CN103658183B - 一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法，该方法为：一、对钛合金管坯进行冷轧，控制冷轧的变形率为22%～30%；二、对冷轧后的钛合金管坯进行矫直；三、在芯棒的一端设置导入管，并在芯棒的另一端设置导出管；四、将设置有导入管和导出管的芯棒***钛合金管坯中，并使导出管位于钛合金管坯的出口端，采用冷轧机对钛合金管坯进行成品冷轧，得到管材；五、对管材进行矫直，得到高直线度薄壁钛合金管材。本发明解决了普通钛合金管材直线度偏低的问题，实现了高直线度薄壁钛合金无缝管材的顺利制造，制造的管材表面质量好、直线度高、壁厚均匀性好，可满足核反应堆或其它苛刻环境下检测仪器的需求。

Description

一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法

技术领域

本发明属于钛合金管材压力加工技术领域，具体涉及一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法。

背景技术

随着世界工业现代化进程的快速发展，随着环境和生态保护要求的提高、石化燃料资源日益枯竭、水力资源利用的有限度性，核能作为一种清洁有效能源在我国得到较大的发展。发展核能离不开反应堆，反应堆运行时需要用精密的检测仪器随时检测以保证其安全可靠运行。核探测仪器是反应堆运行控制的关键设备，其外壳管使用高直线度的管材，以避免检测仪器直接承受苛刻的环境。

钛合金作为一种耐腐蚀性好，焊接性能优异，并且具有良好的冷热加工及成形性能，因此钛合金被应用为苛刻环境的外包壳管已成为必然趋势。

目前制备钛管材的方法很多，常用的方法有挤压或穿孔制备管坯然后经过传统冷轧或拉拔的方式制备管材，但是存在直线度无法保证的问题。应用箔带材焊接的方式虽然可以制备直线度较高的管材，但是其直径收到限制，一般直径均小于30mm，而对于直径大于40mm的焊管，其宽度较款的箔带材制备还存在技术难题。因此，以上的方法均不适合制备0.6mm/3m高直线度薄壁钛管材。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法。该方法通过控制中间道次冷轧及成品道次冷轧的变形率、在中间道次冷轧后设置三点弯曲矫直工序，并在成品道次冷轧时在芯棒前后两端设置导入管及导出管，同时控制导入管及导出管的直径和长度，以限制通过大变形量冷轧出的管材由于应力而产生的自由弯曲效应，最后通过7辊或9辊矫直对管材椭圆度及直线度进一步进行调整，最终达到薄壁管材不大于0.6mm/3m的高直线度要求，解决了普通钛合金管材直线度偏低的问题，实现了高直线度薄壁钛合金无缝管材的顺利制造，制造的管材表面质量好、直线度高、壁厚均匀性好，可满足核反应堆或其它苛刻环境下检测仪器的需求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、对钛合金管坯进行冷轧，控制冷轧的变形率为22%～30%；

步骤二、对步骤一中冷轧后的钛合金管坯进行矫直；

步骤三、在芯棒的一端设置导入管，并在芯棒的另一端设置导出管；所述导出管的外径比芯棒的直径小0.5mm，所述导入管的外径比芯棒的直径小1mm～2mm；

步骤四、将步骤三中设置有导入管和导出管的芯棒***步骤二中矫直后的钛合金管坯中，并使导出管位于钛合金管坯的出口端，采用冷轧机对钛合金管坯进行成品冷轧，得到管材；所述成品冷轧的变形率为38%～52%；

步骤五、对步骤四中所述管材进行矫直，得到高直线度薄壁钛合金管材；所述高直线度薄壁钛合金管材为无缝管材，管材壁厚为1.0mm～1.5mm，直线度不大于0.6mm/3m，管材壁厚t与管材外径D的比值t/D=0.0125～0.0375。

上述的一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法，步骤一中所述钛合金管坯的外径为46mm～89mm，壁厚为2.3mm～3.5mm。

上述的一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法，步骤一中所述钛合金管坯为α钛合金管坯或β钛合金管坯。

上述的一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法，步骤二中所述矫直采用三点弯曲矫直，矫直后的钛合金管坯的直线度不大于4mm/m。

上述的一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法，步骤三中所述导入管和导出管的长度均为1000mm～1500mm。

上述的一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法，步骤三中所述导入管与芯棒的连接方式为焊接或螺纹连接，所述导出管与芯棒的连接方式为焊接或螺纹连接。

上述的一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法，步骤五中所述矫直采用7辊矫直机或9辊矫直机。

上述的一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法，步骤五中所述矫直的压下率为13%～15%。

上述的一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法，步骤五中所述高直线度薄壁钛合金管材的外径为40mm～80mm，壁厚偏差为±0.05mm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明生产工艺简单、流程短，适合钛合金高直线度薄壁钛无缝管材的生产。

2、本发明采用冷轧制的方法，通过控制中间道次冷轧及成品道次冷轧的变形率、在中间道次设置三点弯曲矫直工序，并在成品道次冷轧时在芯棒前后两端设置导入管及导出管，同时控制导入管及导出管的直径和长度，以限制通过大变形量冷轧出的管材由于应力而产生的自由弯曲效应，最后通过7辊或9辊矫直对管材椭圆度及直线度进一步进行调整，最终达到薄壁管材不大于0.6mm/3m的高直线度要求。

3、本发明解决了普通钛合金管材直线度偏低的问题，实现了高直线度薄壁钛合金无缝管材的顺利制造，制造的管材表面质量好、直线度高、壁厚均匀性好。

4、采用本发明的方法制备的高直线度钛合金无缝管材，可满足核反应堆或其它苛刻环境下检测仪器的需求。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明钛合金管坯与芯棒装配的结构示意图。

附图标记说明:

1—钛合金管坯；2—导入管；3—导杆；

4—芯棒；5—导出管。

具体实施方式

对比例

步骤一、采用常规钛合金管坯生产方法，经内、外表面机械加工后得到外径为89±0.2mm，壁厚为3.5±0.15mm的钛合金管坯；所述钛合金管坯材质为TA2；

步骤二、采用LD120冷轧管机对步骤一中所述钛合金管坯进行一道次大变形量冷轧，得到外径为83.5±0.2mm，壁厚为2.6±0.10mm的钛合金管坯，冷轧变形率约为30%；

步骤三、通过三点弯曲矫直步骤二中冷轧后的钛合金管坯较为明显的弯曲部分，矫直后直线度达到4mm/m；

步骤四、采用直径为77mm的芯棒4，采用LD120冷轧管机进行成品冷轧，得到外径为80±0.1mm，壁厚为1.5±0.05mm，直线度为3mm/m的TA2管材，成品冷轧的变形率约为44%；

步骤五、采用7辊矫直机对步骤四中所述管材进行矫直，控制压下率为13%，得到直线度达到4.5mm/3m，外径为80±0.1mm，壁厚为1.5±0.05mm的TA2管材。

实施例1

步骤一、采用常规钛合金管坯生产方法，经内、外表面机械加工后得到外径为89±0.2mm，壁厚为3.5±0.15mm的钛合金管坯；所述钛合金管坯材质为TA2；

步骤二、采用LD120冷轧管机对步骤一中所述钛合金管坯进行一道次大变形量冷轧，得到外径为83.5±0.2mm，壁厚为2.6±0.10mm的钛合金管坯，冷轧变形率约为30%；

步骤三、通过三点弯曲矫直步骤二中冷轧后的钛合金管坯较为明显的弯曲部分，矫直后直线度达到4mm/m；

步骤四、采用直径为77mm的芯棒4，如图1所示，在芯棒4的一端设置外径为75mm，长度为1000mm的导入管2，并在芯棒4的另一端设置外径为76.5mm，长度为1500mm的导出管5，将设置有导入管2和导出管5的芯棒4***步骤三中矫直后的钛合金管坯1中，并使导出管5位于钛合金管坯的出口端，导杆3穿过导入管2与芯棒4连接，采用LD120冷轧管机进行成品冷轧，得到外径为80±0.1mm，壁厚为1.5±0.05mm，直线度为3mm/m的TA2管材，成品冷轧的变形率约为44%；所述导入管与芯棒和导出管与芯棒的均采用螺纹连接；

步骤五、采用7辊矫直机对步骤四中所述管材进行矫直，控制压下率为13%，得到直线度达到0.6mm/3m，外径为80±0.1mm，壁厚为1.5±0.05mm的TA2管材。

本实施例采用冷轧制的方法，通过控制中间道次冷轧及成品道次冷轧的变形率、在中间道次设置三点弯曲矫直工序，并在成品道次冷轧时在芯棒前后两端设置导入管及导出管，同时控制导入管及导出管的直径和长度，以限制通过大变形量冷轧出的管材由于应力而产生的自由弯曲效应，最后通过7辊矫直对管材椭圆度及直线度进一步进行调整，最终达到薄壁管材不大于0.6mm/3m的高直线度要求。与对比例相比可以明显看出，采用本实施例的前后两端设置导入管及导出管的芯棒进行冷轧，能够显著避免管材由于应力而产生的自由弯曲效应，直线度达到要求。

实施例2

步骤一、采用常规钛合金管坯生产方法，经内、外表面机械加工后得到外径为89±0.2mm，壁厚为2.5±0.15mm的钛合金管坯；所述钛合金管坯材质为TA16；

步骤二、采用LD120冷轧管机对步骤一中所述钛合金管坯进行一道次大变形量冷轧，得到外径为83.5±0.2mm，壁厚为2.0±0.10mm的钛合金管坯，冷轧变形率约为25%；

步骤三、通过三点弯曲矫直步骤二中冷轧后的钛合金管坯较为明显的弯曲部分，矫直后直线度达到3mm/m；

步骤四、采用直径为78mm的芯棒4，如图1所示，在芯棒4的一端设置外径为76mm，长度为1500mm的导入管2，并在芯棒4的另一端设置外径为77.5mm，长度为1500mm的导出管5，将设置有导入管2和导出管5的芯棒4***步骤三中矫直后的钛合金管坯1中，并使导出管5位于钛合金管坯的出口端，导杆3穿过导入管2与芯棒4连接，采用LD120冷轧管机进行成品冷轧，得到外径为80±0.1mm，壁厚为1.0±0.05mm，直线度为3mm/m的TA16管材，成品冷轧的变形率约为52%；所述导入管与芯棒和导出管与芯棒的均采用焊接连接；

步骤五、采用9辊矫直机对步骤四中所述管材进行矫直，控制压下率为15%，得到直线度达到0.54mm/3m，外径为80±0.1mm，壁厚为1.0±0.05mm的TA16管材。

本实施例采用冷轧制的方法，通过控制中间道次冷轧及成品道次冷轧的变形率、在中间道次设置三点弯曲矫直工序，并在成品道次冷轧时在芯棒前后两端设置导入管及导出管，同时控制导入管及导出管的直径和长度，以限制通过大变形量冷轧出的管材由于应力而产生的自由弯曲效应，最后通过9辊矫直对管材椭圆度及直线度进一步进行调整，最终达到薄壁管材不大于0.6mm/3m的高直线度要求。

实施例3

步骤一、采用常规钛合金管坯生产方法，经内、外表面机械加工后得到外径为46±0.2mm，壁厚为2.8±0.15mm的钛合金管坯；所述钛合金管坯材质为Ti1300；

步骤二、采用LD60冷轧管机对步骤一中所述钛合金管坯进行一道次大变形量冷轧，得到外径为43±0.2mm，壁厚为2.3±0.10mm的钛合金管坯，冷轧变形率约为23%；

步骤三、通过三点弯曲矫直步骤二中冷轧后的钛合金管坯较为明显的弯曲部分，矫直后直线度达到3mm/m；

步骤四、采用直径为37mm的芯棒4，如图1所示，在芯棒4的一端设置外径为36mm，长度为1500mm的导入管2，并在芯棒4的另一端设置外径为36.5mm，长度为1000mm的导出管5，将设置有导入管2和导出管5的芯棒4***步骤三中矫直后的钛合金管坯1中，并使导出管5位于钛合金管坯的出口端，导杆3穿过导入管2与芯棒4连接，采用LD60冷轧管机进行成品冷轧，得到外径为40±0.1mm，壁厚为1.5±0.05mm，直线度为1mm/m的Ti1300管材，成品冷轧的变形率约为38%；所述导入管与芯棒和导出管与芯棒的均采用螺纹连接；

步骤五、采用7辊矫直机对步骤四中所述管材进行矫直，控制压下率为14%，得到直线度达到0.54mm/3m，外径为40±0.1mm，壁厚为1.5±0.05mm的Ti1300管材。

本实施例采用冷轧制的方法，通过控制中间道次冷轧及成品道次冷轧的变形率、在中间道次设置三点弯曲矫直工序，并在成品道次冷轧时在芯棒前后两端设置导入管及导出管，同时控制导入管及导出管的直径和长度，以限制通过大变形量冷轧出的管材由于应力而产生的自由弯曲效应，最后通过7辊矫直对管材椭圆度及直线度进一步进行调整，最终达到薄壁管材不大于0.6mm/3m的高直线度要求。

实施例4

步骤一、采用常规钛合金管坯生产方法，经内、外表面机械加工后得到外径为46±0.2mm，壁厚为2.3±0.15mm的钛合金管坯；所述钛合金管坯材质为TA18；

步骤二、采用LD60冷轧管机对步骤一中所述钛合金管坯进行一道次大变形量冷轧，得到外径为43±0.2mm，壁厚为1.9±0.10mm的钛合金管坯，冷轧变形率约为22%；

步骤三、通过三点弯曲矫直步骤二中冷轧后的钛合金管坯较为明显的弯曲部分，矫直后直线度达到3mm/m；

步骤四、采用直径为38mm的芯棒4，如图1所示，在芯棒4的一端设置外径为36mm，长度为1500mm的导入管2，并在芯棒4的另一端设置外径为37.5mm，长度为1200mm的导出管5，将设置有导入管2和导出管5的芯棒4***步骤三中矫直后的钛合金管坯1中，并使导出管5位于钛合金管坯的出口端，导杆3穿过导入管2与芯棒4连接，采用LD60冷轧管机进行成品冷轧，得到外径为40±0.1mm，壁厚为1.0±0.05mm，直线度为1.2mm/m的TA18管材，成品冷轧的变形率约为50%；所述导入管与芯棒和导出管与芯棒的均采用螺纹连接；

步骤五、采用7辊矫直机对步骤四中所述管材进行矫直，控制压下率为13%，得到直线度达到0.55mm/3m，外径为40±0.1mm，壁厚为1.0±0.05mm的TA18管材。

本实施例采用冷轧制的方法，通过控制中间道次冷轧及成品道次冷轧的变形率、在中间道次设置三点弯曲矫直工序，并在成品道次冷轧时在芯棒前后两端设置导入管及导出管，同时控制导入管及导出管的直径和长度，以限制通过大变形量冷轧出的管材由于应力而产生的自由弯曲效应，最后通过7辊矫直对管材椭圆度及直线度进一步进行调整，最终达到薄壁管材不大于0.6mm/3m的高直线度要求。

实施例5

步骤一、采用常规钛合金管坯生产方法，经内、外表面机械加工后得到外径为68±0.2mm，壁厚为3.5±0.15mm的钛合金管坯；所述钛合金管坯材质为TA18；

步骤二、采用LD60冷轧管机对步骤一中所述钛合金管坯进行一道次大变形量冷轧，得到外径为65.5±0.2mm，壁厚为2.6±0.10mm的钛合金管坯，冷轧变形率约为28%；

步骤三、通过三点弯曲矫直步骤二中冷轧后的钛合金管坯较为明显的弯曲部分，矫直后直线度达到3mm/m；

步骤四、采用直径为57.2mm的芯棒4，如图1所示，在芯棒4的一端设置外径为56.2mm，长度为1200mm的导入管2，并在芯棒4的另一端设置外径为56.7mm，长度为1200mm的导出管5，将设置有导入管2和导出管5的芯棒4***步骤三中矫直后的钛合金管坯1中，并使导出管5位于钛合金管坯的出口端，导杆3穿过导入管2与芯棒4连接，采用LD60冷轧管机进行成品冷轧，得到外径为60±0.1mm，壁厚为1.4±0.05mm，直线度为1.2mm/m的TA18管材，成品冷轧的变形率约为50%；所述导入管与芯棒和导出管与芯棒的均采用螺纹连接；

步骤五、采用9辊矫直机对步骤四中所述管材进行矫直，控制压下率为14%，得到直线度达到0.55mm/3m，外径为60±0.1mm，壁厚为1.4±0.05mm的TA18管材。

本实施例采用冷轧制的方法，通过控制中间道次冷轧及成品道次冷轧的变形率、在中间道次设置三点弯曲矫直工序，并在成品道次冷轧时在芯棒前后两端设置导入管及导出管，同时控制导入管及导出管的直径和长度，以限制通过大变形量冷轧出的管材由于应力而产生的自由弯曲效应，最后通过9辊矫直对管材椭圆度及直线度进一步进行调整，最终达到薄壁管材不大于0.6mm/3m的高直线度要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、对钛合金管坯进行冷轧，控制冷轧的变形率为22％～30％；

步骤二、对步骤一中冷轧后的钛合金管坯进行矫直；

步骤三、在芯棒(4)的一端设置导入管(2)，并在芯棒(4)的另一端设置导出管(5)；所述导出管(5)的外径比芯棒(4)的直径小0.5mm，所述导入管(2)的外径比芯棒(4)的直径小1mm～2mm；所述导入管(2)和导出管(5)的长度均为1000mm～1500mm；

步骤四、将步骤三中设置有导入管(2)和导出管(5)的芯棒(4)***步骤二中矫直后的钛合金管坯(1)中，并使导出管(5)位于钛合金管坯(1)的出口端，采用冷轧机对钛合金管坯进行成品冷轧，得到管材；所述成品冷轧的变形率为38％～52％；

步骤五、对步骤四中所述管材进行矫直，得到高直线度薄壁钛合金管材；所述高直线度薄壁钛合金管材为无缝管材，管材壁厚为1.0mm～1.5mm，直线度不大于0.6mm/3m，管材壁厚t与管材外径D的比值t/D＝0.0125～0.0375。

2.根据权利要求1所述的一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法，其特征在于，步骤一中所述钛合金管坯的外径为46mm～89mm，壁厚为2.3mm～3.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法，其特征在于，步骤一中所述钛合金管坯为α钛合金管坯或β钛合金管坯。

4.根据权利要求1所述的一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法，其特征在于，步骤二中所述矫直采用三点弯曲矫直，矫直后的钛合金管坯的直线度不大于4mm/m。

5.根据权利要求1所述的一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法，其特征在于，步骤三中所述导入管(2)与芯棒(4)的连接方式为焊接或螺纹连接，所述导出管(5)与芯棒(4)的连接方式为焊接或螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法，其特征在于，步骤五中所述矫直采用7辊矫直机或9辊矫直机。

7.根据权利要求1所述的一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法，其特征在于，步骤五中所述矫直的压下率为13％～15％。

8.根据权利要求1所述的一种高直线度薄壁钛合金管材的制造方法，其特征在于，步骤五中所述高直线度薄壁钛合金管材的外径为40mm～80mm，壁厚偏差为±0.05mm。