一種tc4鈦合金無縫管及其生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種TC4鈦合金無縫管及其生產(chǎn)方法。所述方法包括：在環(huán)形加熱爐中加熱TC4鈦合金的圓坯料至920～980℃；對圓坯料進行在線熱定心；進行斜軋穿孔，其中，控制總直徑壓下率為9～16%，控制頂前壓下率為2.5～11%，控制橢圓度系數(shù)為1.13～1.20，控制穿孔速度為0.2～0.5m/s；精密斜軋，形成荒管，總直徑壓下率為12～18%，橢圓度系數(shù)為1.08～1.15，軋管速度為0.3～0.4m/s；將荒管溫度控制為860～940℃，定徑，空冷，得到TC4鈦合金無縫管。本發(fā)明能夠得到具有優(yōu)良力學(xué)性能的TC4鈦合金無縫管；生產(chǎn)效率高，可實現(xiàn)批量生產(chǎn)，成材率可達90%以上。
【專利說明】一種TC4鈦合金無縫管及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鈦合金無縫管生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來講，涉及一種TC4鈦合金無縫管及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一般來講，TC4合金性能成熟穩(wěn)定，是目前應(yīng)用最廣泛的鈦合金，約占鈦合金用量的60%以上。TC4鈦合金無縫管的生產(chǎn)方法主要有擠壓成型、棒材鉆鏜孔和斜軋穿孔后冷軋冷拔等。擠壓成型生產(chǎn)方法成材率低，尺寸精度差，生產(chǎn)成本高；棒材鉆鏜孔的生產(chǎn)方法尺寸精度較好，但加工成本高，成材率低，尤其是大口徑薄壁管；斜軋穿孔后冷軋冷拔的生產(chǎn)方法雖然成材率較高，但該合金常溫下強度高、塑性差，冷軋冷拔變形抗力大，需要多道次反復(fù)退火,生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足中的至少一項。
[0004]例如，本發(fā)明的目的之一在于提供一種能夠適合于生產(chǎn)TC4鈦合金無縫管的生產(chǎn)方法。
[0005]本發(fā)明的一方面提供了一種TC4鈦合金無縫管的生產(chǎn)方法。所述方法包括依次進行的以下步驟:在環(huán) 形加熱爐中加熱TC4鈦合金的圓坯料至920~980°C，其中，控制環(huán)形加熱爐處于弱氧化性性氣氛，爐內(nèi)殘氧量的體積濃度控制為2~5% ;對圓坯料進行在線熱定心；進行斜軋穿孔，并控制總直徑壓下率為9~16%，控制頂前壓下率為2.5~11%，控制橢圓度系數(shù)為1.13~1.20，控制穿孔速度為0.2~0.5m/s ;進行精密斜軋，形成荒管，其中，控制總直徑壓下率為12~18%，控制橢圓度系數(shù)為1.08~1.15，控制軋管速度為0.3~0.4m/s，控制精密斜軋的入口溫度為850~920°C ;將精密斜軋所得荒管的溫度控制為860~940°C，定徑形成成品光管，定徑時控制單機架減徑率為1.7~2.6%，控制定徑速度為0.4~0.8m/s ;空冷，精整得到TC4鈦合金無縫管。
[0006]本發(fā)明的另一方面提供了一種TC4鈦合金無縫管。所述TC4鈦合金無縫管采用如上所述的生產(chǎn)方法制得，其屈服強度達到770~960MPa，抗張強度≥880MPa，延伸率≥12%，符合API標準中PllO鋼級的要求。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括:能夠得到具有優(yōu)良力學(xué)性能(例如，屈服強度達到770~960MPa，抗張強度≥880MPa，延伸率≥12%)的TC4鈦合金無縫管；工藝流程合理，生產(chǎn)效率高，可實現(xiàn)批量生產(chǎn)；成材率高,可達90%以上。
【具體實施方式】
[0008]在下文中，將結(jié)合示例性實施例來詳細說明本發(fā)明的TC4鈦合金無縫管及其生產(chǎn)方法。
[0009]根據(jù)本發(fā)明一方面的TC4鈦合金無縫管的生產(chǎn)方法包括依次進行的以下步驟:在環(huán)形加熱爐中加熱TC4鈦合金的圓坯料至920~980°C，其中，可以以純凈的天然氣加熱環(huán)形加熱爐，并控制空燃比為11~13:1 ;對圓坯料進行在線熱定心；進行斜軋穿孔，其中，控制總直徑壓下率為9~16%，控制頂前壓下率為2.5~11%，控制橢圓度系數(shù)為1.13~1.20，控制穿孔速度為0.2~0.5m/s ;進行精密斜軋，形成荒管，其中，控制總直徑壓下率為12~18%，控制橢圓度系數(shù)控制為1.08~1.15，控制軋管速度為0.3~0.4m/s，控制精密斜軋的入口溫度為850~920°C，軋后荒管溫度控制為860~940°C (優(yōu)選為875~920°C );定徑形成成品光管，控制單機架減徑率為1.7~2.6%，控制定徑速度為0.4~0.8m/s，空冷，精整得到TC4鈦合金無縫管。
[0010]在本發(fā)明方法的一個示例性實施例中，在環(huán)形加熱爐中加熱TC4鈦合金的圓坯料的步驟可以包括使圓坯料依次通過環(huán)形加熱爐中的熱回收段、預(yù)熱段、加熱一段、加熱二段、加熱三段、均熱一段和均熱二段，其中，熱回收段和預(yù)熱段的溫度為600~800°C，加熱一段和加熱二段的溫度為800~900°C，加熱三段的溫度為900~980°C，均熱一段和均熱二段的溫度為920~980°C，以將TC4鈦合金的圓坯料至920~980°C，優(yōu)選地，加熱至950 ~970O。
[0011 ] 在本發(fā)明方法的一個示例性實施例中，在所述進行斜軋穿孔的步驟中，優(yōu)選地，控制總直徑壓下率為12~14%，控制頂前壓下率為5~8%，控制橢圓度系數(shù)為1.15~1.18，控制穿孔速度為0.3 ~0.45m/s。
[0012]本發(fā)明的方法根據(jù)TC4鈦合金的熱變形特性設(shè)置出相關(guān)工藝參數(shù)，通過采用環(huán)形爐加熱、斜軋穿孔、精密斜軋管、控溫(或再加熱)定徑的工藝流程能夠生產(chǎn)出具有優(yōu)良力學(xué)性能的不同規(guī)格TC4鈦合金無縫管。
[0013]根據(jù)本發(fā)明另一方面的TC4鈦合金無縫管采用如上所述的生產(chǎn)方法制得。所述TC4鈦合金無縫管的屈服強度達到770~960MPa，抗張強度≥880MPa，延伸率≥12%，符合API標準中PllO鋼級的要求。
[0014]在本發(fā)明的一個示例性實施例中，TC4鈦合金無縫管的生產(chǎn)方法可以采用如下方式來實現(xiàn):
[0015]準備TC4鈦合金棒材，其化學(xué)成分符合GB/T3620.2-2007，采用真空自耗電弧爐熔煉、鍛造并機加工得到圓坯作為坯料(即，圓坯料)。例如，圓坯料規(guī)格可以為Φ200、Φ220、Φ280和Φ310。圓坯料可自制，也可采購。
[0016]采用環(huán)形爐加熱圓坯料，以將圓坯料均勻加熱至920~980°C。具體來講，對于環(huán)形爐加熱而言，以純凈的天然氣加熱，空燃比控制在11~13:1，保持爐內(nèi)微氧化性氣氛，避免加熱過程吸氫；適應(yīng)TC4導(dǎo)熱率低的特性，入爐后先在熱回收段、預(yù)熱段600~800°C以下低溫加熱，再到加熱一段、加熱二段800~900°C中溫加熱，到加熱三段900~980°C高溫加熱，最后在均熱一段、均熱二段920~980°C透燒、均溫。加熱時間根據(jù)規(guī)格來確定。
[0017]對經(jīng)環(huán)形加熱爐加熱后的圓坯料進行在線熱定心。具體來講，圓管坯出環(huán)形加熱爐后上在線熱定心機，頭尾通過液壓鐓頂方式打定心孔，選擇定心錐，保證定心孔徑比穿孔頂頭鼻部直徑大5~15mm,定心孔深度為端面孔徑的80~90%。例如,熱定心工具為錐形體，錐形體剖面錐角為60°，錐尖部分截去制作成半圓球形，這樣打出的定心孔呈錐形，端面孔徑比穿孔頂頭鼻部直徑大5~15mm，錐度定心孔深度為端面孔徑的80~90%。圓管坯在實心前為圓柱體，定心后于兩端圓面中間形成錐形坑，定心孔端面直徑比穿孔頂頭鼻部直徑大5~15mm，是便于穿孔時頂頭對中以保證穿孔毛管壁厚均勻；尾定心孔除了有利于增加毛管壁厚均勻性外，還能減少穿孔形成不規(guī)則“耳子”，減少軋管工序毛管插芯棒時“耳子”被帶入造成軋制缺陷；定心孔成錐形是為了避免圓柱形定心孔在穿孔過程中產(chǎn)生內(nèi)折，適當?shù)纳疃仁亲屆鼙诤窬鶆蛐耘c減少“耳子”形成的效果達到最佳狀態(tài)。
[0018]對完成在線熱定心的圓坯料進行斜軋穿孔。具體來講，采用二輥斜軋穿孔機進行斜軋穿孔，為了適應(yīng)TC4彈性模量小的特性，根據(jù)穿孔毛管規(guī)格不同，選擇較大的總直徑壓下率和頂前壓下率，分別達到9~16%和2.5~11%，橢圓度系數(shù)1.13~1.20，穿孔速度為0.2~0.5米/秒，導(dǎo)盤速度取穿孔速度的1.5~2.5倍。穿孔過程中根據(jù)測量毛管溫升來配備適當?shù)睦鋮s水，以便將毛管外表面溫度控制在960~990°C，穿孔輥用水冷卻與潤滑，導(dǎo)盤用專用潤滑油潤滑，常規(guī)合金鋼頂頭用水潤滑?？傊睆綁合侣适桥髁现睆脚c穿孔變形中兩軋輥最小間距之差除以坯料直徑得到的百分率，由于TC4在相變點附近變形塑性好，但對鋼相比其彈性模量大 、變形抗力高，需要更大的總直徑壓下率，才能避免穿孔軋卡事故的發(fā)生；頂前壓下率是指坯料直徑與穿孔變形中頂頭處兩軋輥間距之差除以坯料直徑得到的百分率，由TC4熱變形塑性極高，難以形成穿孔曼內(nèi)斯曼效應(yīng)，因此需要較大的頂前壓下率，才能保證毛管中間壁厚均勻。橢圓度系數(shù)是穿孔變形最小孔腔中兩導(dǎo)盤距離與兩穿孔輥距離的比值，由于TC4熱變形的寬展較大，因此需要更大的橢圓度系數(shù)，才能保證穿孔過程平穩(wěn)，保證毛管內(nèi)外表面質(zhì)量。穿孔速度是指穿孔過程中毛管頭端的前進速度，導(dǎo)盤速度是指導(dǎo)盤工作面的線速度，導(dǎo)盤速度比穿孔速度快是為了增加穿孔變形時軋件的縱向流動，克服TC4寬展較大的特性，減少穿孔尾卡發(fā)生的可能性。
[0019]對斜軋穿孔得到的毛管進行精密斜軋，以得到荒管。具體來講，控制總直徑壓下率為12~18%，控制橢圓度系數(shù)控制為1.08~1.15，控制軋管速度為0.3~0.4m/s，控制精密斜軋的入口溫度為850~920°C，即可適應(yīng)TC4熱變形寬展較大的特性，使軋制過程穩(wěn)定，從而保證軋后荒管內(nèi)外表面質(zhì)量及尺寸穩(wěn)定。例如，芯棒用石墨乳噴涂兩次增加厚度以加強潤滑，導(dǎo)盤用潤滑油潤滑，軋輥水潤滑并冷卻，控制水量來控制軋管溫升，使軋后荒管溫度控制為860~940°C (優(yōu)選為875~900°C )。
[0020]將精密斜軋得到的荒管的溫度控制為860~940°C，然后定徑形成成品光管，控制單機架減徑率為1.7~2.6%，控制定徑速度為0.4~0.8m/s,空冷，精整得到TC4鈦合金無縫管。具體來講，軋制出的荒管快速運行到再加熱爐，根據(jù)荒管的溫度選擇走再加熱爐的加熱通道還是空過再加熱爐的旁通通道(旁通通道基本不加熱)，以將定徑前荒管的溫度控制為860~940°C ;定徑過程關(guān)小冷卻水，關(guān)閉高壓水除鱗裝置，保證定徑過程溫度均勻。
[0021]下面通過具體示例來詳細說明本發(fā)明的示例性實施例。下面的示例以生產(chǎn)規(guī)格為177.8X 12.65mm的TC4鈦合金無縫管為例，然而，本發(fā)明不限于此，也可通過本發(fā)明的方法生產(chǎn)其它規(guī)格(包括Φ200、Φ220、Φ280和Φ310等等)的TC4鈦合金無縫管。
[0022]本示例的生產(chǎn)過程如下:
[0023]購置的TC4鈦合金Φ200圓坯是生產(chǎn)廠家經(jīng)真空自耗電弧爐熔煉、鍛造和機加工得到，質(zhì)量符合斜軋穿孔要求。其化學(xué)成分按重量百分比計為:6.39%的八1、4.07%的￥、
0.11%的Fe以及余量的Ti，該化學(xué)成分符合GB/T3620.2-2007的規(guī)定。
[0024]進行環(huán)形爐加熱，其中，以純凈的天然氣加熱，空燃比按12:1設(shè)定，入爐后低溫加熱時，熱回收段、預(yù)熱段溫度760~790°C，加熱時間120分鐘；中溫加熱時，加熱一段、加熱二段850~880°C，加熱時間90分鐘；高溫加熱時，加熱三段溫度為950~980°C ;均溫時，均熱一段、均熱二段940~980°C，加熱時間90分鐘。
[0025]出爐后上在線熱定心機進行在線熱定心，選擇Φ50定心錐，穿孔頂頭鼻部直徑為36mm,定心孔端面直徑為50mm,定心孔徑比穿孔頂頭鼻部直徑大14mm,定心深度為40~45mm,頭尾打熱定心孔。
[0026]對熱定心后的圓還料進行斜軋穿孔。用Φ 160水冷頂頭,棍距170mm,導(dǎo)距203mm,頂伸量140mm，輾軋角14.2°，喂入角8.5°，采用0.2米/秒等速軋制，導(dǎo)盤速度按0.4米/秒設(shè)定。穿孔后毛管尺寸粗測為220X 18mm。該參數(shù)下的總直徑壓下率為15.42%，頂前壓下率為8.01%，橢圓度系數(shù)1.194，穿孔過程中配備適當?shù)睦鋮s水，保證毛管外表溫度在960~980°C。穿孔輥用水冷卻與潤滑，導(dǎo)盤用專用潤滑油潤滑，常規(guī)合金鋼頂頭用水潤滑，穿孔后均無 粘鈦合金現(xiàn)象。
[0027]對斜軋穿孔后的毛管進行精密斜軋。按軋制Φ200Χ 13mm的荒管規(guī)格調(diào)試出的軋管參數(shù)，即采用Φ 159mm芯棒，輥距181mm，導(dǎo)距196mm，輾軋角13.9°，喂入角5.5°，出口速度0.3米/秒，導(dǎo)盤速度按0.6米/秒設(shè)定。芯棒用石墨乳來回噴涂兩次，附著層厚度較厚；導(dǎo)盤用潤滑油潤滑，軋輥水潤滑并冷卻，控制水量來控制軋管后荒管溫度在950~980。。。
[0028]對荒管進行控溫和定徑處理。軋制出的荒管快速運行到再加熱爐，測得其溫度在870~885°C范圍內(nèi)，空過再加熱爐的旁通工藝，順利定徑。定徑入口溫度為890~910°C，單機架減徑率為2.23%，定徑速度為0.6m/s,定徑過程關(guān)小冷卻水，關(guān)閉高壓水除鱗裝置，終軋溫度為800~820°C，均勻性好。
[0029]檢查尺寸數(shù)據(jù)，檢查一批3支管材，每支檢測頭、中、尾三處，外徑與壁厚均測最大值與最小值，3組數(shù)據(jù)如下表所示。
[0030]表1示例所得三支管材的尺寸情況
【權(quán)利要求】
1.一種TC4鈦合金無縫管的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述方法包括依次進行的以下步驟: 在環(huán)形加熱爐中加熱TC4鈦合金的圓坯料至920~980°C，其中，控制環(huán)形加熱爐處于弱氧化性性氣氛，爐內(nèi)殘氧量的體積濃度控制為2~5% ； 對圓還料進行在線熱定心； 進行斜軋穿孔，并控制總直徑壓下率為9~16%，控制頂前壓下率為2.5~11%，控制橢圓度系數(shù)為1.13~1.20，控制穿孔速度為0.2~0.5m/s ； 進行精密斜軋，形成荒管，其中，控制總直徑壓下率為12~18%,控制橢圓度系數(shù)為.1.08~1.15，控制軋管速度為0.3~0.4m/s，控制精密斜軋的入口溫度為850~920°C ； 將精密斜軋所得荒管的溫度控制為860~940°C，定徑形成成品光管，定徑時控制單機架減徑率為1.7~2.6%，控制定徑速度為0.4~0.8m/s ； 空冷，精整得到TC4鈦合金無縫管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TC4鈦合金無縫管的生產(chǎn)方法，其特征在于，在環(huán)形加熱爐中加熱TC4鈦合金的圓坯料至940~960°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TC4鈦合金無縫管的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述在環(huán)形加熱爐中加熱TC4鈦合金的圓坯料的步驟包括:以純凈的天然氣加熱環(huán)形加熱爐，并控制空燃比為11~13:1 ;使圓坯料依次通過環(huán)形加熱爐中的熱回收段、預(yù)熱段、加熱一段、加熱二段、加熱三段、均熱一段和均熱二段，其中，熱回收段和預(yù)熱段的溫度為600~800°C，加熱一段和加熱二段的溫度為800~900°C，加熱三段的溫度為900~980°C，均熱一段和均熱二段的溫度為920~980°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TC4鈦合金無縫管的生產(chǎn)方法，其特征在于，在所述進行斜軋穿孔的步驟中，控制總直徑壓下率為11~14%，控制頂前壓下率為3.5~9%，控制橢圓度系數(shù)為1.15~1.18，控制穿孔速度為0.3~0.45m/s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TC4鈦合金無縫管的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述精密斜軋的步驟中控制總直徑壓下率為14~16%，控制橢圓度系數(shù)為1.10~1.13，控制精密斜軋的入口溫度為880~900°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TC4鈦合金無縫管的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述定徑步驟將精密斜軋所得荒管的溫度控制為875~910°C。
7.一種TC4鈦合金無縫管，其特征在于，所述TC4鈦合金無縫管采用如權(quán)利要求1至6中任意一項所述的生產(chǎn)方法制得。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的TC4鈦合金無縫管，其特征在于，所述TC4鈦合金無縫管的屈服強度達到770~960MPa，抗張強度≥880MPa，延伸率≥12%。
【文檔編號】B21B37/74GK103934269SQ201410127002
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】鄒友富, 成海濤, 邊華川, 郭元蓉, 黃英, 劉昊, 李銀, 馮慶, 張凱之, 劉波, 曾理, 江健, 程震, 任濤, 來得志, 李棟 申請人:攀鋼集團成都鋼釩有限公司