CN103627927A - 一种钛合金挤压管或轧制管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钛合金，具体说是一种钛合金TC4挤压管或轧制管及其制备方法,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%；；由下述方法制备的钛合金（TC4）管进行消除应力退火、完全再结晶退火及固溶时效热处理，可得到抗拉强度800~1300MPa,延伸率8~25%。

Description

一种钛合金挤压管或轧制管及其制备方法

技术领域

本发明涉及钛合金管及其制备，具体地说是一种钛合金TC4挤压管、轧制管及其制备方法。

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挤压、轧制出钛合金（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。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种钛合金（TC4）挤压管、轧制管，按重量百分比计合金组成为：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%；

所述钛合金（TC4）挤压管、轧制管的制备方法：

此钛合金管（TC4）加工制备方法选取下述三种之一，第一种是棒坯掏孔、包铜后进行挤压加工成管坯，再将管坯平端头后直接获取成品管；第二种是棒坯掏孔、包铜后进行挤压加工，获取管坯，修整管坯，进行冷轧制；第三种是进行挤压加工，获取管坯，修整管坯，进行温（热）轧制；

在挤压钛合金管前，将钛合金光棒中心掏孔，包铜后放到加热炉内进行加热600~1300℃，保温0.5~6小时，当棒料达到挤压要求温度时，通过挤压机进行挤压加工、矫直后空冷，待冷却后平头获取成品挤压管。

在轧制挤压的钛合金管坯时，管坯及半成品管内外表面添加润滑剂，然后进行轧制，每轧一个道次后的管坯要进行酸洗、酸洗后水洗，然后坯料要进行氧化退火，氧化退火后的管坯则要再进行碱洗、碱洗后水洗；轧制一个道次出成品时不进行内绞；轧制第二道次出成品时，在轧制第一道次后进行内绞；在轧制3-10个道次出成品，在轧制第一或第二个道次时进行内铰；内铰单边0~0.8mm，将每个道次前坯料的氧化皮及缺陷全部修掉；

真空退火的管坯则要再进行酸洗、酸洗后水洗；再进行轧制，轧制成品后采用氧化退火或真空退火，氧化退火的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗；真空退火的成品则要进行酸洗、酸洗后水洗；此钛合金（TC4）轧制管性能好，管材表面质量好。

氧化退火后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗，获得产成品。

温（热）轧挤压管坯时，在线或离线加热管坯进行轧制，加热温度为400~1300℃保温0~90分钟。

每道次变形量为15%~85%，轧制速度（20~90）次/分，轧制1-10次出成品。在轧制此钛合金管材时，管坯或半成品管内外表面添加润滑剂，然后进行轧制，每轧一个道次后的坯料要进行酸洗、酸洗后水洗，然后管坯采用氧化退火，氧化退火温度为500~900℃保温0.5~3小时，氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，每一个道次轧制变形量为15%~85%，轧制速度为20~90次/分；轧制一个道次出成品时不进行内绞，轧制第二道次出成品时，在轧制第一道次后进行内绞，在轧制3-10个道次出成品，在轧制第一或第二个道次时，进行内铰单边0~0.8mm，将氧化皮及缺陷全部修掉，再进行轧制，轧制为1-10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500~900℃保温0.5~3小时；真空退火的退火温度为500~900℃保温0.5~3小时，真空退火后的成品则要再进行酸洗、酸洗后水洗，获得产成品；氧化退火后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗，获得产成品。

此方法轧制的TC4管材强度高、韧性好和耐H₂S、CO₂等腐蚀，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800~1300MPa，延伸率8~25%。

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挤压管、轧制管强度(Rm)（800~1300MPa）比现在常规的钛合金TA18管（620MPa）高180~680MPa，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挤压管坯轧制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挤压管只是通过挤压的管坯平头后就获取的成品，后续加工频次少，成品率高；轧制管利用挤压管坯进行轧制，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挤压管、轧制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轧制管的质量、性能。

4.金属内部组织好：本发明采用TC4挤压管、轧制管，金属内部组织比穿孔管坯外车内铰管要好的多，TC4挤压管、轧制管在加工过程中，要进行退火，可以使晶粒回复原有状态，轧制时给管子纵向、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挤压管、轧制管好。

5.使用寿命长：本发明TC4挤压管、轧制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轧制无缝管比板材焊接管使用寿命长。

6.钛合金TC4挤压管、轧制管添补了国内空白。

具体实施方式

本发明是通过独特的配方、操作方法和轧制工艺就可以获得新型钛合金TC4轧制管，下面通过实施例详述本发明。

通过可行性试验研究测试得知TC4钛合金油管抗拉强度917MPa，屈服强度819MPa，延伸率12.5%,TC4钛合金油管具有优异的抗硫化氢应力腐蚀性能、抗点腐蚀和抗全面腐蚀性能，对氢致开裂不敏感，在本实验高温高压条件下耐H₂S/CO₂腐蚀性能好。

采用氧化退火轧制法：按常规步骤进行，首先用原料海绵钛、钒铝合金进行配料(按重量百分比计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%；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，用铸锭锻造棒料(棒坯)，棒料车光下料，用光棒掏孔挤压成管坯，再将管坯平头，获取成品；用光棒掏孔挤压成管坯，再将管坯平头，开坯轧制成管坯，去油污，氧化退火，内铰，轧制，修刮，碱洗，酸洗，水洗，精轧制成品管坯，平头，退火，取样分析，探伤检验、水压检测、定尺下料。

下述实施例中的碱洗液、酸洗液重量配比均为

碱洗液：[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：

将Φ145×425mm光棒掏孔至Φ145/Φ60×425mm，用铜皮将其包上，以达到挤压时起润作用和保护钛合金管坯作用，将包好铜皮的钛合金（TC4）坯料放到加热炉内进行加热960℃、保温2.5小时，取出进行挤压至Φ68×6mm管坯，将铜皮酸洗掉，清水冲洗，平头后就获得成品管Φ68×6mm。真空退火700℃，保温2小时，随炉冷却，真空退火后的成品则要再进行酸洗、酸洗后水洗，获得产成品；取样分析其性能实测为Rm900 MPa,Rp0.2750MPa,A 13%。

实施例2.

具体制备过程如下：

将Φ145×325mm光棒掏孔至Φ145/Φ39.5×325mm，用铜皮将其包上，以达到挤压时起润作用和保护钛合金管坯作用，将包好铜皮的钛合金（TC4）坯料放到加热炉内进行加热800℃、保温3小时，取出进行挤压至Φ45×4mm管坯，将铜皮酸洗掉，清水冲洗，平头后就获得成品管Φ45×4mm。真空退火650℃，保温2小时，随炉冷却，真空退火后的成品则要再进行酸洗、酸洗后水洗，获得产成品；取样分析其性能实测为Rm960 MPa,Rp0.2 800MPa,A 12%。

实施例3.

具体制备过程如下：

将Φ425×625mm光棒掏孔至Φ425/Φ163.7×625mm，用铜皮将其包上，以达到挤压时起润作用和保护钛合金管坯作用，将包好铜皮的钛合金（TC4）坯料放到加热炉内进行加热1100℃、保温2小时，取出进行挤压至Φ177.8×9.05mm管坯，将铜皮酸洗掉，清水冲洗，平头后就获得成品管Φ177.8×9.05mm。真空退火750℃，保温2小时，随炉冷却，真空退火后的成品则要再进行酸洗、酸洗后水洗，获得产成品；取样分析其性能实测为Rm1000 MPa,Rp0.2 850MPa,A 10%。

实施例4.

具体制备过程如下：

1．由挤压获取的TC4管坯管坯内表面及芯棒（金属材质，实心的圆棒，棒规格取决于管坯或成品管内径规格）添加石墨润滑剂，进行温（热）轧制，在线加热温度为700℃,第一道次轧制变形量为30%，轧制速度35次/分，轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为600℃保温2小时，氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

2.第一道下来的管坯单边内铰50道,内表面及芯棒添加石墨润滑剂，进行温（热）轧制，在线加热温度为650℃，第二个道次轧制变形量为25%，轧制速度30次/分，轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为600℃保温1.5小时，氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

3.第二道下来的管坯,内表面及芯棒添加石墨润滑剂，进行温（热）轧制，在线加热温度为600℃，第三个道次轧制变形量为30%，轧制速度30次/分，轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为550℃保温1.5小时，氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

4.第三道下来的管坯,内表面及芯棒添加石墨润滑剂，进行温（热）轧制，在线加热温度为550℃，第四个道次轧制变形量为25%，轧制速度30次/分，轧出的管坯空冷后出成品；成品退火有如下两种方式。

5．第一种成品退火：

氧化退火650℃,2小时，空冷，氧化退火后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗，获得产成品；取样分析其性能实测为Rm970MPa,Rp0.2 800MPa,A 11%；

6．第二种成品退火：

真空退火750℃，保温2小时，随炉冷却，真空退火后的成品则要再进行酸洗、酸洗后水洗，获得产成品；取样分析其性能实测为Rm950 MPa,Rp0.2 780MPa,A 12%。

实施例5.

具体制备过程如下：

1．由挤压获取的TC4管坯

管坯内表面及芯棒（金属材质，实心的圆棒，棒规格取决于管坯或成品管内径规格）添加石墨润滑剂，进行温（热）轧制，在线加热温度为1100℃,第一道次轧制变形量为35%，轧制速度35次/分，轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为900℃保温3小时，氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

2.第一道下来的管坯单边内铰50道,内表面及芯棒添加石墨润滑剂，进行温（热）轧制，在线加热温度为1000℃，第二个道次轧制变形量为40%，轧制速度35次/分，轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为800℃保温3小时，氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

3.第二道下来的管坯,内表面及芯棒添加石墨润滑剂，进行温（热）轧制，在线加热温度为900℃，第三个道次轧制变形量为40%，轧制速度35次/分，空冷后进行氧化退火温度为800℃保温2.5小时，氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

4.第三道下来的管坯,内表面及芯棒添加石墨润滑剂，进行温（热）轧制，在线加热温度为800℃，第四个道次轧制变形量为35%，轧制速度30次/分，空冷后出成品；成品退火有如下两种方式。

5．第一种成品退火：

氧化退火650℃,2小时，空冷，氧化退火后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗，获得产成品；取样分析其性能实测为Rm950MPa,Rp0.2 810MPa,A 11%；

6．第二种成品退火：

真空退火750℃，保温2小时，随炉冷却，真空退火后的成品则要再进行酸洗、酸洗后水洗，获得产成品；取样分析其性能实测为Rm920 MPa,Rp0.2 800MPa,A 12.5%。

实施例6.

具体制备过程如下：

1．由挤压获取的TC4管坯

管坯内外表面分别添加石蜡、二硫化钼锂基润滑脂润滑剂，进行冷轧制，第一道次轧制变形量为30%，轧制速度30次/分，轧出的管坯进行酸洗、酸洗后水洗，单边内铰50道,进行氧化退火温度为900℃保温2.5小时，氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

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，进行冷轧制，第二个道次轧制变形量为35%，轧制速度35次/分，轧出的管坯进行酸洗、酸洗后水洗，轧后两端头各开裂3公分，中间表面质量较好，切端头,进行氧化退火温度为850℃保温2.5小时，氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，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，进行冷轧制，第三个道次轧制变形量为35%，轧制速度35次/分，轧出的管坯进行酸洗、酸洗后水洗，进行氧化退火温度为800℃保温2.5小时，氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，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30%，轧制成品

轧制速度35次/分，轧出成品；成品退火有如下两种方式。

5．第一种成品退火：

氧化退火650℃,2.5小时，空冷，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。固溶时效后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗，获得产成品；取样分析其性能实测为Rm1150MPa,Rp0.2 1030MPa,A 9%；

6．第二种成品退火：

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。固溶时效后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗，获得产成品；取样分析其性能实测为Rm1050 MPa,Rp0.2 950MPa,A 11%。

Claims (8)

1.一种钛合金TC4挤压管或轧制管，其特征在于：

按重量百分比计合金组成为：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%。

2.一种权利要求1所述钛合金挤压管或轧制管的制备方法，其特征在于：

此钛合金管（TC4）加工制备方法选取下述三种之一，第一种是棒坯掏孔、包铜后进行挤压加工成管坯，再将管坯平端头后直接获取成品管，得挤压管；第二种是棒坯掏孔、包铜后进行挤压加工，获取管坯，修整管坯，进行冷轧制，得轧制管；第三种是进行挤压加工，获取管坯，修整管坯，进行温（热）轧制，得轧制管。

3.按照权利要求2所述钛合金挤压管或轧制管的制备方法，其特征在于：

在挤压钛合金管前，将钛合金光棒中心掏孔，包铜后放到加热炉内进行加热600~1300保温0.5~6小时，当棒料达到挤压要求温度时，通过挤压机进行挤压加工、矫直后空冷，得管坯，管坯表面去铜后进行酸洗、水洗，然后进行真空退火，退火温度500~900℃，保温0.5~3小时，管坯出炉冷却后进行矫直，检查及分析，检测合格后平头获取成品挤压管。

4.按照权利要求2所述钛合金挤压管或轧制管的制备方法，其特征在于：

在轧制挤压的钛合金管坯时，管坯或半成品管内外表面添加润滑剂，然后进行轧制，每轧一个道次后的管坯要进行酸洗、酸洗后水洗，然后坯料要进行氧化退火，氧化退火后的管坯则要再进行碱洗、碱洗后水洗；轧制一个道次出成品时不进行内绞；轧制第二道次出成品时，在轧制第一道次后进行内绞；在轧制3-10个道次出成品，在轧制第一或第二个道次时进行内铰；内铰单边0~0.8mm，将每个道次前坯料的氧化皮及缺陷全部修掉；

真空退火的管坯则要再进行酸洗、酸洗后水洗；再进行轧制，轧制成品后采用氧化退火或真空退火，氧化退火的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗；真空退火的成品则要进行酸洗、酸洗后水洗。

5.按照权利要求2或3所述钛合金挤压管或轧制管的制备方法，其特征在于：

挤压管坯所用坯料的加热温度600~1300℃，保温0.5~6小时；

温（热）轧挤压管坯时，在线或离线加热管坯进行轧制，加热温度为400~1300℃保温0~90分钟；

由上述方法制备的钛合金（TC4）挤压管、轧制管性能中的抗拉强度(Rm)在正常热处理和固溶时效后可达(800~1300)MPa,延伸率在(8~25)%。

6.按照权利要求2所述钛合金挤压管或轧制管的制备方法，其特征在于：挤压管、轧制管规格为下述之一；

圆管外径

0.5~35mm(但外径与壁厚之比必须大于2)×长度100~12000mm；

方管30~360mm×30~360mm×壁厚0.5~35mm(但每个边长都必须大于相邻2个壁厚之和)×长度100~12000mm；

异形管，异形管大头外径必须大于小头外径，壁厚是样的，由大头到小头是逐渐变小的空心管体大头外径

0.5~35mm(但外径与壁厚之比必须大于2)×小头外径

0.5~35mm(但外径与壁厚之比必须大于2)×长度100~12000mm，异形管大头外径必须大于小头外径。

7.按照权利要求2或3所述钛合金挤压管、轧制管的制备方法，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、轧制油或机油。

8.按照权利要求2或3所述钛合金挤压管、轧制管的制备方法，其特征在于：

用挤压管坯在轧制此钛合金管材过程中，每轧一个道次后的坯料要进行酸洗、酸洗后水洗，然后管坯进行氧化退火，退火温度为500~900℃保温0.5~3小时，氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，将管坯上的缺陷全部修掉，管坯或半成品管内外表面添加润滑剂，然后进行轧制，轧制每一道次变形量为15%~85%，轧制速度为20~90次/分；

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500~900℃保温0.5~3小时；真空退火的退火温度为500~900℃保温0.5~3小时；真空退火的管成品则要再进行酸洗、酸洗后水洗；氧化退火后的成品管则要进行碱洗、碱洗后水洗。