CN110170543A - 一种钛合金无缝管短流程加工方法 - Google Patents

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

一种钛合金无缝管短流程加工方法

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。