一种TA18厚壁管材的制备方法

摘要

本发明涉及一种TA18厚壁管材的制备方法，其工艺过程包括铸锭铸造、锻造、管坯制备、表面处理、轧制和矫直，其特征是：所述轧制采用两辊冷轧方式。本发明（1）通过采用两辊冷轧的生产方式，管坯经过1～3次两辊冷轧直接得到成品；（2）通过采取内表面镗孔、外表面磨抛的方式达到提高表面质量的目的；（3）通过采取热矫直的方式保证了产品的直线度。本发明可大大缩短产品生产周期，提高产品的表面质量，并保证了产品的直线度。

说明书

技术领域

本发明涉及有色金属材料技术领域，特别是涉及一种石油行业用TA18厚壁管材的制备方法。

背景技术

TA18钛合金是美国于20世纪60年代末研制出的一种近α的α+β型钛合金，名义成分为Ti-3Al-2.5V。该合金不仅具有良好的室温、高温力学性能和耐蚀性能，而且具有优异的冷热加工工艺性能、成形性和焊接性能。该合金优异的综合性能使其在飞机发动机液压和燃油管路系统中得到了广泛的应用，并且在石油、医疗以及体育休闲领域也有大量的使用。

国内于20世纪70年代中期开始进行Ti-3Al-2.5V合金研究，目前已在材料的化学成分、性能控制等方面具备了比较成熟的技术，并具有一定的生产能力。但是普遍采用通过两辊冷轧和三辊冷轧的方式生产这种合金管材，虽然周期式冷轧管工艺具有独特的工艺特点和灵活的生产方式，在生产特大口径、特薄壁、高表面质量以及高强低塑无缝管等方面具有其他制管工艺不可替代的地位，但是相对于生产TA18厚壁管上述的生产方式存在生产周期长、表面质量不均一和产品直线度难保障的缺点。

石油行业用TA18厚壁管（φ35～48×2.5～5）要求其内外表面质量均一，尤其是直线度要求高（0.3～1mm/m），力学性能满足普通标准要求即可（抗拉强度≥621MPa，屈服强度≥517MPa，延伸率≥15%）。

下面提供的几个专利技术均是用来制备厚壁管材，它们存在或工艺繁琐，或工艺要求高等缺陷。

中国专利 CN 1718798 A 公开了高性能钛合金管配方及工艺，该方法钛合金管的配方，Al、2.5-3.5wt%，V、2.0-3.0wt%的，余量为Ti，冷加工制造钛及钛合金管的方法，经350℃至600℃的温度范围在0.5-2小时的处理并经退火后进行精轧，轧制后经300℃至400℃的温度在0.5-1小时的范围内退火用以消除应力。该发明的配方比较简单而且用本发明的加工条件下性能可靠，二次退后均只需要较低的处理温度，能耗低。而且用精轧工艺产品的精度高。其抗拉弹性极限强度为较大，且其弹性变形能力为15%以上。该专利中没有明确具体的轧制工艺，表面处理方法和热矫直技术。

中国专利 CN 101451631 A 公开了石油探测专用钛合金管及其制备工艺，本发明属于石油勘探装备技术领域中的石油探测专用管材。它是用金属钛中添加金属铝和金属钒制成的钛合金制成管材。该发明钛合金是按照如下步骤制成钛合金管材的：（1）轧制：首先将原始坯料通过挤压机挤压或者斜轧穿孔加工成管坯，然后通过砂轮机修磨掉表面的毛刺裂纹，通过深孔车床将内孔的裂纹去除，通过2次以上的轧制成型；（2）在步骤（1）中变形量大于10%时退火，修磨，退火温度560-640度，保温2-4小时，室温出炉。本发明优点是钛合金管材无磁性、耐腐蚀、耐高压并且强度高，延长了使用寿命，通过本发明加工的钛合金管能更高的完成设计要求。该专利中没有明确具体的轧制工艺和热矫直技术。

中国专利 CN 102389900 A 公开了一种TA18航空钛管的高精度加工方法，该方法为：一、对TA18管坯进行矫直处理；二、在管坯内壁均匀涂抹氯化石蜡-52装入第一芯棒轧制成所需尺寸的半成品管材；三、将半成品管材中的第一芯棒取出，涂抹氯化石蜡-52后装入第二芯棒轧制成所需尺寸的管材；四、重复步骤三1～8次，得到TA18航空钛管。该技术工艺繁琐，尤其是轧制工艺。

中国专利 CN 101837386 A 公开了一种钛合金厚壁管的制造方法，该方法是一种钛合金厚壁管的制造方法，适用于Ti-6Al-4V钛合金厚壁管的热拉伸制造，其特点包括有以下步骤：（1）坯料准备；（2）管坯加热；（3）热拉伸；（4）热扒皮；（5）热矫直；（6）磨去表面氧化膜；（7）定尺下料；（8）抛光，得到合格的产品。本发明采用新的热拉伸工艺生产Ti-6Al-4V钛合金厚壁管，克服了传统钻孔法的缺点，具有效率高、质量好、成材率高的特点。

中国专利 CN 102240890 A 公开了一种厚壁钛管的制造方法，该方法首先制备铸锭；将铸锭锻造、加工后挤压成管坯，再酸洗；对酸洗后的管坯进行轧制，每轧制完一次对轧制后的管坯依次进行除油处理和再结晶退火处理；再对经轧制后的管坯进行一次轧制得到成品管材；最后将成品管材进行退火处理后酸洗去除内、外表面的氧化皮，得到Gr.3厚壁钛管。该专利中没有明确具体的表面处理方法和热矫直技术。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种可有效提高产品的表面质量，保证产品的直线度，缩短生产周期的TA18厚壁管材的制备方法。

本发明采取下述技术方案：

一种TA18厚壁管材的制备方法，其工艺过程包括铸锭铸造、锻造、管坯制备、表面处理、轧制和和矫直，其特征是：所述轧制采用两辊冷轧方式。

上述冷轧过程中,控制轧制速度为10～60次/分钟，轧制送进量为2～8mm，每一道次变形量为20～50%，总加工率为30～70%。

上述冷轧过程中，开坯1－3道次直接冷压成成品。

上述管坯制备采用挤压方法或斜轧穿孔方法。

所述挤压方法中挤压温度为700～850℃，保温1～3小时。

所述斜轧穿孔方法管坯斜轧穿孔中频加热温度为750～950℃，保温10～30分钟。

上述表面处理时管坯内表面采用镗孔处理，镗孔量0.2～1.5mm，外表面采用机械抛光的方式，磨抛量0.1～0.3mm。

上述矫直采用热矫直，加热温度为500～600℃。

在冷轧之前及成品TA18厚壁管材获得后，均要进行真空退火热处理，退火温度为600～800℃，保温1～2小时，真空度不低于1×10-1Pa。

本发明技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果和优点：   

（1）通过采用两辊冷轧的生产方式，管坯经过1～3次两辊冷轧直接得到成品。

（2）通过采取内表面镗孔、外表面磨抛的方式达到提高表面质量的目的。

（3）通过采取热矫直的方式保证了产品的直线度。

综上所述，本发明可大大缩短产品生产周期，提高产品的表面质量，并保证了产品的直线度。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，仅作为对本发明的进一步说明，不作为对本发明的限制，对于本领域的技术人员，在不脱离本发明思路的前提下，所作出的部分改进或变化，均应属于本发明的保护范围。

（1）铸锭制备：采用海绵钛和铝钒合金按照（2.0≤Al≤3.5%，1.5≤V≤3.0%，C≤0.08%，N≤0.05%，H≤0.015%，O≤0.12%，Fe≤0.25%，余量为Ti）的配比进行配料和压制电极块，电极块进行组合焊接制备一次电极，然后进行两到三次真空自耗电弧熔炼制备出铸锭。

（2）锻造：通过（1）得到的φ600mm铸锭，经过三火次（880～1100℃/2～6h）锻造至φ220mm或φ180mm棒坯。

（3）管坯制备：采用挤压方法或斜轧穿孔方法进行管坯制备。挤压前首先要对棒坯扒皮钻孔并进行表面涂层和包覆铜皮处理（外表面采用1mm厚度的铜皮卷焊，内表面采用1.5mm厚度的铜管）。补充挤压温度为700～850℃，保温1～3小时；斜轧法中管坯斜轧穿孔中频加热温度为750～950℃，保温10～30分钟。

（4）表面处理：对热加工管坯需进行酸洗和水洗或者碱洗、酸洗和水洗除去表面涂层或表面氧化皮（在HF：H₂SO₄：HNO₃：H₂O=1.5～2.5：20：34～39：100（体积比）混合液中，浸泡1～3小时），再进行表面扒皮（机械扒皮或手工刮料），内表面采用镗孔处理，镗孔量0.2～1.5mm，成品外表面采用机械抛光的方式，磨抛量0.1～0.3mm。

（5）轧制：轧制前采用真空热处理（退火温度600～750℃，保温时间1小时， 不低于1×10-1Pa）和（4）处理后直接进行轧制，采用两辊冷轧开坯一至三道次直接轧制成品。管坯或半成品管内表面使用氯化石蜡、外表面使用机油和石蜡混合液进行润滑，轧制速度为10～60次/分钟，轧制送进量为2～8mm，每一道次变形量为20～50%，总加工率为30～70%。

（5）热矫直：对于中间和成品热处理的管子都要进行热矫直，加热温度为500～600℃。

（6）除油处理：对于冷轧后进行真空热处理的管材需要进行除油处理，先进行超声波清洗除油或除油剂进行清洗，然后采用酸洗（HF：HNO₃：H₂O=5～12：45～60：100（体积比）混合液中，浸泡3～10min）、水洗和烘干处理。

（7）中间和成品热处理：中间软化和成品热处理均采用真空退火热处理，退火温度为600～800℃，保温1～2小时，真空度不低于1×10^-1Pa，经过中间退火的产品可以继续进行轧制，经过成品退火的产品直接成为产成品，或经过酸洗和水洗后成为产成品。