一种控制钛合金管中金属间化合物析出方向的方法

技术领域

本发明属于钛合金管材技术领域，具体涉及一种控制钛合金管中金属 间化合物析出方向的方法。

背景技术

钛具有良好的耐蚀性、可焊性以及较好的强度与塑性的匹配。在钛金 属中添加特定的合金元素(如Ni、Fe、Cu等)后，材料的耐蚀性以及强 度会增强，但是有些合金元素添加后会和钛元素形成金属间化合物，在随 后的热处理过程中，这些金属间化合物很有可能会析出，一般金属间化合 物析出时，会沿着金属的晶界析出，当金属间化合物沿晶界连续或大量分 布时，会造成钛材的强度、塑性和耐蚀性大幅降低。在钛金属管材中添加 合金元素后，金属间化合物沿晶界的析出不可避免。

管材在使用过程中，一般是管材内孔径向承压，其所受的主应力为周 向拉应力。当金属间化合物沿晶界析出尤其是沿着径向析出时，在周向拉 应力的作用下，管材很快就会出现纵向微裂纹破裂，腐蚀性的液体就会沿 着裂纹渗入而导致裂纹逐渐扩大，就会发现管材出现了严重的腐蚀、泄露 而最终失效。这都是由于金属间化合物沿某个晶粒的晶界连续析出的后 果。

采用常规的轧制加工方法生产的钛管材，按照ASMESB338的标准供 货时，其金属间化合物的析出沿管材分布取向达不到理想的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种 控制钛合金管中金属间化合物析出方向的方法。该方法通过控制冷轧过程 的内径减径率与壁厚减壁率的比值Q，采用大减壁量小减径量加工，冷轧 生产出的成品管材，在满足析出金属间化合物的方向沿管材周向分布基础 上，组织发生了完全再结晶，满足使用要求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种控制钛合金管 中金属间化合物析出方向的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、采用往复式冷轧管机对钛合金管坯进行2～6道次冷轧，得 到钛合金管；冷轧过程中，相邻两道次之间对冷轧后的管坯进行除油和酸 洗处理，然后对经除油和酸洗处理后的管坯进行道次间退火处理；冷轧过 程中控制每道次轧制的内径减径率与壁厚减壁率的比值Q均不大于1.2， 并控制最后一个道次轧制的内径减径率与壁厚减壁率的比值Q不大于 0.4，倒数第二个道次轧制的内径减径率与壁厚减壁率的比值Q不大于0.7； 冷轧过程中控制最后一个道次轧制的变形量为35％～55％，并控制最后两 个道次轧制的总变形量为60％～85％；

步骤二、对步骤一中所述钛合金管进行除油和酸洗处理，然后对经除 油和酸洗处理后的钛合金管进行成品退火处理，最后将成品退火处理后的 钛合金管矫直，得到成品钛合金管。

上述的一种控制钛合金管中金属间化合物析出方向的方法，其特征在 于，步骤一中所述道次间退火处理的温度为450℃～550℃，时间为1h～ 3h。

上述的一种控制钛合金管中金属间化合物析出方向的方法，其特征在 于，步骤一中冷轧过程中控制最后两个道次轧制的内径减径率与壁厚减壁 率的比值Q为0.1～0.5。

上述的一种控制钛合金管中金属间化合物析出方向的方法，其特征在 于，步骤二中所述成品退火处理的温度为550℃～650℃，时间为1h～3h。

上述的一种控制钛合金管中金属间化合物析出方向的方法，其特征在 于，步骤二中所述成品钛合金管发生完全再结晶，且成品钛合金管中金属 间化合物的析出方向为沿成品钛合金管周向析出，析出的金属间化合物沿 晶界不连续。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过控制冷轧过程的内径减径率与壁厚减壁率的比值Q， 采用大减壁量小减径量加工，冷轧生产出的成品管材，在满足析出金属间 化合物的方向沿管材周向分布基础上，组织发生了完全再结晶，满足使用 要求。

2、采用本发明的方法加工的钛合金管，金属间化合物的析出方向大 部分沿钛合金管周向分布，析出的金属间化合物沿晶界不连续。

3、采用本发明的方法加工的钛合金管，能够具有比普通工艺生产的 管材更良好的金属间化合物取向，同时具备良好的塑性及强度，达到 ASMESB338的标准。

下面通过附图和实施例，对本发明技术方案做进一步的详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例1加工的TA22钛合金成品管材析出的金属间化合 物沿周向分布的金相图，放大倍数为500倍。

图2为图1的局部放大图。

图3为按照常规工艺加工的TA22钛合金成品管材析出的金属间化合物 沿径向分布的金相图，放大倍数为500倍。

图4为图3的局部放大图。

具体实施方式

实施例1

本实施例加工Φ15mm×1mm的TA22钛合金成品管材(外径为15mm，壁厚 为1mm)，采用的钛合金管坯为Φ35mm×6mm的TA22钛合金管坯(管坯采用常 规方法制作)，加工方法具体为：

步骤一、采用往复式冷轧管机对钛合金管坯进行4道次冷轧，得到钛 合金管；冷轧过程中，相邻两道次之间对冷轧后的管坯进行除油和酸洗处 理，然后对经除油和酸洗处理后的管坯进行道次间退火处理，所述道次间 退火处理的温度为500℃，时间为2h；冷轧各道次的变形量及内径减径率 与壁厚减壁率的比值Q见表1；

表1实施例1冷轧各道次的数据

步骤二、对步骤一中所述钛合金管进行除油和酸洗处理，然后对经除 油和酸洗处理后的钛合金管进行成品退火处理，成品退火处理的温度为 600℃，时间为2h，最后将成品退火处理后的钛合金管矫直，得到成品钛 合金管。

图1为本实施例加工的TA22钛合金成品管材析出的金属间化合物沿周 向分布的金相图，放大倍数为500倍，将图中距离靠近的析出相按照单个 析出物析出的取向连续起来，可以观察到，析出相有按照周向方向排列的 趋势；图2为图1的局部放大图，从图中可以清晰的看到，单个的析出相 有很明显的取向，沿着径向析出的非常少，基本都是沿着周向，或者取向 与周向的夹角小于45°，周向取向的在白色圈范围内占80％以上，将连续 的析出物连起来观察，周向取向更加明显。

图3为按照常规工艺加工的TA22钛合金成品管材析出的金属间化合物 沿径向分布的金相图，放大倍数为500倍，将图中距离靠近的析出相按照 单个析出物析出的取向连续起来，可以观察到，析出相有按照径向方向排 列的趋势。如图中白色圈出的局部地方，析出物的排列方向性很明显；图 4为图3的局部放大图，从图中可以清晰的看到，沿着周向析出的非常少， 大部分单个析出物基本都是竖直方向即径向方向析出，占有70％以上，连 续起来观察，呈现清楚的径向排列。

对比图1、图2和图3、图4，可以明显看出，采用本实施例的方法加 工的成品钛合金管发生完全再结晶，且成品钛合金管中大部分(80％以上) 金属间化合物的析出方向为沿成品钛合金管周向析出，析出的金属间化合 物沿晶界不连续。

实施例2

本实施例加工Φ25mm×1.5mm的TA22钛合金成品管材(外径为25mm，壁 厚为1.5mm)，采用的钛合金管坯为Φ45mm×6mm的TA22钛合金管坯(管坯采用 常规方法制作)，加工方法具体为：

步骤一、采用往复式冷轧管机对钛合金管坯进行3道次冷轧，得到钛 合金管；冷轧过程中，相邻两道次之间对冷轧后的管坯进行除油和酸洗处 理，然后对经除油和酸洗处理后的管坯进行道次间退火处理，所述道次间 退火处理的温度为450℃，时间为3h；冷轧各道次的变形量及内径减径率 与壁厚减壁率的比值Q见表2；

表2实施例2冷轧各道次的数据

步骤二、对步骤一中所述钛合金管进行除油和酸洗处理，然后对经除 油和酸洗处理后的钛合金管进行成品退火处理，成品退火处理的温度为 550℃，时间为3h，最后将成品退火处理后的钛合金管矫直，得到成品钛 合金管。

本实施例加工的成品钛合金管发生完全再结晶，且成品钛合金管中大 部分(80％以上)金属间化合物的析出方向为沿成品钛合金管周向析出， 析出的金属间化合物沿晶界不连续。

实施例3

本实施例加工Φ41mm×1.5mmTA10钛合金成品管材(外径为41mm，壁厚为 1.5mm)，采用的钛合金管坯为Φ70mm×8mm的TA10钛合金管坯(管坯采用常规 方法制作)，加工方法具体为：

步骤一、采用往复式冷轧管机对钛合金管坯进行3道次冷轧，得到钛 合金管；冷轧过程中，相邻两道次之间对冷轧后的管坯进行除油和酸洗处 理，然后对经除油和酸洗处理后的管坯进行道次间退火处理，所述道次间 退火处理的温度为550℃，时间为1h；冷轧各道次的变形量及内径减径率 与壁厚减壁率的比值Q见表3；

表3实施例3冷轧各道次的数据

步骤二、对步骤一中所述钛合金管进行除油和酸洗处理，然后对经除 油和酸洗处理后的钛合金管进行成品退火处理，成品退火处理的温度为 650℃，时间为1h，最后将成品退火处理后的钛合金管矫直，得到成品钛 合金管。

本实施例加工的成品钛合金管发生完全再结晶，且成品钛合金管中大 部分(80％以上)金属间化合物的析出方向为沿成品钛合金管周向析出， 析出的金属间化合物沿晶界不连续。

实施例4

本实施例加工Φ19mm×1.5mmTA10钛合金成品管材(外径为19mm，壁厚为 1.5mm)，采用的钛合金管坯为Φ50mm×7mm的TA10钛合金管坯(管坯采用常规 方法制作)，加工方法具体为：

步骤一、采用往复式冷轧管机对钛合金管坯进行4道次冷轧，得到钛 合金管；冷轧过程中，相邻两道次之间对冷轧后的管坯进行除油和酸洗处 理，然后对经除油和酸洗处理后的管坯进行道次间退火处理，所述道次间 退火处理的温度为480℃，时间为2.5h；冷轧各道次的变形量及内径减径 率与壁厚减壁率的比值Q见表4；

表4实施例4冷轧各道次的数据

步骤二、对步骤一中所述钛合金管进行除油和酸洗处理，然后对经除 油和酸洗处理后的钛合金管进行成品退火处理，成品退火处理的温度为 580℃，时间为2h，最后将成品退火处理后的钛合金管矫直，得到成品钛 合金管。

本实施例加工的成品钛合金管发生完全再结晶，且成品钛合金管中大 部分(80％以上)金属间化合物的析出方向为沿成品钛合金管周向析出， 析出的金属间化合物沿晶界不连续。

实施例5

本实施例加工Φ16.7mm×1.7mm的TA22钛合金成品管材(外径为16.7mm， 壁厚为1.7mm)，采用的钛合金管坯为Φ35mm×6mm的TA22钛合金管坯(管坯采 用常规方法制作)，加工方法具体为：

步骤一、采用往复式冷轧管机对钛合金管坯进行3道次冷轧，得到钛 合金管；冷轧过程中，相邻两道次之间对冷轧后的管坯进行除油和酸洗处 理，然后对经除油和酸洗处理后的管坯进行道次间退火处理，所述道次间 退火处理的温度为500℃，时间为2h；冷轧各道次的变形量及内径减径率 与壁厚减壁率的比值Q见表5；

表5实施例5冷轧各道次的数据

步骤二、对步骤一中所述钛合金管进行除油和酸洗处理，然后对经除 油和酸洗处理后的钛合金管进行成品退火处理，成品退火处理的温度为 600℃，时间为2h，最后将成品退火处理后的钛合金管矫直，得到成品钛 合金管。

本实施例加工的成品钛合金管发生完全再结晶，且成品钛合金管中大 部分(80％以上)金属间化合物的析出方向为沿成品钛合金管周向析出， 析出的金属间化合物沿晶界不连续。

实施例6

本实施例加工Φ24mm×1.35mm的TA22钛合金成品管材(外径为24mm，壁 厚为1.35mm)，采用的钛合金管坯为Φ35mm×3.5mm的TA22钛合金管坯(管坯 采用常规方法制作)，加工方法具体为：

步骤一、采用往复式冷轧管机对钛合金管坯进行2道次冷轧，得到钛 合金管；冷轧过程中，相邻两道次之间对冷轧后的管坯进行除油和酸洗处 理，然后对经除油和酸洗处理后的管坯进行道次间退火处理，所述道次间 退火处理的温度为450℃，时间为3h；冷轧各道次的变形量及内径减径率 与壁厚减壁率的比值Q见表6；

表6实施例6冷轧各道次的数据

步骤二、对步骤一中所述钛合金管进行除油和酸洗处理，然后对经除 油和酸洗处理后的钛合金管进行成品退火处理，成品退火处理的温度为 550℃，时间为3h，最后将成品退火处理后的钛合金管矫直，得到成品钛 合金管。

本实施例加工的成品钛合金管发生完全再结晶，且成品钛合金管中大 部分(80％以上)金属间化合物的析出方向为沿成品钛合金管周向析出， 析出的金属间化合物沿晶界不连续。

实施例7

本实施例加工Φ41mm×1.2mmTA10钛合金成品管材(外径为41mm，壁厚为 1.2mm)，采用的钛合金管坯为Φ70mm×8mm的TA10钛合金管坯(管坯采用常规 方法制作)，加工方法具体为：

步骤一、采用往复式冷轧管机对钛合金管坯进行3道次冷轧，得到钛 合金管；冷轧过程中，相邻两道次之间对冷轧后的管坯进行除油和酸洗处 理，然后对经除油和酸洗处理后的管坯进行道次间退火处理，所述道次间 退火处理的温度为550℃，时间为1h；冷轧各道次的变形量及内径减径率 与壁厚减壁率的比值Q见表7；

表7实施例7冷轧各道次的数据

步骤二、对步骤一中所述钛合金管进行除油和酸洗处理，然后对经除 油和酸洗处理后的钛合金管进行成品退火处理，成品退火处理的温度为 650℃，时间为1h，最后将成品退火处理后的钛合金管矫直，得到成品钛 合金管。

本实施例加工的成品钛合金管发生完全再结晶，且成品钛合金管中大 部分(80％以上)金属间化合物的析出方向为沿成品钛合金管周向析出， 析出的金属间化合物沿晶界不连续。

实施例8

本实施例加工Φ19mm×1.26mmTA10钛合金成品管材(外径为19mm，壁厚 为1.26mm)，采用的钛合金管坯为Φ70mm×8mm的TA10钛合金管坯(管坯采用 常规方法制作)，加工方法具体为：

步骤一、采用往复式冷轧管机对钛合金管坯进行6道次冷轧，得到钛 合金管；冷轧过程中，相邻两道次之间对冷轧后的管坯进行除油和酸洗处 理，然后对经除油和酸洗处理后的管坯进行道次间退火处理，所述道次间 退火处理的温度为480℃，时间为2.5h；冷轧各道次的变形量及内径减径 率与壁厚减壁率的比值Q见表8；

表8实施例8冷轧各道次的数据

步骤二、对步骤一中所述钛合金管进行除油和酸洗处理，然后对经除 油和酸洗处理后的钛合金管进行成品退火处理，成品退火处理的温度为 580℃，时间为2h，最后将成品退火处理后的钛合金管矫直，得到成品钛 合金管。

本实施例加工的成品钛合金管发生完全再结晶，且成品钛合金管中大 部分(80％以上)金属间化合物的析出方向为沿成品钛合金管周向析出， 析出的金属间化合物沿晶界不连续。

实施例9

本实施例加工Φ26mm×2.15mm的TA10钛合金成品管材(外径为26mm，壁 厚为2.15mm)，采用的钛合金管坯为Φ35mm×4.15mm的TA10钛合金管坯(管坯 采用常规方法制作)，加工方法具体为：

步骤一、采用往复式冷轧管机对钛合金管坯进行2道次冷轧，得到钛 合金管；冷轧过程中，相邻两道次之间对冷轧后的管坯进行除油和酸洗处 理，然后对经除油和酸洗处理后的管坯进行道次间退火处理，所述道次间 退火处理的温度为450℃，时间为3h；冷轧各道次的变形量及内径减径率 与壁厚减壁率的比值Q见表9；

表9实施例9冷轧各道次的数据

步骤二、对步骤一中所述钛合金管进行除油和酸洗处理，然后对经除 油和酸洗处理后的钛合金管进行成品退火处理，成品退火处理的温度为 550℃，时间为3h，最后将成品退火处理后的钛合金管矫直，得到成品钛 合金管。

本实施例加工的成品钛合金管发生完全再结晶，且成品钛合金管中大 部分(80％以上)金属间化合物的析出方向为沿成品钛合金管周向析出， 析出的金属间化合物沿晶界不连续。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡 是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结 构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。