制备钛合金无缝管的方法
技术领域
本发明属于金属加工领域,具体而言,本发明涉及一种制备钛合金无缝管的方法。
背景技术
高强钛合金具有强度高、密度低、耐蚀性和耐热性好等特点。钛合金管材在航空航天、石油、特种化工、国防兵器、核工业等领域都是关键部位的理想材料。但是由于高强钛合金的室温变形抗力大、加工硬化显著、冷变易开裂,热加工过程粘性大、容易发生氧化和吸氢,使得加工出的材料力学性能不稳定,工艺性能不能达到要求,金相组织不合格,成品率过低。目前为止我国所用的高精度高强度钛合金管材大部分还是依赖进口。
因此,钛合金管的制备方法有待进一步研究。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出一种制备钛合金无缝管的方法,该方法可以有效制备综合力学性能较好的钛合金无缝管,同时可以显著降低原料成本,并且提高金属利用率。
在本发明的一个方面,本发明提出了一种制备钛合金无缝管的方法,该方法包括:
将钛合金棒料进行第一热处理,以便得到经过第一热处理的钛合金棒料;
将所述经过第一热处理的钛合金棒料在900~950摄氏度的温度下保温30~60分钟,以便进行第二热处理,以便得到经过第二热处理的钛合金棒料;以及
将所述经过第二热处理的钛合金棒料进行温轧穿孔,以便获得所述钛合金无缝管。
根据本发明实施例的制备钛合金无缝管的方法,在温轧穿孔处理之前,将钛合金棒料在钛合金相变点温度以下进行热处理,然后将钛合金棒料进行温轧穿孔处理,从而可以保证所得钛合金无缝管中的钛合金晶粒组织不被破坏,因此使得在后续处理过程中钛合金不会出现微裂纹,进而显著提高钛合金无缝管的综合性能。
另外,根据本发明上述实施例的制备钛合金无缝管的方法还可以具有如下附加的技术特征:
在本发明的一些实施例中,将所述经过第一热处理的钛合金棒料在900~950摄氏度的温度下保温30~60分钟,以便进行第二热处理之前,对所述经过第一热处理的钛合金棒料进行碱洗处理和酸洗处理。由此,可以有效去除钛合金棒料表面的氧化层。
在本发明的一些实施例中,所述碱洗处理是采用氢氧化钠和硝酸钠的混合熔融液进行的,所述酸洗处理是采用氢氟酸和硝酸的混合液进行的。由此,可以进一步去除钛合金棒料表面的氧化层。
在本发明的一些实施例中,所述第一热处理是在850~950摄氏度的温度下保温30~60分钟后进行空冷处理完成的。由此,可以使得钛合金棒料组织均匀、结构优化,并且释放应力为穿孔做准备。
在本发明的一些实施例中,所述制备钛合金无缝管的方法进一步包括:将所述钛合金无缝管进行第一退火处理,所述第一退火处理包括:将所述钛合金无缝管加热至580~600摄氏度并保温30分钟;以及将所述钛合金无缝管进行空冷处理。由此,可以去除钛合金无缝管的内应力,以便提高钛合金无缝管的综合性能。
在本发明的一些实施例中,所述制备钛合金无缝管的方法进一步包括:对经过所述第一退火处理的钛合金无缝管进行多道次轧制处理,每道次轧制处理包括:将经过所述第一退火处理的钛合金无缝管加热至850~900摄氏度进行轧制;以及将经过所述轧制的钛合金无缝管进行第二退火处理,其中,所述第二退火处理包括:将经过所述轧制的钛合金无缝管加热至580~600摄氏度并保温30分钟;以及将所述轧制的钛合金无缝管进行空冷处理。由此,可以有效制备得到多种规格的高强度、高精度的钛合金无缝管。
在本发明的一些实施例中,所述制备钛合金无缝管的方法进一步包括:对经过所述轧制处理的钛合金无缝管进行矫直、除油、精加工和表面修磨。由此,可以显著提高钛合金无缝管的精度。
在本发明的一些实施例中,所述制备钛合金无缝管的方法进一步包括:将所述钛合金无缝管进行第一退火处理之前,对所述钛合金无缝管进行矫直、检查和修正。由此,可以进一步提高钛合金无缝管的精度。
在本发明的一些实施例中,所述制备钛合金无缝管的方法包括:(1)将所述钛合金棒料加热至850~950摄氏度并保温30分钟,以便进行第一热处理;(2)将经过所述第一热处理的钛合金棒料进行碱洗和酸洗处理;(3)对经过所述碱洗处理和酸洗处理的钛合金棒料在900~950摄氏度保温30~60分钟,以便进行第二热处理;(4)采用两辊斜轧穿孔机对经过所述第二热处理的钛合金棒料进行温轧穿孔处理,以便获得所述钛合金无缝管;(5)对所述钛合金无缝管进行矫直、检查和修正;(6)将所述钛合金无缝管在500~600摄氏度的温度下保温30分钟后进行空冷处理,以便进行第一退火处理;(7)将经过所述第一退火处理的钛合金无缝管加热至850~900摄氏度在三辊温轧管机多次轧制处理;以及(8)对经过所述轧制处理的钛合金无缝管进行矫直、除油、精加工和表面修磨。由此,可以有效制备多种规格的高强度、高精度的钛合金无缝管。
在本发明的另一个方面,本发明提出了一种钛合金无缝管,该钛合金无缝管由上述所述制备钛合金无缝管的方法制备得到。由此,使得该钛合金无缝管具有更高的强度和精度。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的制备钛合金无缝管的方法结构示意图;
图2是根据本发明另一个实施例的制备钛合金无缝管的方法结构示意图;以及
图3是根据本发明再一个实施例的制备钛合金无缝管的方法结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明的一个方面,本发明提出了一种制备钛合金无缝管的方法。下面参考图1-3对制备钛合金无缝管的方法进行详细描述,根据本发明的实施例,该方法包括:
S100:第一热处理
根据本发明的实施例,将钛合金棒料进行第一热处理。根据本发明的实施例,第一热处理的条件并不受特别限制,根据本发明的具体实施例,第一热处理可以在850~950摄氏度的温度下保温30~60分钟后进行空冷处理完成的。发明人发现,如果处理温度过低,使得温度达不到相变温度,不能发生固溶时效转变,而温度过高容易形成粗大组织甚至过烧,而保温时间过短使得相变不完全,同时进行空冷处理,可以防止组织长大。由此,在该条件下对钛合金棒料进行第一热处理,可以使得钛合金棒料组织均匀、结构优化,并且释放应力为穿孔做准备。
S200:第二热处理
根据本发明的实施例,将经过第一热处理的钛合金棒料在900~950摄氏度的温度下保温30~60分钟,以便进行第二热处理,从而可以得到经过第二热处理的钛合金棒料。发明人发现,如果第二热处理温度过高(钛合金相变点以上)使得钛合金棒料内部钛合金晶粒组织被破坏,并且晶粒组织不能通过热处理进行调整,同时使得在后续温轧穿孔过程中容易发生氧化和吸氢,使得所得钛合金无缝管的抗拉强度提高、塑性降低,最终导致钛合金管无缝管的后续轧制处理过程中变形难,容易出现裂纹和开裂,且产品综合力学性能降低;而如果温度过低,将明显降低钛合金棒料的温轧穿孔效率。由此,将经过第一热处理的钛合金棒料在900~950℃(相变点温度以下)进行热处理,可以保证所得钛合金无缝管中的钛合金晶粒组织不被破坏,因此使得在后续处理过程中钛合金不会出现微裂纹,进而显著提高钛合金无缝管的综合性能。
S300:温轧穿孔
根据本发明的实施例,将经过第二热处理的钛合金棒料进行温轧穿孔,以便获得钛合金无缝管。根据本发明的实施例,经过温轧穿孔所得的钛合金无缝管为粗糙的钛合金无缝管。具体地,采用改造的温轧两辊斜轧穿孔机对经过第二热处理的钛合金棒料进行穿孔,穿孔速度根据材料不同可以控制在0.08-0.25m/s,穿孔机功率150kw,穿孔孔径根据产品要求选取不同的顶头,穿孔顶头和顶杆预涂高温润滑剂,并且严格控制工作区域温度保持在钛合金相变点以下,同时在钛合金棒料运输过程中可以采用在线补温来减少热量损失。
根据本发明实施例的制备钛合金无缝管的方法,在温轧处理之前,将钛合金棒料在钛合金相变点温度以下进行热处理,然后将钛合金棒料进行温轧穿孔处理,从而可以保证所得钛合金无缝管中的钛合金晶粒组织不被破坏,因此使得在后续处理过程中钛合金不会出现微裂纹,而显著提高钛合金无缝管的综合性能。
参考图2,根据本发明的实施例,制备钛合金无缝管的方法进一步包括:
S400:酸洗和碱洗
根据本发明的实施例,对经过第一热处理的钛合金棒料进行第二热处理之前,对经过第一热处理的钛合金棒料进行碱洗处理和酸洗处理。根据本发明的实施例,对经过第一热处理的钛合金棒料进行碱洗处理和酸洗处理的溶液并不受特别限制,根据本发明的具体实施例,碱洗处理可以采用氢氧化钠和硝酸钠的混合熔融液进行,酸洗处理可以采用氢氟酸和硝酸的混合液进行。由此,通过对经过第一热处理的钛合金棒料进行碱洗和酸洗,可以使得钛合金棒料表面氧化皮层彻底洗净,从而使得表面呈灰白色,且表面质量良好。
参考图3,根据本发明的实施例,制备钛合金无缝管的方法进一步包括:
S500:矫直、检查和修正
根据本发明的实施例,对经过温轧穿孔所得的钛合金无缝管进行第一退火处理之前,对所得钛合金无缝管进行矫直、检查和修正。
S600:第一退火处理
根据本发明的实施例,对所得钛合金无缝管进行第一退火处理。根据本发明的实施例,对所得钛合金无缝管进行第一退火处理的条件并不受特别限制,根据本发明的具体实施例,第一退火处理可以包括:将钛合金无缝管加热至580~600摄氏度并保温30分钟;以及将钛合金无缝管进行空冷处理。发明人发现,温度过低且保温时间过短不能完全释放内应力,而温度过高会使轧制组织长大不利于之后的轧制处理。由此,在该条件下进行的第一退火处理可以有效去除钛合金无缝管组织缺陷以及残余应力,从而可以防止后处理过程中钛合金无缝管的变形和开裂。
S700:轧制处理
根据本发明的实施例,对经过第一退火处理的钛合金无缝管进行多道次轧制处理。根据本发明的实施例,每次轧制处理可以包括:将经过第一退火处理的钛合金无缝管加热进行轧制;以及将经过轧制的钛合金无缝管进行第二退火处理。根据本发明的实施例,轧制的条件并不受特别限制,根据本发明的具体实施例,可以将经过第一退火处理的钛合金无缝管加热至850~900摄氏度进行轧制。发明人发现,轧制温度过高(高于相变温度),使得经过形变过程会产生网兰状组织,严重影响钛合金无缝管的性能且该缺陷不能通过热处理所消除,而轧制温度过低,使得轧制难度较大,并且必须加大轧制力,而轧制力过大容易产生微裂纹。根据本发明的实施例,将经过轧制的钛合金无缝管进行第二退火处理的条件并不受特别限制,根据本发明的具体实施例,第二退火处理可以包括:将经过轧制的钛合金无缝管加热至580~600摄氏度并保温30分钟;以及将轧制的钛合金无缝管进行空冷处理。根据本发明的实施例,可以根据所需钛合金无缝管的规格对钛合金无缝管进行多道次的粗轧和精轧。发明人发现,与以往轧制处理工艺相比,采用本发明的轧制处理方法可以显著增大加工量,并且所得钛合金无缝管在轧制过程不会出现微裂纹,从而避免了钛合金无缝管缺陷的产生,进而提高了钛合金无缝管的综合力学性能。
S800:矫直、除油、精加工和表面修磨
根据本发明的实施例,对经过轧制处理的钛合金无缝管进行矫直、除油、精加工和表面修磨。
根据本发明的实施例,具体地,制备钛合金无缝管的方法可以包括:(1)将钛合金棒料加热至850~950摄氏度并保温30分钟,以便进行第一热处理;(2)将经过第一热处理的钛合金棒料进行碱洗和酸洗处理;(3)对经过碱洗处理和酸洗处理的钛合金棒料在900~950摄氏度保温30~60分钟,以便进行第二热处理;(4)采用两辊斜轧穿孔机对经过第二热处理的钛合金棒料进行温轧穿孔处理,以便获得钛合金无缝管;(5)对钛合金无缝管进行矫直、检查和修正;(6)将钛合金无缝管在500~600摄氏度的温度下保温30分钟后进行空冷处理,以便进行第一退火处理;(7)将经过第一退火处理的钛合金无缝管加热至850~900摄氏度在三辊温轧管机多次轧制处理;以及(8)对经过轧制处理的钛合金无缝管进行矫直、除油、精加工和表面修磨。由此,可以有效制备多种规格的高强度、高精度的钛合金无缝管。
如上所述,根据本发明实施例的制备钛合金无缝管的方法可具有选自下列的优点至少之一:
根据本发明实施例的制备钛合金无缝管的方法可以显著减少原料成本,并且金属利用率较高;
根据本发明实施例的制备钛合金无缝管的方法加热轧制道次加工量大,生产工艺简单,设备利用率高,容易实现自动化连续作业,减少人力成本;
根据本发明实施例的制备钛合金无缝管的方法生产速度快,能源消耗合理,可以大幅度提高产量的同时能够做到节能环保;
根据本发明实施例的制备钛合金无缝管的方法可以生产各规格的高强钛合金无缝管和薄壁管;
根据本发明实施例的制备钛合金无缝管的方法所得产品尺寸精度高,成品率理想,且组织性能好,显著提高了低温下材料的力学性能。
在本发明的另一个方面,本发明提出了一种钛合金无缝管。根据本发明的实施例,该钛合金无缝管由以上制备钛合金无缝管的方法制备得到。需要说明的是,上述所描述的制备钛合金无缝管的方法的特征和优点同样适于该钛合金无缝管,此处不再赘述。
下面参考具体实施例,对本发明进行描述,需要说明的是,这些实施例仅仅是描述性的,而不以任何方式限制本发明。
实施例1
选用长度不小于800mm,直径100mm的TC11钛合金棒料,在950℃下保温1小时,然后将钛合金棒料空冷至530℃并恒温2小时后继续进行空冷处理;然后采用氢氧化钠和硝酸钠的混合熔融液对所得的棒料进行碱洗处理,再采用HF+HNO3进行酸洗,清洗后检查棒料,对必要的棒料进行修磨处理;对处理好的棒料加热到950℃后保温30min,以便进行第二热处理;采用两辊斜孔穿孔机对经过第二热处理的棒料进行温轧穿孔处理,并在棒料运输过程中采取线补温来减少热量损失,穿孔后得到φ100×15mm的毛管(粗糙的钛合金无缝管);对穿孔后的毛管进行矫直,检查,对尺寸偏差过大的毛管进行修正;将毛管加热至580℃并保温30min后进行空冷处理,以便进行第一退火处理;将经过第一退火处理的毛管加热到900℃在三辊温轧管机中对毛管进行延伸轧制分别采用粗轧两道次,精轧一道次,其中,第一次粗轧后所得毛管外径为86mm,壁厚12.5mm,道次变形量达到40%,第二次粗轧后所得毛管外径为78mm,壁厚为10.2mm,道次变形量达到35%,精轧处理后所得荒管的外径为76mm,壁厚为10mm,道次变形量达到5%,其中,两道次粗轧后将毛管加热到580℃保温30min空冷进行去应力退火,最后对轧制完成的荒管进行矫直,除油,精加工,表面修磨等后续处理,从而可以获得合格的钛合金无缝管。
所得钛合金无缝管的性能参数:φ76±0.75×10±0.05×3000mm,直线度4mm/m,椭圆度≤1%,壁厚偏心度≤±2.5%,断面偏差小于2度,抗拉强度1030Mpa,非比例延伸强度900Mpa,延伸率10%。
实施例2
选用长度不小于800mm,直径100mm的TA15钛合金棒料,在855℃下保温1小时,然后将钛合金棒料空冷至600℃恒温2小时后继续进行空冷处理;然后采用氢氧化钠和硝酸钠的混合熔融液对所得的棒料进行碱洗处理,再采用HF+HNO3进行酸洗,清洗后检查棒料,对必要的棒料进行修磨处理;对处理好的棒料加热到900℃后保温30min,以便进行第二热处理;采用两辊斜孔穿孔机对经过第二热处理的棒料进行温轧穿孔处理,并在棒料运输过程中采取线补温来减少热量损失,穿孔后得到φ100×15mm的毛管(粗糙的钛合金无缝管);对穿孔后的毛管进行矫直,检查,对尺寸偏差过大的毛管进行修正;将毛管加热至600℃并保温30min后进行空冷处理,以便进行第一退火处理;将经过第一退火处理的毛管加热到850℃在三辊温轧管机对毛管进行延伸轧制分别采用粗轧两道次,精轧一道次;其中,第一次粗轧后所得毛管外径为88mmm,壁厚12.8mm,道次变形量达到35%,第二次粗轧后所得毛管外径为79.5mm,壁厚为10.5mm,道次变形量达到35%,精轧处理后所得荒管的外径为76mm,壁厚为10mm,道次变形量达到10%,其中,两道次粗轧后将毛管加热到600℃保温30min空冷进行去应力退火,最后对轧制完成的荒管进行矫直,除油,精加工,表面修磨等后续处理,从而可以获得合格的钛合金无缝管。
所得钛合金无缝管的性能参数:φ76±0.75×10±0.05×3000mm,直线度4mm/m,椭圆度≤1%,壁厚偏心度≤±2.5%,断面偏差小于2度,抗拉强度895Mpa,非比例延伸强度825Mpa,延伸率8%。
实施例3
选用长度不小于600mm,直径350mm的TA24钛合金棒料,在880℃下保温1小时,然后将钛合金棒料空冷至530℃恒温2小时后继续进行空冷处理;然后采用氢氧化钠和硝酸钠的混合熔融液对所得的棒料进行碱洗处理,再采用HF+HNO3进行酸洗,清洗后检查棒料,对必要的棒料进行修磨处理;对处理好的棒料加热到900℃后保温60min,以便进行第二热处理;采用两辊斜孔穿孔机对经过第二热处理的棒料进行温轧穿孔处理,并在棒料运输过程中采取线补温来减少热量损失,穿孔后得到φ350×25mm的毛管(粗糙的钛合金无缝管);对穿孔后的毛管进行矫直,检查,对尺寸偏差过大的毛管进行修正;将毛管加热至600℃并保温30min后进行空冷处理,以便进行第一退火处理;将经过第一退火处理的毛管加热到850℃在三辊温轧管机对毛管进行延伸轧制分别采用粗轧两道次,精轧一道次其中,第一次粗轧后所得毛管外径为342mmm,壁厚19.8mm,道次变形量达到40%,第二次粗轧后所得毛管外径为335mm,壁厚为14.5mm,道次变形量达到40%,精轧处理后所得荒管的外径为330mm,壁厚为10.5mm,道次变形量达到10%,其中,两道次粗轧后将毛管加热到600℃保温30min空冷进行去应力退火,最后对轧制完成的荒管进行矫直,除油,精加工,表面修磨等后续处理,从而可以获得合格的钛合金无缝管。
所得钛合金无缝管的性能参数:φ300±0.85×10±0.05×6000mm,直线度5mm/m,椭圆度≤1%,壁厚偏心度≤±2.5%,断面偏差小于2度,抗拉强度945Mpa,非比例延伸强度865Mpa,延伸率10%。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。