鈦合金無縫管及其制造方法技術

本發明專利技術屬于鈦合金及加工方法技術領域，公開了一種鈦合金無縫管及其制造方法。其主要技術特征為：包括管體，所述管體包括有下列重量份的成分：Ti：90份；V：3.5～4.5份；Al：5.5～6.5份；Ru：0.08～0.12份；Fe≤0.28份；O≤0.13份；C≤0.07份；N≤0.03份；H≤0.015份。在坯料上反復均勻涂覆防氧化涂層，經過加熱、斜軋穿孔變形、加熱并控制溫度在850～780℃進行軋管變形，并控制溫度在850～780℃情況下進行多道次定減徑變形最后矯直并噴丸處理，得到成品的鈦合金管產品。該方法具有工序簡單、制造過程更環保、制造鈦合金管尺寸范圍較寬、制造產品的顯微組織和力學性能好、鈦合金管表面缺陷少等優點。制成的鈦合金無縫管具有低成本和易鍛造的加工性能、高耐腐蝕性能等特性，廣泛應用于復雜腐蝕環境中。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于無縫管材及其制造方法
，尤其涉及一種。
技術介紹
鈦合金是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構材料，鈦合金是以Ti為基體加入其他元素組成的合金，鈦及鈦合金因具有低密度、高比強、耐高溫、耐腐蝕、無磁性、生物相容性好等優異的綜合性能，在航空、航天、艦船、兵器、石油、化工、醫療等領域得到廣泛的應用，受到世界各國的高度重視。鈦及鈦合金具有許多優良特性，主要體現在如下幾個方面: O比強度高，鈦合金具有很高的強度，其抗拉強度為686~1176Mpa，而密度僅為鋼的3/5，銅的一半，比強度很高。2)硬度較高，鈦合金(退火態)的硬度為HRC32~38。3)彈性模量低，鈦合金(退火態)的彈性模量為107.8-117.6Gpa，約為鋼和不銹鋼的一半，易于撓曲。在某些情況下，可以利用鈦合金的比值大的特點制作彈性元件。4)高溫和低溫性能優良。在高溫下鈦合金仍能保持良好的力學性能，其耐熱性遠高于鋁合金，且工作溫度范圍較寬，目前新型耐熱鈦合金的工作溫度可達550~600°C。在低溫下，鈦合金的強度反而比在常溫時有所增加，且具有良好的韌性，低溫鈦合金在_253°C還能保持良好的韌性。5)鈦的抗腐燭性強。鈦在550°C以下的空氣中，表面會迅速形成薄而致密的氧化鈦膜，故在大氣、海水、硝酸和硫酸等氧化性介質及強堿中，其耐燭性優于大多數不銹鋼。特別是在海水和海洋大氣環境中抗蝕性極高此外純鈦在堿溶液中和大多數有機酸和化合物中的抗蝕性也很高；而且鈦合金的腐燭性能的突出特點是不發生局部腐燭和晶間腐燭，一般為均勻腐燭。6)鈦具有強烈的鈍化傾向。鈦與氧有很強的親合力，在空氣中或含氧的介質中，鈦表面會生成一層致密的、附著力強、惰性大的氧化膜，保護鈦基體不被腐蝕。即使由于機械磨損氧化膜受到損傷，亦會很快自愈。由于鈦合金在600°C以下的熱導率不到不銹鋼的一半，因此，在變形過程中易升溫、難傳熱；鈦合金密度小、比熱容與鋼相當，在900°C以下鈦合金管的溫降快。受相變溫度和變形抗力隨變形溫度劇烈變化的規律影響，部分鈦合金的熱加工溫度窗口窄(如α + β型鈦合金)。由于鈦合金這些特點，使得鈦合金管熱加工困難，尤其是中厚壁(徑壁比12?20)和薄壁管(徑壁比大于20?25)。鈦及鈦合金管的制造方法多種多樣，主要包括:熱擠壓、熱軋、冷變形和焊接或多種方法的組合等方式，主要方法包括以下幾個方面: (I)擠壓法:是采用擠壓機將實心圓坯料或空心圓坯料經過內外模具擠壓成管的方法(如專利公開文獻CN103316941A)，該方法的優點是能制造塑性低的鈦合金、鎳基合金等金屬管材，缺點是由擠壓比(多限制擠壓比〈15)的限制，制造管材的徑壁比較大的厚壁管或管坯。另外，為獲得好的鈦管表面質量，需要對鈦合金管坯做銅包覆處理，但在高溫時銅與鈦會發生反應，生成Cu3Ti金屬間化合物，發生界面復合，因此銅層去除困難。(2)擠壓-冷軋/冷拔:就是采用熱擠壓方法獲得的管坯，在表面處理后進行冷軋或冷拔，然后退火消除加工硬化和調整組織、力學性能。受鈦合金加工特性的限制，為了保證管材的壁厚和性能，薄壁管往往需要多次冷軋、退火處理(如專利公開文獻CN102626724B)。該方法的優點是:生成鈦或鈦合金管的表面質量高，尺寸精度高，性能均勻性好；缺點是:表面處理往往采用強酸(如專利公開文獻CN 104308461A中采用冊2酸和HNO3),酸洗易造成污染環境，制造周期長，生產單位能耗高，成材率較低，生產成本高。(3)溫軋法:是將鈦或鈦合金坯料在保護氣氛下加熱到其再結晶溫度以下，進行充分預熱(500°C?700°C)，通過高速、大變形軋制產生的變形熱將坯料升溫到再結晶溫度(如850°C?1250°C)，變形后進行快速冷卻(100°C /s?160°C /s)的形變熱處理工藝方法(如ZL 1172758C)。該方法的優點是工序少、成本低。(4)穿孔-冷軋法:就是通過穿孔方法獲得的管坯(毛管)，其后進行冷軋或冷拔、退火，獲得成品尺寸、組織、力學性能的方法。其工藝與擠壓-冷軋/冷拔方法類似。受鈦合金加工特性的限制，為了保證管材的壁厚和性能，薄壁管往往需要多次冷軋、退火處理。與擠壓法的區別是，由于穿孔方法可以獲得更長的毛管坯料，因此，經過冷加工后可以制作更長的鈦管，提高材料率。專利公開文獻CN101190444A，CN 104308461A，CN104138927A給出了類似的方法。(5)焊接法:就是采用鈦及鈦合金坯料經過加熱軋制成帶材，帶材經過剪切、冷彎成形和氣體保護快速熔焊方式，進行堆焊快速成形的制備方法(如專利公開文獻CN103231218A)。當然，還可以在此基礎上進一步對焊接鈦、鈦合金管進行冷軋、熱處理，獲得無縫化處理的管材(如專利公開文獻CN 102581062 A)。該方法具有操作方法簡單，成形效率高，設備簡便，生產成本低40%，使用范圍廣等優點，在生產小口徑、薄壁和超長管上有優勢。但焊縫的存在影響了其周向性能一致性，限制了鈦合金焊接管的使用范圍；另外，焊接管的圓度上比無縫管低，受焊接方法限制，焊機法多用于制造薄壁管材。
技術實現思路
本專利技術要解決的第一個技術問題就是提供一種高斷裂韌性、高抗疲勞斷裂性能和高延伸性能、高耐腐蝕性能、使用壽命長的鈦合金無縫管。為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案為:包括管體，所述管體包括有下列重量份的成分:T1:90 份；V:3.5 ?4.5 份；A1:5.5 ?6.5 份；Ru:0.08 ?0.12份;Fe 彡 0.28份；0 ( 0.13 份；C ( 0.07 份；N ( 0.03 份；H ( 0.015 份。其附加技術特征為:所述 Ti:90 份；V:3.9 ?4.1 份；A1:5.9 ?6.1 份；Ru:0.09 ?0.10 份；Fe ^ 0.16 份；O ^ 0.10 份；C 彡 0.04 份；N 彡 0.02 份；H 彡 0.01 份； 所述管體還包括有下列重量份的材料:0.03?0.08份；Po:0.05?0.07份；Pt:0.02 ?0.04 份；Ir: 0.03 ?0.08 份。本專利技術解決的第二個技術問題就是提供一種上述鈦合金無縫管的制造方法。為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案為:該方法包括下列步驟: 第一步，在坯料上反復均勻涂覆防氧化涂層，至涂層厚度在0.10-1.0mm，等涂層干燥； 第二步，將坯料在坯料加熱爐預熱段充分預熱至590-600°C，在加熱段加熱至890?1030 °C，并保持該溫度； 第三步，將加熱的坯料進行斜軋穿孔變形，得到高溫的空心毛管； 第四步，對高溫的空心毛管軋管變形，得到所需尺寸的荒管，在空心毛管進入變形區前將的空心毛管加熱，并對加熱溫度進行控制，使軋管前的毛管溫度到達850?750°C，乳管出口的溫度控制在850?780 °C ； 第五步，荒管經過再加熱升溫和均溫后，溫度控制在850?780°C，進行多道次定減徑變形，在定減徑變形道次間對管材進行加熱，定減徑出口溫度850?780°C，最終得到軋成的鈦合金管； 第六步，定減徑后的鈦合金管材冷卻至700°C?350°C進行熱矯直； 第七步:冷卻后管材噴丸處理，得到成品的鈦合金管產品。其附加技術特征為: 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
鈦合金無縫管，包括管體，其特征在于：所述管體包括有下列重量份的成分：Ti：90份；V：3.5～4.5份；Al：5.5～6.5份；Ru：0.08～0.12份；Fe≤0.28份；O≤0.13份；C≤0.07份；N≤0.03份；H≤0.015份。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙計龍，余偉，盧昊，
申請(專利權)人：河北恒祥鈦合金制品有限公司，
類型：發明
國別省市：河北;13