CN106475503A - 一种钛锻造法兰三通的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种钛锻造法兰三通的制造方法，具体为：1)采用O级海绵钛配氧包进行备料；2)先将海绵钛和氧包进行压电极处理得到电极块，再焊接成电极；3)将得到的电极置于真空电弧炉里进行二次熔炼处理得到钛锭；4)将钛锭进行保温处理；5)将铸锭采用油压机进行镦拔锻造，经四墩四拔、反复两个火次处理，得到钛方块；6)将钛方块进行打磨、检验得到成品方块；7)将检验合格后的成品方块进行机械加工，得到初加工的钛锻造法兰三通；8)将初加工的钛锻造法兰三通进行外观尺寸检验，依次检验法兰直径、孔的丝距，若无瑕疵则进行表面抛光处理，得到钛锻造法兰三通。本发明的制造方法，解决了钛铸件三通、钛焊接三通抗压性能不足的问题。

Description

一种钛锻造法兰三通的制造方法

技术领域

本发明属于有色金属加工方法技术领域，涉及一种钛金属加工方法，具体涉及一种钛锻造法兰三通的制造方法。

背景技术

牌号(TA₂)为工业纯钛，其特点是：强度不高但塑性好，易于加工成型，冲压、焊接、可切割加工性能良好；在大气、海水、湿氯气及氧化性、中性、弱还原性介质中具有良好的耐蚀性，多用于舰船、石油及化工领域。常温下，钛金属表面容易形成一层保护性氧化膜，不受水、酸性溶液及碱性溶液的侵蚀，对海水的抗腐蚀能力特别强。钛管安装主要应用于海洋舰船、石油、化工及热电站等工业部门，而钛管件三通与管子的连接是其重要组成部分。

执行美国标准ASTM B381加工的钛锻造法兰三通能替代目前通用的钛铸造三通、钛焊接三通，这种经锻造工艺生产的法兰三通密实度高且力学性能好，不仅提高了原材质特有的强度，还能有效解决单纯的钛铸造三通材质较脆、铸件上有气孔及承受压力低的问题，有效解决钛焊接三通因90度角无法探伤，焊接处存有隐患、焊接点有杂质、焊接管壁较薄(最厚6mm)焊接容易变形，安装、使用过程中易从焊接处拉开的问题；另外，由于钛锻造法兰三通为一个整体，无焊接点，且壁厚达8mm以上，能承受较高压力，因而在各种恶劣工况条件下都能保证管件自身的性能。由此可见，拓展钛锻造管件加工材料对于海洋舰船、石油、化工等行业有很深远的影响，非常值得推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛锻造法兰三通的制造方法，有效解决了钛铸件三通、钛焊接三通抗压性能不足的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种钛锻造法兰三通的制造方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、采用O级海绵钛配氧包进行备料；

步骤2、先将经步骤1中的海绵钛和氧包进行压电极处理得到电极块，再焊接成电极；

步骤3、将经步骤2得到的电极置于真空电弧炉里进行二次熔炼处理，得到钛锭；

步骤4、将经步骤3得到的钛锭进行保温处理；

步骤5、将经步骤4得到的铸锭采用油压机进行镦拔锻造，经四墩四拔、反复两个火次处理，得到钛方块；

步骤6、将经步骤5得到的钛方块进行打磨、检验得到成品方块；

步骤7、将经步骤6检验合格后的成品方块进行机械加工处理，得到初加工的钛锻造法兰三通；

步骤8、将经步骤7得到的初加工的钛锻造法兰三通进行外观尺寸检验，依次检验法兰直径、孔的丝距，若无瑕疵，则进行表面抛光处理，得到钛锻造法兰三通。

本发明的特点还在于：

在步骤1中，根据压力机槽容量，将O级海绵钛做为原料，用≤0.07％的铁、≤0.2％的氧包成氧包。

步骤2具体按照以下方法实施：

将海绵钛与氧包分层放置于压力机槽内，在4500压力机下压制成电极块，然后用氩弧焊焊接成电极。

在步骤3中：

第一次熔炼：采用直径为ф480～ф560mm的坩埚，起弧电流为2200A～3500A，电压为27V～30V，真空度为6.8E-0～1.4E-0，熔炼采用电流为6000A～9000A，电压为33V～35V，真空度为1.5E·1～5.0E·0，稳弧3～8，冷却时间为2.5h～5.5h，水温在60℃以下；

第二次熔炼：采用直径为ф560～ф640mm的坩埚，起弧电流为2.2KA～3.5KA，电压为27V～30V，真空度为6.8E-0～1.4E-0，熔炼采用电流为8KA～22.5KA，电压为32V～35V，真空度为8.5E·0～1.2E-1，稳弧3～10，冷却时间为4h～8h，水温在60℃以下；

经冷却后，形成Φ550mm～650mm的钛锭。

步骤4中的保温处理方法具体如下：

将经步骤3得到的直径为Φ550--Φ650，长度为550mm的钛锭进行加热处理，其中装炉温度为800℃～850℃，装炉温度下预热100min，加热升温120min～150min，保温150min～180min。

步骤5具体按照以下方法实施：

采用3500T油压机对经步骤4得到的铸锭进行锻造开坯、坯中间锻造及成品锻造，坯料加热温度及终锻温度的工艺参数具体如下：

铸锭开坯加热温度950℃～1000℃，终锻温度不低于750℃，开坯阶段的变形量应为50％以上；坯中间锻造加热温度900℃～950℃，终锻温度不低于700℃，中间阶段的变形量应为30％以上；成品锻造加热温度800℃～850℃，终锻温度不低于650℃，成品锻造阶段的变形量应为20％以上。

步骤6具体按照以下方法实施：

先对经步骤5得到的钛方块进行酸洗，用以去除氧化层；

再依次经无损探伤检查及表面检查，确定成品方块表面是否存在裂纹，若成品方块表面没有存在裂纹，则进行如下处理：

若表面有裂纹但裂纹较浅，则要进行修磨后转入下一步骤，即进入步骤7；

若表面裂纹较深，则要看是否能够避让，若无法避让，则要重新熔炼或加工其它较小的工件。

步骤7具体按照以下步骤实施：

步骤7.1、对经步骤6检验合格后的成品方块进行刨面处理；

步骤7.2、经步骤7.1后，再依次进行探伤、镗孔、线切割处理；

步骤7.3、经步骤7.2后，先确定的法兰孔位置，在成品方块掏直径为Φ10mm的内圆；然后做工装，上车铣加工中心进行加工；最后完成法兰孔过丝、水线，经检验后得到成品钛锻造法兰三通。

本发明的有益效果在于：

(1)利用本发明的制造方法所制造出的钛锻造法兰三通再经过锻造工艺处理后，其抗拉强度及屈服强度等性能指标，较之目前广泛使用的钛铸造三通和钛焊接三通均有大幅度的提高。

(2)利用本发明的制造方法所制造出的钛锻造法兰三通属于一体式结构材料，钛锻造法兰三通的结构设计能保证在安装使用过程中的内应力分布均匀，其结构相对简单，安装、更换以及维护也简易，同时用一个构件来替代有多个零部件构成的管道构件，其可靠性也会显著提高。

综上所述，本发明的制造方法较之目前通用的钛铸件三通和钛焊接三通在技术性能方面有着显著提高，能承受巨大的管道输送压力，不仅适用于常温下的恶劣工况条件，还能承受巨大的深海压力，使管道构件的使用寿命得到提高。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种钛锻造法兰三通的制造方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、采用O级海绵钛配氧包进行备料，具体按照以下方法实施：

根据压力机槽容量，将O级海绵钛作为原料，用≤0.07％的铁、≤0.2％的氧包成氧包。

步骤2、先将经步骤1中的海绵钛和氧包进行压电极处理得到电极块，再焊接成电极，具体按照以下方法实施：

将海绵钛与氧包分层放置于压力机槽内，在4500压力机下压制成电极块，然后用氩弧焊焊接成电极。

步骤3、将经步骤2得到的电极置于真空电弧炉里进行二次熔炼处理，得到钛锭；

第一次熔炼：一般采用直径为ф480～ф560mm的坩埚，起弧电流为2200A～3500A，电压为27V～30V，真空度为6.8E-0～1.4E-0，熔炼采用电流为6000A～9000A，电压为33V～35V，真空度为1.5E·1～5.0E·0，稳弧3～8，冷却时间为2.5h～5.5h，水温在60℃以下；

第二次熔炼：一般采用直径为ф560～ф640mm的坩埚，起弧电流为2.2KA～3.5KA，电压为27V～30V，真空度为6.8E-0～1.4E-0(即与第一次熔炼相同)，熔炼采用电流为8KA～22.5KA，电压为32V～35V，真空度为8.5E·0～1.2E-1，稳弧3～10，冷却时间为4h～8h，水温在60℃以下；

冷却后取样进行化学分析，合格则形成Φ550mm～650mm的钛锭；

步骤4、将经步骤3得到的钛锭进行保温处理；

保温处理的方法具体如下：

将经步骤3得到的直径为Φ550mm--Φ650mm，长度为550mm的钛锭进行加热处理，其中装炉温度为800℃～850℃，装炉温度下预热100min，加热升温120min～150min，保温150min～180min；

步骤5、将经步骤4得到的铸锭采用油压机进行镦拔锻造，经四墩四拔、反复两个火次处理，得到钛方块，具体按照以下方法实施：

采用3500T油压机对经步骤4得到的铸锭进行锻造开坯、坯中间锻造及成品锻造，坯料加热温度及终锻温度的工艺参数具体如下：

铸锭开坯加热温度950℃～1000℃，终锻温度不低于750℃，开坯阶段的变形量应为50％以上；坯中间锻造加热温度900℃～950℃，终锻温度不低于700℃，中间阶段的变形量应为30％以上；成品锻造加热温度800℃～850℃，终锻温度不低于650℃，成品锻造阶段的变形量应为20％以上。

步骤6、将经步骤5得到的钛方块进行打磨、检验得到成品方块；

其中，打磨、检验的过程具体如下：

先对经步骤5得到的钛方块进行酸洗，用以去除氧化层；

再依次经无损探伤检查及表面检查，确定成品方块表面是否存在裂纹，若成品方块表面没有存在裂纹，则进行如下处理：

若表面有裂纹但裂纹较浅，则要进行修磨后转入下一步骤，即进入步骤7；

若表面裂纹较深，则要看是否能够避让，若无法避让，则要重新熔炼或加工其它较小的工件。

步骤7、将经步骤6检验合格后的成品方块进行机械加工处理，得到初加工的钛锻造法兰三通，具体按照以下步骤实施：

步骤7.1、对经步骤6检验合格后的成品方块进行刨面处理；

步骤7.2、经步骤7.1后，再依次进行探伤、镗孔、线切割处理；

步骤7.3、经步骤7.2后，先确定的法兰孔位置，在成品方块掏直径为Φ10mm的内圆；然后做工装(夹具)，上车铣加工中心进行加工；最后完成法兰孔过丝、水线，经检验后得到成品钛锻造法兰三通。

步骤8、将经步骤7得到的初加工的钛锻造法兰三通进行外观尺寸检验，依次检验法兰直径、孔的丝距，若无瑕疵，则进行表面抛光处理，得到钛锻造法兰三通。

采用本发明的制造方法制造出的钛锻造法兰三通，经测试得到：抗拉强度为545MPa，远高于美国ASTM B381标准对普通钛制品抗拉强度要求的37％；屈服强度为417MPa，远高于该标准的34.1％；断后伸长率为23％，远高于该标准的13％；断面收缩率为59％，远高于该标准的49％，具体如表1和表2所示，表1为利用本发明的制造方法制造出的钛锻造法兰三通与美国ASTMB381标准性能比较表，表2为利用本发明的制造方法制造出的钛锻造法兰三通的金属含量表；

表1

表2

实施例1

根据压力机槽容量，将O级海绵钛做为原料，用≤0.07％的铁、≤0.2％的氧包成氧包；

将海绵钛与氧包分层放置于压力机槽内，在4500压力机下压制成电极块，然后用氩弧焊焊接成电极；

将得到的电极置于真空电弧炉里进行二次熔炼处理，得到钛锭，第一次熔炼：采用直径为ф480～ф560mm的坩埚，起弧电流为2200A，电压为27V，真空度为6.8E-0，熔炼采用电流为6000A，电压为33V，真空度为1.5E·1，稳弧3，冷却时间为2.5h，水温在60℃以下；第二次熔炼：采用直径为ф560～ф640mm的坩埚，起弧电流为2.2KA，电压为27V，真空度为6.8E-0，熔炼采用电流为8KA，电压为32V，真空度为8.5E·0，稳弧3，冷却时间为4h，水温在60℃以下；冷却后取样进行化学分析，合格则形成Φ550mm～650mm的钛锭；

将得到的直径为Φ550mm--Φ650mm，长度为550mm的钛锭进行加热处理，其中装炉温度为800℃，装炉温度下预热100min，加热升温120min，保温150min；

采用3500T油压机对得到的铸锭进行锻造开坯、坯中间锻造及成品锻造，坯料加热温度及终锻温度的工艺参数具体如下：铸锭开坯加热温度950℃，终锻温度不低于750℃，开坯阶段的变形量应为50％以上；坯中间锻造加热温度900℃，终锻温度不低于700℃，中间阶段的变形量应为30％以上；成品锻造加热温度800℃，终锻温度不低于650℃，成品锻造阶段的变形量应为20％以上；

先对得到的钛方块进行酸洗，用以去除氧化层；再依次经无损探伤检查及表面检查，确定成品方块表面是否存在裂纹，若成品方块表面没有存在裂纹，则进行如下处理：若表面有裂纹但裂纹较浅，则要进行修磨后转入下一步骤；若表面裂纹较深，则要看是否能够避让，若无法避让，则要重新熔炼或加工其它较小的工件。

对检验合格后的成品方块进行刨面处理；再依次进行探伤、镗孔、线切割处理；确定的法兰孔位置，在成品方块掏直径为Φ10mm的内圆，做工装(夹具)，上车铣加工中心进行加工，完成法兰孔过丝、水线，经检验后得到成品钛锻造法兰三通；

将得到的初加工的钛锻造法兰三通进行外观尺寸检验，依次检验法兰直径、孔的丝距，若无瑕疵，则进行表面抛光处理，得到钛锻造法兰三通。

实施例2

根据压力机槽容量，将O级海绵钛做为原料，用≤0.07％的铁、≤0.2％的氧包成氧包；

将海绵钛与氧包分层放置于压力机槽内，在4500压力机下压制成电极块，然后用氩弧焊焊接成电极；

将得到的电极置于真空电弧炉里进行二次熔炼处理，得到钛锭，第一次熔炼：采用直径为ф480mm～ф560mm的坩埚，起弧电流为2800A，电压为28V，真空度为4.3E-0，熔炼采用电流为7500A，电压为34V，真空度为1.5E·1，稳弧6，冷却时间为4h，水温在60℃以下；第二次熔炼：采用直径为ф560mm～ф640mm的坩埚，起弧电流为2.8KA，电压为28V，真空度为4.3E-0，熔炼采用电流为16KA，电压为34V，真空度为8.5E·0，稳弧6，冷却时间为6h，水温在60℃以下；冷却后取样进行化学分析，合格则形成Φ550mm～650mm的钛锭；

将得到的直径为Φ550mm--Φ650mm，长度为550mm的钛锭进行加热处理，其中装炉温度为830℃，装炉温度下预热100min，加热升温135min，保温165min；

采用3500T油压机对得到的铸锭进行锻造开坯、坯中间锻造及成品锻造，坯料加热温度及终锻温度的工艺参数具体如下：铸锭开坯加热温度970℃，终锻温度不低于750℃，开坯阶段的变形量应为50％以上；坯中间锻造加热温度930℃，终锻温度不低于700℃，中间阶段的变形量应为30％以上；成品锻造加热温度830℃，终锻温度不低于650℃，成品锻造阶段的变形量应为20％以上；

先对得到的钛方块进行酸洗，用以去除氧化层；再依次经无损探伤检查及表面检查，确定成品方块表面是否存在裂纹，若成品方块表面没有存在裂纹，则进行如下处理：若表面有裂纹但裂纹较浅，则要进行修磨后转入下一步骤；若表面裂纹较深，则要看是否能够避让，若无法避让，则要重新熔炼或加工其它较小的工件。

对检验合格后的成品方块进行刨面处理；再依次进行探伤、镗孔、线切割处理；确定的法兰孔位置，在成品方块掏直径为Φ10mm的内圆，做工装(夹具)，上车铣加工中心进行加工，完成法兰孔过丝、水线，经检验后得到成品钛锻造法兰三通；

将得到的初加工的钛锻造法兰三通进行外观尺寸检验，依次检验法兰直径、孔的丝距，若无瑕疵，则进行表面抛光处理，得到钛锻造法兰三通。

实施例3

根据压力机槽容量，将O级海绵钛做为原料，用≤0.07％的铁、≤0.2％的氧包成氧包；

将海绵钛与氧包分层放置于压力机槽内，在4500压力机下压制成电极块，然后用氩弧焊焊接成电极；

将得到的电极置于真空电弧炉里进行二次熔炼处理，得到钛锭，第一次熔炼：采用直径为ф480mm～ф560mm的坩埚，起弧电流为3500A，电压为30V，真空度为1.4E-0，熔炼采用电流为9000A，电压为35V，真空度为5.0E·0，稳弧8，冷却时间为5.5h，水温在60℃以下；第二次熔炼：采用直径为ф560mm～ф640mm的坩埚，起弧电流为3.5KA，电压为30V，真空度为1.4E-0，熔炼采用电流为22.5KA，电压为35V，真空度为1.2E-1，稳弧10，冷却时间为8h，水温在60℃以下；冷却后取样进行化学分析，合格则形成Φ550mm～650mm的钛锭；

将得到的直径为Φ550mm--Φ650mm，长度为550mm的钛锭进行加热处理，其中装炉温度为850℃，装炉温度下预热100min，加热升温150min，保温180min；

采用3500T油压机对得到的铸锭进行锻造开坯、坯中间锻造及成品锻造，坯料加热温度及终锻温度的工艺参数具体如下：铸锭开坯加热温度1000℃，终锻温度不低于750℃，开坯阶段的变形量应为50％以上；坯中间锻造加热温度950℃，终锻温度不低于700℃，中间阶段的变形量应为30％以上；成品锻造加热温度850℃，终锻温度不低于650℃，成品锻造阶段的变形量应为20％以上；

先对得到的钛方块进行酸洗，用以去除氧化层；再依次经无损探伤检查及表面检查，确定成品方块表面是否存在裂纹，若成品方块表面没有存在裂纹，则进行如下处理：若表面有裂纹但裂纹较浅，则要进行修磨后转入下一步骤；若表面裂纹较深，则要看是否能够避让，若无法避让，则要重新熔炼或加工其它较小的工件。

对检验合格后的成品方块进行刨面处理；再依次进行探伤、镗孔、线切割处理；确定的法兰孔位置，在成品方块掏直径为Φ10mm的内圆，做工装(夹具)，上车铣加工中心进行加工，完成法兰孔过丝、水线，经检验后得到成品钛锻造法兰三通；

将得到的初加工的钛锻造法兰三通进行外观尺寸检验，依次检验法兰直径、孔的丝距，若无瑕疵，则进行表面抛光处理，得到钛锻造法兰三通。

本发明一种钛锻造法兰三通的制造方法，有效解决了钛铸件三通、钛焊接三通抗压性能不足的问题。

Claims (8)

1.一种钛锻造法兰三通的制造方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、采用O级海绵钛配氧包进行备料；

步骤2、先将经步骤1中的海绵钛和氧包进行压电极处理得到电极块，再焊接成电极；

步骤3、将经步骤2得到的电极置于真空电弧炉里进行二次熔炼处理，得到钛锭；

步骤4、将经步骤3得到的钛锭进行保温处理；

步骤5、将经步骤4得到的铸锭采用油压机进行镦拔锻造，经四墩四拔、反复两个火次处理，得到钛方块；

步骤6、将经步骤5得到的钛方块进行打磨、检验得到成品方块；

步骤7、将经步骤6检验合格后的成品方块进行机械加工处理，得到初加工的钛锻造法兰三通；

步骤8、将经步骤7得到的初加工的钛锻造法兰三通进行外观尺寸检验，依次检验法兰直径、孔的丝距，若无瑕疵，则进行表面抛光处理，得到钛锻造法兰三通。

2.根据权利要求1所述的一种钛锻造法兰三通的制造方法，其特征在于，在所述步骤1中，根据压力机槽容量，将O级海绵钛做为原料，用≤0.07％的铁、≤0.2％的氧包成氧包。

3.根据权利要求1所述的一种钛锻造法兰三通的制造方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下方法实施：

将海绵钛与氧包分层放置于压力机槽内，在4500压力机下压制成电极块，然后用氩弧焊焊接成电极。

4.根据权利要求1所述的一种钛锻造法兰三通的制造方法，其特征在于，在所述步骤3中：

第一次熔炼：采用直径为ф480～ф560mm的坩埚，起弧电流为2200A～3500A，电压为27V～30V，真空度为6.8E-0～1.4E-0，熔炼采用电流为6000A～9000A，电压为33V～35V，真空度为1.5E·1～5.0E·0，稳弧3～8，冷却时间为2.5h～5.5h，水温在60℃以下；

第二次熔炼：采用直径为ф560～ф640mm的坩埚，起弧电流为2.2KA～3.5KA，电压为27V～30V，真空度为6.8E-0～1.4E-0，熔炼采用电流为8KA～22.5KA，电压为32V～35V，真空度为8.5E·0～1.2E-1，稳弧3～10，冷却时间为4h～8h，水温在60℃以下；

经冷却后，形成Φ550mm～650mm的钛锭。

5.根据权利要求1所述的一种钛锻造法兰三通的制造方法，其特征在于，所述步骤4中的保温处理方法具体如下：

将经步骤3得到的直径为Φ550--Φ650，长度为550mm的钛锭进行加热处理，其中装炉温度为800℃～850℃，装炉温度下预热100min，加热升温120min～150min，保温150min～180min。

6.根据权利要求1所述的一种钛锻造法兰三通的制造方法，其特征在于，所述步骤5具体按照以下方法实施：

采用3500T油压机对经步骤4得到的铸锭进行锻造开坯、坯中间锻造及成品锻造，坯料加热温度及终锻温度的工艺参数具体如下：

铸锭开坯加热温度950℃～1000℃，终锻温度不低于750℃，开坯阶段的变形量应为50％以上；坯中间锻造加热温度900℃～950℃，终锻温度不低于700℃，中间阶段的变形量应为30％以上；成品锻造加热温度800℃～850℃，终锻温度不低于650℃，成品锻造阶段的变形量应为20％以上。

7.根据权利要求1所述的一种钛锻造法兰三通的制造方法，其特征在于，所述步骤6具体按照以下方法实施：

先对经步骤5得到的钛方块进行酸洗，用以去除氧化层；

再依次经无损探伤检查及表面检查，确定成品方块表面是否存在裂纹，若成品方块表面没有存在裂纹，则进行如下处理：

若表面有裂纹但裂纹较浅，则要进行修磨后转入下一步骤，即进入步骤7；

若表面裂纹较深，则要看是否能够避让，若无法避让，则要重新熔炼或加工其它较小的工件。

8.根据权利要求1所述的一种钛锻造法兰三通的制造方法，其特征在于，所述步骤7具体按照以下步骤实施：

步骤7.1、对经步骤6检验合格后的成品方块进行刨面处理；

步骤7.2、经步骤7.1后，再依次进行探伤、镗孔、线切割处理；

步骤7.3、经步骤7.2后，先确定的法兰孔位置，在成品方块掏直径为Φ10mm的内圆；然后做工装，上车铣加工中心进行加工；最后完成法兰孔过丝、水线，经检验后得到成品钛锻造法兰三通。