熱穿軋工藝制備大口徑TC4鈦合金無縫管

近年來，高壓高溫油井不斷涌現(xiàn)，致使勘探開發(fā)難度增大，所處條件可能超出許多耐蝕合金（如鎳基合金）長期順利運(yùn)行的能力范圍，而大口徑鈦合金管作為鎳基合金油管的補(bǔ)充和替代產(chǎn)品，其研究和應(yīng)用成為目前高壓高溫井選材和腐蝕控制最熱門的課題。

相對鈦合金板材、棒材加工，鈦合金管材加工由于材料變形過程溫度范圍窄和變形抗力高等原因?qū)е鹿ば驈?fù)雜、生產(chǎn)周期長、加工難度大、成品率低。對于大口徑高強(qiáng)TC4鈦合金無縫管，通常采用擠壓-機(jī)加工、擠壓-冷軋-退火等工藝，擠壓坯多為機(jī)加工的空心坯，降低了成材率。此外，采用熱擠壓-機(jī)加工工藝制備的鈦合金管通常還要經(jīng)過熱處理才能保證力學(xué)性能；采用擠壓-冷軋-退火工藝，還需要對擠壓管材進(jìn)行機(jī)械加工或酸洗和清洗處理方可冷軋，且其冷變形能力差，管材加工成形難度大，往往需要多個冷軋工序，因而效率低、能耗高。因此，采用熱穿軋方法試制大口徑TC4鈦合金無縫管，并對組織及性能進(jìn)行了表征，旨在為更經(jīng)濟(jì)、更高效地生產(chǎn)大口徑TC4鈦合金無縫管提供參考。

實驗材料為采用真空電弧爐熔煉的TC4鈦合金鑄錠。鑄錠經(jīng)鍛造開坯后，機(jī)加工得到Φ180mm的圓坯。穿孔設(shè)備為兩輥錐形斜軋穿孔機(jī)，軋制設(shè)備為三輥斜軋機(jī)。熱穿軋工藝過程：加熱→斜軋穿孔→管壁特殊處理→三輥斜軋→加熱→減徑→定徑→預(yù)矯直→冷卻→矯直→管端切割→表面處理。軋制時采用防氧化涂層，并采用硼砂和石墨作為固體潤滑劑。成品為Φ160mm×8mmTC4鈦合金無縫管。

由于本工藝采用的是錐形穿孔機(jī)，在穿孔過程中，管體的外表面與軋制工具間主要是滾動摩擦，因此管材表面無明顯缺陷。另外，錐形穿孔機(jī)的軋輥直徑沿穿孔變形區(qū)是逐漸增加的，因此，在很大程度上減少了管坯變形過程中的切向剪切應(yīng)力，抑制旋轉(zhuǎn)橫鍛效應(yīng)，改善了毛管表面質(zhì)量，使得鈦合金管坯可以在這種軋機(jī)上順利軋制，且輥身具有較長的均整精軋段，提高了毛管的重軋系數(shù)，極大改善了毛管的壁厚精度。經(jīng)三輥斜軋機(jī)軋制的減壁率可以達(dá)40%以上，壁厚精度高，延伸系數(shù)可達(dá)2左右，能保證金屬變形均勻性和壁厚精度。定減徑之前的再加熱工序可解決管材溫降造成的變形抗力過大的問題。此外，采取多道矯直工藝，能有效控制TC4鈦合金管材彎曲等現(xiàn)象，直線度較好，降低鈦合金管廢品率。矯直之后，對TC4鈦合金管材表面產(chǎn)生的氧化皮、內(nèi)折疊缺陷和吸氧層進(jìn)行機(jī)械研磨和酸洗處理，處理后表面質(zhì)量良好。