變形量及熱處理對高標純鈦管材組織與性能的影響

  鈦及鈦合金因其優異的綜合性能,廣泛應用于航空、航天、艦船、石油、化工、制鹽、制堿、冶金等行業。目前PTA項目使用的鈦管材主要為Gr.2(TA2)純鈦管,這類管材塑性好,冷加工變形量可達80%,但在實際生產過程中,需要根據設備能力狀況選擇合適的變形量進行冷加工,經冷加工的管材真空熱處理后可繼續加工,最終達到GB/T 3625、ASME SB338標準或技術標準要求。研究人員針對PTA項目用Gr.2(TA2)Φ19mm×1.25mm×Lmm純鈦管,依據技術標準要求,制定冷加工工藝,研究軋制變形量及熱處理溫度對管材組織及性能的影響,從而選取合適的變形量及熱處理溫度,為純鈦管材批量化生產獲得穩定的組織和力學性能提供參考。

  實驗用原材料為Gr.2(TA2)純鈦,化學成分符合產品的技術要求。鑄錠經鍛造、棒坯鉆孔、包套擠壓、除銅酸洗得到冷軋管坯。冷變形采用常規冷軋管機進行多道次軋制,軋制單道次變形量控制在35%~65%,最終得到Φ19mm×1.25mm成品管材,成品管材室溫力學性能應滿足Rm≥400MPa,Rp0.2=290~400MPa,A≥23%, 其余各項檢測要求滿足ASME SB338標準要求。

  設計48%、60%兩種變形量進行冷加工,加工后的管材經不同溫度(500、550、600 和700℃)保溫120min真空退火,采用OLYMPUSMPG3顯微鏡觀察縱向顯微組織,WAW-1000拉伸試驗機測試室溫力學性能。試驗結果表明:

  (1)冷加工變形量為48%,經500℃熱處理,局部出現少量等軸晶,90%以上為加工態組織,經550℃熱處理,可獲得晶粒尺寸小于5μm的細小等軸晶。冷加工變形量達到60%時,經500℃熱處理,可獲得晶粒尺寸小于5μm的細小等軸晶。

  (2)管材經48%、60%變形量冷加工后,采用不同熱處理制度真空退火,由室溫力學性能測試結果可以看出:同一變形量條件下,隨溫度升高,強度降低,塑性增加,當溫度達到700℃時,強度大幅降低,超出標準要求下限。同一熱處理溫度條件下,隨變形量增大,強度降低,塑性增加,然而,熱處理溫度為500℃、48%變形量條件下,屈服強度遠超出標準要求值上限,而60%變形量條件下,各項性能均較好。

  (3)冷加工變形量為48%,熱處理溫度選擇550~600℃。冷加工變形量為60%,熱處理溫度選擇500~600℃,均可獲得滿意的力學性能和顯微組織。