热穿轧工艺制备大口径TC4钛合金无缝管

近年来，高压高温油井不断涌现，致使勘探开发难度增大，所处条件可能超出许多耐蚀合金（如镍基合金）长期顺利运行的能力范围，而大口径钛合金管作为镍基合金油管的补充和替代产品，其研究和应用成为目前高压高温井选材和腐蚀控制最热门的课题。 相对钛合金板材、棒材加工，钛合金管材加工由于材料变形过程温度范围窄和变形抗力高等原因导致工序复杂、生产周期长、加工难度大、成品率低。对于大口径高强TC4钛合金无缝管，通常采用挤压-机加工、挤压-冷轧-退火等工艺，挤压坯多为机加工的空心坯，降低了成材率。此外，采用热挤压-机加工工艺制备的钛合金管通常还要经过热处理才能保证力学性能；采用挤压-冷轧-退火工艺，还需要对挤压管材进行机械加工或酸洗和清洗处理方可冷轧，且其冷变形能力差，管材加工成形难度大，往往需要多个冷轧工序，因而效率低、能耗高。因此，采用热穿轧方法试制大口径TC4钛合金无缝管，并对组织及性能进行了表征，旨在为更经济、更高效地生产大口径TC4钛合金无缝管提供参考。 实验材料为采用真空电弧炉熔炼的TC4钛合金铸锭。铸锭经锻造开坯后，机加工得到Φ180mm的圆坯。穿孔设备为两辊锥形斜轧穿孔机，轧制设备为三辊斜轧机。热穿轧工艺过程：加热→斜轧穿孔→管壁特殊处理→三辊斜轧→加热→减径→定径→预矫直→冷却→矫直→管端切割→表面处理。轧制时采用防氧化涂层，并采用硼砂和石墨作为固体润滑剂。成品为Φ160mm×8mmTC4钛合金无缝管。 由于本工艺采用的是锥形穿孔机，在穿孔过程中，管体的外表面与轧制工具间主要是滚动摩擦，因此管材表面无明显缺陷。另外，锥形穿孔机的轧辊直径沿穿孔变形区是逐渐增加的，因此，在很大程度上减少了管坯变形过程中的切向剪切应力，抑制旋转横锻效应，改善了毛管表面质量，使得钛合金管坯可以在这种轧机上顺利轧制，且辊身具有较长的均整精轧段，提高了毛管的重轧系数，极大改善了毛管的壁厚精度。经三辊斜轧机轧制的减壁率可以达40%以上，壁厚精度高，延伸系数可达2左右，能保证金属变形均匀性和壁厚精度。定减径之前的再加热工序可解决管材温降造成的变形抗力过大的问题。此外，采取多道矫直工艺，能有效控制TC4钛合金管材弯曲等现象，直线度较好，降低钛合金管废品率。矫直之后，对TC4钛合金管材表面产生的氧化皮、内折叠缺陷和吸氧层进行机械研磨和酸洗处理，处理后表面质量良好。 试验结果表明：热穿轧TC4钛合金无缝管的表面质量、尺寸精度和力学性能均合格；管材的加工态组织主要由变形魏氏组织和少量网篮状组织构成，其冲击韧性好，延伸率达到16%以上，无需热处理就可进行冷轧加工，以获得更高精度和表面质量的钛合金无缝管；热穿轧工艺可用来制备大口径TC4钛合金无缝管，具有金属利用率高、流程短、能耗低等优点，能够满足工业生产要求。