CN104259246A - 生产高强度钛合金无缝管的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生产高强度钛合金无缝管的方法,属于冶金领域。本发明解决的技术问题是提供生产高强度钛合金无缝管的方法。该方法包括依次进行圆坯加热、穿孔、定径、液压拔制、温矫等步骤,最终得到钛合金无缝管。本发明的方法利用加大750℃~850℃中温的变形量来直接得到满足性能要求的钛合金管,省去热处理工序,达到简化工序、优化工艺、降低成本、缩短生产周期、提高生产效率和产品质量的目的。该方法生产的钛合金管具有渗气层薄,外径、壁厚尺寸精度高,内外表面缺陷少,成材率高等优点。本发明方法为钛合金管的生产提供了一种新的选择,具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及生产高强度钛合金无缝管的方法,属于冶金领域。
背景技术
随着我国国民经济及科学技术的迅猛发展,钛合金材料制备技术及产品质量得到了大幅提高,带动了钛合金应用领域的迅速扩展,近几年来对高强钛合金管材的需求越来越多。
现有钛合金无缝管一般采用热轧或冷轧生产。
专利103128102A公开了一种钛合金油井管的生产方法,该生产方法包括:真空炉两次熔炼,多次锻造扒皮成圆坯,经环形炉加热到970-1030℃,热穿孔得到毛管,毛管经高压水除鳞后进入五机架三辊连轧机,连轧延伸系数为2.5-3,减径率为15%-25%,制得荒管;再将荒管进入定径机组,定径延伸系数为2-2.2,减径率为45%-52%,得到外径88.9mm的热轧无缝管。再将热轧无缝管进行热处理,加热到950-980℃保温1-1.5小时得到成品。该方法采用热连轧的方式进行钛合金无缝管的制造,其钛管成材率低,且因内外表面渗气层的存在导致内外表面质量差、缺陷多,尤其是内表面缺陷,难以去除,且轧制后还需热处理工艺才能得到成品。
专利103722043A公开了一种钛合金无缝管的生产方法及检测方法,其生产方法包括以下步骤:原材料的准备;加热;锻造;冷轧;冷拔;矫直;真空退火;成型。该方法能够生产出合格产品,但其工序复杂,成本高,需要真空退火才能达到产品要求的性能。
可见,现有的热轧钛管成材率低,且因内外表面渗气层的存在导致内外表面质量差、缺陷多,尤其是内表面缺陷,难以去除。冷轧钛管工序复杂,成本高,产量低,且需真空退火才能达到要求的性能。
因此,亟需一种工艺简单的高强度钛合金无缝管的生产方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供生产高强度钛合金无缝管的方法。
本发明生产高强度钛合金无缝管的方法,包括依次进行的以下步骤:
a、圆坯加热:将钛合金圆坯加热至905~960℃,并控制加热时间使圆坯渗气层厚度小于0.25mm;
b、穿孔:对加热后的圆坯进行穿孔,形成荒管;
c、定径:在750~850℃对荒管进行定径,将荒管的外径控制为成品外径的100~105%,定径后利用余热带温矫直;
d、液压拔制:在750~850℃进行液压拔制;
e、矫直:对液压拔制得到的管体在505~635℃进行矫直,矫直后酸洗,得到钛合金无缝管。
其中,所述钛合金圆坯的化学成分由以下重量百分比的元素组成:铝:5.7~6.6%、钒:3.7~4.3%、铁≤0.1%、碳≤0.06%、氧≤0.1%、氮≤0.005%、氢≤0.005%,余量为钛。
进一步的,b步骤所述穿孔采用斜轧穿孔。
进一步的,e步骤的酸洗采用由如下质量百分比组成的酸洗液:氢氟酸5~9%,硝酸16~22%,其余为水。
通过本发明方法得到的钛合金无缝管,具有较好的力学性能,其屈服强度大于800MPa,抗张强度大于900MPa,延伸率大于13%。
本发明的方法利用加大750℃~850℃中温的变形量来直接得到满足性能要求的钛合金管,省去热处理工序,达到简化工序、优化工艺、降低成本、缩短生产周期、提高生产效率和产品质量的目的。
本发明的方法生产的钛合金管具有渗气层薄,外径、壁厚尺寸精度高,内外表面缺陷少,成材率高等优点。本发明方法为钛合金管的生产提供了一种新的选择,具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1生产的钛合金管基体金相组织图(500×)。
具体实施方式
本发明生产高强度钛合金无缝管的方法,包括依次进行的以下步骤:
a、圆坯加热:将钛合金圆坯加热至905~960℃,并控制加热时间使圆坯渗气层厚度小于0.25mm;
b、穿孔:对加热后的圆坯进行穿孔,形成荒管;
c、定径:在750~850℃对荒管进行定径,将荒管的外径控制为成品外径的100~105%,定径后带温矫直;
d、液压拔制:在750~850℃进行液压拔制,以达到钛合金管产品的尺寸要求;
e、矫直:对液压拔制得到的管体在505~635℃进行矫直,矫直后酸洗,得到钛合金无缝管。
其中,渗气层是指钛合金在空气炉中加热而导致氧、氮等元素渗入到钛合金中,形成的脆性层,温度越高、加热时间越长,则渗气层越厚。因此,为了得到高强度的钛合金无缝管,应控制加热时间使圆坯渗气层厚度小于0.25mm。
所述钛合金为TC4钛合金,进一步的,钛合金圆坯的化学成分优选由以下重量百分比的元素组成:铝:5.7~6.6%、钒:3.7~4.3%、铁≤0.1%、碳≤0.06%、氧≤0.1%、氮≤0.005%、氢≤0.005%,余量为钛。
圆坯在斜底式炉或环形炉中加热,加热温度为905~960℃,如果加热温度过低,由于钛合金变形抗力随着温度的降低而提高,从而容易导致穿孔机负荷过高或轧卡的情况,因而需要较高的加热温度以确保穿孔过程的稳定性;反之,如果加热温度过高,钛合金圆坯的塑性会降低,再加上穿孔时钢管内孔的温升,容易产生钛管内表面缺陷。因此,综合各种影响因素,选择的圆管坯加热温度为900℃~965℃。另外,通过降低加热温度和减少900℃以上高温保温时间,控制圆坯渗气层厚度小于0.25mm,以减少后续穿孔及定径工序因渗气层产生的外表面缺陷。
穿孔优选为斜轧穿孔。穿孔后在750~850℃温度范围内定径使钛管达到成品外径的105%以下。控制在750~850℃温度范围内定径使钛合金管的组织、性能最佳。
定径后利用余热带温矫直,矫直后可以空冷到室温,也可以不空冷直接进行液压拔制。
在750~850℃温度范围内液压拔制减薄钛管壁厚并提高壁厚精度,使钛管达到成品壁厚。钛管先在加热炉中加热到850℃,均热后出炉进行液压拔制。使用液压拔制得到成品壁厚与热斜轧或热连轧相比,壁厚精度高、内外表面缺陷少;使用带温液压拔制与冷拔相比不需要打头、成材率高,且因变形温度高,拔制前不需要退火,拔制负荷低。同样,控制在750℃~850℃温度范围内液压拔制可使得到的钛合金管组织、性能最佳。
液压拔制后立即在505℃~635℃温度范围进行带温矫直。因钛合金弹性模量低,冷矫很难矫直,因此利用液压拔制的余温带温矫直。
矫直后酸洗,酸洗采用5~9%氢氟酸+16~22%硝酸+水,洗去钛管内外表面的氧化皮和渗气层。
酸洗后还可以进行钛管成品检查,包括性能、探伤、水压、测长称重,性能满足:屈服强度大于800MPa,抗张强度大于900MPa,延伸率大于13%。合格后包装。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述,并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
生产88.9*6.45的TC4钛合金管,工艺流程为:锻制机加工φ95圆坯→钻定心孔→斜底式炉加热→穿孔成98*7.5毛管→定径为89*7.5光管→带温矫直→带温精拔成88.9*6.45→带温矫直→酸洗→成品。
φ95圆坯在斜底式炉中加热温度为920℃、加热时间2小时,此时,圆坯渗气层厚度小于0.25mm。穿孔后毛管温度为1040℃,定径前温度为810℃~830℃,定径后温度为770℃~800℃,在800℃~830℃精拔后在580℃~600℃矫直,酸洗采用8%氢氟酸+19%硝酸+水。
实施例1的TC4钛合金管的外径尺寸见表1。
表1实施例1的TC4钛合金管的外径尺寸(mm)
由表1可以看出,实施例1生产获得的TC4钛合金管的外径公差在0~+1%的范围内。
实施例1的TC4钛合金管的壁厚尺寸见表2。
表2实施例1的TC4钛合金管的壁厚尺寸(mm)
由表2可以看出,实施例1生产获得的TC4钛合金管的壁厚公差在0~+10%的范围内。
钛合金管基体金相组织为等轴组织,详见图1。
采用实施例1的方法生产TC4钛合金管3批,共30根,成品率为100%,成材率为92%。
实施例2
生产73*5.51的TC4钛合金管,工艺流程:锻制机加工φ85圆坯→钻定心孔→斜底式炉加热→穿孔成87*6.5毛管→定径为73*6.5光管→带温矫直→带温精拔成73*5.51→带温矫直→酸洗→成品。
φ85圆坯在斜底式炉中加热温度为910℃、加热时间100分钟,此时,圆坯渗气层厚度小于0.25mm。穿孔后毛管温度为1050℃,定径前温度为815℃~835℃,定径后温度为775℃~805℃,在800℃~830℃精拔后在580℃~600℃矫直,酸洗采用7%氢氟酸+18%硝酸+水。
实施例2生产获得的TC4钛合金管的外径公差在0~+1%的范围内,壁厚公差在0~+10%的范围内。
钛合金管基体金相组织为等轴组织。
采用实施例2的方法生产TC4钛合金管5批,共50根,成品率为98%,成材率为90%。
实施例3
生产114*6.88的TC4钛合金管,工艺流程:锻制机加工φ115圆坯→钻定心孔→斜底式炉加热→穿孔成118*8毛管→定径为114*8光管→带温矫直→带温精拔成114*6.88→带温矫直→酸洗→成品。
φ115圆坯在斜底式炉中加热温度为940℃、加热时间4小时,此时,圆坯渗气层厚度小于0.25mm。穿孔后毛管温度为1055℃,定径前温度为820℃~840℃,定径后温度为780℃~810℃,在800℃~830℃精拔后在580℃~600℃矫直,酸洗采用8.5%氢氟酸+20%硝酸+水。
实施例3生产获得的TC4钛合金管的外径公差在0~+1%的范围内,壁厚公差在0~+10%的范围内。
钛合金管基体金相组织为等轴组织。
采用实施例3的方法生产TC4钛合金管1批,共10根,成品率为100%,成材率为92.5%。
实施例1~3生产的钛合金管成品性能见表3。
表3本发明方法生产的TC4无缝管的力学性能
从表3中可以看出,通过本发明方法得到的钛合金无缝管,具有较好的力学性能,其屈服强度大于800MPa,抗张强度大于900MPa,延伸率大于13%。
Claims (4)
1.生产高强度钛合金无缝管的方法,其特征在于,包括依次进行的以下步骤:
a、圆坯加热:将钛合金圆坯加热至905~960℃,并控制加热时间使圆坯渗气层厚度小于0.25mm;
b、穿孔:对加热后的圆坯进行穿孔,形成荒管;
c、定径:在750~850℃对荒管进行定径,将荒管的外径控制为成品外径的100~105%,定径后利用余热带温矫直;
d、液压拔制:在750~850℃进行液压拔制;
e、矫直:对液压拔制得到的管体在505~635℃进行矫直,矫直后酸洗,得到钛合金无缝管。
2.根据权利要求1所述的生产高强度钛合金无缝管的方法,其特征在于:所述钛合金圆坯的化学成分由以下重量百分比的元素组成:铝:5.7~6.6%、钒:3.7~4.3%、铁≤0.1%、碳≤0.06%、氧≤0.1%、氮≤0.005%、氢≤0.005%,余量为钛。
3.根据权利要求1所述的生产高强度钛合金无缝管的方法,其特征在于:b步骤所述穿孔采用斜轧穿孔。
4.根据权利要求1所述的生产高强度钛合金无缝管的方法,其特征在于:e步骤的酸洗采用由如下质量百分比组成的酸洗液:氢氟酸5~9%,硝酸16~22%,其余为水。
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