CN105420651A - 一种大口径厚壁无缝锆管材的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大口径无缝锆管材的制造方法，该方法用真空自耗电弧炉二次熔炼成铸锭；将铸锭进行二火次锻造、棒材加工，然后用三辊斜轧穿孔制成管坯；用喷砂加酸洗后的管坯进行拉伸扩径，每进行一次拉伸扩径，对拉伸扩径后的管材依次进行润滑剂的清洗和再结晶真空退火处理；再经1～2次冷轧得到成品管材；最后将成品管材除油后进行真空退火处理，然后对管材酸洗处理得到大口径锆管。采用本发明方法制造的厚壁锆管力学性能优异，主要用作石油、化工、海洋等行业的压力容器、工业管道、冷凝器、钻井等领域，用于防腐管材的需求。

Description

一种大口径厚壁无缝锆管材的制造方法

技术领域

本发明涉及金属制品领域，特别涉及一种大口径厚壁无缝锆管材的制造方法。

背景技术

钛作为金属材料，虽然不如铜、铁、铝那样早为人知，但其具有强度高、耐蚀性强、生物相容性好、无磁性等优点。钛及钛合金因具有优异的综合力学性能，在航空航天、舰船制造、化学工业、交通车辆、建筑装饰、海洋建筑、体育用品、生活用品等方面得到了广泛的应用，被称为“太空金属”、“海洋金属”、“智能金属”等。

20世纪50年代是我国钛材生产的开创期、60-70年代为建设期、80-90年代的才得到初步发展期。在新世纪，得益于国民经济的持续、快速发展，中国钛工业也进入了一个快速成长期。

锆大口径管材的加工方法目前有二种：一种是用锆板材，通过卷板机或用油压机模压成型，然后焊接成圆管，经过校圆，矫直，制作成有缝管材；另一种是经过斜轧穿孔、拉伸扩径、轧制的方法制作无缝管材。目前国内外制造大口径锆管，主要是采用第一种方法生产，而本发明的制造的规格为φ114～φ620×3.0～30×2000~12000mm锆大口径管材，填补国内外空白。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状，而提供一种抗拉强度和屈服强度高，性能优异的大口径厚壁无缝锆管材的制造方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种大口径厚壁无缝锆管材的制造方法，包括以下步骤：

A、选用海绵锆，经过烘烤，用油压机在海绵锆上压制电极块，在真空焊箱内组焊电极；

B、采用真空自耗电弧炉对海绵锆熔炼两次制备铸锭，控制铸锭中各元素的质量百分比含量为：Zr+Hf≥99.2%，Hf≤4.5%，C≤0.05％，N≤0.025％，H≤0.005％，O≤0.20％，对二次铸锭进行剥皮处理；

C、将步骤B制得的铸锭在温度为800℃～1050℃的条件下经二火次镦拔锻造得到锆圆棒，控制每火次的铸锭变形量为30％～80％；

D、对锆圆棒进行机械加工获得光滑匀称的棒材；

E、用步骤D制得的棒材在温度为900℃～1050℃的条件下，用三辊斜轧穿孔制成管坯；

F、再将管坯用喷砂加酸洗去除管坯内外表面氧化皮；管坯内外表面涂润滑剂；

G、采用300～1000T拉伸机对步骤F制得的管坯进行多道次拉伸扩孔，每扩孔完一次，对扩孔后的管坯依次进行除油处理、再结晶真空退火处理、矫直，控制每道次管坯内径的扩径量与减壁量之比不大于1.2；

H、采用冷轧机对步骤G中经扩孔、除油处理和再结晶真空退火处理后的管坯进行一到二次冷轧得到成品管材；

I、将步骤H制得的成品管材进行真空退火处理，然后将经真空退火处理后的成品管材进行矫直；

J、对步骤I制得的成品管材去毛刺、切头尾、定尺；

K、将步骤J制得管材置于温度为30℃～50℃的氢氟酸与硝酸的混合溶液中酸洗，制得大口径厚壁无缝锆管材。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

步骤G中扩孔的道次加工率为20％～40％。

步骤H中轧制的道次加工率为20％～40％。

制得的大口径厚壁无缝锆管材抗拉强度≥380MPa，屈服强度为≥205MPa，延伸率≥16％，大口径锆管的管材外直径与壁厚的比值为5～65。

步骤A中的海绵锆经过100-150℃烘烤，烘干海绵锆材潮气，减少自耗电弧炉抽真空的时间，步骤B中的熔炼真空度达到10^-2Pa。

大口径厚壁无缝锆管材的三辊斜轧穿孔工艺如下：

A、采用感应炉及电炉保温的加热工艺手段，通过光学测温仪器控制电炉加热温度，确定棒材加热均匀，温度控制在±10℃；

B、调整好三辊斜轧穿孔机的推料气缸中心线、轧制中心线和顶杆小车中推力轴承中心线，使三线在同一直线上；

C、顶头位置为高出轧辊压缩带30-100mm，顶头冷却水压力控制在0.3-0.8Mpa；

D、选用合适的顶头尺寸，同时调整顶头位置，保证荒管壁厚尺寸，控制轧制速度。

轧制速度为0.30-0.55m/s。

三辊穿孔机的调整参数选择如下：δ=12～15%，δ0=5～9%，α=8～10⁰，其中，δ为管坯直径总压缩率，δ0为顶头前压缩率量，α为轧辊锥角。

大口径厚壁无缝锆管材拉伸扩径工艺如下：

A、制作拉拔内模；

B、然后采用氩弧焊，将管坯与拉拔接头进行焊接；

C、管坯内外表面涂润滑剂，然后凉干；

D、控制拉伸速度，速度为0.20-0.40m/s。

大口径厚壁无缝锆管材的轧制工艺如下：

A、选用冷轧辊机进行轧制，轧制前检查轧辊孔型尺寸，对轧辊进行修整处理；

B、冷轧机机架运行次数控制在30-50次/分钟，送进量2-5mm/次。

通过本发明的工艺，能制造出规格为φ114～φ620×3.0～30×2000~12000mm锆大口径管材，填补国内外空白，且制造出大口径厚壁无缝锆管材力学性能优异，抗拉强度≥380MPa，屈服强度≥205MPa,延伸率≥16%，管材外径与壁厚的比值为5～65，管材外径为114～620mm，其内、外表面质量均较好，达到ASTMB523或ASMESB-523标准的要求，由本发明方法制造的大口径无缝锆管材主要用作石油、化工、海洋等行业的压力容器、工业管道、冷凝器、钻井等领域，用于防腐管材的需求。

具体实施方式

本发明的大口径无缝锆管材的制造方法，其特点是它包括下列步骤：

a.选用海绵锆，经过100-150℃烘烤，用油压机压制电极块，在真空焊箱内组焊电极；

b.采用真空自耗电弧炉熔炼两次制备铸锭，铸锭中各元素的质量百分比含量为：Zr+Hf≥99.2%，Hf≤4.5%，C≤0.05％，N≤0.025％，H≤0.005％，O≤0.20％，对二次铸锭进行剥皮处理；

c.将步骤(B)中所述铸锭在温度为800℃～1050℃的条件下经二火次镦拔锻造得到锆圆棒，每火次的变形量为30％～80％；

d.然后对圆棒进行机械加工获得组织、成分均匀的棒材；

e.棒材在温度为900℃～1050℃的条件下，用三辊斜轧穿孔制成管坯；

f.再将管坯用喷砂加酸洗去除管坯内外表面氧化皮；管坯内外表面涂润滑剂，制作拉伸接头，并用氩弧焊将拉伸接头和管坯进行焊接；

g.采用300～1000T拉伸机对管坯进行多道次拉伸扩孔，每扩孔完一次对扩孔后的管坯依次进行除油处理、再结晶真空退火处理、矫直，控制每道次管坯内径的扩径量与减壁量之比不大于1.2，扩孔的道次加工率为20％～40％；

h.采用冷轧机对扩孔、除油处理和再结晶真空退火处理后的管坯进行一或二次冷轧得到成品管材，轧制的道次加工率20％～40％；

i.将成品管材进行真空退火处理，真空度需达到到1×10-2Pa以上，加热温度为550-650℃，保温2-3小时，出炉温度≤200℃，成品管材进行矫直；

j.去毛刺、切头尾、定尺；

k.将管材置于温度为30℃～50℃的氢氟酸与硝酸的混合溶液中酸洗，然后对成品管材进行检验，得到抗拉强度≥380MPa，屈服强度为≥205MPa，延伸率≥16％的R60702大口径锆管；所述R60702大口径厚壁锆管的管材直径与壁厚的比值为5～65。

本发明所选用的海绵锆，需要经过100-150℃烘烤，烘干海绵锆材潮气，减少自耗电弧炉抽真空的时间，熔炼真空度达到10-2Pa，得到化学成分合格的二次铸锭。

本发明使用的三辊斜轧穿孔工艺如下：

A、采用感应炉+电炉保温的加热工艺手段，通过光学测温仪器严格控制电炉加热温度，确定棒材加热均匀，要求温度控制在±10℃；

B、调整好三辊斜轧穿孔机的推料气缸中心线、轧制中心线和顶杆小车中推力轴承中心线，在同一条线上；

C、顶头位置为出轧辊压缩带30-100mm，顶头冷却水压力控制在0.3-0.8Mpa，保证顶头能快速冷却，防止闷车、卡轧现象发生；

D、选用合适的顶头尺寸，同时调整顶头位置，保证荒管壁厚尺寸，控制轧制速度，速度为0.30-0.55m/s。

三辊穿孔机的调整参数选择如下：δ=12～15%，δ0=5～9%，α=8～10⁰，δ为管坯直径总压缩率，δ0为顶头前压缩率量，α为轧辊锥角；

本发明使用的拉伸扩径工艺如下：

A、制作拉拔内模；

B、然后采用氩弧焊，将管坯与拉拔接头进行焊接；

C、管坯内外表面涂润滑剂，然后凉干；

D、控制拉伸速度，速度为0.20-0.40m/s；

本发明使用的轧制工艺如下：

A、选用冷轧辊机进行轧制，轧制前检查轧辊孔型尺寸，对轧辊进行修整处理；

B、冷轧机机架运行次数控制在30-50次/分钟，送进量2-5mm/次。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大口径厚壁无缝锆管材的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、选用海绵锆，经过烘烤，用油压机在海绵锆上压制电极块，在真空焊箱内组焊电极；

B、采用真空自耗电弧炉对海绵锆熔炼两次制备铸锭，控制铸锭中各元素的质量百分比含量为：Zr+Hf≥99.2%，Hf≤4.5%，C≤0.05％，N≤0.025％，H≤0.005％，O≤0.20％，对二次铸锭进行剥皮处理；

C、将步骤B制得的铸锭在温度为800℃～1050℃的条件下经二火次镦拔锻造得到锆圆棒，控制每火次的铸锭变形量为30％～80％；

D、对锆圆棒进行机械加工获得光滑匀称的棒材；

E、用步骤D制得的棒材在温度为900℃～1050℃的条件下，用三辊斜轧穿孔制成管坯；

F、再将管坯用喷砂加酸洗去除管坯内外表面氧化皮；管坯内外表面涂润滑剂；

G、采用300～1000T拉伸机对步骤F制得的管坯进行多道次拉伸扩孔，每扩孔完一次，对扩孔后的管坯依次进行除油处理、再结晶真空退火处理、矫直，控制每道次管坯内径的扩径量与减壁量之比不大于1.2；

H、采用冷轧机对步骤G中经扩孔、除油处理和再结晶真空退火处理后的管坯进行一到二次冷轧得到成品管材；

I、将步骤H制得的成品管材进行真空退火处理，然后将经真空退火处理后的成品管材进行矫直；

J、对步骤I制得的成品管材去毛刺、切头尾、定尺；

K、将步骤J制得管材置于温度为30℃～50℃的氢氟酸与硝酸的混合溶液中酸洗，制得大口径厚壁无缝锆管材。

2.根据权利要求1所述的一种大口径厚壁无缝锆管材的制造方法，其特征在于：步骤G中扩孔的道次加工率为20％～40％。

3.根据权利要求1所述的一种大口径厚壁无缝锆管材的制造方法，其特征在于：步骤H中轧制的道次加工率为20％～40％。

4.根据权利要求1所述的一种大口径厚壁无缝锆管材的制造方法，其特征在于：制得的大口径厚壁无缝锆管材抗拉强度≥380MPa，屈服强度为≥205MPa，延伸率≥16％，大口径锆管的管材外直径与壁厚的比值为5～65。

5.根据权利要求1所述的一种大口径厚壁无缝锆管材的制造方法，其特征在于：步骤A中的海绵锆经过100-150℃烘烤，烘干海绵锆材潮气，减少自耗电弧炉抽真空的时间，步骤B中的熔炼真空度达到10^-2Pa。

6.根据权利要求1所述的一种大口径厚壁无缝锆管材的制造方法，其特征在于：三辊斜轧穿孔工艺如下：

采用感应炉及电炉保温的加热工艺手段，通过光学测温仪器控制电炉加热温度，确定棒材加热均匀，温度控制在±10℃；

调整好三辊斜轧穿孔机的推料气缸中心线、轧制中心线和顶杆小车中推力轴承中心线，使三线在同一直线上；

顶头位置为高出轧辊压缩带30-100mm，顶头冷却水压力控制在0.3-0.8Mpa；

选用合适的顶头尺寸，同时调整顶头位置，保证荒管壁厚尺寸，控制轧制速度。

7.根据权利要求6所述的一种大口径厚壁无缝锆管材的制造方法，其特征在于：轧制速度为0.30-0.55m/s。

8.根据权利要求6所述的一种大口径厚壁无缝锆管材的制造方法，其特征在于：三辊穿孔机的调整参数选择如下：δ=12～15%，δ0=5～9%，α=8～100，其中，δ为管坯直径总压缩率，δ0为顶头前压缩率量，α为轧辊锥角。

9.根据权利要求1所述的一种大口径厚壁无缝锆管材的制造方法，其特征在于：拉伸扩径工艺如下：

制作拉拔内模；

B、然后采用氩弧焊，将管坯与拉拔接头进行焊接；

C、管坯内外表面涂润滑剂，然后凉干；

D、控制拉伸速度，速度为0.20-0.40m/s。

10.根据权利要求1所述的一种大口径厚壁无缝锆管材的制造方法，其特征在于：轧制工艺如下：

A、选用冷轧辊机进行轧制，轧制前检查轧辊孔型尺寸，对轧辊进行修整处理；

B、冷轧机机架运行次数控制在30-50次/分钟，送进量2-5mm/次。