CN112496052A - 一种钛或钛合金无缝方矩管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钛或钛合金无缝方矩管及其制备方法，属于钛合金管材制备领域。本发明提供圆形管坯；对所述圆形管坯依次进行第一退火、一道次冷轧、第二退火、矫直和机加工处理内外表面氧化皮，得到半成品圆形管材；对所述半成品圆形管材进行多道次冷轧，得到与方矩管等周长、等壁厚的无缝圆管；对所述无缝圆管进行第三退火，得到退火态的无缝圆管；将所述退火态的无缝圆管采用方管成型设备由圆逐渐变方进行成型并矫直，得到方矩管；对所述方矩管依次进行第四退火和矫直，得到所述钛或钛合金无缝方矩管。本发明制备方法简单易行、工期短、成本低，不需要使用任何模具，可得到无焊缝、尺寸精度高的钛或钛合金无缝方矩管。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金管材制备技术领域，尤其涉及一种钛或钛合金无缝方矩管及其制备方法。
背景技术
与相同截面积的圆管相比，方矩管具有重量轻、强度高、抗弯截面模量大、节约金属、易于安装等优点。为了达到减重的目的，飞机、军用车辆、坦克、汽车等对钛及钛合金方矩管有迫切地需求。目前，生产钛及钛合金无缝方矩管的方法有：板材折弯+焊接、模具拉拔法、热轧、加热+圆管变方管等。板材折弯+焊接的方法虽可以制备钛合金方矩管，但由于焊缝的存在，管材的寿命大打折扣。模具拉拔法钛合金方矩管存在的问题是：钛合金变形抗力大，很难通过较大变形量的拉拔进行成型，通常需要多道次的拉拔成型，生产周期长，而且拉拔过程需要加热，导致钛合金与模具之间容易产生粘接，管材成材率低。中国专利CN105903766 B公开了采用热轧直接制备钛合金方矩管，但是方矩管尺寸精度差；中国专利CN110369548A公开了采用圆形钛合金管材为坯料，对圆管进行加热后再进行圆管变方管的成型，圆管变方管前的加热导致钛合金内外表面严重氧化，后续采用抛光处理时，方形的抛光头无法在方矩管内部进行转动，圆形的抛光头无法将方矩管内表面的氧化皮完全去除，也存在制备复杂的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钛或钛合金无缝方矩管及其制备方法。本发明提供的制备方法简单易行、工期短，且钛或钛合金无缝方矩管的尺寸精度高。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种钛或钛合金无缝方矩管的制备方法，包括以下步骤；
提供圆形管坯，所述圆形管坯为圆形钛管坯或圆形钛合金管坯；
对所述圆形管坯依次进行第一退火、一道次冷轧、第二退火、矫直和机加工处理内外表面氧化皮，得到半成品圆形管材；
对所述半成品圆形管材进行多道次冷轧，得到与方矩管等周长、等壁厚的无缝圆管；
对所述无缝圆管进行第三退火，得到退火态的无缝圆管；
将所述退火态的无缝圆管采用方管成型设备由圆逐渐变方进行成型并矫直，得到方矩管；
对所述方矩管依次进行第四退火和矫直，得到所述钛或钛合金无缝方矩管。
优选地，所述第一退火的温度为600～850℃，时间为120～180min。
优选地，所述圆形管坯通过斜轧穿孔制得，所述斜轧穿孔前还包括在Tβ-20℃～Tβ+80℃对钛或钛合金棒材进行加热，保温(0.8D～0.8D+180)min，其中D为棒材的直径，mm，Tβ表示钛合金α+β相向β相转变的温度，所述斜轧穿孔的变形量为65～80％。
优选地，所述一道次冷轧的变形量为30～40％。
优选地，所述第二退火的温度为600～850℃，时间为120～180min。
优选地，所述多道次冷轧的次数为2～4道次，每道次变形量独立地为40～60％，每道次轧制完成后依次进行除油、酸洗和真空退火，所述真空退火的温度为650～850℃，时间为120～180min。
优选地，所述成型时，所述退火态的无缝圆管进入方管成型设备的速度为1～3m/min。
优选地，所述第三退火的温度为600～850℃，时间为120～180min。
优选地，所述第四退火和矫直后还包括依次进行酸洗、水洗和压缩空气吹干。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制得的钛或钛合金无缝方矩管。
本发明提供了一种钛或钛合金无缝方矩管的制备方法，包括以下步骤：提供圆形管坯，所述圆形管坯为圆形钛管坯或圆形钛合金管坯；对所述圆形管坯依次进行第一退火、一道次冷轧、第二退火、矫直和机加工处理内外表面氧化皮，得到半成品圆形管材；对所述半成品圆形管材进行多道次冷轧，得到与方矩管等周长、等壁厚的无缝圆管；对所述无缝圆管进行第三退火，得到退火态的无缝圆管；将所述退火态的无缝圆管采用方管成型设备由圆逐渐变方进行成型并矫直，得到方矩管；对所述方矩管依次进行第四退火和矫直，得到所述钛或钛合金无缝方矩管。
本发明制备方法简单易行、工期短、成本低，不需要使用任何模具，可得到无焊缝、尺寸精度高的钛或钛合金无缝方矩管，可实现钛或钛合金无缝方矩管批量、稳定、连续生产。
附图说明
图1为本发明无缝圆管由圆变方管的变形过程横截面变化示意图；
图2为本发明无缝圆管由圆变矩形管的变形过程横截面变化示意图；
图3为本发明实施例1提供的TA18钛合金无缝方管的实物图；
图4为本发明实施例3提供的TA24钛合金无缝方管的实物图。
具体实施方式
本发明提供了一种钛或钛合金无缝方矩管制备方法，包括以下步骤；
提供圆形管坯，所述圆形管坯为圆形钛管坯或圆形钛合金管坯；
对所述圆形管坯依次进行第一退火、一道次冷轧、第二退火、矫直和机加工处理内外表面氧化皮，得到半成品圆形管材；
对所述半成品圆形管材进行多道次冷轧，得到与方矩管等周长、等壁厚的无缝圆管；
对所述无缝圆管进行第三退火，得到退火态的无缝圆管；
将所述退火态的无缝圆管采用方管成型设备由圆逐渐变方进行成型并矫直，得到方矩管；
对所述方矩管依次进行第四退火和矫直，得到所述钛或钛合金无缝方矩管。
本发明提供圆形管坯，所述圆形管坯为圆形钛管坯或圆形钛合金管坯。
本发明对所述圆形钛管坯和圆形钛合金管坯的材质没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的圆形钛管坯或圆形钛合金管坯即可。
在本发明中，所述圆形管坯优选通过斜轧穿孔制得，所述斜轧穿孔前优选还包括在Tβ-20℃～Tβ+80℃对钛或钛合金棒材进行加热，保温(0.8D～0.8D+180)min，其中D为棒材的直径，mm，Tβ表示钛合金α+β相向β相转变的温度，所述斜轧穿孔的变形量优选为65～80％，更优选为保温(0.8D～0.8D+120)min。
得到圆形管坯后，本发明对所述圆形管坯依次进行第一退火、一道次冷轧、第二退火、矫直和机加工处理内外表面氧化皮，得到半成品圆形管材。
在本发明中，所述第一退火的温度优选为600～850℃，更优选为650～800℃，时间优选为120～180min，所述第一退火的作用是再结晶，并消除加工时产生的应力。在本发明中，所述第一退火优选在大气炉或真空炉中进行。在本发明中，所述第一退火的真空度优选为1×10-1～10-2Pa。
在本发明中，所述一道次冷轧的变形量优选为30～40％，所述一道次冷轧的目的是：1)使管坯表面的氧化皮变薄；2)使斜轧穿孔的管坯尺寸偏差得到改善。
在本发明中，所述第二退火的温度优选为600～850℃，更优选为650～750℃，时间优选为120～180min。在本发明中，所述第二退火优选在真空炉中进行。在本发明中，所述第二退火的真空度优选为1×10-1～10-2Pa。
在本发明中，所述机加工处理内外表面氧化皮优选为内镗孔、外扒皮去除内外表面氧化皮，得到表面处理后的半成品圆形管材。
得到半成品圆形管材后，本发明对所述半成品圆形管材进行多道次冷轧，得到与方矩管等周长、等壁厚的无缝圆管。
在本发明中，所述多道次冷轧的次数优选为2～4道次，每道次变形量独立地优选为40～60％，每道次轧制完成后优选依次进行除油、酸洗和真空退火，所述真空退火的温度优选为650～800℃，时间优选为120～180min，所述真空退火优选在真空炉中进行。
本发明对所述除油和酸洗的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。
得到无缝圆管后，本发明对所述无缝圆管进行第三退火，得到退火态的无缝圆管。
在本发明中，所述第三退火的温度优选为600～850℃，更优选为650～800℃，时间优选为120～180min。在本发明中，所述第三退火优选在真空炉中进行。在本发明中，所述第三退火的真空度优选为1×10-1～10-2Pa。
得到退火态的无缝圆管后，本发明将所述退火态的无缝圆管采用方管成型设备由圆逐渐变方进行成型并矫直，得到方矩管。
在本发明中，所述成型时，所述退火态的无缝圆管进入方管成型设备的速度优选为1～3m/min。在本发明中，所述成型优选为依次通过导向辊、平辊、立辊和定形矫直辊。本发明对所述方管成型设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方管成型设备即可。
图1为本发明无缝圆管由圆变方管的变形过程横截面变化示意图；图2为本发明无缝圆管由圆变矩形管的变形过程横截面变化示意图。
得到方矩管后，本发明对所述方矩管依次进行第四退火和矫直，得到所述钛或钛合金无缝方矩管。
在本发明中，所述第四退火的温度优选为400～800℃，更优选为450～750℃，时间优选为120～180min。在本发明中，所述第四退火优选在真空炉中进行。在本发明中，所述第四退火的真空度优选为1×10-1～10-2Pa。
在本发明中，所述第四退火和矫直后优选还包括依次进行酸洗、水洗和压缩空气吹干。本发明对所述酸洗、水洗和压缩空气吹干的具体操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制得的钛或钛合金无缝方矩管。
为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的钛或钛合金无缝方矩管及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
TA18钛合金无缝方管(60×3mm，R＝3mm)制备。
图3为本发明实施例1提供的TA18钛合金无缝方管的实物图；
将Φ122mm的棒材加热至Tβ+20℃，保温100～220min，斜轧穿孔制备Φ128×11mm的TA18管坯。管坯经过750℃、1h真空退火(真空度1×10-1Pa)后，进行一道次冷轧，Φ128×11mm→Φ108×9mm。对Φ108×9mm的半成品管材进行700℃/3h真空退火、矫直，然后内镗、外扒去除内外表面的氧化皮，得到Φ107×8mm的半成品管材。经过表面处理后的半成品管材再进行两道次轧制(Φ107×8mm→Φ94×5mm→Φ74.8×3mm)，得到Φ74.8×3mm的无缝钛合金圆管。每道次轧制后的半成品管材均需进行700℃、3h真空退火(真空度1×10-1Pa)。最后一道次冷轧得到的成品无缝钛合金圆管进行680℃、3h真空退火(真空度1×10-1Pa)，得到退火态的无缝钛合金圆管。之后对退火态的无缝钛合金圆管在方矩管成型设备上进行方矩管制备及矫直，得到60×3mm，R＝3mm的加工态方管；对加工态方矩管进行650℃、3h真空退火(真空度1×10-1Pa)、矫直，并进行酸洗、清水冲洗，最后用压缩空气吹干，得到成品钛合金无缝方管。TA18钛合金方管的力学性能为：Rm：670MPa，Rp0.2：508MPa，A：18％。尺寸精度为：宽度公差为±0.1mm，高度公差为±0.2mm，厚度公差为±0.1mm。
实施例2
低成本高强Ti-3.5Al-2.5Mo-1.5Cr-1.5Fe钛合金无缝矩形管(100×80×4mm，R＝6mm)制备。
将Φ165mm的棒材加热至Tβ+80℃，保温132～310min，斜轧穿孔制备Φ170×13.5mm的管坯。管坯经850℃、3h大气退火后，空冷，再进行一道次冷轧，Φ170×13.5mm→Φ138×11.5mm。对Φ138×11.5mm的半成品管材进行850℃、3h退火(真空度1×10-2Pa)、矫直，然后内镗、外扒去除内外表面的氧化皮，得到Φ137×10.5mm的半成品管材。Φ137×10.5mm的半成品管材经过两道次轧制(Φ137×10.5mm→Φ120×6.5mm→Φ100.6×4mm)，得到Φ100.6×4mm的无缝钛合金圆管。每道次轧制后的半成品管材均需进行800℃、3h真空退火(真空度1×10-2Pa)。最后一道次冷轧得到的成品无缝钛合金圆管进行850℃、3h真空退火(真空度1×10-2Pa)，得到退火态的无缝钛合金圆管。之后对退火态的无缝钛合金圆管在方矩管成型设备上进行方矩管制备及矫直，得到100×80×4mm，R角为6mm的加工态矩形管。对加工态的矩形管进行800℃、3h真空退火(真空度1×10-2Pa)、矫直，并进行酸洗、清水冲洗，最后用压缩空气吹干，得到钛合金无缝矩形管成品。Ti-3.5Al-2.5Mo-1.5Cr-1.5Fe钛合金无缝矩形管的力学性能为：Rm：960MPa，Rp0.2：810MPa，A：16％。尺寸精度为：宽度公差为±0.2mm，高度公差为±0.4mm，厚度公差为±0.2mm。
实施例3
TA24钛合金无缝方管(80×3.5mm，R＝5mm)制备。
图4为本发明实施例3提供的TA24钛合金无缝方管的实物图。
将Φ170mm的棒材加热至Tβ+40℃，保温136～290min，斜轧穿孔制备Φ165×15mm的管坯。管坯经750℃、1h真空退火后(真空度1×10-2Pa)，进行一道次冷轧，Φ165×15mm→Φ135×11mm。对Φ135×11mm的半成品管材进行700℃、3h真空退火(真空度1×10-2Pa)、矫直，然后内镗、外扒去除内外表面的氧化皮，得到Φ134×10mm的半成品管材。将表面处理的半成品管材经过两道次轧制(Φ134×10mm→Φ114×7mm→Φ99.2×3.5mm)，得到Φ99.2×3.5mm的无缝钛合金圆管。每道次轧制后的半成品管材均需进行750℃、3h真空退火(真空度1×10-2Pa)。最后一道次冷轧得到的成品无缝钛合金圆管进行700℃、3h真空热处理(真空度1×10-2Pa)，得到退火态的无缝钛合金圆管。之后对退火态的无缝钛合金圆管在方矩管成型设备上进行方矩管制备及矫直，得到80×3.5mm，R＝5mm的加工态方管；对加工态的方管进行700℃、3h真空退火、矫直，并进行酸洗、清水冲洗，最后用压缩空气吹干，得到成品钛合金无缝方管。TA24钛合金无缝方矩管的力学性能为：Rm：760MPa，Rp0.2：685MPa，A：20％。尺寸精度为：宽度公差为±0.3mm，高度公差为±0.1mm，厚度公差为±0.2mm。
实施例4
TA2纯钛无缝方矩管(120×4mm，R＝6mm)制备。
将Φ250mm的棒材加热至Tβ-20℃，保温200～380min，斜轧穿孔制备Φ250×18mm的管坯。管坯经600℃、1h真空退火后(真空度1×10-1Pa)，进行一道次冷轧，Φ250×18mm→Φ219×14mm。对Φ219×14mm半成品管材进行600℃、1h真空退火(真空度1×10-1Pa)、矫直，内镗孔、外扒去除内外表面的氧化皮，得到Φ218×13mm的半成品管材。将表面处理的半成品管材经过两道次轧制(Φ218×13mm→Φ180×6.5mm→Φ149.6×4mm)，得到Φ149.6×4mm的无缝钛合金圆管。每道次轧制后的半成品管材均需进行650℃、3h真空退火(真空度1×10-1Pa)。最后一道次冷轧得到的成品无缝钛合金圆管进行600℃、3h真空退火后(真空度1×10-1Pa)，得到退火态的无缝钛合金圆管。之后对退火态的纯钛圆管在方矩管成型设备上进行方管制备及矫直，得到120×4mm，R＝6mm的加工态方管；对加工态的方管进行580℃/3h真空退火(真空度1×10-1Pa)、矫直，并进行酸洗、清水冲洗，最后用压缩空气吹干，得到TA2成品纯钛无缝方管。TA2纯钛无缝方管的力学性能为：Rm：475MPa，Rp0.2：320MPa，A：32％。尺寸精度为：宽度公差为±0.25mm，高度公差为±0.15mm，厚度公差为±0.35mm。
实施例5
TA18钛合金无缝方管(140×3mm，R＝3mm)制备。
将Φ227mm的棒材加热至Tβ+40℃，保温182～360min，斜轧穿孔制备Φ230×12mm的TA18管坯。管坯经过650℃、1h真空退火(真空度1×10-1Pa)后，进行一道次冷轧，Φ230×12mm→Φ214×9mm。对Φ214×9mm的半成品管材进行700℃/3h真空退火、矫直，然后内镗、外扒去除内外表面的氧化皮，得到Φ212×8mm的半成品管材。经过表面处理后的半成品管材再进行两道次轧制(Φ213×8mm→Φ189×5mm→Φ176.7×3mm)，得到Φ176.7×3mm的无缝钛合金圆管。每道次轧制后的半成品管材均需进行750℃、3h真空退火(真空度1×10- 1Pa)。最后一道次冷轧得到的成品无缝钛合金圆管进行600℃、3h真空退火(真空度1×10- 1Pa)，得到退火态的无缝钛合金圆管。之后对退火态的无缝钛合金圆管在方矩管成型设备上进行方矩管制备及矫直，得到140×3mm，R＝3mm的加工态方管；对加工态方矩管进行400℃、3h真空退火(真空度1×10-1Pa)、矫直，并进行酸洗、清水冲洗，最后用压缩空气吹干，得到成品钛合金无缝方管。TA18钛合金方管的力学性能为：Rm：830MPa，Rp0.2：728MPa，A：13％。尺寸精度为：宽度公差为±0.25mm，高度公差为±0.2mm，厚度公差为±0.2mm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种钛或钛合金无缝方矩管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；
提供圆形管坯，所述圆形管坯为圆形钛管坯或圆形钛合金管坯；
对所述圆形管坯依次进行第一退火、一道次冷轧、第二退火、矫直和机加工处理内外表面氧化皮，得到半成品圆形管材；
对所述半成品圆形管材进行多道次冷轧，得到与方矩管等周长、等壁厚的无缝圆管；
对所述无缝圆管进行第三退火，得到退火态的无缝圆管；
将所述退火态的无缝圆管采用方管成型设备由圆逐渐变方进行成型并矫直，得到方矩管；
对所述方矩管依次进行第四退火和矫直，得到所述钛或钛合金无缝方矩管。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一退火的温度为600～850℃，时间为120～180min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述圆形管坯通过斜轧穿孔制得，所述斜轧穿孔前还包括在Tβ-20℃～Tβ+80℃对钛或钛合金棒材进行加热，保温(0.8D～0.8D+180)min，其中D为棒材的直径，mm，Tβ表示钛合金α+β相向β相转变的温度，所述斜轧穿孔的变形量为65～80％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述一道次冷轧的变形量为30～40％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二退火的温度为600～850℃，时间为120～180min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多道次冷轧的次数为2～4道次，每道次变形量独立地为40～60％，每道次轧制完成后依次进行除油、酸洗和真空退火，所述真空退火的温度为650～800℃，时间为120～180min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述成型时，所述退火态的无缝圆管进入方管成型设备的速度为1～3m/min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第三退火的温度为600～850℃，时间为120～180min。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第四退火和矫直后还包括依次进行酸洗、水洗和压缩空气吹干。
10.权利要求1～9任一项所述制备方法制得的钛或钛合金无缝方矩管。
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