CN206083411U - 用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于钛及钛合金方矩管生产技术领域，尤其是用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产***。包括以下设备：定心机，环形加热炉，高精度机内定心菌式穿孔机组，高精度限动芯棒多功能压延机组，中频感应加热式高精度定径机组，移动设备，矫直机等。利用该发明的用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产***，得到的成品方矩管种类多、强度和精度高，可直接用于精加工。
Description
技术领域
本发明属于钛及钛合金方矩管生产技术领域，尤其是用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产***。
背景技术
钛及钛合金方矩管是用钛及钛合金材料制造的无缝方矩管，钛及钛合金按组织可分为三类。第一类是钛中加入铝和锡元素；第二类是钛中加入铝、铬、钼、钒等合金元素；第三类是钛中加入铝和钒等元素。钛合金具有较高的力学性能、优良的冲击性能。钛管对氯化物、硫化物和氨具有较高的耐腐蚀性能。钛合金根据相的组成可分为：α合金，（α+β）合金和β合金，中国分别以TA、TC、TB表示。产品在热加工中，钛及钛合金容易吸收氢、氧、氮、碳等杂质，抗磨性差，生产工艺复杂。对于钛及钛合金材料的质量影响最大的杂质主要是铁、氧、氮、氯、碳、硅、氢等。氧、氮、碳、氢、铁等会显著地增高钛及钛合金的硬度，并使钛及钛合金的加工塑性变差。氢对钛硬度、强度影响不大，但由于在钛金属晶界面上形成氢化钛网状畸变裂纹，会大大降低钛材的冲击韧性和机械加工性能。氯根的残留，意味着钛材中存在强吸潮的氯化物，如MgCl2、TiCl2、TiCl3等，因而伴随氧、氮、氢会相应增加。由于钛冶炼技术进步和现代工业对高质量钛的要求，金属锰、镁、铬杂质也成为关注范围，锰、铬和铁杂质的影响一样，会使钛塑性加工能力变差，而镁会吸潮使钛中氧、氮、氢伴随升高。产品硬度是质量的综合指标，产品硬度取决于产品中杂质种类和含量，与气体杂质含量密切相关。
钛及钛合金与铜、铝、铁和镍相比，钛及钛合金的导热率低，加热的主要困难是：采用表面加热方法时，加热时间相当长。大型坯料加热时，截面温差大。当提高温度时钛及钛合金会与空气发生强烈的反应。当在650℃以上加热时，钛及钛合金与氧强烈反应，而在700℃以上时，则与氮也发生反应，同时形成被这两种气体所饱和的较深表面层。
其中O、N、C在钛材中的危害，易产生TiO2、TiN、TiC等低密度夹杂；使钛材在车削、锻造、穿孔、轧制等加工过程中，极易被压裂，形成裂纹、空洞等缺陷；是零部件过早疲劳失效的裂纹源，严重降低零部件的寿命。低N海绵钛对钛材的益处，钛材中N降至0.005%以下，可大幅提高钛材的加工性能：提高塑性，N含量每降低0.01%，强度降低29MPa、塑性提高1%-2%；降低钛材的夹杂和偏析、使钛材在车削、锻造、穿孔、轧制等加工过程中不易生产裂纹等缺陷。
综上所述，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，是钛及钛合金方矩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，本发明提供了用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产***，该生产***的能源利用率和生产效率高、成本低，在该生产***基础下钛及钛合金方矩管的生产方法，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方矩管。
用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产***，包括以下设备：
定心机，用于在钛及钛合金管坯两端加工定心孔以便穿孔；
环形加热炉，用于钛及钛合金管坯的氧化气氛的加热保温，炉膛内部压力为正压值；
高精度机内定心菌式穿孔机组，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；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，穿孔辊滚花0.4mm，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厚壁方矩管；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；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；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，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，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，用于在相应工序之间移送管坯、毛管、荒管和成品方矩管；
矫直机，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，用于对成品管超声波探伤检测；
智能温度控制***，用于根据轧制的工艺参数自动检测和调节各设备生产时的温度。
作为本发明方案进一步具体优化的，
移动设备包括智能保温隧道和管体快速移送装置；
移动式智能温控保温隧道，具备加热功能、保温功能、管体移送功能、温度监测功能，根据工艺参数自动调节温度功能、检测数据反馈功能，与全程温控***综合的形成工艺数据网络***；
管体快速移送装置，将经过定径后的管体快速移送到型材热矫直机前台；
智能温度控制***包括环形加热炉测温点、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，将各个监测温度数据参数综合处理后反馈给环形加热炉，进而调整各个段温度；
智能保温隧道设有两组，一组用于把环形加热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；
智能保温隧道的外壳用薄钢板经折边焊接制成，隔墙及内衬由高铝耐火材料制成；加热元件OCr25Al5铁铬铝合金丝绕成螺旋形后穿于隧道内衬上、下、左、右的丝槽中；丝槽与隧道内衬连通，使加热元件直接向隧道内辐射热量；隧道外壳与内衬与炉壳之间砌筑是用硅酸铝纤维毡和硅藻、土砖等作保温层；测温用的热电偶通过开偶孔***；
管体快速移送装置设有两组，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。
作为本发明方案进一步具体优化的，
环形加热炉的中径为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；
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；高精度机内定心立式菌式穿孔机配备有两台功率为2200kW、转速为550-750r/min的主电机；
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；高精度机内定心卧式菌式穿孔机配备有四台功率为1500kW、过载系数为2.4的主电机；
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；
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°；机型Ⅱ配备有四台功率为1250kW、转速为320-600r/min、减速比为4.538的主电机；
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；
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；三辊式五机架中频感应加热式高精度定径机配备有五台功率为250kW、转速为500-1000r/min的主电机；
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%；三辊式七机架中频感应加热式高精度定径机配备有九台功率为147kW、过载系数为1.6的主电机。
钛及钛合金方矩管的生产***制得的钛及钛合金方矩管，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的方矩管，方管产品规格范围为：F70×70×2.0-6.0mm-260×260×6.0-14.0mm；矩管：J60×80×2.0-6.0mm-300×200×6.-12.0mm；最大长度至少为12m。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、该发明的用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产***，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方矩管生产。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、利用该发明的用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产***，得到的成品方矩管种类多、强度和精度高，可直接用于精加工。
3、用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产方法，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。环形加热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。在环形加热炉加热工序、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方矩管的技术瓶颈。
附图说明
图1为本发明的生产***的结构示意图；
图2为本发明的生产方法的流程图。
图中：1、定心机，2、环形加热炉，3、高精度机内定心菌式穿孔机组，4、高精度限动芯棒多功能压延机组，5、中频感应加热式高精度定径机组，6、矫直机，7、超声波无损探伤设备，8、智能保温隧道，9、管体快速移送装置。
具体实施方式
以下结合附图对本申请的实施例进行详细说明，但是本申请可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产***，包括以下设备：定心机1，环形加热炉2，高精度限动芯棒多功能压延机组4，中频感应加热式高精度定径机组5，智能温度控制***，矫直机6，超声波无损探伤设备7，移动设备等设备。
定心机1，用于在钛及钛合金管坯两端加工定心孔以便穿孔。
环形加热炉2，用于钛及钛合金管坯的氧化气氛的加热保温，炉膛内部压力为正压值。
高精度机内定心菌式穿孔机组3，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；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，穿孔辊滚花0.4mm，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厚壁方矩管；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；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；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，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，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，用于在相应工序之间移送管坯、毛管、荒管和成品方矩管。矫直机6，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，用于对成品管超声波探伤检测。智能温度控制***，用于根据轧制的工艺参数自动检测和调节各设备生产时的温度。
上述的生产***，作为具体优化的：
移动设备包括智能保温隧道8和管体快速移送装置9。
移动式智能温控保温隧道，具备加热功能、保温功能、管体移送功能、温度监测功能，根据工艺参数自动调节温度功能、检测数据反馈功能，与全程温控***综合的形成工艺数据网络***。
管体快速移送装置9，将经过定径后的管体快速移送到型材热矫直机6前台。
智能温度控制***包括环形加热炉2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6测温点和保温隧道测温点，将各个监测温度数据参数综合处理后反馈给环形加热炉2，进而调整各个段温度。
智能保温隧道8设有两组，一组用于把环形加热炉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。
智能保温隧道8的外壳用薄钢板经折边焊接制成，隔墙及内衬由高铝耐火材料制成；加热元件OCr25Al5铁铬铝合金丝绕成螺旋形后穿于隧道内衬上、下、左、右的丝槽中；丝槽与隧道内衬连通，使加热元件直接向隧道内辐射热量；隧道外壳与内衬与炉壳之间砌筑是用硅酸铝纤维毡和硅藻、土砖等作保温层；测温用的热电偶通过开偶孔***。
管体快速移送装置9设有两组，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。
上述的生产***，作为具体优化的：
环形加热炉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。
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；高精度机内定心立式菌式穿孔机配备有两台功率为2200kW、转速为550-750r/min的主电机。
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；高精度机内定心卧式菌式穿孔机配备有四台功率为1500kW、过载系数为2.4的主电机。
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。
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°；机型Ⅱ配备有四台功率为1250kW、转速为320-600r/min、减速比为4.538的主电机。
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。
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；三辊式五机架中频感应加热式高精度定径机配备有五台功率为250kW、转速为500-1000r/min的主电机。
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%；三辊式七机架中频感应加热式高精度定径机配备有九台功率为147kW、过载系数为1.6的主电机。
上述的生产***，作为具体优化的：
钛及钛合金方矩管的生产***，移动设备包括智能保温隧道8和管体快速移送装置9；智能温度控制***包括环形加热炉2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6测温点和保温隧道测温点。
智能保温隧道8设有2组，其中一组用于把环形加热炉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。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，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℃。
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。
利用钛及钛合金方矩管的生产***制得的钛及钛合金方矩管，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的方矩管，方管产品规格范围为：F70×70×2.0-6.0mm-260×260×6.0-14.0mm；矩管：J60×80×2.0-6.0mm-300×200×6.-12.0mm；最大长度至少为12m。
用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产方法，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：将管坯置于环形加热炉2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；
低温慢速段包括预热段500℃-680℃、加热I段750℃-860℃、加热II段860-900℃和加热III段900℃-980℃，加热Ⅳ段1000℃-1080℃、均热段1080℃-1120℃、出料口温度1000℃-1120℃、料温960℃-1070℃；
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960-1050℃，穿孔过程中温度980-1080℃，穿孔后的毛管温度930-1040℃；
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880-1010℃，轧管程中温度930-980℃，精轧后的荒管温度830-970℃；
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方矩管；此工序中的最高加热温度为1100℃，定径前荒管温度为860-960℃，定径后成品方矩管温度为760-800℃，定径过程中关闭冷却水；
8）热矫直：通过管体快速移送装置9将成品方矩管移送到矫直机6中进行热矫直，并通过循环辊道进行多次矫直，使成品方矩管的弯曲度≤3.0mm且全长弯曲度不大于钛管全长的0.10%；成品方矩管在矫直前温度为550-650℃、矫直后温度为350-440℃；
9）锯切：对方矩管的两端头切割加工，达到成品方矩管的要求；
10）喷砂：对成品方矩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对成品方矩管进行超声波探伤，剔除有超标的裂纹、分层、砂眼和摔坑缺陷的不合格方矩管；
12）人工检验及包装入库：对成品方矩管的化学成分、物理性能和水压进行检验，对成片方矩管的表面外观质量、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。
上述用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产方法，作为具体优化的：步骤3）中，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；第一层防护涂层厚度为160-280μm，第二层防护涂层厚度为90-140μm。
上述用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产方法，作为具体优化的：步骤1）中，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。
上述用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产方法，作为具体优化的：步骤2）中，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。
实施例1
一种钛及钛合金方矩管的热加工生产方法，加工为TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6和TA7牌号的管坯，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：将管坯置于环形加热炉2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；
低温慢速段包括预热段500℃、加热I段750℃℃、加热II段860℃和加热III段900℃℃，加热Ⅳ段1000℃、均热段1080℃、出料口温度1000℃、料温960℃；
高温快速段包括均热段，其中，管坯的加热均温为960℃；出料温度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960℃，穿孔过程中温度980℃，穿孔后的毛管温度930℃；
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℃，轧管程中温度930℃，精轧后的荒管温度830℃；
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方矩管；此工序中的最高加热温度为1100℃，定径前荒管温度为860-960℃，定径后成品方矩管温度为760℃，定径过程中关闭冷却水；
8）热矫直：通过管体快速移送装置9将成品方矩管移送到矫直机6中进行热矫直，并通过循环辊道进行多次矫直，使成品方矩管的弯曲度≤3.0mm且全长弯曲度不大于钛管全长的0.10%；成品方矩管在矫直前温度为550℃、矫直后温度为350℃；
9）锯切：对方矩管的两端头切割加工，达到成品方矩管的要求；
10）喷砂：对成品方矩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对成品方矩管进行超声波探伤，剔除有超标的裂纹、分层、砂眼和摔坑缺陷的不合格方矩管；
12）人工检验及包装入库：对成品方矩管的化学成分、物理性能和水压进行检验，对成片方矩管的表面外观质量、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。
上述用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产方法，作为具体优化的：步骤3）中，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；第一层防护涂层厚度为160μm，第二层防护涂层厚度为90μm。
上述用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产方法，作为具体优化的：步骤1）中，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。
上述用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产方法，作为具体优化的：步骤2）中，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。
实施例2
用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产方法，牌号为TA8、TA8-1、TA9、TA9-1、TA10、TA13、TA15、TA18管坯，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：将管坯置于环形加热炉2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；
低温慢速段包括预热段680℃、加热I段860℃、加热II段900℃和加热III段980℃，加热Ⅳ段1080℃、均热段1120℃、出料口温度1120℃、料温1070℃；
高温快速段包括均热段，管坯的加热均温为1020℃；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1050℃，穿孔过程中温度1080℃，穿孔后的毛管温度1040℃；
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1010℃，轧管程中温度930-980℃，精轧后的荒管温度970℃；
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方矩管；此工序中的最高加热温度为1100℃，定径前荒管温度为860-960℃，定径后成品方矩管温度为800℃，定径过程中关闭冷却水；
8）热矫直：通过管体快速移送装置9将成品方矩管移送到矫直机6中进行热矫直，并通过循环辊道进行多次矫直，使成品方矩管的弯曲度≤3.0mm且全长弯曲度不大于钛管全长的0.10%；成品方矩管在矫直前温度为650℃、矫直后温度为440℃；
9）锯切：对方矩管的两端头切割加工，达到成品方矩管的要求；
10）喷砂：对成品方矩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对成品方矩管进行超声波探伤，剔除有超标的裂纹、分层、砂眼和摔坑缺陷的不合格方矩管；
12）人工检验及包装入库：对成品方矩管的化学成分、物理性能和水压进行检验，对成片方矩管的表面外观质量、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。
上述用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产方法，作为具体优化的：步骤3）中，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；第一层防护涂层厚度为280μm，第二层防护涂层厚度为140μm。
上述用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产方法，作为具体优化的：步骤1）中，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。
上述用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产方法，作为具体优化的：步骤2）中，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。
实施例3
用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产方法，牌号为TC1、TC2、TC3、TC4、TC10管坯，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：将管坯置于环形加热炉2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；
低温慢速段包括预热段600℃、加热I段800℃、加热II段880℃和加热III段940℃，加热Ⅳ段1040℃、均热段1100℃、出料口温度1060℃、料温1020℃；
高温快速段包括均热段，加热均温为1040℃；出料温度1085℃；
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1022℃，穿孔过程中温度1030℃，穿孔后的毛管温度1000℃；
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950℃，轧管程中温度930-980℃，精轧后的荒管温度900℃；
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方矩管；此工序中的最高加热温度为1100℃，定径前荒管温度为860-960℃，定径后成品方矩管温度为7800℃，定径过程中关闭冷却水；
8）热矫直：通过管体快速移送装置9将成品方矩管移送到矫直机6中进行热矫直，并通过循环辊道进行多次矫直，使成品方矩管的弯曲度≤3.0mm且全长弯曲度不大于钛管全长的0.10%；成品方矩管在矫直前温度为600℃、矫直后温度为400℃；
9）锯切：对方矩管的两端头切割加工，达到成品方矩管的要求；
10）喷砂：对成品方矩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对成品方矩管进行超声波探伤，剔除有超标的裂纹、分层、砂眼和摔坑缺陷的不合格方矩管；
12）人工检验及包装入库：对成品方矩管的化学成分、物理性能和水压进行检验，对成片方矩管的表面外观质量、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。
上述用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产方法，作为具体优化的：步骤3）中，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；第一层防护涂层厚度为200μm，第二层防护涂层厚度为110μm。
上述用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产方法，作为具体优化的：步骤1）中，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。
上述用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产方法，作为具体优化的：步骤2）中，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。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产***，其特征在于包括以下设备：
定心机，用于在钛及钛合金管坯两端加工定心孔以便穿孔；
环形加热炉，用于钛及钛合金管坯的氧化气氛的加热保温，炉膛内部压力为正压值；
高精度机内定心菌式穿孔机组，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，穿孔辊滚花0.4mm，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厚壁方矩管；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；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，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，用于在相应工序之间移送管坯、毛管、荒管和成品方矩管；
矫直机，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，用于对成品管超声波探伤检测；
智能温度控制***，用于根据轧制的工艺参数自动检测和调节各设备生产时的温度；
制得的钛及钛合金方矩管，其包括牌号为TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6、TA7、TA8、TA8-1、TA9、TA9-1、TA10、TA13、TA15、TA18、TC1、TC2、TC3、TC4、TC10的方矩管；方矩管产品规格范围为：F70×70×2.0-6.0mm-260×260×6.0-14.0mm；矩管：J60×80×2.0-6.0mm-300×200×6.-12.0mm。
2.根据权利要求1所述的用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产***，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；
所述管体快速移送装置，将经过定径后的管体快速移送到型材热矫直机前台；
所述智能温度控制***包括环形加热炉测温点、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，将各个监测温度数据参数综合处理后反馈给环形加热炉，进而调整各个段温度；
所述智能保温隧道设有两组，一组用于把环形加热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；
所述智能保温隧道的外壳用薄钢板经折边焊接制成，隔墙及内衬由高铝耐火材料制成；加热元件OCr25Al5铁铬铝合金丝绕成螺旋形后穿于隧道内衬上、下、左、右的丝槽中；丝槽与隧道内衬连通，使加热元件直接向隧道内辐射热量；隧道外壳与内衬与炉壳之间砌筑是用硅酸铝纤维毡和硅藻、土砖作保温层；测温用的热电偶通过开偶孔***；
所述管体快速移送装置设有两组，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所述的用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产***，其特征在于：
所述环形加热炉的中径为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；所述高精度机内定心立式菌式穿孔机配备有两台功率为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四台功率为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配备有四台功率为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五台功率为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九台功率为147kW、过载系数为1.6的主电机。
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