TC4(Ti-6Al-4V)是一種典型的α－β兩相中強鈦合金，具有比強度高、可焊性好等優異的綜合性能[1－3]，與其他鈦合金相比，更具價格優勢，因此廣泛應用于航空、航天、石油、化工等領域。此外，該合金具有無磁性、抗疲勞、抗海水腐蝕等性能，可承受深海作業下海水對構件產生的往復應力、沖擊及腐蝕[4]，同時減小設備的磁場效應，是十分理想的海洋工程用材。TC4鈦合金無縫管材可由斜軋穿孔、擠壓、鉆孔等方法制備管坯，熱軋、冷軋、徑向鍛造、旋壓、拉拔等方法制備成品管材[5－9]，其中，斜軋穿孔制坯并冷軋的方法制備的管材綜合性能最好，并兼具一定的經濟性。

本文以斜軋穿孔法制備的φ88mm×9mm規格TC4鈦合金管坯為研究對象，通過4道次冷軋、3次中間退火及最終退火制備海洋工程用φ41mm×2.5mm規格TC4鈦合金管材，并檢測成品管材的室溫拉伸性能。系統研究冷軋時Q值(減壁率與減徑率之比)對TC4鈦合金管材織構的影響規律，為TC4鈦合金的應用提供理論依據。

1、試驗材料及方法

試驗材料為φ88mm×9mm規格TC4鈦合金管坯(斜軋穿孔法制備)，化學成分(質量分數，%)為:Al(6.29)，V(4.11)，Fe(0.03)，C(0.002)，O(0.16)，N(0.003)，H(0.003)，Ti(余量)。

管材冷軋試驗采用二輥式冷軋管機，軋機芯棒材質采用硬質合金，具體工藝路線見圖1。

中間退火時采用空氣爐退火，退火溫度750～850℃，保溫1h，出爐空冷。退火后，用鏜孔機去除管坯內表面氧化皮及其他缺陷，鏜孔過程中使用皂化液潤;管材拋光機去除管坯外表面缺陷，局部缺陷用修刮片去除。

管材最終退火采用真空退火，要求退火爐真空度≤0.1Pa，退火溫度為750～850℃，保溫1h后，隨爐冷卻至室溫。退火前，在堿洗槽中去除管材內外表面的油污。堿液為85%NaOH和15%NaNO₃的水溶液(質量濃度)，溫度為80～90℃，浸泡時間為6h。退火后，在酸洗槽中酸洗去除內外表面的氧化層。酸液為30%HNO₃+5%HF水溶液，酸洗時間為5～15min。酸洗后，使用高壓水槍將管坯內外表面的殘余酸液沖洗干凈，并將管坯于室溫風干。

對成品管材取試樣進行室溫拉伸力學性能測試。對第2次、第3次中間退火后管坯和成品管材取樣進行金相組織、織構測試。測試設備為配備HKL－EBSD系統的ZEISSSUPＲA55型場發射掃描電鏡。

2、結果及討論

2.1力學性能

對φ41mm×2.5mm規格TC4鈦合金成品管材取試樣進行室溫拉伸力學性能測試，測試方法為GB/T228.1-2010，測試結果見表1，可見，冷軋管材強度高、塑性好，綜合性能遠超棒材水平(棒材室溫拉伸的抗拉強度為895～1000MPa，伸長率為10%～15%)。

2.2組織及取向特征

管坯第2次中間退火試樣內表層α相取向以傾轉基面織構(＜0001＞織構)為主，其α相取向沿軋向(RD)擇優不明顯，說明內表面主要進行的是減壁變形，見圖2(a)、(b)。中間層α相取向也以傾轉基面織構為主，但從極圖中可觀察到，α相取向以RD為軸偏移，說明中間層受軸向拉力的作用加大，見圖2(c)、(d)。外表層α相取向與中心層類似，也以傾轉基面織構為主，并以RD為軸偏移，見圖2(e)、(f)。取向分布圖中出現的黑點與殘余應力或變形缺陷有關，說明第2次中間退火時并未發生完全的再結晶。

由此可見，管坯第2次中間退火后，厚度方向的織構差異不大，以傾轉基面織構為主;內表面層的變形量更大，因此晶粒更細小;中心層α相的取向沿RD偏移程度較小，說明，中心層變形以減壁變形為主。

管坯第3次中間退火試樣內表面α相取向以傾轉基面織構為主，α相取向沿RD擇優明顯，說明軋制過程中晶粒的轉動受軸向拉力的作用較大，主要進行的是減徑變形，見圖3(a)、(b)。中間層α相取向仍以傾轉基面織構為主，并沿RD傾轉至柱面織構(＜1－100＞織構)，說明軸向力的作用加強，見圖3(c)、(d)。外表面α相取向與中心層類似，也以傾轉基面織構為主，并以RD為軸偏移，見圖3(e)、(f)。取向分布圖中出現的黑點與殘余應力或變形缺陷有關。

由此可見，管坯第3次中間退火后，厚度方向的織構有一定的差異:中心層以傾轉基面織構為主，說明變形以減壁變形為主;外表面受到軸向力的作用更大，并逐漸沿RD傾轉至＜1－100＞織構，說明以減徑變形為主;內表面層的變形量更大，晶粒更細小，不均勻程度也更高。

管坯最終退火試樣內表面層α相取向以＜1－100＞為主，管軸向RD擇優明顯，說明受軸向拉力的作用較大，見圖4(a)、(b)。外層α相取向與內層相似，但織構強度更大，見圖4(c)、(d)。隨著冷軋及退火次數的增多，α相晶粒尺寸逐漸減小，見表2。內表面位置晶粒尺寸相對更小、更不均勻，也能說明其變形量更大。

2.3冷軋過程中Q值對織構演變的影響

TC4鈦合金冷軋管材制備難度最大的是冷軋工藝，而冷軋的關鍵在于變形量及Q值的控制。文獻[10]提出，對于TA18鈦合金冷軋管材，當Q值≤1.17時，表面光潔且無裂紋，對于TA22，是Q值≤1.12。可見，不同的鈦合金，Q值的控制范圍不同。但基本規律是，Q值越大，表面質量越差。

TC4鈦合金管材的織構與Q值相關性較大，本試驗中4次冷軋的Q值分別為2.44、0.86、1.50、0.77。當Q值較大時(第3次冷軋，Q=1.50)，即以減壁為主時，內表面主要進行減壁變形，取向以傾轉基面織構為主;外表面以減徑變形為主，取向沿RD方向傾轉。當Q值較小時(第2次冷軋，Q=0.86，第4次冷軋，Q=0.77)，即

以減徑為主時，內、外表面主要進行減徑變形，取向由傾轉基面織構沿RD方向傾轉至＜1－100＞織構。這可以從另一方面說明，當Q值較大時，由于內外表面的主要變形方式不同，變形更難以協調，管坯易產生裂紋，因此表面質量較差。

3、結論

(1)TC4鈦合金管材制備過程中，隨冷軋及退火次數的增多，α相晶粒不斷經歷變形及再結晶，因此α相晶粒尺寸逐漸減小;在中間退火及最終退火后，管坯的α相晶粒尺寸由外表面至內表面依次遞減，且不均勻程度提高，說明管坯由外表面至內表面的變形量逐漸提高。

(2)TC4鈦合金管材的織構與冷軋時的Q值相關性較大。當Q值較大時，內表面主要進行減壁變形，取向以傾轉基面織構為主;外表面以減徑變形為主，取向沿RD方向傾轉。當Q值較小時，內、外表面主要進行減徑變形，取向由傾轉基面織構沿RD方向傾轉至柱面織構。

參考文獻:

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