CN118437767A - 一种高精度超大口径薄壁Ti35钛合金管材的制备方法 - Google Patents
一种高精度超大口径薄壁Ti35钛合金管材的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高精度超大口径薄壁Ti35钛合金管材的制备方法，该方法包括：一、将Ti35钛合金棒材加工基准通孔得到坯料；二、将坯料进行1~3次斜轧穿孔得到管坯；三、将管坯进行1~3次热轧和再结晶退火；四、机加工和去应力退火得到Ti35钛合金管材。本发明将斜轧穿孔、热轧和机加工、退火工艺结合，使得棒材实现高温大塑性变形，在快速制备Ti35钛合金管材的同时，保证了Ti35钛合金管材加工精度和表面质量，并有效细化显微组织，提升Ti35钛合金管材性能，获得高精度超大口径薄壁Ti35钛合金管材，在保证产品质量的前提下大幅提高制备效率和材料利用率，适用于核化工领域。
Description
技术领域
本发明属于有色金属加工技术领域，具体涉及一种高精度超大口径薄壁Ti35钛合金管材的制备方法。
背景技术
Ti35钛合金是一种面向沸腾浓硝酸腐蚀环境下的新型钛合金，具有优良的抗腐蚀性能、缝隙腐蚀性能和很强的氧化膜再生能力，显示出比高纯奥氏体不锈钢更好的耐蚀性和适应性，在核化工领域有着广泛的应用前景。由于工况条件的特殊性，一些尺寸要求较高的设备对大口径Ti35钛合金无缝管材有着迫切的需求。
目前大口径钛合金无缝管材主流制备方法为：机加法，斜轧穿孔+轧制法。机加法可以制备出尺寸精度高的大口径管材，但受限于棒坯的尺寸，实际生产中管材的外径和长度均受到较大限制，且原材料利用率极低。对于Ti35合金这种原材料生产成本较大的材料，机加法不是一种非常理想的工艺。斜轧穿孔+轧制法可以制备出规格范围更大的管材，但其存在尺寸公差较大，且对轧制模具依赖度较高，对于小批量多规格的大口径管材来说制造成本较高。因此，如何高效生产出尺寸精度要求高的超大口径薄壁Ti35钛合金无缝管材是一个急需解决的问题。
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，提供一种高精度超大口径薄壁Ti35钛合金管材的制备方法。该方法将斜轧穿孔、热轧和机加工、退火工艺结合，使得棒材实现高温大塑性变形，在快速制备Ti35钛合金管材的同时，保证了Ti35钛合金管材加工精度和表面质量，并有效细化显微组织，提升Ti35钛合金管材性能，获得高精度超大口径薄壁Ti35钛合金管材，解决了现有方法制备效率和材料利用率低、成本高、尺寸精度及表面质量难以保证的难题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高精度超大口径薄壁Ti35钛合金管材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将Ti35钛合金棒材加工基准通孔，得到Ti35钛合金坯料；
步骤二、将步骤一中得到的Ti35钛合金坯料进行1~3次斜轧穿孔，得到Ti35钛合金管坯；
步骤三、将步骤二中得到的Ti35钛合金管坯进行1~3次热轧和再结晶退火；
步骤四、将步骤三中经再结晶退火后的Ti35钛合金管坯进行机加工和去应力退火，得到Ti35钛合金管材；所述Ti35钛合金管材的直径×壁厚为Φ（400mm~700mm）×（7mm~30mm）。
本发明首先通过对Ti35钛合金棒材加工基准通孔，保证了后续加工的基准精度，然后通过斜轧穿孔保证成形后管材内壁质量，再通过热轧进行大塑性变形，充分利用热轧温度区间内Ti35钛合金较好的变形能力，结合动态再结晶退火有效细化微观组织，最后进行机加工和去应力退火，保证尺寸精度，快速制备得到规格外径×壁厚为Φ（400mm~700m）×（7mm~30mm）的高精度超大口径薄壁Ti35钛合金管材。
上述的一种高精度超大口径薄壁Ti35钛合金管材的制备方法，其特征在于，步骤一所述基准通孔为锥形基准通孔，且大孔端直径为100mm~120mm，小孔端直径较大孔端直径减少20mm，同轴度不超过0.5mm/全长。锥形基准通孔保证了棒材与穿孔顶头良好接触，防止失稳，有利于保证管材精度。
上述的一种高精度超大口径薄壁Ti35钛合金管材的制备方法，其特征在于，步骤二中在Ti35钛合金坯料的内壁及端面包覆厚度2mm的铜皮，并在相变点以下20℃~80℃保温4h~6h，然后根据Ti35钛合金坯料以及目标产物Ti35钛合金管材的规格尺寸进行1~3次斜轧穿孔，且斜轧穿孔前对顶头和导板预热至300℃~400℃，多道次的斜轧穿孔过程中需回炉保温1h，第一道次的斜轧穿孔时以Ti35钛合金坯料的基准通孔大端为起始穿孔方向，单道次减壁率为20%~70%。
上述的一种高精度超大口径薄壁Ti35钛合金管材的制备方法，其特征在于，步骤三中将Ti35钛合金管坯在相变点以下40℃~100℃保温2h~3h，然后进行1~3次热轧，每道次轧制的截面积变形量为30%~70%，且热轧前对轧辊和芯杆预热至300℃~400℃，每道次热轧后对热轧Ti35钛合金管坯内外表面进行缺陷打磨，1~3次热轧完成后在相变点以下200℃~300℃保温1h~3h进行再结晶退火，空冷。
上述的一种高精度超大口径薄壁Ti35钛合金管材的制备方法，其特征在于，步骤四中将经再结晶退火后的Ti35钛合金管坯的内外表面进行粗加工，且外径和壁厚各留1mm~3mm余量，然后在450℃~550℃保温4h进行立式去应力退火，再机加工至目标产物尺寸，且机加工次上车床前需对管坯进行三点式矫直。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明基于Ti35钛合金的加工特点，将斜轧穿孔、热轧和机加工、退火工艺结合，使得棒材实现高温大塑性变形，在快速制备Ti35钛合金管材的同时，保证了Ti35钛合金管材加工精度和表面质量，并有效细化显微组织，提升Ti35钛合金管材性能，获得高精度超大口径薄壁Ti35钛合金管材，适用于核化工领域。
2、相较于传统的机加法，本发明通过对原料即Ti35钛合金棒材进行热轧高温大塑性变形，解除了原料尺寸对管材外径和长度的限制，在保证Ti35钛合金管材的前提下，大幅提高了管材的生产效率和材料利用率，降低了材料成本；同时，通过在后续机加工过程中进行立式退火以充分释放应力，有效避免Ti35钛合金管材在后续加工过程中再发生应力释放，保证了尺寸精度。
3、相较于传统的斜轧穿孔方法，本发明通过对Ti35钛合金棒材进行机加工锥形基准通孔，并在坯料内表面及端面包覆铜皮进行多次斜轧穿孔，保证了获得的Ti35钛合金管坯的尺寸精度和内壁表面质量，同时明显提高了斜轧穿孔的成功率。
4、相较于传统的热轧+冷轧的方法，本发明通过多道次热轧，既充分利用动态再结晶有效细化了显微组织，保证了Ti35钛合金管材性能，又避免对冷轧模具的制造要求，有效节约了制造成本。
5、本发明的斜轧穿孔和热轧过程中，通过对相应设备中与物料接触部位的结构进行预热，更加精准地控制了热变形温度，进一步保证了产品Ti35钛合金管材的质量。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的Ti35钛合金管材的金相组织图。
图2为本发明实施例2制备的Ti35钛合金管材的金相组织图。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将规格直径×长度为Φ790mm×1000mm的Ti35钛合金棒材加工锥形基准通孔，且大孔端直径为120mm，小孔端直径为100mm，同轴度不超过0.5mm/全长，得到Ti35钛合金坯料；所述Ti35钛合金棒材的相变点为885℃~890℃；
步骤二、在步骤一中得到的Ti35钛合金坯料的内壁及端面包覆厚度2mm的铜皮，并在860℃保温4h，然后进行第1道次斜轧穿孔，将规格外径×大孔端直径/小孔端直径×长度为Φ790mm×Φ120mm/Φ100mm×Lmm的坯料加工至规格外径×内径×长度为Φ785mm×Φ280mm×Lmm，且第1道次斜轧穿孔时以Ti35钛合金坯料的基准锥形通孔直径Φ120mm的大孔端为起始穿孔方向，随后回炉保温1h，接着进行第2道次斜轧穿孔，将坯料加工至规格外径×内径×长度为Φ766mm×Φ480mm×Lmm，随后回炉保温1h，接着进行第3道次斜轧穿孔，将坯料加工至规格外径×内径×长度为Φ722mm×Φ640mm×Lmm，且各道次斜轧穿孔前均对设备的轧辊、顶头和导板预热至400℃，得到Ti35钛合金管坯；
步骤三、将步骤二中得到的Ti35钛合金管坯在840℃保温2h，对设备的轧辊和芯杆预热至350℃，然后进行1道次热轧，将管坯加工至规格外径×内径×长度为Φ690mm×Φ29.5mm×Lmm，且每道次热轧后对热轧Ti35钛合金管坯内外表面进行缺陷打磨，热轧完成后在680℃保温1h进行再结晶退火，空冷；
步骤四、将步骤三中经再结晶退火后的Ti35钛合金管坯进行三点弯曲矫直，然后在车床上对内外表面进行粗加工至规格外径×内径×长度为Φ680mm×Φ18mm×Lmm，再在450℃保温4h进行立式去应力退火，继续进行三点弯曲矫直，随后机加工至规格外径×内径×长度为Φ676mm×Φ10mm×5000mm，得到Ti35钛合金管材；所述Ti35钛合金管材的外径公差为±1.5mm，壁厚公差为±0.5mm，直线度不超过1mm/m，粗糙度Ra≤1.6μm。
对本实施例制备的Ti35钛合金管材的化学成分和室温力学性能进行检测，结果分别如下表1和表2所示。
从表1和表2可知，本实施例制备的Ti35钛合金管材的尺寸精度高，化学成分和室温力学性能均符合要求，说明本发明的方法有效制备了性能优异的Ti35合金无缝管材。
图1为本实施例制备的Ti35钛合金管材的金相组织图，从图1可以看出，该Ti35钛合金管材的微观组织均匀，无明显缺陷。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将规格直径×长度为Φ790mm×1000mm的Ti35钛合金棒材加工锥形基准通孔，且大孔端直径为100mm，小孔端直径为80mm，同轴度不超过0.5mm/全长，得到Ti35钛合金坯料；所述Ti35钛合金棒材的相变点为885℃~890℃；
步骤二、在步骤一中得到的Ti35钛合金坯料的内壁及端面包覆厚度2mm的铜皮，并在800℃保温6h，然后进行第1道次斜轧穿孔，将规格外径×大孔端直径/小孔端直径×长度为Φ790mm×Φ100mm/Φ80mm×Lmm的坯料加工至规格外径×内径×长度为Φ785mm×Φ280mm×Lmm，且第1道次斜轧穿孔时以Ti35钛合金坯料的基准锥形通孔直径Φ100mm的大孔端为起始穿孔方向，随后回炉保温1h，接着进行第2道次斜轧穿孔，将坯料加工至规格外径×内径×长度为Φ766mm×Φ480mm×Lmm，且各道次斜轧穿孔前均对设备的轧辊、顶头和导板预热至400℃，得到Ti35钛合金管坯；
步骤三、将步骤二中得到的Ti35钛合金管坯在800℃保温3h，然后进行第1道次热轧，将管坯加工至规格外径×内径×长度为Φ640mm×Φ88mm×Lmm，随后回炉保温30min，接着进行第2道次热轧，将管坯加工至规格外径×内径×长度为Φ560mm×Φ52mm×Lmm，随后回炉保温30min，接着进行第3道次热轧，将管坯加工至规格外径×内径×长度为Φ487mm×Φ18.5mm×Lmm，且每道次热轧前对设备的轧辊和芯杆预热至350℃，每道次热轧后对热轧Ti35钛合金管坯内外表面进行缺陷打磨，热轧完成后在600℃保温3h进行再结晶退火，空冷；
步骤四、将步骤三中经再结晶退火后的Ti35钛合金管坯进行三点弯曲矫直，然后在车床上对内外表面进行粗加工至规格外径×内径×长度为Φ480mm×Φ11mm×Lmm，再在550℃保温4h进行立式去应力退火，继续进行三点弯曲矫直，随后机加工至规格外径×内径×长度为Φ476mm×Φ8mm×6000mm，得到Ti35钛合金管材；所述Ti35钛合金管材的外径公差为±1.5mm，壁厚公差为±0.4mm，直线度不超过1mm/m，粗糙度Ra≤3.2μm。
对本实施例制备的Ti35钛合金管材的化学成分和室温力学性能进行检测，结果分别如下表3和表4所示。
从表3和表4可知，本实施例制备的Ti35钛合金管材的尺寸精度高，化学成分和室温力学性能均符合要求，说明本发明的方法有效制备了性能优异的Ti35合金无缝管材。
图2为本实施例制备的Ti35钛合金管材的金相组织图，从图2可以看出，该Ti35钛合金管材的微观组织为充分再结晶的等轴α相，无明显缺陷。
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 (5)
1.一种高精度超大口径薄壁Ti35钛合金管材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将Ti35钛合金棒材加工基准通孔，得到Ti35钛合金坯料；
步骤二、将步骤一中得到的Ti35钛合金坯料进行1~3次斜轧穿孔，得到Ti35钛合金管坯；
步骤三、将步骤二中得到的Ti35钛合金管坯进行1~3次热轧和再结晶退火；
步骤四、将步骤三中经再结晶退火后的Ti35钛合金管坯进行机加工和去应力退火，得到Ti35钛合金管材；所述Ti35钛合金管材的直径×壁厚为Φ（400mm~700mm）×（7mm~30mm）。
2.根据权利要求1所述的一种高精度超大口径薄壁Ti35钛合金管材的制备方法，其特征在于，步骤一所述基准通孔为锥形基准通孔，且大孔端直径为100mm~120mm，小孔端直径较大孔端直径减少20mm，同轴度不超过0.5mm/全长。
3.根据权利要求1所述的一种高精度超大口径薄壁Ti35钛合金管材的制备方法，其特征在于，步骤二中在Ti35钛合金坯料的内壁及端面包覆厚度2mm的铜皮，并在相变点以下20℃~80℃保温4h~6h，然后根据Ti35钛合金坯料以及目标产物Ti35钛合金管材的规格尺寸进行1~3次斜轧穿孔，且斜轧穿孔前对顶头和导板预热至300℃~400℃，多道次的斜轧穿孔过程中需回炉保温1h，第一道次的斜轧穿孔时以Ti35钛合金坯料的基准通孔大端为起始穿孔方向，单道次减壁率为20%~70%。
4.根据权利要求1所述的一种高精度超大口径薄壁Ti35钛合金管材的制备方法，其特征在于，步骤三中将Ti35钛合金管坯在相变点以下40℃~100℃保温2h~3h，然后进行1~3次热轧，每道次轧制的截面积变形量为30%~70%，且热轧前对轧辊和芯杆预热至300℃~400℃，每道次热轧后对热轧Ti35钛合金管坯内外表面进行缺陷打磨，1~3次热轧完成后在相变点以下200℃~300℃保温1h~3h进行再结晶退火，空冷。
5.根据权利要求1所述的一种高精度超大口径薄壁Ti35钛合金管材的制备方法，其特征在于，步骤四中将经再结晶退火后的Ti35钛合金管坯的内外表面进行粗加工，且外径和壁厚各留1mm~3mm余量，然后在450℃~550℃保温4h进行立式去应力退火，再机加工至目标产物尺寸，且机加工次上车床前需对管坯进行三点式矫直。
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