CN106540985A - 一种智能温控生产钛合金无缝管的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能温控生产钛合金无缝管的方法，对钛及钛合金坯料两端面加工定心孔，并在坯料表面涂刷防护涂料，24h后置于环形炉中加热，再依次经穿孔、轧管工序，进感应加热炉加热后，再经定径工序，热矫直工序，得钛合金无缝管；其中，轧管工序和定径工序由在线智能温控系统控制，根据工控程序自动调节中频电源输出功率梯度，实现温度和加热温度的控制；本发明方法通过在线智能温控系统实现钛合金管在线补温加热，避免在加工过程中未完成品钛管的温度下降，温度误差小，管坯加热均匀，节能降耗。同时还能够实时记录、存储数据用于后续研究，节省人力物力，降低生产成本，得到的钛合金无缝管具有耐腐蚀性强，机械性能好，使用寿命长等优点。
Description
为解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种智能温控生产钛合金无缝管的方法，具有温度检测控制稳定可靠，数据实时采集、记录、存储过程控制等优点。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种智能温控生产钛合金无缝管的方法，步骤包括：
对钛及钛合金坯料两端面加工定心孔，并在坯料表面涂刷防护涂料，24h后置于环形炉中加热，再依次经穿孔、轧管工序，进感应加热炉加热后，再经定径工序，热矫直工序，得钛合金无缝管；
其中，所述的轧管工序和定径工序由在线智能温控系统控制，在线智能温控系统包括3个红外线测温仪，钛合金管依次通过第一支、第二支红外线测温仪、感应加热炉和第三只红外线测温仪，将三只红外线测温仪信号和钛合金管传送速度信号同时送到PLC自动控制系统中，根据工控程序自动调节中频电源输出功率梯度，实现温度和加热温度的控制；
所述的防护涂料，质量百分含量组成：SiO2 20～45%、Al2O3 2～5%、Li2CO3 5～10%、H2BO3 20～40%、TiO2 0～5%、CaCO3 3～10%、ZrO2 5～10%、Na2CO3 5～10%、K2CO3 10～15%、粘结剂1%；所述的粘结剂为95wt%的聚丙烯酸钠和5wt%NaSiO3•9H2O的混合物。
进一步地，所述的坯料优选TC4合金或Ti-6Al-4V-0.1Ru合金。
进一步地，所述的定心孔，尺寸根据棒坯直径确定；具体地φ90、φ110、φ130、φ180定心孔倒角R5，定心孔直径φ20mm，深度20mm；φ210定心孔倒角R5，定心孔直径φ30mm，深度30mm；φ250、φ280定心孔倒角R5，定心孔直径φ35mm，深度35mm。
进一步地，所述的防护涂料涂刷方法为：二次喷涂，喷涂时间间隔12h。
进一步地，环形炉中加热时，采用分段加热，包括低温慢速段和高温快速段，具体为：低温慢速段加热速度为10min/cm，包括预热段500～650℃、加热I段650～800℃、加热II段800～880℃、加热III段880～1010℃和加热IV段1010～1050℃；高温快速段微氧化气氛加热保温，炉膛微正压，加热速度为7min/cm，包括均热段温度1000～1070℃，出料温度950～1120℃。加热温度不能超过规定最高温度5℃以上；钛棒坯料转到出料炉口时，要将出料口上的烧嘴关小或关闭，确保调整到轧制要求温度；每出料一支都要及时倒炉底，使料退隔墙里面；轧制出料时，关闭烟道闸，使炉膛保证轧制要求的炉膛压。
进一步地，所述的穿孔工序中，穿孔前温度为920～1050℃，穿孔过程中温度960～1120℃，穿孔后温度930～1080℃；
优选的，所述的穿孔工序中，采用小变形量、低轧制速度的轧制过程，减少钛的加工硬化影响，压下率5.5～8%，顶前压下率5.5～7.6%，穿孔速度0.2m/s，穿孔辊滚花0.4mm。
进一步地，所述的轧管工序中，对管坯进行二次精轧，其中，精轧前温度880～1050℃，精轧过程中温度930～1010℃，精轧后温度830～980℃；
优选的，所述的轧管工序中，减壁量1.6mm，压下量8%，轧制速度0.4m/s，轧辊滚花深度0.3mm。
进一步地，所述的定径工序中，定径机加热时，来料温度700℃，行进速度0.2m/s，补温加热后，参考温度900℃，最大芯表温差±10℃，最大轴向温差±10℃；每支管的首末端100mm除外，首末端温差±20℃；优选地，定径前温度为1130～1160℃，定径后温度为1090～1130℃。
进一步地，所述的热矫直工序中，矫直前温度为550～650℃、矫直后温度为350～440℃ ；优选七辊矫直机。
本发明智能温控生产钛合金无缝管的方法，为防止棒坯加热时与炉内气氛的各种化学反应和吸氢问题，通过试验研制了钛合金高温防护涂料，通过喷涂形成一层专用封闭隔离涂层，入炉加热后，防护涂层隔绝了对钛合金材料的质量影响最大的杂质铁、氧、氮、氯、碳、硅、氢等的渗透反应，其效果良好，棒坯出炉时，涂膜完整无变化。本涂料中添加了在轧前温度下发生相变的元素，同时通过控制棒坯的光洁度、涂层厚度，保证了棒坯在摔钢平台摔下时，本涂膜可以完全脱落，既可以保护钛合金不与炉内气体反应，又不影响轧制。降低了钛合金管材的夹杂和偏析，使钛合金管材在车削、锻造、穿孔、轧制等加工过程中不易产生裂纹等缺陷。基于传统温度采集方式，在生产设备中装置红外线测温仪，由PLC控制系统所控制，其作用于钛合金管在线补温加热包括进定径机加热和进轧机加热两部分，安装3个红外线测温仪，需要补温的钛合金管依次通过第一支、第二支红外线测温仪、感应加热炉、第三只红外线测温仪，将三只红外线测温仪信号和钛管传送速度信号同时送到PLC自动控制系统中，根据工控程序自动调节中频电源输出功率梯度，实现温度和加热温度的控制。大大节省了人力物力，且能实现实时数据采集的需求，并且钛合金无缝管在快速移动装置上即可进行数据采集，准确性高，实时性强。
本发明技术方案有益效果为：
本发明智能温控生产钛合金无缝管的方法具有稳定可靠地温度检测控制，实时采集、记录、存储过程控制的数据等。通过在线智能温控系统实现钛合金管在线补温加热，避免在加工过程中未完成品钛管的温度下降，温度误差小，管坯加热均匀，节能降耗。同时还能够实时记录、存储数据用于后续研究，节省人力物力，降低生产成本。制备得到的钛合金无缝管具有耐腐蚀性强，机械性能好，使用寿命长等优点。
附图说明
图1为本发明智能温控生产钛合金无缝管的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式说明本发明技术方案，但是本领域的技术人员应当理解，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
实施例1
一种智能温控生产钛合金无缝管的方法，步骤包括：
（1）对TC4钛合金坯料两端面加工定心孔；定心孔尺寸φ90、φ110、φ130、φ180定心孔倒角R5，定心孔直径φ20mm，深度20mm；φ210定心孔倒角R5，定心孔直径φ30mm，深度30mm；φ250、φ280定心孔倒角R5，定心孔直径φ35mm，深度35mm。
（2）在坯料表面涂刷防护涂料，二次喷涂，喷涂时间间隔12h，干燥24h；防护涂料，质量百分含量组成SiO2 32%，Al2O35%，Li2CO3 5%，H2BO3 23%，TiO2 5%，CaCO3 7%，ZrO25%，Na2CO3 7%，K2CO310%，粘结剂１%；粘结剂为0.95wt%的聚丙烯酸钠和5wt%NaSiO3•9H2O混合组成。
（3）置于环形炉中加热，采用分段加热，包括低温慢速段和高温快速段，具体为：低温慢速段加热速度为10min/cm，包括预热段600℃～650℃、加热I段750～800℃、加热II段860～880℃和加热III段910～950℃；高温快速段微氧化气氛加热保温，炉膛微正压，加热速度为7min/cm，包括均热段温度1050～1070℃，出料温度1050～1070℃。加热温度不能超过规定最高温度5℃以上；钛棒坯料转到出料炉口时，要将出料口上的烧嘴关小或关闭，确保调整到轧制要求温度；每出料一支都要及时倒炉底，使料退隔墙里面；轧制出料时，关闭烟道闸，使炉膛保证轧制要求的炉膛压。
（4）穿孔：穿孔前温度为920～1050℃，穿孔过程中温度960～1120℃，穿孔后温度930～1080℃；采用小变形量、低轧制速度的轧制过程，减少钛的加工硬化影响，压下率5.5~8%，顶前压下率5.5~7.6%，穿孔速度0.2m/s，穿孔辊滚花0.4mm。
（5）穿孔后再经轧管工序，然后进感应加热炉加热后，再经定径工序；轧管工序：对管坯进行二次精轧，其中，精轧前温度880～1050℃，精轧过程中温度930～1010℃，精轧后温度830～980℃；减壁量1.6mm，压下量8%，轧制速度0.4m/s，轧辊滚花深度0.3mm。定径工序，定径机加热时，来料温度700℃，行进速度0.2m/s，补温加热后，参考温度900℃，最大芯表温差±10℃，最大轴向温差±10℃；每支管的首末端100mm除外，首末端温差±20℃。优选的，所述的定径工序中，定径前荒管温度为1130～1160℃、定径后的温度为1090~1130℃。
其中，轧管工序和定径工序由在线智能温控系统控制，在线智能温控系统包括3个红外线测温仪，钛合金管依次通过第一支、第二支红外线测温仪、感应加热炉和第三只红外线测温仪，将三只红外线测温仪信号和钛合金管传送速度信号同时送到PLC自动控制系统中，根据工控程序自动调节中频电源输出功率梯度，实现温度和加热温度的控制。
（6）七辊矫直机矫直，矫直前温度为550～650℃、矫直后温度为350～440℃，得钛合金无缝管。
实施例1制得的钛合金无缝管产品规格有φ304X28、φ325x12、φ273x15、φ159x7的TC4材质钛合金无缝管。
实施例2
一种智能温控生产钛合金无缝管的方法，与实施例1不同之处在于：
（2）防护涂料，质量百分含量组成 SiO2 24%，Al2O35%，Li2CO3 9%，H2BO3 26%，TiO2 5%，CaCO3 8%，ZrO2 4%，Na2CO3 9%，K2CO3 10%，粘结剂１%；粘结剂为95wt%的聚丙烯酸钠和5wt%NaSiO3•9H2O混合组成。
（3）分段加热为：低温慢速段加热速度为10min/cm，包括预热段500℃～650℃、加热I段650～800℃、加热II段800～880℃、加热III段880～1010℃和加热IV段1010～1050℃；高温快速段微氧化气氛加热保温，炉膛微正压，加热速度为7min/cm，包括均热段温度1000～1070℃，出料温度950～1120℃。
实施例2制得的钛合金无缝管产品规格有φ304X28、φ325x12、φ273x15、φ159x7的TC4材质钛合金无缝管。
实施例3
一种智能温控生产钛合金无缝管的方法，与实施例2不同之处在于：
（1）Ti-6Al-4V-0.1Ru钛合金坯料两端面加工定心孔；
（2）防护涂料，质量百分含量组成SiO2 39%，Al2O35%，Li2CO3 5%，H2BO3 20%，TiO2 5%，CaCO3 5%，ZrO2 5%，Na2CO3 5%，K2CO310%，粘结剂１%；粘结剂为95wt%的聚丙烯酸钠和5wt%NaSiO3•9H2O混合组成。
实施例3制得的钛合金无缝管产品规格有φ304X28、φ325x12、φ273x15、φ159x7的Ti-6Al-4V-0.1Ru材质钛合金无缝管。
本发明制备技术所轧制的系列产品，以实施例1产品为例进行分析，性能指标如下：
1、无缝管外径与壁厚允许偏差
2、弯曲度
3、化学成分
4、力学性能
5、金相组织
6、无损探伤
7、对比分析
目前钛合金管轧制过程中对温度提取方式为人工测温仪，虽然能大致满足生产需求，但存在误差较大、浪费人力、且实时性较差等缺点。
本发明基于传统温度采集方式，在生产设备中装置红外线测温仪，由PLC控制系统所控制，大大节省了人力物力，且能实现实时数据采集的需求，并且钛合金无缝管在快速移动装置上即可进行数据采集，准确性高，实时性强。
Claims (10)
1.一种智能温控生产钛合金无缝管的方法，其特征在于，步骤包括：对钛及钛合金坯料两端面加工定心孔，并在坯料表面涂刷防护涂料，24h后置于环形炉中加热，再依次经穿孔、轧管工序，进感应加热炉加热后，再经定径工序，热矫直工序，得钛合金无缝管；
其中，所述的轧管工序和定径工序由在线智能温控系统控制，在线智能温控系统包括3个红外线测温仪，钛合金管依次通过第一支、第二支红外线测温仪、感应加热炉和第三只红外线测温仪，将三只红外线测温仪信号和钛合金管传送速度信号同时送到PLC自动控制系统中，根据工控程序自动调节中频电源输出功率梯度，实现温度和加热温度的控制；
所述的防护涂料，质量百分含量组成：SiO2 20～45%、Al2O3 2～5%、Li2CO3 5～10%、H2BO320～40%、TiO2 0～5%、CaCO3 3～10%、ZrO2 5～10%、Na2CO3 5～10%、K2CO3 10～15%、粘结剂1%；所述的粘结剂为95wt%的聚丙烯酸钠和5wt%NaSiO3•9H2O的混合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的坯料为TC4合金或Ti-6Al-4V-0.1Ru合金。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的定心孔，尺寸根据棒坯直径确定；具体地φ90、φ110、φ130、φ180定心孔倒角R5，定心孔直径φ20mm，深度20mm；φ210定心孔倒角R5，定心孔直径φ30mm，深度30mm；φ250、φ280定心孔倒角R5，定心孔直径φ35mm，深度35mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的防护涂料涂刷方法为：二次喷涂，喷涂时间间隔12h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：环形炉中加热时，采用分段加热，包括低温慢速段和高温快速段，具体为：低温慢速段加热速度为10min/cm，包括预热段500～650℃、加热I段650～800℃、加热II段800～880℃、加热III段880～1010℃和加热IV段1010～1050℃；高温快速段微氧化气氛加热保温，炉膛微正压，加热速度为7min/cm，包括均热段温度1000～1070℃，出料温度950～1120℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的穿孔工序中，穿孔前温度为920～1050℃，穿孔过程中温度960～1120℃，穿孔后温度930～1080℃；
所述的穿孔工序中，采用小变形量、低轧制速度的轧制过程，减少钛的加工硬化影响，压下率5.5～8%，顶前压下率5.5～7.6%，穿孔速度0.2m/s，穿孔辊滚花0.4mm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的轧管工序中，对管坯进行二次精轧，其中，精轧前温度880～1050℃，精轧过程中温度930～1010℃，精轧后温度830～980℃；所述的轧管工序中，减壁量1.6mm，压下量8%，轧制速度0.4m/s，轧辊滚花深度0.3mm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的定径工序中，定径机加热时，来料温度700℃，行进速度0.2m/s，补温加热后，参考温度900℃，最大芯表温差±10℃，最大轴向温差±10℃；每支管的首末端100mm除外，首末端温差±20℃。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：定径前温度为1130～1160℃，定径后温度为1090～1130℃。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的热矫直工序中，矫直前温度为550～650℃、矫直后温度为350～440℃ ；采用七辊矫直机。
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