一种高强度钛合金管材的制备方法与流程

本发明属于钛合金管材的加工，具体涉及一种高强度钛合金管材的制备方法。

背景技术：

1、钛及钛合金具有比强度高、密度低、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、无磁、焊接性能好等特点，已成为航空航天、兵器、船舶等领域重要的结构材料之一。随着钛及钛合金在军民品中的应用日益广泛，对钛及钛合金产品的需求也不仅限于棒材、锻件、板材、丝材等品种，对高精度、高性能管材的需求也越来越迫切，对管材的加工技术提出了更高的要求。

2、目前，钛及钛合金管材通常采用的加工方法是利用钛合金铸锭经开坯、锻造、穿孔、冲孔制备管坯料，然后再通过热轧制、热挤压等方式成形管材产品，但热加工管材的直线度和壁厚均匀性较差，往往需要增加整形、校直工序，且热成形管材的表面氧化严重，存在大量的缺陷，还需要经过后续的酸碱洗、车光等加工处理，导致生产周期长、材料利用率低、使用成本高等问题。此外，强度超过1200mpa的高强度钛合金通过添加更多含量的β稳定元素(如cr、fe等)来提高合金化，以获得更高的强度，降低材料成本，但添加较高的β稳定元素易在熔炼铸锭过程中产生成分偏析，且该成分偏析现象很难通过后续的开坯锻造被消除，导致产品的组织不均匀。

3、公开号为cn112275830a的中国专利公开了一种旋压用钛合金管坯的细晶化加工方法，该方法的铸锭开坯锻造温度为相变点以上150℃～200℃和相变点以上50℃～120℃，对于具有较高相变点温度的α型、α+β型等钛合金尚能满足开坯锻造的均匀化要求，但对于相变点普遍较低(800℃左右)的高合金化高强度的β型钛合金，这个开坯锻造的温度则明显偏低，很难达到铸锭开坯锻造时组织均匀化的良好效果，另外，该专利是在轧环机上采用热轧的方法制备管材，还存在管材表面质量差、管材长度受限等问题。为了克服上述技术不足，有必要发明一种可以获得组织均匀、表面质量好、壁厚精度高的钛合金管材的制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是：针对上述现有技术的不足，提供了一种高强度钛合金管材的制备方法。

2、为解决此技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高强度钛合金管材的制备方法。该方法包括以下步骤：

3、步骤1：将钛合金铸锭在加热温度为钛合金相变点tβ的(tβ+250)℃～(tβ+350)℃条件下加热保温，然后进行1火次锻造，得到第一棒材；所述1火次锻造包括1～2次镦粗拔长，每次镦粗的总镦粗比为e，每次拔长的长度为h1。

4、步骤2：将步骤1中所述第一棒材在加热温度为钛合金相变点tβ的(tβ+200)℃～(tβ+250)℃条件下加热保温，然后进行1火次锻造，得到第二棒材；所述1火次锻造包括1～2次镦粗拔长，每次镦粗的总镦粗比为e，每次拔长的长度为h2。

5、步骤3：将步骤2中所述第二棒材在加热温度为钛合金相变点tβ的(tβ-40)℃～(tβ+80)℃条件下共进行3火次锻造，得到第三棒材；所述每火次锻造包括1～2次镦粗拔长，每次镦粗的总镦粗比为e，最后一火次拔长的长度为h3。

6、步骤4：将步骤3中所述第三棒材在加热温度为(tβ-50)℃～(tβ-30)℃条件下进行1火次镦粗，然后制孔得到外径为r、内径为r管坯；所述镦粗的总镦粗比为e。镦粗和冲孔在1火次内完成。

7、步骤5：将步骤4中所述管坯进行多道次中间轧制，每道次中间轧制后进行一次退火，得到中间管材。

8、步骤6：将步骤5中所述中间管材进行多道次成品轧制，得到管材。

9、步骤1中所述加热保温的时间不少于25小时，拔长的长度h1与第一棒材最大截面厚度之比不大于2.45。

10、步骤1、步骤2、步骤3和步骤4中所述总镦粗比e满足公式(1)：

11、

12、其中，每次镦粗的总镦粗比e由n次单次镦粗变形完成，δi为第i次镦粗的截面厚度变形量，1≤i≤n。

13、步骤1中所述总镦粗比e按照公式(1)计算，其中，n＝5～12，优选8～10；δi＝1.03～1.15，优选1.09～1.11。所述拔长的长度h1与第一棒材最大截面厚度之比不大于2.45。

14、步骤2中所述总镦粗比e按照公式(1)计算，其中，n＝5～12，优选7～10；δi＝1.05～1.16，优选1.08～1.12。所述每次拔长的长度为h2＝h1×λ1，其中，λ1为比例系数且λ1＝0.95～1.15。

15、步骤3中所述3火次锻造的加热温度依次为t1、t2、t3，其中，t1＜tβ，t2＞tβ，t3＜tβ，且t1-t3≥8℃；所述总镦粗比e按照公式(1)计算，其中，n＝4～10，优选6～8；δi＝1.12～1.33，优选1.18～1.25。所述最后一火次拔长的长度h3＝h2×λ2，其中，λ2为比例系数且λ2取值1.20～1.65；。

16、步骤4中所述总镦粗比e按照公式(1)计算，其中，n＝2～5，优选3～4；δi＝1.25～1.55，优选1.35～1.45。所述管坯的外径r与内径r满足：r＝r×α，其中，α为比例系数且α＝0.25～0.55。

17、步骤5中所述中间轧制为多道次冷轧，其中，轧制道次数为2～6，每道次外径减薄率为5％～15％；所述中间退火的加热温度为550℃～750℃。

18、步骤6中所述成品轧制为多道次冷轧，其中，轧制道次数为2～4，每道次外径减薄率为3％～12％。

19、优选地，步骤3中所述镦粗和冲孔在1火次内完成。

20、优选地，步骤4中所述镦粗前可根据实际情况对第三棒材进行分料，分料后棒材的长度与直径之比不大于2.3。

21、本发明与现有技术相比具有以下优点：

22、(1)首先，与目前普遍采用的钛合金开坯锻造工艺不同，本发明的优点在于将钛合金铸锭在β区单相区较高的(tβ+250)℃～(tβ+350)℃进行长时间加热保温处理，主要技术效果是进一步均匀化钛合金铸锭的成分和组织，为后续锻造变形的均匀化和细晶化提供组织基础。

23、(2)其次，本发明在β区单相区采用较高的(tβ+250)℃～(tβ+350)℃和(tβ+200)℃～(tβ+250)℃进行开坯锻造，在提高铸锭塑性和降低变形抗力的同时，通过对锻造时的总镦粗比、每次镦粗的变形量及其他变形参数的综合控制，避免由于过热而导致的组织粗大和不均匀现象，使铸锭组织得到充分的破碎。

24、(3)再次，本发明在相变点附近的“α+β两相区、β单相区、α+β两相区”进行3火次的“低、高、低”交替锻造变形，其中，第1火次锻造变形在α+β两相区进行，目的是细化和球化α组织，为下一步高温变形提供再结晶能量；第2火次锻造变形在β单相区较低温度进行，利用第1火次的再结晶能使组织获得均匀化长大，并在该温度下锻造变形进一步破碎和细化β晶粒组织；第3火次锻造变形虽然也在α+β两相区进行，但加热温度低于第1火次锻造变形温度，该阶段采用较大的镦粗和拔长变形量来细化和均匀化组织。

25、(4)最后，本发明在α+β两相区更低的温度下进行镦粗和制坯，保留上一阶段细化和均匀化组织的前提下完成制坯，然后采用“多道次中间冷轧、中间退火、多道次成品冷轧”相结合的方法，通过控制冷轧的道次数、退火温度、每道次外径减薄率等参数，最终获得组织均匀、表面质量好、尺寸精度高的管材。本发明具有良好的工艺可控性和批量生产稳定性。