CN105349829A - 一种钛合金Ti80无缝管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钛合金，具体说是一种钛合金Ti80钛合金管及其制备方法,按重量计合金组成为:Ti余量,Al(3～8)％,Nb(1～5)％,Mo(0.1～4)％，Zr(0.5～5.5)％；此钛合金无缝管加工方式有5种，第一种是热穿孔后进行轧制，第二种是热穿孔后进行热锻造成型后进行机加工所得到的成品管；第三种是热穿孔后进行机加工所得到的成品管；第四种是热挤压制备管坯后进行轧制成品管；第五种是热挤压制备管坯后进行热锻造成型后机加工或直接机加工成品管；其主要特点是按此5种方法生产的Ti80钛合金无缝管得到金属晶粒更加细化、组织更加致密，从而使其材料的性能大有改善。
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Ti80无缝管及其制备方法。
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。
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Ti80管，此方法制备的Ti80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Ti80管其性能中的抗拉强度(Rm)达到600～1300MPa，延伸率6～25％。Ak值为40～1200kj/m2。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种钛合金Ti80管，按重量百分比计合金组成为:Ti余量,Al(3～8)％,Nb(1～5)％,Mo(0.1～4)％，Zr(0.5～5.5)％,Si≤0.4％,Fe≤0.5％,C≤0.3％,N≤0.05％,H≤0.015％,O≤0.2％；
一种钛合金Ti80管的制备方法，按重量百分比计合金原料组成为：Ti余量,Al(3～8)％,Nb(1～5)％,Mo(0.1～4)％，Zr(0.5～5.5)％,Si≤0.4％,Fe≤0.5％,C≤0.3％,N≤0.05％,H≤0.015％,O≤0.2％；按常规方法将上述原料加工成棒坯进行热穿孔热轧制或热穿孔热锻造或热穿孔后加工，并控制钛合金Ti80中Si≤0.4％,Fe≤0.5％,C≤0.3％,N≤0.05％,H≤0.015％,O≤0.2％；杂质含量；其Ti80无缝管规格： 方管10～1500mm×10～1500mm×壁厚0.9～400mm(但每个边长都必须大于相邻2个壁厚之和)×长度100～18000mm， 异形管大头外径必须大于小头外径；
在制备Ti80钛合金管时，首先无缺陷的光棒坯料放在加热炉(天然气炉、箱式电阻炉、煤气发生炉)内进行升温加热；加热温度700℃～1100℃，保温时间＝(加热锭坯直径/2)mm+(20～90)分钟。热穿孔或热挤压后进行再进行轧制、热锻造成型后机加工或机加工，轧制或和热锻造时变形量为(20％～80％)/次,热穿孔或热挤压后、终锻温度500℃～1000℃；
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500～1000℃保温0.5～8小时；真空退火的退火温度为500～1000℃保温0.5～8小时，退火后的成品则要再进行酸洗或碱洗、酸洗或碱洗后水洗，获得产成品，或者再进行一次机加工获得产成品。
此产品钛合金Ti80管性能中的抗拉强度(Rm)在正常热处理和固溶时效后可达(600～1300)MPa,延伸率在(6～25)％，Ak值为40～1200kj/m2,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。
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Ti80无缝管强度(Rm)(600～1300MPa)比TA4管(540MPa)高160～760MPa，耐腐蚀性也远远超过TA4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Ti80无缝管材生产工艺为热穿孔或热挤压管坯后进行轧制成品或热锻造机加工成品或机械加工成品，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Ti80无缝管比棒材掏孔管成品率高，Ti80无缝管利用热穿孔或热挤压管坯进行轧制成品或热锻造机加工成品或机械加工成品，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，棒材掏孔管的质量、性能远不及按上方法制备Ti80无缝管的质量、性能。
4.使用寿命长：本发明Ti80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Ti80无缝管比板材焊接管使用寿命长。
具体实施方式
本发明是通过独特的操作方法和制备加工工艺就可以获得新型钛合金Ti80无缝管，下面通过实施例详述本发明。
加工制备方法：按常规步骤进行，首先用原料海绵钛、海绵锆，钼铝合金、铌铝合金金进行配料(Ti余量,Al(3～8)％,Nb(1～5)％,Mo(0.1～4)％，Zr(0.5～5.5)％,Si≤0.4％,Fe≤0.5％,C≤0.3％,N≤0.05％,H≤0.015％,O≤0.2％；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，用铸锭锻造棒料(棒坯)，棒料车光下料后，第一种是热穿孔后进行轧制，第二种是热穿孔后进行热锻造成型后进行机加工所得到的成品管；第三种是热穿孔后进行机加工所得到的成品管；第四种是热挤压制备管坯后进行轧制成品管；第五种是热挤压制备管坯后进行热锻造成型后机加工或直接机加工成品管；碱洗，酸洗，水洗，平头，退火，取样分析，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：
由Ti80棒坯装入箱式电阻炉升温加热920℃，保温60分钟，出炉热穿孔，热穿孔后的管坯通过传输至轧制生产设备上进行轧制，轧制变形量为30％，终轧温度600℃，热轧制成品规格为氧化退火600℃保温1小时，碱洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为Rm900MPa,Rp0.2825MPa,A13％；Ak值为955kj/m2；
钛合金Ti80管，按重量百分比计合金组成为:Ti余量,Al5.8％,Nb3.0％,Mo1.1％，Zr1.9％,Si0.05％,Fe0.1％,C0.05％,N0.04％,H0.008％,O0.1％。
实施例2
具体制备过程如下：
由Ti80棒坯装入天然气炉升温加热1100℃，保温11小时，出炉热穿孔，热穿孔后的管坯通过传输至热轧制生产设备上进行轧制，轧制变形量为70％，终轧温度800℃，热轧制成品规格为 氧化退火900℃保温8小时，碱洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为Rm1154MPa,Rp0.21050MPa,A10％。Ak值为760kj/m2；
钛合金Ti80管，按重量百分比计合金组成为:Ti余量,Al7.5％,Nb50％,Mo3.5％，Zr4.5％,Si0.06％,Fe0.07％,C0.035％,N0.032％,H0.009％,O0.09％。
实施例3
具体制备过程如下：
由Ti80棒坯装入箱式电阻炉升温加热920℃，保温70分钟，出炉热挤压，热挤压后的管坯通过传输至轧制生产设备上进行轧制，轧制变形量为30％，轧制成品规格为氧化退火600℃保温1小时，碱洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为Rm930MPa,Rp0.2835MPa,A16％；Ak值为1130kj/m2；
钛合金Ti80管，按重量百分比计合金组成为:Ti余量,Al3％,Nb1.2％,Mo0.5％，Zr5.5％,Si0.04％,Fe0.05％,C0.036％,N0.028％,H0.008％,O0.1％。
实施例4
具体制备过程如下：
由Ti80棒坯装入天然气炉升温加热1100℃，保温11小时，出炉热挤压，热挤压后的管坯通过传输至热轧制生产设备上进行轧制，轧制变形量为70％，轧制成品规格为氧化退火900℃保温8小时，碱洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为Rm1124MPa,Rp0.21020MPa,A12％。Ak值为820kj/m2；
钛合金Ti80管，按重量百分比计合金组成为:Ti余量,Al8％,Nb1.3％,Mo3.5％，Zr1.6％,Si0.06％,Fe0.056％,C0.04％,N0.029％,H0.011％,O0.12％。
实施例5
具体制备过程如下：
由Ti80棒坯装入天然气炉升温加热980℃，保温60分钟，出炉热穿孔，热穿孔后的管坯通过传输至热锻造生产设备上进行热锻造，热锻造变形量为40％，终锻温度600℃，热锻造加工至成品规格为 氧化退火700℃保温1小时，碱洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为Rm920MPa,Rp0.2780MPa,A14％；Ak值为630kj/m2,；
钛合金Ti80管，按重量百分比计合金组成为:Ti余量,Al5％,Nb3％,Mo2.1％，Zr2.9％,Si0.046％,Fe0.063％,C0.038％,N0.026％,H0.009％,O0.13％。
实施例6
具体制备过程如下：
由Ti80棒坯装入天然气炉升温加热1100℃，保温11小时，出炉热穿孔，热穿孔后的管坯通过传输至热锻造生产设备上进行热锻造，热锻造变形量为80％，终锻温度860℃，热锻造机加工至成品规格为 氧化退火920℃保温8小时，碱洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为Rm1150MPa,Rp0.21050MPa,A9％。Ak值为320kj/m2；
钛合金Ti80管，按重量百分比计合金组成为:Ti余量,Al8％,Nb4.5％,Mo4％，Zr1.5％,Si0.04％,Fe0.061％,C0.035％,N0.023％,H0.008％,O0.18％。
实施例7
具体制备过程如下：
由Ti80棒坯装入天然气炉升温加热980℃，保温60分钟，出炉热挤压，热挤压后的管坯通过传输至热锻造生产设备上进行热锻造，热锻造变形量为40％，终锻温度600℃，热锻造加工至成品规格为 氧化退火700℃保温1小时，碱洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为Rm980MPa,Rp0.2820MPa,A16％；Ak值为445kj/m2；
钛合金Ti80管，按重量百分比计合金组成为:Ti余量,Al6.2％,Nb4.9％,Mo3.8％，Zr4.5％,Si0.05％,Fe0.058％,C0.039％,N0.027％,H0.009％,O0.08％。
实施例8
具体制备过程如下：
由Ti80棒坯装入天然气炉升温加热1100℃，保温11小时，出炉热挤压，热挤压后的管坯通过传输至热锻造生产设备上进行热锻造，热锻造变形量为80％，终锻温度860℃，热锻造机加工至成品规格为 氧化退火920℃保温8小时，碱洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为Rm1180MPa,Rp0.21070MPa,A11％。Ak值为210kj/m2；
钛合金Ti80管，按重量百分比计合金组成为:Ti余量,Al7.2％,Nb2.8％,Mo3.6％，Zr0.8％,Si0.035％,Fe0.07％,C0.039％,N0.026％,H0.009％,O0.15％。
实施例9
具体制备过程如下：
由Ti80棒坯装入箱式电阻炉升温加热960℃，保温60分钟，出炉热穿孔，热穿孔后的管坯冷却后机加工成品规格为 氧化退火600℃保温1小时，碱洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为Rm920MPa,Rp0.2750MPa,A13％；Ak值为230kj/m2；
钛合金Ti80管，按重量百分比计合金组成为:Ti余量,Al5.2％,Nb3.1％,Mo2.6％，Zr3.2％,Si0.040％,Fe0.06％,C0.033％,N0.028％,H0.007％,O0.12％。
实施例10
具体制备过程如下：
由Ti80棒坯装入天然气炉升温加热1150℃，保温12小时，出炉热穿孔，热穿孔后的管坯冷却后机加工成品规格为 氧化退火900℃保温8小时，碱洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为Rm1100MPa,Rp0.2950MPa,A11％。Ak值为40kj/m2；
钛合金Ti80管，按重量百分比计合金组成为:Ti余量,Al6.5％,Nb4.2％,Mo3.6％，Zr3.3％,Si0.040％,Fe0.065％,C0.036％,N0.029％,H0.009％,O0.14％。
实施例11
具体制备过程如下：
由Ti80棒坯装入箱式电阻炉升温加热960℃，保温60分钟，出炉热挤压，热挤压后的管坯冷却后机加工成品规格为 氧化退火600℃保温1小时，碱洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为Rm960MPa,Rp0.2780MPa,A16％；Ak值为870kj/m2；
钛合金Ti80管，按重量百分比计合金组成为:Ti余量,Al3.5％,Nb3.2％,Mo2.8％，Zr3.6％,Si0.034％,Fe0.055％,C0.038％,N0.023％,H0.008％,O0.12％。
实施例12
具体制备过程如下：
由Ti80棒坯装入天然气炉升温加热1100℃，保温11小时，出炉热挤压，热挤压后的管坯冷却后机加工成品规格为 氧化退火900℃保温8小时，碱洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为Rm1050MPa,Rp0.2900MPa,A13％。Ak值为130kj/m2；
Ti余量,Al4.2％,Nb3.0％,Mo3.3％，Zr4.1％,Si0.038％,Fe0.059％,C0.041％,N0.020％,H0.008％,O0.11％。
Claims (7)
1.一种钛合金Ti80无缝管，其特征在于：
按重量百分比计合金组成为：Ti余量，Al(3～8)％，Nb(1～5)％，Mo(0.1～4)％，Zr(0.5～5.5)％。
2.按照权利要求1所述的钛合金无缝管，其特征在于：
按重量百分比计合金组成为：Ti余量，Al(3～8)％，Nb(1～5)％，Mo(0.1～4)％，Zr(0.5～5.5)％，Si≤0.4％，Fe≤0.5％，C≤0.3％，N≤0.05％，H≤0.015％，O≤0.2％。
3.按照权利要求1或2所述的钛合金无缝管，其特征在于：钛合金Ti80无缝管的规格范围：
圆管：
或，方管：边长10～1500mm×边长10～1500mm×壁厚0.9～400mm(但每个边长都必须大于相邻2个壁厚之和)×长度100～18000mm；
或，异形管： 异形管大头外径必须大于小头外径。
4.一种权利要求1、2或3所述钛合金Ti80无缝管的制备方法，其特征在于：
首先将上述所需原料加工成棒坯料；
通过热挤压或热穿孔的方式制备管坯，成品管制备方法为下述5种之一，
第一种是热穿孔后进行轧制；
第二种是热穿孔后进行热锻造成型后进行机加工所得到的成品管；
第三种是热穿孔后直接进行机加工所得到的成品管；
第四种是热挤压制备管坯后进行轧制成品管；
第五种是热挤压制备管坯后进行热锻造成型后机加工或直接机加工成品管；
按上述5种方法任一生产的Ti80无缝管得到金属晶粒更加细化、组织更加致密，从而使其材料的性能大有改善。
5.按照权利要求4所述的制备方法，其特征在于：钛合金Ti80无缝管的规格范围：
圆管：
或，方管：边长10～1500mm×边长10～1500mm×壁厚0.9～400mm(但每个边长都必须大于相邻2个壁厚之和)×长度100～18000mm；
或，异形管： 异形管大头外径必须大于小头外径。
6.按照权利要求5所述的制备方法，其特征在于：
在制备Ti80钛合金管时，首先无缺陷的光棒坯料放在加热炉(天然气炉、箱式电阻炉、或煤气发生炉)内进行升温加热；加热至温度700℃～1100℃，保温时间＝(加热锭坯直径mm/2)分钟+(20～90)分钟；进行出炉热穿孔或热挤压，热穿孔或热挤压后再进行轧制、热锻造成型后机加工或机加工，轧制或热锻造时变形量为(20％～80％)/次，热穿孔后、终轧和终锻温度500℃～1000℃。
7.按照权利要求4、5或6所述的制备方法，其特征在于：钛合金Ti80无缝管的热处理及表面处理：热穿孔、热挤压、轧制、热锻造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500～1000℃保温0.5～8小时；真空退火的退火温度为500～1000℃保温0.5～8小时，退火后的成品则要再进行酸洗或碱洗、酸洗或碱洗后水洗，获得产成品，或者再进行一次机加工获得产成品。
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