CN105921544A - 钛及钛合金无缝管的热加工生产***、基于该***制得的产品以及该产品的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钛及钛合金无缝管的热加工生产***、利用该热加工生产***制得的无缝管以及该无缝管的热加工生产方法，属于钛及钛合金无缝管生产技术领域。通过对各机组及各类辅助设备进行了改造，特别是部件的材质以及其加热轧制工作方式的重新选定，由此来提升装备精度和控制***稳定性，使轧制过程更稳定，从而保证无缝管内外表面质量及尺寸稳定。在此基础上该发明的热加工生产方法，各个工序之间安排合理高效，管坯加热前涂刷防护层，很好的解决了管坯与氧、氮发生反应和吸氢问题，管坯中不会出现超标的缺陷，为后续轧制做好基础。
Description
技术领域
本发明涉及钛及钛合金无缝管的热加工生产***、利用该热加工生产***制得的无缝管以及该无缝管的热加工生产方法，属于钛及钛合金无缝管生产技术领域。
背景技术
钛及钛合金无缝管质量轻、强度高、机械性能优越。它主要用于制作飞机发动机压气机部件及火箭、导弹和高速飞机的结构件、电解工业的电极，发电站的冷凝器、石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等工业制造领域。钛及钛合金无缝管的主要通过挤压成型、管坯钻镗孔或斜扎穿孔冷轧冷拔的三类生产***。挤压成型的成材率低，尺寸精度差，生产成本高；管坯钻镗孔尺寸精度较好，但是加工成本高，生产效率和成材率低；斜轧穿孔后冷轧冷拔虽然成材率较高，但该类钛合金常温下强度高、塑性差，冷轧变形抗力大，需要多次反复退火，生产效率低，生产成本高。故现代生产中针对钛及钛合金无缝管需要一种节能、高效的生产***。
钛及钛合金与铜、铝、铁和镍相比，钛及钛合金的导热率低，热加工的主要困难是：采用表面加热方法时，加热时间相当长。无缝管生产时对大型管坯加热，截面温差大。当提高温度时钛及钛合金管坯会与空气发生强烈的反应。当在650℃以上加热时，钛及钛合金管坯与氧强烈反应，而在700℃以上时，与氮也发生反应，形成被这两种气体所包合的较深表面层。氮含量每降低0.01%，钛及钛合金管坯强度降低29MPa、塑性提高1%-2%，管坯的夹杂和偏析降低，生管坯在车削、锻造、穿孔、轧制等加工过程中才不易生产裂纹缺陷。故如何减弱热加工过程中钛及钛合金与空气之间的化学反应，是钛及钛合金无缝管生产时面临的最大技术问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了钛及钛合金无缝管的热加工生产***、利用该热加工生产***制得的无缝管以及该无缝管的热加工生产方法，该生产***的能源利用率和生产效率高、成本低，在该生产***基础下钛及钛合金无缝管的生产方法，产品质量和合格率都较高，适用生产各类牌号、各类尺寸的钛及钛合金无缝管。
钛及钛合金无缝管的热加工生产***，包括以下设备：
定心机，其用于在钛及钛合金管坯两端加工定心孔以便穿孔；
环形炉，其用于加热钛及钛合金管坯；
高精度机内定心菌式穿孔机组，其用于对管坯穿孔轧制得到毛管，包括高精度机内定心立式菌式穿孔机或高精度机内定心卧式菌式穿孔机；所述高精度机内定心立式菌式穿孔机和高精度机内定心卧式菌式穿孔机的轧辊材质为60CrMnMo且调质处理HB229-255、顶头材质为钼基特制合金、导板材质为高镍合金、顶杆材质为1Cr5MO厚壁无缝管；所述高精度机内定心立式菌式穿孔机或高精度机内定心卧式菌式穿孔机配备有可根据轧制状态调节轧辊之间抱紧力及开口度的自动控制机。
高精度限动芯棒多功能压延机组，其减壁量为2.6mm、压下量为10%、轧制速度为0.4m/s，轧辊滚花深度为0.3mm，包括机型Ⅰ和机型Ⅱ；其用于对毛管二次精轧扩径、均壁厚、延伸以提高毛管内外表面质量和材料组织性能得到荒管；所述机型Ⅰ和机型Ⅱ的轧辊材质均为40CrNiMo，芯棒材质均为42CrMo，轧板材质均为高镍合金；
中频感应加热式高精度定径机组，其用于将荒管轧制为成品管，包括三辊式九机架中频感应加热式高精度定径机和复合式定径机组，所述复合式定径机组包括三辊式五机架中频感应加热式高精度定径机和三辊式七机架中频感应加热式高精度定径机；
移动设备，其用于在相应工序之间移送管坯、毛管、荒管和成品无缝管；
矫直机，其用于热矫直成品管的弯曲度达到合格标准；
超声波无损探伤设备，其用于对成品管超声波探伤；
智能温度控制***，其用于检测和调节各设备生产时的温度。
上述钛及钛合金无缝管的生产***，所述移动设备包括智能保温隧道和管体快速移送装置；所述智能温度控制***包括环形炉测温点、穿孔机组测温点、压延机组测温度点、定径机组测温点、矫直机测温点和保温隧道测温点；
所述智能保温隧道设有2组，其中一组用于把环形炉加热后的管坯移送到高精度机内定心菌式穿孔机组工位，另一组用于把高精度限动芯棒多功能压延机组工位得到的荒管移送到中频感应加热式高精度定径机组；所述保温隧道包括由薄钢板焊接制成的外壳、隔墙和由高铝耐火材料制成内衬，所述外壳和内衬之间设有硅酸铝纤维毡和硅藻、土砖制成的的保温层；
所述管体快速移送装置设有2组，其中一组用于把在高精度机内定心菌式穿孔机组工位轧制后的毛管移送到高精度限动芯棒多功能压延机组工位。
上述钛及钛合金无缝管的生产***，相应机器设备的参数如下：
所述环形炉的中径为24米、炉膛宽度为4.6米、适用管坯规格Φ90-310mm、最高使用温度1320℃、燃料为天然气、平均燃料消耗量3000m³/h；
所述高精度机内定心立式菌式穿孔机的轧辊直径为700-800mm、轧辊长度为700mm、轧辊入口角为2.5°、轧辊出口角为3°、轧辊入口锥长为320mm、轧辊出口锥长为380mm、轧辊过渡带宽5mm、轧辊送进角8-13°、轧辊碾轧角15°、轧辊转速为48-106r/min、轧机辊缝最大开口为210mm 、小车最大移动速度2.5m/s、穿孔速度0.6-0.8m/s、轧制力为1600kN、最大轧制力矩为200kN·m；所述所述高精度机内定心立式菌式穿孔机配备有2台功率为2200KW、转速为550-750r/min的主电机；
所述高精度机内定心卧式菌式穿孔机的轧辊直径为1040-1200mm、长度为1000mm、辗轧角为12.5°、轧辊送进角为8°、辊面入口锥角度为2.5°、辊面出口锥角度为3°、轧辊最大开口度为490mm、轧辊转速45-100r/min、单辊最大轧制力矩为 650kN、轧机最大轧制力为5000kN；所述高精度机内定心卧式菌式穿孔机配备有4台功率为1500kW、过载系数为2.4的主电机；
所述机型Ⅰ的轧辊直径为700-800mm、轧辊长度为700mm、轧辊送轧角为8°、轧辊辗轧角为5°、轧辊转速105-157r/min、最大轧制力矩为230kN·m、最大轧制力为2870kN；
所述机型Ⅱ的轧辊直径为1100-1200mm、轧辊长度为1000mm、轧辊转速63-130r/min、送进角为8°；所述机型Ⅱ配备有4台功率为1250kW、转速为320-600r/min、减速比为4.538的主电机；
所述三辊式九机架中频感应加热式高精度定径机的入口荒管速度为0.4-0.7m/s、轧辊直径为为480mm、轧辊宽度为180mm、单机架最大减径率为3.3%、最大轧制力为130.5kN、轧制力矩为4.7kN·m；
所述三辊式五机架中频感应加热式高精度定径机的入口速度为0.3-0.9m/s、轧辊直径为670mm、轧辊宽度为390mm、机架间距为630mm、单机架最大减径率为3.3%、最大轧制力为500kN；所述三辊式五机架中频感应加热式高精度定径机配备有5台功率为250kW、转速为500-1000r/min的主电机；
所述三辊式七机架中频感应加热式高精度定径机的入口速度为0.4-0.7m/s，轧辊名义直径为530mm、轧辊宽度为250mm或310mm、单机架最大减径率为3.3%、机组最大减径率为10%；所述三辊式七机架中频感应加热式高精度定径机配备有9台功率为147kW、过载系数为1.6的主电机。
利用上述钛及钛合金无缝管的生产***制得的钛及钛合金无缝管，包括牌号为TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6、TA7、TA8、TA8-1、TA9、TA9-1、TA10、TA13、TA15、TA18、TC1、TC2、TC3、TC4、TC10的无缝管，所述无缝管的直径为73-325mm，壁厚为5.5-25.0mm，长度最大为13500mm。
上述涉及的钛及钛合金无缝管的热加工生产方法，包括如下工序：
1）下料：将钛及钛合金坯料按生产要求的长度切断，并对切断后的坯料按生产要求加工到相应的外径尺寸，同时保证其加工后的表面粗糙度Ra≤3.2μm，下料完成得到合格的钛合金管坯；
2）定心孔：使用定心机在管坯的两端面加工定心孔；
3）涂刷防护涂层：在管坯的表面涂刷防护涂层；
4）加热：将管坯置于环形炉中分段加热，低温慢速段加热速度为10min/cm、高温快速段加热速度为7min/cm；微氧化气氛加热保温；炉膛微正压；所述低温慢速段包括预热段500℃-650℃、加热I段650℃-800℃、加热II段800-1000℃和加热III段1000℃-1080℃；所述高温快速段包括均热段，其中，牌号为TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6和TA7管坯的加热均温为960-985℃，牌号为TA8、TA8-1、TA9、TA9-1、TA10、TA13、TA15、TA18管坯的加热均温为1000-1020℃，牌号为TC1、TC2、TC3、TC4、TC10管坯加热均温为1000-1070℃；出料温度950℃-1120℃；
5）穿孔：通过智能保温隧道将管坯移送到高精度机内定心菌式穿孔机组以对管坯穿孔得到毛管；其中，穿孔前的管坯温度为 920-1050℃，穿孔过程中温度960-1120℃，穿孔后的毛管温度930-1080℃；
6）精轧：将毛管通过管体快速移送装置移送到高精度限动芯棒多功能压延机组以对毛管进行二次精轧得到荒管；其中，精轧前的毛管温度 880-1050℃，轧管程中温度930-1010℃，精轧后的荒管温度830-980℃；
7）定径：通过智能保温隧道将荒管移送到中频感应加热式高精度定径机组以确定最终外径尺寸得到成品无缝管；此工序中的最高加热温度为1100℃，定径前荒管温度为850-980℃，定径后成品无缝管温度为760-840℃，定径过程中关闭冷却水；
其中，此工序中的中频感应加热最高加热温度为1100℃，定径前荒管温度为860-980℃，定径后成品无缝管温度为760-840℃；
8）热矫直：通过管体快速移送装置将成品无缝管移送到矫直机中进行热矫直，并通过循环辊道进行多次矫直，使成品无缝管的弯曲度≤1.0mm且全长弯曲度不大于钛管全长的0.10%；成品无缝管在矫直前温度为550-650℃、矫直后温度为350-440℃；
9）锯切：对无缝管的两端头切割加工，达到成品无缝管的要求；
10）喷砂：对成品无缝管的内外表面进行喷砂处理，以改善外观质量；
11）无损探伤：通过超声波无损探伤设备对成品无缝管进行超声波探伤，剔除有超标的裂纹、分层、砂眼和摔坑缺陷的不合格无缝管；
12）人工检验及包装入库：对成品无缝管的化学成分、物理性能和水压进行检验，对成片无缝管的表面外观质量、外径、椭圆度、壁厚、长度以及直度进行测量并记录，之后包装入库。
上述热加工生产方法，步骤3）中，所述涂刷防护涂层的方法为：用酒精和电动毛刷清理管坯表面后，喷涂第一层防护涂层，将管坯放置12h后，再刷涂第二层防护涂层，之后再将管坯放置12h；所述第一层防护涂层厚度为160-280μm，所述第二层防护涂层厚度为90-140μm。
上述热加工生产方法，步骤1）中，所述管坯的外径尺寸包括Φ90mm、Φ160mm、Φ180mm、Φ210mm、Φ230mm、Φ250mm、Φ280mm和Φ310mm，其直径允许偏差分别为Φ90±1.6mm、Φ160±1.6mm、Φ180±2.0mm、Φ210±1.8mm、Φ230±1.8mm、Φ250±2.0mm、Φ280±2.0mm和Φ310±2.0mm、椭圆度直径公差±1mm、长度允许偏差0-+50mm、端面切斜度不大于5mm、弯曲度每米不超过5mm。
上述热加工生产方法，步骤2）中，所述定心孔的尺寸根据管坯外径尺寸确定：外径尺寸为Φ90mm、Φ160mm和Φ180mm的定心孔直径为20mm、深度为20mm、倒角为R5，外径尺寸为Φ210mm和Φ230mm的定心孔直径为30mm、深度为30mm、倒角为R5，外径尺寸为Φ250mm、Φ280mm和Φ310mm的定心孔直径为35mm、深度为35mm、倒角为R5。
本发明的有益效果为：
1、该发明的热加工生产***，相对挤压成型和钻镗孔工艺后冷轧冷拔工艺的成本降低50%、相对传统挤压成型工艺生产效率成倍提高。热加工的短流程实现高效率，并且成材率达到了97%，同时钛材利用率相对传统钻镗孔加工提高30%以上该，生产***的生产线适用多数钛及钛合金材质的无缝管生产。通过对各机组及各类辅助设备进行了改造，特别是部件的材质以及其加热轧制工作方式的重新选定，由此来提升装备精度和控制***稳定性，使轧制过程更稳定，从而保证轧后产品内外表面质量及尺寸稳定。
2、利用该发明的生产***得到的成品无缝管种类多、强度和精度高，可直接用于精加工。
3、该发明的热加工生产方法，各个工序之间安排合理高效，管坯加热前涂刷防护层，很好的解决了管坯与氧、氮发生反应和吸氢问题，管坯中不会出现超标的缺陷，为后续轧制做好基础。环形炉中采用多级分段加热方式，先把坯料缓慢分段加热，然后快速加热到均温，解决了管坯高温下吸氢严重的问题。在环形炉加热工序、穿孔工序以及精轧工序工序中从运送、装炉到出料的时间和温度严格控制，优化产品的加工工艺，保证产品质量。本发明的生产方法攻克了有色金属两辊斜轧压延成型生产大口径无缝管的技术瓶颈。
附图说明
图1为本发明的热加工生产***的结构示意图；
图2为本发明的热加工生产方法的流程图。
图中：1为定心机，2为环形炉，3为高精度机内定心菌式穿孔机组，4为高精度限动芯棒多功能压延机组，5为中频感应加热式高精度定径机组，6为矫直机，7为超声波无损探伤设备，8为智能保温隧道，9为管体快速移送装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步解释说明。
实施例
1
钛及钛合金无缝管的热加工生产***， 包括以下设备：
定心机1，其用于在钛及钛合金管坯两端加工定心孔以便穿孔轧制；
环形炉2，其用于加热钛及钛合金管坯；
高精度机内定心菌式穿孔机组3，其用于对管坯穿孔轧制得到毛管，包括高精度机内定心立式菌式穿孔机、高精度机内定心卧式菌式穿孔机和可根据轧制状态调节定心辊抱紧力及开口度的自动控制机；所述高精度机内定心立式菌式穿孔机和高精度机内定心卧式菌式穿孔机的轧辊材质为60CrMnMo且调质处理HB229-255、顶头材质采为特制合金、导板材质为高镍合金，顶杆材质为1Cr5MO厚壁无缝管；这两类穿孔机的轧辊以前采用55Mn、顶杆以前采用45#钢、导板以前采用高铬导板，本发明改换了相应材质可更好的适应钛及其合金的轧制变形特性；
高精度限动芯棒多功能压延机组4，其减壁量为2.6mm、压下量为10%、轧制速度为0.4m/s，轧辊滚花深度为0.3mm，包括机型Ⅰ和机型Ⅱ；其用于对毛管二次精轧扩径、均壁厚、延伸以提高毛管内外表面质量和材料组织性能得到荒管；所述机型Ⅰ和机型Ⅱ的轧辊材质均为40CrNiMo，芯棒材质均为42CrMo，轧板材质均为高镍合金；
中频感应加热式高精度定径机组5，其用于将荒管轧制为成品管，包括三辊式九机架中频感应加热式高精度定径机和复合式定径机，所述复合式定径机包括三辊式五机架中频感应加热式高精度定径机和三辊式七机架中频感应加热式高精度定径机。钛合金热膨胀系数小，温度低了钛的变形抗力会急剧增加，如此采用中频感应加热方式确保定径前钛及钛合金的温度平均化，减弱了钛的变形抗力，保障轧制后钛及钛合金管的综合性能指标；
移动设备，其用于在相应工序之间移送管坯、毛管、荒管和成品无缝管；
矫直机6，其用于热矫直成品管的弯曲度达到合格标准；
超声波无损探伤设备7，其用于对成品管超声波探伤；
智能温度控制***，其用于检测和调节各设备生产时的温度。
上述钛及钛合金无缝管的生产***，所述移动设备包括智能保温隧道8和管体快速移送装置9；所述智能温度控制***包括环形炉测温点、穿孔机组测温点、压延机组测温度点、定径机组测温点、矫直机测温点和保温隧道测温点；
所述智能保温隧道8设有2组，其中一组用于把环形炉2加热后的管坯移送到高精度机内定心菌式穿孔机组3工位，另一组用于把高精度限动芯棒多功能压延机组4工位得到的荒管移送到中频感应加热式高精度定径机组5。所述保温隧道8包括由薄钢板焊接制成的外壳、隔墙和由高铝耐火材料制成内衬，所述外壳和内衬之间设有硅酸铝纤维毡和硅藻、土砖制成的的保温层；如此确保了钛及钛合金在各轧制工序间传送过程中的温度控制，最高保温温度为1000℃，可根据钛及钛合金的材质的温度特性自动调节温度，调温范围200-1000℃。
所述管体快速移送装置9设有2组，其中一组用于把在高精度机内定心菌式穿孔机组3工位轧制后的毛管移送到高精度限动芯棒多功能压延机组4工位，另一组用于把在中频感应加热式高精度定径机组5工位得到的成品管移送到矫直机6工位。将之前的斜篦条和翻料装置改为管体快速移送装置9，缩短移送时间，减少毛管降温。
上述钛及钛合金无缝管的生产***：
所述环形炉2的中径为24米、炉膛宽度为4.6米、适用管坯规格Φ90-310mm、最高使用温度1320℃、燃料为天然气、平均燃料消耗量3000m³/h；
所述高精度机内定心立式菌式穿孔机的轧辊直径为700-800mm、轧辊长度为700mm、轧辊入口角为2.5°、轧辊出口角为3°、轧辊入口锥长为320mm、轧辊出口锥长为380mm、轧辊过渡带宽5mm、轧辊送进角8-13°、轧辊碾轧角15°、轧辊转速为48-106r/min、轧机辊缝最大开口为210mm 、小车最大移动速度2.5m/s、穿孔速度0.6-0.8m/s、轧制力为1600kN、最大轧制力矩为200kN·m；所述所述高精度机内定心立式菌式穿孔机配备有2台功率为2200KW、转速为550-750r/min的主电机；
所述高精度机内定心卧式菌式穿孔机的轧辊直径为1040-1200mm、长度为1000mm、辗轧角为12.5°、轧辊送进角为8°、辊面入口锥角度为2.5°、辊面出口锥角度为3°、轧辊最大开口度为490mm、轧辊转速45-100r/min、最大轧制力为5000kN、单个轧辊最大轧制力矩为 650kN·m；所述高精度机内定心卧式菌式穿孔机配备有4台功率为1500kW、过载系数为2.4的主电机；
所述机型Ⅰ的轧辊直径为700-800mm、轧辊长度为700mm、轧辊送轧角为8°、轧辊辗轧角为5°、轧辊转速105-157r/min、最大轧制力为2870kN、最大轧制力矩为230kN·m；
所述机型Ⅱ的轧辊直径为1100-1200mm、轧辊长度为1000mm、轧辊转速63-130r/min、送进角为8°；所述机型Ⅱ配备有4台功率为1250kW、转速为320-600r/min、减速比为4.538的主电机；
所述三辊式九机架中频感应加热式高精度定径机的入口荒管速度为0.4-0.7m/s、出口速度为0.4-0.9m/s、轧辊直径为为480mm、轧辊宽度为180mm、单机架最大减径率为3.3%、最大轧制力为130.5kN、最大轧制力矩为4.7kN·m；
所述三辊式五机架中频感应加热式高精度定径机的入口速度为0.3-0.9m/s、轧辊直径为670mm、轧辊宽度为390mm、机架间距为630mm、单机架最大减径率为3.3%、最大轧制力为500kN；所述三辊式五机架中频感应加热式高精度定径机配备有5台功率为250kW、转速为500-1000r/min的主电机；
所述三辊式七机架中频感应加热式高精度定径机的入口速度为0.4-0.7m/s，出口成品无缝管速度为0.4-0.9m/s、轧辊名义直径为530mm、轧辊宽度为250mm或310mm、单机架最大减径率为3.3%、机组最大减径率为10%；所述三辊式七机架中频感应加热式高精度定径机配备有9台功率为147kW、过载系数为1.6的主电机。
实施例
2
利用实施例1中所述钛及钛合金无缝管的生产***制得的钛及钛合金无缝管，包括牌号为TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6、TA7、TA8、TA8-1、TA9、TA9-1、TA10、TA13、TA15、TA18、TC1、TC2、TC3、TC4、TC10的无缝管，所述无缝管的直径为73-325mm，壁厚为5.5-25.0mm，长度为最大为135000mm即13.5米。
每种牌号的钛及钛合金其组织结构、化学成分等有区别，本实施例在实施例1提供的生产***之下，可得到多种牌号、规格的钛及钛合金无缝管，满足市场需求。
实施例
3
上述实施例2所述的钛及钛合金无缝管的热加工生产方法包括如下工序：
1）下料：将钛及钛合金坯料按生产要求的长度切断，并对切断后的坯料按生产要求加工到相应的外径尺寸，同时保证其加工后的表面粗糙度Ra≤3.2μm，下料完成得到合格的钛合金管坯；
2）定心孔：使用定心机1在管坯的两端面加工定心孔；
3）涂刷防护涂层：在管坯的表面涂刷防护涂层；
4）加热：将管坯置于环形炉2中加热，微氧化气氛加热保温，炉膛微正压；其中，牌号为TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6和TA7管坯的加热均温为960-985℃，牌号为TA8、TA8-1、TA9、TA9-1、TA10、TA13、TA15、TA18管坯的加热均温为1000-1020℃，牌号为TC1、TC2、TC3、TC4、TC10管坯加热均温为1000-1070℃；采用分段加热：把坯料缓慢加热到，然后快速加热到所要求的温度；解决了加热过程中钛及钛合金的导热率低和高温下吸气严重的问题。热时必须严格执行以下技术规范：
①严格按加热制度加热，不能超过规定最高温度5℃以上；
②钛及钛合金管坯转到出料炉口时，要将出料口上的三个烧嘴关小或关闭，确保调整到轧制要求温度；
③每出料一支都要及时倒炉底，使料退回隔墙里面；
④轧制出料时，关闭烟道闸，使炉膛保证轧制要求的炉膛压；
⑤低温段慢速加热速度10min/cm，高温段快速加热速度7min/cm，从装炉到出料时间严格按加热制度要求实施；
在环形炉2内加热段的温度设定为：低温慢速阶段包括预热段500℃-650℃、加热I段700℃-800℃、加热II段800-1000℃和加热III段1000℃-1080℃；出料温度950℃-1120℃；
5）穿孔：通过智能保温隧道8将管坯移送到高精度机内定心菌式穿孔机组3以对管坯穿孔得到毛管；其中，穿孔前的管坯温度为 920-1050℃穿孔过程中温度960-1120℃，穿孔后的毛管温度930-1080℃；
6）精轧：将毛管通过管体快速移送装置9移送到高精度限动芯棒多功能压延机组4以对毛管进行二次精轧得到荒管；其中，精轧前的毛管温度 880-1050℃，轧管程中温度930-1010℃，精轧后的荒管温度830-980℃；
7）定径：通过智能保温隧道8将荒管移送到中频感应加热式高精度定径机组5以确定最终外径尺寸得到成品无缝管；其中，此工序中的最高加热温度为1100℃，定径前荒管温度为860-980℃，定径后成品无缝管温度为760-840℃；定径过程关闭冷却水，保证定径过程温度均匀；
8）热矫直：通过管体快速移送装置9将成品无缝管移送到矫直机6中进行热矫直，并通过循环辊道进行多次矫直，使成品无缝管的弯曲度≤1.0mm；成品无缝管在矫直前温度为550-650℃、矫直后温度为350-440℃；将矫直后的无缝管输送到冷床上继续慢速旋转冷却，确保最终产品的直线精度；
9）锯切：对无缝管的两端头切割加工，达到成品无缝管的要求；
10）喷砂：对成品无缝管的内外表面进行喷砂处理，以改善外观质量；
11）无损探伤：通过超声波无损探伤设备7对成品无缝管进行超声波探伤，剔除有超标的裂纹、分层、砂眼和摔坑缺陷的不合格无缝管；
12）人工检验及包装入库：对成品无缝管的化学成分、物理性能和水压进行检验，对成片无缝管的表面外观质量、外径、椭圆度、壁厚、长度以及直度进行测量并记录，之后包装入库。
具体的，上述热加工生产方法，步骤3）中，所述涂刷防护涂层的方法为：用酒精和电动毛刷清理管坯表面后，喷涂第一层防护涂层，将管坯放置12h后，再刷涂第二层防护涂层，之后再将管坯放置12h；所述第一层防护涂层厚度为160-280μm，所述第二层防护涂层厚度为90-140μm。
具体的，上述热加工生产方法，步骤1）中，所述管坯的外径尺寸包括Φ90mm、Φ160mm、Φ180mm、Φ210mm、Φ230mm、Φ250mm、Φ280mm和Φ310mm，其直径允许偏差分别为Φ90±1.6mm、Φ160±1.6mm、Φ180±2.0mm、Φ210±1.8mm、Φ230±1.8mm、Φ250±2.0mm、Φ280±2.0mm和Φ310±2.0mm；椭圆度直径公差±1mm；长度允许偏差0-+50mm；端面切斜度不大于5mm；弯曲度每米不超过5mm。
具体的，上述热加工生产方法，步骤2）中，所述定心孔的尺寸根据管坯外径尺寸确定：外径尺寸为Φ90mm、Φ160mm和Φ180mm的定心孔直径为20mm、深度为20mm、倒角为R5，外径尺寸为Φ210mm和Φ230mm的定心孔直径为30mm、深度为30mm、倒角为R5，外径尺寸为Φ250mm、Φ280mm和Φ310mm的定心孔直径为35mm、深度为35mm、倒角为R5。
下面以牌号为TC10的钛合金无缝管的加工方法为例具体说明本发明涉及的热加工生产方法。
实施例3.1
本实施例的TC10钛合金无缝管热加工生产方法，包括以下步骤：
1）下料：将Φ250mm的TC10钛合金坯料切断,长度为2150mm，加工后表面粗糙度Ra≤3.2μm、其直径允许偏差 为Φ250±2.0mm、椭圆度直径公差±1mm、长度允许偏差0-+50mm、端面切斜度不大于5mm、弯曲度每米不超过5mm，下料完成得到合格的钛合金管坯；
2）定心孔：使用定心机1在管坯的两端面加工定心孔；所述定心孔直径为35mm、深度为35mm、倒角为R5；
3）涂刷防护涂层：用酒精和电动毛刷清理管坯表面后，喷涂第一层防护涂层，将管坯放置12h后，再刷涂第二层防护涂层，之后再将管坯放置12h；所述第一层防护涂层厚度为160-200μm，所述第二层防护涂层厚度为90-110μm；
4）加热：将管坯置于环形炉2中分段加热，微氧化气氛加热保温，炉膛微正压，低温慢速段加热速度为10min/cm、高温快速段加热速度为7min/cm；本实施例中，所述低温慢速段包括预热段550-600℃、加热Ⅰ段670-750℃，加热Ⅱ段800-870℃、加热Ⅲ段900-1000℃，快速加热段为均热段1000-1020℃，出料口温度为960-1050℃；相较于此前同一规格的无缝管生产方法，本实施例在各加热阶段的温度较低可有效节约能源，出料温度低是因在此后的输送过程中采用了智能保温隧道8保证了在下一个工序前的管坯温度，提高加工质量和能源利用率；
5）穿孔：通过智能保温隧道8将管坯移送到高精度机内定心菌式穿孔机组3以对管坯穿孔得到毛管；坯料直径压下量32mm、顶前压下率5.6%、辊距218mm、顶伸172mm，其中穿孔前的管坯温度为 950-1000℃，穿孔过程中温度960-1020℃，穿孔后的毛管温度940-970℃；
6）精轧：将毛管通过管体快速移送装置9移送到高精度限动芯棒多功能压延机组4以对毛管进行二次精轧得到荒管；来料直径压下量20mm、减壁2.0mm、扩径率11.2%，其中精轧前的毛管温度 924-946℃，轧管程中温度943-950℃，精轧后的荒管温度915-938℃；
7）定径：通过智能保温隧道8将荒管移送到中频感应加热式高精度定径机组5以确定最终外径尺寸得到成品无缝管；其中，此工序的中频感应加热加热温度为930℃，定径前荒管温度为860-870℃，定径后成品无缝管温度为760-780℃；
8）热矫直：通过管体快速移送装置9将成品无缝管移送到矫直机6中进行热矫直，使成品无缝管的弯曲度≤1.0mm；成品无缝管在矫直前温度为550-600℃、矫直后温度为350-390℃；
9）锯切：对无缝管的两端头切割加工，达到成品无缝管的要求；
10）喷砂：对成品无缝管的内外表面进行喷砂处理，以改善外观质量；
11）无损探伤：通过超声波无损探伤设备7对成品无缝管进行超声波探伤，剔除有超标的裂纹、分层、砂眼和摔坑缺陷的不合格无缝管；
12）人工检验及包装入库：对成品无缝管的化学成分、物理性能和水压进行检验，对成片无缝管的表面外观质量、外径、椭圆度、壁厚、长度以及直度进行测量并记录，之后包装入库。通过调整穿孔、精轧和定径工序时相应设备的压下率、扩径率等参数，本实施例下料管坯加工出的无缝管规格为：Φ245×12mm，长度11.77m。
实施例3.2
本实施例的TC10钛合金无缝管热加工生产方法，包括以下步骤：
1）下料：将Φ280mm的TC10钛合金坯料切断为长度1900mm，加工后的表面粗糙度Ra≤3.2μm、其直径允许偏差为Φ280±2.0mm、椭圆度直径公差±1mm、长度允许偏差0-+50mm、端面切斜度不大于5mm、弯曲度每米不超过5mm，下料完成得到合格的钛合金管坯；
2）定心孔：使用定心机1在管坯的两端面加工定心孔；所述定心孔直径为35mm、深度为35mm、倒角为R5；
3）涂刷防护涂层：用酒精和电动毛刷清理管坯表面后，喷涂第一层防护涂层，将管坯放置12h后，再刷涂第二层防护涂层，之后再将管坯放置12h；所述第一层防护涂层厚度为180-240μm，所述第二层防护涂层厚度为110-140μm；
4）加热：将管坯置于环形炉2中分段加热，微氧化气氛加热保温，炉膛微正压，低温慢速段加热速度为10min/cm、高温快速段加热速度为7min/cm；所述低温慢速段包括预热段580-620℃、加热Ⅰ段670-750℃、加热Ⅱ段830-900℃和加热Ⅲ段900-1000℃，快速加热段为均热段1020-1040℃，加热完成后出料口温度为980-1060℃；
5）穿孔：通过智能保温隧道8将管坯移送到高精度机内定心菌式穿孔机组3以对管坯穿孔得到毛管；穿孔时管坯直径压下量36mm、顶前压下率6.2%、辊距244mm、顶伸190mm，其中穿孔前的管坯温度为 960-1010℃，穿孔时温度980-1026℃，穿孔后的毛管温度950-995℃；
6）精轧：将毛管通过管体快速移送装置9移送到高精度限动芯棒多功能压延机组4以对毛管进行二次精轧得到荒管；精轧时毛管直径压下量23mm、减壁2.0mm、扩径率10.9%，其中，精轧前的毛管温度 930-950℃，精轧时温度948-966℃，精轧后的荒管温度920-945℃；
7）定径：通过智能保温隧道8将荒管移送到中频感应加热式高精度定径机组5以确定最终外径尺寸得到成品无缝管；其中，此工序的中频感应加热温度为980℃，定径前荒管温度为910-920℃，定径后成品无缝管温度为770-830℃；
8）热矫直：通过管体快速移送装置9将成品无缝管移送到矫直机6中进行热矫直，使成品无缝管的弯曲度≤1.0mm；成品无缝管在矫直前温度为600-640℃、矫直后温度为400-440℃；
9）锯切：对无缝管的两端头切割加工，达到成品无缝管的要求；
10）喷砂：对成品无缝管的内外表面进行喷砂处理，以改善外观质量；
11）无损探伤：通过超声波无损探伤设备7对成品无缝管进行超声波探伤，剔除有超标的裂纹、分层、砂眼和摔坑缺陷的不合格无缝管；
12）人工检验及包装入库：对成品无缝管的化学成分、物理性能和水压进行检验，对成片无缝管的表面外观质量、外径、椭圆度、壁厚、长度以及直度进行测量并记录，之后包装入库。通过调整穿孔、精轧和定径工序时相应设备的压下率、扩径率等参数，本实施例下料管坯加工出的无缝管规格为：Φ273×12mm，长为11.65m。
Claims (8)
1.钛及钛合金无缝管的热加工生产***，其特征在于包括以下设备：
定心机，其用于在钛及钛合金管坯两端加工定心孔以便穿孔；
环形炉，其用于加热钛及钛合金管坯；
高精度机内定心菌式穿孔机组，其用于对管坯穿孔轧制得到毛管，包括高精度机内定心立式菌式穿孔机或高精度机内定心卧式菌式穿孔机；所述高精度机内定心立式菌式穿孔机和高精度机内定心卧式菌式穿孔机的轧辊材质为60CrMnMo且调质处理HB229-255、顶头材质为钼基特制合金、导板材质为高镍合金、顶杆材质为1Cr5MO厚壁无缝管；所述高精度机内定心立式菌式穿孔机或高精度机内定心卧式菌式穿孔机配备有可根据轧制状态调节轧辊之间抱紧力及开口度的自动控制机；
高精度限动芯棒多功能压延机组，其减壁量为2.6mm、压下量为10%、轧制速度为0.4m/s，轧辊滚花深度为0.3mm，包括机型Ⅰ和机型Ⅱ；其用于对毛管二次精轧扩径、均壁厚、延伸以提高毛管内外表面质量和材料组织性能得到荒管；所述机型Ⅰ和机型Ⅱ的轧辊材质均为40CrNiMo，芯棒材质均为42CrMo，轧板材质均为高镍合金；
中频感应加热式高精度定径机组，其用于将荒管轧制为成品管，包括三辊式九机架中频感应加热式高精度定径机和复合式定径机组，所述复合式定径机组包括三辊式五机架中频感应加热式高精度定径机和三辊式七机架中频感应加热式高精度定径机；
移动设备，其用于在相应工序之间移送管坯、毛管、荒管和成品无缝管；
矫直机，其用于热矫直成品管的弯曲度达到合格标准；
超声波无损探伤设备，其用于对成品管超声波探伤；
智能温度控制***，其用于检测和调节各设备生产时的温度。
2.根据权利要求1所述的钛及钛合金无缝管的生产***，其特征在于：所述移动设备包括智能保温隧道和管体快速移送装置；所述智能温度控制***包括环形炉测温点、穿孔机组测温点、压延机组测温度点、定径机组测温点、矫直机测温点和保温隧道测温点；
所述智能保温隧道设有2组，其中一组用于把环形炉加热后的管坯移送到高精度机内定心菌式穿孔机组工位，另一组用于把高精度限动芯棒多功能压延机组工位得到的荒管移送到中频感应加热式高精度定径机组；所述保温隧道包括由薄钢板焊接制成的外壳、隔墙和由高铝耐火材料制成内衬，所述外壳和内衬之间设有硅酸铝纤维毡和硅藻、土砖制成的的保温层；
所述管体快速移送装置设有2组，其中一组用于把在高精度机内定心菌式穿孔机组工位轧制后的毛管移送到高精度限动芯棒多功能压延机组工位。
3.根据权利要求1所述的钛及钛合金无缝管的生产***，其特征在于：
所述环形炉的中径为24米、炉膛宽度为4.6米、适用管坯规格Φ90-310mm、最高使用温度1320℃、燃料为天然气、平均燃料消耗量3000m³/h；
所述高精度机内定心立式菌式穿孔机的轧辊直径为700-800mm、轧辊长度为700mm、轧辊入口角为2.5°、轧辊出口角为3°、轧辊入口锥长为320mm、轧辊出口锥长为380mm、轧辊过渡带宽5mm、轧辊送进角8-13°、轧辊碾轧角15°、轧辊转速为48-106r/min、轧机辊缝最大开口为210mm 、小车最大移动速度2.5m/s、穿孔速度0.6-0.8m/s、轧制力为1600kN、最大轧制力矩为200kN·m；所述所述高精度机内定心立式菌式穿孔机配备有2台功率为2200KW、转速为550-750r/min的主电机；
所述高精度机内定心卧式菌式穿孔机的轧辊直径为1040-1200mm、长度为1000mm、辗轧角为12.5°、轧辊送进角为8°、辊面入口锥角度为2.5°、辊面出口锥角度为3°、轧辊最大开口度为490mm、轧辊转速45-100r/min、单辊最大轧制力矩为 650kN、轧机最大轧制力为5000kN；所述高精度机内定心卧式菌式穿孔机配备有4台功率为1500kW、过载系数为2.4的主电机；
所述机型Ⅰ的轧辊直径为700-800mm、轧辊长度为700mm、轧辊送轧角为8°、轧辊辗轧角为5°、轧辊转速105-157r/min、最大轧制力矩为230kN·m、最大轧制力为2870kN；
所述机型Ⅱ的轧辊直径为1100-1200mm、轧辊长度为1000mm、轧辊转速63-130r/min、送进角为8°；所述机型Ⅱ配备有4台功率为1250kW、转速为320-600r/min、减速比为4.538的主电机；
所述三辊式九机架中频感应加热式高精度定径机的入口荒管速度为0.4-0.7m/s、轧辊直径为为480mm、轧辊宽度为180mm、单机架最大减径率为3.3%、最大轧制力为130.5kN、轧制力矩为4.7kN·m；
所述三辊式五机架中频感应加热式高精度定径机的入口速度为0.3-0.9m/s、轧辊直径为670mm、轧辊宽度为390mm、机架间距为630mm、单机架最大减径率为3.3%、最大轧制力为500kN；所述三辊式五机架中频感应加热式高精度定径机配备有5台功率为250kW、转速为500-1000r/min的主电机；
所述三辊式七机架中频感应加热式高精度定径机的入口速度为0.4-0.7m/s，轧辊名义直径为530mm、轧辊宽度为250mm或310mm、单机架最大减径率为3.3%、机组最大减径率为10%；所述三辊式七机架中频感应加热式高精度定径机配备有9台功率为147kW、过载系数为1.6的主电机。
4.一种利用如权利要求1所述的钛及钛合金无缝管的生产***制得的钛及钛合金无缝管，其特征在于：包括牌号为TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6、TA7、TA8、TA8-1、TA9、TA9-1、TA10、TA13、TA15、TA18、TC1、TC2、TC3、TC4、TC10的无缝管，所述无缝管的直径为73-325mm，壁厚为5.5-25.0mm，长度最大为13500mm。
5.一种如权利要求4所述的钛及钛合金无缝管的热加工生产方法，其特征在于包括如下工序：
1）下料：将钛及钛合金坯料按生产要求的长度切断，并对切断后的坯料按生产要求加工到相应的外径尺寸，同时保证其加工后的表面粗糙度Ra≤3.2μm，下料完成得到合格的钛合金管坯；
2）定心孔：使用定心机在管坯的两端面加工定心孔；
3）涂刷防护涂层：在管坯的表面涂刷防护涂层；
4）加热：将管坯置于环形炉中分段加热，低温慢速段加热速度为10min/cm、高温快速段加热速度为7min/cm；微氧化气氛加热保温；炉膛微正压；所述低温慢速段包括预热段500℃-650℃、加热I段650℃-800℃、加热II段800-1000℃和加热III段1000℃-1080℃；所述高温快速段包括均热段，其中，牌号为TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6和TA7管坯的加热均温为960-985℃，牌号为TA8、TA8-1、TA9、TA9-1、TA10、TA13、TA15、TA18管坯的加热均温为1000-1020℃，牌号为TC1、TC2、TC3、TC4、TC10管坯加热均温为1000-1070℃；出料温度950℃-1120℃；
5）穿孔：通过智能保温隧道将管坯移送到高精度机内定心菌式穿孔机组以对管坯穿孔得到毛管；其中，穿孔前的管坯温度为 920-1050℃，穿孔过程中温度960-1120℃，穿孔后的毛管温度930-1080℃；
6）精轧：将毛管通过管体快速移送装置移送到高精度限动芯棒多功能压延机组以对毛管进行二次精轧得到荒管；其中，精轧前的毛管温度 880-1050℃，轧管程中温度930-1010℃，精轧后的荒管温度830-980℃；
7）定径：通过智能保温隧道将荒管移送到中频感应加热式高精度定径机组以确定最终外径尺寸得到成品无缝管；此工序中的最高加热温度为1100℃，定径前荒管温度为850-980℃，定径后成品无缝管温度为760-840℃，定径过程中关闭冷却水；
其中，此工序中的中频感应加热最高加热温度为1100℃，定径前荒管温度为860-980℃，定径后成品无缝管温度为760-840℃；
8）热矫直：通过管体快速移送装置将成品无缝管移送到矫直机中进行热矫直，并通过循环辊道进行多次矫直，使成品无缝管的弯曲度≤1.0mm且全长弯曲度不大于钛管全长的0.10%；成品无缝管在矫直前温度为550-650℃、矫直后温度为350-440℃；
9）锯切：对无缝管的两端头切割加工，达到成品无缝管的要求；
10）喷砂：对成品无缝管的内外表面进行喷砂处理，以改善外观质量；
11）无损探伤：通过超声波无损探伤设备对成品无缝管进行超声波探伤，剔除有超标的裂纹、分层、砂眼和摔坑缺陷的不合格无缝管；
12）人工检验及包装入库：对成品无缝管的化学成分、物理性能和水压进行检验，对成片无缝管的表面外观质量、外径、椭圆度、壁厚、长度以及直度进行测量并记录，之后包装入库。
6.根据权利要求5所述的热加工生产方法，其特征在于，步骤3）中，所述涂刷防护涂层的方法为：用酒精和电动毛刷清理管坯表面后，喷涂第一层防护涂层，将管坯放置12h后，再刷涂第二层防护涂层，之后再将管坯放置12h；所述第一层防护涂层厚度为160-280μm，所述第二层防护涂层厚度为90-140μm。
7.根据权利要5所述的热加工生产方法，其特征在于，步骤1）中，所述管坯的外径尺寸包括Φ90mm、Φ160mm、Φ180mm、Φ210mm、Φ230mm、Φ250mm、Φ280mm和Φ310mm，其直径允许偏差分别为Φ90±1.6mm、Φ160±1.6mm、Φ180±2.0mm、Φ210±1.8mm、Φ230±1.8mm、Φ250±2.0mm、Φ280±2.0mm和Φ310±2.0mm、椭圆度直径公差±1mm、长度允许偏差0-+50mm、端面切斜度不大于5mm、弯曲度每米不超过5mm。
8.根据权利要求7所述的热加工生产方法，其特征在于，步骤2）中，所述定心孔的尺寸根据管坯外径尺寸确定：外径尺寸为Φ90mm、Φ160mm和Φ180mm的定心孔直径为20mm、深度为20mm、倒角为R5，外径尺寸为Φ210mm和Φ230mm的定心孔直径为30mm、深度为30mm、倒角为R5，外径尺寸为Φ250mm、Φ280mm和Φ310mm的定心孔直径为35mm、深度为35mm、倒角为R5。
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| CN105921544B (zh) | 2017-09-15 |
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