一种钛合金(TC11)轧制管及其制备方法

摘要

本发明涉及钛合金，具体说是一种钛合金TC11成品管及其制备方法,按重量计合金组成为:Ti余量,Al(5.8~7.0)%,Si(0.2~0.35)%,Zr(0.8~2.0),Mo(2.8~3.8)%,Fe≤0.1%,C≤0.05%,N≤0.04%,H≤0.0125%,O≤0.15%；由上述方法制备的钛合金（TC11）管性能中的抗拉强度800~1300MPa,延伸率8~25%，金相组织均匀，消除应力退火和完全再结晶退火的两种金相组织。

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金管及其制备，具体地说是一种TC11轧制管及其制备方 法。

背景技术

随着钛合金的不断发展，越来越需求高强度、高韧性、耐高温和耐腐蚀 的钛合金，尤其是钛合金管材需求越来越多，而钛合金管材的加工难度越 来越大，钛合金TC11管材大部分应用于油田、核电站、化工等行业，而现 在的钛合金TC11管材通常都是板材卷焊的、棒材掏孔的、斜轧穿孔后外车 内铰的，目前国内没有一家能够轧制出钛合金（TC11）管材的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合于现代市场需求的钛合金（TC11）管， 此方法轧制的TC11管材强度高、韧性好、耐高温和耐腐蚀，用上述方法加 工的钛合金TC11管其性能中的抗拉强度(Rm)达到895~1300MPa，延伸率 8~25%。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种钛合金（TC11）轧制管，按重量百分比计合金组成为：Al (5.8~7.0)%,Si(0.2~0.35)%,Zr(0.8~2.0),Mo(2.8~3.8)%,Fe≤0.1%, C≤0.05%,N≤0.04%,H≤0.0125%,O≤0.15%；

所述钛合金（TC11）轧制管的制备方法：

此钛合金管（TC11）加工制备方法有四种，第一种是进行斜轧穿孔， 获取管坯，修整管坯，进行冷轧制；第二种是进行斜轧穿孔，获取管坯， 修整管坯，进行温（热）轧制；第三种是进行挤压加工，获取管坯，修整 管坯，进行冷轧制；第四种是进行挤压加工，获取管坯，修整管坯，进行 温（热）轧制；在轧制此钛合金管材时，管坯及半成品管内外表面添加润 滑剂，然后进行轧制，每轧一个道次后的坯料要进行酸洗、酸洗后水洗， 然后管坯要进行氧化退火，氧化退火的管坯则要再进行碱洗、碱洗后水洗； 轧制一个道次出成品时不进行内绞，轧制第二道次出成品时，在轧制第一 道次后进行内绞，在轧制3-10个道次出成品，在轧制第一或第二个道次时， 进行内铰单边0~0.8mm，将每个道次前坯料的氧化皮及缺陷全部修掉，轧 制道次1-10个道次出成品，成品采用真空退火或氧化退火，真空退火后的 成品则要再进行酸洗、酸洗后水洗，获得产成品；氧化退火后的成品则要 再进行碱洗、碱洗后水洗，获得产成品。

此钛合金（TC11）轧制管性能好，其金相组织均匀，管材表面质量好。 温（热）轧管坯时，在线或离线加热管坯进行轧制，在线加热温度为 400~1200℃保温0~90分钟，每道次变形量为15%~85%，轧制速度（20~90） 次/分，轧制1-10次出成品。在轧制此钛合金管材时，管坯或半成品管内外 表面添加润滑剂，然后进行轧制，每轧一个道次后的坯料要进行酸洗、酸 洗后水洗，然后管坯采用氧化退火，氧化退火温度为500~900℃保温0.5~3 小时，氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，每一个道次轧制变 形量为15%~85%，轧制速度为20~90次/分；轧制一个道次出成品时不进行 内绞，轧制第二道次出成品时，在轧制第一道次后进行内绞，在轧制3-10 个道次出成品，在轧制第一或第二个道次时，进行内铰单边0~0.8mm，将 氧化皮及缺陷全部修掉，再进行轧制，轧制为1-10道次，轧制完成后的成 品采用氧化退火或真空退火，氧化退火的退火温度为500~900℃保温0.5~3 小时；真空退火的退火温度为500~900℃保温0.5~3小时，真空退火后的成 品则要再进行酸洗、酸洗后水洗，获得产成品；氧化退火后的成品则要再 进行碱洗、碱洗后水洗，获得产成品。

本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：

1.强度高、耐腐蚀：本发明钛合金TC11轧制管强度(Rm)（895~1300MPa） 比现在常规的钛合金TA18管（620MPa）高275~680MPa，耐腐蚀性也远远 超过TA18管。

2.降低成本，缩短生产周期：现有钛合金管生产工艺每道轧制后都要进 行真空退火，而本发明的钛合金TC11轧制管材生产工艺每道轧制后都进行 氧化（非真空）退火，这样既降低了电耗成本也缩短了生产周期。

3.成品率高,质量好，性能优：本发明TC11轧制管比棒材掏孔管成品率 高，TC11轧制管利用穿孔管坯或挤压管坯进行轧制，损耗小，成品率高， 而棒材掏孔管则需要掏出很多屑废品，损耗大，成品率低，棒材掏孔管只 是棒材的质量和性能，而TC11轧制管是在棒材的基础上进行深加工的，则 棒材掏孔管的质量、性能远不及TC11轧制管的质量、性能。

4.金属内部组织好：本发明采用TC11轧制管，金属内部组织比穿孔管 坯外车内铰管要好的多，TC11轧制管在加工过程中，要进行氧化退火，可 以使晶粒回复原有状态，轧制时给管子纵向、径向一个均衡力，使管子基 体内部晶粒组织致密；而穿孔管坯外车内铰管没有使晶粒回复原有状态， 并且只有将其晶粒组织拔长，所以穿孔管坯外车内绞管金属组织没有TC11 轧制管好。

5.使用寿命长：本发明TC11轧制无缝管先天性组织致密，板材焊接管 则在焊缝处组织状态与基体不一致，容易造成疲劳性晶间开裂，所以有TC11 轧制无缝管比板材焊接管使用寿命长。

6.表面质量好：本发明钛合金TC11轧制管比热挤压的管内外表面质量 要好的多，钛合金TC11轧制管内外表面光亮，且无折皱、划痕等缺陷，而 挤压的内外表面则不光亮，有划痕。

7.钛合金TC11轧制管添补了国内空白。

具体实施方式

本发明是通过独特的配方、操作方法和轧制工艺就可以获得新型钛合金 TC11轧制管，下面通过实施例详述本发明。

采用氧化退火轧制法：按常规步骤进行，首先用原料海绵钛、钒铝合金、 进行配料(按重量百分比计Al(5.8~7.0)%,Si(0.2~0.35)%,Zr(0.8~2.0), Mo(2.8~3.8)%,将原料混合)，挤压电极，焊接电极，装炉熔炼铸锭，扒皮取 样分析，用铸锭锻造棒料(棒坯)，棒料车光下料，用光棒穿孔成管坯或用光 棒掏孔挤压成管坯，再将管坯平头，开坯轧制成管坯，去油污，氧化退火， 内铰，轧制，修刮，碱洗，酸洗，水洗，精轧制成品管坯，平头，退火， 取样分析，探伤检验、水压检测、定尺下料。

下述实施例中的碱洗液、酸洗液重量配比均为

碱洗液：[85~95%NaOH+15~5%NaNO₃(或KNO₃)]

酸洗液：[30~40%HNO₃+2～10%HF+余量H₂O]

实施例1.

具体制备过程如下：

1．由斜轧穿孔获取的TC11管坯管坯内表面及芯棒（金 属材质，实心的圆棒，棒规格取决于管坯或成品管内径规格）添加石墨润滑 剂，进行温（热）轧制，在线加热温度为750℃,第一道次轧制变形量为30%， 轧制速度35次/分，轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为600℃保温2小时， 氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

2.第一道下来的管坯单边内铰50道,内表面及芯棒添加石墨润滑剂，进 行温（热）轧制，在线加热温度为700℃，第二个道次轧制变形量为35%， 轧制速度30次/分，轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为600℃保温1.5小 时，氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

3.第二道下来的管坯,内表面及芯棒添加石墨润滑剂，进行温（热）轧 制，在线加热温度为550℃，第三个道次轧制变形量为35%，轧制速度30 次/分，轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为550℃保温1.5小时，氧化退 火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

4.第三道下来的管坯,内表面及芯棒添加石墨润滑剂，进行温（热）轧 制，在线加热温度为650℃，第四个道次轧制变形量为30%，轧制速度30 次/分，空冷后出成品；成品退火有如下两种方式。

5．第一种成品退火：氧化退火650℃,2小时，空冷，氧化 退火后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗，获得产成品；取样分析其性能 实测为Rm1050MPa,Rp0.2890MPa,A9%；

6．第二种成品退火：真空退火750℃，保温2小时，随炉 冷却，真空退火后的成品则要再进行酸洗、酸洗后水洗，获得产成品；取样 分析其性能实测为Rm1030MPa,Rp0.2 870MPa,A10%。

实施例2.

具体制备过程如下：

1．由斜轧穿孔获取的TC11管坯管坯内表面及芯棒（金 属材质，实心的圆棒，棒规格取决于管坯或成品管内径规格）添加石墨润滑 剂，进行温（热）轧制，在线加热温度为1200℃,第一道次轧制变形量为45%， 轧制速度40次/分，轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为900℃保温3小时， 氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

2.第一道下来的管坯单边内铰50道,内表面及芯棒添加石墨润滑剂，进 行温（热）轧制，在线加热温度为1200℃，第二个道次轧制变形量为40%， 轧制速度35次/分，轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为800℃保温3小时， 氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

3.第二道下来的管坯,内表面及芯棒添加石墨润滑剂，进行温（热）轧 制，在线加热温度为1100℃，第三个道次轧制变形量为35%，轧制速度30 次/分，轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为800℃保温2.5小时，氧化退 火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

4.第三道下来的管坯,内表面及芯棒添加石墨润滑剂，进行温（热）轧 制，在线加热温度为900℃，第四个道次轧制变形量为30%，轧制速度30 次/分，空冷后出成品；成品退火有如下两种方式。

5．第一种成品退火：氧化退火650℃,2小时，空冷，氧 化退火后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗，获得产成品；取样分析其性 能实测为Rm1000MPa,Rp0.2 830MPa,A10.0%；

6．第二种成品退火：真空退火750℃，保温2小时，随 炉冷却，真空退火后的成品则要再进行酸洗、酸洗后水洗，获得产成品；取 样分析其性能实测为Rm980MPa,Rp0.2 810MPa,A12%。

实施例3.

具体制备过程如下：

1．由斜轧穿孔获取的TC11管坯管坯内外表面分别添 加石蜡、二硫化钼锂基润滑脂润滑剂，进行冷轧制，第一道次轧制变形量为 15%，轧制速度20次/分，轧出的管坯进行酸洗、酸洗后水洗，单边内铰50 道,进行氧化退火温度为900℃保温2.5小时，氧化退火后的管坯则要进行碱 洗、碱洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

2.第一道下来的管坯内外表面分别添加石蜡、二硫化钼锂基润滑脂润 滑剂，进行冷轧制，第二个道次轧制变形量为30%，轧制速度30次/分，轧 出的管坯进行酸洗、酸洗后水洗，，轧后两端头各开裂5公分，中间表面质 量较好，切端头,进行氧化退火温度为850℃保温2.5小时，氧化退火后的 管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，空冷后修刮缺陷.

3.第二个道次下来的管坯内外表面分别添加石蜡、二硫化钼锂基润滑脂 润滑剂，进行冷轧制，第三个道次轧制变形量为35%，轧制速度30次/分， 轧出的管坯进行酸洗、酸洗后水洗，进行氧化退火温度为800℃保温2.5小时， 氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，空冷后修刮缺陷.

4.第三个道次下来的管坯内外表面分别添加石蜡、二硫化钼锂基润滑脂 润滑剂，进行轧制，第四个道次轧制变形量为20%，轧制成品轧制速度35次/分，轧出成品；成品退火有如下两种方式。

5．第一种成品退火：氧化退火650℃,2.5小时，空冷， 固溶时效后（固溶840~960℃，29～61秒，空冷或水冷，实效470~570℃，4~8 小时，空冷。固溶时效后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗，获得产成品； 取样分析其性能实测为Rm1250MPa,Rp0.2 1150MPa,A9%；

6．第二种成品退火：真空退火650℃，保温2.5小时， 随炉冷却，固溶时效后（固溶840~960℃，29～61秒，空冷或水冷，实效 470~570℃，4~8小时，空冷。固溶时效后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水 洗，获得产成品；取样分析其性能实测为Rm1150 MPa,Rp0.2 1050 MPa,A 10%，洛氏硬度（HRC）为39。

实施例4.

具体制备过程如下：

1．由挤压获取的TC11管坯管坯内表面及芯棒（金属 材质，实心的圆棒，棒规格取决于管坯或成品管内径规格）添加石墨润滑剂， 进行温（热）轧制，在线加热温度为700℃,第一道次轧制变形量为30%，轧 制速度35次/分，轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为600℃保温2小时， 氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

2.第一道下来的管坯单边内铰50道,内表面及芯棒添加石墨润滑剂，进 行温（热）轧制，在线加热温度为650℃，第二个道次轧制变形量为25%， 轧制速度30次/分，轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为600℃保温1.5小 时，氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

3.第二道下来的管坯,内表面及芯棒添加石墨润滑剂，进行温（热）轧 制，在线加热温度为600℃，第三个道次轧制变形量为30%，轧制速度30 次/分，轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为550℃保温1.5小时，氧化退 火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

4.第三道下来的管坯,内表面及芯棒添加石墨润滑剂，进行温（热）轧 制，在线加热温度为550℃，第四个道次轧制变形量为25%，轧制速度30 次/分，轧出的管坯空冷后出成品；成品退火有如下两种方式。

5．第一种成品退火：氧化退火650℃,2小时，空冷，氧化 退火后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗，获得产成品；取样分析其性能 实测为Rm970MPa,Rp0.2 800MPa,A11%；

6．第二种成品退火：真空退火750℃，保温2小时，随炉 冷却，真空退火后的成品则要再进行酸洗、酸洗后水洗，获得产成品；取样 分析其性能实测为Rm950 MPa,Rp 0.2780MPa,A12%。

实施例5.

具体制备过程如下：

1．由挤压获取的TC11管坯管坯内表面及芯棒（金属 材质，实心的圆棒，棒规格取决于管坯或成品管内径规格）添加石墨润滑剂， 进行温（热）轧制，在线加热温度为1100℃,第一道次轧制变形量为35%， 轧制速度35次/分，轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为900℃保温3小时， 氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

2.第一道下来的管坯单边内铰50道,内表面及芯棒添加石墨润滑剂，进 行温（热）轧制，在线加热温度为1000℃，第二个道次轧制变形量为40%， 轧制速度35次/分，轧出的管坯空冷后进行氧化退火温度为800℃保温3小时， 氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

3.第二道下来的管坯,内表面及芯棒添加石墨润滑剂，进行温（热）轧 制，在线加热温度为900℃，第三个道次轧制变形量为40%，轧制速度35 次/分，空冷后进行氧化退火温度为800℃保温2.5小时，氧化退火后的管坯 则要进行碱洗、碱洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

4.第三道下来的管坯,内表面及芯棒添加石墨润滑剂，进行温（热）轧 制，在线加热温度为800℃，第四个道次轧制变形量为35%，轧制速度30 次/分，空冷后出成品；成品退火有如下两种方式。

5．第一种成品退火：氧化退火650℃,2小时，空冷，氧 化退火后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗，获得产成品；取样分析其性 能实测为Rm950MPa,Rp0.2 810MPa,A11%；

6．第二种成品退火：真空退火750℃，保温2小时，随 炉冷却，真空退火后的成品则要再进行酸洗、酸洗后水洗，获得产成品；取 样分析其性能实测为Rm920MPa,Rp0.2 800MPa,A 12.5%。

实施例6.

具体制备过程如下：

1．由挤压获取的TC11管坯管坯内外表面分别添加石 蜡、二硫化钼锂基润滑脂润滑剂，进行冷轧制，第一道次轧制变形量为30%， 轧制速度30次/分，轧出的管坯进行酸洗、酸洗后水洗，单边内铰50道,进行 氧化退火温度为900℃保温2.5小时，氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱 洗后水洗，检查缺陷并修刮缺陷；

2.第一道下来的管坯内外表面分别添加石蜡、二硫化钼锂基润滑脂润 滑剂，进行冷轧制，第二个道次轧制变形量为35%，轧制速度35次/分，轧 出的管坯进行酸洗、酸洗后水洗，轧后两端头各开裂3公分，中间表面质量 较好，切端头,进行氧化退火温度为850℃保温2.5小时，氧化退火后的管 坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，修刮缺陷.

3.第二个道次下来的管坯内外表面分别添加石蜡、二硫化钼锂基润滑脂 润滑剂，进行冷轧制，第三个道次轧制变形量为35%，轧制速度35次/分， 轧出的管坯进行酸洗、酸洗后水洗，进行氧化退火温度为800℃保温2.5小时， 氧化退火后的管坯则要进行碱洗、碱洗后水洗，修刮缺陷.

4.第三个道次下来的管坯内外表面分别添加石蜡、二硫化钼锂基润滑脂 润滑剂，进行轧制，第四个道次轧制变形量为30%，轧制成品轧制速度35次/分，轧出成品；成品退火有如下两种方式。

5．第一种成品退火：氧化退火650℃,2.5小时，空冷， 固溶时效后（固溶840~960℃，29~61秒，空冷或水冷，实效470~570℃，4~8 小时，空冷。固溶时效后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水洗，获得产成品； 取样分析其性能实测为Rm1150MPa,Rp0.2 1030MPa,A9%；

6．第二种成品退火：真空退火650℃，保温2.5小时， 随炉冷却，固溶时效后（固溶840~960℃，29～61秒，空冷或水冷，实效 470~570℃，4~8小时，空冷。固溶时效后的成品则要再进行碱洗、碱洗后水 洗，获得产成品；取样分析其性能实测为Rm1050MPa,Rp0.2 950 MPa,A 11%。