变形量及热处理对高标纯钛管材组织与性能的影响

vtoall

    钛及钛合金因其优异的综合性能，广泛应用于航空、航天、舰船、石油、化工、制盐、制碱、冶金等行业。目前PTA项目使用的钛管材主要为Gr.2（TA2）纯钛管，这类管材塑性好，冷加工变形量可达80%，但在实际生产过程中，需要根据设备能力状况选择合适的变形量进行冷加工，经冷加工的管材真空热处理后可继续加工，最终达到GB/T 3625、ASME SB338标准或技术标准要求。研究人员针对PTA项目用Gr.2（TA2）Φ19mm×1.25mm×Lmm纯钛管，依据技术标准要求，制定冷加工工艺，研究轧制变形量及热处理温度对管材组织及性能的影响，从而选取合适的变形量及热处理温度，为纯钛管材批量化生产获得稳定的组织和力学性能提供参考。

   实验用原材料为Gr.2（TA2）纯钛，化学成分符合产品的技术要求。铸锭经锻造、棒坯钻孔、包套挤压、除铜酸洗得到冷轧管坯。冷变形采用常规冷轧管机进行多道次轧制，轧制单道次变形量控制在35%～65%，最终得到Φ19mm×1.25mm成品管材，成品管材室温力学性能应满足Rm≥400MPa，Rp0.2=290～400MPa，A≥23%， 其余各项检测要求满足ASME SB338标准要求。
   设计48%、60%两种变形量进行冷加工，加工后的管材经不同温度（500、550、600 和700℃）保温120min真空退火，采用OLYMPUSMPG3显微镜观察纵向显微组织，WAW-1000拉伸试验机测试室温力学性能。试验结果表明：
  （1）冷加工变形量为48%，经500℃热处理，局部出现少量等轴晶，90%以上为加工态组织，经550℃热处理，可获得晶粒尺寸小于5μm的细小等轴晶。冷加工变形量达到60%时，经500℃热处理，可获得晶粒尺寸小于5μm的细小等轴晶。
  （2）管材经48%、60%变形量冷加工后，采用不同热处理制度真空退火，由室温力学性能测试结果可以看出：同一变形量条件下，随温度升高，强度降低，塑性增加，当温度达到700℃时，强度大幅降低，超出标准要求下限。同一热处理温度条件下，随变形量增大，强度降低，塑性增加，然而，热处理温度为500℃、48%变形量条件下，屈服强度远超出标准要求值上限，而60%变形量条件下，各项性能均较好。
  （3）冷加工变形量为48%，热处理温度选择550～600℃。冷加工变形量为60%，热处理温度选择500～600℃，均可获得满意的力学性能和显微组织。