專(zhuān)利名稱(chēng)：溫加工制造鈦及鈦合金管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬管材軋制技術(shù)。具體說(shuō)的是一種運(yùn)用溫加工和形變熱處理原理，由連鑄的或穿孔后的鈦及鈦合金空心管坯，經(jīng)表面機(jī)加工凈化處理和預(yù)加熱，繼爾在超過(guò)再結(jié)晶溫度條件下的高延伸系數(shù)和高變形速率的軋制中，發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶后，進(jìn)行在線快速冷卻，而加工制造鈦及鈦合金管的方法。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的的技術(shù)構(gòu)想，主要基于運(yùn)用溫加工和形變熱處理原理，在先對(duì)連鑄管坯或穿孔管坯作表面機(jī)加工除雜處理，然后賦予管坯一定的初始溫度，緊接著將管坯導(dǎo)入變形軋制設(shè)備，使管坯在預(yù)加熱溫度，和高變形速率軋制過(guò)程中產(chǎn)生的變形熱，兩者疊加而升溫至再結(jié)晶溫度之上的溫度條件下軋制成形。隨即在均溫條件下，快速冷卻而制成成品。而本發(fā)明所說(shuō)的溫加工，是與熱軋加工和冷軋加工的根本區(qū)別所在。具體地說(shuō)，本發(fā)明的在先對(duì)經(jīng)表面機(jī)加工除雜處理的管坯的預(yù)加熱，僅是加熱到環(huán)境溫度至再結(jié)晶溫度之間。由于預(yù)熱溫度低，可有效地防止管坯表面氧化皮的產(chǎn)生。這對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)量極為重要。本發(fā)明這種對(duì)管坯預(yù)加熱的技術(shù)措施，與已有技術(shù)相比，既能有效降低能耗，節(jié)減制造成本，而且又能夠使管坯的變形軋制溫度，上升至再結(jié)晶溫度之上，且具有足夠的過(guò)熱度，而提高了管坯變形的延伸系數(shù)，延長(zhǎng)了管坯變形區(qū)域范圍和鈦或鈦合金的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的過(guò)程，而使鈦或鈦合金具有足夠的條件，實(shí)現(xiàn)完全再結(jié)晶，從而達(dá)到提高軋制效率和制成品管材質(zhì)量之本發(fā)明的初衷。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其目的的具體技術(shù)方案是，它包括管坯預(yù)熱，管坯軋制和軋制件冷卻步驟，而它以鑄造空心管坯或穿孔后管坯為基料，且依次按照以下步驟進(jìn)行管坯表面機(jī)加工；管坯預(yù)熱到環(huán)境溫度至再結(jié)晶溫度之間，管坯在再結(jié)晶溫度以上高變形速率軋制；軋制件快速冷卻，且管坯預(yù)熱和管坯軋制步驟，是在惰性氣氛中進(jìn)行的。
本發(fā)明根據(jù)鈦及各種材質(zhì)鈦合金的不同的再結(jié)晶溫度，上述各步驟可以有多種具體的技術(shù)措施。但本發(fā)明經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)而優(yōu)選的各個(gè)步驟的具體技術(shù)措施是在管坯表面機(jī)加工步驟，采取的是車(chē)或銑或磨的機(jī)械加工方法，且其機(jī)加工切削深度，控制在能夠去掉管坯表面鑄造缺陷或穿孔造成的氧化皮等缺陷的范圍內(nèi)。通過(guò)管坯表面機(jī)加工，使管坯表面呈無(wú)氧化、無(wú)夾雜光亮態(tài)。而對(duì)鑄造鈦及鈦合金管坯而言，切削深度一般控制在0.3mm～0.5mm范圍內(nèi)即可。且由于銑加工工效高于車(chē)加工，故本發(fā)明推薦的是銑加工。經(jīng)銑加工切削后所形成的鈦或鈦合金廢料，可以隨即收集后回用。
在管坯預(yù)熱步驟，是在惰性氣氛條件下，將經(jīng)第一步驟表面機(jī)加工的管坯，預(yù)加熱至500℃～750℃。由于鈦及鈦合金常溫下可塑性低，尤其是在管坯變形熱傳導(dǎo)尚未形成之前，建立穩(wěn)定軋制狀態(tài)比較困難，而本發(fā)明在管坯預(yù)加熱步驟，特地對(duì)管坯頭部的局部長(zhǎng)度(約300mm)范圍內(nèi)，加熱至700℃～900℃。而其以后的預(yù)加熱溫度仍然是500℃～750℃。本發(fā)明采取的預(yù)加熱技術(shù)措施，是卡電電阻加熱，或者是電感應(yīng)線圈加熱。
在管坯軋制步驟，是在惰性氣氛條件下，將第二步驟預(yù)加熱的管坯頭部，加熱至700℃～900℃，緊接著導(dǎo)入變形軋制設(shè)備。等待管頭軋制成型之后，將預(yù)加熱溫度下降至500℃～750℃，事實(shí)上本發(fā)明是在一道次的連續(xù)生產(chǎn)流水線上，依次進(jìn)行本發(fā)明的4個(gè)步驟。因而正確地說(shuō)，是將預(yù)加熱管坯，緊接著導(dǎo)入變形軋制區(qū)。而管坯是在其預(yù)加熱溫度和其在高變形速率軋制過(guò)程產(chǎn)生的形變熱，兩者疊加在一起而升溫至850℃～1200℃的軋制溫度條件下軋制成形的。由于管坯是在鈦或鈦合金的再結(jié)晶溫度以上，且在一定的過(guò)熱度狀態(tài)下發(fā)生形變的，無(wú)疑管坯的可塑性大，而使延伸系數(shù)增加，變形區(qū)更長(zhǎng)，這一切都有利于鈦或鈦合金的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的過(guò)程更完全、更充分，以獲得更加均勻的細(xì)晶結(jié)構(gòu)。且在多輥行星軋機(jī)的多個(gè)軋輥的反復(fù)輾軋下，而有效保證了本發(fā)明制取高質(zhì)量管材的成功。
在軋制件冷卻步驟，是緊接著第三步驟將軋制成形的軋制件，在均溫條件下快速冷卻至環(huán)境溫度。所謂均溫，也可稱(chēng)之為恒溫。而均溫的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵是，在已經(jīng)完成變形軋制程序后，且運(yùn)行離開(kāi)變形軋制區(qū)的軋制件的外圍，采用電感應(yīng)線圈對(duì)軋制件再加熱，使其溫度在變形軋制溫度850℃～1200℃的基礎(chǔ)上，再升高50℃～100℃，且讓此溫度均衡地保持一定時(shí)間，以徹底消除軋制件不可避免存在的溫差。爾后，再讓均熱的管材軋制件導(dǎo)入水浴快速冷卻至環(huán)境溫度。而本發(fā)明水浴快速冷卻的目的，是令軋制件管材以10m/min～20m/min的軋出速度，通過(guò)長(zhǎng)約2～3m的乳化液浴槽而實(shí)現(xiàn)的?？焖倮鋮s實(shí)質(zhì)是一種形變熱處理，其目的主要在于進(jìn)一步細(xì)化鈦或鈦合金的晶粒，使其性能更加均勻化，同時(shí)使管材的抗拉強(qiáng)度和延伸率實(shí)現(xiàn)雙高。使本發(fā)明的制成品管材，在后續(xù)深加工過(guò)程中乃至后續(xù)產(chǎn)品的工作狀況下，長(zhǎng)期處于優(yōu)良的力學(xué)性能狀態(tài)。對(duì)于淬化硬化的某些鈦合金，則用控制噴淋冷卻強(qiáng)度的方式，使其緩冷到環(huán)境溫度。
正如在先描述的那樣，管坯變形軋制的溫度，是決定管坯延伸系數(shù)的主要因素，特別是所加工軋制的鈦合金管材，系多元合金，其組分含量的差異很大。鑒于上述考慮，本發(fā)明特別注重變形軋制設(shè)備的選用。其變形軋制設(shè)備至少應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足可調(diào)控管坯變形溫度，具有惰性氣氛裝置，對(duì)管坯能夠反復(fù)輾軋且輾軋面積較大等要求。本發(fā)明優(yōu)選的變形軋制設(shè)備，是2～6輥行星軋管機(jī)。
本發(fā)明對(duì)于管坯軋制溫度，在預(yù)加熱、軋制和冷卻三個(gè)步驟連續(xù)作業(yè)線上的在線調(diào)節(jié)和控制，是通過(guò)以下三種技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的第一種是應(yīng)用在相關(guān)工序上的調(diào)控技術(shù)措施。它是通過(guò)調(diào)整管坯送進(jìn)力、管坯預(yù)熱溫度、管坯延伸系數(shù)和變形軋制區(qū)冷卻液流量來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)控管坯軋制溫度的。
而第二種是應(yīng)用在軋制設(shè)備的相關(guān)速度的調(diào)控技術(shù)措施。它是通過(guò)調(diào)整所說(shuō)行星軋管機(jī)回轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速及軋出速度，所實(shí)現(xiàn)的變形速率的高低，而調(diào)控管坯軋制溫度的。本發(fā)明優(yōu)選的調(diào)整行星軋管機(jī)回轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速范圍，控制在280rpm至500rpm之內(nèi)，而調(diào)整軋出速度的范圍，控制在10m/min至20m/min之內(nèi)。
而第三種是應(yīng)用在軋制設(shè)備的相關(guān)結(jié)構(gòu)上的調(diào)控技術(shù)措施。它是通過(guò)調(diào)整所說(shuō)行星軋管機(jī)的軋輥送進(jìn)角度，而調(diào)控管坯軋制溫度的。本發(fā)明優(yōu)選的調(diào)整所說(shuō)軋輥送進(jìn)角度的范圍，控制在6°～9°之間。
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
之一，軋制的是牌號(hào)為T(mén)A2鑄造方法生產(chǎn)的鈦空心管坯。軋制是在改進(jìn)后的XR-SG90三輥行星軋管上進(jìn)行的。管坯初始尺寸為φ90×25mm。軋前管坯經(jīng)由3個(gè)頭的銑加工專(zhuān)用設(shè)備，進(jìn)行表面切削處理，切割深度為0.3mm，使管坯表面呈無(wú)缺陷光亮態(tài)。然后在線進(jìn)行預(yù)加熱，采用氬氣保護(hù)電感應(yīng)線圈加熱，使管坯頭部200mm預(yù)熱至900℃，其余部分預(yù)熱至500℃～600℃。再導(dǎo)入改進(jìn)后的XR-SG90三輥行星軋管機(jī)進(jìn)行軋制加工。管坯在預(yù)加熱溫度和變形熱溫度兩者疊加后，很快升溫至1100℃～1150℃。軋管機(jī)以軋出速度為15m/min進(jìn)行工作，并持續(xù)不斷地將其所軋制的管件向前送進(jìn)。在緊挨軋制區(qū)的所輸送出來(lái)的管件的外圍，安裝有電感應(yīng)加熱器，使軋制件繼續(xù)升溫至1180℃，并將此1180℃的溫升持續(xù)保持5～10秒鐘時(shí)間，隨即使軋制管件進(jìn)入長(zhǎng)1.5m的乳化液浴槽內(nèi)，軋制管件大約在6秒鐘的時(shí)間內(nèi)通過(guò)水浴，而快速冷卻至環(huán)境溫度。然后向上預(yù)彎成卷。軋制后的鈦管規(guī)格為φ47×2.5mm。延伸系數(shù)為14。鈦管表面無(wú)任何折疊紋和其它缺陷存在，軋后管體金相組織呈很細(xì)的等軸晶粒狀態(tài)(完全再結(jié)晶態(tài))，抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為420MPa～470Mpa和15％～25％。渦流探傷檢驗(yàn)結(jié)果反映，每千米僅為0～2個(gè)缺陷的。軋制后管材品質(zhì)優(yōu)良。軋制是成功的。由空心管坯到三輥行星軋管機(jī)軋出的鈦管的成材率為90％左右。
本發(fā)明的具體實(shí)施方式
之二。溫加工牌號(hào)為T(mén)A2用穿孔法生產(chǎn)的鈦空心管坯，軋制是在改進(jìn)后的XR-SG90三輥行星軋管機(jī)上進(jìn)行的。管坯初始尺寸為φ90×20mm。軋前經(jīng)銑加工進(jìn)行表面切削處理，其切削深度為0.4mm，使管坯表面呈無(wú)氧化光亮狀態(tài)，然后采用氬氣保護(hù)電感應(yīng)線圈加熱，使管坯頭部約200mm處，升溫至800℃，其它部分升溫至500℃，然后進(jìn)入改進(jìn)后的XR-SG90三輥行星軋管機(jī)，管頭部建立穩(wěn)定軋制狀態(tài)后，管坯進(jìn)入正常軋制程序。其后的軋制程序如同具體實(shí)施方式
之一。而其軋制溫度為1120℃，軋出速度為12m/min，管件冷卻前的均溫溫度為1170℃。軋制后的管材規(guī)格為φ47×2.5mm，其延伸系數(shù)為12.26，管材表面無(wú)任何折疊紋和其它缺陷。其抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為420MPa～470MPa和15％～25％，用這種方法生產(chǎn)的鈦管，在后續(xù)的拉伸中，幾乎無(wú)因管體本身的缺陷，而產(chǎn)生斷管現(xiàn)象。由穿孔方法生產(chǎn)的空心管坯到三輥行星軋管機(jī)軋出的鈦管的成材率為92％左右。
綜上所述，本發(fā)明所具有的在線連續(xù)作業(yè)工序少，自動(dòng)化程度高，可生產(chǎn)超長(zhǎng)管材進(jìn)行盤(pán)拉而使成材率提高很多，管材制造成本低，制成品管材質(zhì)量好等特點(diǎn)，是顯而易見(jiàn)的。與已有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有明顯的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步。
權(quán)利要求
1.一種溫加工制造鈦及鈦合金管的方法，它包括管坯預(yù)熱、管坯軋制和軋制件冷卻步驟，其特征在于，它依次按照以下步驟進(jìn)行管坯表面機(jī)加工；管坯預(yù)熱到環(huán)境溫度至再結(jié)晶溫度之間；管坯在再結(jié)晶溫度以上以高變形速率進(jìn)行軋制；軋制件快速冷卻，且管坯預(yù)熱和管坯軋制步驟，是在惰性氣氛中進(jìn)行的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫加工制造鈦及鈦合金管的方法，其特征在于，它的各個(gè)步驟的技術(shù)措施是a、在管坯表面機(jī)加工步驟，采取的是車(chē)或銑或磨的機(jī)械加工方法，且其機(jī)加工切削深度，控制在能夠去掉管坯表面缺陷的范圍內(nèi)；b、在管坯預(yù)熱步驟，是在惰性氣氛條件下，將經(jīng)第一步驟機(jī)加工的管坯預(yù)加熱到500℃～750℃；c、在管坯軋制步驟，是在惰性氣氛條件下，將第二步驟預(yù)加熱的管坯，導(dǎo)入變形軋制設(shè)備，而管坯是在其預(yù)加熱溫度和變形軋制過(guò)程產(chǎn)生的變形熱，兩者疊加而升溫至850℃～1200℃的軋制溫度條件下，以高變形速率進(jìn)行軋制成形的；d、在軋制件冷卻步驟，是緊接著第三步驟將軋制成形的軋制件，在均溫條件下，以100℃/秒～160℃/秒降溫速率快速冷卻至環(huán)境溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫加工制造鈦及鈦合金管的方法，其特征在于，所說(shuō)的管坯是用鑄造方法或用穿孔方法制造的空心管坯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的溫加工制造鈦及鈦合金管的方法，其特征在于，所說(shuō)的高變形速率，是通過(guò)行星軋管機(jī)回轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速在280～500rpm范圍，及軋出速度在10～20m/mim范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)而調(diào)控的，且通過(guò)高變形速率的調(diào)控，而調(diào)控管坯軋制溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫加工制造鈦及鈦合金管的方法，其特征在于，所說(shuō)的管坯的預(yù)加熱，它在管坯頭部的局部長(zhǎng)度范圍內(nèi)，預(yù)加熱溫度為700℃～900℃，而其余部分的預(yù)加熱溫度則為500～750℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫加工制造鈦及鈦合金管的方法，其特征在于，所說(shuō)的均溫條件下快速冷卻的均溫溫度，為軋制溫度以上50℃～100℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫加工制造鈦及鈦合金管的方法，其特征在于，所說(shuō)的變形軋制設(shè)備，是可調(diào)控管坯變形溫度，且具有惰性氣氛裝置的2～6輥行星軋管機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫加工制造鈦及鈦合金管的方法，其特征在于，所說(shuō)的管坯軋制溫度，是通過(guò)調(diào)節(jié)送進(jìn)力、預(yù)熱溫度、變形軋制區(qū)冷卻液流量和延伸系數(shù)來(lái)調(diào)控的。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫加工制造鈦及鈦合金管的方法，其特征在于，所說(shuō)的管坯軋制溫度，是通過(guò)行星軋管機(jī)的軋輥送進(jìn)角度在6°～9°范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)而調(diào)控的。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種溫加工制造鈦及鈦合金管的方法，屬于金屬管材軋制技術(shù)。它依次包括，管坯表面機(jī)加工處理；管坯預(yù)熱到環(huán)境溫度至再結(jié)晶溫度之間；管坯在再結(jié)晶溫度以上高變形速率軋制；軋制件快速冷卻等4個(gè)步驟。本發(fā)明克服了已有技術(shù)的工序多、成材率低、制造成本高、管材質(zhì)量不穩(wěn)定等不足。本發(fā)明的延伸系數(shù)在10～16之間，軋出速度在5m/min～20m/min之間，由空心管坯到管材的成材率可達(dá)80％以上。本發(fā)明是目前一種區(qū)別于熱軋加工和冷軋加工，而采用溫加工制造鈦及鈦合金管的先進(jìn)方法。
文檔編號(hào)C22F1/14GK1390678SQ0213802
公開(kāi)日2003年1月15日 申請(qǐng)日期2002年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月24日
發(fā)明者肖克建, 田福生, 祁威 申請(qǐng)人:江蘇興榮高新科技股份有限公司