CN104259246B - 生产高强度钛合金无缝管的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生产高强度钛合金无缝管的方法，属于冶金领域。本发明解决的技术问题是提供生产高强度钛合金无缝管的方法。该方法包括依次进行圆坯加热、穿孔、定径、液压拔制、温矫等步骤，最终得到钛合金无缝管。本发明的方法利用加大750℃～850℃中温的变形量来直接得到满足性能要求的钛合金管，省去热处理工序，达到简化工序、优化工艺、降低成本、缩短生产周期、提高生产效率和产品质量的目的。该方法生产的钛合金管具有渗气层薄，外径、壁厚尺寸精度高，内外表面缺陷少，成材率高等优点。本发明方法为钛合金管的生产提供了一种新的选择，具有广阔的应用前景。

Description

生产高强度钛合金无缝管的方法
技术领域
本发明涉及生产高强度钛合金无缝管的方法，属于冶金领域。
背景技术
随着我国国民经济及科学技术的迅猛发展，钛合金材料制备技术及产品质量得到了大幅提高，带动了钛合金应用领域的迅速扩展，近几年来对高强钛合金管材的需求越来越多。
现有钛合金无缝管一般采用热轧或冷轧生产。
专利103128102A公开了一种钛合金油井管的生产方法，该生产方法包括：真空炉两次熔炼，多次锻造扒皮成圆坯，经环形炉加热到970-1030℃，热穿孔得到毛管，毛管经高压水除鳞后进入五机架三辊连轧机，连轧延伸系数为2.5-3，减径率为15％-25％，制得荒管；再将荒管进入定径机组，定径延伸系数为2-2.2，减径率为45％-52％，得到外径88.9mm的热轧无缝管。再将热轧无缝管进行热处理，加热到950-980℃保温1-1.5小时得到成品。该方法采用热连轧的方式进行钛合金无缝管的制造，其钛管成材率低，且因内外表面渗气层的存在导致内外表面质量差、缺陷多，尤其是内表面缺陷，难以去除，且轧制后还需热处理工艺才能得到成品。
专利103722043A公开了一种钛合金无缝管的生产方法及检测方法，其生产方法包括以下步骤：原材料的准备；加热；锻造；冷轧；冷拔；矫直；真空退火；成型。该方法能够生产出合格产品，但其工序复杂，成本高，需要真空退火才能达到产品要求的性能。
可见，现有的热轧钛管成材率低，且因内外表面渗气层的存在导致内外表面质量差、缺陷多，尤其是内表面缺陷，难以去除。冷轧钛管工序复杂，成本高，产量低，且需真空退火才能达到要求的性能。
因此，亟需一种工艺简单的高强度钛合金无缝管的生产方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供生产高强度钛合金无缝管的方法。
本发明生产高强度钛合金无缝管的方法，包括依次进行的以下步骤：
a、圆坯加热：将钛合金圆坯加热至905～960℃，并控制加热时间使圆坯渗气层厚度小于0.25mm；
b、穿孔：对加热后的圆坯进行穿孔，形成荒管；
c、定径：在750～850℃对荒管进行定径，将荒管的外径控制为成品外径的100～105％，定径后利用余热带温矫直；
d、液压拔制：在750～850℃进行液压拔制；
e、矫直：对液压拔制得到的管体在505～635℃进行矫直，矫直后酸洗，得到钛合金无缝管。
其中，所述钛合金圆坯的化学成分由以下重量百分比的元素组成：铝：5.7～6.6％、钒：3.7～4.3％、铁≤0.1％、碳≤0.06％、氧≤0.1％、氮≤0.005％、氢≤0.005％，余量为钛。
进一步的，b步骤所述穿孔采用斜轧穿孔。
进一步的，e步骤的酸洗采用由如下质量百分比组成的酸洗液：氢氟酸5～9％，硝酸16～22％，其余为水。
通过本发明方法得到的钛合金无缝管，具有较好的力学性能，其屈服强度大于800MPa，抗张强度大于900MPa，延伸率大于13％。
本发明的方法利用加大750℃～850℃中温的变形量来直接得到满足性能要求的钛合金管，省去热处理工序，达到简化工序、优化工艺、降低成本、缩短生产周期、提高生产效率和产品质量的目的。
本发明的方法生产的钛合金管具有渗气层薄，外径、壁厚尺寸精度高，内外表面缺陷少，成材率高等优点。本发明方法为钛合金管的生产提供了一种新的选择，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1生产的钛合金管基体金相组织图(500×)。
具体实施方式
本发明生产高强度钛合金无缝管的方法，包括依次进行的以下步骤：
a、圆坯加热：将钛合金圆坯加热至905～960℃，并控制加热时间使圆坯渗气层厚度小于0.25mm；
b、穿孔：对加热后的圆坯进行穿孔，形成荒管；
c、定径：在750～850℃对荒管进行定径，将荒管的外径控制为成品外径的100～105％，定径后带温矫直；
d、液压拔制：在750～850℃进行液压拔制，以达到钛合金管产品的尺寸要求；
e、矫直：对液压拔制得到的管体在505～635℃进行矫直，矫直后酸洗，得到钛合金无缝管。
其中，渗气层是指钛合金在空气炉中加热而导致氧、氮等元素渗入到钛合金中，形成的脆性层，温度越高、加热时间越长，则渗气层越厚。因此，为了得到高强度的钛合金无缝管，应控制加热时间使圆坯渗气层厚度小于0.25mm。
所述钛合金为TC4钛合金，进一步的，钛合金圆坯的化学成分优选由以下重量百分比的元素组成：铝：5.7～6.6％、钒：3.7～4.3％、铁≤0.1％、碳≤0.06％、氧≤0.1％、氮≤0.005％、氢≤0.005％，余量为钛。
圆坯在斜底式炉或环形炉中加热，加热温度为905～960℃，如果加热温度过低，由于钛合金变形抗力随着温度的降低而提高，从而容易导致穿孔机负荷过高或轧卡的情况，因而需要较高的加热温度以确保穿孔过程的稳定性；反之，如果加热温度过高，钛合金圆坯的塑性会降低，再加上穿孔时钢管内孔的温升，容易产生钛管内表面缺陷。因此，综合各种影响因素，选择的圆管坯加热温度为900℃～965℃。另外，通过降低加热温度和减少900℃以上高温保温时间，控制圆坯渗气层厚度小于0.25mm，以减少后续穿孔及定径工序因渗气层产生的外表面缺陷。
穿孔优选为斜轧穿孔。穿孔后在750～850℃温度范围内定径使钛管达到成品外径的105％以下。控制在750～850℃温度范围内定径使钛合金管的组织、性能最佳。
定径后利用余热带温矫直，矫直后可以空冷到室温，也可以不空冷直接进行液压拔制。
在750～850℃温度范围内液压拔制减薄钛管壁厚并提高壁厚精度，使钛管达到成品壁厚。钛管先在加热炉中加热到850℃，均热后出炉进行液压拔制。使用液压拔制得到成品壁厚与热斜轧或热连轧相比，壁厚精度高、内外表面缺陷少；使用带温液压拔制与冷拔相比不需要打头、成材率高，且因变形温度高，拔制前不需要退火，拔制负荷低。同样，控制在750℃～850℃温度范围内液压拔制可使得到的钛合金管组织、性能最佳。
液压拔制后立即在505℃～635℃温度范围进行带温矫直。因钛合金弹性模量低，冷矫很难矫直，因此利用液压拔制的余温带温矫直。
矫直后酸洗，酸洗采用5～9％氢氟酸+16～22％硝酸+水，洗去钛管内外表面的氧化皮和渗气层。
酸洗后还可以进行钛管成品检查，包括性能、探伤、水压、测长称重，性能满足：屈服强度大于800MPa，抗张强度大于900MPa，延伸率大于13％。合格后包装。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
生产88.9*6.45的TC4钛合金管，工艺流程为：锻制机加工φ95圆坯→钻定心孔→斜底式炉加热→穿孔成98*7.5毛管→定径为89*7.5光管→带温矫直→带温精拔成88.9*6.45→带温矫直→酸洗→成品。
φ95圆坯在斜底式炉中加热温度为920℃、加热时间2小时，此时，圆坯渗气层厚度小于0.25mm。穿孔后毛管温度为1040℃，定径前温度为810℃～830℃，定径后温度为770℃～800℃，在800℃～830℃精拔后在580℃～600℃矫直，酸洗采用8％氢氟酸+19％硝酸+水。
实施例1的TC4钛合金管的外径尺寸见表1。
表1实施例1的TC4钛合金管的外径尺寸(mm)
由表1可以看出，实施例1生产获得的TC4钛合金管的外径公差在0～+1％的范围内。
实施例1的TC4钛合金管的壁厚尺寸见表2。
表2实施例1的TC4钛合金管的壁厚尺寸(mm)
由表2可以看出，实施例1生产获得的TC4钛合金管的壁厚公差在0～+10％的范围内。
钛合金管基体金相组织为等轴组织，详见图1。
采用实施例1的方法生产TC4钛合金管3批，共30根，成品率为100％，成材率为92％。
实施例2
生产73*5.51的TC4钛合金管，工艺流程：锻制机加工φ85圆坯→钻定心孔→斜底式炉加热→穿孔成87*6.5毛管→定径为73*6.5光管→带温矫直→带温精拔成73*5.51→带温矫直→酸洗→成品。
φ85圆坯在斜底式炉中加热温度为910℃、加热时间100分钟，此时，圆坯渗气层厚度小于0.25mm。穿孔后毛管温度为1050℃，定径前温度为815℃～835℃，定径后温度为775℃～805℃，在800℃～830℃精拔后在580℃～600℃矫直，酸洗采用7％氢氟酸+18％硝酸+水。
实施例2生产获得的TC4钛合金管的外径公差在0～+1％的范围内，壁厚公差在0～+10％的范围内。
钛合金管基体金相组织为等轴组织。
采用实施例2的方法生产TC4钛合金管5批，共50根，成品率为98％，成材率为90％。
实施例3
生产114*6.88的TC4钛合金管，工艺流程：锻制机加工φ115圆坯→钻定心孔→斜底式炉加热→穿孔成118*8毛管→定径为114*8光管→带温矫直→带温精拔成114*6.88→带温矫直→酸洗→成品。
φ115圆坯在斜底式炉中加热温度为940℃、加热时间4小时，此时，圆坯渗气层厚度小于0.25mm。穿孔后毛管温度为1055℃，定径前温度为820℃～840℃，定径后温度为780℃～810℃，在800℃～830℃精拔后在580℃～600℃矫直，酸洗采用8.5％氢氟酸+20％硝酸+水。
实施例3生产获得的TC4钛合金管的外径公差在0～+1％的范围内，壁厚公差在0～+10％的范围内。
钛合金管基体金相组织为等轴组织。
采用实施例3的方法生产TC4钛合金管1批，共10根，成品率为100％，成材率为92.5％。
实施例1～3生产的钛合金管成品性能见表3。
表3本发明方法生产的TC4无缝管的力学性能
从表3中可以看出，通过本发明方法得到的钛合金无缝管，具有较好的力学性能，其屈服强度大于800MPa，抗张强度大于900MPa，延伸率大于13％。

Claims (4)

1.生产高强度TC4钛合金无缝管的方法，其特征在于，包括依次进行的以下步骤：
a、圆坯加热：将钛合金圆坯加热至905～960℃，并控制加热时间使圆坯渗气层厚度小于0.25mm；
b、穿孔：对加热后的圆坯进行穿孔，形成荒管；
c、定径：在750～850℃对荒管进行定径，将荒管的外径控制为成品外径的100～105％，定径后利用余热带温矫直；
d、液压拔制：在750～850℃进行液压拔制；
e、矫直：对液压拔制得到的管体在505～635℃进行矫直，矫直后酸洗，得到钛合金无缝管。
2.根据权利要求1所述的生产高强度TC4钛合金无缝管的方法，其特征在于：所述钛合金圆坯的化学成分由以下重量百分比的元素组成：铝：5.7～6.6％、钒：3.7～4.3％、铁≤0.1％、碳≤0.06％、氧≤0.1％、氮≤0.005％、氢≤0.005％，余量为钛。
3.根据权利要求1所述的生产高强度TC4钛合金无缝管的方法，其特征在于：b步骤所述穿孔采用斜轧穿孔。
4.根据权利要求1所述的生产高强度TC4钛合金无缝管的方法，其特征在于：e步骤的酸洗采用由如下质量百分比组成的酸洗液：氢氟酸5～9％，硝酸16～22％，其余为水。
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