工業(yè)純鈦斜軋法行斜軋管冷加工中的問題

工業(yè)純鈦斜軋法行斜軋管冷加工中的問題

工業(yè)純鈦管具有重量輕、強(qiáng)度高、耐磁性強(qiáng)、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于航空航天、化工等領(lǐng)域。目前工業(yè)生產(chǎn)的管坯以擠壓為主,有關(guān)斜軋穿孔方面的報(bào)道甚少。斜軋穿孔法具有設(shè)備投資小、工模具消耗少、加工成本低、節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)。但是采用斜軋穿孔加工的大規(guī)格管坯軋制小規(guī)格成品管,存在加工周期長(zhǎng)、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。本實(shí)驗(yàn)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況,采用斜軋管進(jìn)行小規(guī)格、超長(zhǎng)、高標(biāo)管材的試制,對(duì)成品管按ASTMB338標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試,旨在為斜軋Gr.2純鈦管的工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。1力學(xué)性能測(cè)試斜軋穿孔用的棒坯直徑為73mm,化學(xué)成分見表1。利用中頻感應(yīng)爐加熱,在β相區(qū),采用兩輥斜軋穿孔機(jī)一火穿成Φ75mm×8mm的管坯。分析斜軋穿孔管材顯微組織,制定軋制工藝。冷變形采用常規(guī)二輥、三輥軋機(jī)進(jìn)行多道次、多火次軋制。在軋制中間道次進(jìn)行鏜孔。鏜孔后的管子選取不同的Q值(相對(duì)減壁量與相對(duì)減徑量比值)進(jìn)行冷加工,對(duì)軋后的管材取樣,沿縱向剖開,觀察內(nèi)表面質(zhì)量。按ASTMB338標(biāo)準(zhǔn)對(duì)Φ19.05mm(外徑)×1.244mm(壁厚)×9150mm(長(zhǎng))成品管進(jìn)行各項(xiàng)力學(xué)性能測(cè)試。采用76EX-18型探傷儀進(jìn)行超聲波探傷。用OLYMPUSMPG3顯微鏡觀察成品管材550℃,60min和600℃,60min真空退火的顯微組織。2結(jié)果與討論2.1顯微組織的顯微組織為“中水面質(zhì)地”,一個(gè)是顯色的中央表面組織,一個(gè)是控制器一個(gè)波表2為管坯外徑及壁厚尺寸。表3為允許的尺寸公差。圖1a~1c為斜軋管外側(cè)、中間區(qū)、內(nèi)側(cè)顯微組織。由表2,表3可以看出,管坯外徑及壁厚測(cè)量值在允許的公差范圍之內(nèi)。由圖1a~1c斜軋管顯微組織可以看出:內(nèi)、外表面晶粒較細(xì)小,中間區(qū)為拉長(zhǎng)的大晶粒,晶界不完整,呈鋸齒狀。這是由于斜軋過程中存在扭轉(zhuǎn)變形和橫切變形。變形沿圓坯直徑的分布明顯不均,與軋輥接觸的表面變形大,中心次之,中間區(qū)變形最小,一般呈“U”型;同時(shí)棒料加熱溫度過高,斜軋過程中溫度基本沒有下降,且局部有溫升,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出相變點(diǎn)溫度(882℃),隨后采用空冷便得到粗大的組織,這種組織對(duì)后續(xù)的冷加工非常不利,因此,冷加工工藝的合理設(shè)計(jì)尤為重要。2.2中間軋軋工藝斜軋穿孔的管坯,外表面光亮,無裂紋;內(nèi)表面粗糙,存在細(xì)小微裂紋;表面氧化層較厚,可達(dá)0.05mm,這無論對(duì)于酸洗以后的各工序,還是對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量都是十分有害的。當(dāng)帶氧化層進(jìn)行軋制時(shí),將會(huì)使管材產(chǎn)生缺陷,同時(shí)也會(huì)使氧化層壓入到管材表面上,從而影響表面質(zhì)量,因此生產(chǎn)高標(biāo)準(zhǔn)的管材,要保證成品質(zhì)量,必須去除內(nèi)外表面的氧化皮及缺陷。對(duì)于外表面缺陷可以采用打磨、刮修方法去除,而內(nèi)表面缺陷則需要鏜孔處理來消除。具體工藝是在軋制一個(gè)道次后進(jìn)行鏜孔。但是在后續(xù)加工過程中,因ε(加工率)及Q值選擇不合理,在內(nèi)表面會(huì)再次產(chǎn)生新的裂紋。因此根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求、設(shè)備能力及生產(chǎn)條件重新擬定軋制工藝進(jìn)行試制。此工藝將鏜孔設(shè)計(jì)在中間軋制過程。這樣設(shè)計(jì)雖存在以下缺點(diǎn):1)料較長(zhǎng),不易操作;2)費(fèi)時(shí),工作量較大。但是,可以有效地去除內(nèi)表面微裂紋,保證成品質(zhì)量。2.3冷變形試驗(yàn)的q值分析根據(jù)管材的軋制理論,在軋制過程中的相對(duì)減壁量和相對(duì)減徑量的比值Q對(duì)管材的質(zhì)量有很大的影響。因此就鏜孔后的Φ35mm×3.7mm管子在兩輥軋機(jī)上進(jìn)行軋制,并設(shè)計(jì)Φ27mm×3.2mm,Φ27mm×3.1mm,Φ27mm×3.0mm3種軋制規(guī)格進(jìn)行對(duì)比,旨在分析Q值對(duì)管材內(nèi)表面的影響。對(duì)3種規(guī)格的管材取樣,沿縱向剖開,發(fā)現(xiàn)Φ27mm×3.1mm,Φ27mm×3.0mm管材內(nèi)表面光滑,沒有任何裂紋(見圖2),而Φ27mm×3.2mm管材內(nèi)表面產(chǎn)生縱向裂紋(見圖3)。由ε(加工率)、Q值分析可知(表4):在減徑量一定的條件下,3種規(guī)格的冷變形量相差較小,但Q值卻有明顯的增加。這主要是減壁量過小造成,也就是說兩輥軋制減壁段的空間隨減壁量的減小也趨于變小,造成兩輥軋制前期減徑段的物料流動(dòng)在后期減壁段堆積現(xiàn)象增加,所以增加了裂紋形成的幾率。因此在進(jìn)行兩輥軋制時(shí),應(yīng)嚴(yán)格控制Q值。2.4成品管道性能分析2.4.1min退火力學(xué)性能圖4、圖5分別為管材擴(kuò)口、壓扁照片。可以看出,內(nèi)、外表面無裂紋。表5及圖6分別為兩種不同退火制度下室溫拉伸結(jié)果及顯微組織?？梢钥闯?550℃,60min退火力學(xué)性能符合要求,但是未完全再結(jié)晶,存在一定量的冷加工組織;600℃,60min退火組織為等軸晶,發(fā)生了完全再結(jié)晶,并且力學(xué)性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。因此在實(shí)際生產(chǎn)中選擇600℃,60min進(jìn)行退火較合適。2.4.2超聲探傷結(jié)果圖7為Φ19.05mm×1.244mm成品斜軋管、擠壓管超聲探傷結(jié)果。由圖可以看出,相比擠壓管,斜軋管雜波較小。斜軋管探傷合格率與擠壓管相當(dāng)。3內(nèi)、外側(cè)晶粒的制備1)斜軋穿孔管氧化層較厚,外表面光亮,內(nèi)表