无锡无缝钢管厂TA18钛合金管冷轧开裂原因分析

无锡无缝钢管厂TA18（Ti-3Al-2.5V）钛合金是从TC4（Ti-6Al-4V）钛合金演变而来的低铝当量近α型的α+β型钛合金。它不仅具有良好的室温、高温力学性能和耐腐蚀性能，而且具有优异的冷、热加工工艺塑性、成形性、焊接性能和抗腐蚀性能等，TA18钛合金管材广泛应用于飞机发动机液压和燃油管路系统，自行车三角架和手把、高尔夫球杆、钓鱼竿，石油钻井用套管及热交换器管等。

无锡无缝钢管厂某批TA18钛合金管材在从断面Φ70mm×8mm冷轧至Φ55mm×6mm的过程中出现大量的开裂，宏观观察裂纹沿着管体纵向局部分布，管体表面没有明显划伤的痕迹,裂纹穿透了管壁，形成穿透型裂纹，导致该批管材60%报废。为了查明该TA18合金管材冷轧开裂原因，在典型的开裂部位和正常部位上取样，分析化学成分、显微组织、断口形貌和组织的显微硬度，并对开裂原因进行分析研究。
无锡无缝钢管厂在断口开裂部位和正常部位分别取样3个，采用ICP全谱直读光谱仪和TC-600氧氮分析仪测定其化学成分。在开裂部位以及正常部位分别取纵向和横向金相试样，侵蚀剂（体积比）为：氢氟酸∶硝酸∶水=1∶4∶45，采用LeicaMM-6型光学显微镜观察其微观组织。在开裂部位取样，在JEOLJSM-5610LV扫描电子显微镜观察开裂断面的表面形貌。在开裂部位和正常部位分别取金相试样3个，利用HMV-2T岛津显微硬度计在金相试样上测试均匀5点处硬度，测试条件为9.8N/30s。
TA18钛合金管材冷轧开裂部位和正常部位的成分分析中发现了Fe元素含量的超标和O元素含量接近标准上限。显微组织检验发现正常部位的组织为等轴组织，开裂部位的横向组织中β相弥散分布在α相中，纵向组织中发现晶粒粗大，有向魏氏组织转变的倾向。显微镜观察开裂断面为沿晶脆性断裂。硬度检验结果显示开裂部位的维氏硬度平均值比正常部位的高出15%。
试验结果表明，TA18钛合金在熔炼过程中添加铁钉，它在混布料过程中未能均匀分布，造成电极中的Fe含量不均匀，最终导致熔炼铸锭中Fe的局部偏析。由于Fe偏析，将导致该区域内的显微硬度值比基体偏高15%左右，形成硬化块，它是导致其后续的冷轧管材开裂的主要原因。
    无锡无缝钢管厂为了验证分析问题的准确性，随后在TA18合金配料中将铁钉改为TiFe和VAlFe，在后续的轧制过程中未发现开裂状况，说明问题分析和改进措施是有效的。