鈦及鈦合金管材軋制工藝研究現狀

丁春聰

摘要：鈦及鈦合金管材應用性能突出，能在諸多領域運用。目前常見的鈦合金管材主要為有縫管、無縫管。其中無縫管材在應用加工中主要涉及到拉伸、斜軋、擠壓、軋制等工藝操作。鈦合金管材冷軋技術是先進的管材生產方法，當前針對性制定軋制工藝參數對全面軋制質量合格的管材具有較大影響。

關鍵詞：鈦;鈦合金;管材軋制;工藝現狀

一、鈦及鈦合金管材軋制過程影響要素分析

（一）變形程度

在鈦及鈦合金管材軋制中變形程度屬于重要參數，其對軋制中軋制力、各類制品表面質量、制品綜合性能、變形熱效應等均會產生較大影響。從相關研究中能得出，在鈦及鈦合金管材軋制工藝中，當變形程度逐步擴大、變形強度增加，塑性保持不變。管材通過1.5小時在800℃退火處理中，其強度值會逐步降低，對應的塑性會逐步提升。再結晶退火之后，經過大加工變形量的管材強度要小于小加工量。基于變形率對管材力學屬性以及組織整體影響進行分析能有效判定，諸多硬態管材實際抗拉強度、屈服強度受到變形率增加影響會逐步升高，對應的延伸率會逐步降低。在加工率逐步增大中，會出現較多典型的纖維組織，管材組織中變形流線較為明顯。從實驗中能得出，變形率對管材整體力學屬性會產生較大影響，通過退火能有效控制。在鈦及鈦合金管材軋制中，要注重對變形程度集中判定，還要注重分析減徑量與減壁量對產品質量產生的影響。通過高效化生產實踐活動中能得出，空減徑對工業純鈦產生的變形影響較低，對TC1以及TC2等鈦合金產生的變形有著較大影響。

（二）送進量

在軋制中送進量合理控制至關重要，對生產效率以及生產質量具有較大影響。送進量較小將導致生產設備作用無法有效發揮，將會降低生產率。當實際送進量較大，會導致軋制的管材出現諸多質量缺陷，比如壁厚不均勻、飛邊等情況。在鈦及鈦合金管材軋制中，送進量對渦流探傷也有較大影響。管材軋制送進量較小的情況下，渦流探傷檢測精度較高。當軋制送進量不斷增大，增加到一定數值之后，即使不產生軋制缺陷問題，也會由于金屬材質變形問題加重以及應力較為集中等情況導致管材探傷噪聲增大。鈦及鈦合金管材硬度更高，難以變形，要注重適度縮小送進量。還要對工作機架行程次數合理控制，這樣防止軋機運行中負荷不斷增大，導致軋制管材報廢。當軋機運行中實際行程次數沒有變化，在軋制多種類型合金中要注重結合實際生產加工要求對送進量進行控制。比如LG-30軋機運行中，TA1以及TA2管材軋后壁厚在0.40至2.50mm范圍內，送進量選取3.0至7.0mm每次。當軋后壁厚在2.6至6.00mm范圍，可以對送進量進行調控，轉變為4.0至10.0mm每次。

（三）軋機速度

在軋機運行速度選取與控制中，要注重基于不增大軋機運行負荷為主要原則。從軋制現狀中能得出，小規格軋機運行速度要明顯快于大規格軋機。因為諸多小規格軋機運行中，實際重量與金屬送進體積相對較小。但是大規格軋機則不同，受到慣性力矩影響，導致其轉動難度增大，所以現階段在軋機主傳動位置要注重補充相應的平衡運用裝置，能全面提升軋機運行速率。

（四）轉角

當前從生產加工操作中能得出，當軋制中諸多參數相同，回轉角度變化對壁厚會產生諸多影響。其中回轉角度不斷增加，對應的壁厚不均度增加變快。主要是由于回轉角增大，對應的輾軋角與切向變形會逐步增大，這樣會導致橫向變形不均性擴大。比如在生產中選取LD60三輥冷軋管機在TA1ф41mmx1.4mm純鈦管坯中，對應的回轉角為16°、18°等，實際壁厚不均勻度也有差異，主要為8.4%、8.7%。由此得出，壁厚不均度主要是受到回轉角變化影響。管材轉動一定角度以后，要注重集中控制壓縮段拉應力。這樣能有效控制諸多塑性較差的金屬在機架運行中產生的裂紋情況。

二、擠壓工藝判定

在鈦及鈦合金管材軋制中，要注重在最合適的條件中擬定正確的生產技術工藝。要注重強化送進量、轉角控制、軋機速度、變形程度優化。對各類鈦合金型號合理判定，制定科學化的軋制技術工藝，提高成品率，以此擴大生產效益。有諸多研究人員通過實驗操作方式對TA18鈦合金小規格厚壁變形量進行判定，分析成品管材顯微組織以及力學性質的影響。也有技術人員通過實驗方式研究TA16小規格厚壁管材加工量對管材性能的影響。近年來隨著有限元技術快速發展，將原有的實驗方式與有限元分析方法有效結合，能基于有限元數值精確化模擬對金屬塑性過程合理判定，這樣能對傳統技術工藝參數合理優化，便于提升生產效益以及軋制成效，突出成品應用價值。

三、高強度鈦合金管材軋制工藝實踐

TA18鈦合金是應用相對廣泛的鈦合金，此類鈦合金性質是低合金化，其具備良好的應用性能。在加工中能承受較高的溫度環境、耐蝕性突出。此類鈦合金能用于熱加工、冷加工環境中，不同加工方式均能有效實現高效化焊接，所以以此類鈦合金為原材的管路材料能在諸多領域高效化運用。當前多數地區主要是選取冷軋技術對TA18管材進行生產加工，其對應的強度能達到860MP。此類冷軋技術工藝在我國諸多方面需要集中改進。從整體角度來看，此項技術處于發展時期。在管材軋制中會出現不同裂縫情況。當前要注重做好軋制工藝研究，判定退火溫度、累積變形率等對成品鈦合金管材產生的不同影響。這樣能為鈦合金技術應用優化奠定良好基礎，能生產更多強度值較高的鈦合金管材。

在實驗中，實驗原料主要是選取Al豆、鋁釩合金、海綿鈦等，通過多次真空自耗電弧爐熔煉，制造φ430mmTA18合金鑄錠。首先通過在β區進行鑄錠開坯，精鍛出φ130mm棒坯，之后在擠壓機中擠壓成φ45mmx8mm合金管坯。通過兩輥、三輥軋機進行冷軋以及表面處理。之后運用真空退火爐實施有效退火，制備成不同規格成品管材。強度值較高的鈦合金管材在拉伸性能測試中要在合適的室溫環境中進行，選取10t拉伸試驗機。實際應用的管材試樣要通過針對性磨制以及拋光處理，技術人員要運用腐蝕劑對管材試樣實施腐蝕操作，腐蝕位置是在軸向界面，之后對試樣現狀進行觀察。

在研究中，有諸多研究人員會應用多種冷軋技術工藝，將鈦合金有效軋制成不同類型管材。實驗操作中，當晶粒破碎情況隨著變形率增大其變形更為充分，管材顯微組織變形流線較為明顯，對應的加工強度也會逐步提升。其中變形率小于44%，對應的塑性變化情況不夠明顯。變形率逐步增大，塑性進一步降低。從工藝操作中能得出，在700℃環境中，通過一個半小時退火處理，變形率在30%至80%的管材晶粒均勻度較好，力學性能逐步趨向于完善。在退火溫度分析中，實驗中應用的管材其強度隨著退火溫度升高逐步降低，其延伸率也在不斷升高。對應的力學性能變化主要是在550至650℃退火溫度區間內，當退火溫度高于650℃時，對應的強度變化以及塑性變化開始趨向于平緩狀態。

結束語：

綜合上述，當前鈦與鈦合金冷軋方法運用中，主要是受到轉角、變形情況、軋機速度、送進量等要素影響。當前選取計算機模擬與實際加工工藝有效結合的軋制措施運用，能保障加工效益全面發展。

參考文獻：

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