CN102031417A

CN102031417A - 一种钼镍合金钛管及其制备方法

Info

Publication number: CN102031417A
Application number: CN 201010608969
Authority: CN
Inventors: 杨永福; 杨亚社; 韦佩; 董宏军; 南莉; 罗登超
Original assignee: WESTERN TITANIUM TECHNOLOGIES Co Ltd
Current assignee: WESTERN TITANIUM TECHNOLOGIES Co Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2011-04-27

Abstract

本发明公开了一种钼镍合金钛管及其制备方法，以质量分数计，钼镍合金钛管所包含的各组分为：Mo：0.10～0.20％，Ni：0.20～0.60％，Fe：0～0.06％，C：0～0.05％，N：0～0.03％，O：0～0.10％，H：0～0.015％，Si：0～0.01％，其余为Ti。本发明提供的钼镍合金钛管，通过在加入少量的Mo和Ni对金属进行强化，从而可以在保证管材塑性较高的条件下得到强度达到Gr.3相同级别的钛管，达到强韧化的目的。然而，少量的Mo和Ni的添加对制备钛管材当中材料的成本影响很小。

Description

一种钼镍合金钛管及其制备方法

技术领域

本发明属于钛及钛合金钛管技术领域，特别涉及一种钼镍合金钛管及其制备方法。

背景技术

钛及钛合金的牌号很多，目前GB/T3620中纯钛的牌号有TA1、TA2、TA3、TA4四个牌号，其化学成分和力学性能与美国ASTM标准的Gr.1、Gr.2、Gr.3、Gr.4基本相同。而钛合金按组织状态可分为α合金、β合金及α+β合金。

人们根据金属强度级别将纯钛划分成四个牌号，而造成强度差异的原因是因为金属中的杂质元素的含量不同。碳、氧、氮、氢、铁、硅等元素是由原料或冶炼加工过程中带入的，一般称为杂质元素，这些元素可使钛及钛合金强度提高，塑性下降，甚至使断裂韧性、低温韧性、疲劳性能、耐蚀性、冷成型性和可焊性等变坏，因此，在钛及钛合金中，对杂质元素都规定了它的最高允许含量。间隙元素氮、氧、碳对钛的强化效果按氮、氧、碳的顺序递减。在实际生产过程中，是通过控制氧的含量来控制纯钛的强度级别的，由此可知在强度级别较高的纯钛中，氧既是一个杂质元素，也是一个重要的强化元素。

为了确保钛材要求的强度性能，对强化元素不仅需要规定最大含量，而且同时需规定最小含量，例如Gr.1的氧含量为0.12-0.20％，Gr.2的氧含量为0.18-0.25％，Gr.3的氧含量为0.25-0.35％，Gr.4的氧含量为0.35-0.40％等等。一般情况下，钛材的原料海绵钛中氧的含量较低，直接熔炼可以得到Gr1，为了得到较高强度级别的Gr.2、Gr.3、Gr.4钛材，钛材生产企业往往是通过增氧措施来实现的，增氧的方法是通过控制真空炉熔炼时炉内气氛或者直接在海绵钛中加入TiO₂。

采用氧作为强化元素简单易行，但氧含量大于0.25时，会使钛材的塑性大幅下降，对材料的冷加工性能影响较大，所以经过氧强化的钛材如Gr.3、Gr.4往往仅适用于热加工生产的板材和棒材。

然而，钛管生产目前普遍采用冷轧工艺，其塑性变形过程和板材及棒材存在明显差异：首先要求材料具有较高的塑性变形能力，一般材料的延伸率应大于20％，所以适合钛管生产的材料在纯钛中有TA1、TA2，在钛合金中有少量的耐蚀钛合金如TA9、TA10等。其次管材的径厚比γ(厚度和直径的比值)也是影响冷轧工艺的重要因素，γ大于0.1时称为厚壁管，厚壁管轧制时容易产生开裂，包括微小的裂纹和贯穿性裂纹。

在化工行业某些高温高压场合，需要纯钛管的强度达到Gr.3、Gr.4等较高级别，同时，为了保证管材足够的耐压能力，管材的壁厚往往较大，如上所述，冷轧管的生产难度随钛材强度级别的提高以及径厚比γ的增大而增大，所以高强厚壁管的生产将更加困难，产品的成品率很低，厚壁高强纯钛管的生产是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种钼镍合金钛管及其制备方法，该钼镍合金钛管具有低氧、低铁和高强、高抗腐蚀性的优点，可替代TA3(GB/T3624)或者Gr.3(ASTM B338)管材。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种钼镍合金钛管，以质量分数计，所包含的各组分为：Mo：0.10～0.20％，Ni：0.20～0.60％，Fe：0～0.06％，C：0～0.05％，N：0～0.03％，O：0～0.10％，H：0～0.015％，Si：0～0.01％，其余为Ti。

所述的Mo与Ni的质量比为1∶2.5～3。

所述的Mo和Ni的含量为Mo：0.15％，Ni：0.40％。

一种钼镍合金钛管的制备方法，包括以下步骤：

1)在海绵钛中加入Mo和Ni，使得Mo的质量分数达到0.10～0.20％，Ni的质量分数达到Ni：0.20～0.60％，压制成真空熔炼用的合金电极；

2)将制备好的合金电极在0.1～1.0Pa之间于2400～2800℃熔炼2.0～5.0h，在真空中冷却3.0～5.0h后，取出铸锭，去除表面污染物和氧化皮，得到熔炼后的合金铸锭；

3)将合金铸锭锻造加工成棒坯，然后将棒坯挤压成管坯；

4)采用冷轧工艺将管坯轧制成管材，得到钼镍合金钛管。

所述的海绵钛的含钛质量分数不低于99％。

所述的Mo以Ti-Mo合金的形式加入，Ni以镍条或Ti-Ni合金的形式加入。

所述的加入的Mo与Ni的质量比为1∶2.5～3。

所述的去除表面污染物和氧化皮之后，在0.1～1.0Pa之间于2400～2800℃多次熔炼，每次熔炼时间为2.0～5.0h，每次熔炼之后均去除表面污染物和氧化皮。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供的钼镍合金钛管，通过在加入少量的Mo和Ni对金属进行强化，从而可以在保证管材塑性较高的条件下得到强度达到Gr.3相同级别的钛管，达到强韧化的目的。然而，少量的Mo和Ni的添加对制备钛管材当中材料的成本影响很小。

本发明采用提高钛材耐蚀性的合金元素Mo和Ni对金属进行强化，与现有采用增氧的方式提高钛材的强度相比，在提高钛材强度的同时，所制备的钛材在还原性介质中耐蚀性明显的提高。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例1规格为Φ19×2.77的钛管材的制备具体为：

1)制备合金电极

按照Ti-Mo(0.15％)-Ni(0.4％)的合金组成比例，以1级海绵钛作为基本原料，Mo以Ti-25Mo(Mo含量为25％)合金的形式加入，Ni以镍条或Ti-Ni合金的形式加入；将海绵钛与所需要的Ti-25Mo合金充分混合均匀，将混合好的海绵钛在油压机机上压制成真空熔炼用的电极块，并在真空焊箱中将单个的电极块焊接成一整根电极；再将所需要的纯镍板条，Ti-Ni合金丝或条捆绑在焊接好的电极上，完成合金电极的制备。

2)熔炼合金铸锭

将制备好的合金电极装入真空自耗电弧炉进行熔炼(在0.5Pa于2400℃熔炼5.0h)，得到一次铸锭，铸锭外表面经过车床扒皮去除熔炼过程中形成杂质，然后相同条件下在真空自耗电弧炉上进行重熔得到二次铸锭，扒皮去除表面污染物和氧化皮，再经过探伤、去除冒口及熔炼缺陷、化学分析(控制Mo、Ni及杂质元素)，得到熔炼后的合金铸锭。

3)管坯制备

将合金铸锭锻造并加工成Φ145挤压棒坯，然后在挤压机上挤压成Φ45×6的管坯，经过去铜皮酸洗、检验等工序得到合格的管坯。

4)冷轧制备管材

采用冷轧工艺，利用型号LG、LD的冷轧机进行轧制，依次采用酸洗-退火-轧制工艺得到Φ19×2.77的成品钼镍合金钛管。

成品管材的检验项目包括外观质量、尺寸、力学性能、超声波探伤、涡流探伤、扩口、压扁、水压试验、气压试验等。

所制备的成品管材的化学成分，及其与TA3性能的力学性能比较结果如表1所示：

表1新合金管材与TA3的化学成分和力学性能比较分析

实施例2规格为Φ19×2.77的钛管材的制备具体为：

1)制备合金电极

按照Ti-Mo(0.20％)-Ni(0.50％)的合金组成比例，以1级海绵钛作为基本原料，Mo以Ti-25Mo(Mo含量为25％)合金的形式加入，Ni以镍条的形式加入；将海绵钛与所需要的Ti-25Mo合金充分混合均匀，将混合好的海绵钛在油压机上压制成真空熔炼用的电极块，并在真空焊箱中将单个的电极块焊接成一整根电极；再将所需要的纯镍板条捆绑在焊接好的电极上，完成合金电极的制备。

2)熔炼合金铸锭

将制备好的合金电极装入真空自耗电弧炉进行熔炼(在0.1Pa于2800℃熔炼3.0h)，得到一次铸锭，铸锭外表面经过车床扒皮去除熔炼过程中形成杂质，然后相同条件下在真空自耗电弧炉上进行重熔得到二次铸锭，扒皮去除表面污染物和氧化皮，再经过探伤、去除冒口及熔炼缺陷、化学分析(控制Mo、Ni及杂质元素)，得到熔炼后的合金铸锭。

3)管坯制备

4)冷轧制备管材

成品管材的力学性能与TA3管材性能相当，以质量分数计，Mo含量为～0.20％，Ni的含量为0.50％，其余含量按照ASTMB338标准。

实施例3

1)制备合金电极

按照Ti-Mo(0.12％)-Ni(0.36％)的合金组成比例，以1级海绵钛作为基本原料，Mo以Ti-25Mo(Mo含量为25％)合金的形式加入，Ni以Ti-Ni合金丝的形式加入；将海绵钛与所需要的Ti-25Mo合金充分混合均匀，将混合好的海绵钛在油压机上压制成真空熔炼用的电极块，并在真空焊箱中将单个的电极块焊接成一整根电极；再将所需要的Ti-Ni合金丝捆绑在焊接好的电极上，完成合金电极的制备。

2)熔炼合金铸锭

将制备好的合金电极装入真空自耗电弧炉进行熔炼(在1.0Pa于2400℃熔炼1.0h)，得到一次铸锭，铸锭外表面经过车床扒皮去除熔炼过程中形成杂质，然后相同条件下在真空自耗电弧炉上进行重熔得到二次铸锭，扒皮去除表面污染物和氧化皮，再经过探伤、去除冒口及熔炼缺陷、化学分析(控制Mo、Ni及杂质元素)，得到熔炼后的合金铸锭。

3)管坯制备

4)冷轧制备管材

成品管材的力学性能与TA3管材性能相当，以质量分数计，Mo含量为～0.12％，Ni的含量为0.36％，其余含量按照ASTMB338标准。

实施例4

1)制备合金电极

按照Ti-Mo(0.10％)-Ni(0.25％)的合金组成比例，以1级海绵钛作为基本原料，Mo以Ti-25Mo(Mo含量为25％)合金的形式加入，Ni以Ti-Ni合金丝的形式加入；将海绵钛与所需要的Ti-25Mo合金充分混合均匀，将混合好的海绵钛在油压机上压制成真空熔炼用的电极块，并在真空焊箱中将单个的电极块焊接成一整根电极；再将所需要的Ti-Ni合金丝捆绑在焊接好的电极上，完成合金电极的制备。

2)熔炼合金铸锭

将制备好的合金电极装入真空自耗电弧炉进行熔炼(在0.60Pa于2500℃熔炼1.5h)，得到一次铸锭，铸锭外表面经过车床扒皮去除熔炼过程中形成杂质，然后相同条件下在真空自耗电弧炉上进行重熔得到二次铸锭，扒皮去除表面污染物和氧化皮，再经过探伤、去除冒口及熔炼缺陷、化学分析(控制Mo、Ni及杂质元素)，得到熔炼后的合金铸锭。

3)管坯制备

4)冷轧制备管材

成品管材的力学性能与TA3管材性能相当，以质量分数计，Mo含量为～0.10％，Ni的含量为0.25％，其余含量按照ASTMB338标准。

实施例5

1)制备合金电极

按照Ti-Mo(0.16％)-Ni(0.60％)的合金组成比例，以1级海绵钛作为基本原料，Mo以Ti-25Mo(Mo含量为25％)合金的形式加入，Ni以Ti-Ni合金条的形式加入；将海绵钛与所需要的Ti-25Mo合金充分混合均匀，将混合好的海绵钛在油压机上压制成真空熔炼用的电极块，并在真空焊箱中将单个的电极块焊接成一整根电极；再将所需要的Ti-Ni合金条捆绑在焊接好的电极上，完成合金电极的制备。

2)熔炼合金铸锭

将制备好的合金电极装入真空自耗电弧炉进行熔炼(在0.80Pa于2600℃熔炼2.0h)，得到一次铸锭，铸锭外表面经过车床扒皮去除熔炼过程中形成杂质，然后相同条件下在真空自耗电弧炉上进行重熔得到二次铸锭，扒皮去除表面污染物和氧化皮，再经过探伤、去除冒口及熔炼缺陷、化学分析(控制Mo、Ni及杂质元素)，得到熔炼后的合金铸锭。

3)管坯制备

4)冷轧制备管材

成品管材的力学性能与TA3管材性能相当，以质量分数计，Mo含量为～0.16％，Ni的含量为0.60％，其余含量按照ASTMB338标准。

Claims

1.一种钼镍合金钛管，其特征在于，以质量分数计，所包含的各组分为：Mo：0.10～0.20％，Ni：0.20～0.60％，Fe：0～0.06％，C：0～0.05％，N：0～0.03％，O：0～0.10％，H：0～0.015％，Si：0～0.01％，其余为Ti。

2.如权利要求1所述的钼镍合金钛管，其特征在于，所述的Mo与Ni的质量比为1∶2.5～3。

3.如权利要求1所述的钼镍合金钛管，其特征在于，所述的Mo和Ni的含量为Mo：0.15％，Ni：0.40％。

4.一种钼镍合金钛管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3)将合金铸锭锻造加工成棒坯，然后将棒坯挤压成管坯；

4)采用冷轧工艺将管坯轧制成管材，得到钼镍合金钛管。

5.如权利要求4所述的钼镍合金钛管的制备方法，其特征在于，所述的海绵钛的含钛质量分数不低于99％。

6.如权利要求4所述的钼镍合金钛管的制备方法，其特征在于，所述的Mo以Ti-Mo合金的形式加入，Ni以镍条或Ti-Ni合金的形式加入。

7.如权利要求4所述的钼镍合金钛管的制备方法，其特征在于，所述的加入的Mo与Ni的质量比为1∶2.5～3。

8.如权利要求4所述的钼镍合金钛管的制备方法，其特征在于，所述的去除表面污染物和氧化皮之后，在0.1～1.0Pa之间于2400～2800℃多次熔炼，每次熔炼时间为2.0～5.0h，每次熔炼之后均去除表面污染物和氧化皮。