一種鈦合金油管的熱處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鈦合金油管的熱處理方法，該熱處理方法包括淬火爐再結(jié)晶退火、空冷通過淬火裝置、回火爐保溫、矯直和冷卻。該方法利用現(xiàn)有小口徑鋼管步進(jìn)式連續(xù)淬回火爐及熱矯生產(chǎn)線對鈦合金油管進(jìn)行熱處理和矯直，一次性處理后其性能與直線度極難兼得的難題被解決；再以成熟的噴砂+酸洗工藝解決因此產(chǎn)生的氧化層及滲氧層，形成鈦合金油管高效率批量生產(chǎn)的熱處理工藝。
【專利說明】一種鈦合金油管的熱處理方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及一種鈦合金油管的熱處理方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]鈦合金油管一般外徑為Φ60.3~114.3_，壁厚為4.83~6.88mm,長度9.2~
9.5米，熱處理工藝為900~920°C加熱保溫后空冷，要求矯直后彎曲度不超過1.3mm/M,以保證絲扣加工與1067mm通徑棒全長內(nèi)通合格。油管規(guī)格相對單一，但需要的批量較大。
[0003]現(xiàn)在小口徑鈦合金管熱處理一般在真空退火爐和輥底式保護(hù)性氣氛爐進(jìn)行。由于是小口徑薄壁細(xì)長管材,真空退火爐成捆處理,處理后管材彎曲度大,成本高,后續(xù)熱矯直困難；輥底式保護(hù)性氣氛爐需要專門的惰性氣體如氬氣來作保護(hù)氣體，成本極高，同樣熱處理后彎曲度大，也會遇到后續(xù)熱矯直的難題。T95、PllO及以上級別的油管強(qiáng)度高、塑性相對較差，只能以600~650°C熱矯直；鈦合金管熱容量低，加熱后運(yùn)輸至矯直機(jī)的過程中溫降快，為保矯直溫度，無法再用真空退火爐和輥底式保護(hù)氣氛爐，只能用臨近矯直機(jī)的加熱爐進(jìn)行加熱，且必須提高加熱溫度來彌補(bǔ)過程溫降，必然產(chǎn)生新的氧化和燒損。由于以上原因，鈦合金油管的熱處理及矯直成為一大難題。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004][要解決的技術(shù)問題]
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種鈦合金油管的熱處理方法。
[0006][技術(shù)方案]
[0007]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0008]本發(fā)明提供了一種鈦合金油管的熱處理方法，該熱處理方法的步驟如下:
[0009]A、淬火爐再結(jié)晶退火
[0010]將鈦合金油管置于步進(jìn)式連續(xù)淬火爐中在加熱時間25~40min加熱至900~920°C并在該溫度下保溫進(jìn)行再結(jié)晶退火處理，保溫時間按管材壁厚每毫米保溫2.5~3分鐘；其中所述的步進(jìn)式連續(xù)淬火爐采用天然氣進(jìn)行加熱、空燃比為11~13:1 ;
[0011]B、空冷通過淬火裝置
[0012]經(jīng)淬火爐再結(jié)晶退火后的鈦合金油管在時間95~106s空冷通過冷卻水關(guān)閉的淬火裝置，溫度降至700~730°C后進(jìn)入步進(jìn)式連續(xù)回火爐；
[0013]C、回火爐保溫
[0014]進(jìn)入步進(jìn)式連續(xù)回火爐的鈦合金油管在溫度700~720°C保溫至少15min，其中所述的步進(jìn)式連續(xù)回火爐采用天然氣進(jìn)行加熱、空燃比為11~13:1 ;
[0015]D、矯直
[0016]將步進(jìn)式連續(xù)回火爐出爐后的鈦合金油管輸送至矯直機(jī)在矯直溫度600~650 °C、壓下量5~6%下進(jìn)行矯直；
[0017]E、冷卻
[0018]將矯直后的鈦合金油管快速傳送至反向鏈?zhǔn)嚼浯残D(zhuǎn)冷卻至室溫即得到所述的鈦合金油管。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，步驟A中所述的保溫時間按管材壁厚每毫米保溫
2.5 ~2.8min。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，步驟C中進(jìn)入步進(jìn)式連續(xù)回火爐的鈦合金油管在溫度700~720°C保溫，保溫時間為15~50min。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述的步進(jìn)式連續(xù)淬火爐爐內(nèi)為殘氧量的體積濃度2~6%的微氧化性氣氛。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，熱處理前的鈦合金油管為冷軋鈦合金油管。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述的步進(jìn)式連續(xù)淬火爐采用天然氣進(jìn)行加熱、空燃比為12:1。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述的步進(jìn)式連續(xù)回火爐采用天然氣進(jìn)行加熱、空燃比為12:1。
[0025]本發(fā)明還提供了所述的熱處理后的鈦合金油管，該鈦合金油管具有以下特性:屈服輕度810~835MPa ;抗張強(qiáng)度895~930MPa ；5X100°C V形沖擊功31.8~33.7J。
[0026]下面對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0027]本發(fā)明提供了一種鈦合金油管的熱處理方法，該熱處理方法的步驟如下:
[0028]A、淬火爐再結(jié)晶退火
[0029]將鈦合金油管置于步進(jìn)式連續(xù)淬火爐中在加熱時間25~40min加熱至900~920°C并在該溫度下保溫進(jìn)行再結(jié)晶退火處理，保溫時間按管材壁厚每毫米保溫2.5~3分鐘；其中所述的步進(jìn)式連續(xù)淬火爐采用天然氣進(jìn)行加熱、空燃比為11~13:1 ;
[0030]步進(jìn)式連續(xù)淬火爐和步進(jìn)式連續(xù)回火爐的設(shè)計是根據(jù)軋管廠生產(chǎn)線來設(shè)計建造的爐子，該類爐子的特點是管材在爐內(nèi)步進(jìn)橫移，縱向快速進(jìn)出爐。本發(fā)明采用由中冶東方工程技術(shù)有限公司為攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司設(shè)計的步進(jìn)式連續(xù)淬回火爐，該步進(jìn)式連續(xù)淬回火爐包括步進(jìn)式連續(xù)淬火爐、淬火裝置和步進(jìn)式連續(xù)回火爐，并且在步進(jìn)式連續(xù)回火爐后連線配有熱矯直機(jī)。步進(jìn)式爐的步進(jìn)周期就是管材在爐內(nèi)橫移一齒的時間；對同一爐子而言，步進(jìn)周期不同則管材的在爐時間不同，也即決定了該批管材在爐內(nèi)的加熱時間，含升溫與保溫時間；熱處理中一個重要的參數(shù)是保溫時間，熱處理工藝確定保溫時間后就要根據(jù)所用步進(jìn)式爐的特點，測算要處理管材的升溫時間和保溫時間，再除以該爐的齒數(shù)，綜合后即能測算出該管材在所用步進(jìn)爐處理的步進(jìn)周期。
[0031]由于鈦合金管導(dǎo)熱性較鋼管差，鈦合金管在淬火爐中的加熱時間較鋼管的長，在步進(jìn)式連續(xù)淬火爐的升溫速率一般小于0.6°C /S，因此本發(fā)明中鈦合金油管置于步進(jìn)式連續(xù)淬火爐在加熱時間25~40min加熱至900~920°C。本發(fā)明的鈦合金油管是冷軋管，需要在900~920°C進(jìn)行再結(jié)晶退火以完全消除冷軋的加工硬化，細(xì)化晶粒以得到較好的綜合性能。
[0032]步驟A中將鈦合金油管置于步進(jìn)式連續(xù)淬火爐中在加熱時間25~40min加熱至900~920°C并在該溫度下保溫進(jìn)行再結(jié)晶退火處理，保溫時間按管材壁厚每毫米保溫
2.5~3分鐘，當(dāng)保溫時間小于按管材壁厚每毫米保溫2.5min，則再結(jié)晶不充分，性能穩(wěn)定性較差；當(dāng)保溫時間大于按管材壁厚每毫米保溫3min，則會出現(xiàn)晶粒變大，延伸率與沖擊功指標(biāo)偏低，因此鈦合金油管在溫度900~920°C下保溫時間按管材壁厚每毫米保溫2.5~3min是合理的。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，步驟A中所述的保溫時間按管材壁厚每毫米保溫 2.5 ~2.8min。
[0033]步進(jìn)式連續(xù)淬火爐和步進(jìn)式連續(xù)回火爐均采用天然氣進(jìn)行加熱、空燃比為11~13:1，是由于天然氣的成分相對單一，燃燒后的煙氣成分為二氧化碳、氮氣和氧氣，可避免氫氣與鈦合金發(fā)生反應(yīng)而氫脆。同時空燃比為11~13:1可將煙氣中殘氧量的體積濃度控制在2~6 %的微氧化性氣氛，可避免熱處理過程中吸氫而氫脆。鈦合金氧化層和滲氧層容易去除，而吸氫后則會在后續(xù)矯直中影響管材質(zhì)量，且難以解決。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述的步進(jìn)式連續(xù)淬火爐采用天然氣進(jìn)行加熱、空燃比為12:1。
[0034]B、空冷通過淬火裝置
[0035]經(jīng)淬火爐再結(jié)晶退火后的鈦合金油管在時間95~106s空冷通過冷卻水關(guān)閉的淬火裝置，溫度降至700~730°C后進(jìn)入步進(jìn)式連續(xù)回火爐；
[0036]步進(jìn)式連續(xù)淬回火爐生產(chǎn)線上的淬火裝置當(dāng)成連接淬火爐與回火爐的結(jié)晶，所有冷卻水關(guān)閉，壓管器與升降翻板抬起，管材出淬火爐后在時間95~106s通過淬火裝置進(jìn)回火爐。空過淬火裝置是利用現(xiàn)有調(diào)質(zhì)熱處理線的既有裝置，為回火爐提供了具有較高溫度的管材，實現(xiàn)回火爐的中高溫?zé)嵫b料工藝，其只須用小火、低燃耗即可使管材均溫保溫達(dá)到矯直溫度，節(jié)能效果顯著。
[0037]鈦合金油管從步進(jìn)式連續(xù)淬火爐出爐后快速通過淬火裝置進(jìn)入步進(jìn)式連續(xù)回火爐中，淬火裝置中關(guān)閉冷卻水，鈦合金油管在空氣中通過，可以保證進(jìn)入回火爐時管材溫降較小。
[0038]C、回火爐保溫
[0039]進(jìn)入步進(jìn)式連續(xù)回火爐的鈦合金油管在溫度700~720°C保溫至少15min，其中所述的步進(jìn)式連續(xù)回火爐采用天然氣進(jìn)行加熱、空燃比為11~13:1 ;
[0040]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述的步進(jìn)式連續(xù)回火爐采用天然氣進(jìn)行加熱、空燃比為12:1。
[0041]鈦合金油管在回火爐中于溫度700~720°C下保溫一方面是滿足矯直溫度的工藝要求，因此保溫時間至少15min ;另一方面該溫度段的氧化燒損較輕微，為了減少氧化燒損，應(yīng)該盡量減少管材在回火爐中的時間。
[0042]本發(fā)明采用的回火爐為現(xiàn)有的小口徑鋼管步進(jìn)式連續(xù)回火爐，因此利用現(xiàn)有回火爐最大運(yùn)行速度，操作時以回火爐兩齒一料(甚至三齒一料)的布料方式來匹配淬火爐一齒一料，以減少管材經(jīng)過回火爐的時間。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，步驟C中進(jìn)入步進(jìn)式連續(xù)回火爐的鈦合金油管在溫度700~720°C保溫，保溫時間為15~50min。
[0043]D、矯直
[0044]將步進(jìn)式連續(xù)回火爐出爐后的鈦合金油管輸送至矯直機(jī)在矯直溫度600~650 °C、壓下量5~6%下進(jìn)行矯直；
[0045]由于鈦合金的彈性模量小，常溫下約為合金鋼的二分之一，600~650°C溫度下的彈性模量更是降到常規(guī)鋼種的三分之一。為了使鈦合金管材在矯直過程中發(fā)生彈塑性變形，尤其是塑性變形而矯直，需要更大的變形量。受軋鋼設(shè)備特性影響，限制了六輥矯直機(jī)反彎曲線的調(diào)整，因此本發(fā)明充分利用壓扁矯直法，以5~6%的壓下量進(jìn)行矯直。
[0046]E、冷卻
[0047]將矯直后的鈦合金油管快速傳送至反向鏈?zhǔn)嚼浯残D(zhuǎn)冷卻至室溫即得到所述的鈦合金油管。
[0048]本發(fā)明采用的反向鏈?zhǔn)嚼浯惨彩歉鶕?jù)熱處理線工藝需要由中冶賽迪工程技術(shù)有限公司為攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司設(shè)計建造的，由正向鏈與反向鏈組成，均可實現(xiàn)無級調(diào)速。鈦合金管熱矯直后上反向鏈冷床，可采用正向鏈一齒一料布置，反向鏈高速運(yùn)行，實現(xiàn)管材在冷床上均勻分布并快速旋轉(zhuǎn)而均勻冷卻，避免冷卻過程中因降溫不均而使管材彎曲度超標(biāo)。
[0049]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，熱處理前的鈦合金油管為冷軋鈦合金油管。
[0050]本發(fā)明還提供了所述的熱處理后的鈦合金油管，該鈦合金油管具有以下特性:屈服強(qiáng)度810~835MPa ;抗張強(qiáng)度895~930MPa ；5X100°C V形沖擊功31.8~33.7J。
[0051][有益效果]
[0052]本發(fā)明是利用現(xiàn)有小口徑鋼管步進(jìn)式連續(xù)淬回火爐及熱矯生產(chǎn)線對鈦合金油管進(jìn)行熱處理和矯直，解決了其性能與直線度兼得的難題；再以成熟的噴砂+酸洗工藝解決因此產(chǎn)生的氧化層及滲氧層，形成高效率批量生產(chǎn)的熱處理工藝。
[0053]本發(fā)明的優(yōu)點:(I)利用現(xiàn)有無縫鋼管生產(chǎn)用步進(jìn)式連續(xù)淬回火爐及六輥熱矯生產(chǎn)線，不新增制造設(shè)備。
[0054](2)將高溫再結(jié)晶退火與中溫矯直工藝統(tǒng)籌于步進(jìn)式連續(xù)熱處理線中，質(zhì)量控制穩(wěn)定；通過爐內(nèi)氣氛及溫度控制，鈦合金管的氧化燒損完全受控，矯直后噴砂、酸洗去除氧化層及滲氧層也是成熟的配套處理工藝。
[0055](3)與傳統(tǒng)鈦合金管熱處理工藝相比，成本低，生產(chǎn)效率高，可實現(xiàn)批量生產(chǎn)，產(chǎn)生較大的規(guī)模效益，適合油管規(guī)格單一、需求批量較大的特點。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0056]圖1為實施例1熱處理后的鈦合金油管的金相組織結(jié)構(gòu)圖。
【【具體實施方式】】
[0057]通過下述實施例將能夠更好地理解本發(fā)明。
[0058]實施例1:
[0059]88.9X6.45mm冷軋TC4鈦合金油管的熱處理方法的步驟如下:
[0060]A、淬火爐再結(jié)晶退火
[0061]將規(guī)格88.9X6.45mm的冷軋TC4鈦合金油管置于159熱處理線步進(jìn)式連續(xù)淬火爐的上料臺架，一齒一料方式布料，按步進(jìn)周期50秒一支一支進(jìn)入淬火爐，該淬火爐有65齒，前44齒為加熱段，后21齒為保溫段，即鈦合金油管在時間36.67min升溫至900~920°C并在該溫度下保溫17.5min進(jìn)行再結(jié)晶退火處理；其中所述的步進(jìn)式連續(xù)淬火爐采用天然氣進(jìn)行加熱、空燃比為12:1，爐內(nèi)殘氧量的體積濃度為2.4~3.9 %。
[0062]B、空冷通過淬火裝置
[0063]將生產(chǎn)線上的淬火裝置所有冷卻水關(guān)閉，壓管器與升降翻板抬起，管材出淬火爐后在時間95~106s快速空冷通過淬火裝置進(jìn)回火爐，入回火爐時測得管溫為710~725。。。
[0064]C、回火爐保溫
[0065]進(jìn)入步進(jìn)式連續(xù)回火爐的鈦合金油管在溫度700~720°C保溫，管材在回火爐內(nèi)按兩齒一料布料，步進(jìn)周期25秒，進(jìn)出料節(jié)奏與淬火爐一樣為50秒/支；回火爐100齒，即管材在回火爐保溫時間為41.6min，其中所述的步進(jìn)式連續(xù)回火爐采用天然氣進(jìn)行加熱、空燃比為12:1，實測爐內(nèi)殘氧量的體積濃度為3.3~5.1%。
[0066]D、矯直
[0067]將步進(jìn)式連續(xù)回火爐出爐后的鈦合金油管輸送至矯直機(jī)，進(jìn)入矯直機(jī)的溫度為610~620°C，然后在該溫度下進(jìn)行矯直；按通常生產(chǎn)88.9X6.45mm PllO的反彎曲線，實測管材外徑為89.5mm，對輥中心輥距調(diào)整為85mm，壓下量5.03% ;同時調(diào)整矯直輥傾角使管材包絡(luò)面達(dá)到60~75%。
[0068]E、冷卻
[0069]將矯直后的鈦合金油管快速傳送至反向鏈?zhǔn)嚼浯残D(zhuǎn)冷卻至室溫即得到所述的鈦合金油管。
[0070]鈦合金油管冷卻后外觀檢測結(jié)果:外表面光潔，無明顯矯痕；外徑D = 89.4~89.6mm,橢圓度1.0022 ;直線度0.8~1.1 mm/m, 9.6米管材的全長彎曲度為1.5~3mm,完全滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0071]鈦合金油管的性能數(shù)據(jù)見表1。
[0072]表1:實施例1熱處理后的鈦合金油管的性能數(shù)據(jù)
[0073]
【權(quán)利要求】
1.一種鈦合金油管的熱處理方法，其特征在于該熱處理方法的步驟如下: A、淬火爐再結(jié)晶退火 將鈦合金油管置于步進(jìn)式連續(xù)淬火爐中在加熱時間25~40min加熱至900~920°C并在該溫度下保溫進(jìn)行再結(jié)晶退火處理，保溫時間按管材壁厚每毫米保溫2.5~3min ;其中所述的步進(jìn)式連續(xù)淬火爐采用天然氣進(jìn)行加熱、空燃比為11~13:1 ; B、空冷通過淬火裝置 經(jīng)淬火爐再結(jié)晶退火后的鈦合金油管在時間95~106s空冷通過冷卻水關(guān)閉的淬火裝置，溫度降至700~730°C后進(jìn)入步進(jìn)式連續(xù)回火爐； C、回火爐保溫 進(jìn)入步進(jìn)式連續(xù)回火爐的鈦合金油管在溫度700~720°C保溫至少15min，其中所述的步進(jìn)式連續(xù)回火爐采用天然氣進(jìn)行加熱、空燃比為11~13:1 ; D、矯直 將步進(jìn)式連續(xù)回火爐出爐后的鈦合金油管輸送至矯直機(jī)在矯直溫度600~650°C、壓下量5~6%下進(jìn)行矯直； E、冷卻 將矯直后的鈦合金油 管快速傳送至反向鏈?zhǔn)嚼浯残D(zhuǎn)冷卻至室溫即得到所述的鈦合金油管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于步驟A中所述的保溫時間按管材壁厚每毫米保溫2.5~2.8min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于步驟C中進(jìn)入步進(jìn)式連續(xù)回火爐的鈦合金油管在溫度700~720°C保溫，保溫時間為15~50min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于所述的步進(jìn)式連續(xù)淬火爐爐內(nèi)為殘氧量的體積濃度2~6%的微氧化性氣氛；所述的步進(jìn)式連續(xù)回火爐爐內(nèi)為殘氧量的體積濃度2~6%的微氧化性氣氛。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于熱處理前的鈦合金油管為冷軋鈦合金油管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于所述的步進(jìn)式連續(xù)淬火爐采用天然氣進(jìn)行加熱、空燃比為12:1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于所述的步進(jìn)式連續(xù)回火爐采用天然氣進(jìn)行加熱、空燃比為12:1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1~7任一項權(quán)利要求所述的熱處理后的鈦合金油管，其特征在于該鈦合金油管具有以下特性:屈服輕度810~835MPa ;抗張強(qiáng)度895~930MPa ;5X10 0°CV形沖擊功31.8~33.7J。
【文檔編號】F16L9/02GK104178717SQ201410464848
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】鄒友富, 邊華川, 郭元蓉, 江健, 劉波, 黃英, 張凱之, 王容成, 楊旭, 曾理, 馮慶, 彭海龍 申請人:攀鋼集團(tuán)成都鋼釩有限公司