[发明专利]控制钛合金无缝管材织构的温轧加工方法及钛合金管材

说明书

本发明提供了一种控制钛合金无缝管材织构的温轧加工方法及钛合金无缝管材，通过对管材进行温轧，形成径向为主的织构，径向织构由第一径向织构和第二径向织构组成，温轧温度为100～400℃，优选200～350℃。与冷轧工艺相比，本发明钛合金管材的径向织构综合强度可达到12以上，使管材有利的径向织构增强了17％以上，改善了管材的织构分布状态，提高了CSR值，达到2.0以上，在不降低钛合金管材塑性的前提下，获得了较高的强度和疲劳性能；本发明方法易于控制，操作简单方便，适合规模化工业生产。

技术领域

本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种控制钛合金无缝管材织构的温轧加工方法及钛合金管材。

背景技术

钛合金管材应用于航空、航天、石油和体育用品等领域，其焊接性、力学性能、耐腐蚀性能、加工工艺塑性及成型性均较为优良。工业纯钛和低合金化的TA18属于α型钛合金，α相具有密排六方晶体，各向异性明显，利用织构的各向异性增强管壁，对提高管材性能有重要意义。TA18合金与传统纯钛相比极大地提高了强度，且冷加工性能的优势也得到了保留，因此成为航空液压系统用管材的首选材料，由于管材制备过程变形的特点，管材组织在径向、切向及轴向表现出各向异性，即形成了径向织构、切向织构和轴向织构。管材常规检测出的力学性能是轴向力学性能，而管材的服役条件主要是径向和切向。管材CSR(contractile strain ratio)“收缩应变比”是评价其性能的一项重要指标，管材加工中的变形织构是决定CSR的最重要的因素。研究表明，将织构控制为以径向为主的织构有利于提高CSR，因此，如何获得高强度的有利的径向织构这样的晶体学结构，是制备优质钛合金管材和提高产品合格率的重要保证。

在管材轧制中，织构类型主要通过“减壁和减径比”Q值控制。当Q>1，织构为径向织构(有利织构)，而Q<1则织构为切向织构，轧辊和芯棒的形状决定管材减壁减径过程中的Q值。

目前，钛合金管材基本上均是通过冷轧加工产生变形织构，但通过冷轧产生有利的径向织构需要的较大的总变形量或需要提高管材的Q值，即使这样，冷轧后，不利于管材性能的切向织构所占比例也很难减小，而且受设备吨位和材料变形能力的影响，获得高径向织构强度的钛合金管材比较困难，从而影响了CSR的进一步提高，难以获得高强度、兼具塑性和耐疲劳性能优良的钛合金管材，产品的合格率有待提高。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供一种控制钛合金管材织构的温轧加工方法，该方法解决了目前通过冷轧加工钛合金管材难以获得高比例、高强度的径向织构的问题，提高了钛合金管材的CSR，获得了高强度、兼具塑性和耐疲劳性能优良的钛合金管材，且方法简单、易操控制、适于工业规模化生产。

织构增强是保证钛合金管材性能的重要微观结构因素，变形织构是在材料受力发生塑性变形时，晶体的滑移面和滑移方向向受力轴转动，同时伴随孪生，多晶体逐渐趋于排列一致，表现出择优取向。它不仅与外力的状态和变形程度有关，还受晶体中原子的活动能力的影响。另外，本发明方法加热温度不高，基本不会氧化，尚未到达去应力退火温度，与冷轧比，变形过程中的强化因素仍能保留。而且，加热温度不高，感应加热和空气电阻炉即可满足温轧加热要求，其他工艺生产条件与冷轧条件一致，方法简单，易于操作，适于规模化工业生产。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种控制钛合金无缝管材织构的温轧加工方法，通过变形温度效应，改变滑移和孪生的转换临界条件，形成比常温轧制更为有利的径向为主的织构。

具体的，当温轧加工的Q值＞1，形成径向为主的织构，且提高管材的Q值，有利于得到综合性能较好的径向织构；

其中，温轧的加热温度为100℃～400℃之间，优选为200～350℃，更优选250～350℃，最优选300～350℃。研究发现，温轧温度在再结晶温度以下，由于加热使得钛合金材料的滑移面和滑移方向转动阻力降低，调节孪生发生的过程，使最终形成的织构强度增加；另一方面，温轧温度还要避免接近再结晶温度，以免晶粒重新生长，消除或减弱变形织构。