CN112756909A - 一种大口径Ti35钛合金管材的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径Ti35钛合金管材的制备方法，该Ti35钛合金管材由以下质量含量的成分组成：Ta 5.5％～6.5％，Fe≤0.15％，C≤0.08％，N≤0.03％，H≤0.010％，O 0.08％～0.12％，余量为钛和不可避免的杂质；该制备方法的具体过程为：将Ti35钛合金铸锭开坯锻造得到锻坯，经高温均匀化处理后进行多火次锻造得到棒坯，然后经表面机加工后探伤得到棒材，采用掏料机将棒材加工成管坯，再将管坯退火后机加工。本发明通过高温均匀化处理，提高了微区成分的均匀性，改善合金的工艺性能和腐蚀性能，实现了小批量多规格的大口径Ti35钛合金无缝管材的生产，广泛应用于核能、石化等设备制造中。

Description

一种大口径Ti35钛合金管材的制备方法

技术领域

本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种大口径Ti35钛合金管材的制备方法。

背景技术

Ti35钛合金具有密度小、比强度高、焊接性能优良等优点，其最大特点是优异的耐硝酸腐蚀性能，在沸腾8mol硝酸溶液中腐蚀速率为0.1mm/a，在硝酸环境中尤其是沸腾浓硝酸环境中具有广泛的应用前景。

Ti35钛合金中含有高比重、高熔点的Ta元素，在铸锭中不可避免的存在微观偏析，在一定程度上影响了Ti35钛合金的综合性能。现大口径Ti35钛合金管材的制备方法有三类，一类是用板材，通过卷板机或油压机压制成型，然后焊接成圆管，经过矫圆、矫直，制作成有缝焊管；另一类是通过棒材穿孔或挤压制成管坯，然后通过热轧、冷轧制成的无缝管材。由于焊管存在焊缝，有一定的安全隐患，而轧制的无缝管流程长，对于多规格小批量大口径管材，难以组织生产；还有一类采用棒材进行钻镗孔的方式，这种对于材料价值较高的Ti35钛合金来说，材料成本太大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种大口径Ti35钛合金管材的制备方法。该方法通过在Ti35钛合金铸锭开坯锻造后增加高温均匀化处理，提高了微区成分的均匀性，改善合金的工艺性能和腐蚀性能，同时通过开坯锻造充分破碎粗大的铸态晶粒，增强了高温均匀化处理的效果，实现对Ti35钛合金管材微观成分和组织均匀性的控制。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种大口径Ti35钛合金管材的制备方法，其特征在于，该Ti35钛合金管材由以下质量含量的成分组成：Ta 5.5％～6.5％，Fe≤0.15％，C≤0.08％，N≤0.03％，H≤0.010％，O 0.08％～0.12％，余量为钛和不可避免的杂质；该制备方法的具体过程为：首先将Ti35钛合金铸锭进行开坯锻造得到锻坯，锻坯经高温均匀化处理后进行多火次锻造得到棒坯，然后将棒坯的表面机加工后探伤得到棒材，采用掏料机将棒材加工成管坯，再将管坯退火后机加工得到Ti35钛合金管材；所述Ti35钛合金管材的直径大于240mm，壁厚大于5mm。

本发明依次对Ti35钛合金铸锭进行开坯锻造、高温均匀化处理、多火次锻造、机加工、掏料加工和退火、机加工得到Ti35钛合金管材，通过在Ti35钛合金铸锭开坯锻造后增加高温均匀化处理，一方面高温扩散有利于提高微区成分的均匀性，改善合金的工艺性能和腐蚀性能，另一方面通过开坯锻造充分破碎粗大的铸态晶粒，能够加快扩散速度和效果，实现对Ti35钛合金管材微观成分和组织均匀性的控制。本发明工艺流程短，可控性强，有效地实现了小批量多规格的大口径Ti35钛合金无缝管材的生产。

上述的一种大口径Ti35钛合金管材的制备方法，其特征在于，所述高温均匀化处理的温度为1000℃～1150℃，时间为5h～20h。该优选的高温均匀化处理的温度和时间有利于锻坯中的Ta从高浓度区向低浓度区扩散，提高微区成分的均匀性，改善合金的工艺性能和腐蚀性能。

上述的一种大口径Ti35钛合金管材的制备方法，其特征在于，所述采用掏料机将棒材加工成管坯的同时得到棒料。本发明采用掏料机加工制备管坯的同时，获得的棒料可用作其他用途，提高了Ti35钛合金材料的利用率，避免了浪费。

上述的一种大口径Ti35钛合金管材的制备方法，其特征在于，所述管坯放置于非真空炉中进行退火。该优选的退火工艺便于操作，且节约了退火成本，扩大了本发明的适用范围。

上述的一种大尺寸耐蚀Ti35合金管材的制备方法，其特征在于，所述管坯退火后通过内、外反复找正加工，得到Ti35钛合金管材。该优选的机加工方式有利于获得壁厚均匀、直线度高的高精度管材。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过在Ti35钛合金铸锭开坯锻造后增加高温均匀化处理，提高了微区成分的均匀性，改善合金的工艺性能和腐蚀性能，同时通过开坯锻造充分破碎粗大的铸态晶粒，增强了高温均匀化处理的效果，实现对Ti35钛合金管材微观成分和组织均匀性的控制，且本发明工艺流程短，可控性强，有效地实现了小批量多规格的大口径Ti35钛合金无缝管材的生产。

2、与焊管工艺相比，本发明的方法安全性更高，与轧制管材工艺相比，本发明的生产流程短，与传统的棒材钻镗孔相比，本发明掏料制备管坯的同时获得的棒料可进一步利用，提高了材料的利用率。

3、本发明通过管坯退火后通过内、外反复找正加工，得到高直线度、高圆度的高精度大口径无缝管材，且壁厚均匀一致性好，质量较高。

4、本发明在管坯退火后的机加工可去除氧化皮，从而使得退火工艺可在非真空炉中进行，工艺简便且成本降低。

5、本发明获得的大口径Ti35钛合金管材组织均匀，机械性能良好，可广泛应用于对硝酸腐蚀性能有较高需求的核能、石化等设备制造中，具有广阔的应用前景。

下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

具体实施方式

实施例1

本实施例的Ti35钛合金管材由以下质量含量的成分组成：Ta 5.56％，Fe 0.01％，C 0.01％，N 0.003％，H 0.007％，O 0.082％，余量为钛和不可避免的杂质；

本实施例的Ti35钛合金管材的制备方法包括以下步骤：

步骤一、首先将直径Φ为560mm的Ti35钛合金铸锭切除冒口和底部，机加去除表面缺陷，然后加热至1150℃保温6h，再在4500t快锻机上进行开坯锻造得到锻坯，锻坯打磨后在1050℃下保温15h进行高温均匀化处理；

步骤二、将步骤一中经高温均匀化处理后的锻坯放入电阻炉中，在Ti35钛合金相变点以上100℃～150℃加热，出炉后放置于快锻机中进行4火次的镦拔变形，然后逐次降低锻造温度50℃～100℃，依次进行3火次的镦拔变形，并在最后一火次进行拔长，得到372mm×3800mm(直径×长度)的棒坯；

步骤三、将步骤三中得到的棒坯进行表面机加及切头，并经探伤合格，得到362mm×3500mm(直径×长度)的棒材；

步骤四、将步骤三中得到的棒材放置于深孔掏料机中并对棒材的两端面机加定位基准，然后进行掏料，将棒材加工成管坯，得到362mm×30mm×3500mm(外径×壁厚×长度)的管坯，同时获得一根235mm×3500mm(直径×长度)的棒材；

步骤五、对步骤四中得到的管坯放置于电炉中在650℃下保温1.5h进行退火热处理以去除应力，然后对退火后的管坯进行内、外表面机加，获得355mm×20mm×3500mm(外径×壁厚×长度)的大口径Ti35钛合金无缝管材，该大口径Ti35钛合金无缝管材的外径公差为±0.4mm，壁厚公差为±1.0mm，直线度不超过1mm/3500mm。

实施例2

本实施例的Ti35钛合金管材由以下质量含量的成分组成：Ta 6.43％，Fe 0.01％，C 0.02％，N 0.003％，H 0.0011％，O 0.10％，余量为钛和不可避免的杂质；

本实施例的Ti35钛合金管材的制备方法包括以下步骤：

步骤一、首先将直径Φ为640mm的Ti35钛合金铸锭切除冒口和底部，机加去除表面缺陷，然后加热至1150℃保温8h，再在8000t快锻机上进行开坯锻造得到锻坯，锻坯打磨后在1150℃下保温20h进行高温均匀化处理；

步骤二、将步骤一中经高温均匀化处理后的锻坯放入电阻炉中，在Ti35钛合金相变点以上100℃～150℃加热，出炉后放置于快锻机中进行4火次的镦拔变形，然后逐次降低锻造温度50℃～100℃，依次进行3火次的镦拔变形，并在最后一火次进行拔长，得到362mm×4300mm(直径×长度)的棒坯；

步骤三、将步骤三中得到的棒坯进行表面机加及切头，并经探伤合格，得到362mm×4000mm(直径×长度)的棒材；

步骤四、将步骤三中得到的棒材放置于深孔掏料机中并对棒材的两端面机加定位基准，然后进行掏料，将棒材加工成管坯，得到362mm×18mm×4000mm(外径×壁厚×长度)的管坯，同时获得一根260mm×4000mm(直径×长度)的棒材；

步骤五、对步骤四中得到的管坯放置于电阻炉中在650℃下保温1.5h进行退火热处理以去除应力，然后对退火后的管坯进行内、外表面机加，获得355mm×10mm×4000mm(外径×壁厚×长度)的大口径Ti35钛合金无缝管材，该大口径Ti35钛合金无缝管材的外径公差为±0.4mm，壁厚公差为±1.0mm，直线度不超过1mm/4000mm。

实施例3

本实施例的Ti35钛合金管材由以下质量含量的成分组成：Ta 5.79％，Fe 0.01％，C 0.03％，N 0.004％，H 0.005％，O 0.09％，余量为钛和不可避免的杂质；

本实施例的Ti35钛合金管材的制备方法包括以下步骤：

步骤一、首先将直径Φ为560mm的Ti35钛合金铸锭切除冒口和底部，机加去除表面缺陷，然后加热至1150℃保温6h，再在4500t快锻机上进行开坯锻造得到锻坯，锻坯打磨后在1000℃下保温5h进行高温均匀化处理；

步骤二、将步骤一中经高温均匀化处理后的锻坯放入电阻炉中，在Ti35钛合金相变点以上100℃～150℃加热，出炉后放置于快锻机中进行4火次的镦拔变形，然后逐次降低锻造温度50℃～100℃，依次进行3火次的镦拔变形，并在最后一火次进行拔长，得到372mm×3800mm(直径×长度)的棒坯；

步骤三、将步骤三中得到的棒坯进行表面机加及切头，并经探伤合格，得到362mm×3500mm(直径×长度)的棒材；

步骤四、将步骤三中得到的棒材放置于深孔掏料机中并对棒材的两端面机加定位基准，然后进行掏料，将棒材加工成管坯，得到362mm×30mm×3500mm(外径×壁厚×长度)的管坯，同时获得一根235mm×3500mm(直径×长度)的棒材；

步骤五、对步骤四中得到的管坯放置于电炉中在650℃下保温1.5h进行退火热处理以去除应力，然后对退火后的管坯进行内、外表面机加，获得355mm×20mm×3500mm(外径×壁厚×长度)的大口径Ti35钛合金无缝管材，该大口径Ti35钛合金无缝管材的外径公差为±0.4mm，壁厚公差为±1.0mm，直线度不超过1mm/3500mm。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种大口径Ti35钛合金管材的制备方法，其特征在于，该Ti35钛合金管材由以下质量含量的成分组成：Ta 5.5％～6.5％，Fe≤0.15％，C≤0.08％，N≤0.03％，H≤0.010％，O0.08％～0.12％，余量为钛和不可避免的杂质；该制备方法的具体过程为：首先将Ti35钛合金铸锭进行开坯锻造得到锻坯，锻坯经高温均匀化处理后进行多火次锻造得到棒坯，然后将棒坯的表面机加工后探伤得到棒材，采用掏料机将棒材加工成管坯，再将管坯退火后机加工得到Ti35钛合金管材；所述Ti35钛合金管材的直径大于240mm，壁厚大于5mm。

2.根据权利要求1所述的一种大口径Ti35钛合金管材的制备方法，其特征在于，所述高温均匀化处理的温度为1000℃～1150℃，时间为5h～20h。

3.根据权利要求1所述的一种大口径Ti35钛合金管材的制备方法，其特征在于，所述采用掏料机将棒材加工成管坯的同时得到棒料。

4.根据权利要求1所述的一种大口径Ti35钛合金管材的制备方法，其特征在于，所述管坯放置于非真空炉中进行退火。

5.根据权利要求1所述的一种大口径Ti35钛合金管材的制备方法，其特征在于，所述管坯退火后通过内、外反复找正加工，得到Ti35钛合金管材。