CN116656994A - 提升ta18钛合金无缝管收缩应变比的方法及ta18钛合金无缝管 - Google Patents

提升ta18钛合金无缝管收缩应变比的方法及ta18钛合金无缝管 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提升TA18钛合金无缝管收缩应变比的方法及TA18钛合金无缝管，涉及钛合金加工技术领域，包括：S1、将原料混料压制成多个电极块，并焊接成自耗电极；S2、将自耗电极采用真空自耗电弧炉熔炼，获得铸锭；S3、将铸锭进行扒皮、平头处理；S4、将平头处理后的铸锭进行多火次镦拔锻造成棒材；S5、将棒材进行不少于两火次精锻，再进行退火和矫直处理；S6、将矫直处理后的棒材进行车光钻孔与真空退火处理，获得粗坯；S7、将粗坯进行多道次冷轧和真空退火处理，获得半成品；S8、将半成品进行真空退火，酸洗，AA级超声波探伤，获得TA18钛合金无缝管。该方法可保证获得的TA18钛合金无缝管CSR值≥1.5。

Description

提升TA18钛合金无缝管收缩应变比的方法及TA18钛合金无 缝管
技术领域
本发明涉及钛合金加工技术领域，尤其涉及一种提升TA18钛合金无缝管收缩应变比的方法及TA18钛合金无缝管。
背景技术
TA18钛合金具有良好的室温力学性能和耐腐蚀性能，更可贵的是还具有优异的冷、热加工工艺塑性、成形性和焊接性；另外，其对缺口不敏感，且与复合材料的强度和刚度具有优良的匹配，广泛应用于航空航天、油田等领域，可以获得良好的减重效果。航空管路系统用TA18钛合金无缝管对尺寸精度及性能要求高，其中收缩应变比（CSR）是一项重要指标，而目前生产的TA18钛合金无缝管难以满足要求。
发明内容
本发明目的在于提供一种提升TA18钛合金无缝管收缩应变比的方法及TA18钛合金无缝管，采用对角拔长及多火次精锻获得TA18钛合金棒材，棒材经过机加工后获得冷轧管坯，再通过控制冷轧过程中的Q值，可保证所获得的TA18钛合金无缝管CSR值≥1.5，充分满足目前市场需求。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种提升TA18钛合金无缝管收缩应变比的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1、采用0A级海绵钛、AlV55合金、铝豆、TiFe30合金和TiO2粉末进行混料压制成多个电极块，将多个电极块焊接后获得自耗电极；
步骤S2、将步骤S1中获得的自耗电极采用真空自耗电弧炉熔炼2~3次，获得TA18钛合金铸锭；
步骤S3、将步骤S2中获得的TA18钛合金铸锭进行扒皮、平头处理；
步骤S4、将步骤S3中获得的铸锭在880 ℃~1100 ℃保温4.5 h~5 h，进行多火次镦拔锻造成TA18钛合金棒材；
步骤S5、将步骤S4中获得的TA18钛合金棒材进行不少于两火次精锻，获得的精锻棒材再进行退火和矫直处理；所述精锻的条件包括：精锻温度为800 ℃~880 ℃，保温时间为1~3 h，每火次变形量不小于55 %；所述退火的条件包括：退火温度为500 ℃~800 ℃，保温时间为1~2 h；
步骤S6、将步骤S5中获得的棒材进行车光钻孔处理与真空退火处理，获得钛合金无缝管粗坯；
步骤S7、将步骤S6中获得的钛合金无缝管粗坯进行多道次冷轧和真空退火处理，获得钛合金无缝管半成品；
步骤S8、将步骤S7中获得的无缝管半成品进行真空退火，酸洗，AA级超声波探伤，获得TA18钛合金无缝管。
作为一种优选的实施方式，所述步骤S1中，0A级海绵钛、AlV55合金、铝豆、TiFe30合金和TiO2粉末中的化学成分按质量百分比为：Al：V：Fe：O=2.5~3.5 %：2.0~3.0 %：0~0.25%：0~0.12 %进行配比，余量为Ti。
作为一种优选的实施方式，所述步骤S3中，扒皮深度为5~10 mm，冒口平头为30 mm~50 mm，起弧端平头为20 mm~30 mm。
作为一种优选的实施方式，所述步骤S6中，退火的条件包括：退火温度为400 ℃~750 ℃，保温时间为1 h~3 h。
作为一种优选的实施方式，所述步骤S7中，最后两个道次的相对减壁量与相对减径量的比值Q≥2，其余道次Q≥1.1；最后两道次冷轧变形量≤40 %；真空退火的条件包括：退火温度为400 ℃~800 ℃，保温时间为1 h~3 h。
作为一种优选的实施方式，所述步骤S8中，退火的条件包括：退火温度为300 ℃~700 ℃，保温时间为1 h~2.5 h。
作为一种优选的实施方式，所述步骤S8中，按体积百分比，酸洗中的酸液配比为：3~10 %的HF，20~30 %的HNO3，其余为水。
本发明还提供了一种TA18钛合金无缝管，按质量百分比计，所述TA18钛合金无缝管的化学成分包括：Al：2.5~3.5 %；V：2.0~3.0%；Fe：0~0.25 %；O：0~0.12 %，余量为Ti和不可避免的杂质。
作为一种优选的实施方式，所述TA18钛合金无缝管外径≤30 mm。
作为一种优选的实施方式，所述TA18钛合金无缝管收缩应变比CSR≥1.5。
本发明的技术效果和优点：
通过本发明方法的实施，可以开发出航空高压TA18钛合金无缝管，技术可实现工业应用，使得产品竞争力大幅度提升，产品附加值高，推广应用到燃油管路等其他领域，具有可观的经济效益和技术显示度；另一方面，高强TA18钛合金无缝管可应用于飞机的液压管路、燃油管路等重要或关键零部件，能有效提升我国飞机的综合性能，推进装备向新一代的发展，社会效益显著。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。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。
为解决现有技术的不足，本发明公开了一种提升TA18钛合金无缝管收缩应变比的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1、采用0A级海绵钛、AlV55合金、铝豆、TiFe30合金和TiO2粉末进行混料压制成多个电极块，将多个电极块焊接后获得自耗电极；其中，0A级海绵钛、AlV55合金、铝豆、TiFe30合金和TiO2粉末中的化学成分按质量百分比为：Al：V：Fe：O=2.5~3.5 %：2.0~3.0 %：0~0.25 %：0~0.12 %进行配比，余量为Ti；
步骤S2、将步骤S1中获得的自耗电极采用真空自耗电弧炉熔炼2~3次，获得TA18钛合金铸锭；
步骤S3、将步骤S2中获得的TA18钛合金铸锭进行扒皮、平头处理；其中，扒皮深度为5~10 mm，冒口平头为30 mm~50 mm，起弧端平头为20 mm~30 mm；
步骤S4、将步骤S3中获得的铸锭在880 ℃~1100 ℃保温4.5 h~5 h，进行多火次镦拔锻造成TA18钛合金棒材，每火次均采用对角线拔长，即使压机运动方向与方锭对角线平行；
步骤S5、将步骤S4中获得的棒材进行不少于两火次精锻，获得尺寸精度更高，组织更细小的棒材，精锻的条件包括：精锻温度为800 ℃~880 ℃，保温时间为1~3 h，每火次变形量不小于55 %；获得的精锻棒材需进行退火和矫直处理，退火的条件包括：退火温度为500 ℃~800 ℃，保温时间为1~2 h；
步骤S6、将步骤S5中获得的棒材进行车光钻孔处理与真空退火处理，获得钛合金无缝管粗坯；其中，退火的条件包括：退火温度为400 ℃~750 ℃，保温时间为1 h~3 h；
步骤S7、将步骤S6中获得的钛合金无缝管粗坯进行多道次冷轧和真空退火处理，获得钛合金无缝管半成品，最后两个道次的相对减壁量与相对减径量的比值Q≥2，其余道次Q≥1.1，最后两道次冷轧变形量≤40 %；其中，真空退火的条件包括：退火温度为400 ℃~800 ℃，保温时间为1 h~3 h；
步骤S8、将步骤S7中获得的无缝管半成品进行真空退火，酸洗，AA级超声波探伤，获得TA18钛合金无缝管；其中，退火的条件包括：退火温度为300 ℃~700 ℃，保温时间为1h~2.5 h；按体积百分比，酸洗中的酸液配比为：3~10 %的HF，20~30 %的HNO3，其余为水。
基于上述方法，本发明还公开了一种TA18钛合金无缝管，按质量百分比计，所述TA18钛合金无缝管的化学成分包括：Al：2.5~3.5 %；V：2.0~3.0 %；Fe：0~0.25 %；O：0~0.12%，余量为Ti和不可避免的杂质。
进一步地，所述TA18钛合金无缝管外径≤30 mm。
进一步地，所述TA18钛合金无缝管收缩应变比CSR≥1.5。
实施例1：
本发明示例性实施例1以生产规格为Φ25×2 mm的TA18钛合金无缝管为例，提供了一种提升TA18钛合金无缝管收缩应变比的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1、采用0A级海绵钛、AlV55合金、铝豆、TiFe30合金和TiO2粉末进行混料压制成多个电极块，将多个电极块焊接后获得自耗电极；其中，0A级海绵钛、AlV55合金、铝豆、TiFe30合金和TiO2粉末中的化学成分按质量百分比为：Al：V：Fe：O=3.0 %：2.5 %：0.12 %：0.060 %进行配比，其余为Ti。
步骤S2、将步骤S1中获得的自耗电极采用真空自耗电弧炉熔炼3次，获得规格为Φ750 mm的TA18钛合金铸锭。
步骤S3、将步骤S2中获得的TA18钛合金铸锭进行扒皮、平头处理；其中，扒皮深度为7 mm，冒口平头为50 mm，起弧端平头为20 mm。
步骤S4、将步骤S3中获得的铸锭进行4火次镦拔锻造，第一火次为1100 ℃镦拔锻造（对角拔长）并保温4.5 h，第二火次为960 ℃镦拔锻造（对角拔长）并保温4.5 h，第三火次为900 ℃镦拔锻造（对角拔长）并保温4.5 h，第四火次为880 ℃镦拔锻造（对角拔长）并保温4.5 h，获得规格为Φ210 mm的TA18钛合金棒材。
步骤S5、将步骤S4中获得的棒材进行三火次精锻，精锻第一火为Φ140 mm棒材，精锻温度为870 ℃，保温时间为2.5 h；精锻第二火为Φ90 mm棒材，精锻温度为850 ℃，保温时间为2 h，精锻第三火为Φ60 mm棒材，精锻温度为830 ℃，保温时间为1.5 h，获得尺寸精度更高，组织更细小的棒材，每火次变形量分别为55.6 %、58.7 %和55.6 %；获得的精锻棒材需进行退火和矫直处理，退火温度为800 ℃，保温时间为2 h。
步骤S6、将步骤S5中获得的棒材进行车光钻孔处理与真空退火处理，获得规格为Φ58×9 mm的钛合金无缝管粗坯；其中，真空退火温度为750 ℃，保温时间为2 h
步骤S7、将步骤S6中获得的钛合金无缝管粗坯进行4道次冷轧和真空退火处理，依次为：冷轧成Φ42×6 mm→750 ℃/2 h真空退火→冷轧成Φ34×4 mm→700 ℃/2 h真空退火→冷轧成Φ29×2.8 mm→600 ℃/2 h真空退火→冷轧成Φ25×2 mm→550 ℃/2 h真空退火，获得钛合金无缝管半成品，最后两个道次的相对减壁量与相对减径量的比值Q为2.04和2.07，其余道次Q≥1.1，最后两道次冷轧变形量为39%和37%。
步骤S8、将步骤S7中获得的无缝管半成品进行真空退火，酸洗，AA级超声波探伤；其中，退火温度为500 ℃，保温时间为2 h；按体积百分比，酸洗中的酸液配比为：5 %的HF，25 %的HNO3，70 %的水。
本发明示例性实施例1还提供了一种TA18钛合金无缝管，按质量百分比计，所述TA18钛合金无缝管的化学成分包括：Al：3.0 %；V：2.5 %；Fe：0.12 %；O：0.060 %，余量为Ti和不可避免的杂质。
获得的TA18钛合金无缝管外径≤30 mm，TA18钛合金无缝管收缩应变比CSR≥1.5。
具体地，采用本实施例1的方法所制得的TA18钛合金无缝管外径为Φ25mm，CSR值为2.3，外径公差0.03 mm，壁厚公差小于0.05 mm。
实施例2：
本发明示例性实施例2以生产规格为Φ10×1 mm的TA18钛合金无缝管为例，提供了一种提升TA18钛合金无缝管收缩应变比的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1、采用0A级海绵钛、AlV55合金、铝豆、TiFe30合金和TiO2粉末进行混料压制成多个电极块，将多个电极块焊接后获得自耗电极；其中，0A级海绵钛、AlV55合金、铝豆、TiFe30合金和TiO2粉末中的化学成分按质量百分比为：Al：V：Fe：O=3.0 %：2.5 %：0.13 %：0.065 %配比，其余为Ti。
步骤S2、将步骤S1中获得的自耗电极采用真空自耗电弧炉熔炼3次，获得规格为Φ750 mm的TA18钛合金铸锭。
步骤S3、将步骤S2中获得的TA18钛合金铸锭进行扒皮、平头处理；其中，扒皮深度为10 mm，冒口平头为40 mm，起弧端平头为25 mm。
步骤S4、将步骤S3中获得的铸锭进行4火次镦拔锻造，第一火次为1100 ℃镦拔锻造（对角拔长）并保温5 h，第二火次为960 ℃镦拔锻造（对角拔长）并保温5 h，第三火次为900 ℃镦拔锻造（对角拔长）并保温5 h，第四火次为880 ℃镦拔锻造（对角拔长）并保温5h，获得规格为Φ150 mm的TA18钛合金棒材。
步骤S5、将步骤S4中获得的棒材进行三火次精锻，精锻第一火为Φ100 mm棒材，精锻温度为860 ℃，保温时间为2 h；精锻第二火为Φ58 mm棒材，精锻温度为850 ℃，保温时间为1.5 h；精锻第三火为Φ38 mm棒材，精锻温度为850 ℃，保温时间为1 h，获得尺寸精度更高，组织更细小的棒材，每火次变形量分别为55.6 %、57.1 %和57.1 %；获得的精锻棒材需进行退火和矫直处理，退火温度为800 ℃，保温时间为1.5 h。
步骤S6、将步骤S5中获得的棒材进行车光钻孔处理与真空退火处理，获得规格为Φ38×7 mm的钛合金无缝管粗坯；其中，真空退火温度为750 ℃，保温时间为1.5 h
步骤S7、将步骤S6中获得的钛合金无缝管粗坯进行5道次冷轧和真空退火处理，依次为：冷轧成Φ25×4.5 mm→750 ℃/2 h真空退火→冷轧成Φ18×3 mm→700 ℃/2 h真空退火→冷轧成Φ13×2 mm→650 ℃/2 h真空退火→冷轧成Φ11.5×1.4 mm→600 ℃/2 h真空退火→冷轧成Φ10×1 mm，获得钛合金无缝管半成品，最后两个道次的相对减壁量与相对减径量的比值为2.6和2.2，其余道次Q≥1.1，最后两道次冷轧变形量为35.7 %和36.4%。
步骤S8、将步骤S7中获得的无缝管半成品进行真空退火，酸洗，AA级超声波探伤；其中，退火温度为520 ℃，保温时间为1.5 h；按体积百分比，酸洗中的酸液配比为：8%的HF，30 %的HNO3，62 %的水。
本发明示例性实施例2还提供了一种TA18钛合金无缝管，按质量百分比计，所述TA18钛合金无缝管的化学成分包括：Al：3.0 %；V：2.5 %；Fe：0.13 %；O：0.065 %，余量为Ti和不可避免的杂质。
获得的TA18钛合金无缝管外径≤30 mm，TA18钛合金无缝管收缩应变比CSR≥1.5。
具体地，采用本实施例2的方法所制得的TA18钛合金无缝管外径为Φ10 mm，CSR值为2.0，外径公差0.02 mm，壁厚公差小于0.04 mm。
对比例1：
对比例1以生产规格为Φ25×2 mm的TA18钛合金无缝管为例，所述方法包括如下步骤：
步骤S1、采用0A级海绵钛、AlV55合金、铝豆、TiFe30合金和TiO2粉末进行混料压制成多个电极块，将多个电极块焊接后获得自耗电极；其中，0A级海绵钛、AlV55合金、铝豆、TiFe30合金和TiO2粉末中的化学成分按质量百分比为：Al：V：Fe：O=3.0 %：2.5 %：0.12 %：0.060 %进行配比，其余为Ti。
步骤S2、将步骤S1中获得的自耗电极采用真空自耗电弧炉熔炼3次，获得规格为Φ750 mm的TA18钛合金铸锭。
步骤S3、将步骤S2中获得的TA18钛合金铸锭进行扒皮、平头处理；其中，扒皮深度为7 mm，冒口平头为50 mm，起弧端平头为20 mm。
步骤S4、将步骤S3中获得的铸锭进行3火次拔长，第一火次为1100 ℃保温6.5 h，拔长至□300 mm方坯，第二火次为1050 ℃保温4 h，拔长为□150 mm方坯，第三火次为960℃保温2 h，获得规格为Φ160 mm的TA18钛合金棒材。
步骤S5、将步骤S4中获得的棒材机加工为Φ145×47.5 mm的管材，在900 ℃保温2h后挤压至Φ62×10.5 mm管材，获得的管材需进行退火和矫直处理，退火温度为750 ℃，保温时间为2 h。
步骤S6、将步骤S5中获得的棒材进行机加工处理，获得规格为Φ58×6.5 mm的钛合金无缝管粗坯；
步骤S7、将步骤S6中获得的钛合金无缝管粗坯进行3道次冷轧和真空退火处理，依次为：冷轧成Φ40×4 mm→700 ℃/2 h真空退火→冷轧成Φ30×2.5 mm→600 ℃/2 h真空退火→冷轧成Φ25×2 mm，获得钛合金无缝管半成品，最后两个道次的相对减壁量与相对减径量的比值为1.5和1.2，最后两道次冷轧变形量为52 %和33 %。
步骤S8、将步骤S7中获得的无缝管半成品进行真空退火，酸洗，AA级超声波探伤；其中，退火温度为500 ℃，保温时间为2 h；按体积百分比，酸洗中的酸液配比为：3%的HF，20%的HNO3，77 %的水。
本发明示例性对比例1还提供了一种TA18钛合金无缝管，按质量百分比计，所述TA18钛合金无缝管的化学成分包括：Al：3.0 %；V：2.5 %；Fe：0.12 %；O：0.060 %，余量为Ti和不可避免的杂质。
获得的TA18钛合金无缝管外径≤30 mm，TA18钛合金无缝管收缩应变比CSR＜1.5。
具体地，采用本对比例1的方法所制得的TA18钛合金无缝管外径为Φ25 mm，CSR值仅为1.03，外径公差0.05 mm，壁厚公差小于0.08 mm。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提升TA18钛合金无缝管收缩应变比的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1、采用0A级海绵钛、AlV55合金、铝豆、TiFe30合金和TiO2粉末进行混料压制成多个电极块，将多个电极块焊接后获得自耗电极；
步骤S2、将步骤S1中获得的自耗电极采用真空自耗电弧炉熔炼2~3次，获得TA18钛合金铸锭；
步骤S3、将步骤S2中获得的TA18钛合金铸锭进行扒皮、平头处理；
步骤S4、将步骤S3中获得的铸锭在880 ℃~1100 ℃保温4.5 h~5 h，进行多火次镦拔锻造成TA18钛合金棒材；
步骤S5、将步骤S4中获得的TA18钛合金棒材进行不少于两火次精锻，获得的精锻棒材再进行退火和矫直处理；所述精锻的条件包括：精锻温度为800 ℃~880 ℃，保温时间为1~3h，每火次变形量不小于55 %；所述退火的条件包括：退火温度为500 ℃~800 ℃，保温时间为1~2 h；
步骤S6、将步骤S5中获得的棒材进行车光钻孔处理与真空退火处理，获得钛合金无缝管粗坯；
步骤S7、将步骤S6中获得的钛合金无缝管粗坯进行多道次冷轧和真空退火处理，获得钛合金无缝管半成品；
步骤S8、将步骤S7中获得的无缝管半成品进行真空退火，酸洗，AA级超声波探伤，获得TA18钛合金无缝管。
2.根据权利要求1所述的一种提升TA18钛合金无缝管收缩应变比的方法，其特征在于，所述步骤S1中，0A级海绵钛、AlV55合金、铝豆、TiFe30合金和TiO2粉末中的化学成分按质量百分比为：Al：V：Fe：O=2.5~3.5 %：2.0~3.0 %：0~0.25 %：0~0.12 %进行配比，余量为Ti。
3.根据权利要求1所述的一种提升TA18钛合金无缝管收缩应变比的方法，其特征在于，所述步骤S3中，扒皮深度为5~10 mm，冒口平头为30 mm~50 mm，起弧端平头为20 mm~30 mm。
4.根据权利要求1所述的一种提升TA18钛合金无缝管收缩应变比的方法，其特征在于，所述步骤S6中，退火的条件包括：退火温度为400 ℃~750 ℃，保温时间为1 h~3 h。
5.根据权利要求1所述的一种提升TA18钛合金无缝管收缩应变比的方法，其特征在于，所述步骤S7中，最后两个道次的相对减壁量与相对减径量的比值Q≥2，其余道次Q≥1.1；最后两道次冷轧变形量≤40 %；真空退火的条件包括：退火温度为400 ℃~800 ℃，保温时间为1 h~3 h。
6.根据权利要求1所述的一种提升TA18钛合金无缝管收缩应变比的方法，其特征在于，所述步骤S8中，退火的条件包括：退火温度为300 ℃~700 ℃，保温时间为1 h~2.5 h。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种提升TA18钛合金无缝管收缩应变比的方法，其特征在于，所述步骤S8中，按体积百分比，酸洗中的酸液配比为：3~10 %的HF，20~30 %的HNO3，其余为水。
8.一种TA18钛合金无缝管，采用如权利要求1-7任一项所述的方法提升其收缩应变比，其特征在于，按质量百分比计，所述TA18钛合金无缝管的化学成分包括：Al：2.5~3.5 %；V：2.0~3.0 %；Fe：0~0.25 %；O：0~0.12 %，余量为Ti和不可避免的杂质。
9.根据权利要求8所述的一种TA18钛合金无缝管，其特征在于，所述TA18钛合金无缝管外径≤30 mm。
10.根据权利要求8-9任一项所述的一种TA18钛合金无缝管，其特征在于，所述TA18钛合金无缝管收缩应变比CSR≥1.5。
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