CN101190446A - 一种超长钛或钛合金管的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超长钛或钛合金管的制造方法。超长钛或钛合金管的制造方法依次按照以下步骤进行：钛或钛合金管坯的表面处理；将钛或钛合金管坯制作成钛或钛合金荒管；对钛或钛合金荒管进行轧制，对轧制件进行矫直，其特征在于，将钛或钛合金管坯制作成钛或钛合金荒管工艺过程为：先将钛或钛合金管坯加热至400℃±20℃，再将已加热的钛或钛合金管坯导入加热装置中加热至960℃±30℃后保温1～5分钟后再导入穿孔机进行穿孔制成钛或钛合金荒管。本发明的超长钛或钛合金管的制造方法可以生产12米～16米超长钛或钛合金管，生产成本低、产品质量好，且成产的钛或钛合金管的成品质量高、表面光滑无缺陷、成品收得率高、废品率低。

Description

一种超长钛或钛合金管的制造方法

技术领域

本发明涉及管材的制造方法，特别是涉及一种超长钛或钛合金管的制造方法。

背景技术

我国自跨入二十一世纪以来，钛的生产进入了飞速发展阶段。2001年以前我国钛的生产基本上为2000吨左右，而近5年来海绵钛和钛材产量均连创新高；2005年全国海绵钛年产能力已达13000吨，实际产量为9500吨，全国钛或钛合金锭生产量达1.6万余吨，同比增长37.3％；加工材近1万吨，同比增长17％。尽管钛生产量高速增长，但仍无法满足国内需求，并大量进口。2005年我国进口海绵钛1700余吨，进口加工材5700吨，同比增长35.8％。近几年由于我国电力工业的高速发展，钛管需求突显缺口。2005年我国全国生产钛管1720余吨，但进口却高达2978吨，同比增加101.9％。这一数字充分表明，我国钛管工业已无法适应国家其他工业发展的需求，而核电站等特种行业所需要的高径壁比超长度管材更是无法供应。这个严峻问题主要是由于钛合金的抗高温、高强度、难变形、加工成形难度极大等特点造成的。

有关钛与钛合金管的制造方法，目前有穿孔管坯轧制法、钛或钛合金带材成形焊接法和挤压法。钛或钛合金带材成形焊接法是将钛或钛合金铸坯经多道次工序轧成带材，再进行光亮退火、纵剪分条处理，然后在成形焊管机上进行成形焊接，这样的方法虽然生产成本低，但是由于其有焊缝，因而在重要的使用场合和中高压流体输送管道上就不能使用了，其应用受到限制。挤压法是将钛或钛合金铸坯加热到1100℃以上后，送入挤压机挤压成荒管，后经过多道次的轧制和退火处理再加工制造成成品管材，但由于需要大型的挤压机，而且其成品的内外表面质量也较差，成本较高，而很少被采。而目前比较经常使用的穿孔管坯轧制法制造钛或钛合金管的制造工艺包含以下步骤：钛或钛合金管坯的表面处理；将钛或钛合金管坯制作成钛或钛合金荒管；对钛或钛合金荒管进行轧制；对轧制后的钛或钛合金管轧件进行矫直。在将钛或钛合金管坯制成钛或钛合金荒管的工艺过程就是直接加热钛或钛合金管坯至1000℃保温10分钟后，再进行穿孔制成钛或钛合金荒管。这样的工艺虽然可以以比较少的步骤就制造出钛或钛合金荒管，但是由于在加热、保温和穿孔的过程中均会产生比较严重的“吸气”现象，即钛或钛合金管坯较多地吸入了空气中的氧(O)元素、氮(N)元素、氢(H)元素，则钛或钛合金管坯会因为H元素的含量过高而发生氢脆，会因为O元素和N元素的含量过高而提高钛或钛合金的弹性模量并提高钛的抗拉强度，且在低温应用时钛合金会由于O元素和N元素的含量过高而提高了钛合金的塑-脆转变温度，并进一步增大钛合金的抗拉强度，使得钛或钛合金荒管在后续轧制工艺中比较难进行轧制，容易出现裂纹和开裂。这样就使得钛或钛合金荒管轧制过程中钛或钛合金荒管的拉伸形变量较小，不能生产出12米～16米的高径壁比超长钛或钛合金管。为了解决钛或钛合金管坯在加热、穿孔的过程少吸入空气中的H元素、O元素和N元素的问题，有些企业将钛或钛合金管坯加热、穿孔制成钛或钛合金荒管的整体工艺均设计为在惰性气氛或真空状态下进行，这样虽然避免了吸入H元素、O元素和N元素，但是增加的产生惰性气氛以及制造真空状态均需要一系列的辅助设备，大大增加了生产成本。

发明内容

本发明的是为了解决上述现有技术的不足而完成的发明，本发明的目的是提供一种生产成本低，且能够生产出质量好的高径壁比超长钛或钛合金管的制造方法。

本发明的超长钛或钛合金管的制造方法，依次按照以下步骤进行：钛或钛合金管坯的表面处理；将所述钛或钛合金管坯制作成钛或钛合金荒管；对所述钛或钛合金荒管进行轧制；对轧制后的轧制件进行矫直，其特征在于：将所述钛或钛合金管坯制作成钛或钛合金荒管过程包括：将经过表面处理后的所述钛或钛合金管坯预热至400℃±20℃，然后将预热至400℃±20℃的钛或钛合金管坯导入加热装置中加热至960℃±30℃保温1～5分钟后，再导入穿孔机进行穿孔制成钛或钛合金荒管。

本发明还有以下附加的技术特征：

所述对钛或钛合金管坯自400℃±20℃加热至960℃±30℃分为三个阶段来进行，依次为400℃±20℃～600℃±20℃、600℃±20℃～820℃±20℃和820℃±20℃～960℃±30℃三个阶段，且所述三个加热阶段的加热速度是不同的。

更进一步优选的方案为对所述钛或钛合金管坯在400℃±20℃～600℃±20℃阶段、600℃±20℃～820±20℃阶段和820℃±20℃～960℃±30℃阶段，各阶段内的加热速度是递增的。

对所述钛或钛合金管坯在所述400℃±20℃～600℃±20℃阶段的加热速度为2～3mm/min，在所述600℃±20℃～820℃±20℃阶段的加热速度为3～4mm/min，在所述820℃±20℃～960℃±30℃阶段的加热速度为4～5mm/min。

对所述钛或钛合金管坯的加热分为400℃～600℃、600℃～820℃和820℃～960℃三个阶段来进行。

所述加热装置为斜底感应加热炉。

更进一步所述加热后的钛或钛合金管坯导入穿孔机前，在所述钛或钛合金管坯的前后两端中心处各开设一个定位孔，所述钛或钛合金管坯导入穿孔机后，所述穿孔机的顶头顶入所述定位孔内进行穿孔，制得钛或钛合金荒管。

对所述穿孔后制得的钛或钛合金荒管两端的管口进行内倒角。

本发明的超长钛或钛合金管的制造方法相对于现有技术具有以下优点：

1).由于先将钛或钛合金管坯预热至400℃±20℃再送入加热装置中加热至960℃±30℃后保温1～5分钟再进行穿孔，减少了保温时间使得钛或钛合金管坯从空气中吸入的0元素和N元素减小，制成的钛或钛合金荒管的抗拉强度提高较少，管坯的形变量较大，能够生产12米～16米的超长钛或钛合金管，同时由于直接在空气中进行加热，不需要再添加产生惰性气体和制造真空状态的辅助设备，大大降低了生产成本。

2).分400℃±20℃～600℃±20℃阶段、600℃±20℃～820±20℃阶段和820℃±20℃～960℃±30℃阶段进行加热，且每个阶段的加热速度依次递增，使得钛或钛合金管坯从空气中吸入O元素和N元素的量进一步减小，制成的钛或钛合金管荒管形变较好，能够生产12米～16米超长钛或钛合金管。

3).本发明的工艺方法在加热后穿孔前还设置有：在管坯前后端中心开设定位孔，使得穿孔质量大为提高，保证穿孔后荒管壁厚的均匀性。

4).进一步本发明对穿孔后的荒管两端进行内倒角，减小钛或钛合金材料“缺口敏感性”的影响，并可减小应力集中，进一步保证后续加工出合格的超长钛或钛合金管。

附图说明

图1本发明超长钛或钛合金管的制造方法流程图

图2本发明钛或钛合金管坯制作钛或钛合金荒管过程加热曲线图

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述：

本发明的超长钛或钛合金管的制造方法，依次按照以下步骤进行：

1.对钛或钛合金管坯进行表面处理；

2.将钛或钛合金管坯加工制造为钛或钛合金荒管；

3.对钛或钛合金荒管进行轧制；

4.对轧制后的轧制件进行矫直；

其中步骤1为目前比较常用的步骤，即对钛或钛合金管坯进行切断后将外表皮剥掉，再进行磨修或打磨，使得钛或钛合金管坯表面比较光滑即可，还可以是在车床上进行车加工，只要是能够将钛或钛合金管坯表面的氧化层剥掉并将钛或钛合金管坯表面处理光滑即可。

步骤2是将钛或钛合金管坯制作成钛或钛合金荒管，具体工艺过程为先使用常规的加热方式将钛或钛合金管坯预热至400℃±20℃，将已经预热至400℃±20℃的钛或钛合金管坯导入加热装置中进行加热，至960℃±30℃时保温1～5分钟后再导入穿孔机中进行穿孔。本发明将钛或钛合金管坯预热至400℃±20℃后再加热至960℃±30℃并保温1～5分钟，既是为了保证钛或钛合金管坯的温度可以进行穿孔工艺，又是为了在钛或钛合金管坯的加热过程中，控制从空气中吸入的O元素和N元素的量在比较小的范围之内，防止管坯的抗拉强度的提高，进而在轧制过程中有较高的延伸量，从而实现生产12～16米超长钛或钛合金管的目的。采用这样的方式，减少了O元素和N元素的增加量，保证后续轧制比较容易；而且钛或钛合金管坯是直接在空气中进行加热穿孔，不需要添加辅助的惰性气体设备和制造真空条件的设备，大大降低了生产的成本。进一步优选的是钛或钛合金管坯制作钛或钛合金荒管荒管的加热过程可以分400℃±20℃～600℃±20℃阶段、600℃±20℃～820℃±20℃阶段和820℃±20℃～960℃±30℃阶段三个阶段进行加热，且三个阶段中的加热速度是不相同的。可以是从400℃±20℃至960℃±20℃加热速度均匀增加，也可以是在这三个阶段内各阶段加热速度是递增的，参考图2。优选的是在400℃±20℃～600℃±20℃阶段加热速度为2～3mm/min；在600℃±20℃～820℃±20℃阶段加热速度为3～4mm/min；在820℃±20℃～960℃±30℃阶段加热速度为4～5mm/min。进一步优选的为400℃～600℃加热速度为2～3mm/min；在600℃～820℃阶段加热速度为3～4mm/min；在820℃～960℃阶段加热速度为4～5mm/min。由于在400℃～600℃之间采用较小的加热速度，可以保证钛或钛合金管坯的温度上升比较均匀，且容易形成致密的氧化层作为保护层，保证空气中的O元素和N元素较少进入到钛或钛合金管坯中；当加热的温度大于650℃时氧化层开始变疏松，空气中的O元素和N元素就有可能快速进入管坯中，因此，从600℃±20℃以后的加热阶段需要提高加热速度，当温度到达820℃±20℃以上，氧化层更疏松，气体中的O元素和N元素进入速度更快，因此在温度达到820℃±20℃以后阶段的加热速度更大，需要更快速加热并在达到960℃±30℃后只需保温1～5分钟使管坯温度均匀即可，时间太长，空气中的各不利元素将更多地被吸入钛或钛合金管坯中，时间太短管坯未均匀受热不利于穿孔。请参考表1，使用相同的牌号为TA10，直径为85mm的钛合金管坯各200支分成四组，每组50支在不同的阶段以不同加热速度进行加热并在目标温度960℃±30℃下保温不同的时间，制作钛或钛合金荒管的实施例。

表1各组不同阶段加速度及最终保温时间表

	400℃～600℃	600℃～820℃	820℃～960℃	960℃保温
					第一组	2.6mm/min	3.6mm/min	4.8mm/min	4min
第二组	2.5mm/min	3.4mm/min	4.6mm/min	3.5min
					第三组	2.3mm/min	3.2mm/min	4.2mm/min	3.5min
第四组	3mm/min	3mm/min	3mm/min	10min

经过对上述的四组按照1表进行加热的钛合金管坯进行分析得到下述试验结果：

第一组：表面氧化层致密，无孔状，O元素增加0.01％，N元素增加0.001％；

第二组：表面氧化层致密，无孔状，O元素增加0.011％，N元素增加0.00015％；

第三组：表面氧化层致密，但比较粗糙，O元素增加0.025％，N元素增加0.005％；

第四组：表面粗糟，有针孔状，O元素增加0.1％，N元素增加0.01％；

这四组钛合金管坯中H、Fe、C等元素的含量均无增加。

从上述这些试验数据可以看出，采用优选的方式进行加热可以在钛或钛合金管坯的表面形成致密的氧化层，而O元素与N元素的增加量仅为第四组的加热方式O元素和N元素增加量的10％，有效地保护管坯在后续工艺中抗拉强度不增加，从能够实现生产12米～16米长的超长钛或钛合金管。

本发明的超长钛或钛合金管的制造方法，进一步优选的是加热装置为斜底感应加热炉。使用斜底感应加热炉的优点是加热温度精度可以控制在±5℃之内，有效保证温度上升的速度。比现有的使用燃烧热脏煤气加热，斜底感应加热炉具有保证少吸氢、氧、氮，使得穿孔后管坯的内外表面均比较光滑，达到穿孔零缺陷，即无折叠，无内外裂纹、无大螺纹，方便后续制造工艺的进行。

另外步骤2中还包括对加热至目标温度保温1～5分钟后的钛或钛合金管坯进行穿孔。优选的技术方案为在加热后的钛或钛合金管坯的前后两端中心位置处各开设一个定位孔后，将钛或钛合金管坯导入穿孔机进行穿孔。穿孔过程中位于穿孔机中的顶头顶入钛或钛合金管坯一端的定位孔内，顶头在与其配合使用的顶杆的作用下高速旋转对钛或钛合金管坯进行穿孔。在钛或钛合金管坯的一端中心设置定位孔的作用是方便顶头与管坯中心定位，有利于顶头进行穿孔，而在钛或钛合金管坯另一端中心位置设置定位孔的优点是：开设定位孔处应力较小，在打孔的过程中顶头会自动寻找应力最小点进行穿孔，避免出现明显的偏心现象发生，造成穿孔后壁厚不均匀，进而避免因壁厚不均而需要切掉的荒管的部分较大，造成钛或钛合金管坯原材料的浪费，同时避免缩短制造钛或钛合金荒管的长度。因为如果不将壁厚不均匀的部分切除则会造成后续轧制过程中因钛或钛合金荒管壁厚不均匀和产生裂纹的情况发生。使用牌号TA10、直径为85mm、壁厚为8mm的钛合金管坯共200支分两组进行穿孔，一组钛合金管坯两端的管口中心均设有定位孔，另一组只是在钛合金管坯的穿入端管口设置定位孔，分别进行穿孔后两端设置定位孔的收得率为98％，而仅一端设置定位孔的收得率为93％，收得率较低原因主要为壁厚不均匀导致需要切掉较多部分，即两端设置定位孔的收得率提高5％。

本发明的超长钛或钛合金管的制造方法，在钛或钛合金荒管进行轧制前还可以将钛或钛合金荒管导入倒角机对钛或钛合金荒管两端管口进行内倒角。由于钛或钛合金管屈强比为0.85，比较高，缺口敏感性较强，进行内倒角的优点是内倒角后管口的应力较小，比较容易咬入，不会产生裂缝和缺口，在后续对钛或钛合金荒管进行轧制时荒管端部不易开裂，提高超长钛或钛合金管成品收得率、降低废品率。

步骤3对钛或钛合金荒管进行轧制，包括轧制开坯和精轧两个过程。这一步骤采用目前比较通用的工艺方式即可。目前通用的工艺方式为将钛或钛合金荒管导入轧机中进行第一道次的轧制开坯，对轧制后的钛或钛合金管进行除油酸洗，然后进行平头或切断工艺处理，再对轧制件进行表面处理、退火然后进行检验修磨。如果检验修磨后未达到需要的长度和壁厚，还可返回去按照第一道次的步骤进行第二道次、第三道次等若干道次的轧制，直至达到工艺设计的管长和壁厚要求。如果轧制后达到需要的长度和壁厚，则检验修磨后直接进行精轧，精轧后再除油酸洗、切断平头、表面处理、退火后进行修磨检验即完成整个轧制过程。在这一对钛或钛合金荒管进行轧制步骤中，在轧制前需要在钛或钛合金荒管外表面喷涂或涂覆有润滑剂，以便轧制过程中在钛或钛合金荒管与轧机的轧锟之间起润滑作用，而每个道次轧制后进行除油酸洗的目的一是除去润滑剂，二是将在轧机中轧制过程中形成的氧化层除去，避免氧化层对后续工艺和产品最终的质量造成影响。请参考表1，使用牌号为TA10、直径为85mm的钛合金管坯，经过多道次的轧制生产外径为50.8mm，壁厚为0.899mm，长度为12.2米的超长钛合金管。参考表2，在生产钛或钛和金管的过程中，根据需要的成品的钛及钛合金管的长度和壁厚选择轧制道次的数目。

表2生产超长钛合金管的工艺步骤

步骤3轧制开坯过程中的平头或切断，请参考表2，是在每一个道次轧制完成之后，根据需要轧制出的成品长度和壁厚选择或者是将钛或钛合金荒管的两端部切平直，去掉壁厚不均匀的管断部，或者是将轧制的钛或钛合金荒管切断为两根后再进行下一道次的轧制，如表2中的第四道次的轧制后将轧制后的钛或钛合金荒管切断为两根，方便下一道次的轧制，才能最终产生长度为12.28米，壁厚为0.899mm的超长钛合金管。步骤3中轧制开坯和精轧的退火和检验修磨均是所有钛或钛合金管轧制过程中均有的步骤，采用现有技术中常规的退火方法即可。

本发明超长钛或钛合金管的制造方法，步骤4中的矫直就是目前通用的将精轧工艺处理后的钛或钛合金管导入立式矫直机或者是卧式矫直机上进行矫直的工艺方法。

当然，上述实施例仅供说明本发明之用，并非对本发明的限制。本领域的普通技术人员，在不脱离本发明精神和范围的指引下，还可以作出各种等效的变形和变换。因此所有等同的技术方案皆属于本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超长钛或钛合金管的制造方法，依次按照以下步骤进行：钛或钛合金管坯的表面处理；将所述钛或钛合金管坯制作成钛或钛合金荒管；对所述钛或钛合金荒管进行轧制；对轧制后的轧制件进行矫直，其特征在于：将所述钛或钛合金管坯制作成钛或钛合金荒管过程包括：将经过表面处理后的所述钛或钛合金管坯预热至400℃±20℃，然后将预热至400℃±20℃的钛或钛合金管坯导入加热装置中加热至960℃±30℃保温1～5分钟后，再导入穿孔机进行穿孔制成钛或钛合金荒管。

2.根据权利要求1所述的超长钛或钛合金管的制造方法，其特征在于：所述对钛或钛合金管坯自400℃±20℃加热至960℃±30℃分为三个阶段来进行，依次为400℃±20℃～600℃±20℃、600℃±20℃～820℃±20℃和820℃±20℃～960℃±30℃三个阶段，且所述三个加热阶段的加热速度是不同的。

3.根据权利要求2所述的超长钛或钛合金管的制造方法，其特征在于：对所述钛或钛合金管坯在400℃±20℃～600℃±20℃阶段、600℃±20℃～820±20℃阶段和820℃±20℃～960℃±30℃阶段，各阶段内的加热速度是递增的。

4.根据权利要求2或3所述的超长钛或钛合金管的制造方法，其特征在于：对所述钛或钛合金管坯在所述400℃±20℃～600℃±20℃阶段的加热速度为2～3mm/min，在所述600℃±20℃～820℃±20℃阶段的加热速度为3～4mm/min，在所述820℃±20℃～960℃±30℃阶段的加热速度为4～5mm/min。

5.根据权利要求2或3所述的超长钛或钛合金管的制造方法，其特征在于：对所述钛或钛合金管坯的加热分为400℃～600℃、600℃～820℃和820℃～960℃三个阶段来进行。

6.根据权利要求1、2、3任一所述的超长钛或钛合金管的制造方法，其特征在于：所述加热装置为斜底感应加热炉。

7.根据权利要求1、2、3任一所述的超长钛或钛合金管的制造方法，其特征在于：所述加热后的钛或钛合金管坯导入穿孔机前，在所述钛或钛合金管坯的前后两端中心处各开设一个定位孔，所述钛或钛合金管坯导入穿孔机后，所述穿孔机的顶头顶入所述定位孔内进行穿孔，制得钛或钛合金荒管。

8.根据权利要求4所述的超长钛或钛合金管的制造方法，其特征在于：所述加热后的钛或钛合金管坯导入穿孔机前，在所述钛或钛合金管坯的前后两端中心处各开设一个定位孔，所述钛或钛合金管坯导入穿孔机后，所述穿孔机的顶头顶入所述定位孔内进行穿孔，制得钛或钛合金荒管。

9.根据权利要求7所述的超长钛或钛合金管的制造方法，其特征在于：对所述穿孔后制得的钛或钛合金荒管两端的管口进行内倒角。

10.根据权利要求8所述的高径壁比超长钛或钛合金管的制造方法，其特征在于：对所述穿孔后制得的钛或钛合金荒管两端的管口进行内倒角。

Images