CN112371886B - 一种气瓶用大规格钛合金棒坯锻造方法 - Google Patents

一种气瓶用大规格钛合金棒坯锻造方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钛合金棒坯锻造技术领域，提供一种气瓶用大规格钛合金棒坯锻造方法，该锻造方法依次包括以下步骤：铸锭检查、涂层，第一火加热、开坯锻造、打磨，第二火加热、中间锻造，第三火加热、中间锻造、打磨，第四火加热、中间锻造、回火、中间锻造，第五火加热、成品锻造、机加工、无损检测。本发明中铸锭在β相转变点以上进行开坯锻造，保证有足够的塑性变形，充分破碎粗大的铸态晶粒，中间锻造进行2火次的α+β两相区锻造，进一步细化晶粒，为制管工序积攒畸变能，以使加工过程中晶粒可以进一步被细化。本发明锻造方法便于操作，可有效提高棒坯质量，为气瓶制造提供良好的原材料。

Description

一种气瓶用大规格钛合金棒坯锻造方法
技术领域
本发明属于钛合金棒坯锻造技术领域，具体涉及一种气瓶用大规格钛合金棒坯锻造方法。
背景技术
钛合金气瓶具有耐腐蚀性强、质量轻、比强度高等优点，是海洋环境下高压气瓶的发展方向，已成熟应用。
钛合金棒坯是制造钛合金气瓶的原材料，制造方法主要是将熔炼的铸锭进行多次锻造，作为制造无缝管材的原材料，再加工为气瓶。目前实际锻造生产中存在如下问题：(1)未充分破碎铸锭的铸态组织，管材组织均匀性及晶粒细化程度不足；(2)铸锭开坯锻造、中间锻造和成品锻造的温度控制不到位，影响锻造成型质量。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种气瓶用大规格钛合金棒坯锻造方法，该方法便于操作，可有效提高棒坯质量，为气瓶制造提供良好的原材料。
本发明的目的是通过以下技术措施实现的。
一种气瓶用大规格钛合金棒坯锻造方法，该锻造方法依次包括以下步骤：铸锭检查、涂层，第一火加热、开坯锻造、打磨，第二火加热、中间锻造，第三火加热、中间锻造、打磨，第四火加热、中间锻造、回火、中间锻造，第五火加热、成品锻造、机加工、无损检测。具体地
(1)铸锭检查
按照铸锭的标准验收其化学成分及表面质量；
(2)涂层
铸锭的涂层涂刷次数为1-2次，以不裸露出金属光泽为原则，涂层应在加热前24小时进行，确保自然干燥；
(3)加热
按照以下加热制度进行加热
第一火(第一锻造火次)加热制度：前100’保持700～750℃，100’至250’线性升温至950℃，250’后保持950℃；
第二、三火(第二、三锻造火次)加热制度：前150’线性升温至950℃，150’后保持950℃；
第四火(第四锻造火次)加热制度：前400’线性升温至900℃，400’后保持900℃；
第五火(第五锻造火次)加热制度：前300’线性升温至880℃，300’后保持880℃；
(4)锻造
按照以下锻造工艺进行锻造
第一火：将外径700mm、长度1140mm的坯料加热，出炉温度为950℃，通过自由锻造加工为边长580mm的方形坯料；通过自由锻造滚圆加工为直径600±10mm的圆柱形坯料；通过自由锻造镦粗为外径不控制、长度850mm的坯料；通过自由锻造拔长为直径600±10mm的圆柱形坯料，边缘滚圆；
第二火：将外径600mm、长度1550mm的坯料加热，出炉温度为950℃，通过自由锻造镦粗为外径不控制、长度850mm的坯料；通过自由锻造拔长为直径600±10mm的圆柱形坯料，边缘滚圆；
第三火：将外径600mm、长度1550mm的坯料加热，出炉温度为950℃，通过自由锻造镦粗为外径不控制、长度850mm的坯料；通过自由锻造拔长为直径600±10mm的圆柱形坯料，边缘滚圆；通过自由锻造镦粗为外径800mm、长度850mm的坯料，边缘滚圆；
第四火：将外径800mm、长度850mm的坯料加热，出炉温度为900℃，通过自由锻造加工为边长700mm、长度不限的方形坯料，反复锻造三次；回火120’，通过自由锻造加工到边长780mm后，进炉加热120min，出炉温度为900℃，通过自由锻造加工为边长600mm、长度不限的方形坯料，反复锻造三次；通过自由锻造加工为边长620mm、长度不限的方形坯料；
第五火：将边长620mm的方形坯料加热，出炉温度为880℃，通过自由锻造加工为边长500mm、长度不限的方形坯料，反复锻造三次；通过自由锻造精滚加工为直径550±5mm的圆柱形坯料；
(5)打磨
根据来料情况选择砂轮，对半成品采用60#以上砂轮，对成品采用80#以上砂轮；
(6)机加工
成品规格：Φ535+5×1900+50mm；表面粗糙度Ra≤3.2μm，两端面平齐；
(7)无损检测
对棒坯进行超声波检验，检测结果应符合GB/T 5193 B级要求；棒坯在采用机械或研磨的方法清除表面局部缺陷后，应进行渗透检测，检测结果应符合NB/T 47013 Ⅰ级要求。
本发明气瓶用大规格钛合金棒坯锻造方法与现有技术相比，具有以下特点：
1.铸锭在β相转变点以上进行开坯锻造，保证有足够的塑性变形，充分破碎粗大的铸态晶粒。
2.中间锻造进行2火次的α+β两相区锻造，进一步细化晶粒，为制管工序积攒畸变能，以使加工过程中晶粒可以进一步被细化。
3.锻造坯料总锻比大于12，以保证充分破碎原始铸态组织。
4.对铸锭开坯锻造、中间锻造和成品锻造的温度控制进行了明确规定，提高锻造成型质量。
附图说明
图1是本发明中的第一火(第一锻造火次)加热制度示意图。
图2是本发明中的第二、三火加热制度示意图。
图3是本发明中的第四火加热制度示意图。
图4是本发明中的第五火加热制度示意图。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创作特征和目的易于了解，下面对本发明作进一步的阐述。
本发明实施例提供了一种气瓶用大规格钛合金棒坯锻造方法，该锻造方法依次包括以下步骤：铸锭检查、涂层，第一火加热、开坯锻造、打磨，第二火加热、中间锻造，第三火加热、中间锻造、打磨，第四火加热、中间锻造、回火、中间锻造，第五火加热、成品锻造、机加工、无损检测。具体地
1、铸锭检查
按照铸锭的标准验收其化学成分及表面质量，符合标准后，按计划领取铸锭，做好标记并妥善保管。
2、涂层
铸锭在加热前应涂层，涂层时应将铸锭用垫木或者导轨垫起，以防弄脏。
铸锭的涂层涂刷次数为1-2次，以不裸露出金属光泽为原则。涂层应在加热前24小时进行，确保自然干燥，防止涂层脱落，影响加热质量。
3、加热
3.1加热设备
天然气炉、电阻炉。
坯料在β相区加热时可采用天然气炉或电炉，在α+β相区加热时采用电炉。对于各种加热炉的炉温均匀性是按表1规定的。
表1加热炉的炉温均匀性
Figure BDA0002679141560000041
3.2加热温度
锭坯的加热温度及终锻温度按表2规定。
表2坯料的加热温度及终锻温度
Figure BDA0002679141560000051
3.3加热制度
按照图1、图2、图3、图4执行。
4、锻造
4.1锻造设备
采用自由锻造机，压力应不小于7000吨。
4.2锻前准备工作
明确工艺卡片上的工艺要求，核对来料是否与卡片相符。
检查设备和仪表是否运转正常，准备有关工具、量具和吊具。
锻前须预热锤头、钳口等工模具，预热温度不低于100℃。
4.3锻造工艺
按照以下锻造工艺进行锻造
第一火：将外径700mm、长度1140mm的坯料加热，出炉温度为950℃，通过自由锻造加工为边长580mm的方形坯料；通过自由锻造滚圆加工为直径600±10mm的圆柱形坯料；通过自由锻造镦粗为长度850mm的坯料；通过自由锻造拔长为直径600±10mm的圆柱形坯料，边缘滚圆；
第二火：将外径600mm、长度1550mm的坯料加热，出炉温度为950℃，通过自由锻造镦粗为长度850mm的坯料；通过自由锻造拔长为直径600±10mm的圆柱形坯料，边缘滚圆；
第三火：将外径600mm、长度1550mm的坯料加热，出炉温度为950℃，通过自由锻造镦粗为长度850mm的坯料；通过自由锻造拔长为直径600±10mm的圆柱形坯料，边缘滚圆；通过自由锻造镦粗为外径800mm、长度850mm的坯料，边缘滚圆；
第四火：将外径800mm、长度850mm的坯料加热，出炉温度为900℃，通过自由锻造加工为边长700mm、长度不限的方形坯料，反复锻造三次；回火120’，通过自由锻造加工到边长780mm后，进炉加热120min，出炉温度为900℃，通过自由锻造加工为边长600mm、长度不限的方形坯料，反复锻造三次；通过自由锻造加工为边长620mm、长度不限的方形坯料；
第五火：将边长620mm、长度不限的方形坯料加热，出炉温度为880℃，通过自由锻造加工为边长500mm、长度不限的方形坯料，反复锻造三次；通过自由锻造精滚加工为直径550±5mm的圆柱形坯料；
精滚：精度更高的滚圆。
5打磨
打磨设备：自动打磨机、悬吊式砂轮机、或手提砂轮机。
根据来料情况选择砂轮。一般对半成品采用60#以上砂轮，对成品采用80#以上砂轮。凡表面有宏观裂纹、折叠、陡阶、凹坑和肉眼无法判断深度的缺陷，以及边缘飞边、毛刺等缺陷的，均应进行打磨。打(修)磨裂纹时，砂轮应置于垂直裂纹的方向打磨，以免打磨与裂纹方向相同时，将裂纹掩盖打磨不净。砂轮应经常移动，不得在一处停留时间过长，用力过大，以防金属局部过热氧化。打(修)磨后的缺陷区域，应圆滑过渡，不得出现陡阶和凹坑。打磨(修磨)深宽比应不大于1：8。
6机加工
6.1成品规格及要求
成品规格：Φ535+5×1900+50mm。
表面不允许有肉眼可见的接刀台，表面粗糙度Ra≤3.2μm，两端面平齐。
7无损检测
7.1超声波探伤
对棒坯进行超声波检验，检测结果应符合GB/T 5193 B级要求。
7.2渗透
棒坯在采用机械或研磨的方法清除表面局部缺陷后，应进行渗透检测，检测结果应符合NB/T 47013 Ⅰ级要求。
本发明实施例锻造方法应注意：
(a)铸锭开坯总变形量应不小于50％。开坯锻造时应保证上下锤头对齐。铸锭开坯是首先要轻锻、快锻，每行程压下量要小，当总的变形量达到20-30％时，每行程压下量可加大，控制在40-160mm；当变形基本结束或温度相当低时，应逐渐减小变形量，以避免产生裂纹。
(b)铸锭第一火次锻造为开坯锻造，相变点以下生产为成品锻造，其余为中间锻造。
(c)被加热坯料在工艺设定温度下保温达到最短保温时间后，即可以进行锻造生产，为保证坯料的锻造过程组织及表面要求，应对坯料始锻温度进行控制。终锻温度应满足表2要求。
(d)每火次应保证锻后尺寸满足工艺要求，锻后尺寸公差应控制在工艺要求的±5％之内。
(e)整个生产过程实行锭节号管理，如需要还可以实行头部管理。
(f)锻造过程中出现裂纹、折叠等缺陷，应待表面处理(打磨)干净后，继续生产。
(g)锻造生产过程中成品锻造工序为关键工序，应在工艺卡片中加注或加盖“G”标。
本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。
以上所述加工工艺，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。所述加工装置也不仅限于所述结构，任何可完成上述加工方式的设备或装置均应在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种气瓶用大规格钛合金棒坯锻造方法，其特征在于该锻造方法依次包括以下步骤：铸锭检查、涂层，第一火加热、开坯锻造、打磨，第二火加热、中间锻造，第三火加热、中间锻造、打磨，第四火加热、中间锻造、回火、中间锻造，第五火加热、成品锻造、机加工、无损检测，加热设备包括天然气炉、电阻炉；坯料在β相区加热时采用天然气炉或电炉，在α+β相区加热时采用电炉；具体地
(1)铸锭检查
按照铸锭的标准验收其化学成分及表面质量；
(2)涂层
铸锭的涂层涂刷次数为1-2次，以不裸露出金属光泽为原则，涂层应在加热前24小时进行，确保自然干燥；
(3)加热
按照以下加热制度进行加热
第一火加热制度：前100’保持700～750℃，100’至250’线性升温至950℃，250’后保持950℃；
第二、三火加热制度：前150’线性升温至950℃，150’后保持950℃；
第四火加热制度：前400’线性升温至900℃，400’后保持900℃；
第五火加热制度：前300’线性升温至880℃，300’后保持880℃；
(4)锻造
按照以下锻造工艺进行锻造
第一火：将外径700mm、长度1140mm的坯料加热，出炉温度为950℃，通过自由锻造加工为边长580mm的方形坯料；通过自由锻造滚圆加工为直径600±10mm的圆柱形坯料；通过自由锻造镦粗为长度850mm的坯料；通过自由锻造拔长为直径600±10mm的圆柱形坯料，边缘滚圆；
第二火：将外径600mm、长度1550mm的坯料加热，出炉温度为950℃，通过自由锻造镦粗为长度850mm的坯料；通过自由锻造拔长为直径600±10mm的圆柱形坯料，边缘滚圆；
第三火：将外径600mm、长度1550mm的坯料加热，出炉温度为950℃，通过自由锻造镦粗为长度850mm的坯料；通过自由锻造拔长为直径600±10mm的圆柱形坯料，边缘滚圆；通过自由锻造镦粗为外径800mm、长度850mm的坯料，边缘滚圆；
第四火：将外径800mm、长度850mm的坯料加热，出炉温度为900℃，通过自由锻造加工为边长700mm、长度不限的方形坯料，反复锻造三次；回火120’，通过自由锻造加工到边长780mm后，进炉加热120min，出炉温度为900℃，通过自由锻造加工为边长600mm、长度不限的方形坯料，反复锻造三次；通过自由锻造加工为边长620mm、长度不限的方形坯料；
第五火：将边长620mm的方形坯料加热，出炉温度为880℃，通过自由锻造加工为边长500mm、长度不限的方形坯料，反复锻造三次；通过自由锻造精滚加工为直径550±5mm的圆柱形坯料；
(5)打磨
根据来料情况选择砂轮，对半成品采用60#以上砂轮，对成品采用80#以上砂轮；
(6)机加工
成品规格：Φ535+5×1900+50mm；表面粗糙度Ra≤3.2μm，两端面平齐；
(7)无损检测
对棒坯进行超声波检验，检测结果应符合GB/T 5193B级要求；棒坯在采用机械或研磨的方法清除表面局部缺陷后，应进行渗透检测，检测结果应符合NB/T 47013Ⅰ级要求。
2.根据权利要求1所述的气瓶用大规格钛合金棒坯锻造方法，其特征在于：锻造设备采用自由锻造机，压力不小于7000吨。
3.根据权利要求1所述的气瓶用大规格钛合金棒坯锻造方法，其特征在于：打磨设备采用自动打磨机、悬吊式砂轮机、或手提砂轮机。
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