA2、TA10管材探傷結(jié)果相當(dāng)；從力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果看，TA36強(qiáng)度較TA10強(qiáng)度稍高。

材料加工難度不大，按照正常管材生產(chǎn)工藝控制。

5 結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)基本掌握管材軋制及熱處理等關(guān)鍵加工參數(shù)，生產(chǎn)出滿足GJB9579-2018《艦船用鈦及鈦合金管材》標(biāo)準(zhǔn)的TA36 18×1.5mm、45×2mm兩個(gè)規(guī)格管材，管材探傷合格率較高，驗(yàn)證該牌號(hào)管材整個(gè)生產(chǎn)流程的可行性。

管材在進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，管材Rm及A50mm富余量較大，Rp0.2指標(biāo)富余量非常小，后續(xù)將通過(guò)調(diào)整化學(xué)成分、管材道次加工量及熱處理制度進(jìn)行試驗(yàn)提高Rp0.2指標(biāo)富余量。