本发明公开了一种TC4棒材的制备方法及其应用和生产系统，属于钛合金生产技术领域。本发明提供的制备方法包括依次进行的加热、粗轧、中轧和精轧；所述加热的温度为600～900℃；在所述加热和所述粗轧的间歇进行一次补温，所述一次补温的温度为870℃～940℃；在所述中轧和所述精轧的间歇进行二次补温，所述二次补温的温度为880～900℃。本发明提供的制备方法可在钢厂棒材生产线上生产出组织均匀、外观一致的TC4棒材。本发明还提供了上述制备方法的应用，以及用于实施上述制备方法的生产系统。