CN106493187A

CN106493187A - 一种大口径厚壁钛及其合金无缝管材的低成本制造方法

Info

Publication number: CN106493187A
Application number: CN201610958566.4A
Authority: CN
Inventors: 邓宁嘉; 王振中; 李贤泉; 马俊; 陈维忠; 潘云龙; 刘彦伟; 芮天安; 赵瑞晋; 许强; 姜鹏; 葛伟; 徐国俊; 杨辉
Original assignee: ANHUI BAOTAI SPECIAL MATERIALS Co Ltd; NANJING BAOTAI SPECIAL MATERIAL CO Ltd
Current assignee: ANHUI BAOTAI SPECIAL MATERIALS Co Ltd; NANJING BAOTAI SPECIAL MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2017-03-15

Abstract

本发明涉及一种大口径厚壁钛及其合金无缝管材的低成本制造方法，用真空自耗电弧炉二次熔炼成铸锭；将铸锭述经二火次锻造成棒材；再扒皮加工；然后用三辊或两辊斜轧穿孔制成无缝管坯；经喷砂、酸洗、抛磨、切头等加工后直接获得成品无缝管；还包括喷砂、酸洗、抛磨等加工后的管坯进行拉拔扩径和冷轧等深加工步骤。对拉拔扩径后的管材依次进行润滑剂的清洗和再结晶真空退火处理；经冷轧得到性能更为优越的成品管材；将成品管材除油后进行真空退火处理，对管材酸洗处理得到大口径无缝管。采用本发明方法制造的大口径厚壁钛及其合金无缝管力学性能优异，用于石油、化工、海洋等行业的压力容器、工业管道、冷凝器、钻井等领域，满足防腐管材的需求。

Description

一种大口径厚壁钛及其合金无缝管材的低成本制造方法

技术领域

本发明涉及金属制品领域，特别涉及一种大口径厚壁钛及其合金无缝管材的低成本制造方法。

背景技术

钛作为金属材料，虽然不如铜、铁、铝那样早为人知，但其具有比强度高、耐蚀性好、无磁性等优点。钛及钛合金因具有优异的综合力学性能，在航空航天、舰船制造、化学工业、交通车辆、建筑装饰、海洋建筑、体育用品、生活用品等方面得到了广泛的应用，被称为“太空金属”、“海洋金属”、“智能金属”等。

20世纪50年代是我国钛材生产的开创期，60～70年代为建设期，80～90年代为初步发展期。在新世纪，得益于国民经济的持续、快速发展，中国钛工业也进入了一个快速成长期。

钛及其合金的大口径管材的加工方法目前有二类：一类是用板材，通过卷板机或用油压机模压成型，然后焊接成圆管，经过矫圆，矫直，制作有缝焊管；另一类是使用大直径的实心棒材掏孔加工(或使用超大型挤压机挤压加工)的方法制作无缝管材。目前国内外制造大口径钛及其合金管，主要是采用第一类方法生产，而本发明所涉及的制造规格为φ80～520×壁厚8～50×长度2000～6000mm大口径无缝管材的方法，是采用斜轧穿孔及后续加工(拉拔扩径、轧制)的方法，成本相对较低，质量较焊管要好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状，而提供一种质量相对较好，成本相对较低的大口径厚壁钛及其合金无缝管材的制造方法。

为解决上述技术问题,本发明提供的技术方案是：

一种大口径厚壁钛及其合金无缝管材的低成本制造方法，包括以下步骤：

A、选用海绵钛，经过烘烤，用油压机将海绵钛压制成电极块，在真空焊箱内组焊电极；

B、采用真空自耗电弧炉对海绵钛熔炼两次制备铸锭，按相关标准要求控制铸锭中各元素的质量百分比含量，对二次铸锭进行剥皮处理；

C、将步骤B制得的铸锭在温度为750℃～1050℃的条件下经二火次镦拔锻造得到钛或钛合金圆棒，控制每火次的铸锭变形量为30～80％；

D、对钛或钛合金圆棒进行机械加工获得光滑匀称的棒材；

E、用步骤D制得的棒材，采用感应炉或斜底电炉保温的加热工艺手段，通过光学测温仪器控制加热温度，确保棒材加热均匀，控制棒材各部位温度相差在±10℃内；在温度为850℃～1050℃的条件下，用三辊或两辊斜轧穿孔制成φ80～520×8～60×2000～6000mm大口径管材；

F、再将管坯用喷砂、酸洗、抛磨及机加工等手段去除管坯内外表面氧化皮，从而得到成品管材。

后续可根据要求情况采用拉拔或轧制的方法进一步进行深加工：

G、采用300～1000T拉拔机对步骤F制得的管坯进行多道次拉拔扩孔，拉拔前管坯内外表面涂润滑剂；每扩孔完一次，对扩孔后的管坯依次进行除油处理、再结晶真空退火处理、矫直，控制每道次管坯内径的扩径量与减壁量之比不大于1.2；对步骤F或拉拔扩孔后的管材进行除油处理和再结晶真空退火处理后，再采用冷轧机进行一到二次冷轧得到成品管材；

H、将步骤F和G制得的成品管材进行真空退火处理，然后将经真空退火处理后的成品管材进行矫直；

I、对步骤H制得的成品管材去毛刺、切头尾、定尺；

J、将步骤I制得的管材置于温度为30～50℃的氢氟酸与硝酸的混合溶液中酸洗，或者经机加抛磨加工，制得大口径厚壁钛或钛合金无缝管材。

进一步的，步骤A中的海绵钛经过100～150℃烘烤，烘干海绵钛材潮气。

进一步的，步骤B中的熔炼真空度达到10^-2Pa；步骤G中扩孔的道次加工率为20～40％。

其中，三辊或两辊斜轧穿孔工艺如下：

(1)采用感应炉及电炉保温的高效加热工艺手段，通过光学测温仪器控制电炉加热温度，确保棒材加热均匀，控制棒材各部位温度相差在±10℃内；

(2)调整好三辊或两辊斜轧穿孔机的推料装置中心线、轧制中心线和顶杆小车中推力轴承中心线，使三线尽可能在同一直线上；

(3)顶头位置为前伸出轧辊压缩带30～100mm，顶头冷却水压力控制在0.3～0.8Mpa；

(4)选用合适的顶头尺寸，同时调整顶头位置，保证荒管壁厚尺寸，控制轧制速度。进一步的，轧制速度为0.30～0.55m/s。

三辊或两辊穿孔机的调整参数选择如下：δ＝12～15％，δ0＝5～9％，α＝2～8°，其中，δ为管坯直径总压缩率，δ0为顶头前压缩率量，α为轧辊锥角。

其中，拉拔扩孔工艺如下：

a、制作拉拔内模；

b、然后采用氩弧焊，将管坯与拉拔接头进行焊接；

c、管坯内外表面涂润滑剂，然后晾干；

d、控制拉拔速度，速度为0.20～0.40m/s。

其中，冷轧工艺如下：

选用冷轧管机进行轧制，轧制前检查轧辊孔型尺寸，对轧辊进行修整处理；冷轧机机架运行次数控制在30～80次/分钟，送进量2～10mm/次。

制得的大口径厚壁钛或钛合金无缝管材抗拉强度≥345MPa，屈服强度为≥275MPa，延伸率≥20％，管材外直径与壁厚的比值为5～20。

本发明将经二次真空熔炼制得的钛(或钛合金)铸锭在温度为750℃～1050℃的条件下经二火次镦拔锻造得到钛(或钛合金)圆棒，控制每火次的铸锭变形量为30～80％；对钛(或钛合金)圆棒进行机械加工获得光滑匀称的棒材；将制得的棒材在温度为850℃～1050℃的条件下，用大型三辊(或两辊)斜轧穿孔机制成大口径厚壁钛及其合金无缝管坯；再将管坯用喷砂、酸洗、抛磨及机加工等手段去除管坯内、外表面氧化皮，从而得到需要尺寸规格的成品管材；对于有特殊要求的管材，后续可根据要求情况采用拉拔或轧制的方法进一步进行深加工。通过本发明的工艺，能制造出规格为φ80～520×8～60×2000～6000mm的大口径钛及其合金无缝管材，且制造成本相对较低，质量相对较好，达到ASME SB-861标准的要求。由本发明方法制造的大口径钛及其合金无缝管材主要用于石油、化工、海洋等行业的压力容器、工业管道、冷凝器、钻井等领域，满足防腐管材的需求。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明的大口径钛及其合金无缝管材的低成本制造方法，包括下列步骤：

a.选用海绵钛，经过100～150℃烘烤，用油压机压制成电极块，在真空焊箱内组焊成电极；

b.采用真空自耗电弧炉熔炼两次制备铸锭，按相关标准要求控制铸锭中各元素的质量百分比含量，对二次铸锭进行剥皮处理；

c.将步骤b中所述铸锭在温度为750～1050℃的条件下经二火次镦拔锻造得到圆棒，每火次的变形量为30～80％；

d.然后对圆棒进行机械加工获得组织、成分均匀的棒材；

e.棒材在温度为850～1050℃的条件下，用三辊(或两辊)斜轧穿孔制成管坯；

f.再将管坯用喷砂、酸洗、抛磨及机加工等手段去除管坯内外表面氧化皮，从而得到成品管材；

g.对于有特殊要求的管材，后续可根据要求情况采用拉拔或轧制的方法进一步进行深加工。具体为：采用300～1000T拉拔机对步骤F制得的管坯进行多道次拉拔扩孔，拉拔前管坯内、外表面涂润滑剂；每扩孔完一次，对扩孔后的管坯依次进行除油、再结晶真空退火、矫直处理，控制每道次管坯内径的扩径量与减壁量之比不大于1.2；对步骤F或拉拔扩孔后的管材进行除油和再结晶真空退火处理后，再采用冷轧机进行一到二次冷轧得到成品管材；

h.将步骤f和g制得的成品管材进行真空退火处理，真空度需达到到1×10^-2Pa以上，加热温度为550～650℃，保温2～3小时，出炉温度≤200℃，然后将经真空退火处理后的成品管材进行矫直；

i.对步骤h制得的成品管材去毛刺、切头尾、定尺；

j.将步骤i制得的管材置于温度为30～50℃的氢氟酸与硝酸的混合溶液中酸洗，或者经机加抛磨加工，制得大口径厚壁钛(或钛合金)无缝商品管材。

k.然后对成品管材进行检验，得到抗拉强度≥345MPa，屈服强度为≥275MPa，延伸率≥20％的大口径厚壁钛(或钛合金)管；大口径厚壁管材直径与壁厚的比值为5～20。

本发明所选用的海绵钛，需要经过100～150℃烘烤，烘干海绵钛材潮气，减少自耗电弧炉抽真空的时间，熔炼真空度达到10^-2Pa，得到化学成分合格的二次铸锭。

本发明使用的三辊(或两辊)斜轧穿孔工艺如下：

A、采用感应炉+电炉保温等高效的加热工艺手段，通过光学测温仪器严格控制电炉加热温度，确保棒材加热均匀，要求温度控制在±10℃内；

B、调整好三辊(或两辊)斜轧穿孔机的推料装置中心线、轧制中心线和顶杆小车中推力轴承中心线，在同一条线上；

C、顶头位置前伸出轧辊压缩带30～100mm，顶头冷却水压力控制在0.3～0.8Mpa，保证顶头能快速冷却，防止闷车、卡轧现象发生；

D、选用合适的顶头尺寸，同时调整顶头位置，保证荒管壁厚尺寸，控制轧制速度，速度为0.30～0.55m/s。

三辊(或两辊)穿孔机的调整参数选择如下：δ＝12～15％，δ0＝5～9％，α＝2～8°，δ为管坯直径总压缩率，δ0为顶头前压缩率量，α为轧辊锥角；

本发明使用的拉拔扩径工艺如下：

A、制作拉拔内、外模；

B、然后采用氩弧焊，将管坯与拉拔接头进行焊接；

C、管坯内、外表面涂润滑剂，然后晾干；

D、控制拉拔速度，速度为0.20～0.40m/s；

本发明使用的轧制工艺如下：

A、选用冷轧管机进行轧制，轧制前检查轧辊孔型尺寸，对轧辊进行修整处理；

B、冷轧机机架运行次数控制在30～80次/分钟，送进量2～10mm/次。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims

1.一种大口径厚壁钛及其合金无缝管材的低成本制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

B、采用真空自耗电弧炉对海绵钛熔炼两次制备铸锭，控制铸锭中各元素的质量百分比含量，对二次铸锭进行剥皮处理；

D、对钛或钛合金圆棒进行机械加工获得光滑匀称的棒材；

F、再将管坯用喷砂、酸洗、抛磨、机加工手段去除管坯内外表面氧化皮，从而得到成品管材。

2.如权利要求1所述的大口径厚壁钛及其合金无缝管材的低成本制造方法，其特征在于：还包括深加工步骤：

I、对步骤H制得的成品管材去毛刺、切头尾、定尺；

3.如权利要求1所述的大口径厚壁钛及其合金无缝管材的低成本制造方法，其特征在于：步骤A中的海绵钛经过100～150℃烘烤，烘干海绵钛材潮气；步骤B中的熔炼真空度达到10^-2Pa。

4.如权利要求2所述的大口径厚壁钛及其合金无缝管材的低成本制造方法，其特征在于：步骤G中扩孔的道次加工率为20～40％。

5.如权利要求1所述的大口径厚壁钛及其合金无缝管材的低成本制造方法，其特征在于：三辊或两辊斜轧穿孔工艺如下：

(4)选用合适的顶头尺寸，同时调整顶头位置，保证荒管壁厚尺寸，控制轧制速度。

6.如权利要求5所述的大口径厚壁钛及其合金无缝管材的低成本制造方法，其特征在于：轧制速度为0.30～0.55m/s。

7.如权利要求1所述的大口径厚壁钛及其合金无缝管材的低成本制造方法，其特征在于：三辊或两辊穿孔机的调整参数选择如下：δ＝12～15％，δ0＝5～9％，α＝2～8°，其中，δ为管坯直径总压缩率，δ0为顶头前压缩率量，α为轧辊锥角。

8.如权利要求2所述的大口径厚壁钛及其合金无缝管材的低成本制造方法，其特征在于：拉拔扩孔工艺如下：

a、制作拉拔内模；

b、然后采用氩弧焊，将管坯与拉拔接头进行焊接；

c、管坯内外表面涂润滑剂，然后晾干；

d、控制拉拔速度，速度为0.20～0.40m/s。

9.如权利要求2所述的大口径厚壁钛及其合金无缝管材的低成本制造方法，其特征在于：冷轧工艺如下：选用冷轧管机进行轧制，轧制前检查轧辊孔型尺寸，对轧辊进行修整处理；冷轧机机架运行次数控制在30～80次/分钟，送进量2～10mm/次。

10.如权利要求2所述的大口径厚壁钛及其合金无缝管材的低成本制造方法，其特征在于：制得的大口径厚壁钛或钛合金无缝管材抗拉强度≥345MPa，屈服强度为≥275MPa，延伸率≥20％，管材外直径与壁厚的比值为5～20。