CN101825200B

CN101825200B - 一种钛合金tc4热轧管及其制备方法

Info

Publication number: CN101825200B
Application number: CN2009101879015A
Authority: CN
Inventors: 张忠世; 郭淑君; 孙雪梅; 张政宏
Original assignee: DONGGANG CITY DONGFANG HIGH-NEW METAL MATERALS Co Ltd
Current assignee: Zhong Xin hi tech material Limited by Share Ltd
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2029-10-16
Also published as: CN101825200A

Abstract

本发明涉及钛合金，具体说是一种钛合金TC4热轧管及其制备方法，按重量百分比计合金组成为：Ti余量，Al(5.5～6.75)％，V(3.5～4.5)％，Fe≤0.1％，C≤0.1％，N≤0.03％，H≤0.015％，O≤0.15％，；在线加热管坯进行轧制，在线加热温度为600～1200℃保温1～45分钟，每道次变形量为15％～85％，轧制速度(20～90)次/分，轧制1-10次出成品，轧制后的成品采用氧化退火或真空退火，退火后的成品则要再进行碱洗和酸洗或酸洗后水洗，获得产成品。此钛合金管性能中的抗拉强度895～1300MPa，延伸率8～25％，金相组织均匀，消除应力退火和完全再结晶退火的两种金相组织。

Description

一种钛合金TC4热轧管及其制备方法

技术领域

本发明涉及钛合金管及其制备，具体地说是一种TC4热(或温)轧管及其制备方法。

背景技术

随着钛合金的不断发展，越来越需求高强度、高韧性、耐高温和耐腐蚀的钛合金，尤其是钛合金管材需求越来越多，而钛合金管材的加工难度越来越大，钛合金TC4管材大部分应用于油田、核电站、化工等行业，而现在的钛合金TC4管材通常都是板材卷焊的、棒材掏孔的、斜轧穿孔后外车内绞的，目前国内轧制钛合金TC4管材非常难加工，并且没有相应成形的设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合于现代市场需求的钛合金TC4管，用上述方法加工的钛合金TC4管其性能中的抗拉强度达到895～1300MPa，延伸率8～25％.

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种钛合金TC4管，按重量百分比计合金组成为：Al(5.5～6.75)％，V(3.5～4.5)％，Fe≤0.1％，C≤0.1％，N≤0.03％，H≤0.015％，O≤0.15％，Ti余量；

所述钛合金TC4温或热轧管的制备方法：

按重量百分比计合金原料组成为：Al(5.5～6.75)％，V(3.5～4.5)％，Ti余量；按常规方法将上述原料加工成的管坯及半成品管，并控制钛合金TC4中Fe≤0.1％，C≤0.1％，N≤0.03％，H≤0.015％，O≤0.15％，然后进行在线加热管坯进行轧制，在线加热温度为600～1200℃保温1～45分钟；

其TC4温轧管规格为外径

且外径与壁厚之比必须大于2；

在轧此钛合金管材时，管坯或半成品管内外表面添加胶体润滑剂，然后进行轧制，每轧一个道次后必须采用氧化退火或真空退火，退火温度为600～900℃保温1～3小时，每一个道次轧制变形量为15％～85％，轧制速度为20～90次/分；

在轧制最后1或2个道次前必须碱洗和酸洗或酸洗后水洗将氧化皮及缺陷全部修掉，再进行轧制，轧制为1-10道次，轧制完成后的成品采用氧化退火或真空退火，退火的退火温度为600～900℃保温1～3小时，退火后的成品则要再进行碱洗和酸洗或酸洗后水洗，获得产成品。此钛合金TC4温(热)轧管性能中的抗拉强度在(895～1300)MPa，延伸率在(8～25)％，其金相组织均匀，可以达到消除应力退火和完全再结晶退火的两种金相组织，此方法轧制的TC4管材强度高、韧性好、耐高温和耐腐蚀。

在线加热管坯进行轧制时的加热方式为两种，一种是电加热(如：感应加热、电阻加热)，另一种是燃气加热；所述胶体润滑剂为胶体石墨乳或玻璃粉。

半成品坯料如果出现折叠、裂纹等缺陷，则必须将折叠、裂纹等缺陷修掉，对内表面处理，在轧制第一个或第二个道次时，进行内绞单边0～0.8mm；轧制成品前一个道次必须将氧化皮及缺陷全部修掉，酸洗或碱酸洗后再进行轧制，轧制道次最快一个道次就出成品，最慢十个道次出成品。

在轧此钛合金管材过程中，轧制道次为一个道次就出成品时，首先将管坯或半成品管进行氧化退火，退火温度为600～900℃保温1～3小时，退火后碱洗和酸洗或酸洗后水洗将氧化皮及缺陷全部修掉，管坯或半成品管内外表面添加润滑剂，然后进行轧制，轧制变形量为15％～85％，轧制速度为20～90次/分；在轧制时，进行内铰单边0～0.8mm；轧制完成后的成品采用氧化退火或真空退火，退火的退火温度为600～900℃保温1～3小时，退火后的成品则要再进行碱洗和酸洗或酸洗后水洗，获得产成品。

本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：

1.强度高、耐腐蚀：

钛合金TC4冷轧管强度(895～1300MPa)比与TC4成份相近的TA18管(620MPa)高，耐腐蚀性也远远超过TA18管。

2.降低成本，缩短生产周期：

现有钛合金管生产工艺每道轧制后都要进行真空退火，而现在的钛合金TC4温(热)轧管材生产工艺每道都是在线加热保温轧制，轧制变形量大，速度快，这样既降低了电耗成本也缩短了生产周期。

3.成品率高，质量好，性能优：

TC4温(热)轧管比棒材掏孔管成品率高，TC4温(热)轧管利用穿孔管进行轧制，损耗小，成品率高，而棒材掏孔管则需要掏出很多屑废品，损耗大，成品率低，棒材掏孔管只是棒材的质量和性能，而TC4温(热)轧管是在棒材的基础上进行深加工的，则棒材掏孔管的质量、性能远不及TC4温(热)轧管的质量、性能。

4.金相组织好：

TC4温(热)轧管金属内部组织比穿孔管坯外车内绞管要好的多，TC4温(热)轧管在加工过程中，采用在线加热保温进行轧制，变形量大，这样可以使晶粒充分破碎重新组合，使管子内部晶粒组织致密；而穿孔管坯外车内绞管只有将其晶粒组织拔长，所以穿孔管坯外车内绞管金相组织没有TC4温(热)轧管好。

5.使用寿命长：

TC4温(热)轧无缝管先天性组织致密，板材焊接管则在焊缝处有使用疲劳性，容易造成缺口敏感开裂，所以有TC4温(热)轧无缝管比板材焊接管使用寿命长。

6.表面质量好：

钛合金TC4温(热)轧管比挤压的TC4管内外表面质量要好的多，钛合金TC4温(热)轧管内外表面光滑，且无折皱、划痕等缺陷，而挤压的内外表面则不光滑，有划痕。

具体实施方式

本发明是通过现有的设备加上自制研发的专用设备及专用工模具、独特的操作方法和轧制工艺就可以获得新型钛合金TC4温(热)轧管，下面通过实施例详述本发明。

采用在线加热保温轧制法：按常规步骤进行，首先用原料海绵钛、钒铝合金、铝进行配料(按重量百分比计Al 6％，V 4％，Ti余量，将原料混合)，挤压电极，焊接电极，装炉熔炼铸锭，扒皮取样分析，控制钛合金TC4中Fe≤0.1％，C≤0.1％，N≤0.03％，H≤0.015％，O≤0.15％，用铸锭锻造棒料(棒坯)，棒料车光下料，用光棒穿孔成管坯或用光棒掏孔挤压成管坯；

首先将管坯平头，热轧开坯，去油污，内绞，轧制，修刮，酸洗，精轧，平头，成品退火，取样分析，矫直，定尺下料。

下述实施例中的碱洗配比、酸洗重量配比均为

碱洗液(加热熔化后使用)：[85～95％NaOH+15～5％NaNO₃(或KNO₃)]

酸洗液：[30～40％HNO₃+2～10％HF+余量H₂O]

实施例1.

具体制备过程如下：

1.由TC4管坯

管坯内外表面添加石墨乳润滑剂，在线加热950℃保温5分钟，进行轧制，第一道次轧制变形量为53％，轧制速度70次/分，空冷后修刮氧化膜及缺陷.

2.第一道下来的管坯内外表面添加石墨乳润滑剂，在线加热900℃保温6分钟，进行轧制，第二个道次轧制变形量为43％，轧制速度50次/分，空冷后修刮氧化膜及缺陷，单边内绞60道。

3.第二道下来的管坯内外表面添加石墨乳润滑剂，在线加热800℃保温6分钟，进行轧制，第三个道次轧制变形量为42％，轧制成品

轧制速度45次/分，空冷，碱洗后酸洗。

4.成品

氧化退火800℃，2小时，空冷，取样分析其性能实测为Rm990MPa，Rp0.2 825MPa，A 11.5％；

或，成品

真空退火750℃，保温2小时，随炉冷却，取样分析其性能实测为Rm955MPa，Rp0.2 815MPa，A 10％。

实施例2.

具体制备过程如下：

1.由TC4管坯

管坯单边内绞80道，管坯内外表面添加石墨乳润滑剂，在线加热1200℃保温25分钟，进行轧制，第一道次轧制变形量为40.2％，轧出成品

轧制速度60次/分，空冷碱洗后酸洗

3.成品

氧化退火800℃，2.5小时，空冷，取样分析其性能实测为Rm1100MPa，Rp0.2 1010MPa，A 13.5％；

或，成品

真空退火750℃，保温2.5小时，随炉冷却，取样分析其性能实测为Rm1060MPa，Rp0.2 980MPa，A 12％。

实施例3.

具体制备过程如下：

1.由TC4管坯

管坯内外表面添加玻璃粉润滑剂，在线加热800℃保温5分钟，进行轧制，第一道次轧制变形量为65％，轧制速度40次/分，空冷后修刮氧化膜及缺陷，单边内绞50道。

2.第一道下来的管坯内外表面添加玻璃粉润滑剂，在线加热750℃保温8分钟，进行轧制，第二个道次轧制变形量为60％，轧制速度50次/分，空冷后修刮氧化膜及缺陷.

3.第二道下来的管坯内外表面添加玻璃粉润滑剂，在线加热700℃保温10分钟，进行轧制，第三个道次轧制变形量为55％，轧制速度45次/分，空冷后修刮氧化膜及缺陷.

4.第三道下来的管坯内外表面添加玻璃粉润滑剂，在线加热650℃保温20分钟，进行轧制，第四个道次轧制变形量为50％，轧制速度40次/分，空冷，碱酸洗。

5.第四道下来的管坯内表面添加玻璃粉润滑剂，在线加热600℃保温45分钟，进行轧制，第五个道次轧制变形量为47％，轧制成品

轧制速度50次/分，空冷，碱洗后酸洗。

6.成品

氧化退火800℃，2小时，空冷，取样分析其性能实测为Rm905MPa，Rp0.2 836MPa，A 22.5％；

或，成品

真空退火750℃，保温2小时，随炉冷却，取样分析其性能实测为Rm895MPa，Rp0.2 825MPa，A 25％。

实施例4.

具体制备过程如下：

1.由TC4管坯

管坯单边内绞80道，管坯内外表面添加玻璃粉或石墨乳润滑剂，在线加热1200℃保温26分钟，进行轧制，第一道次轧制变形量为23％，轧制速度40次/分，空冷碱洗后酸洗。

2.第一道下来的管坯内外表面添加玻璃粉或石墨乳润滑剂，在线加热930℃保温10分钟，进行轧制，第二个道次轧制变形量为27％，轧制速度45次/分，空冷后修刮氧化膜及缺陷.

3.成品

氧化退火820℃，2.5小时，空冷，取样分析其性能实测为Rm1010MPa，Rp0.2 940MPa，A 12％；

或，成品

真空退火750℃，保温2.5小时，随炉冷却，取样分析其性能实测为Rm1050MPa，Rp0.2 960MPa，A 10％。

Claims

1.一种钛合金TC4热轧管，其特征在于：按重量百分比计，合金组成为：Al(5.5～6.75)％，V(3.5～4.5)％，Fe≤0.1％，C≤0.1％，N≤0.03％，H≤0.015％，O≤0.15％，Ti余量；

具体制备过程为：

按重量百分比计合金原料组成为：Al(5.5～6.75)％，V(3.5～4.5)％，Ti余量；按常规方法将上述原料加工成管坯或半成品管，并控制钛合金TC4中Fe≤0.1％，C≤0.1％，N≤0.03％，H≤0.015％，O≤0.15％，然后在线加热管坯进行轧制，在线加热温度为600～1200℃，保温1～45分钟；

其钛合金TC4热轧管规格为外径

且外径与壁厚之比必须大于2；

在轧此钛合金管材时，管坯或半成品管内外表面添加胶体润滑剂，然后进行轧制，每轧一个道次后必须采用氧化退火或真空退火，退火温度为600～900℃，保温1～3小时，每一个道次轧制变形量为15％～85％，轧制速度为20～90次/分；

在轧制最后1或2个道次前必须碱洗和酸洗或酸洗后水洗将氧化皮及缺陷全部修掉，再进行轧制，轧制为1-10道次，轧制完成后的成品采用氧化退火或真空退火，退火温度为600～900℃，保温1～3小时，退火后的成品则要再进行碱洗和酸洗或酸洗后水洗，获得产成品。

2.一种权利要求1所述钛合金TC4热轧管的制备方法，其特征在于：

其钛合金TC4热轧管规格为外径且外径与壁厚之比必须大于2；

在轧此钛合金管材时，管坯或半成品管内外表面添加胶体润滑剂，然后进行轧制，每轧一个道次后必须采用氧化退火或真空退火，退火温度为600～900℃，保温1～3小时，每一个道次车制变形量为15％～85％，轧制速度为20～90次/分；

3.按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于：在线加热管坯进行轧制时的加热方式为两种，一种是电加热，另一种是燃气加热。

4.按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述胶体润滑剂为胶体石墨乳或玻璃粉。

5.按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于：

在轧此钛合金管材过程中，轧制道次为一个道次就出成品时，首先将管坯或半成品管进行氧化退火，退火温度为600～900℃，保温1～3小时，退火后碱洗和酸洗或酸洗后水洗将氧化皮及缺陷全部修掉，管坯或半成品管内外表面添加胶体润滑剂，然后进行轧制，轧制变形量为15％～85％，轧制速度为20～90次/分；在轧制时，进行内铰单边0～0.8mm；轧制完成后的成品采用氧化退火或真空退火，退火的退火温度为600～900℃，保温1～3小时，退火后的成品则要再进行碱洗和酸洗或酸洗后水洗，获得产成品。

6.按照权利要求2所述的制备方法，其特征在于：管坯或半成品管如果出现缺陷，则必须将缺陷修掉，对内表面处理，在轧制第一个或第二个道次时，进行内绞单边0～0.8mm；轧制成品前一个道次必须将氧化皮及缺陷全部修掉，碱洗和酸洗或酸洗后再进行轧制，轧制道次最快一个道次就出成品，最慢十个道次出成品。