CN113714321B - 一种难熔和稀贵金属管材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种难熔和稀贵金属管材及其制备方法，包括：选择经过退火处理的毫米级厚度的稀贵金属板材；按照不同稀贵金属坯料和板材的尺寸选择不同的弯折方法，对对接面进行激光和/或电子束焊接，形成焊接型无缝管坯；经整形、焊缝打磨，热处理；然后对焊接型无缝管坯进行管材轧制；轧制管材进行酸碱洗。采用本发明方法制备的难熔和稀贵金属管材可以明显提高成品率，具有良好的抗拉强度和延伸率，成品率提高达30％以上，能够提高难熔稀贵金属原料利用率，本发明具有广阔的应用前景。

Description

一种难熔和稀贵金属管材及其制备方法

技术领域

本发明涉属于材料加工领域，涉及一种难熔和稀贵金属管材及其制备方法。

背景技术

近年来，难熔与稀有金属管材需求增年上升，而其加工方法主要为管材轧制。管材轧制方法需要以特定尺寸的管坯为原料，轴向压延成型。对于难熔金属材料，一般通过粉末冶金方法制备，因为属性差，需要通过压力加工大变形强化提升材料性能，最后再通过机械穿孔制备管坯或者厚壁管；对于稀贵金属材料，可以通过熔铸法制备棒材，然后通过机械穿孔制备成管坯或者厚壁管。因为穿孔材料浪费巨大，且加工成本高，致使难熔和稀有金属管材制备成本居高不下，严重影响了上述材料在工业方面的应用。

目前，轧制钼管坯的生产采用粉未冶金工艺和熔炼工艺直接生产管坯。粉末冶金工艺生产轧制钼管坯有三条路线：(1)高纯钼粉用CIP压形，高温直接烧结成轧制管坯。(2)把烧成的钼管坯再预挤压成轧制管坯。(3)烧结成粉未钼锭,再把钼锭挤压成挤压棒坯，通过机加工把挤压棒做成轧制钼管坯。除用粉未冶金工艺生产管坯以外，还可用熔炼法制造轧制钼管坯，包括用电子束熔炼和真空自耗电极电弧熔炼铸成钼和钼合金铸锭，可以进行二次重铸，把铸锭挤压成挤压棒，再把挤压棒加工成轧制钼管坯。现阶段钼管管坯制作主要采用第三种粉末烧结方法。

为了降低难熔和稀有管材制备成本，难熔金属钨钼可以通过粉末冶金法制备管坯，然后通过管材轧机进行轧制。但是由于粉末冶金方法制备的管坯塑性差，开辟温度高，现有的管材轧制温度无法满足。对于大尺寸棒材可以采用电火花方式打小孔，然后通过线切割方法从中心掏取棒材，从而降低材料损耗。然而目前国内电火花穿孔最大深度＜500mm，一般无法满足管坯的入料尺寸要求和成品长度要求。且线切割费用也较高。

现在钼合金管制作过程如下：(1)通过粉末冶金的方法将钼粉制备钼坯；通过精锻机、空气锤和旋锤机中的至少一种对该钼坯进行加工，锻造出钼棒；(2)对步骤(1)所得的钼棒进行车削，制作出细长的车光钼棒；(3)对步骤(1)所得的车光钼棒完全夹装入刚性夹具中，以800-1500rpm的转速进行深钻孔，即得所述钼合金厚壁管。薄壁管材加工需要以此为坯料进行多道次轧制而成。这种方法是难熔与稀贵金属管材制备的基本方法。然而这种方法由于需要机械穿孔，一是造成材料浪费巨大，成材率仅为30％左右，对于价值高的难熔金属和稀贵金属而言，损失更是巨大。二是穿孔成本高，当前机械穿孔的单价在2.0元/mm左右，单位重量费用增加超过材料费用。三是产生的废料无法回收，在钻孔过程中由于需要润滑以及钻孔产生的高温，使得产生的废弃加工料难以回收，无法从原料加工角度降低成本。

现有通过粉末冶金方法制作管坯，初期成本低，但加工成本高，通过深孔钻加工后的管坯废料，难以进行回收及二次利用，尤其是在做各种长管，粗管时，废料占据棒材70％以上。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明目的是提供一种难熔和稀贵金属管材及其制备方法，通过将难熔稀贵金属板材按照对折或螺旋折的方法对接，采用激光/电子束斜焊，经热处理得到难熔稀贵成品管材，该方法废料少，加工成本低，避免加工出现开裂、后续加产生变形现象，具有优良的抗拉强度及延伸率，提高了成品率。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明一方面，提供了一种难熔和稀贵金属管材的制备方法，包括：

选择经过退火处理的毫米级厚度的稀贵金属板材；

按照不同稀贵金属坯料和板材的尺寸选择不同的弯折方法，对对接面进行激光和/或电子束焊接，形成焊接型无缝管坯；

对焊接型无缝管坯整形、焊缝打磨，并进行热处理；

对经热处理后的焊接型无缝管坯进行管材轧制；

对热处理后的轧制管材进行酸碱洗。

作为进一步优选的方案，选择稀贵金属板材厚度H与成品管管材内径D和成品管管厚h应满足：50H≤D≤15H，且h≤0.8H。

作为进一步优选的方案，选择弯折方法包括：

对于长度不大于6m的板材，将矩形板材相对边对接，对接线与水平线呈30-60°。

作为进一步优选的方案，选择弯折方法包括：

对于超长管材长度≥6m的板材，选择螺旋弯折方法，将矩形板材相对边沿轴向螺旋线旋转对接，通过多螺旋增加坯料长度，螺旋圈数C与板材宽度L满足：1.5C≤L。

作为进一步优选的方案，对焊接管坯进行热处理温度为750℃-1000℃，热处理时间为20-60min。

作为进一步优选的方案，对于焊接管坯为稀贵金属钼管，热处理温度为750℃-850℃，热处理时间为20-40min。

作为进一步优选的方案，对于焊接管坯为稀贵金属钼镧合金管，热处理温度为750℃-900℃，热处理时间为20-60min。

作为进一步优选的方案，对于焊接管坯为稀贵金属钼铼合金管，热处理温度为800℃-1000℃，热处理时间为20-60min。

作为进一步优选的方案，对经热处理后的焊接型无缝管坯进行管材轧制，热处理包括，对需要进行再次轧制的焊接型无缝管坯，重复轧制-热处理-轧制过程。

作为进一步优选的方案，初次轧制温度要提高50-100℃，且轧制变形量控制在10％-35％，轧制速度为0.10-0.35m/min。

本发明另一方面，还提供了采用上述方法制备得到一种难熔和稀贵金属管材。

本发明具有以下有益效果：

1)本发明通过弯折难熔和稀贵金属板材制备有缝管坯，采用毫米级难熔和稀贵金属板材弯成型，螺旋卷管，然后通过焊接，连接板材两端，将钼管分两次成型，不仅成型率高，还能节省传统粉末冶金二次加工管坯时所需的人力物力财力。

2)焊接型无缝管坯或者无缝管选用退火态板材制备，能防止板材在弯折加工时出现裂纹或由于未退火而产生开裂失效情况。

3)通过限制所选板材厚度与成品管管材内径和成品管管厚条件，解决了弯折加工过程中由于板材过厚导致板材难以进行弯折加工或者玩弯折加工出现开裂的问题，以及板材过薄导致后续加工极易产生变形的问题，变相提高了成品率。

4)焊接型无缝管坯或者无缝管加工过程选择一定校对对折或螺旋弯折的方法，而不选择直缝是因为对折或螺旋弯折的方法可以改变轧制及后续机加工时焊缝的受力方向，能提高焊缝的承受强度并改善管材各向异性，可以使得焊接型无缝管坯或者无缝管的整体强度得到提高，防止后续管材加工出现失效。

5)本通过限制螺旋圈数C与板材宽度L的条件，限制了成品管材管身的焊缝长度，有效减少了焊缝薄弱区，能够防止由于焊缝占比过大而出现极易开裂失效的现象。

5)降低焊接过后的热处理时间，能够防止焊缝由于保温时间过长出现晶粒二次生长，导致焊缝性能变差，即能够提高管材整体强度。

6)采用激光/电子束焊接，可以解决用焊条焊接出现的焊缝与基体性能差异过大而导致焊缝成为管材薄弱区，在后续使用甚至轧制过程中出现开裂等失效问题，即通过激光/电子束焊接可以获得与基体强度相同的焊缝，降低了焊缝因性能不达标而出现问题的可能。

7)将管材初次轧制温度要提高50-100℃，且降低轧制变形量和速度，是由于前期进行了弯折成型以及焊接，会使加工结束的焊接型无缝管坯或者无缝管产生一定的加工硬化和材料内部局部应力集中，使得焊接型无缝管坯或者无缝管性能下降，整体偏脆偏硬，所以提高初次轧制温度、降低初次轧制变形量和榨轧制速度均可以减小前期加工产生的加工硬化和内部应力局部集中，防止焊接型无缝管坯或者无缝管在轧制过程中出现开裂等失效现象，从而增大不必要的损失。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明合金管材对接焊接结构示意图；

图2是本发明合金管材螺旋弯折焊接结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明实施例提供的一种难熔和稀贵金属管材的制备方法，包括：

1)选材

根据成品管管材的长度和毫米级厚度要求，计算和选择板材厚度，其中成品管管材内径D、所选板材厚度H与成品管管厚h应满足如下关系：50H≤D≤15H，且h≤0.8H；选择经过退火处理的板材。

2)弯折加工及焊接

按照计算的坯料长度和板材的长宽尺寸选择不同的弯折方法，进行机加工，弯折方法，分成两种：对于管坯长度不大于5m的板材，可以选择对折的方法，其中对折角度为30-60°；对于管材长度≥5m的板材，需要选择螺旋弯折方法，通过多螺旋增加坯料长度，但螺旋圈数C与板材宽度L(cm)应满足以下关系：1.5C≤L。

得到合适的用于焊接的有缝管坯，如图1所示。对弯折管坯或者螺旋管坯进行激光和/或电子束斜焊焊接，形成焊接型无缝管坯或者无缝管。

3)整形及热处理

后对焊接型无缝管坯或者无缝管进行整形，对焊缝进行简单地打磨，并对焊接管坯进行热处理。对焊接管坯进行热处理主要是为了消除焊接缝内存在应力集中，其温度应该在所制备稀贵难受熔金属管材的Ac₁以下，且保温时间不宜过长，例如钼管应在750℃-850℃下保温20-40min，钼镧合金管应在750℃-900℃下保温20-60min，钼铼合金管应在800℃-1000℃下保温20-60min。

4)轧制及后处理

对步骤3)所制备的焊接型无缝管坯或者无缝管在950-1050℃下进行管材轧制，初次轧制温度要提高50-100℃，且轧制变形量要控制在10％-35％之间(正常变形量每道次在20％-30％)，且轧制速度需要降低至0.10-0.35m/min(正常速度大约为0.5m/min)。后根据产品规格要求，如个别成品管管厚稍大、变径管等需要进行再次处理的，重复轧制-热处理-轧制的过程。

5)对轧制并热处理的管材进行酸碱洗。

经过对加工后的管材进行拉伸性能以及成品率检测，其中，成品率指标包括管材轧制成功率、原料使用率、原料浪费率等。

下面通过具体实施例来进一步说明本发明。

实施例1

选择2mm厚的钼镧合金弯折焊接管材成型。

步骤1，制备管长度为1.5m、直径为6cm和厚度为2mm的钼镧管，选择厚度为3.5mm的钼镧合金板材，板材选用退火态；

步骤2，选用长1m宽18cm的钼镧合金板将两条长边沿管轴向30°对接，对对接面进行激光和电子束焊接，形成焊接型无缝管坯；

步骤3，对焊接型无缝管坯或者无缝管进行整形，对焊缝进行简单地打磨，并对焊接型无缝管坯在800℃下保温40min进行退火，消除焊接缝内存在应力集中；

步骤4，对经热处理后焊接型无缝管坯在950℃下进行管材轧制，初次轧制温度要在设定温度范围内提高60℃，轧制变形量要控制在15％，轧制速度降低至0.30m/min，再次轧制变形量和速度依次降低；反之，按照无缝管加工工艺进行。

步骤5，对轧制的管坯进行热处理(900℃保温60min)，后根据产品规格要求，需要进行再次轧制的，重复步骤4-5；

步骤6，对轧制并热处理的管材进行酸碱洗。

对加工后的管材进行拉伸性能以及成品率检测，测得其抗拉强度及延伸率为964.39MPa、27.34％，均与常规工艺相当，成品率为66％，常规钼镧合金管材成品率为32％左右，同比提高34％，回收率为93％。

实施例2

选择0.8mm厚的钼镧合金弯折焊接管材成型。

步骤1，制备管长度1.2m直径4cm和厚度0.8mm的钼镧管，选择厚度为1.5mm的钼镧合金板材，板材选用退火态；

步骤2，选用长1m宽12cm的钼镧合金板将两条长边沿管轴向45°对接，对对接面进行激光焊接，形成焊接型无缝管坯；

步骤3，对焊接型无缝管坯或者无缝管进行整形，对焊缝进行简单地打磨，并对焊接型无缝管坯在900℃下保温20min进行退火，消除焊接缝内存在应力集中；

步骤4，对步骤3所制备的焊接无缝管坯在950℃下进行管材轧制。初次轧制温度要提高50℃，轧制变形量要控制在10％，轧制速度降低至0.30m/min，再次轧制变形量和速度依次降低；反之，按照无缝管加工工艺进行。

步骤5，对轧制的管坯进行热处理(900℃保温30min)，后根据产品规格要求，需要进行再次轧制的，重复步骤4-5；

步骤6，对轧制并热处理的管材进行酸碱洗。

对加工后的管材进行拉伸性能以及成品率检测，测得其抗拉强度及延伸率分别为673.89MPa、29.75％，均与常规工艺相当，成品率为64％，常规钼镧合金管材成品率为32％左右，同比提高32％，回收率为88％。

实施例3

0.8mm超长钼合金(>6m)弯折焊接管材成型。

步骤1，制备管长度为5m直径为5cm和厚度为1mm的钼管，选择厚度为2mm的钼合金板材，板材选用退火态；

步骤2，选用长5m宽12cm的钼合金板将两条长边沿管轴向螺旋对折，对对接面进行电子束焊接，形成焊接型无缝管坯；

步骤3，对焊接型无缝管坯或者无缝管进行整形，对焊缝进行简单地打磨，并对焊接型无缝管坯在750℃下保温40min进行退火，消除焊接缝内存在应力集中；

步骤4，对步骤3所制备的焊接无缝管坯在950℃下进行管材轧制。初次轧制温度要提高100℃，轧制变形量要控制在12％，轧制速度降低至0.35m/min，再次轧制变形量和速度依次降低；反之，按照无缝管加工工艺进行。

步骤5，对轧制的管坯进行热处理(900℃保温40min)，后根据产品规格要求，需要进行再次轧制的，重复步骤4-5；

步骤6，对轧制并热处理的管材进行酸碱洗。

对加工后的管材进行拉伸性能以及成品率检测，测得其抗拉强度及延伸率为628.31MPa、30.52％，稍高于常规工艺，成品率为61％，常规钼镧合金管材成品率为32％左右，同比提高29％，回收率为90％。

实施例4

0.8mm厚的钼合金弯折焊接管材成型。

步骤1，制备管长度1.2m直径4cm和厚度0.8mm的钼管，选择厚度为1.5mm的钼合金板材，板材选用退火态；

步骤2，选用长1m宽12cm的钼合金板将两条长边沿管轴向45°对接，对对接面进行激光焊接，形成焊接型无缝管坯；

步骤3，对焊接型无缝管坯或者无缝管进行整形，对焊缝进行简单地打磨，并对焊接型无缝管坯在850℃下保温20min进行退火，消除焊接缝内存在应力集中；

步骤4，对步骤3所制备的焊接无缝管坯在950℃下进行管材轧制。初次轧制温度要提高70℃，轧制变形量要控制在15％，轧制速度降低至0.30m/min，再次轧制变形量和速度依次降低；反之，按照无缝管加工工艺进行。

步骤5，对轧制的管坯进行热处理(900℃保温30min)，后根据产品规格要求，需要进行再次轧制的，重复步骤4-5；

步骤6，对轧制并热处理的管材进行酸碱洗。

对加工后的管材进行拉伸性能以及成品率检测，测得其抗拉强度及延伸率为587.15MPa、25.37％，与常规工艺相当，成品率为61％，常规钼合金管材成品率为30％左右，同比提高31％，回收率为89％。

实施例5

选择1mm厚的钼铼合金弯折焊接管材成型

步骤1，制备管长度为1.5m、直径为6cm和厚度为2mm的钼铼合金管，选择厚度为3.5mm的钼铼合金板材，板材选用退火态；

步骤2，选用长1m宽18cm的钼铼合金板将两条长边沿管轴向60°对折，对对接面进行激光和电子束焊接，形成焊接型无缝管坯；

步骤3，对焊接型无缝管坯或者无缝管进行整形，对焊缝进行简单地打磨，并对焊接型无缝管坯在1000℃下保温20min进行退火，消除焊接缝内存在应力集中；

步骤4，对经热处理后焊接型无缝管坯在1050℃下进行管材轧制，初次轧制温度要在设定温度范围内提高90℃，轧制变形量要控制在13％，轧制速度降低至0.20m/min，再次轧制变形量和速度依次降低；反之，按照无缝管加工工艺进行。

步骤5，对轧制的管坯进行热处理(1100℃保温60min)，后根据产品规格要求，需要进行再次轧制的，重复步骤4-5；

步骤6，对轧制并热处理的管材进行酸碱洗。

对加工后的管材进行成品率检测，成品率为65％，常规钼铼合金管材成品率为33％左右，同比提高32％，回收率为92％。

实施例6

选择1.5mm厚的钼铼合金弯折焊接管材成型

步骤1，制备管长度为1.8m、直径为7cm和厚度为2mm的钼铼合金管，选择厚度为3.5mm的钼铼合金板材，板材选用退火态；

步骤2，选用长1m宽18cm的钼铼合金板将两条长边沿管轴向35°对折，对对接面进行激光和电子束焊接，形成焊接型无缝管坯；

步骤3，对焊接型无缝管坯或者无缝管进行整形，对焊缝进行简单地打磨，并对焊接型无缝管坯在800℃下保温60min进行退火，消除焊接缝内存在应力集中；

步骤4，对经热处理后焊接型无缝管坯在1000℃下进行管材轧制，初次轧制温度要在设定温度范围内提高90℃，轧制变形量要控制在35％，轧制速度降低至0.10m/min，再次轧制变形量和速度依次降低；反之，按照无缝管加工工艺进行。

步骤5，对轧制的管坯进行热处理(1100℃保温60min)，后根据产品规格要求，需要进行再次轧制的，重复步骤4-5；

步骤6，对轧制并热处理的管材进行酸碱洗。

对加工后的管材进行成品率检测，成品率为68％，常规钼铼合金管材成品率为33％左右，同比提高35％，回收率为95％。

从以上实施例可以看出本发明在不对管材本身性能产生负面影响的情况下，可以明显提高难熔稀贵金属管材的成品率，抗拉强度不低于587.15MPa、延伸率不低于25.37％；成品率提高百分比达到了30％以上，对提高难熔稀贵金属原料利用率具有重大作用，因此，本发明应用前景广阔。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种难熔和稀贵金属管材的制备方法，其特征在于，包括：

选择经过退火处理的毫米级厚度的稀贵金属板材；选择稀贵金属板材厚度H与成品管管材内径D和成品管管厚h应满足：50H≤D≤15H，且h≤0.8H；

按照不同稀贵金属坯料和板材的尺寸选择不同的弯折方法，对对接面进行激光和/或电子束焊接，形成焊接型无缝管坯；

选择弯折方法包括：

对于长度不大于6m的板材，将矩形板材相对边对接，对接线与水平线呈30-60°；

对于管材长度≥6m的板材，选择螺旋弯折方法，将矩形板材相对边沿轴向螺旋线旋转对接，通过多螺旋增加坯料长度，螺旋圈数C与板材宽度L满足：1.5C≤L；

对焊接型无缝管坯整形、焊缝打磨，并进行热处理；

对经热处理后的焊接型无缝管坯进行管材轧制；初次轧制温度要提高50-100℃，且轧制变形量控制在10%-35%，轧制速度为0.10-0.35m/min；

对热处理后的轧制管材进行酸碱洗。

2.根据权利要求1所述的一种难熔和稀贵金属管材的制备方法，其特征在于，对焊接管坯进行热处理温度为750℃-1000℃，热处理时间为20-60min。

3.根据权利要求2所述的一种难熔和稀贵金属管材的制备方法，其特征在于，对于焊接管坯为稀贵金属钼管，热处理温度为750℃-850℃，热处理时间为20-40min。

4.根据权利要求2所述的一种难熔和稀贵金属管材的制备方法，其特征在于，对于焊接管坯为稀贵金属钼镧合金管，热处理温度为750℃-900℃，热处理时间为20-60min。

5.根据权利要求2所述的一种难熔和稀贵金属管材的制备方法，其特征在于，对于焊接管坯为稀贵金属钼铼合金管，热处理温度为800℃-1000℃，热处理时间为20-60min。

6.根据权利要求1所述的一种难熔和稀贵金属管材的制备方法，其特征在于，对经热处理后的焊接型无缝管坯进行管材轧制，热处理包括，对需要进行再次轧制的焊接型无缝管坯，重复轧制-热处理-轧制过程。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述方法制备得到的难熔和稀贵金属管材。

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