CN105032976A - 钛合金无缝管的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冶金领域，提供一种钛合金无缝管的生产方法，以解决目前的钛合金无缝管的生产方法要么成材率低、要么工序复杂的问题，该方法包括：钛合金圆坯加热；穿孔；定径；中频推制；矫直。本发明提出的技术方案工序简单、成材率高。
Description
技术领域
本发明涉及冶金领域，特别涉及一种钛合金无缝管的生产方法。
背景技术
随着我国国民经济及科学技术的迅猛发展，钛合金材料制备技术及产品质量得到了大幅提高，带动了钛合金应用领域的迅速扩展，近几年来对高强钛合金管材的需求越来越多。现有钛合金无缝管一般采用热轧或冷轧生产。
专利103128102A公开了一种钛合金油井管的生产方法，该生产方法包括：真空炉两次熔炼，多次锻造扒皮成圆坯，经环形炉加热到970～1030℃，热穿孔得到毛管，毛管经高压水除鳞后进入五机架三辊连轧机，连轧延伸系数为2.5～3，减径率为15％～25％，制得荒管；再将荒管进入定径机组，定径延伸系数为2～2.2，减径率为45％～52％，得到外径88.9mm的热轧无缝管。再将热轧无缝管进行热处理，加热到950～980℃保温1～1.5小时得到成品。该方法采用热连轧的方式进行钛合金无缝管的制造，其钛管成材率低，且因内外表面渗气层的存在导致内外表面质量差、缺陷多，尤其是内表面缺陷，难以去除，且轧制后还需热处理工艺才能得到成品。
专利103722043A公开了一种钛合金无缝管的生产方法及检测方法，其生产方法包括以下步骤：原材料的准备；加热；锻造；冷轧；冷拔；矫直；真空退火；成型。该方法能够生产出合格产品，但其工序复杂，成本高，需要真空退火才能达到产品要求的性能。
可见，现有的热轧钛管成材率低，且因内外表面渗气层的存在导致内外表面质量差、缺陷多，尤其是内表面缺陷，难以去除。冷轧钛管工序复杂，成本高，产量低，且需真空退火才能达到要求的性能。
因此，亟需一种工艺简单的高强度钛合金无缝管的生产方法。
发明内容
【要解决的技术问题】
本发明的目的是提供一种钛合金无缝管的生产方法，以至少解决上述技术问题之一。
【技术方案】
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明涉及一种生产钛合金无缝管的方法，包括以下步骤：
步骤A：将钛合金圆坯加热至950～960℃，对加热后的钛合金圆坯进行穿孔，形成荒管；
步骤B：对所述荒管进行定径，其中减径率为20～25％，定径后利用余热带温矫直，矫直后酸洗；
步骤C：在860℃～890℃进行中频推制并使变形量大于15％；
步骤D：对中频推制得到的管体进行矫直，矫直后酸洗，得到钛合金无缝管。
作为一种优选的实施方式，所述步骤D中矫直的温度为530～600℃。
作为另一种优选的实施方式，所述步骤B中定径的温度为860～880℃。
作为另一种优选的实施方式，所述钛合金圆坯由以下重量百分比的组份组成：铝：5.7～6.6％、钒：3.7～4.3％、铁≤0.1％、碳≤0.06％、氧≤0.1％、氮≤0.005％、氢≤0.005％、剩余成分为钛。
作为另一种优选的实施方式，所述步骤B和步骤D中酸洗所采用的酸洗液由以下重量百分比的组份组成：氢氟酸4～4.8％、硝酸8～15％、其余为水。
作为另一种优选的实施方式，所述步骤A具体采用斜轧穿孔。
下面对本发明方法进行详细说明。
本发明步骤A对钛合金圆坯进行加热并穿孔，其中钛合金圆坯的化学成分可以由以下重量百分比的组份组成：铝：5.7～6.6％、钒：3.7～4.3％、铁≤0.1％、碳≤0.06％、氧≤0.1％、氮≤0.005％、氢≤0.005％、剩余成分为钛。圆坯在斜底式炉或环形炉中加热，加热温度为950～960℃，如果加热温度过低，由于钛合金变形抗力随着温度的降低而提高，从而容易导致穿孔机负荷过高或轧卡的情况，因而需要较高的加热温度以确保穿孔过程的稳定性；反之，如果加热温度过高，钛合金圆坯的塑性会降低，再加上穿孔时钛管内孔的温升，容易产生钛管内表面缺陷。因此，综合各种影响因素，选择的圆管坯加热温度为950～960℃。另外，本发明步骤A的穿孔具体为斜轧穿孔。
穿孔后通过步骤B对荒管进行定径，减径率为20～25％，即将荒管的外径控制为成品外径的75～80％。具体地，可以在860～880℃温度范围内对荒管进行定径。步骤B在定径后利用余热带温矫直，矫直后可以空冷到室温。矫直后酸洗，以洗去钛管内外表面的氧化皮和渗气层，其中酸洗液成分为：氢氟酸4～4.8％，硝酸8～15％，其余为水。
步骤C在860℃～890℃进行中频推制，扩大钛管外径以达到成品外径，减薄钛管壁厚以达到成品壁厚。使用中频推制得到成品壁厚与热斜轧或热连轧相比，内外表面缺陷少；使用高温中频推制与冷拔相比不需要打头、成材率高，且因变形温度高，推制前不需要退火，推制负荷低。而且，控制在860℃～890℃温度范围内推制并使变形量大于15％可使钛合金管得到网篮组织，从而保证性能最佳。
中频推制后通过步骤D进行带温矫直。具体地，可以利用余热立即在530～600℃温度范围进行带温矫直因钛合金弹性模量低，由于冷矫很难矫直，因此可以利用中频推制后的余温带温矫直。矫直后酸洗，洗去钛合金管内外表面的氧化皮和渗气层。其中酸洗液成分为：氢氟酸4～4.8％，硝酸8～15％，其余为水。酸洗后得到钛合金无缝管成品。
【有益效果】
本发明提出的技术方案具有以下有益效果：
(1)通过本发明方法得到的钛合金无缝管，具有较好的力学性能，其屈服强度大于862、小于1034MPa，抗张强度大于931MPa，强度性能达到API5CT标准Q125钢级要求。
(2)本发明方法在860℃～890℃高温下中频推制来得到满足性能和尺寸要求的钛合金管，省去热处理工序，达到提高钛合金管强度、简化工序的目的。
(3)采用本发明方法生产的钛合金管具有强度高，渗气层薄，外径、壁厚尺寸精度高，内外表面缺陷少，成材率高等优点。
(4)本发明为钛合金管的生产提供了一种新的选择，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的实施例一生产的钛合金管基体金相组织图(500×)。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，现对本发明的具体实施方式进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，也不是对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例一
生产规格为114.3×7.37(外径×壁厚，单位均为mm)的TC4钛合金管，具体步骤包括：
a1、加工钛合金圆坯：锻制机加工φ95mm钛合金圆坯；
b1、钛合金圆坯加热：将φ95mm钛合金圆坯在斜底式炉中加热，其中加热温度为955℃、加热时间120分钟，通过该步骤将钛合金圆坯加热至950～960℃；
c1、穿孔：对加热后的圆坯进行斜轧穿孔，形成规格为98×8.5的荒管；
d1、定径：在860～880℃对荒管进行定径，定径为规格为89×8.5的光管，定径后利用余热带温矫直，矫直后酸洗，其中酸洗液成分为：氢氟酸4.5％、硝酸14％、其余为水。
e1、推制：在870℃～880℃进行中频推制并使推制后的管体规格114.3×7.37；
f1、矫直：对中频推制得到的管体在580～600℃进行矫直，矫直后酸洗，，其中酸洗液成分：氢氟酸4.5％、硝酸14％、其余为水，酸洗后得到成品。
本实施例中，穿孔后荒管温度为1040℃，定径前温度为860℃～880℃，定径后温度为860℃～880℃；另外，本实施例在870℃～880℃进行中频推制，然后在580℃～600℃进行矫直。
实施例一的TC4钛合金管的外径尺寸见表1。
表1实施例一的TC4钛合金管的外径尺寸(mm)
由表1可以看出，实施例一生产获得的TC4钛合金管的外径公差在0～+1％的范围内。实施例一生产的TC4钛合金管的壁厚尺寸见表2。
表2实施例一的TC4钛合金管的壁厚尺寸(mm)
由表2可以看出，实施例一生产获得的TC4钛合金管的壁厚公差在0～+10％的范围内。实施例一生产获得的钛合金管基体金相组织为网篮组织，详见图1。
采用实施例一的方法生产TC4钛合金管5批，共20根，成品率为100％，成材率为93％。
实施例二
生产规格为114×6.35(外径×壁厚，单位均为mm)的TC4钛合金管，具体步骤包括：
a2、加工钛合金圆坯：锻制机加工φ95mm钛合金圆坯；
b2、钛合金圆坯加热：将φ95mm钛合金圆坯在斜底式炉中加热，其中加热温度为950℃、加热时间100分钟，通过该步骤将钛合金圆坯加热至950～960℃；
c2、穿孔：对加热后的圆坯进行斜轧穿孔，形成规格为98×7.5的荒管；
d2、定径：在860～880℃对荒管进行定径，定径为规格为89×7.6的光管，定径后利用余热带温矫直，矫直后酸洗，其中酸洗液成分为：氢氟酸4.5％、硝酸14％、其余为水。
e2、推制：在870℃～880℃进行中频推制并使推制后的管体规格为114.3×6.35；
f2、矫直：对中频推制得到的管体在570～590℃进行矫直，矫直后酸洗，，其中酸洗液成分：氢氟酸4.5％、硝酸14％、其余为水，酸洗后得到成品。
本实施例中，穿孔后荒管温度为1030℃，定径前温度为860℃～880℃，定径后温度为860℃～880℃；另外，本实施例在870℃～880℃进行中频推制后，然后在570℃～590℃矫直。
实施例二生产获得的钛合金管基体金相组织为网篮组织。
采用实施例二的方法生产TC4钛合金管5批，共30根，成品率为98％，成材率为92％。
实施例三
生产规格为114×6.88(外径×壁厚，单位均为mm)的TC4钛合金管，具体方法包括：
a3、加工钛合金圆坯：锻制机加工φ95mm钛合金圆坯；
b3、钛合金圆坯加热：将φ95mm钛合金圆坯在斜底式炉中加热，其中加热温度为960℃、加热时间110分钟，通过该步骤将钛合金圆坯加热至950～960℃；
c3、穿孔：对加热后的圆坯进行斜轧穿孔，形成规格为98×8.0的荒管；
d3、定径：在860～880℃对荒管进行定径，定径为规格为89×8.1的光管，定径后利用余热带温矫直，矫直后酸洗，其中酸洗液成分为：氢氟酸4.5％、硝酸14％、其余为水。
e3、推制：在870℃～880℃进行中频推制并使推制后的管体规格为114.3×6.88；
f3、矫直：对中频推制得到的管体在570～590℃进行矫直，矫直后酸洗，，其中酸洗液成分：氢氟酸4.5％、硝酸14％、其余为水，酸洗后得到成品。
本实施例中，穿孔后荒管温度为1040℃，定径前温度为860℃～880℃，定径后温度为860℃～880℃；另外，本实施例在870℃～880℃进行中频推制后，然后在570℃～590℃进行矫直。
采用本实施例方法获得的钛合金管基体金相组织为网篮组织。
采用实施例三的方法生产TC4钛合金管1批，共10根，成品率为100％，成材率为93.5％。
实施例一～三生产的钛合金管成品性能见表3。
表3各个实施例生产的TC4无缝管的力学性能
从表3中可以看出，通过本发明实施例得到的钛合金无缝管，具有较好的力学性能，其屈服强度大于862MPa，抗张强度大于931MPa，延伸率大于12％，0℃、5X10纵向冲击大于24。
从以上实施例可以看出：通过本发明实施例得到的钛合金无缝管，具有较好的力学性能，其屈服强度大于862MPa、小于1034MPa，抗张强度大于931MPa，强度性能达到API5CT标准Q125钢级要求；本发明实施例在860℃～890℃高温下中频推制来得到满足性能和尺寸要求的钛合金管，省去热处理工序，达到提高钛合金管强度、简化工序的目的；采用本发明实施例生产的钛合金管具有强度高，渗气层薄，外径、壁厚尺寸精度高，内外表面缺陷少，成材率高等优点。
Claims (6)
1.一种钛合金无缝管的生产方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤A：将钛合金圆坯加热至950～960℃，对加热后的钛合金圆坯进行穿孔，形成荒管；
步骤B：对所述荒管进行定径，其中减径率为20～25％，定径后利用余热带温矫直，矫直后酸洗；
步骤C：在860℃～890℃进行中频推制并使变形量大于15％；
步骤D：对中频推制得到的管体进行矫直，矫直后酸洗，得到钛合金无缝管。
2.根据权利要求1所述的钛合金无缝管的生产方法，其特征在于所述步骤D中矫直的温度为530～600℃。
3.根据权利要求1所述的钛合金无缝管的生产方法，其特征在于所述步骤B中定径的温度为860～880℃。
4.根据权利要求1至3中任一所述的钛合金无缝管的生产方法，其特征在于所述钛合金圆坯由以下重量百分比的组份组成：铝：5.7～6.6％、钒：3.7～4.3％、铁≤0.1％、碳≤0.06％、氧≤0.1％、氮≤0.005％、氢≤0.005％、剩余成分为钛。
5.根据权利要求1至3中任一所述的钛合金无缝管的生产方法，其特征在于所述步骤B和步骤D中酸洗所采用的酸洗液由以下重量百分比的组份组成：氢氟酸4～4.8％、硝酸8～15％、其余为水。
6.根据权利要求1至3中任一所述的钛合金无缝管的生产方法，其特征在于所述步骤A具体采用斜轧穿孔。
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