CN101086056A - 钛无缝管材的快速退火方法 - Google Patents

Abstract

一种钛无缝管材的快速退火方法，其实现步骤是：将钛管逐根、顺次送入中频感应退火炉中，在穿过中频感应退火炉时，快速升温至再结晶温度以上，抑制“恢复”过程，快速完成再结晶，然后快速冷却到室温，抑制“晶粒长大”和高温氧化。每根钛管仅需几分钟即可完成升温、保温和冷却。本发明解决了背景技术中生产效率低、成本高的技术问题。本发明可实现全自动控制，适用于各种长度管材的退火，大、小批量生产均可。产品组织好，性能优。

Description

钛无缝管材的快速退火方法

技术领域

本发明涉及一种金属管材加工过程中的退火方法，具体涉及一种钛无缝管材的快速退火方法。

背景技术

钛及钛合金管材在轧制或拉拔等冷加工过程中会发生加工硬化，进一步加工前一般需要在600℃～800℃的高温下进行退火，以消除其内应力，恢复管材的加工塑性，利于减径、减壁等进一步加工，达到所需要的尺寸。成品管材大多是软态或半硬状态，使用前需要完全退火以进行再结晶或不完全退火以消除内应力。

由于钛及其合金在高温下化学活性强，会与空气或加热气氛中的氧、氮、氢等气体成分发生作用，也会与管材表面的加工润滑剂、油污等发生作用，使钛及钛合金管材表面吸气或氧化，损害钛管的性能。为此，长期以来，钛及钛合金管材的退火均在真空电阻退火炉或惰性气体保护炉中进行。真空电阻退火炉又分为内热式和外热式退火炉。

传统的真空电阻炉退火技术较成熟，在工业生产中采用时，一般是将一批几十至几百根的钛管同时装入真空电阻退火炉中，抽真空后将炉温升至钛及钛合金的再结晶温度，保温1小时，然后冷却到200℃以下出炉。其主要存在以下缺点：

1.生产效率低。

由于钛的导热率比较低，采用电阻炉进行间接加热，真空中主要靠热辐射传热，热传导速度非常慢。

退火过程：预抽真空需要1小时；管材升温至少需要2小时以上；保温1小时；冷却是钛管与退火炉一起降温，一般需要15～20以上。因此，退火一炉管材一般需要20～30小时。若通入惰性气体强制冷却，退火一炉管材也需要10小时以上。

常用规格的钛管在加工中往往需要进行3～5次真空退火，漫长的退火周期已成为制约钛管生产的一个重要因素。

2.成本高。

(1)退火工序中能耗高，一是升温、保温、冷却过程中，管材要消耗热能，水冷炉壳也要消耗热能；二是庞大的真空机组耗电量较大，同时耗水量也很大，导致运行成本高。

(2)满足真空作业条件的退火炉，体积庞大、结构复杂，设备投资高。

(3)钛及其合金在高温下易与钛管表面的润滑剂、油污等发生作用，钛管在退火炉内的高温状态下持续时间较长，为防止钛管与污染物作用及防止油污高温分解后污染炉膛，真空退火前必须对钛管进行严格的清洗，为此，每次退火前管材表面除了进行除油处理外，还需消耗大量的酸液进行酸洗，工序繁琐，且增加了生产成本。

(4)通入惰性气体强制冷却，虽然可提高部分生产效率，减少能耗，但氩气价格较贵，增加了物耗成本。

3.适用范围小，局限性大。

(1)真空退火炉生产成本高，一般要待加工管材达到一定数量之后才开炉，仅适用于大批量的连续生产。

(2)由于退火炉的炉室是封闭的，其长度有限，因此，加工处理管材的长度受限。

4.管材质量存在一定问题。

(1)一致性差。真空退火时，由于炉内温度分布不均匀，位于炉边部与炉中心、炉两端的管材受热的温度与时间均有较大差异，因此，同炉管材性能的一致性差。由于退火操作不通和各炉装料不同，各炉次退火的管材也常有较大差异，管材性能的波动大，稳定性差。

(2)产品组织、性能相对较差。钛管长时间缓慢升温，储存在钛晶格中的形变能被逐渐消耗掉，再结晶的形核能力减弱，退火后的晶粒较粗大，导致产品的强度及塑性相对较低。

5.设备占地面积大；真空机组产生的噪音污染严重。

6.设备维护不便。当发热体和隔热屏等部件出现问题时，工作人员必须钻进狭窄的炉膛内进行维修，操作很困难，检修周期长，检修成本高。

一种三室退火炉，中间为升温、保温室，两端为预抽真空装料/冷却室。两端的预抽真空装料/冷却室交替工作，虽在一定程度上提高了真空退火炉的利用率，但由于受冷却工序的制约，仍存在传统真空电阻炉退火的缺陷。此外，其设备体积更庞大，设备成本更高，难于推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛无缝管材的快速退火方法，以解决了背景技术中生产效率低，成本高的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种钛无缝管材的快速退火方法，其特殊之处在于：该方法的实现步骤包括

1)上料：将管材逐根、沿轴向、顺次送入中频感应退火炉中；

2)在中频感应退火炉中进行退火：

(1)管材升温：管材由中频感应退火炉的升温段穿过，30～60秒内升温至高于管材的再结晶温度；

(2)管材保温：管材由中频感应退火炉的保温段穿过，使管材温度维持在退火温度，保温2～6分钟，进行再结晶或消除应力退火；

3)出料，快速冷却：管材脱离中频感应退火炉后，进行快速冷却。

上述管材升温以通过感应电流直接加热管材为佳。

上述管材保温可通过感应电流加热管式炉，使管材间接加热。

上述中频感应退火炉频率的确定条件是管材的透热深度与管材的壁厚相应。

上述管材上料、穿过中频感应退火炉及出料的速度以同步且连续为佳。

上述管材的上料、穿过中频感应退火炉及出料的速度一般在0.1～10m/s范围内。

上述管材的上料、穿过中频感应退火炉及出料以采用压迫式传动为佳。

上述快速冷却可采用水冷或气冷。以水冷为佳，冷却速度较快。

上述上料之前，宜用金属清洗剂对管材除油，并凉干。

本发明具有以下优点：

1.生产效率高。

(1)利用感应电流的集肤效应，采用中频感应电流对钛管壁直接加热，管材升温速度非常快。

(2)钛管动态连续退火，即一根根钛管连续通过加热区，进行快速退火，每根钛管退火时间仅需几分钟，每根钛管的退火时间缩短了99％以上。退火φ63×6mm管材时，钛管退火的生产效率可达到300～1000kg/h或更高。

2.能耗、水耗小，运行成本低。

(1)节省投资。退火在大气中进行，省去了真空系统及庞大的水冷双层炉体，退火设备结构简单，设备投资小，单位产能的投资约为真空退火炉的1/40。

(2)节能。钛管升温快，受热均匀，而无需长期保温；炉体流失的热量少，又省去了真空泵，故耗电量大幅度减少。

(3)节水、节酸、节油。快速退火，管材退火前只需要进行除油处理，而不必进行酸洗，表面处理简单，省去了酸洗工序，节省了大量酸液。退火时不消耗真空泵油。

3.管材质量一致性好。

通过自动控制系统控制退火，每根管材的退火温度、退火时间完全相同，不受炉内位置差异的影响，工艺重现性和产品一致性都非常好。

4.产品的组织与性能优。

快速退火使管材的晶粒细小而均匀，晶粒度优于真空退火管材2个等级以上，强度及塑性均较高，产品性能明显优于真空退火管材。

5.设备占地面积小，噪音小。退火工艺实现全自动控制，适用于各种长度管材的退火，大小批量生产均适用。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

本发明的技术原理是：

利用中频感应加热的“集肤效应”，将钛管壁温度迅速提升到钛的再结晶温度以上，抑制冷加工金属升温时的“回复”过程，瞬间集中释放冷加工时储存在金属中的形变能，获得高密度的再结晶核心和高的固态相变速率，快速完成再结晶过程；然后将钛管材速冷至室温，抑制“晶粒长大”和“高温氧化”过程，将通常在真空退火时要在几百到上千分钟完成后的退火过程在几分钟内完成，从而获得细晶组织和优良的机械性能，并在管材表面形成一层既有一定加工润滑作用又容易酸洗去除的氧化膜。本发明通过快速升温、快速完成再结晶，使钛管质优而成本低。快速是本发明技术的核心，具体是通过感应电流直接加热单根钛管来实现的。

参见图1，本发明实施例的实现步骤如下：

1.用金属清洗剂将钛管除油、凉干，预先排放于储料架上。

2.上料：将钛管逐根、沿轴向、顺次送入中频感应退火炉中。

3.在中频感应退火炉中进行退火：

(1)钛管快速升温：钛管由中频感应退火炉的升温段穿过，通过感应电流直接加热，30～60秒内升温至高于钛管的再结晶温度。钛管的再结晶温度一般为600～800℃。

(2)钛管保温：钛管由中频感应退火炉的保温段穿过，通过感应电流加热管式炉间接加热，使钛管温度维持在退火温度，保温2～6分钟，进行再结晶或消除应力退火。

中频感应退火炉频率大小的确定条件是钛管的透热深度大致与钛管的壁厚相应。即透热深度可大于钛管壁厚，与钛管壁厚相同，也可略小于钛管壁厚，就可确保钛管壁整体受热均匀。

感应电流的大小可由红外测温仪和电路控制系统自动控制。

4.出料，快速冷却：钛管脱离中频感应退火炉后，温度仍很高，会继续氧化，为缩短钛管在高温下暴露于大气中的时间，减少出炉后钛管的氧化，需要进行强制冷却。水冷冷却较快，故以水冷为佳。也可采用气冷，对较短的管材还可以自然冷却。

管钛上料、穿过中频感应退火炉及出料的速度同步且连续，速度一般为0.1～10m/s。钛管的上料、穿过中频感应退火炉及出料可采用压迫式传动。

Claims (9)

1.一种钛无缝管材的快速退火方法，其特征在于：该方法的实现步骤包括

1)上料：将管材逐根、沿轴向、顺次送入中频感应退火炉中；

2)在中频感应退火炉中进行退火：

(1)管材升温：管材由中频感应退火炉的升温段穿过，30～60秒内升温至高于管材的再结晶温度；

(2)管材保温：管材由中频感应退火炉的保温段穿过，使管材温度维持在退火温度，保温2～6分钟，进行再结晶或消除应力退火；

3)出料：管材脱离中频感应退火炉后，进行快速冷却。

2.根据权利要求1所述的钛无缝管材的快速退火方法，其特征在于：所述的管材升温是通过感应电流直接加热管材。

3.根据权利要求1或2所述的钛无缝管材的快速退火方法，其特征在于：所述的管材保温是通过感应电流加热管式炉，使管材间接加热。

4.根据权利要求3所述的钛无缝管材的快速退火方法，其特征在于：所述中频感应退火炉频率的确定条件是管材的透热深度与管材的壁厚相应。

5.根据权利要求4所述的钛无缝管材的快速退火方法，其特征在于：所述管材上料、穿过中频感应退火炉及出料的速度同步且连续。

6.根据权利要求5所述的钛无缝管材的快速退火方法，其特征在于：所述管材上料、穿过中频感应退火炉及出料的速度为0.1～10m/s。

7.根据权利要求5所述的钛无缝管材的快速退火方法，其特征在于：所述管材的上料、穿过中频感应退火炉及出料均为压迫式传动。

8.根据权利要求7所述的钛无缝管材的快速退火方法，其特征在于：所述的快速冷却为水冷或气冷。

9.根据权利要求8所述的钛无缝管材的快速退火方法，其特征在于：所述的上料之前，先用金属清洗剂对管材除油，然后凉干。

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