CN112453104A - 一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材的制备方法，该Ti35钛合金无缝管材由以下质量含量的成分组成：Ta 5.5%~6.5%，Fe≤0.15%，C≤0.08%，N≤0.03%，H≤0.01%，O 0.08%~0.12%，余量为钛和不可避免的杂质；该方法将Ti35钛合金铸锭依次经锻造、斜轧穿孔、均匀化处理、热轧、冷轧和热处理，得到Ti35钛合金无缝管材。本发明通过均匀化处理提高管坯微区的组织成分均匀性，再结合热轧和冷轧，使得管材进一步减径和减薄且长度增加，减少了加工道次，提高了生产效率，有效保证了Ti35钛合金无缝管材的尺寸精度，提高了Ti35钛合金的材料利用率。

Description

一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材及其制备方法

技术领域

本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材及其制备方法。

背景技术

Ti35钛合金具有密度小、比强度高、焊接性能优良等优点，其最大特点是优异的耐硝酸腐蚀性能，在沸腾8mol硝酸溶液中腐蚀速率不超过0.1mm/a。大口径无缝管材作为设备制造中的常用结构件，尤其是压力容器或管路中，相比焊管具有更高的安全性，应用广泛。尤其是硝酸环境中的乏燃料后处理关键设备，对于大口径Ti35钛合金无缝管材更是有着迫切需求。

目前，现有制备大口径钛合金无缝管材的方法虽然很多，但工艺尚不成熟，生产成本高，尤其对于大口径、薄壁、长度6000mm以上的钛合金管材，尚无有效的生产方式。而Ti35钛合金作为含Ta的耐蚀钛合金，原材料价值大，加工过程的组织性能控制对腐蚀性能也有影响。因此，如何生产高质量薄壁、长度9000mm的大口径Ti35钛合金无缝管材是亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种大口径薄壁Ti35钛合金管材的制备方法。该方法通过对依次经锻造、斜轧穿孔得到的管坯进行均匀化处理提高其微区的成分均匀性，再结合热轧和冷轧，使得管材进一步减薄且口径增加，减少了加工道次，提高了生产效率，有效保证了Ti35钛合金无缝管材的尺寸精度，得到大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材，提高了Ti35钛合金的材料利用率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材的制备方法，其特征在于，该Ti35钛合金无缝管材由以下质量含量的成分组成：Ta5.5%~6.5%，Fe≤0.15%，C≤0.08%，N≤0.03%，H≤0.01%，O 0.08%~0.12%，余量为钛和不可避免的杂质；该方法包括以下步骤：

步骤一、棒坯制备：将Ti35钛合金铸锭进行锻造得到棒坯；

步骤二、管坯制备：将步骤一中得到的棒坯进行斜轧穿孔，得到管坯；

步骤三、管坯处理：将步骤二中得到的管坯进行均匀化处理，然后进行表面处理；

步骤四、管坯热轧：将步骤三中经表面处理后的管坯进行热轧，然后经内、外表面修磨，得到热轧管坯；

步骤五、管坯冷轧：将步骤四中得到的热轧管坯进行冷轧，得到冷轧管坯；

步骤六、成品制备：将步骤五中得到的冷轧管坯热处理后依次进行矫直、检测和切定尺，得到Ti35钛合金无缝管材；所述Ti35钛合金无缝管材的口径为168mm~466mm，壁厚为6mm~12mm。

本发明将含有高熔点、高比重Ta元素的Ti35钛合金铸锭锻造得到棒坯，然后采用斜轧穿孔的方式制成管坯，通过对管坯进行均匀化处理提高其微区的组织成分均匀性，再依次进行热轧和冷轧，使得管材进一步减径和减薄且长度增加，减少加工道次，提高生产效率，有效保证了Ti35钛合金无缝管材的尺寸精度，得到大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材，提高了Ti35钛合金的材料利用率。

上述的一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述锻造的火次不少于5次。该优选的锻造火次有利于提高棒坯组织的均匀性。

上述的一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述棒坯分段加热至860℃~960℃后保温2h~3h后进行斜轧穿孔。该分段加热的方法有利于提高加热效率，同时降低Ti35钛合金的氧化程度。

上述的一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材的制备方法，其特征在于，所述棒坯放置于加热炉中在600℃保温1h，然后继续升温至800℃保温1h~2h，随后升温至860℃~960℃保温2h~3h后进行斜轧穿孔。

上述的一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述均匀化处理的温度为850℃~980℃，保温时间为2h，且管坯经均匀化处理后空冷；所述表面处理采用镗孔和机加工的方式进行。该优选的均匀化处理的工艺及参数有利于提高管坯组织的均匀性，尤其是尺寸规格大且壁厚较厚的管坯；该优选的表面处理方式能有效去除表面缺陷，为制备高精度的Ti35钛合金无缝管材提供基础。

上述的一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述热轧采用热轧机进行，所述热轧的加热温度为Ti35钛合金相变点以下30℃~50℃，热轧的变形量为40%~60%。优选采用大变形量的热轧，有助于管坯变形，减少了后续冷轧道次。

上述的一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述冷轧的变形量为20%~40%，轧制速度为30次/分钟~80次/分钟，且相邻道次的轧制之间需要进行去应力退火，所述去应力退火的温度为580℃~680℃，保温时间为2h。

上述的一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材的制备方法，其特征在于，步骤六中所述热处理的温度为600℃~700℃，保温时间为1h~2h。该优选的热处理工艺参数保证了Ti35钛合金无缝管材的组织为完全退火组成，性能满足使用要求。

另外，本发明还提供了一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材，其特征在于，由上述的方法制备得到。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明将Ti35钛合金铸锭依次采用锻造、斜轧穿孔、均匀化处理、热轧和冷轧的工艺，制备得到Ti35钛合金无缝管材，通过对管坯进行均匀化处理提高其微区的组织成分均匀性，再依次进行热轧和冷轧，使得管材进一步减径和减薄且长度增加，减少加工道次，提高生产效率，有效保证了Ti35钛合金无缝管材的尺寸精度，得到大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材，提高了Ti35钛合金的材料利用率。

2、本发明采用斜轧穿孔的方式制备管坯，材料利用率高，灵活方便。

3、本发明针对含高熔点、高比重Ta元素的Ti35钛合金的组成特性，对管坯进行均匀化处理，提高了管坯微观成分的均匀性，有利于保证产品的综合性能。

4、本发明采用热轧结合冷轧的制备方法，通过选择不同的轧辊和芯棒组合，制备得到多种规格尺寸的Ti35钛合金无缝管材，同时获得较长的大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材。

5、本发明制备的大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材组织均匀，机械性能良好，可广泛应用于对硝酸腐蚀性能有较高需求的核能、石化等设备制造中，具有广阔的应用前景。

下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

具体实施方式

实施例1

本实施例的大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材由以下质量含量的成分组成：Ta 5.6%，Fe0.01%，C 0.018%，N 0.003%，H 0.0011%，O 0.10%，余量为钛和不可避免的杂质；

本实施例的大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材的制备方法包括以下步骤：

步骤一、棒坯制备：将直径为640mm的 Ti35钛合金铸锭进行5火次锻造，得到直径为570mm的棒坯；

步骤二、管坯制备：将步骤一中得到的棒坯放置于加热炉中在600℃保温1h，然后继续升温至800℃保温2h，随后升温至960℃保温3h后进行斜轧穿孔，得到直径为580mm、壁厚为50mm、长度大于6000mm的管坯；

步骤三、管坯处理：将步骤二中得到的管坯在980℃保温2h进行均匀化处理，空冷后采用镗孔和机加工的方式对管坯内、外表面进行表面处理；

步骤四、管坯热轧：将步骤三中经表面处理后的管坯放置于皮尔格轧机中进行热轧，然后经内、外表面修磨，得到直径为530mm、壁厚为22mm、长度大于13000mm的热轧管坯；所述热轧的加热温度为860℃，热轧的变形量为60%；

步骤五、管坯冷轧：将步骤四中得到的热轧管坯进行2道次冷轧，得到直径为466mm、壁厚为12mm、长度大于9000mm的冷轧管坯；所述冷轧的变形量为40%，轧制速度为30次/分钟，且相邻道次的轧制之间需要进行去应力退火，所述去应力退火的温度为580℃~680℃，保温时间为2h；

步骤六、成品制备：将步骤五中得到的冷轧管坯放置于真空退火炉中进行热处理，然后依次进行矫直，以及探伤、水压、压扁、力学性能检测和切定尺，得到口径为466mm、壁厚为12mm、长度大于9000mm的Ti35钛合金无缝管材；所述热处理的温度为600℃~700℃，保温时间为2h。

实施例2

本实施例的大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材由以下质量含量的成分组成：Ta 6.48%，Fe 0.023%，C 0.012%，N 0.006%，H 0.0012%，O 0.090%，余量为钛和不可避免的杂质；

本实施例的大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材的制备方法包括以下步骤：

步骤一、棒坯制备：将直径为640mm的 Ti35钛合金铸锭进行7火次锻造，得到直径为200mm的棒坯；

步骤二、管坯制备：将步骤一中得到的棒坯放置于加热炉中在600℃保温1h，然后继续升温至800℃保温1h，随后升温至860℃保温2h后进行斜轧穿孔，得到直径为210mm、壁厚为22mm、长度大于6000mm的管坯；

步骤三、管坯处理：将步骤二中得到的管坯在850℃保温2h进行高温均匀化处理，空冷后采用镗孔和机加工的方式对管坯内、外表面进行表面处理；

步骤四、管坯热轧：将步骤三中经表面处理后的管坯放置于皮尔格轧机中进行热轧，然后经内、外表面修磨，得到直径为180mm、壁厚为11mm、长度大于10000mm的热轧管坯；所述热轧的加热温度为830℃，热轧的变形量为40%；

步骤五、管坯冷轧：将步骤四中得到的热轧管坯进行2道次冷轧，得到直径为168mm、壁厚为6mm、长度大于12000mm的冷轧管坯；所述冷轧的变形量为40%，轧制速度为80次/分钟，且相邻道次的轧制之间需要进行去应力退火，所述去应力退火的温度为580℃~680℃，保温时间为2h；

步骤六、成品制备：将步骤五中得到的冷轧管坯放置于真空退火炉中进行热处理，然后依次进行矫直，以及探伤、水压、压扁、力学性能检测和切定尺，得到口径为168mm、壁厚为6mm、长度大于12000mm的Ti35钛合金无缝管材；所述热处理的温度为600℃~700℃，保温时间为1h。

实施例3

本实施例的大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材由以下质量含量的成分组成：Ta 6.2%，Fe0.013%，C 0.012%，N 0.006%，H 0.0011%，O 0.089%，余量为钛和不可避免的杂质；

本实施例的大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材的制备方法包括以下步骤：

步骤一、棒坯制备：将直径为640mm的 Ti35钛合金铸锭进行6火次锻造，得到直径为400mm的棒坯；

步骤二、管坯制备：将步骤一中得到的棒坯放置于加热炉中在600℃保温1h，然后继续升温至800℃保温1h，随后升温至860℃保温2h后进行斜轧穿孔，得到直径为410mm、壁厚为55mm、长度大于4000mm的管坯；

步骤三、管坯处理：将步骤二中得到的管坯在900℃保温2h进行均匀化处理，空冷后采用镗孔和机加工的方式对管坯内、外表面进行表面处理；

步骤四、管坯热轧：将步骤三中经表面处理后的管坯放置于皮尔格轧机中进行热轧，然后经内、外表面修磨，得到直径为355mm、壁厚为30mm、长度大于8000mm的热轧管坯；所述热轧的加热温度为860℃，热轧的变形量为50%；

步骤五、管坯冷轧：将步骤四中得到的热轧管坯进行2道次冷轧，得到直径为239mm、壁厚为8mm、长度大于10000mm的冷轧管坯；所述冷轧的变形量为30%，轧制速度为60次/分钟，且相邻道次的轧制之间需要进行去应力退火，所述去应力退火的温度为580℃~680℃，保温时间为2h；

步骤六、成品制备：将步骤五中得到的冷轧管坯放置于真空退火炉中进行热处理，然后依次进行矫直，以及探伤、水压、压扁、力学性能检测和切定尺，得到口径为239mm、壁厚为8mm、长度大于10000mm的Ti35钛合金无缝管材；所述热处理的温度为600℃~700℃，保温时间为3h。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材的制备方法，其特征在于，该Ti35钛合金无缝管材由以下质量含量的成分组成：Ta 5.5%~6.5%，Fe≤0.15%，C≤0.08%，N≤0.03%，H≤0.01%，O 0.08%~0.12%，余量为钛和不可避免的杂质；该方法包括以下步骤：

步骤一、棒坯制备：将Ti35钛合金铸锭进行锻造得到棒坯；

步骤二、管坯制备：将步骤一中得到的棒坯进行斜轧穿孔，得到管坯；

步骤三、管坯处理：将步骤二中得到的管坯进行均匀化处理，然后进行表面处理；

步骤四、管坯热轧：将步骤三中经表面处理后的管坯进行热轧，然后经内、外表面修磨，得到热轧管坯；

步骤五、管坯冷轧：将步骤四中得到的热轧管坯进行冷轧，得到冷轧管坯；

步骤六、成品制备：将步骤五中得到的冷轧管坯热处理后依次进行矫直、检测和切定尺，得到Ti35钛合金无缝管材；所述Ti35钛合金无缝管材的口径为168mm~466mm，壁厚为6mm~12mm。

2.根据权利要求1所述的一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材的制备方法，其特征在于，步骤一中所述锻造的火次不少于5次。

3.根据权利要求1所述的一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述棒坯分段加热至860℃~960℃后保温2h~3h后进行斜轧穿孔。

4.根据权利要求3所述的一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材的制备方法，其特征在于，所述棒坯放置于加热炉中在600℃保温1h，然后继续升温至800℃保温1h~2h，随后升温至860℃~960℃保温2h~3h后进行斜轧穿孔。

5.根据权利要求1所述的一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述均匀化处理的温度为850℃~980℃，保温时间为2h，且管坯经均匀化处理后空冷；所述表面处理采用镗孔和机加工的方式进行。

6.根据权利要求1所述的一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材的制备方法，其特征在于，步骤四中所述热轧采用热轧机进行，所述热轧的加热温度为Ti35钛合金相变点以下30℃~50℃，热轧的变形量为40%~60%。

7.根据权利要求1所述的一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材的制备方法，其特征在于，步骤五中所述冷轧的变形量为20%~40%，轧制速度为30次/分钟~80次/分钟，且相邻道次的轧制之间需要进行去应力退火，所述去应力退火的温度为580℃~680℃，保温时间为2h。

8.根据权利要求1所述的一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材的制备方法，其特征在于，步骤六中所述热处理的温度为600℃~700℃，保温时间为1h~2h。

9.一种大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材，其特征在于，由权利要求1~权利要求8中任一权利要求所述的方法制备得到。