本发明涉及ta18钛合金管制备的，尤其是涉及一种中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管及其制备方法。
背景技术：
1、ta18钛合金是一种低合金化近α钛合金。因其具有优良的力学性能、耐蚀性及优异的焊接性能和冷成形性能，该合金应用到飞机的管路系统中并且制备工艺日趋成熟。ta18钛合金通常采用传统热加工技术将棒坯制备成管坯后加工成管材，在整个制备加工的过程中，由于棒坯和管坯不同位置具有微观组织差异、织构差异及力学性能不均匀的特点，会严重影响管材的使用性能，因此有必要建立起合金的微观组织和织构与相应力学性能的关联性。
2、针对上述相关技术，发明人发现，国内中强度的常用规格工艺技术相对比较成熟，小口径厚壁无缝管生产工艺还存在不足，小口径厚壁管指外径和壁厚之比小的ta18合金管，其外径壁厚比值d/t＜10，由于几何学原因，在管材内表面相当于“6点钟”和“12点钟”的位置产生极高的应力，压扁时易产生裂纹；因其外径壁厚比值小，冷轧加工过程中道次减径量大，金属瞬时进入变形区，金属实际流动速度滞后于压下速度，来不及完成纵向与径向延伸变形，造成内表面起皱产生裂纹，其外表面产生的裂纹可以通过抛光、人工修刮等方法清除，内表面产生的裂纹因内孔小于ф13mm无法通过镗孔的方式去除裂纹，故内表面控制有难度，从而限制了小口径厚壁管批量生产。
技术实现思路
1、为了改善现有ta18钛合金生产过程中，其内表面易产生裂纹，造成工艺性能指标不合格，超声探伤合格率低的缺陷，本技术提供一种中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管及其制备方法。
2、第一方面，本技术提供一种中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管，采用如下的技术方案：
3、一种中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管，由以下百分比元素组成：2.20%～3.00%al；2.80%～3.10%v；0.01%-0.08%fe；0.01%-0.07%si；0.001%-0.003%c；0-0.01%n；0.001%-0.008%h；0.01%-0.08%o；余量为ti。
4、通过上述技术方案，本技术优化中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管中的元素组成，通过铝的添加可以提高钛合金的强度并改善其抗氧化性，而钒的引入则有助于提高合金的强度和韧性。对于铁、硅、碳、氮、氢和氧的严格限制则确保了合金在高温和腐蚀性环境下的表现稳定性，避免了脆化和性能退化。此外，余量部分的钛能保持材料的基本特性，增强合金的整体耐用性和应用广泛性。
5、进一步的，所述中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管外径为19.05mm，壁厚为3.05mm，内外表面粗糙度ra不大于1.0μm。
6、通过上述技术方案，本技术优化了中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管的规格参数，该规格设计不仅确保了管材的轻量化，还能满足在高压和高温环境中的使用要求。内外表面粗糙度ra不大于1.0μm的要求则确保了管材在流体输送时的高效性和流动性，减少了流体阻力及摩擦损耗。同时，光滑的表面也提高了管材的耐腐蚀性能，延长了使用寿命。
7、第二方面，本技术提供一种中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管的制备方法，采用如下的技术方案：
8、一种中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管的制备方法，包括以下制备步骤：
9、s1、熔铸成锭：按配方取原料并压铸成电极块，取多块电极块焊接成束，熔炼成铸锭；
10、s2、精锻处理：对铸锭表面剥皮、取样、探伤、切去帽口后，镦拔处理，收集得方坯；
11、s3、热轧处理：将方坯置于加热炉中，升温加热并热轧处理，收集得棒料；
12、s4、加工成型：对棒料表面处理，收集管坯料后对其进行镗孔和冷轧处理，制备得合金管坯；
13、s5、质检探伤：对合金管坯进行超声探伤后，合格品即为中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管。
14、通过上述技术方案，本技术优化了中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管的制备方法，首先，通过熔融成锭的过程，保证了原料的均匀性和纯净度，为后续的加工打下了良好的基础。精锻处理步骤通过去除表面缺陷和进行探伤，确保了铸锭的质量，避免潜在的结构弱点。热轧处理不仅提升了材料的致密性，还改善了其力学性能。最后，通过超声探伤对合金管坯的质量进行严格把控，确保最终产品的可靠性和安全性。这种系统化的制备方法能够有效降低生产缺陷，提升产品一致性。
15、进一步的，步骤s2所述的镦拔处理采用以下技术方案：
16、将铸锭置于温度为1130-1150℃的第一火下保温处理3-3.5h后，开坯锻造至220方，表面修磨直至肉眼无法看到的裂纹后，进行均分下料；
17、再在1050-1080℃的第二火下保温2.0-2.5h后，继续进行三镦三拔；
18、再在940-960℃下第三火下保温2-2.5h，再三镦三拔至290方。
19、通过上述技术方案，本技术通过在特定温度下保温并进行镦拔，可以有效消除铸锭内部的缺陷，提高材料的致密性和均匀性，进而提升合金的力学性能。以1130-1150℃的高温进行热处理，有助于改善钛合金的可塑性，使其在后续加工中实现更好的成型效果。最终的三镦三拔工艺进一步优化了材料的组织结构，使得成品具有更好的强度和韧性。这种精细的热加工工艺确保了中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管的高性能特性，同时也提升了生产效率，降低了能耗。
20、进一步的，步骤s3所述的热轧处理包括以下步骤：
21、取方坯置于加热炉中，升温加热至950-1000℃后，保温2.0-2.5h，在850热轧机和连轧机组一火热轧制备得ф130的棒料。
22、通过上述技术方案，本技术通过将方坯加热至950-1000℃并进行热轧，可以有效改善材料的显微结构，提升其强度和延展性。保温时间的设置保证了材料内部的热量均匀分布，避免了温度梯度造成的内应力和变形。制备的ф130棒料不仅具备良好的加工性能，同时其均匀的材质要求也为后续的成型打下了基础。热轧过程中的精确控制能够有效减少材料的损耗，提升生产效率。这一过程确保了中强度ta18无缝钛合金管的性能稳定性和一致性。
23、进一步的，步骤s4所述的加工成型包括以下技术方案：
24、s41、表面处理：对棒料经过表面剥皮处理，按工艺要求切成锭料，定切后的锭料车床打孔，打好孔的锭料内外表面裹一层0.8mm铁皮，中频炉900-950℃，保温2～2.5h，挤压成型，制备得管坯料；
25、s42、坯料处理：对坯料外表面进行扒皮处理，单边0.20mm，有形损耗1.80%~2.50%；再对坯料内表面进行处理，镗孔单边0.20mm，有形损耗1.80%～2.50%；
26、s43、中间轧制：按规格多道轧制处理，调整轧制参数为：调整面缩率、塑性变形量与原始厚度的比值q、送进量和轧制速度；
27、s44、一次热处理：对中间轧制的管料去油酸洗并真空退火，控制退火温度为700-750℃保温180-200min，随炉冷却，退火后矫直；
28、s45、镗孔并轧制处理：调整镗孔单边0.20mm，有形损耗3%～4%，进行镗孔，对镗孔后的管坯进行轧制并调整轧制参数；
29、s46、二次热处理：对镗孔并轧制处理的管料去油酸洗并真空退火，控制退火温度为600-650℃保温180-200min，随炉冷却，退火后矫直。
30、通过上述技术方案，本技术通过表面剥皮处理和中频炉挤压成型，可以挤压塑形不好的材料，内外表面质量好，锭料中心变形剧烈，有利于改善金属组织，确保了管坯料的内部结构更加致密，减少了缺陷和空洞。
31、其次，本技术通过镗孔和轧制处理的结合不仅提高了管材的尺寸精度，也增强了材料的承载能力。多道轧制处理的采用则通过合理的轧制参数调节，显著提升了材料的塑性和强度。一次和二次热处理的结合进一步优化了管材的微观结构，确保了其在高温和高压条件下的稳定性。
32、进一步的，所述中间轧制步骤中和所述镗孔并轧制处理步骤中采用的轧制方法为双回转双送进方法，具体参数为：
33、双送进双回转机架往返1次送进和回转各2次，前送进量1.3mm，回转角度a42°，后送进0.7mm，回转角度a25°。
34、通过上述技术方案，本技术采用双送进双回转的方案能够有效控制材料的变形量，使得轧制过程更加平稳，减少了材料在加工过程中可能出现的损耗和缺陷。同时，双回转的设计能够在加工过程中提供更均匀的压力分布，确保最终产品的尺寸精度和表面质量。这种先进的轧制技术不仅提升了生产效率，还能显著提高中强度ta18无缝钛合金管的整体性能，满足高端市场的需求。
35、进一步的，步骤s43所述的中间轧制的参数为：
36、所述面缩率41%～52%，q值0.9～1.0，送进量为2～3mm，轧制速度为60～70次/min。
37、进一步的，步骤s43所述的镗孔并轧制处理重轧制处理的参数为：
38、面缩率48%-52%，q值为0.9-1.0，送进量为2-3mm，轧制速度为80～100次/min。
39、通过上述技术方案，本技术进一步优化了q值和加工变形量，避免了因变形过度导致的微观结构缺陷。q值在0.9至1.0之间的设定，进一步优化了轧制过程中的塑性变形，使得加工更加高效和均匀。轧制速度在80至100次/min的调节，不仅提高了生产效率，同时确保了产品在成型过程中的稳定性与一致性。这些精细的参数设定使得最终的中强度ta18无缝钛合金管具备优越的力学性能和表面质量，最终成品壁厚均匀、管材内外表面无裂纹，工艺性能压扁也满足标准和客户的要求。
40、进一步的，步骤s45所述的镗孔并轧制处理中，精整段长度为20-25cm，送径段占工作段的5%-6%，调整芯棒锥度为17.50-12.40mm。
41、通过上述技术方案，本技术进一步调整轧制参数，通过优化精整段长度缩短了送径段，增加工作段长度，在调整芯棒锥度，减少了减径段金属流动在后期减壁段的堆积程度，从而降低了裂纹的形成概率。
42、综上所述，本技术具有以下有益效果：
43、第一、本技术优化中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管中的元素组成，通过铝的添加可以提高钛合金的强度并改善其抗氧化性，而钒的引入则有助于提高合金的强度和韧性。对于铁、硅、碳、氮、氢和氧的严格限制则确保了合金在高温和腐蚀性环境下的表现稳定性，避免了脆化和性能退化。此外，余量部分的钛能保持材料的基本特性，增强合金的整体耐用性和应用广泛性。
44、第二、本技术通过表面剥皮处理和中频炉挤压成型，可以挤压塑形不好的材料，内外表面质量好，锭料中心变形剧烈，有利于改善金属组织，确保了管坯料的内部结构更加致密，减少了缺陷和空洞。
45、其次，本技术通过镗孔和轧制处理的结合不仅提高了管材的尺寸精度，也增强了材料的承载能力。多道轧制处理的采用则通过合理的轧制参数调节，显著提升了材料的塑性和强度。一次和二次热处理的结合进一步优化了管材的微观结构，确保了其在高温和高压条件下的稳定性。
46、第三、本技术采用双送进双回转的方案能够有效控制材料的变形量，使得轧制过程更加平稳，减少了材料在加工过程中可能出现的损耗和缺陷。同时，双回转的设计能够在加工过程中提供更均匀的压力分布，确保最终产品的尺寸精度和表面质量。这种先进的轧制技术不仅提升了生产效率，还能显著提高中强度ta18无缝钛合金管的整体性能，满足高端市场的需求。
47、第四、本技术进一步优化了q值和加工变形量，避免了因变形过度导致的微观结构缺陷。q值在0.9至1.0之间的设定，进一步优化了轧制过程中的塑性变形，使得加工更加高效和均匀。轧制速度在80至100次/min的调节，不仅提高了生产效率，同时确保了产品在成型过程中的稳定性与一致性。这些精细的参数设定使得最终的中强度ta18无缝钛合金管具备优越的力学性能和表面质量，最终成品壁厚均匀、管材内外表面无裂纹，工艺性能压扁也满足标准和客户的要求。
1.一种中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管，其特征在于，由以下百分比元素组成：
2.根据权利要求1所述的一种中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管，其特征在于，所述中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管外径为19.05mm，壁厚为3.05mm，内外表面粗糙度ra不大于1.0μm。
3.根据权利要求1或2中所述的一种中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
4.根据权利要求3所述的一种中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管的制备方法，其特征在于，步骤s2所述的镦拔处理采用以下技术方案：
5.根据权利要求3所述的一种中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管的制备方法，其特征在于，步骤s3所述的热轧处理包括以下步骤：
6.根据权利要求3所述的一种中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管的制备方法，其特征在于，步骤s4所述的加工成型包括以下技术方案：
7.根据权利要求6所述的一种中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管的制备方法，其特征在于，所述中间轧制步骤中和所述镗孔并轧制处理步骤中采用的轧制方法为双回转双送进方法，具体参数为：
8.根据权利要求6所述的一种中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管的制备方法，其特征在于，步骤s43所述的中间轧制的参数为：
9.根据权利要求6所述的一种中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管的制备方法，其特征在于，步骤s43所述的镗孔并轧制处理重轧制处理的参数为：
10.根据权利要求6所述的一种中强度ta18无缝钛合金小口径厚壁管的制备方法，其特征在于，步骤s45所述的镗孔并轧制处理中，精整段长度为20-25cm，送径段占工作段的5%-6%，调整芯棒锥度为17.50-12.40mm。
