CN105618508A - 薄壁tc4钛合金无缝管及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冶金技术领域，提供一种薄壁TC4钛合金无缝管及其生产方法，该方法包括：圆坯加热：将钛合金圆坯加热至950～960℃；穿孔：对加热后的圆坯进行穿孔，形成荒管；精整：对荒管外表面进行修磨，对荒管内表面喷砂；推制：在860℃～890℃温度下对钛合金管进行中频推制，并使变形量大于25％；酸洗；冷轧：将酸洗后的钛合金管通过冷轧机冷轧，使钛合金管减壁2mm；重复推制、酸洗、冷轧工序，得到满足要求的TC4钛合金薄壁无缝管。本发明提出的技术方案利用860℃～890℃高温中频推制来得到满足性能和尺寸要求的钛合金管，且省去冷轧前退火热处理工序，因此相对于现有技术，本发明简化了钛合金管的生产工序，同时还提高了钛合金管强度和冲击韧性。

Description

薄壁TC4钛合金无缝管及其生产方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种薄壁TC4钛合金无缝管及其生产方法。

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。因TC4钛合金价格昂贵，且强度较高，一般希望使用薄壁无缝管，壁厚在3毫米以下。

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，其钛管壁厚较厚，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，另外，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，仅靠热轧不能得到薄壁无缝管，一般需穿孔+多道次冷轧或冷拔，每次冷轧或冷拔前均需先退火，冷轧必须减径的同时才能减壁，因此热轧管的外径必须足够大；冷拔要求延伸率大于20％，而TC4钛合金的延伸率一般不能达不到。而且，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。冷轧或冷拔钛管工序复杂，成本高，产量低，且需真空退火才能达到要求的性能。

发明内容

【要解决的技术问题】

本发明的目的是提供一种薄壁TC4钛合金无缝管。

本发明的另一个目的是提供一种薄壁TC4钛合金无缝管的生产方法。

【技术方案】

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明首先涉及一种薄壁TC4钛合金无缝管的生产方法，包括步骤：

A、圆坯加热：将钛合金圆坯加热至950～960℃；

B、穿孔：对加热后的圆坯进行穿孔，形成荒管；

C、精整：对荒管外表面进行修磨，对荒管内表面喷砂；

D、推制：在860℃～890℃温度下对钛合金管进行中频推制，并使变形量大于25％；

E、酸洗：将推制后得到的钛合金管置于酸洗液中酸洗；

F、冷轧：将酸洗后的钛合金管通过冷轧机冷轧，使钛合金管减壁2mm；

重复步骤D～步骤F，得到所述TC4钛合金薄壁无缝管。

作为一种优选的实施方式，所述钛合金圆坯的化学成分由以下组分组成，以重量百分比计为：

Al：5.7～6.6％；

V：3.7～4.3％；

0.07％≤Fe≤0.1％；

C≤0.06％；

0.07％≤O≤0.1％；

N≤0.005％；

H≤0.005％；

余量为Ti。

作为另一种优选的实施方式，所述酸洗液的化学成分按重量百分比计为：氢氟酸3～3.9％、硝酸6～7.8％、其余为水。

作为另一种优选的实施方式，所述酸洗时间为5～9min。

作为另一种优选的实施方式，所述步骤B还包括穿孔后利用余热带温矫直，矫直后空冷到室温。

作为另一种优选的实施方式，所述步骤B中的穿孔方法为斜轧穿孔。

本发明还涉及一种薄壁TC4钛合金无缝管，所述薄壁TC4钛合金无缝管根据以上任一所述的生产方法制备而成。

作为一种优选的实施方式，所述薄壁TC4钛合金无缝管的壁厚小于等于3mm。

下面对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种薄壁TC4钛合金无缝管的生产方法以及按照该生产方法生产的薄壁TC4钛合金无缝管，具体地，生产方法包括步骤：

A、圆坯加热：将钛合金圆坯加热至950～960℃。具体地，圆坯在斜底式炉或环形炉中加热。

B、穿孔：对加热后的圆坯进行穿孔，形成荒管。穿孔后利用余热带温矫直，矫直后空冷到室温。穿孔的方式可以采用为斜轧穿孔，穿孔后壁厚为8mm以上。

C、精整：对荒管外表面进行修磨，对荒管内表面喷砂。通过该步骤去除钛合金管内外表面的氧化皮和渗气层。

D、推制：在860℃～890℃温度下对钛合金管进行中频推制，并使变形量大于25％。本步骤通过在860℃～890℃进行中频推制，在扩大钛合金管外径的同时减薄了钛合金管的壁厚，使用中频推制与热斜轧或热连轧相比，钛合金管内外表面缺陷少、氧化皮很薄、成材率高，且因变形温度高，可以消除冷轧或热轧、温矫所产生的应力和位错，因此中频推制前不需要退火，推制负荷低。而且，控制在860℃～890℃温度范围内推制并使变形量大于25％可使钛合金管得到网篮组织，从而塑性最佳，为冷轧创造条件。

E、酸洗：将推制后得到的钛合金管置于酸洗液中酸洗。具体地，酸洗时间可以为5～9min，可以采用由以下化学成分组成的酸洗液进行酸洗，按重量百分比计为：氢氟酸3～3.9％、硝酸6～7.8％、其余为水。由于推制后，钛合金管内外表面产生的氧化皮很薄，所以可通过酸洗洗去钛合金管内外表面的氧化皮和渗气层。

F、冷轧：将酸洗后的钛合金管通过冷轧机冷轧，使钛合金管减壁2mm。通过冷轧，在减少钛管外径至成品外径的同时还可以减薄钛管壁厚。

重复推制、酸洗、冷轧工序，每轮工序可减壁3毫米左右，最终得到满足要求的TC4钛合金薄壁无缝管。

之后进行钛管成品检查，包括性能、尺寸、测长称重。合格后包装。

本发明中，钛合金圆坯的化学成分可以由以下组分组成，以重量百分比计为：

Al：5.7～6.6％；

V：3.7～4.3％；

0.07％≤Fe≤0.1％；

C≤0.06％；

0.07％≤O≤0.1％；

N≤0.005％；

H≤0.005％；

余量为Ti。

通过上述生产方法生产的薄壁TC4钛合金无缝管的壁厚小于等于3mm。

【有益效果】

本发明提出的技术方案具有以下有益效果：

(1)本发明方法利用860℃～890℃高温中频推制来得到满足性能和尺寸要求的钛合金管，且省去冷轧前退火热处理工序，因此相对于现有技术，本发明简化了钛合金管的生产工序，同时还提高了钛合金管强度和冲击韧性。

(2)本发明方法生产的钛合金管具有强度高、渗气层薄，外径尺寸精度高、壁厚尺寸精度高、内外表面缺陷少、成材率高等优点，因此，本发明方法为薄壁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。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的具体实施方式进行清楚、完整的描述。

实施例一：生产规格的TC4钛合金管

工艺流程为：锻制机加工圆坯→钻定心孔→斜底式炉加热→穿孔成毛管→带温矫直→精整→推制成钛合金管→酸洗→冷轧成89*6钛合金管→推制成钛合金管→酸洗→冷轧成钛合金管→成品。

上述工艺流程中，圆坯在斜底式炉中加热温度为955℃、加热时间2小时。穿孔后毛管温度为1040℃，带温矫直后精整，因荒管外表面氧化层较厚，外表面采用砂轮整体磨掉0.2mm，内表面氧化层较薄，采用喷砂去除。在870℃～880℃进行中频推制，推制在扩大外径的同时减壁1毫米，推制后钛合金管的金相组织变为网篮组织，延伸率可提高到14％以上。酸洗采用3.5％氢氟酸+7％硝酸+水，以去除钛管内外表面氧化层。冷轧在减少外径的同时减壁2mm，因此，经过一轮推制+冷轧可减壁3mm，而外径保持不变，经过2轮变形，制成规格为的成品。本实施例中，圆坯的化学成分由以下组分组成，以重量百分比计为：Al：6.6％；V：4.3％；Fe：0.1％；C：0.06％；O：0.1％；N：0.005％；H：0.005％；余量为Ti。

实施例二生产的TC4钛合金管

工艺流程为：锻制机加工圆坯→钻定心孔→斜底式炉加热→穿孔成毛管→带温矫直→精整→推制成钛合金管→酸洗→冷轧成钛合金管→推制成钛合金管→酸洗→冷轧成钛合金管→成品。

上述工艺流程中，圆坯在斜底式炉中加热温度为950℃、加热时间2小时。穿孔后毛管温度为1050℃，带温矫直后精整，因荒管外表面氧化层较厚，外表面采用砂轮整体磨掉0.2mm，内表面氧化层较薄，采用喷砂去除。在860℃～870℃进行中频推制，推制在扩大外径的同时减壁1毫米，推制后钛合金管的金相组织变为网篮组织，延伸率可提高到14％以上。酸洗采用3％氢氟酸+7.8％硝酸+水，以去除钛管内外表面氧化层。冷轧在减少外径的同时减壁2mm，因此，经过一轮推制+冷轧可减壁3mm，而外径保持不变，经过2轮变形，制成规格为的成品。本实施例中，圆坯的化学成分由以下组分组成，以重量百分比计为：Al：6％；V：4％；Fe：0.08％；C：0.06％；O：0.08％；N：0.005％；H：0.005％；余量为Ti。

实施例三生产的TC4钛合金管

工艺流程为：锻制机加工圆坯→钻定心孔→斜底式炉加热→穿孔成毛管→带温矫直→精整→推制成钛合金管→酸洗→冷轧成钛合金管→推制成钛合金管→酸洗→冷轧成114*3mm钛合金管→成品。

上述工艺流程中，圆坯在斜底式炉中加热温度为960℃、加热时间2小时。穿孔后毛管温度为1040℃，带温矫直后精整，因荒管外表面氧化层较厚，外表面采用砂轮整体磨掉0.2mm，内表面氧化层较薄，采用喷砂去除。在880℃～890℃进行中频推制，推制在扩大外径的同时减壁1毫米，推制后钛合金管的金相组织变为网篮组织，延伸率可提高到14％以上。酸洗采用3.9％氢氟酸+6％硝酸+水，以去除钛管内外表面氧化层。冷轧在减少外径的同时减壁2mm，因此，经过一轮推制+冷轧可减壁3mm，而外径保持不变，经过2轮变形，制成规格为的成品。本实施例中，圆坯的化学成分由以下组分组成，以重量百分比计为：Al：5.7％；V：3.7％；Fe：0.07％；C：0.06％；O：0.07％；N：0.005％；H：0.005％；余量为Ti。

从以上实施例可以看出，本发明实施例利用860℃～890℃高温中频推制来得到满足性能和尺寸要求的钛合金管，且省去冷轧前退火热处理工序，因此相对于现有技术，本发明简化了钛合金管的生产工序，同时还提高了钛合金管强度和冲击韧性。同时，本发明方法生产的钛合金管具有强度高、渗气层薄，外径尺寸精度高、壁厚尺寸精度高、内外表面缺陷少、成材率高等优点，因此，本发明方法为薄壁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。

需要说明，上述描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，也不是对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种薄壁TC4钛合金无缝管的生产方法，其特征在于包括步骤：

A、圆坯加热：将钛合金圆坯加热至950～960℃；

B、穿孔：对加热后的圆坯进行穿孔，形成荒管；

C、精整：对荒管外表面进行修磨，对荒管内表面喷砂；

D、推制：在860℃～890℃温度下对钛合金管进行中频推制，并使变形量大于25％；

E、酸洗：将推制后得到的钛合金管置于酸洗液中酸洗；

F、冷轧：将酸洗后的钛合金管通过冷轧机冷轧，使钛合金管减壁2mm；

重复步骤D～步骤F，得到所述TC4钛合金薄壁无缝管。

2.根据权利要求1所述的薄壁TC4钛合金无缝管的生产方法，其特征在于所述钛合金圆坯的化学成分由以下组分组成，以重量百分比计为：

Al：5.7～6.6％；

V：3.7～4.3％；

0.07％≤Fe≤0.1％；

C≤0.06％；

0.07％≤O≤0.1％；

N≤0.005％；

H≤0.005％；

余量为Ti。

3.根据权利要求1或2所述的薄壁TC4钛合金无缝管的生产方法，其特征在于所述酸洗液的化学成分按重量百分比计为：氢氟酸3～3.9％、硝酸6～7.8％、其余为水。

4.根据权利要求1所述的薄壁TC4钛合金无缝管的生产方法，其特征在于所述酸洗时间为5～9min。

5.根据权利要求1所述的薄壁TC4钛合金无缝管的生产方法，其特征在于所述步骤B还包括穿孔后利用余热带温矫直，矫直后空冷到室温。

6.根据权利要求1或5所述的薄壁TC4钛合金无缝管的生产方法，其特征在于所述步骤B中的穿孔方法为斜轧穿孔。

7.一种薄壁TC4钛合金无缝管，其特征在于所述薄壁TC4钛合金无缝管根据权利要求1至6中任一所述的生产方法制备而成。

8.根据权利要求7所述的薄壁TC4钛合金无缝管，其特征在于壁厚小于等于3mm。