CN115647107B - 一种提高钛合金无缝管压扁性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高钛合金无缝管压扁性能的方法，包括如下步骤：三次VAR熔炼得到钛合金铸锭；钛合金铸锭制成钛合金圆棒；钛合金圆棒压制成空心管坯，对空心管坯内湿喷砂、外磨、酸洗制成空心管坯；空心管坯轧制成钛合金成品无缝管；钛合金成品无缝管取样，测出内表面微坑的最大深度h1及其延展出的微裂纹的最大延展深度h2；对钛合金成品无缝管的内表面湿喷砂，去除h1+0.02mm壁厚，对钛合金成品无缝管内表面进行流动酸洗，去除h2+0.02mm壁厚；对步骤六的钛合金成品无缝管经真空退火、矫直后得到成品管。本发明通过成分设计优化、热变形工艺、冷轧工艺调控合适的晶粒取向；采用更好内表面处理方法将钛合金管内表面微裂纹缺陷完全处理掉。
Description
技术领域
本发明涉及有色金属无缝管技术领域，具体而言是一种提高钛合金无缝管压扁性能的方法。
背景技术
压扁性能是衡量钛合金管材产品质量的重要指标，一般按GB/T246-2017标准进行检验。如航空用TA18钛合金管压扁后平板间距距离要求小于10倍壁厚，即20*1mm压扁后平板间距需小于等于10mm才合格。现有的冷轧、热处理工艺、内表面处理工艺没有针对钛合金管压扁性能进行优化，导致TA18钛合金管材压扁性能不合格。
钛合金管材压扁性能不合的失效形式是压扁试样内表面开裂，压扁性能不合有两个原因，一个是因为钛合金成分设计不合理、管材的晶粒取向分布不合理；另一个是因为钛合金管内表面缺陷导致压扁性能不合，内表面微裂纹缺陷形态为微小坑加上微裂纹。
发明内容
根据上述技术问题，而提供一种提高钛合金无缝管压扁性能的方法。本发明主要通过成分设计优化、热变形工艺、冷轧工艺调控合适的晶粒取向及合适的强塑性匹配来解决上述第一个原因；采用更好内表面处理方法将钛合金管内表面微裂纹缺陷完全处理掉解决上述第二个原因。
本发明采用的技术手段如下：
一种提高钛合金无缝管压扁性能的方法，包括如下步骤：
步骤一：三次VAR熔炼得到钛合金铸锭，控制钛合金铸锭的氧成分含量≤0.07％；
步骤二：钛合金铸锭经4火次三墩三拔自由锻、2火次径锻制成钛合金圆棒，探伤圆棒达到GB/T5193标准的AA级；
步骤三：钛合金圆棒经挤压制成空心管坯，对空心管坯内湿喷砂、外磨、酸洗制成内外表面无缺陷的空心管坯；喷砂采用100目的绿色碳化硅颗粒和水按1：2重量比混合，空心管坯的晶粒取向类型为α相<11-20>//管坯径向、<10-10>//管坯轴向；
步骤四：空心管坯在二辊冷轧管机经3～4道次冷轧制成钛合金成品无缝管，每道次冷轧后进行真空退火，冷轧工艺设计保证每一道次冷轧的K值≥1、每一道次冷轧的变形率ε和K值比上一道次大，钛合金成品无缝管的晶粒取向类型为α相<0001>//管材径向、<10-10>//管材轴向；外径为D1、壁厚为S1的空心管坯冷轧一道次成外径为D2、壁厚为S2的空心管坯，该道次冷轧的变形率ε计算公式为：
ε＝((D1-S1)×S1-(D2-S2)×S2)/((D1-S1)×S1)；
该道次冷轧的K值计算公式为：K＝(S1-S2)×D1/(D1-D2)×S1；
步骤五：在步骤四的钛合金成品无缝管取多组(优选为10组)横向、纵向金相组织样，观察金相组织样测出钛合金管内表面微坑的最大深度h1，由内表面微坑延展出的微裂纹的最大延展深度h2；
步骤六：对步骤四得到的钛合金成品无缝管的内表面湿喷砂，去除h1+0.02mm壁厚，喷砂后将钛合金管外表面用塑料袋包覆，对钛合金成品无缝管内表面进行流动酸洗，去除h2+0.02mm壁厚；
喷砂采用100目的绿色碳化硅颗粒和水按1：2重量比混合，去除h1+0.02mm壁厚，喷砂后将钛合金管外表面用塑料袋包覆，对钛合金成品无缝管内表面进行流动酸洗，酸洗液采用HF酸：酸洗液采用HF酸：HNO3酸：水按5：20：75重量比例混合，以大于等于2米/分钟的速度流过钛合金管内表面；
步骤七：对步骤六的钛合金成品无缝管经真空退火、矫直、探伤，探伤样管刻伤深度0.04mm、宽度0.10mm、长度1.52mm，探伤检验合格后，取样做拉伸性能、压扁性能检验合格得到合格的成品管。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明所述三次VAR熔炼保证了钛合金均匀的成分；控制氧成分含量≤0.07％改善了钛合金成品管的压扁性能；三墩三拔开坯、径锻的热变形工艺组合保证了钛合金圆棒组织、性能均匀，探伤能够达到GB/T5193标准的AA级；挤压制坯工序通过调整管坯晶粒取向类型为α相<11-20>//管坯径向、<10-10>//管坯轴向，改善了钛合金成品管的压扁性能；通过内喷砂、外磨、酸洗的工艺组合完全消除空心管坯内外表面的缺陷，避免因管坯缺陷导致冷轧过程出现更大缺陷；冷轧工艺的变形率ε和K值组合保证了钛合金成品无缝管的晶粒取向合理、组织细小均匀，钛合金成品无缝管的晶粒取向类型为α相<0001>//管材径向、<10-10>//管材轴向，保证了钛合金成品管的压扁性能；通过金相观察确认了钛合金管内表面微坑2的最大深度h1，由内表面微坑延展出的微裂纹3的最大延展深度h2；针对钛合金管内表面缺陷形貌制定了相应的消除缺陷的工艺，即先采用湿喷砂去除钛合金管内表面微坑(喷砂摩擦钛管内壁发热导致温度上升影响钛管组织性能，湿喷砂因为有水冷却可以降温避免这种损害)，再用流动酸洗去除钛合金管内表面微裂纹，并多去除0.02mm以保证缺陷完全去除，钛管内表面组合处理工艺完全消除了钛合金管内表面缺陷对钛合金管压扁性能的影响；刻伤深度0.04mm是目前能刻的最浅深度的伤，通过对每支钛合金成品无缝管全长进行超声波探伤来确认缺陷去除效果，取样做拉伸性能、压扁性能检验合格得到成品管材。
基于上述理由本发明可在钛合金无缝管等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施方式中钛合金成品无缝管内表面微坑和微裂纹示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
一种提高钛合金无缝管压扁性能的方法，包括如下步骤：
步骤一：三次VAR熔炼得到钛合金铸锭，控制钛合金铸锭的氧成分含量≤0.07％；
步骤二：钛合金铸锭经4火次三墩三拔自由锻、2火次径锻制成钛合金圆棒，探伤圆棒达到GB/T5193标准的AA级；
步骤三：钛合金圆棒经挤压制成空心管坯，对空心管坯内湿喷砂、外磨、酸洗制成内外表面无缺陷的空心管坯；喷砂采用100目的绿色碳化硅颗粒和水按1：2重量比混合，空心管坯的晶粒取向类型为α相<11-20>//管坯径向、<10-10>//管坯轴向；
步骤四：空心管坯在二辊冷轧管机经3～4道次冷轧制成钛合金成品无缝管，每道次冷轧后进行真空退火，冷轧工艺设计保证每一道次冷轧的K值≥1、每一道次冷轧的变形率ε和K值比上一道次大，钛合金成品无缝管的晶粒取向类型为α相<0001>//管材径向、<10-10>//管材轴向；外径为D1、壁厚为S1的空心管坯冷轧一道次成外径为D2、壁厚为S2的空心管坯，该道次冷轧的变形率ε计算公式为：
ε＝((D1-S1)×S1-(D2-S2)×S2)/((D1-S1)×S1)；
该道次冷轧的K值计算公式为：K＝(S1-S2)×D1/(D1-D2)×S1；
步骤五：在步骤四的钛合金成品无缝管取10组横向、纵向金相组织样，观察金相组织样测出钛合金管内表面微坑的最大深度h1，由内表面微坑延展出的微裂纹的最大延展深度h2(如图1所示)；
步骤六：对步骤四得到的钛合金成品无缝管的内表面湿喷砂，去除h1+0.02mm壁厚，喷砂后将钛合金管外表面用塑料袋包覆，对钛合金成品无缝管内表面进行流动酸洗，去除h2+0.02mm壁厚；
喷砂采用100目的绿色碳化硅颗粒和水按1：2重量比混合，去除h1+0.02mm壁厚，喷砂后将钛合金管外表面用塑料袋包覆，对钛合金成品无缝管内表面进行流动酸洗，酸洗液采用HF酸：酸洗液采用HF酸：HNO3酸：水按5：20：75重量比例混合，以大于等于2米/分钟的速度流过钛合金管内表面；
步骤七：对步骤六的钛合金成品无缝管经真空退火、矫直、探伤，探伤样管刻伤深度0.04mm、宽度0.10mm、长度1.52mm，探伤检验合格后，取样做拉伸性能、压扁性能检验合格得到合格的成品管。
实施例1
生产规格为Φ14×0.8mm的TA16钛合金无缝管。
采用的生产工艺流程为：三次真空自耗成Φ490圆形TA16钛合金铸锭，氧含量0.059～0.065％→水压机4火次三墩三拔自由锻成Φ170圆棒→2火次径锻制成Φ70黑皮圆棒→挤压、内喷砂、外车机加工制成Φ54*5空心管坯→LG30二辊冷轧管机冷轧成Φ33×3钛管(ε为63.3％、K值为1.03)→740°保温1h真空退火→LG15二辊冷轧管机冷轧成Φ21×1.7钛管(ε为63.5％、K值为1.19)→740°保温1h真空退火→LG15二辊冷轧管机冷轧成Φ14×0.8钛管(ε为67.8％、K值为1.59)→750°保温1h真空退火、矫直→Φ14×0.8钛管取10组横向、纵向金相组织样，观察金相组织样测出钛合金管内表面微坑的最大深度0.02mm，由内表面微坑延展出的微裂纹的最大延展深度0.02mm→Φ14×0.8钛管内表面喷砂，去除壁厚0.04mm→Φ14×0.8钛管内表面流动酸洗，去除壁厚0.04mm→Φ14×0.8钛管逐支全长超探(探伤样管刻伤深度0.04mm、宽度0.10mm、长度1.52mm)→取样检查拉伸、压扁性能→包装。
本实施例所制得的Φ14×0.8mm规格TA16钛合金无缝管的屈服强度470Mpa、抗拉强度590Mpa、延伸率25％，压板间距至6mm压扁试样不开裂。
实施例2
生产规格为Φ15×1mm的TA18钛合金无缝管。
采用的生产工艺流程为：三次真空自耗成Φ490圆形TA18钛合金铸锭，氧含量0.059～0.068％→水压机4火次三墩三拔自由锻成Φ170圆棒→2火次径锻制成Φ70黑皮圆棒→挤压、内喷砂、外车机加工制成Φ50*5.5空心管坯→LG30二辊冷轧管机冷轧成Φ32×3.4钛管(ε为60.3％、K值为1.06)→700°保温1h真空退火→LG15二辊冷轧管机冷轧成Φ21×2钛管(ε为60.9％、K值为1.20)→700°保温1h真空退火→LG15二辊冷轧管机冷轧成Φ15×1钛管(ε为63.2％、K值为1.75)→720°保温1h真空退火、矫直→Φ15×1钛管取10组横向、纵向金相组织样，观察金相组织样测出钛合金管内表面微坑的最大深度0.03mm，由内表面微坑延展出的微裂纹的最大延展深度0.03mm→Φ15×1钛管内表面喷砂，去除壁厚0.05mm→Φ15×1钛管内表面流动酸洗，去除壁厚0.05mm→Φ15×1钛管逐支全长超探(探伤样管刻伤深度0.04mm、宽度0.10mm、长度1.52mm)→取样检查拉伸、压扁性能→包装。
本实施例所制得的Φ15×1mm规格TA18钛合金无缝管的屈服强度540Mpa、抗拉强度650Mpa、延伸率20％，压板间距至9mm压扁试样不开裂。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种提高钛合金无缝管压扁性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：三次VAR熔炼得到钛合金铸锭，钛合金铸锭的氧成分含量≤0.07％；
步骤二：钛合金铸锭经4火次三墩三拔自由锻、2火次径锻制成钛合金圆棒；
步骤三：钛合金圆棒经挤压制成空心管坯，对空心管坯内湿喷砂、外磨、酸洗制成内外表面无缺陷的空心管坯；
步骤四：空心管坯在二辊冷轧管机经3～4道次冷轧制成钛合金成品无缝管，每道次冷轧后进行真空退火，冷轧工艺设计保证每一道次冷轧的K值≥1、每一道次冷轧的变形率ε和K值比上一道次大；
外径为D1、壁厚为S1的空心管坯冷轧一道次成外径为D2、壁厚为S2的空心管坯，该道次冷轧的变形率ε计算公式为：
ε＝((D1-S1)×S1-(D2-S2)×S2)/((D1-S1)×S1)；
该道次冷轧的K值计算公式为：K＝(S1-S2)×D1/((D1-D2)×S1)；
步骤五：在步骤四的钛合金成品无缝管取多组横向、纵向金相组织样，观察金相组织样测出钛合金管内表面微坑的最大深度h1，由内表面微坑延展出的微裂纹的最大延展深度h2；
步骤六：对步骤四得到的钛合金成品无缝管的内表面湿喷砂，去除h1+0.02mm壁厚，喷砂后将钛合金管外表面包覆，对钛合金成品无缝管内表面进行流动酸洗，去除h2+0.02mm壁厚；
步骤七：对步骤六得到的钛合金成品无缝管经真空退火、矫直后得到成品管。
2.根据权利要求1所述的一种提高钛合金无缝管压扁性能的方法，其特征在于，步骤二中得到的钛合金圆棒，对其探伤，其达到GB/T5193标准的AA级。
3.根据权利要求1所述的一种提高钛合金无缝管压扁性能的方法，其特征在于，步骤三和步骤六中，喷砂采用100目的绿色碳化硅颗粒和水按1：2重量比混合得到。
4.根据权利要求1所述的一种提高钛合金无缝管压扁性能的方法，其特征在于，步骤三中得到的空心管坯的晶粒取向类型为α相<11-20>//管坯径向、<10-10>//管坯轴向。
5.根据权利要求4所述的一种提高钛合金无缝管压扁性能的方法，其特征在于，步骤四中得到的钛合金成品无缝管的晶粒取向类型为α相<0001>//管材径向、<10-10>//管材轴向。
6.根据权利要求1所述的一种提高钛合金无缝管压扁性能的方法，其特征在于，步骤六中，酸洗液采用HF酸：HNO3酸：水按5：20：75重量比例混合，以大于等于2米/分钟的速度流过钛合金管内表面。
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