CN105568195A - 一种高精度高强钛合金无缝管材的制备方法 - Google Patents

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    • C22F1/16Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
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Abstract

本发明公开了属于无缝管材的制造技术领域的一种高精度高强钛合金无缝管材的制备方法。采用“锻造—锻棒钻孔—冷轧”工艺路线,在快锻机上进行高强钛合金棒材的锻造,提高棒材综合质量;在高精度深孔钻机床上进行棒材机加工通孔,可以保证管坯的尺寸精度,特别是管坯的壁厚壁厚偏差≤公称壁厚的±1%;管坯通过进一步轧制和退火处理,不仅能提供所需的外形尺寸和表面质量优质的管材,改善组织性能;采用立式退火炉挂装热处理,有效避免热处理过程管材变形。本发明设备投资小、生产工艺简单、工人劳动强度大大降低、制品尺寸精度高及壁厚偏差小,可以生产具有中等管径、一定的长度和壁厚的高精度高强钛合金无缝管材,而且显著提高管材成品率高。

Description

一种高精度高强钛合金无缝管材的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于无缝管材的制造技术领域,特别涉及一种高精度高强钛合金无缝管材 的制备方法。

背景技术

[0002] 高强钛合金无缝管材具有强度高、密度低、耐蚀性、耐热性好等特点,是航空、航 天、石油、化工、船舶等领域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、冷变形易开裂,热加工过程容易发生氧化和吸氢,使得加工具有一定长度和 壁厚而且具有优良力学性能的高精度高强钛合金管材具有相当难度。

[0003] 目前,制造高强钛合金无缝管材的方法有斜乳穿孔管坯乳制法和挤压管坯乳制法 两种。(1)穿孔管坯乳制法:首先将钛合金铸锭锻造成棒材,棒材加热后送入两辊或三辊斜 乳穿孔机穿成管坯,再将管坯经过多道次的乳制、退火和精整处理得到成品管材。该方法具 有材料利用率高、工模具消耗少、生产效率高、成本低、管坯表面质量好等优点,但是由于斜 乳穿孔制备的管坯容易产生明显的壁厚不均和偏心,而后续的乳制工艺对高强钛合金管材 壁厚不均以及偏心的纠正能力有限,导致最终管材的尺寸精度,特别是壁厚精度不高,壁厚 差达到管材公称壁厚的5%~10%;另外,钛合金在加热、保温和穿孔过程中容易发生氧化 和吸氢,使得管坯的抗拉强度提高、塑性降低,严重情况下会导致钛合金管坯发生氢脆,导 致钛合金管坯的后续乳制变形难度增加,容易出现裂纹和开裂,而且制品的综合力学性能 降低。如果在惰性气氛或真空状态下进行钛合金管坯加热、穿孔,以减少氧化和吸氢,将大 大增加生产成本。(2)挤压管坯乳制法:将钛合金铸锭或棒坯加热,然后送入挤压机挤压成 管坯,对管坯内、外表面进行处理后,再经过多道次的乳制、退火和精整处理得到成品管材。 但是挤压制备的高强钛合金管坯的内外表面质量很差,划伤严重,大大增加后续管坯表面 处理及修伤工作量,特别是挤压以及修伤后的管坯壁厚精度难以保证,后续冷乳过程难以 纠正管坯的壁厚偏心,另外,对于较大规格的管材,需要大吨位的挤压机进行挤压,投资巨 大,成本较高。

[0004] 上述两种常见制备高强钛合金无缝管材的方法的共同特点是所制备管材的壁厚 偏差较大,壁厚差往往达到管材公称壁厚的± 5%~± 10 %。即使按中国专利CN10148439A 所述方法,对管坯或者乳制半成品进行镗孔、成品外壁抛磨及内外壁绗磨加工,最终管材的 壁厚差仍然达到管材公称壁厚的± 2 %~± 3 %。

[0005] 因此,提供一种设备投资小、加工工序较少、成品率较高的用于高精度高强钛合金 无缝管材的制造方法就成为该技术领域急需解决的技术难题。

发明内容

[0006] 本发明的目是提供一种高精度高强钛合金无缝管材的制备方法,其特征在于,该 方法是一种设备投资小、加工工序较少、壁厚偏差小、成品率较高的高精度高强钛合金无缝 管材的制备方法;其步骤如下:

[0007] (1)高强钛合金棒材的制备:将高强钛合金铸锭经过加热、锻造,得到高强钛合金 棒材;

[0008] (2)矫直:将步骤(1)所得高强钛合金棒材加热到580~620°C,采用管棒矫直机进 行精整矫直;

[0009 ] (3)高精度高强钛合金管坯的制备:将步骤(2)所得矫直后的高强钛合金棒材机加 工成光棒,然后沿光棒的长度方向机加工通孔,得到高精度的高强钛合金管坯;

[0010] (4)管材乳制及热处理:将步骤(3)所得高精度高强钛合金管坯在三辊乳管机上进 行多道次冷乳加工,每乳制1~2道次进行热处理一次,最后一道次乳制需对管材内外径预 留0.04~0.1mm的加工余量;

[0011] (5)矫直:将步骤(4)所得高强钛合金管材经过矫直后供下一工序使用;

[0012] (6)管材精修:对步骤(5)所得高强钛合金管材进行外壁抛磨及内壁绗磨加工得到 成品管材,加工量根据成品以及步骤(4)所留加工余量控制。

[0013] 所述步骤(1)的锻造工艺在快锻机上进行,且锻造变形量为80%~98%。

[0014] 所述步骤(3)的机加工通孔是在高精度深孔钻机床上进行,经过车削钻孔的管坯 壁厚偏差 < 公称壁厚的± 1 %,这是获得壁厚偏差小的高精度管坯的关键。

[0015] 所述步骤(4)的冷乳加工是采用三辊周期式冷乳管机,以保证管材乳制精度;其冷 乳加工的道次变形量为6%~15%,两次退火之间的累计变形量为8%~20%,从管坯到成 品管材的总变形量为35%~80%。

[0016] 所述步骤(4)的热处理包括中间退火及成品退火,均采用立式真空退火炉进行,并 且真空度低于1.33 X 10-ipa。

[0017] 所述步骤(4)中所述的热处理为在780~800°C下保温90~120min,管材装炉方式 采用立式挂装。

[0018] 本发明的有益效果是本方法采用棒材钻孔-冷乳的加工工艺,相对斜乳穿孔管坯 乳制法和挤压管坯乳制法具有以下优点:设备投资小、生产工艺简单、工人劳动强度大大降 低、制品尺寸精度尚及壁厚偏差小,可以生广具有中等管径(Φ 20mm~Φ 100mm)、一定的长 度(lm~4m)和壁厚的高精度高强钛合金无缝管材,而且显著提高管材成品率高。本发明避 免了钛合金在斜乳穿孔或者挤压等热加工过程的氧化和吸氢现象,还可以有效降低和控制 管坯的壁厚不均和偏心,显著降低由于壁厚不均和偏心所导致的后续工作强度,所制备管 材的壁厚差不超过管材公称壁厚的± 1 %。

附图说明

[0019] 图1为钛合金无缝管材的制备流程图。

具体实施方式

[0020] 本发明提供一种高精度高强钛合金无缝管材的制备方法,该方法是一种设备投资 小、加工工序较少、壁厚偏差小、成品率较高的高精度高强钛合金无缝管材的制备方法;下 面结合附图1和具体实施例对本发明做进一步说明。

[0021] 实施例1

[0022]选用直径为420mm的TC10高强钛合金铸锭,欲经过"锻造--棒材钻孔--冷乳" 工艺路线将其加工成Φ χφ 42.4:$ 的具有高精度、高表面质量和优 良综合性能的管材。图1所示的具体操作步骤如下:

[0023] 1.棒材制备:采用2500吨快锻机,将Φ 420mm的TC10钛合金铸锭在820°C~1050°C 进行锻造,得到Φ 68 X 2400mm的TC10钛合金棒材,锻造变形量为94.9 %。

[0024] 2.棒材乳制及精整矫直:将锻造得到的TC10钛合金棒材加热到580°C保温90min, 然后米用Φ 25~75七辑卧式矫直机进行矫直。

[0025] 3.管坯制备:首先将矫直后的TC10钛合金棒材在车床上机加工成Φ 60mm的光棒, 然后采用ZK2160D深孔钻机床,沿光棒的长度方向机加工通孔,得到高精度TC10钛合金管 还:Φ 60±0.03mmX Φ 46±0.03mmX 2400mm,管还的内外表面粗糖度 < 0.8μηι。

[0026] 4.管材乳制及热处理:Φ 60±0.03mmX Φ 46±0.03mmX2400mm的TC10钛合金管坯 在LD60三辊周期式冷乳管机上进行4道次冷乳加工,每乳制1道次进行真空热处理一次,得 到φ 52=5 X φ 42.4:= X3600mm的管材。从管坯到成品管材的总变形量为46 · 3%。具 体乳制及热处理工艺如表1所示。

[0027] 表1乳制及热处理工艺 [0028]

Figure CN105568195AD00051

[0029] 5.矫直:经过上述冷乳及热处理后的管材,在Φ 25~75七辊卧式矫直机进行矫直。

[0030] 6.管材精修:矫直后高强钛合金管材在车床进行外壁抛磨及内壁绗磨加工得到成 品管材,外壁单边抛磨0.03~0.05mm,内壁衔磨0.03~0.05mm。

[0031] 对成品管材的检测结果如下:管材的直线度优于1000:0.2,管材壁厚差< ± 0.04mm,外径52^G54,内径42.4^25表面粗糙度Ra < 0.8μπι,抗拉强度〇b* 1070MPa,延伸 率55为13.5%。检测结果表明:采用该方法生产的TC10高强钛合金管材具有很好的尺寸精 度和良好的综合性能。

[0032] 实施例2

[0033] 选用直径为280mm的TA15钛合金铸锭,欲经过"锻造--锻棒钻孔--冷乳"工艺 路线将其加工成Φ 34.53¾ ΧΦ x36GGmm的具有高精度、高表面质量和优良综 合性能的管材。具体操作步骤如下:

[0034] 1.棒材制备:采用2500吨快锻机,将Φ 280mm的TA15高强钛合金铸锭在850 °C~ 1150 °C进行锻造,得到Φ 52 X 2100mm的TA15高强钛合金棒材,锻造变形量为96.6 %。

[0035] 2.棒材精整矫直:将锻造得到的TA15钛合金棒材加热到620 °C保温90min,然后采 用Φ 25~75七辑卧式矫直机进行矫直。

[0036] 3.管坯制备:先将矫直后的TA15钛合金棒材在车床上机加工成Φ 45mm的光棒,然 后采用ZK2160D深孔钻机床,沿光棒的长度方向机加工通孔,得到高精度TA15钛合金管坯: Φ 45±0.02mm X Φ 30±0.02mmX 2100mm,管还的内外表面粗糖度 < 0.8μηι。

[0037] 4.管材乳制及热处理:<M5±0.02mmX <i>30±0.02mmX2100mm的ΤΑ15钛合金管坯 在LD60三辊周期式冷乳管机上进行5道次冷乳加工,每乳制1~2道次进行真空热处理一次, 得到(1)34.5^4><(1)24^^><:犯〇0画丨的管材。乳制总变形量为56.8%。具体乳制及热处 理工艺如表2所示。

[0038] 表2乳制及热处理工艺 [0039]

Figure CN105568195AD00061

[0040] 5.矫直:经过上述冷乳及热处理后的管材,在Φ 25~75七辊卧式矫直机进行矫直。 [0041 ] 6.管材精修:矫直后TA15钛合金管材在车床进行外壁抛磨及内壁绗磨加工得到成 品管材。外壁单边抛磨0.02~0.025mm,内壁绗磨0.02~0.025mm。

[0042]对成品管材的检测结果如下:管材的直线度优于1000:0.2,管材壁厚差< ± 0.05mm,外径φ M.5H,内经Φ 24=f,表面粗糙度Ra < 0.8μπι,抗拉强度o^lOOOMPa, 延伸率35为15%。检测结果表明:采用该方法生产的TA15高强钛合金管材具有很好的尺寸 精度和良好的综合性能。

Claims (6)

1. 一种高精度高强钛合金无缝管材的制备方法,其特征在于,该方法是一种设备投资 小、加工工序较少、壁厚偏差小、成品率较高的高精度高强钛合金无缝管材的制备方法;其 步骤如下: (1) 高强钛合金棒材的制备:将高强钛合金铸锭经过加热、锻造,得到高强钛合金棒材; (2) 矫直:将步骤(1)所得高强钛合金棒材加热到580~620Γ,采用管棒矫直机进行精 整矫直; (3) 高精度高强钛合金管坯的制备:将步骤(2)所得矫直后的高强钛合金棒材机加工成 光棒,然后沿光棒的长度方向机加工通孔,得到高精度的高强钛合金管坯; (4) 管材乳制及热处理:将步骤(3)所得高精度高强钛合金管坯在三辊乳管机上进行多 道次冷乳加工,每乳制1~2道次进行热处理一次,最后一道次乳制需对管材内外径预留 0.04~0.1mm的加工余量; (5) 矫直:将步骤(4)所得高强钛合金管材经过矫直后供下一工序使用; (6) 管材精修:对步骤(5)所得高强钛合金管材进行外壁抛磨及内壁绗磨加工得到成品 管材,加工量根据成品以及步骤(4)所留加工余量控制。
2. 根据权利要求1所述高精度高强钛合金无缝管材的制备方法,其特征在于,所述步骤 (1)的锻造工艺在快锻机上进行,且锻造变形量为80%~98%。
3. 根据权利要求1所述高精度高强钛合金无缝管材的制备方法,其特征在于,所述步骤 (3) 的机加工通孔是在高精度深孔钻机床上进行,经过车削钻孔的管坯壁厚偏差 < 公称壁 厚的± 1 %,这是获得壁厚偏差小的高精度管坯的关键。
4. 根据权利要求1所述高精度高强钛合金无缝管材的制备方法,其特征在于,所述步骤 (4) 的冷乳加工是采用三辊周期式冷乳管机,以保证管材乳制精度;其冷乳加工的道次变形 量为6%~15%,两次退火之间的累计变形量为8%~20%,从管坯到成品管材的总变形量 为 35%~80%。
5. 根据权利要求1所述高精度高强钛合金无缝管材的制备方法,其特征在于,所述步骤 (4)的热处理包括中间退火及成品退火,均采用立式真空退火炉进行,并且真空度低于1.33 X10_1Pa〇
6. 根据权利要求1所述高精度高强钛合金无缝管材的制备方法,其特征在于,所述步骤 (4)中所述的热处理为在780~800°C下保温90~120min,管材装炉方式采用立式挂装。
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