TA22大口徑薄壁無縫管坯生產(chǎn)工藝探究

李賢泉，馬俊，芮天安，鄧寧嘉

（南京寶泰特種材料股份有限公司， 江蘇 南京 211100）

TA22合金名義化學(xué)成分為Ti3Al1Zr1Mo1Ni，是一種近α型鈦合金，主要用于艦船材料，具有中等強(qiáng)度和高塑韌性。TA22鈦合金大口徑管坯目前主要生產(chǎn)方法為擠壓法，用擠壓法生產(chǎn)小批量大口徑管坯，模具費(fèi)用投入較大，效率較低。本研究采用三輥斜軋穿孔法生產(chǎn)大口徑鈦合金管坯，該方法可降低生產(chǎn)成本，提高材料利用率。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)備

試驗(yàn)原材料由南京寶泰特種材料股份有限公司采用3t真空自耗電弧爐，經(jīng)過二次熔煉的TA22鑄錠，其化學(xué)成分如表1所示，符合GB/T 3620.1-2007標(biāo)準(zhǔn)要求。采用2000t快鍛機(jī)將鑄錠三火次三墩三拔，然后用3t電液錘模鍛成φ228毛棒，鋸床下料后車加工成φ220光棒，作為斜軋穿孔用的坯料。

表1 TA22鑄錠編號(hào)及化學(xué)成分（質(zhì)量百分?jǐn)?shù) %）

在300kW電阻爐內(nèi)加熱至1080℃，然后加入涂有防高溫涂料的棒材進(jìn)行加熱，加熱溫度為950-1050℃，保溫時(shí)間3-4h，在三輥斜軋穿孔機(jī)對(duì)棒材進(jìn)行一次穿孔，穿孔后對(duì)管坯表面進(jìn)行處理，并對(duì)管坯內(nèi)孔進(jìn)行鏜孔處理，鏜孔深度為150-180mm，然后繼續(xù)用三輥穿孔機(jī)對(duì)管坯進(jìn)行二次減壁穿孔，加熱溫度控制在920℃，二次穿孔后利用管坯余熱，溫度不低于800℃，進(jìn)入7機(jī)架減徑機(jī)進(jìn)行減徑處理，處理后得到φ220×13×4000mm管坯。

1.2 工藝流程

鑄錠—?jiǎng)兤ぁ鸫稳杖五懺臁襞鳌铝稀獍襞鳌訜帷淮涡避埓┛住筋^鏜孔修磨—加熱—二次斜軋穿孔—7機(jī)架減定徑機(jī)減定徑—堿酸洗表面—修磨—檢驗(yàn)—切定尺—包裝入庫。

1.3 三輥穿孔機(jī)參數(shù)及試驗(yàn)

1.3.1 三輥穿孔機(jī)參數(shù)

主電機(jī)功率：2800kW，額定轉(zhuǎn)速496轉(zhuǎn)/分；軋輥直徑：φ750-850mm，本試驗(yàn)選用φ800mm軋輥，進(jìn)口錐角為3°，出口錐角3°30；輥身長度700mm；軋輥軸線與軋制軸線夾角：β=8°。

1.3.2 試驗(yàn)過程

取6支TA22棒材，在不同的穿孔溫度，用相同的壓縮率、頂頭伸前量、相同的保溫時(shí)間進(jìn)行穿孔試驗(yàn)。

6支棒材分為三組，每組2支，均在感應(yīng)爐內(nèi)采用不同的加熱制度，然后送入保溫電爐中，在不同的加熱溫度進(jìn)行加熱棒材，如表2所示，進(jìn)行穿孔，穿孔后管坯，進(jìn)行相同條件的表面處理后，在相同的加熱溫度，如表3所示，相同的壓縮率、頂頭伸前量、相同的保溫時(shí)間下二次穿孔。然后快速轉(zhuǎn)入7機(jī)架減定徑機(jī)進(jìn)行減定徑，然后對(duì)管材進(jìn)行矯直。

表2 TA22一次穿孔溫度及加熱時(shí)間

表3 TA22二次穿孔溫度及加熱時(shí)間

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 管坯穿孔后質(zhì)量與穿孔溫度的關(guān)系

從表2可以看出，管坯在不同的加熱溫度，相同保溫時(shí)間條件下，穿孔后管坯質(zhì)量如表4所示；一次穿孔在加熱穿孔溫度的升高，電機(jī)電流下降，即穿孔能耗下降，降低生產(chǎn)成本。另外一次穿孔在加熱穿孔溫度的升高，棒材穿透成功率高，降低原材料成本。

表4 TA22一次穿孔后質(zhì)量與加熱溫度的影響

2.2 管坯穿孔溫度與成品管坯力學(xué)性能的關(guān)系

從表5所示，管坯一次穿孔溫度的不同，在經(jīng)過二次穿孔后，管坯的力學(xué)性能相近，說明一次加熱溫度對(duì)力學(xué)性能影響不大，只影響穿透性，從而影響成材率。從實(shí)際生產(chǎn)出發(fā)，一次穿孔溫度選在1000℃，降低了能耗，提高管坯穿孔成材率。

表5 TA22一次穿孔溫度與力學(xué)性能的關(guān)系

3 結(jié)論

(1)三組棒材在不同穿孔溫度均能生產(chǎn)TA22管坯，隨著一次穿孔溫度的提高，管坯穿透率提高，管坯成材率相應(yīng)，降低生產(chǎn)成本。

(2)隨著一次穿孔溫度的提高，電機(jī)電流降低，軋制力下降，從而可從電機(jī)電流數(shù)值，可解決穿孔出現(xiàn)未穿透的問題。

(3)隨著一次穿孔溫度的提高，再經(jīng)過二次穿孔，力學(xué)性能并未出現(xiàn)較大偏差，說明一次穿孔溫度對(duì)力學(xué)性能影響不大。

(4)選用1000℃的一次穿孔溫度，生產(chǎn)成本降低，還能節(jié)約原材料，提高成材率。同時(shí)說明棒材在經(jīng)過一次和二次穿孔后可為客戶提供性能合格的管坯。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 陳軍，趙永慶，常輝. 中國船用鈦合金的研究和發(fā)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2005，(6)：67-70.

[2] 稀有金屬材料加工手冊(cè)編寫組. 稀有金屬材料加工手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1985.

[3] 馮玉珩. 鈦及鈦合金管材生產(chǎn)[J].鈦工業(yè)進(jìn)展，1994，(2)：55-60.

[4] 王東，佟學(xué)文，李長江，等. Ti-31鈦合金管材冷加工工藝研究[J].鈦工業(yè)進(jìn)展，2005，22(2)：24-25.

[5] 南莉，楊亞社，齊元昊，等. 擠壓比和退火溫度對(duì)TA22鈦合金擠壓管組織與性能的影響[J].鈦工業(yè)進(jìn)展，2011，28(4)：36-38.