CN102615138A - 一种钛管材的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钛管材的制造方法，该方法为：一、对钛管坯进行1～2道次的常规开坯轧制，得到半成品管材；二、将半成品管材矫直后切去头尾，然后镗孔、刮修去除内外表面缺陷；三、采用多辊轧机对经镗孔、刮修后的半成品管材进行1～4道次的轧制，每轧制完1～2道次后对经轧制的半成品管材依次进行常规除油处理、常规酸洗处理和常规真空热处理；四、对经轧制后的半成品管材进行矫直，然后切去头尾，得到外径为6mm～20mm，壁厚与外径之比为0.05～0.125的钛管材。采用本发明的方法制造的钛管材具有轴向
Figure DDA0000149051650000011
退火织构，径向-切向平面具有较强的周向(0002)织构，其扩口率和压扁结果均符合国家标准相关规定。

Description

一种钛管材的制造方法
技术领域
本发明属于有色金属材料加工技术领域，具体涉及一种钛管材的制造方法。
背景技术
随着我国航空工业的飞跃发展及大飞机项目的启动，对发动机的性能及减重提出了更高的要求。钛及钛合金因其比强度高、耐蚀性优异、焊接性能好，并具有良好的冷热加工及成形性能，成为航空航天发动机中各种润滑及燃油管路系统的首选用材。受发动机结构限制，其管路用材规格通常小于Φ20mm，且需在空间进行多向复杂的排布及结构联接，对管材的扩口、压扁、弯曲等冷成形工艺性能提出了很高的要求，如Φ6mm规格纯钛管材的扩口率要求达60％以上。
目前我国航空航天发动机用钛管材已进行了20多年的研究，虽然能够实现成品管材制备，但无法满足高工艺性能管材批量生产的要求，存在着生产工艺稳定性、不同批次产品性能一致性差、成品率低，制备出的钛管材进行扩口、压扁等工艺性能考核时易开裂，后续冷成形性能不稳定等问题，无法满足使用要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种力学性能优异，扩口率和压扁结果均符合国家标准相关规定的钛管材的制造方法。该方法通过控制成品道次的轧制相对减壁量和相对减径量的比值，并结合常规真空热处理工艺，既实现了控制成品管材织构的目的，同时又提高了表面质量，使制备的管材成品率及冷成形工艺性能得到大幅度提高。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种钛管材的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、对钛管坯进行1～2道次的常规开坯轧制，每轧制完一次对轧制后的钛管坯依次进行常规除油处理、常规酸洗处理和常规真空热处理，得到半成品管材；
步骤二、将步骤一中所述半成品管材矫直后切去头尾，然后镗孔、刮修去除内外表面缺陷；
步骤三、采用多辊轧机对步骤二中经镗孔、刮修后的半成品管材进行1～4道次的轧制，每轧制完1～2道次后对经轧制的半成品管材依次进行常规除油处理、常规酸洗处理和常规真空热处理；所述轧制过程中控制每道次的相对减壁量与相对减径量的比值为1.0～2.9；所述轧制过程中控制火次轧制变形率为40％～69％，其中火次是指：首次真空热处理之前为一火次，两次真空热处理之间为一火次；
步骤四、对步骤三中经轧制后的半成品管材进行矫直，然后切去头尾，得到外径为6mm～20mm，壁厚与外径之比为0.05～0.125的钛管材。
上述的一种钛管材的制造方法，步骤一中所述钛管坯为纯钛管坯或近α型钛合金管坯。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用常规开坯轧制，使管坯晶粒得到了充分破碎，变形金属充分流动全部参与变形，使管材生产系列工序缩短，成本降低。
2、本发明通过控制成品火次轧制变形率(首次真空热处理之前的轧制变形率和两次真空热处理之间的轧制变形率)为40％～69％，保证了管材的组织及力学性能均匀一致，进一步减少了工序、降低了成本。
3、本发明通过控制成品道次的轧制相对减壁量和相对减径量的比值，并结合常规真空热处理工艺，既实现了控制成品管材织构的目的，同时又提高了表面质量，使制备的管材成品率及冷成形工艺性能得到大幅度提高。
4、采用本发明的方法制造的钛管材力学性能优异，管材具有轴向
Figure BDA0000149051630000031
退火织构，径向-切向平面具有较强的周向(0002)织构，其扩口率和压扁结果均符合国家标准相关规定。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1制造的Φ20×1.0mm规格TA2纯钛管材的径向-切向(RD-TD)面的
Figure BDA0000149051630000032
不完整极图。
图2为本发明实施例1制造的Φ20×1.0mm规格TA2纯钛管材的轴向-切向(AD-TD)面的(0002)不完整极图。
图3为本发明实施例2制造的Φ12×1.25mm规格TA18钛合金管材径向-切向(RD-TD)面的
Figure BDA0000149051630000033
不完整极图。
图4为本发明实施例2制造的Φ12×1.25mm规格TA18钛合金管材轴向-切向(AD-TD)面的(0002)不完整极图。
图5为本发明实施例3制造的Φ6×0.75mm规格TA0纯钛管材径向-切向(RD-TD)面的
Figure BDA0000149051630000034
不完整极图。
图6为本发明实施例3制造的Φ6×0.75mm规格TA0纯钛管材轴向-切向(AD-TD)面的(0002)不完整极图。
图7为本发明实施例4制造的Φ6×1mm规格TA7钛合金管材径向-切向(RD-TD)面的不完整极图。
图8为本发明实施例4制造的Φ6×1mm规格TA7钛合金管材轴向-切向(AD-TD)面的(0002)不完整极图。
具体实施方式
实施例1
步骤一、选用化学成份满足GB/T3520.1-2007标准要求的Φ60×6mm规格TA2斜轧穿孔管坯，将管坯外表面修磨、内表面镗孔至Φ60×5.5mm，选用LG60两辊轧机对管坯进行两道次常规开坯轧制，首道次开坯至Φ40×3.5mm，然后进行常规除油处理、常规酸洗处理以及常规真空热处理(650℃/2h)，经外修内镗后获得Φ40×3.0mm管坯；第二道次开坯至Φ23×1.6mm，然后进行常规除油处理、常规酸洗处理以及常规真空热处理(650℃/2h)，得到半成品管材；
步骤二、将步骤一中所述半成品管材矫直后切去头尾，然后镗孔、刮修去除内外表面缺陷；
步骤三、采用LD30三辊精轧机将步骤二中经镗孔、刮修后的半成品管材一道次精轧至Φ20×1.0mm，轧制过程中控制相对减壁量与相对减径量的比值为2.9，轧制变形率为45％，然后对管材依次进行常规除油处理、常规酸洗处理和真空热处理(620℃/1.5h)；
步骤四、采用卧式七辊矫直机对步骤三中经真空热处理后的半成品管材进行矫直，然后切去头尾，得到Φ20×1.0mm TA2纯钛管材。
本实施例制备的成品管材的综合性能如下：1)管材RD-TD面的
Figure BDA0000149051630000041
不完整极图和AD-TD面的(0002)不完整极图分别如图1和图2所示，(图中RD代表径向，TD代表切向，AD代表轴向，下同)，从图1中可以看出，本实施例制造的TA2纯钛管材具有轴向
Figure BDA0000149051630000042
退火织构，从图2可以看出，本实施例制造的TA2纯钛管材AD-TD面具有较强的周向(0002)织构；2)力学性能：Rm＝425MPa，Rp0.2＝285MPa，A＝35％；3)工艺性能：a)根据GB/T242标准要求，选取74°顶芯进行扩口检测，扩口率达60％；b)根据GB/T246标准要求，选取压扁常数e＝0.07进行压扁检测，压扁结果合格。
实施例2
步骤一、选用化学成份满足GB/T3520.1-2007标准要求的Φ28×4.5mm规格TA18挤压管坯，挤压管坯经酸洗除掉内外表面铜套后对内外表面缺陷进行清理，将清理干净内外表面缺陷的挤压管坯在LG30两辊开坯机上一道次开坯轧制为Φ17×3mm的半成品管材，然后进行常规除油处理、常规酸洗处理以及常规真空热处理(750℃/2h)，得到半成品管材；
步骤二、将步骤一中所述半成品管材矫直后切去头尾，然后镗孔、刮修去除内外表面缺陷；
步骤三、采用LD30三辊精轧机将步骤二中经镗孔、刮修后的半成品管材进行两道次轧制，第一道次轧制至Φ14×1.85mm，轧制变形率为46％，相对减壁量与相对减径量的比值为2.2，对轧制后的半成品管材依次进行常规除油处理、常规酸洗处理和真空热处理(750℃/2h)，第二道次轧制至Φ12×1.25mm，轧制变形率为40％，相对减壁量与相对减径量的比值为2.3，对轧制后的半成品管材依次进行常规除油处理、常规酸洗处理和真空热处理(700℃/2.5h)；
步骤四、采用卧式七辊矫直机对步骤三中经真空热处理后的半成品管材进行矫直，然后切去头尾，得到Φ12×1.25mm TA18钛合金管材。
本实施例制备的成品管材的综合性能如下：1)管材RD-TD面的不完整极图和AD-TD面的(0002)不完整极图分别如图3和图4所示，从图3中可以看出，本实施例制造的TA18钛合金管材具有轴向退火织构，从图4中可以看出，本实施例制造的TA18钛合金管材AD-TD面具有较强的周向(0002)织构；2)力学性能：Rm＝645MPa，Rp0.2＝558MPa，A＝18％；3)工艺性能：a)根据GB/T242标准要求，选取60°顶芯进行扩口检测，扩口率达45％；b)根据GB/T246标准要求，选取压扁常数e＝0.043进行压扁检测，压扁结果合格。
实施例3
步骤一、选用化学成份满足GB/T3520.1-2007标准要求的Φ25×4.5mm规格TA0挤压管坯，将挤压管坯在LG30两辊开坯机上一道次开坯轧制至Φ17×3.5mm，然后进行常规除油处理、常规酸洗处理以及常规真空热处理(650℃/2h)，经外修内镗后获得Φ17×3.4mm管坯；第二道次在LG20两辊轧机上开坯轧制至Φ11×2.5mm，然后进行常规除油处理、常规酸洗处理以及常规真空热处理(650℃/2h)，得到半成品管材；
步骤二、将步骤一中所述半成品管材矫直后切去头尾，然后镗孔、刮修去除内外表面缺陷；
步骤三、采用LDD15三辊精轧机对步骤二中经镗孔、刮修后的半成品管材进行三道次轧制，第一道次轧制至Φ8.5×1.9mm，轧制变形率为41％，相对减壁量与相对减径量的比值为1.1，对轧制后的半成品管材依次进行常规除油处理、常规酸洗处理和真空热处理(650℃/2h)；然后经第二道次轧制至Φ7×1.2mm，最后经第三道次轧制至Φ6×0.75mm，第二道次和第三道次的轧制总变形率为69％，第二道次和第三道次的相对减壁量与相对减径量的比值分别为2.1和2.6，对轧制后的半成品管材依次进行常规除油处理、常规酸洗处理和真空热处理(680℃/1.5h)；
步骤四、采用卧式七辊矫直机对步骤三中经真空热处理后的半成品管材进行矫直，然后切去头尾，得到Φ6×0.75mm TA0纯钛管材。
本实施例制备的成品管材的综合性能如下：1)管材RD-TD面的
Figure BDA0000149051630000061
不完整极图和AD-TD面的(0002)不完整极图分别如图5和图6所示，从图5中可以看出，本实施例制造的TA0纯钛管材具有轴向
Figure BDA0000149051630000062
退火织构，从图6中可以看出，本实施例制造的TA0纯钛管材AD-TD面具有较强的周向(0002)织构；2)力学性能：Rm＝515MPa，Rp0.2＝385MPa，A＝33％；3)工艺性能：a)根据GJB5163-2003标准要求，选取74°顶芯进行扩口检测，扩口率达60％；b)根据GJB5163-2003标准要求，选取压扁常数e＝0.07进行压扁检测，压扁结果合格。
实施例4
步骤一、选用化学成份满足GB/T3520.1-2007标准要求的Φ25×4.5mm规格TA7挤压管坯，将挤压管坯在LG30两辊开坯机上一道次开坯轧制至Φ17×3.6mm，然后进行常规除油处理、常规酸洗处理以及常规真空热处理(700℃/2h)，经外修内镗后获得Φ17×3.5mm管坯；第二道次在LG20两辊轧机上开坯至Φ11×2.2mm，然后进行常规除油处理、常规酸洗处理以及常规真空热处理(700℃/2h)，得到半成品管材；
步骤二、将步骤一中所述半成品管材矫直后切去头尾，然后镗孔、刮修去除外表面缺陷；
步骤三、采用LDD15三辊精轧机将步骤二中经镗孔、刮修后的半成品管材进行共四道次轧制，第一道次轧制至Φ9.5×1.9mm，第二道次轧制至Φ8×1.6mm，两道次总轧制变形率为47％，两道次的相对减壁量与相对减径量的比值分别为1.0和1.3，对轧制后的半成品管材依次进行常规除油处理、常规酸洗处理和真空热处理(700℃/2h)；然后经第三道次轧制至Φ7×1.3mm，最后经第四道次轧制至Φ6×1mm，两道次的轧制总变形率为51％，两道次相对减壁量与相对减径量的比值分别为1.5和1.6，对轧制后的半成品管材依次进行常规除油处理、常规酸洗处理和真空热处理(620℃/1.5h)；
步骤四、采用卧式七辊矫直机对步骤三中经热处理后的半成品管材进行矫直，然后切去头尾，得到Φ6×0.75mm TA7钛合金管材。
本实施例制备的成品管材的综合性能如下：1)管材RD-TD面的
Figure BDA0000149051630000071
不完整极图和AD-TD面的(0002)不完整极图分别如图7和图8所示，从图7中可以看出，本实施例制造的TA7钛合金管材具有轴向退火织构，从图8中可以看出，本实施例制造的TA7钛合金管材的AD-TD面具有较强的周向(0002)织构；2)力学性能：Rm＝560MPa，Rp0.2＝430MPa，A＝23％；3)工艺性能：a)根据GJB5163-2003标准要求，选取60°顶芯进行扩口检测，扩口率达45％；b)根据GJB5163-2003标准要求，选取压扁常数e＝0.06进行压扁检测，压扁结果合格。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (2)

1.一种钛管材的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、对钛管坯进行1～2道次的常规开坯轧制，每轧制完一次对轧制后的钛管坯依次进行常规除油处理、常规酸洗处理和常规真空热处理，得到半成品管材；
步骤二、将步骤一中所述半成品管材矫直后切去头尾，然后镗孔、刮修去除内外表面缺陷；
步骤三、采用多辊轧机对步骤二中经镗孔、刮修后的半成品管材进行1～4道次的轧制，每轧制完1～2道次后对经轧制的半成品管材依次进行常规除油处理、常规酸洗处理和常规真空热处理；所述轧制过程中控制每道次的相对减壁量与相对减径量的比值为1.0～2.9；所述轧制过程中控制火次轧制变形率为40％～69％，其中火次是指：首次真空热处理之前为一火次，两次真空热处理之间为一火次；
步骤四、对步骤三中经轧制后的半成品管材进行矫直，然后切去头尾，得到外径为6mm～20mm，壁厚与外径之比为0.05～0.125的钛管材。
2.根据权利要求1所述的一种钛管材的制造方法，其特征在于，步骤一中所述钛管坯为纯钛管坯或近α型钛合金管坯。
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