CN104561653A - 一种钛合金dfgx-11#轧制管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钛合金,具体说是一种钛合金dfgx-11#成品管及其制备方法,按重量计合金组成为:Ti余量,Al(3-7)%,Ta(2-6)%,Nb(1-4),Fe≤0.1%,C≤0.04%,N≤0.04%,H≤0.0125%,O≤0.15%;由上述方法制备的钛合金(dfgx-11#)管性能中的抗拉强度650-1250MPa,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
技术领域
本发明涉及钛合金管及其制备,具体地说是一种dfgx-11#轧制管及其制备方法。
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,而现在的钛合金管材通常都是板材卷焊的、棒材掏孔的、斜轧穿孔或挤压出管坯后外车内铰的,目前国内没有一家能够轧制出钛合金(dfgx-11#)管材的。
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(dfgx-11#)管,此方法轧制的dfgx-11#管材强度高、韧性好、耐高温和耐腐蚀,用上述方法加工的钛合金dfgx-11#管其性能中的抗拉强度(Rm)达到650-1250MPa,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(dfgx-11#)轧制管,
按重量百分比计合金组成为:Ti余量,Al(3-7)%,Ta(2-6)%,Nb(1-4)%,Fe≤0.1%,C≤0.04%,N≤0.04%,H≤0.0125%,O≤0.15%;
所述钛合金(dfgx-11#)轧制管的制备方法:
此钛合金管(dfgx-11#)加工制备方法有四种,第一种是进行斜轧穿孔,获取管坯,修整管坯,进行冷轧制;第二种是进行斜轧穿孔,获取管坯,修整管坯,进行温(热)轧制;第三种是进行挤压加工,获取管坯,修整管坯,进行冷轧制;第四种是进行挤压加工,获取管坯,修整管坯,进行温(热)轧制;在轧制此钛合金管材时,管坯及半成品管内外表面添加润滑剂,然后进行轧制,每轧一个道次后的坯料要进行酸洗、酸洗后水洗,然后管坯要进行氧化退火,氧化退火的管坯则要再进行碱洗、碱洗后水洗;轧制一个道次出成品时不进行内绞,轧制第二道次出成品时,在轧制第一道次后进行内绞,在轧制3-10个道次出成品,在轧制第一或第二个道次时,进行内铰单边0-0.8mm,将每个道次前坯料的氧化皮及缺陷全部修掉,轧制道次1-10个道次出成品,酸洗或碱洗、酸洗后水洗,再进行轧制,轧制成品后采用氧化退火或真空退火,真空退火后的成品则要再进行酸洗、酸洗后水洗,获得产成品;氧化退火后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗,获得产成品。
此钛合金(dfgx-11#)轧制管性能好,其金相组织均匀,管材表面质量好。温(热)轧管坯时,在线或离线加热管坯进行轧制,在线加热温度为400-1300℃保温0-90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。在轧制此钛合金管材时,管坯或半成品管内外表面添加润滑剂,然后进行轧制,每轧一个道次后的坯料要进行酸洗、酸洗后水洗,然后管坯采用氧化退火,氧化退火温度为500-900℃保温0.5-3小时,氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗,每一个道次轧制变形量为15%-85%,轧制速度为20-90次/分;轧制一个道次出成品时不进行内绞,轧制第二道次出成品时,在轧制第一道次后进行内绞,在轧制3-10个道次出成品,在轧制第一或第二个道次时,进行内铰单边0-0.8mm,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,氧化退火的退火温度为500-900℃保温0.5-3小时;真空退火的退火温度为500-900℃保温0.5-3小时,真空退火后的成品则要再进行酸洗、酸洗后水洗,获得产成品;氧化退火后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗,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:本发明钛合金dfgx-11#轧制管强度(Rm)(650-1250MPa)比现在常规的钛合金TA18管(620MPa)高30-630MPa,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,而本发明的钛合金dfgx-11#轧制管材生产工艺每道轧制后都进行氧化(非真空)退火,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:本发明dfgx-11#轧制管比棒材掏孔管成品率高,dfgx-11#轧制管利用穿孔管坯或挤压管坯进行轧制,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dfgx-11#轧制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dfgx-11#轧制管的质量、性能。
4.金属内部组织好:本发明采用dfgx-11#轧制管,金属内部组织比穿孔管坯外车内铰管要好的多,dfgx-11#轧制管在加工过程中,要进行氧化退火,可以使晶粒回复原有状态,轧制时给管子纵向、径向一个均衡力,使管子基体内部晶粒组织致密;而穿孔管坯外车内铰管没有使晶粒回复原有状态,并且只有将其晶粒组织拔长,所以穿孔管坯外车内绞管金属组织没有dfgx-11#轧制管好。
5.使用寿命长:本发明dfgx-11#轧制无缝管先天性组织致密,板材焊接管则在焊缝处组织状态与基体不一致,容易造成疲劳性晶间开裂,所以有dfgx-11#轧制无缝管比板材焊接管使用寿命长。
6.表面质量好:本发明钛合金dfgx-11#轧制管比热挤压的管内外表面质量要好的多,钛合金dfgx-11#轧制管内外表面光亮,且无折皱、划痕等缺陷,而挤压的内外表面则不光亮,有划痕。
7.钛合金dfgx-11#轧制管添补了国内空白。
具体实施方式
本发明是通过独特的配方、操作方法和轧制工艺就可以获得新型钛合金dfgx-11#轧制管,下面通过实施例详述本发明。
采用氧化退火轧制法:按常规步骤进行,首先用原料海绵钛、钒铝合金、进行配料(按重量百分比计Al(3-7)%,Ta(2-6)%,Nb(1-4)%,将原料混合)(本发明的具体原料组成为:Ti余量,Al4.8%,Ta3.5%,Nb1.7%,),挤压电极,焊接电极,装炉熔炼铸锭,扒皮取样分析,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,再将管坯平头,开坯轧制成管坯,去油污,氧化退火,内铰,轧制,修刮,碱洗,酸洗,水洗,精轧制成品管坯,平头,退火,取样分析,探伤检验、水压检测、定尺下料。
下述实施例中的碱洗配比、酸洗配比均为
碱洗液:[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.由斜轧穿孔获取的dfgx-11#管坯(长度),管坯内表面及芯棒(金属材质,实心的圆棒,棒规格取决于管坯或成品管内径规格)添加石墨润滑剂,进行温(热)轧制,在线加热温度为650℃,第一道次轧制变形量为35%,轧制速度40次/分,轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为600℃保温2小时,氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗,检查缺陷并修刮缺陷。
2.第一道下来的管坯单边内铰50道(0.5mm),内表面及芯棒添加石墨润滑剂,进行温(热)轧制,在线加热温度为600℃,第二个道次轧制变形量为40%,轧制速度35次/分,轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为550℃保温2小时,氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗,检查缺陷并修刮缺陷。
3.第二道下来的管坯,内表面及芯棒添加石墨润滑剂,进行温(热)轧制,在线加热温度为550℃,第三个道次轧制变形量为35%,轧制速度30次/分,轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为500℃保温2小时,氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗,检查缺陷并修刮缺陷。
4.第三道下来的管坯,内表面及芯棒添加石墨润滑剂,进行温(热)轧制,在线加热温度为500℃,第四个道次轧制变形量为30%,轧制速度30次/分,空冷后出成品;成品退火有如下两种方式。
5.第一种成品退火:(长度)氧化退火650℃,2小时,空冷,氧化退火后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗,获得产成品;取样分析其性能实测为Rm1060MPa,Rp0.2900MPa,A12%。
6.第二种成品退火:(长度)真空退火750℃,保温2小时,随炉冷却,真空退火后的成品则要再进行酸洗、酸洗后水洗,获得产成品;取样分析其性能实测为Rm1020MPa,Rp0.2890MPa,A13%。
实施例2.
具体制备过程如下:
1.由斜轧穿孔获取的dfgx-11#管坯(长度),管坯内表面及芯棒(金属材质,实心的圆棒,棒规格取决于管坯或成品管内径规格)添加石墨润滑剂,进行温(热)轧制,在线加热温度为1300℃,第一道次轧制变形量为50%,轧制速度45次/分,轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为900℃保温3小时,氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗,检查缺陷并修刮缺陷。
2.第一道下来的管坯单边内铰50道,内表面及芯棒添加石墨润滑剂,进行温(热)轧制,在线加热温度为1200℃,第二个道次轧制变形量为45%,轧制速度40次/分,轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为800℃保温3小时,氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗,检查缺陷并修刮缺陷。
3.第二道下来的管坯,内表面及芯棒添加石墨润滑剂,进行温(热)轧制,在线加热温度为1100℃,第三个道次轧制变形量为40%,轧制速度35次/分,轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为800℃保温2.5小时,氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗,检查缺陷并修刮缺陷。
4.第三道下来的管坯,内表面及芯棒添加石墨润滑剂,进行温(热)轧制,在线加热温度为900℃,第四个道次轧制变形量为35%,轧制速度30次/分,空冷后出成品;成品退火有如下两种方式。
5.第一种成品退火:(长度)氧化退火650℃,2小时,空冷,氧化退火后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗,获得产成品;取样分析其性能实测为Rm970MPa,Rp0.2800MPa,A14%。
6.第二种成品退火:(长度)真空退火750℃,保温2小时,随炉冷却,真空退火后的成品则要再进行酸洗、酸洗后水洗,获得产成品;取样分析其性能实测为Rm950MPa,Rp0.2780MPa,A15%。
实施例3.
具体制备过程如下:
1.由斜轧穿孔获取的dfgx-11#管坯(长度),管坯内外表面分别添加石蜡、二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行冷轧制,第一道次轧制变形量为15%,轧制速度20次/分,轧出的管坯进行酸洗、酸洗后水洗,单边内铰50道,氧化退火,进行氧化退火温度为900℃保温3小时,氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗,检查缺陷并修刮缺陷。
2.第一道下来的管坯内外表面分别添加石蜡、二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行冷轧制,第二个道次轧制变形量为38%,轧制速度30次/分,轧出的管坯进行酸洗、酸洗后水洗,轧后两端头各开裂5公分,中间表面质量较好,切端头,进行氧化退火温度为800℃保温3小时,氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗,空冷后修刮缺陷。
3.第二个道次下来的管坯内外表面分别添加石蜡、二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行冷轧制,第三个道次轧制变形量为40%,轧制速度35次/分,轧出的管坯进行酸洗、酸洗后水洗,进行氧化退火温度为700℃保温3小时,氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗,空冷后修刮缺陷。
4.第三个道次下来的管坯内外表面分别添加石蜡、二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行轧制,第四个道次轧制变形量为20%,轧制成品轧制速度35次/分,轧出成品;成品退火有如下两种方式。
5.第一种成品退火:(长度)氧化退火650℃,2.5小时,空冷,固溶时效后(固溶840-960℃,29-61秒,空冷或水冷,实效470-570℃,4-8小时,空冷。固溶时效后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗,获得产成品;取样分析其性能实测为Rm1250MPa,Rp0.21140MPa,A11%。
6.第二种成品退火:(长度)真空退火650℃,保温2.5小时,随炉冷却,固溶时效后(固溶840-960℃,29-61秒,空冷或水冷,实效470-570℃,4-8小时,空冷。固溶时效后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗,获得产成品;取样分析其性能实测为Rm1150MPa,Rp0.21020MPa,A12%。
实施例4.
具体制备过程如下:
1.由挤压获取的dfgx-11#管坯(长度),管坯内表面及芯棒(金属材质,实心的圆棒,棒规格取决于管坯或成品管内径规格)添加石墨润滑剂,进行温(热)轧制,在线加热温度为650℃,第一道次轧制变形量为35%,轧制速度40次/分,轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为600℃保温2小时,氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗,检查缺陷并修刮缺陷。
2.第一道下来的管坯单边内铰50道,内表面及芯棒添加石墨润滑剂,进行温(热)轧制,在线加热温度为600℃,第二个道次轧制变形量为40%,轧制速度35次/分,轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为600℃保温1.5小时,氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗,检查缺陷并修刮缺陷。
3.第二道下来的管坯,内表面及芯棒添加石墨润滑剂,进行温(热)轧制,在线加热温度为550℃,第三个道次轧制变形量为35%,轧制速度30次/分,轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为500℃保温1.5小时,氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗,检查缺陷并修刮缺陷。
4.第三道下来的管坯,内表面及芯棒添加石墨润滑剂,进行温(热)轧制,在线加热温度为500℃,第四个道次轧制变形量为30%,轧制速度30次/分,轧出的管坯空冷后出成品;成品退火有如下两种方式。
5.第一种成品退火:(长度)氧化退火650℃,2小时,空冷,氧化退火后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗,获得产成品;取样分析其性能实测为Rm900MPa,Rp0.2720MPa,A16%。
6.第二种成品退火:(长度)真空退火750℃,保温2小时,随炉冷却,真空退火后的成品则要再进行酸洗、酸洗后水洗,获得产成品;取样分析其性能实测为Rm890MPa,Rp0.2810MPa,A17%。
实施例5.
具体制备过程如下:
1.由挤压获取的dfgx-11#管坯(长度),管坯内表面及芯棒(金属材质,实心的圆棒,棒规格取决于管坯或成品管内径规格)添加石墨润滑剂,进行温(热)轧制,在线加热温度为1100℃,第一道次轧制变形量为55%,轧制速度50次/分,轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为900℃保温3小时,氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗,检查缺陷并修刮缺陷。
2.第一道下来的管坯单边内铰50道,内表面及芯棒添加石墨润滑剂,进行温(热)轧制,在线加热温度为1000℃,第二个道次轧制变形量为45%,轧制速度40次/分,轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为800℃保温3小时,氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗,检查缺陷并修刮缺陷。
3.第二道下来的管坯,内表面及芯棒添加石墨润滑剂,进行温(热)轧制,在线加热温度为900℃,第三个道次轧制变形量为40%,轧制速度35次/分,空冷后进行氧化退火温度为800℃保温2.5小时,氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗,检查缺陷并修刮缺陷。
4.第三道下来的管坯,内表面及芯棒添加石墨润滑剂,进行温(热)轧制,在线加热温度为800℃,第四个道次轧制变形量为35%,轧制速度30次/分,空冷后出成品;成品退火有如下两种方式。
5.第一种成品退火:(长度)氧化退火650℃,2小时,空冷,氧化退火后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗,获得产成品;取样分析其性能实测为Rm880MPa,Rp0.2800MPa,A17%。
6.第二种成品退火:(长度)真空退火750℃,保温2小时,随炉冷却,真空退火后的成品则要再进行酸洗、酸洗后水洗,获得产成品;取样分析其性能实测为Rm870MPa,Rp0.2800MPa,A17%。
实施例6.
具体制备过程如下:
1.由挤压获取的dfgx-11#管坯(长度),管坯内外表面分别添加石蜡、二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行冷轧制,第一道次轧制变形量为30%,轧制速度35次/分,轧出的管坯进行酸洗、酸洗后水洗,单边内铰50道,氧化退火,进行氧化退火温度为800℃保温2小时,氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗,检查缺陷并修刮缺陷。
2.第一道下来的管坯内外表面分别添加石蜡、二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行冷轧制,第二个道次轧制变形量为40%,轧制速度45次/分,轧出的管坯进行酸洗、酸洗后水洗,轧后两端头各开裂3公分,中间表面质量较好,切端头,进行氧化退火温度为700℃保温2小时,氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗,修刮缺陷。
3.第二个道次下来的管坯内外表面分别添加石蜡、二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行冷轧制,第三个道次轧制变形量为45%,轧制速度40次/分,轧出的管坯进行酸洗、酸洗后水洗,进行氧化退火温度为600℃保温2小时,氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗,修刮缺陷。
4.第三个道次下来的管坯内外表面分别添加石蜡、二硫化钼锂基润滑脂润滑剂,进行轧制,第四个道次轧制变形量为30%,轧制成品轧制速度35次/分,轧出成品;成品退火有如下两种方式。
5.第一成品退火:(长度)氧化退火650℃,2.5小时,空冷,固溶时效后(固溶840-960℃,29-61秒,空冷或水冷,实效470-570℃,4-8小时,空冷。固溶时效后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗,获得产成品;取样分析其性能实测为Rm1100MPa,Rp0.2958MPa,A12%。
6.第二成品退火:(长度)真空退火650℃,保温2.5小时,随炉冷却,固溶时效后(固溶840-960℃,29-61秒,空冷或水冷,实效470-570℃,4-8小时,空冷。固溶时效后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗,获得产成品;取样分析其性能实测为Rm1020MPa,Rp0.2890MPa,A13%。
Claims (7)
1.一种钛合金dfgx-11#轧制管,其特征在于:
按重量百分比计合金组成为:Ti余量,Al(3-7)%,Ta(2-6)%,Nb(1-4)%,Fe≤0.1%,C≤0.04%,N≤0.04%,H≤0.0125%,O≤0.15%。
2.一种权利要求1所述钛合金dfgx-11#轧制管的制备方法,其特征在于:
此钛合金管(dfgx-11#)加工制备方法选下述四种之一,第一种是进行斜轧穿孔,获取管坯,修整管坯,进行冷轧制;第二种是进行斜轧穿孔,获取管坯,修整管坯,进行温(热)轧制;第三种是进行挤压加工,获取管坯,修整管坯,进行冷轧制;第四种是进行挤压加工,获取管坯,修整管坯,进行温(热)轧制;
在轧制此钛合金管材时,管坯及半成品管内外表面添加润滑剂,然后进行轧制,每轧一个道次后的管坯要进行酸洗、酸洗后水洗,然后坯料要进行氧化退火,氧化退火后的管坯则要再进行碱洗、碱洗后水洗;轧制一个道次出成品时不进行内绞;轧制第二道次出成品时,在轧制第一道次后进行内绞;在轧制3-10个道次出成品,在轧制第一或第二个道次时进行内铰;内铰单边0-0.8mm,将每个道次前坯料的氧化皮及缺陷全部修掉,轧制成品后采用氧化退火或真空退火,氧化退火的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗;真空退火的成品则要进行酸洗、酸洗后水洗;此钛合金(dfgx-11#)轧制管性能好,其金相组织均匀,管材表面质量好。
3.按照权利要求2所述钛合金轧制管的制备方法,其特征在于:
温(热)轧管坯时,在线或离线加热管坯进行轧制,在线加热温度为400-1300℃保温0-90分钟。
4.按照权利要求2或3所述钛合金轧制管的制备方法,其特征在于:
由上述方法制备的钛合金(dfgx-11#)轧制管性能中的抗拉强度(Rm)在正常热处理和固溶时效后可达(650-1250)MPa,延伸率在(8-25)%,在消除应力退火和完全再结晶退火的两种状态中,其金相组织均匀;此钛合金(dfgx-11#)产品轧制管表面质量好,表面光亮,其表面无褶皱等缺陷。
5.按照权利要求2或3所述钛合金轧制管的制备方法,其特征在于:轧制管规格为下述之一;
圆管外径(但外径与壁厚之比必须大于2)×长度100-12000mm;
方管3-360mm×3-360mm×壁厚0.5-35mm(但每个边长都必须大于相邻2个壁厚之和)×长度100-12000mm;
异形管(异形管大头外径必须大于小头外径,壁厚是样的,由大头到小头是逐渐变小的空心管体)大头外径(但外径与壁厚之比必须大于2)×小头外径(但外径与壁厚之比必须大于2)×长度100-12000mm。
6.按照权利要求2所述钛合金轧制管的制备方法,其特征在于:所述润滑剂为石蜡、二硫化钼或二硫化钼锂基润滑脂、轧制油或机油。
7.按照权利要求2或3所述钛合金轧制管的制备方法,其特征在于:
在轧制此钛合金管材过程中,每轧一个道次后的坯料要进行酸洗、酸洗后水洗,然后管坯进行氧化退火,退火温度为500-900℃保温0.5-3小时,氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗,将管坯上的缺陷全部修掉,管坯或半成品管内外表面添加润滑剂,然后进行轧制,轧制每一道次变形量为15%-85%,轧制速度为20-90次/分;轧制完成后的成品采用氧化退火或真空退火,氧化退火的退火温度为500-900℃保温0.5-3小时;真空退火的退火温度为500-900℃保温0.5-3小时;真空退火的管成品则要再进行酸洗、酸洗后水洗;氧化退火后的成品管则要进行碱洗、碱洗后水洗。
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