CN105396895A - 一种钛及钛合金无缝油管的热轧加工方法 - Google Patents

Abstract

一种钛及钛合金无缝油管的热轧加工方法，钛及钛合金无缝油管的坯料采用纯钛TA2棒材和TC4钛合金棒材且初始规格为

Description

一种钛及钛合金无缝油管的热轧加工方法

技术领域

本发明属于钛合金管材加工技术领域，尤其是一种钛及钛合金无缝油管的热轧加工方法。

背景技术

钛及钛合金无缝油管即纯钛TA2无缝油管及TC4钛合金油管，钛及钛合金无缝油管的加工工艺目前采用两种方式，一种是挤压+镗内孔+冷轧的工艺方式，另一种是斜轧穿孔+冷轧的工艺方式。

挤压+镗内孔+冷轧的参考工艺如下：

1)TA2或TC4钛合金棒材钻中心通孔；

2)TA2钛合金棒材采用包覆铜皮，即外表面和中心通孔处均包覆铜皮；TC4钛合金棒材采用玻璃润滑剂均匀涂抹在外表面和中心通孔内表面，晾干备用；

3)将TA2钛合金棒材加热到760℃且保温后进行挤压制备出TA2管坯；将TC4钛合金棒材加热到950℃且保温后进行挤压制备出TC4管坯；

4)TA2管坯采用酸洗或机加工方式去除铜皮，再修磨外表面并镗内孔；TC4管坯直接机加工外表面并镗内孔；

5)开坯冷轧出TA2轧管或TC4轧管；

6)对TA2轧管或TC4轧管进行除油、酸洗；

7)对TA2轧管或TC4轧管修磨内、外表面；

8)对TA2轧管或TC4轧管进行中间退火，经700～750℃真空退火且炉冷到100℃时出炉并空冷至室温；

9)进行第二次冷轧并重复6～8工序；

10)进行第三次冷轧并轧制出成品，然后重复6～8工序；

11)对成品TA2管材采用冷矫直；对成品TC4管材加热到400～500℃时出炉进行热矫直；

12)进行无损探伤、力学性能等检验；

13)切头；

14)按照GB/T8180标准要求进行包装；

上述工艺中因钛合金本身的润滑性差，用铜皮包覆进行挤压时其铜与钛的共熔点为880℃左右，所以上述工艺的最高加热温度不能超过860℃，无法满足高强度钛合金管坯的制备，而且在挤压出管坯后还要除去2kg左右的压余，头尾还需切除约50mm，再加上表面修磨及内孔镗孔，其成品率不到45％，在尚未掌握钛合金废料回收技术的基础上将直接导致钛合金管材的生产成本直线升高。

斜轧穿孔+冷轧的参考工艺如下：

1)将TA2钛合金棒材加热到920℃后进行斜轧穿孔并制备出TA2管坯；将TC4钛合金棒材加热到1030℃后进行斜轧穿孔并制备出TC4管坯；

2)对TA2管坯或是TC4管坯进行修磨外表面及镗内孔；

3)开坯轧制出TA2轧管或TC4轧管；

4)对TA2轧管或TC4轧管进行除油、酸洗；

5)对TA2轧管或TC4轧管修磨内、外表面；

6)对TA2轧管或TC4轧管进行中间退火，经700～750℃真空退火且炉冷到100℃时出炉并空冷至室温；

7)进行第二次冷轧并重复4～6工序；

8)进行第三次冷轧并轧制出成品，然后重复4～6工序；

9)对成品TA2管材和成品TC4管材

10)TA2、TC4合金成品退火，经700～750℃真空退火且炉冷到100℃时出炉并空冷至室温；

11)对成品TA2管材采用冷矫直；对成品TC4管材加热到400～500℃时出炉进行热矫直；

12)进行无损探伤、力学性能等检验；

13)切头；

14)按照GB/T8180标准要求进行包装。

上述工艺的生产周期较长，但对强度达到900MPa级的钛合金仍显得力不从心，管材很容易开裂，较高的轧制力也使工模具消耗较快，加工成本升高。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种钛及钛合金无缝油管的热轧加工方法，该热轧加工方法解决高强度等级钛合金管材难加工、供货周期长的技术瓶颈问题，为钛合金油管的生产提供技术支撑，并为其它用途的钛合金管材生产提供经济、高效的生产工艺。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种钛及钛合金无缝油管的热轧加工方法，钛及钛合金无缝油管的坯料采用纯钛TA2棒材和TC4钛合金棒材，纯钛TA2棒材和TC4钛合金棒材的初始规格为该热轧成型方法经历涂抹防氧化润滑涂料→加热→斜轧穿孔→压头→热轧→松棒及脱棒→涂防氧化润滑涂料→二次加热→张减径→探伤→切头→热处理→矫直→检验→包装工序，加热、二次加热和热处理工序中使用到真空加热炉，斜轧穿孔工序中使用到两辊斜轧穿孔机，热轧工序中使用到热轧机，松棒及脱棒工序中使用到松棒机，张减径工序中使用到张减机，具体各工序分述如下：

⑴涂抹防氧化润滑涂料：对规格为的TA2棒材和TC4钛合金棒材的外表面均匀涂抹防氧化润滑涂料，然后晾干备用，其中TC4钛合金棒要求Al占6.3％、V占3.8％、其余为Ti，防氧化润滑涂料是TB1013，要求TB1013的适用温度能够达到950～1100℃；

⑵加热：在真空加热炉达到750℃时将⑴中的TA2棒材或是TC4钛合金棒进行装炉，TA2棒材的升温温度控制在920～950℃并保温100分钟后出炉，TC4钛合金棒的升温温度控制在1050～1100℃并保温100分钟后出炉；

⑶斜轧穿孔：采用两辊斜轧穿孔机对⑵中的TA2棒材或是TC4钛合金棒进行斜轧穿孔并制备出TA2管坯或是TC4管坯,TA2管坯或是TC4管坯的直径控制在152～155mm，而其壁厚控制在22mm；

⑷压头：压头前需采用直径104mm的芯棒进行顶管，所述芯棒在使用前要进行预热，预热的温度控制在600℃，预热后在所述芯棒的外表面涂抹SM-B型芯棒润滑剂之后再穿入⑶中的TA2管坯或是TC4管坯并进行顶管，顶管后将TA2管坯或是TC4管坯的头部压实；

⑸热轧：将⑷中的TA2管坯或是TC4管坯连同所述芯棒放进热轧机内，热轧机的轧辊间距控制在600～1200mm，热轧机的轧制速度控制在2～4.0m/s，轧制TA2管坯的轧辊个数不少于6个，轧制TC4管坯的轧辊个数不少于8个，热轧加工出直径范围是112～126mm、壁厚范围是4～11mm的TA2轧管或是TC4轧管；

⑹松棒及脱棒：⑸中TA2轧管在松棒时其松棒机的压下量控制在4～8mm并实现TA2轧管的扩径，然后进行脱棒；⑸中TC4轧管在松棒时其松棒机的压下量控制在6～9mm并实现TC4轧管的扩径，然后脱棒；

⑺对⑹中TA2轧管或是TC4轧管的外表面再次进行涂抹防氧化润滑涂料；

⑻二次加热：将⑺中TA2轧管或是TC4轧管进行二次加热，二次加热在真空加热炉中进行，二次加热的温度控制在950℃，保温30分钟后出炉；

⑻张减径：二次加热并保温出炉后,将TA2轧管或是TC4轧管放在张减机上进行张减径，张减机的速度控制在2～3m/s，要求TA2轧管通过张减机时的道次变形量不大于10％，要求TC4轧管通过张减机时的道次变形量不大于6％，张减径后加工出TA2无缝油管或是TC4无缝油管；

⑽探伤：对⑼中的TA2无缝油管或是TC4无缝油管进行无损超声波探伤并确定TA2无缝油管或是TC4无缝油管的切头长度；

⑾切头：根据无损探伤结果和管材尺寸及表面质量情况进行TA2无缝油管或是TC4无缝油管的切头加工；

⑿热处理：将切头后的TA2无缝油管或是TC4无缝油管进行成品退火，经700～750℃的真空退火且炉冷到100℃时出炉并空冷至室温；

⒀矫直：TA2无缝油管合金管材采用冷矫直且压下量控制在1～2mm，TC4无缝油管采用热矫直且压下量2～3mm，热矫直的温度控制在400～500℃；

⒁检验：按照技术要求对⒀中TA2无缝油管或是TC4无缝油管进行力学性能检验；

⒂包装：根据客户要求或GB/T8180标准要求对⒁中合格的TA2无缝油管或是TC4无缝油管进行包装。

由于采用如上所述技术方案，本发明产生如下积极效果：

1、本发明的方法能够加工P125钢级及以下所有钢级的钛合金管材的加工生产，平均生产节奏可达到1根/3分钟，加工效率远高于挤压+镗内孔+冷轧工艺或是斜轧穿孔+冷轧工艺。

2、通过本发明的方法，成品管材的尺寸测量结果满足API5CT的相应规定，外径、壁厚、通径均合格。

3、通过本发明的方法，成品管材经超声波探伤，满足API5CT中L2级标准，达到相关订货要求。

4、通过本发明的方法，成品管材经成品退火后其拉伸性能满足GB/T3624标准要求。

具体实施方式

本发明是一种钛及钛合金无缝油管的热轧加工方法。本发明通过在纯钛TA2棒材和TC4钛合金棒材以及所加工的管坯上涂抹防氧化润滑涂料，由于防氧化润滑涂料具有防氧化和润滑的双重作用，从而减少钛及钛合金无缝油管表面的氧化作用并提高其润滑效果，较好地解决了钛及钛合金无缝油管在热加工过程中的表面微裂纹难题，同步减少了顶管工序并控制了每道次变形量。

本发明的热轧成型方法经历涂抹防氧化润滑涂料→加热→斜轧穿孔→压头→热轧→松棒及脱棒→涂防氧化润滑涂料→二次加热→张减径→探伤→切头→热处理→矫直→检验→包装共十五个工序，虽然十五个工序较背景技术有所增多，但加工效率远高于挤压+镗内孔+冷轧工艺或是斜轧穿孔+冷轧工艺，经测算平均生产节奏可达到1根/3分钟。

本发明所述技术方案的重点在工序⑴～⑻，工序⑼～⒂参照了现有工艺，虽然是种参照但也有所改进，由于有工序⑼～⒂的参与才构成了本发明的完整性。其中加热、二次加热和热处理工序中使用到真空加热炉，斜轧穿孔工序中使用到两辊斜轧穿孔机，热轧工序中使用到热轧机，松棒及脱棒工序中使用到松棒机，张减径工序中使用到张减机，其它未述部分均按常规技术执行。

需要注意的是：

斜轧穿孔工序中，两辊斜轧穿孔机的咬入角控制在8～9°，轧辊的咬入转速控制在300r/min，轧制转速控制在500r/min。

热轧TA2管坯使用的模具规格比较固定，可以根据其变形量的大小采用不同规格的模具进行串联热轧，因TA2的强度低、塑性好，故可以采用较大的变形量即较少的轧辊进行加工。

热轧TC4管坯时，因TC4的合金强度高、塑性低，故可以采用较多的轧辊串联来降低轧辊间的变形量，从而减小变形抗力，保证顺利轧制。

依据TA2管坯或是TC4管坯的道次变形量，张减径工序中的总变形量可以通过张减机机架的串联排列来实现，这对本领域是显而易见的。

本发明热轧成型方法的具体内容参见所述技术方案，不另赘述。根据本发明的所述技术方案，钛及钛合金无缝油管的成品规格可以达到以下两个实施例是根据所述技术方案的一种简述，该简述未述内容均以所述技术方案为准。

实施例1：采用TA2合金棒材，规格为涂防氧化润滑涂料后，加热到950℃，采用上述设定参数进行斜轧穿孔制备出的管坯，预热备用的芯棒，表面涂SM-B型芯棒润滑剂后穿入管坯，压头然后顶管制备出的轧管，其中顶管轧辊机架共用8台，经松棒、脱棒后涂防氧化润滑涂料后，二次加热到850℃，保温30分钟。出炉采用6台张减机架组合模具制备出的无缝油管，对无缝油管进行超声波探伤，确定无缝油管的头部缺陷位置并切头，720℃热处理后，冷却到80℃以下温度后矫直，对无缝油管进行力学性能等检验,合格后包装。

上述TA2无缝油管的参考力学性能见下表。

上表三数据的平均值符合技术要求。

实施例2：采用TC4合金棒材，规格为加热到1100℃，采用上述设定参数进行斜轧穿孔制备出的管坯，预热备用的芯棒，表面涂SM-B型芯棒润滑剂后穿入管坯，压头然后顶管制备出的轧管，顶管轧辊机架共用10台。管坯经松棒、脱棒后，二次加热到950℃，保温30分钟。出炉采用4台张减机架制备出的无缝油管，对无缝油管进行超声波探伤，确定管材头部缺陷位置并切头，850℃热处理后采用450℃热矫直，对无缝油管进行力学性能等检验，合格后包装。

上述TC4合金无缝油管的参考力学性能见下表。

上表三数据的平均值符合技术要求。通过上表可以明显看出：本发明解决了无缝油管在轧制过程中容易开裂问题，较低的轧制力使得模具的消耗较低，加工成本也降低，同时也解决了高强度钛合金无缝油管的加工难题，尤其是加工TC4合金无缝油管的强度可以达到900MPa以上。

Claims (1)

1.一种钛及钛合金无缝油管的热轧加工方法，钛及钛合金无缝油管的坯料采用纯钛TA2棒材和TC4钛合金棒材，纯钛TA2棒材和TC4钛合金棒材的初始规格为该热轧成型方法经历涂抹防氧化润滑涂料→加热→斜轧穿孔→压头→热轧→松棒及脱棒→涂防氧化润滑涂料→二次加热→张减径→探伤→切头→热处理→矫直→检验→包装工序，加热、二次加热和热处理工序中使用到真空加热炉，斜轧穿孔工序中使用到两辊斜轧穿孔机，热轧工序中使用到热轧机，松棒及脱棒工序中使用到松棒机，张减径工序中使用到张减机，其特征是：

⑴涂抹防氧化润滑涂料：对规格为的TA2棒材和TC4钛合金棒材的外表面均匀涂抹防氧化润滑涂料，然后晾干备用，其中TC4钛合金棒要求Al占6.3％、V占3.8％、其余为Ti，防氧化润滑涂料是TB1013，要求TB1013的适用温度能够达到950～1100℃；

⑵加热：在真空加热炉达到750℃时将⑴中的TA2棒材或是TC4钛合金棒进行装炉，TA2棒材的升温温度控制在920～950℃并保温100分钟后出炉，TC4钛合金棒的升温温度控制在1050～1100℃并保温100分钟后出炉；

⑶斜轧穿孔：采用两辊斜轧穿孔机对⑵中的TA2棒材或是TC4钛合金棒进行斜轧穿孔并制备出TA2管坯或是TC4管坯,TA2管坯或是TC4管坯的直径控制在152～155mm，而其壁厚控制在22mm；

⑷压头：压头前需采用直径104mm的芯棒进行顶管，所述芯棒在使用前要进行预热，预热的温度控制在600℃，预热后在所述芯棒的外表面涂抹SM-B型芯棒润滑剂之后再穿入⑶中的TA2管坯或是TC4管坯并进行顶管，顶管后将TA2管坯或是TC4管坯的头部压实；

⑸热轧：将⑷中的TA2管坯或是TC4管坯连同所述芯棒放进热轧机内，热轧机的轧辊间距控制在600～1200mm，热轧机的轧制速度控制在2～4.0m/s，轧制TA2管坯的轧辊个数不少于6个，轧制TC4管坯的轧辊个数不少于8个，热轧加工出直径范围是112～126mm、壁厚范围是4～11mm的TA2轧管或是TC4轧管；

⑹松棒及脱棒：⑸中TA2轧管在松棒时其松棒机的压下量控制在4～8mm并实现TA2轧管的扩径，然后进行脱棒；⑸中TC4轧管在松棒时其松棒机的压下量控制在6～9mm并实现TC4轧管的扩径，然后脱棒；

⑺对⑹中TA2轧管或是TC4轧管的外表面再次进行涂抹防氧化润滑涂料；

⑻二次加热：将⑺中TA2轧管或是TC4轧管进行二次加热，二次加热在真空加热炉中进行，二次加热的温度控制在950℃，保温30分钟后出炉；

⑻张减径：二次加热并保温出炉后,将TA2轧管或是TC4轧管放在张减机上进行张减径，张减机的速度控制在2～3m/s，要求TA2轧管通过张减机时的道次变形量不大于10％，要求TC4轧管通过张减机时的道次变形量不大于6％，张减径后加工出TA2无缝油管或是TC4无缝油管；

⑽探伤：对⑼中的TA2无缝油管或是TC4无缝油管进行无损超声波探伤并确定TA2无缝油管或是TC4无缝油管的切头长度；

⑾切头：根据无损探伤结果和管材尺寸及表面质量情况进行TA2无缝油管或是TC4无缝油管的切头加工；

⑿热处理：将切头后的TA2无缝油管或是TC4无缝油管进行成品退火，经700～750℃的真空退火且炉冷到100℃时出炉并空冷至室温；

⒀矫直：TA2无缝油管合金管材采用冷矫直且压下量控制在1～2mm，TC4无缝油管采用热矫直且压下量2～3mm，热矫直的温度控制在400～500℃；

⒁检验：按照技术要求对⒀中TA2无缝油管或是TC4无缝油管进行力学性能检验；

⒂包装：根据客户要求或GB/T8180标准要求对⒁中合格的TA2无缝油管或是TC4无缝油管进行包装。