21世紀是海洋經濟可持續(xù)發(fā)展時代，海洋資源是經濟發(fā)展的重要板塊。遼闊的海洋蘊藏著極其豐富的油氣、金屬礦物、地熱、生物和微生物等自然資源，海洋油氣、地熱資源的傳輸以及海底通信光纜的鋪設對深海裝備的研發(fā)提出了更高的要求。鈦合金具有密度小、比強度高、在海水中不腐蝕等優(yōu)點，因此成了深海裝備制造的首選材料。

隨著石油、天然氣鉆采步伐的加快，大直徑熱擠壓鈦合金管需求也隨之增加。這種管材主要用作油井、地熱和天然氣井管道等。美國將 φ（48~610）×26×2600mm 的 TC4 合金管用作地熱、海上鉆井管道。美國RMI公司生產的φ650×（22~25）×35000mm 超長 Ti-3Al-2.5V合金管用于海底石油開采。挪威北海鉆井支撐平臺立管用的是600×25×15000mm TC4ELI合金管。俄羅斯VSMPO公司生產的含Pd、Ru 的合金及 Ti-6Al-4V 合金管用于石油開采 。

TC4（Ti-6Al-4V）鈦合金具有優(yōu)異的綜合性能，其良好的工藝塑性和超塑性適合于各種壓力加工成形，在航空和航天工業(yè)中獲得廣泛的應用，可用于制作工作溫度在 400℃以下的各類零件，占鈦合金使用量的 50%以上。大規(guī)格鈦合金管材均采用熱擠壓的方法生產，技術成熟、關鍵在于是否具備大型擠壓機。

本研究工作，通過開展 φ140×4（壁厚）×4000mm 典型規(guī)格的TC4鈦合金擠壓管材的試制，旨在掌握管材組織、性能與加工工藝的關系，為深海工程用大規(guī)格鈦合金管材的生產做好技術準備。

1、試驗方法

1.1 試驗方案

試驗采用寶雞鈦業(yè)股份有限公司經兩次真空自耗電弧爐生產的TC4鈦合金鑄錠，在β和α+β區(qū)多火次鍛造成φ270mm 棒坯，經機械加工制成擠壓坯料，坯料采用雙包套進行表面防護與潤滑。用3150t 臥式擠壓機在兩相區(qū)擠壓成型得到管坯，在線矯直后堿酸洗表面氧化皮，然后機加內外表面，得到φ140×4mm的成品TC4管材。鑄錠化學成分符合 GB/T3620 要求。化學成分見表1。

1.2 擠壓成型

鈦合金導熱性差，坯料表層與中心層易產生較大的溫度差，促使金屬流動不均勻性加劇，這樣表層就產生較大的附加拉應力，在產品表面易形成裂紋。嚴重時，在擠壓棒材及管材上可能產生大的擠壓縮孔。鈦合金管材在擠壓過程熱效應顯著，嚴重時可造成擠壓管材的組織過熱，從而影響產品的組織和性能。因此，擠壓參數、工藝的合理選擇非常重要。本次試驗根據前期研制經驗，錠坯在 950℃加熱，采用 3~10 的擠壓比，另外選擇 50~120 毫米/秒的擠壓速度進行擠壓，避免產生熱效應，使制品表面質量和性能變劣。擠壓變形圖見圖 1，擠壓管材成品見圖 2。

2、試驗結果與討論

2.1 表面及尺寸

擠壓管材表面質量較好，管材直線度較好，經過機械加工后的管材尺寸滿足設計要求。

2.2 顯微組織

鈦合金擠壓管材在相變點以下 40~50℃加熱，在兩相區(qū)擠壓變形，并合理控制變形速率，避免變形溫升，管材顯微組織均為兩相區(qū)加工組織，顯微組織晶粒沿受力方向被壓扁、拉長。

相關鏈接