CN110170543A - 一种钛合金无缝管短流程加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛合金无缝管短流程化加工方法,属于冶金技术领域。该方法的步骤为:在传统无缝管生产线上增加钛坯加热炉,用环形加热炉加热钢坯,钛坯加热炉加热探伤合格的钛坯。在计划轧制的钛管和钢管规格相同时,从钢管轧制可直接切换至钛管轧制。切换时,对穿孔机导板、顶头和轧管机芯棒或顶头做润滑处理,轧制后的毛管根据温降选择经电感应补热后减定径,或直接减定径轧制,再经温矫直、冷却、磨光或无心车削,可以生产高质量钛合金管。本方法可用于加工高强度钛合金或纯钛管的短流程加工,生产钛管的性能均匀,表面质量好,尺寸精度高,生产成本低。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域,涉及一种钛合金无缝管短流程加工方法。
背景技术
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要金属,其密度小,比强度高和耐腐蚀性好,在石油、冶金、军工和航空航天领域应用越来越广泛,正在迎来钛工业发展的黄金期,近几年来对钛合金管材的需求越来越多。随着我国国民经济及科学技术的迅猛发展,钛合金材料制备技术及产品质量得到了大幅度提高,但是在钛管的生产过程中也存在着很多的问题。
目前钛及钛合金管主要分为焊接管和无缝管两大类:
1、焊接管:就是先将钛合金坯料轧制成所需厚度的板料,然后裁剪、抛光、酸洗,用卷曲机或油压机卷成圆筒状,随后等离子焊接、精加工、矫直等(如专利公开文献CN107413883 A)。在对钛超薄壁管焊接时,对换热管内外壁双面氩气保护,焊枪与工件紧密贴合,用管板自动焊接机进行全位置焊接(如专利公开文献CN103817415A)。总体来说,焊接管精度高,壁厚均匀且容易控制,管内外表面光亮度高,可任意尺寸,在生产薄壁钛管上有很大优势。但是由于焊缝的存在,导致焊接钛管性能不均匀,限制了其使用条件。
2、无缝管:钛合金无缝管的生产主要有热穿孔-热轧/冷轧、去芯-锻造、挤压-冷轧、挤压等方法。
(1)热穿孔-热轧/冷轧:此法就是先把钛坯放入环形加热炉中加热,然后穿孔、轧管、定减径及热矫直,其中轧管有热轧和冷轧。在专利公开文献CN106540985 A中公开了一种智能温控热轧钛合金无缝管的流程,利用温控设备实时升温补热,避免热轧过程中温度下降,影响钛合金管质量。在穿孔前会在坯料两端加工导向孔及倒角(如专利公开文献CN103146956 A和CN104588410 A),然后再进行热穿孔、热轧等工序。也有技术在热穿孔后对钛合金管进行推置、酸洗、冷轧工序并重复以获得所需尺寸的钛合金无缝管(如专利公开文献CN105618508 A)。但是在目前的热轧专利文献中,用环形炉加热的坯料因内外表面渗气层的存在导致内外表面质量差,缺陷多,且工序复杂,不能实现短流程生产。冷轧钛管仅限于强度较低的中小口径管材,且必须进行真空退火(如CN106282867 A)。
(2)去芯-锻造:此种方法就是用机械加工的方法从棒坯中心处取出实心棒料,然后精锻退火(如公开专利文献CN107649531 A)。此种方法工序复杂,能耗较高,材料利用率低,不适用于强度较高的钛合金棒坯。
(3)挤压-冷轧:在专利公开文献CN 102626724 B中介绍一种挤压-冷轧法,就是先用挤压机将钛合金棒坯挤压得到管坯,适当表面处理后进行冷轧,随后退火,重复数次。此方法得到的钛合金无缝管虽然性能均匀,尺寸精度高,但是工艺流程复杂,生产周期长,对设备要求较高,不适用于短流程操作。
(4)挤压法:挤压法就是直接用挤压机将加热的钛合金棒坯挤压成管(如专利公开文献CN 103316941 A)。在公开专利文献CN101972794 A中介绍了一种工艺,即将钛合金锭通过线切割从锭中心取出一个合金小棒后形成空心锭,将该空心锭通过挤压成管材,从锭子中心取出的小棒可以再直接锻造或轧制成小直径合金钛棒。挤压法得到的钛合金管表面易存在各种缺陷,且受挤压比和钛材塑性的限制。
发明内容
本发明的目的就是提供一种钛合金无缝管的短流程加工方法,以弥补现有技术中所出现的钛合金无缝管制造工艺复杂、性能欠佳的缺点。
一种钛合金无缝管短流程加工方法,其特征在于,具体包括如下步骤:
步骤(1)在传统无缝钢管轧制生产线上增加一套钛坯加热炉,加热探伤合格的钛合金管坯;
步骤(2)在计划轧制的钛管和钢管规格相同时,从钢管轧制可直接切换至钛管轧制;切换时,对穿孔机的导板、顶头及轧管机芯棒要做专用润滑处理;
步骤(3)轧管机轧制后的毛管经电感应加热器补热之后,或直接进行定减径轧制;
对于需要固溶处理的钛合金,轧管机轧制后的毛管经冷却后,送入轧线再加热炉进行固溶处理,再进行定减径轧制;
步骤(4)定减径后,经过温矫直和冷却后,得到预定直径的钛合金热轧管;
步骤(5)冷却后,在管材内外表面进行砂轮磨光或无心车削,就可得到成品钛合金无缝管。
进一步地,步骤(2)在切换至钛管轧制前,需要对穿孔机的导板、顶头及轧管机芯棒做专用润滑处理。
进一步地,对光亮表面的热轧钛合金无缝管可选择一道次冷轧变形和真空退火。
本发明的有益效果是:
1)本发明是一种钛合金无缝管短流程加工方法,其生产工艺简单,适用于短流程大批量生产。在传统无缝钢管生产线上增加钛坯加热炉,以便于两者可以使用同一套生产线,容错率高,提高了设备利用率。
2)使用钛坯专用加热炉,可减少钛坯加热过程中的吸氢。
3)对穿孔机的导板及顶头涂覆润滑层,使穿孔过程更加顺滑,尽可能减少管壁缺陷和管坯变形过程中的切向剪切应力,避免横锻效应,得到质量均匀的荒管。精轧中对毛管内壁润滑,有效的减少了轧辊和钛管之间的摩擦系数,降低轧制力,避免轧辊与钛管之间摩擦而使钛管轧入杂质,有效提高轧件表面质量和内部组织性能。
4)后续的表面处理使钛合金无缝管抗疲劳性、机械性能和表面应力状态得到改善。
附图说明
图1为本发明工艺流程图,
1-上料台架;2-环形加热炉;3-出料台架;4-钛坯加热炉;5-穿孔机;6-荒管移动机构;7-轧管机;8-中间冷床;9-再加热炉;10-感应加热器;11-减定径机组。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
一种钛合金无缝管材,材料选用TC4钛合金,管材合金按重量百分比为:Al 5.5%,V 3.7%,Fe≤0.30%,C≤0.10%,N≤0.05%,O≤0.20%,H≤0.015%,余量为钛;成品为Φ160×8mm的高品质TC4钛合金无缝管。
一种钛合金无缝管短流程加工方法,其步骤包括:
首先应该改进传统无缝钢管生产线,增加钛坯电加热炉。选择探伤合格的钛合金棒坯,加工定心孔,涂敷抗氧化涂层等准备工作,晾干后送入钛坯专用加热炉,加热至温度为960-1100℃,保温约30分钟后出料穿孔。
把钢管生产线直接切换至钛管轧制,切换时,对穿孔机的导板及顶头涂覆润滑涂层,穿孔后得到高温毛管。连轧管芯棒切换润滑参数后,轧管机及对高温毛管进行轧制,轧后得到荒管尺寸为Φ172×8.8mm,出料温度为850-950℃。
把荒管用感应加热器补热,随后进行5道次的定减径处理,定径后要求外径增减小于15mm,壁厚增减小于1.2mm,达到所需尺寸的钛管。下一步把钛管用七辊矫直机在450-650℃范围内进行温矫直,减少钛合金管的弯曲度。
待钛管冷却后,在管材内外表面进行砂轮磨光或无心车削,去除表面氧化层和吸气层,就可得到成品钛合金无缝管。此钛合金无缝管的力学性能为:屈服强度Rel=860MPa,抗拉强度Rm=980MPa,伸长率=15%,55mm×10mm×5mm半尺寸缺口冲击样品试验,纵向冲击功AKV2=26J,横向冲击功AKV2=20J。
其流程简单,性能均匀,表面质量好。
实施例2
一种钛合金无缝管材,材料选用TA1钛合金,管材合金按重量百分比为:Fe≤0.06%,C≤0.04%,N≤0.05%,O≤0.06%,H≤0.015%,余量为钛;成品为Φ180×15mm的高品质TA1钛合金无缝管。
一种钛合金无缝管短流程加工方法,其步骤包括:
跟上例一样,选择增加了钛坯加热炉的传统无缝钢管生产线。随后选择探伤合格的钛合金棒坯,加工定心孔,涂敷抗氧化涂层等准备工作,晾干后送入钛坯专用加热炉,加热至温度为890-990℃,保温约40分钟后出料穿孔。
把钢管生产线直接切换至钛管轧制,切换时,对穿孔机的导板及顶头涂覆润滑涂层,穿孔后得到高温毛管。对三辊斜轧机的顶头喷涂专用润滑剂,随后用三辊斜轧机对管材进行二次精轧,精轧后得到荒管尺寸为Φ193×15.9mm,出料温度为700-800℃。
把荒管送入感应加热器补温,随后进行5道次的定减径处理,定径后达到所需尺寸的钛管Φ182×15.9mm。下一步把钛管用七辊矫直机在300-500℃范围内进行温矫直,减少钛管材弯曲。
待钛管冷却后,在管材内外表面进行砂轮磨光或无心车削,去除表面氧化层和吸气层,就可得到成品钛合金无缝管。此方法得到的TA1钛合金无缝管的力学性能为:屈服强度Rel≥235MPa,抗拉强度Rm≥320MPa,伸长率≥45%,55mm×10mm×10mm尺寸的V缺口冲击样品试验,纵向冲击功AKV2≥135J,横向冲击功AKV2=100J;组织为等轴α晶粒,平均晶粒尺寸80-120μm。
Claims (3)
1.一种钛合金无缝管短流程加工方法,其特征在于,具体包括如下步骤:
步骤(1)在传统无缝钢管轧制生产线上增加一套钛坯加热炉,加热探伤合格的钛合金管坯;
步骤(2)在计划轧制的钛管和钢管规格相同时,从钢管轧制可直接切换至钛管轧制;切换时,对穿孔机的导板、顶头及轧管机芯棒要做专用润滑处理;
步骤(3)轧管机轧制后的毛管经电感应加热器补热之后,或直接进行定减径轧制;
对于需要固溶处理的钛合金,轧管机轧制后的毛管经冷却后,送入轧线再加热炉进行固溶处理,再进行定减径轧制;
步骤(4)定减径后,经过温矫直和冷却后,得到预定直径的钛合金热轧管;
步骤(5)冷却后,在管材内外表面进行砂轮磨光或无心车削,就可得到成品钛合金无缝管。
2.根据权利要求1所述的钛合金无缝管短流程加工方法,其特征在于:步骤(2)在切换至钛管轧制前,需要对穿孔机的导板、顶头及轧管机芯棒做专用润滑处理。
3.根据权利要求1所述的钛合金无缝管短流程加工方法,其特征在于:对高表面要求钛合金无缝管,采用磨光或无心车削内外表面加工,或选择一道次冷轧变形和真空退火,就可得到光亮表面钛合金无缝管。
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