CN101824564B - 一种钛合金tc4冷轧管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钛合金,具体说是一种钛合金TC4冷轧管及其制备,按重量计合金组成为:Ti余量,Al(5.5~6.75)%,V(3.5~4.5)%,Fe≤0.1%,C≤0.1%,N≤0.03%,H≤0.015%,O≤0.15%;其TC4冷轧管规格为外径
Description
技术领域
本发明涉及钛合金管及其制备,具体地说是一种TC4冷轧管及其制备方法。
背景技术
随着钛合金的不断发展,越来越需求高强度、高韧性、耐高温和耐腐蚀的钛合金,尤其是钛合金管材需求越来越多,而钛合金管材的加工难度越来越大,钛合金TC4管材大部分应用于油田、核电站、化工等行业,而现在的钛合金TC4管材通常都是板材卷焊的、棒材掏孔的、斜轧穿孔后外车内铰的,目前国内没有一家能够冷轧出钛合金(TC4)管材的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适合于现代市场需求的钛合金(TC4)管,此方法冷轧的TC4管材强度高、韧性好、耐高温和耐腐蚀,用上述方法加工的钛合金TC4管其性能中的抗拉强度(Rm)达到895~1300MPa,延伸率8~25%。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种钛合金(TC4)管,按重量百分比计合金组成为:Al(5.5~6.75)%,V(3.5~4.5)%,Fe≤0.1%,C≤0.1%,N≤0.03%,H≤0.015%,O≤0.15%,Ti余量;
一种钛合金(TC4)冷轧管的制备方法,按重量百分比计合金原料组成为:Al(5.5~6.75)%,V(3.5~4.5)%,Ti余量;按常规方法将上述原料加工成的管坯及半成品管,并控制钛合金TC4中Fe≤0.1%,C≤0.1%,N≤0.03%,H≤0.015%,O≤0.15%,然后进行冷轧而成;其TC4冷轧管规格为外径10~140mm×壁厚0.5~25m(但外径与壁厚之比必须大于2);
在冷轧此钛合金管材时,管坯或半成品管内外表面添加润滑剂,然后进行轧制,每轧一个道次后必须采用氧化退火,氧化退火温度为600~900℃保温1~3小时,每一个道次轧制变形量为15%~65%,轧制速度为20~90次/分;
在轧制第一个或第二个道次时,进行内铰单边0~0.8mm;在轧制最后1或2个道次前必须碱洗和酸洗或酸洗后水洗将氧化皮及缺陷全部修掉,再进行轧制,轧制道次数为1-16(即轧制道次最少一个道次就出成品,最慢十六个道次出成品),轧制完成后的成品采用氧化退火或真空退火,氧化退火温度为600~900℃保温1~3小时;真空退火温度为600~900℃保温1~3小时,退火后的成品则要再进行碱洗和酸洗或酸洗后水洗,获得产成品。
此产品钛合金(TC4)冷轧管性能中的抗拉强度(Rm)在正常热处理和固溶时效后可达(895~1300)MPa,延伸率在(8~25)%,其金相组织均匀,可以达到消除应力退火和完全再结晶退火的两种金相组织。此钛合金(TC4)产品冷轧管表面质量好,表面光亮,其表面无褶皱等缺陷。
所述润滑剂为石蜡、二硫化钼或二硫化钼锂基润滑脂。
在冷轧此钛合金管材过程中,所述轧制道次数通常为1-16;也可能为一次,在轧制道次为一个道次就出成品时,首先将管坯或半成品管进行氧化退火,退火温度为600~900℃保温1~3小时,退火后碱洗和酸洗或酸洗后水洗,将氧化皮及缺陷全部修掉,管坯或半成品管内外表面添加润滑剂,然后进行轧制,轧制变形量为15%~65%,轧制速度为20~90次/分;在轧制时,进行内铰单边0~0.8mm;轧制完成后的成品采用氧化退火或真空退火,氧化退火温度为600~900℃保温1~3小时;真空退火温度为600~900℃保温1~3小时;退火后的成品则要再进行碱洗和酸洗或酸洗后水洗,获得产成品。
本发明与现有技术相比,具有如下的有益效果:
1.强度高、耐腐蚀:本发明钛合金TC4冷轧管强度(Rm)(895~1300MPa)比与TC4成份相近的TA18管(620MPa)高,耐腐蚀性也远远超过TA18管。
2.降低成本,缩短生产周期:现有钛合金管生产工艺每道轧制后都要进行真空退火,而本发明的钛合金TC4冷轧管材生产工艺每道轧制后都进行氧化(非真空)退火,这样既降低了电耗成本也缩短了生产周期。
3.成品率高,质量好,性能优:本发明TC4冷轧管比棒材掏孔管成品率高,TC4冷轧管利用穿孔管坯进行轧制,损耗小,成品率高,而棒材掏孔管则需要掏出很多屑废品,损耗大,成品率低,棒材掏孔管只是棒材的质量和性能,而TC4冷轧管是在棒材的基础上进行深加工的,则棒材掏孔管的质量、性能远不及TC4冷轧管的质量、性能。
4.金属内部组织好:本发明采用TC4冷轧管,金属内部组织比穿孔管坯外车内铰管要好的多,TC4冷轧管在加工过程中,要进行氧化退火,可以使晶粒回复原有状态,冷轧时并同时给管子纵向、径向一个均衡力,使管子基体内部晶粒组织致密;而穿孔管坯外车内铰管没有使晶粒回复原有状态,并且只有将其晶粒组织拔长,所以穿孔管坯外车内绞管金属组织没有TC4冷轧管好。
5.使用寿命长:本发明TC4冷轧无缝管先天性组织致密,板材焊接管则在焊缝处组织状态与基体不一致,容易造成疲劳性晶间开裂,所以有TC4冷轧无缝管比板材焊接管使用寿命长。
6.表面质量好:本发明钛合金(TC4)冷轧管比挤压的TC4管内外表面质量要好的多,钛合金(TC4)冷轧管内外表面光亮,且无折皱、划痕等缺陷,而挤压的内外表面则不光亮,有划痕。
7.钛合金(TC4)冷轧管添补了国内空白。
具体实施方式
本发明是通过独特的操作方法和轧制工艺就可以获得新型钛合金TC4冷轧管,下面通过实施例详述本发明。
采用氧化退火冷轧制法:按常规步骤进行,首先用原料海绵钛、钒铝合金、铝进行配料(按重量百分比计Al 6%,V 4%,Ti余量,将原料混合),挤压电极,焊接电极,装炉熔炼铸锭,扒皮取样分析,控制钛合金TC4中Fe≤0.1%,C≤0.1%,N≤0.03%,H≤0.015%,O≤0.15%,用铸锭锻造棒料(棒坯),棒料车光下料,用光棒穿孔成管坯或用光棒掏孔挤压成管坯,再将管坯平头,冷轧开坯,去油污,氧化退火,内铰,轧制,修刮,碱洗,酸洗,水洗,精轧,平头,退火,取样分析,定尺下料。
下述实施例中的碱洗配比、酸洗重量配比均为
碱洗液(加热熔化后使用):[85~95%NaOH+15~5%NaNO3(或KNO3)]
酸洗液:[30~40%HNO3+2~10%HF+余量H2O]
实施例1.
具体制备过程如下:
2.第一道下来的管坯内表面添加石蜡润滑剂,进行轧制,第二个道次轧制变形量为28%,轧制速度30次/分,单边内铰50道,氧化退火,退火温度800℃保温1.5小时,空冷后修刮缺陷;
3.第二道下来的管坯内表面添加石蜡润滑剂,进行轧制,第三个道次轧制变形量为35%,轧制速度35次/分,轧后两端头各开裂5公分,中间表面质量较好,切端头,氧化退火,退火温度800℃保温1.5小时,空冷后修刮缺陷;
实施例2.
具体制备过程如下:
1.由TC4管坯88mm×10mm,管坯内外表面分别添加石蜡、二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行轧制,第一道次轧制变形量为15%,轧制速度20次/分,单边内铰80道,氧化退火,退火温度600℃保温3小时,空冷后修刮缺陷.
2.第一道下来的管坯内外表面分别添加石蜡、二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行轧制,第二个道次轧制变形量为38%,轧制速度30次/分,,轧后两端头各开裂6公分,中间表面质量较好,切端头,氧化退火,退火温度600℃保温3小时,空冷后修刮缺陷.
3.第二个道次下来的管坯内外表面分别添加石蜡、二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行轧制,第三个道次轧制变形量为40%,轧制速度35次/分,氧化退火,退火温度600℃保温3小时,空冷后修刮缺陷.
4.第三个道次下来的管坯内外表面分别添加石蜡、二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行轧制,第四个道次轧制变形量为17%,轧制成品48×5,轧制速度35次/分,氧化退火,退火温度600℃保温3小时,空冷,碱洗、酸洗、水洗.
840~960℃,29~61秒,空冷或水冷,实效470~570℃,4~8小时,空冷。取样分析其性能实测为Rm1300MPa,Rp0.21198MPa,A 8%;
6.成品48mm×5mm真空退火650℃,保温2.5小时,随炉冷却,固溶时效后(固溶840~960℃,29~61秒,空冷或水冷,实效470~570℃,4~8小时,空冷。取样分析其性能实测为Rm1204MPa,Rp0.21100MPa,A 9%。
实施例3.
具体制备过程如下:
1.由TC4管坯88mm×8.5mm,管坯内外表面分别添加二硫化钼润滑剂,进行轧制,第一道次轧制变形量为25%,轧制速度30次/分,氧化退火,退火温度900℃保温1小时,空冷后修刮缺陷.
2.第一个道次下来的管坯内外表面分别添加二硫化钼润滑剂,进行轧制,第二个道次轧制变形量为35%,轧制速度35次/分,单边内铰50道,氧化退火,退火温度900℃保温1小时,空冷后修刮缺陷.
3.第二个道次下来的管坯内外表面分别添加二硫化钼润滑剂,进行轧制,第三个道次轧制变形量为38%,轧制速度35次/分,轧后两端头各开裂6公分,中间表面质量较好,切端头,氧化退火,退火温度900℃保温1小时,空冷后修刮缺陷.
4.第三个道次下来的管坯内外表面分别添加二硫化钼润滑剂,进行轧制,第四个道次轧制变形量为36%,轧制速度45次/分,氧化退火,退火温度900℃保温1小时,空冷,碱洗、酸洗、水洗.
5.第四个道次下来的管坯内外表面添加二硫化钼润滑剂,进行轧制,第五个道次轧制成品38mm×3mm变形量为20%,轧制速度90次/分,氧化退火,退火温度900℃保温1小时,空冷,碱洗、酸洗、水洗.
实施例4.
具体制备过程如下:
1.由TC4管坯88mm×8.5mm,管坯外表面添加二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行轧制,第一道次轧制变形量为15%,轧制速度30次/分,氧化退火,退火温度800℃保温1.5小时,空冷后修刮缺陷.
2.第一个道次下来的管坯外表面添加二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行轧制,第二个道次轧制变形量为35%,轧制速度35次/分,单边内绞50道,氧化退火,退火温度800℃保温1.5小时,空冷后修刮缺陷.
3.第二个道次下来的管坯外表面添加二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行轧制,第三个道次轧制变形量为40%,轧制速度35次/分,氧化退火,退火温度800℃保温1.5小时,空冷后修刮缺陷.
4.第三个道次下来的管坯外表面添加二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行轧制,第四个道次轧制变形量为35%,轧制速度40次/分,氧化退火,退火温度900℃保温1小时,空冷,碱洗、酸洗、水洗.
5.第四个道次下来的管坯外表面添加二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行轧制,第五个道次轧制成品41mm×3mm变形量为15%,轧制速度35次/分,氧化退火,退火温度800℃保温1.5小时,空冷,碱洗、酸洗、水洗.
7.成品41mm×3mm真空退火800℃,保温1.5小时,随炉冷却,取样分析其性能实测为Rm908MPa,Rp0.2828MPa,A 14.5%。
实施例5.
具体制备过程如下:
1.由TC4管坯88mm×8.5mm,管坯内表面添加石蜡,管坯外表面二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行轧制,第一道次轧制变形量为30%,轧制速度30次/分,氧化退火,退火温度750℃保温2小时,空冷后修刮缺陷.
2.第一个道次下来的管坯内表面添加石蜡,管坯外表面二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行轧制,第二个道次轧制变形量为40%,轧制速度30次/分,单边内铰50道,氧化退火,退火温度750℃保温2小时,空冷后修刮缺陷.
3.第二个道次下来的管坯内表面添加石蜡,管坯外表面二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行轧制,第三个道次轧制变形量为45%,轧制速度35次/分,氧化退火,退火温度750℃保温2小时,空冷后修刮缺陷.
4.第三个道次下来的管坯内表面添加石蜡,管坯外表面二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行轧制,第四个道次轧制变形量为50%,轧制速度35次/分,氧化退火,退火温度750℃保温2小时,空冷;
5.第四个道次下来的管坯内表面添加石蜡,管坯外表面二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行轧制,第五个道次轧制变形量为48%,轧制速度35次/分,氧化退火,退火温度750℃保温2小时,空冷;
6.第五个道次下来的管坯内表面添加石蜡,管坯外表面二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行轧制,第六个道次轧制变形量为45%,轧制速度40次/分,氧化退火,退火温度750℃保温2小时,空冷;
7.第六个道次下来的管坯内表面添加石蜡,管坯外表面二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行轧制,第七个道次轧制变形量为40%,轧制速度40次/分,氧化退火,退火温度750℃保温2小时,空冷后修刮缺陷.
8.第七个道次下来的管坯内表面添加石蜡,管坯外表面二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行轧制,第八个道次轧制成品19mm×0.5mm变形量为30%,轧制速度35次/分,氧化退火,退火温度750℃保温2小时,空冷,碱洗、酸洗、水洗.
10.成品41mm×3mm真空退火800℃,保温1.5小时,随炉冷却,取样分析其性能实测为Rm989MPa,Rp0.2906MPa,A 16.1%。
实施例6.
具体制备过程如下:
Claims (5)
1.一种钛合金TC4冷轧管,其特征在于:
按重量百分比计合金组成为:Al(5.5~6.75)%,V(3.5~4.5)%,Fe≤0.1%,C≤0.1%,N≤0.03%,H≤0.015%,O≤0.15%,Ti余量;
在冷轧此钛合金管材时,管坯或半成品管内外表面添加润滑剂,然后进行轧制,每轧一个道次后必须采用氧化退火,氧化退火温度为600~900℃保温1~3小时,每一个道次轧制变形量为15%~65%,轧制速度为20~90次/分;
在轧制第一个或第二个道次时,进行内铰单边0~0.8mm;在轧制最后1或2个道次前必须碱洗和酸洗或酸洗后水洗将氧化皮及缺陷全部修掉,再进行轧制,轧制为1-16道次,轧制完成后的成品采用氧化退火或真空退火,氧化退火的退火温度为600~900℃保温1~3小时;真空退火的退火温度为600~900℃保温1~3小时,退火后的成品则要再进行碱洗和酸洗或酸洗后水洗,获得产成品。
2.一种权利要求1所述钛合金TC4冷轧管的制备方法,其特征在于:
按重量百分比计合金原料组成为:Al(5.5~6.75)%,V(3.5~4.5)%,Ti余量;按常规方法将上述原料加工成管坯或半成品管,并控制钛合金TC4中Fe≤0.1%,C≤0.1%,N≤0.03%,H≤0.015%,O≤0.15%,然后进行冷轧而成;其TC4冷轧管规格为外径壁厚0.5~25mm,且外径与壁厚之比必须大于2;
在冷轧此钛合金管材时,管坯或半成品管内外表面添加润滑剂,然后进行轧制,每轧一个道次后必须采用氧化退火,氧化退火温度为600~900℃保温1~3小时,每一个道次轧制变形量为15%~65%,轧制速度为20~90次/分;
在轧制第一个或第二个道次时,进行内铰单边0~0.8mm;在轧制最后1或2个道次前必须碱洗和酸洗或酸洗后水洗将氧化皮及缺陷全部修掉,再进行轧制,轧制为1-16道次,轧制完成后的成品采用氧化退火或真空退火,氧化退火的退火温度为600~900℃保温1~3小时;真空退火的退火温度为600~900℃保温1~3小时,退火后的成品则要再进行碱洗和酸洗或酸洗后水洗,获得产成品。
3.按照权利要求2钛合金TC4冷轧管的制备方法,其特征在于:所述润滑剂为石蜡、二硫化钼或二硫化钼锂基润滑脂。
4.按照权利要求2钛合金TC4冷轧管的制备方法,其特征在于:所述轧制道次数为2-9。
5.按照权利要求2钛合金TC4冷轧管的制备方法,其特征在于:
在冷轧此钛合金管材过程中,轧制道次为一个道次就出成品时,首先将管坯或半成品管进行氧化退火,退火温度为600~900℃保温1~3小时,退火后碱洗和酸洗或酸洗后水洗将氧化皮及缺陷全部修掉,管坯或半成品管内外表面添加润滑剂,然后进行轧制,轧制变形量为15%~65%,轧制速度为20~90次/分;在轧制时,进行内铰单边0~0.8mm;轧制完成后的成品采用氧化退火或真空退火,氧化退火的退火温度为600~900℃保温1~3小时;真空退火的退火温度为600~900℃保温1~3小时;退火后的成品则要再进行碱洗和酸洗或酸洗后水洗,获得产成品。
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