用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产系统及生产方法技术方案

本发明专利技术属于钛及钛合金方矩管生产技术领域，尤其是用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产系统及生产方法。包括以下设备：定心机，环形加热炉，高精度机内定心菌式穿孔机组，高精度限动芯棒多功能压延机组，中频感应加热式高精度定径机组，移动设备，矫直机等。利用该发明专利技术的用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产系统，得到的成品方矩管种类多、强度和精度高，可直接用于精加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钛及钛合金方矩管生产
，尤其是用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产系统及生产方法。
技术介绍
钛及钛合金方矩管是用钛及钛合金材料制造的无缝方矩管，钛及钛合金按组织可分为三类。第一类是钛中加入铝和锡元素；第二类是钛中加入铝、铬、钼、钒等合金元素；第三类是钛中加入铝和钒等元素。钛合金具有较高的力学性能、优良的冲击性能。钛管对氯化物、硫化物和氨具有较高的耐腐蚀性能。钛合金根据相的组成可分为：α合金，（α+β）合金和β合金，中国分别以TA、TC、TB表示。产品在热加工中，钛及钛合金容易吸收氢、氧、氮、碳等杂质，抗磨性差，生产工艺复杂。对于钛及钛合金材料的质量影响最大的杂质主要是铁、氧、氮、氯、碳、硅、氢等。氧、氮、碳、氢、铁等会显著地增高钛及钛合金的硬度，并使钛及钛合金的加工塑性变差。氢对钛硬度、强度影响不大，但由于在钛金属晶界面上形成氢化钛网状畸变裂纹，会大大降低钛材的冲击韧性和机械加工性能。氯根的残留，意味着钛材中存在强吸潮的氯化物，如MgCl2、TiCl2、TiCl3等，因而伴随氧、氮、氢会相应增加。由于钛冶炼技术进步和现代工业对高质量钛的要求，金属锰、镁、铬杂质也成为关注范围，锰、铬和铁杂质的影响一样，会使钛塑性加工能力变差，而镁会吸潮使钛中氧、氮、氢伴随升高。产品硬度是质量的综合指标，产品硬度取决于产品中杂质种类和含量，与气体杂质含量密切相关。钛及钛合金与铜、铝、铁和镍相比，钛及钛合金的导热率低，加热的主要困难是：采用表面加热方法时，加热时间相当长。大型坯料加热时，截面温差大。当提高温度时钛及钛合金会与空气发生强烈的反应。当在650℃以上加热时，钛及钛合金与氧强烈反应，而在700℃以上时，则与氮也发生反应，同时形成被这两种气体所饱和的较深表面层。其中O、N、C在钛材中的危害，易产生TiO2、TiN、TiC等低密度夹杂；使钛材在车削、锻造、穿孔、轧制等加工过程中，极易被压裂，形成裂纹、空洞等缺陷；是零部件过早疲劳失效的裂纹源，严重降低零部件的寿命。低N海绵钛对钛材的益处，钛材中N降至0.005%以下，可大幅提高钛材的加工性能：提高塑性，N含量每降低0.01%，强度降低29MPa、塑性提高1%-2%；降低钛材的夹杂和偏析、使钛材在车削、锻造、穿孔、轧制等加工过程中不易生产裂纹等缺陷。综上所述，故如何减弱热加工过程中钛及钛合金与空气之间的化学反应，是钛及钛合金方矩管生产时面临的最大技术问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产系统及生产方法，该生产系统的能源利用率和生产效率高、成本低，在该生产系统基础下钛及钛合金方矩管的生产方法，产品质量和合格率都较高，适用生产各类牌号、各类尺寸的钛及钛合金方矩管。用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产系统，包括以下设备：定心机，用于在钛及钛合金管坯两端加工定心孔以便穿孔；环形加热炉，用于钛及钛合金管坯的氧化气氛的加热保温，炉膛内部压力为正压值；高精度机内定心菌式穿孔机组，用于对管坯穿孔轧制得到毛管，包括高精度机内定心立式菌式穿孔机或高精度机内定心卧式菌式穿孔机；高精度机内定心立式菌式穿孔机和高精度机内定心卧式菌式穿孔机的轧辊材质为60CrMnMo，穿孔辊滚花0.4mm，顶头材质为钼基特制合金、导板材质为高镍合金、顶杆材质为1Cr5MO厚壁方矩管；高精度机内定心立式菌式穿孔机或高精度机内定心卧式菌式穿孔机配备有可根据轧制状态调节轧辊之间抱紧力及开口度的自动控制机；高精度限动芯棒多功能压延机组，其减壁量为2.6mm、压下量为10%、轧制速度为0.4m/s，轧辊滚花深度为0.3mm，包括机型Ⅰ和机型Ⅱ；用于对毛管二次精轧扩径、均壁厚、延伸以提高毛管内外表面质量和材料组织性能得到荒管；机型Ⅰ和机型Ⅱ的轧辊材质均为40CrNiMo，芯棒材质均为42CrMo，轧板材质均为高镍合金；中频感应加热式高精度定径机组，用于将荒管轧制为成品管，包括三辊式九机架中频感应加热式高精度定径机和复合式定径机组，复合式定径机组包括三辊式五机架中频感应加热式高精度定径机和三辊式七机架中频感应加热式高精度定径机；移动设备，用于在相应工序之间移送管坯、毛管、荒管和成品方矩管；矫直机，用于热矫直成品管的弯曲度达到合格标准；超声波无损探伤设备，用于对成品管超声波探伤检测；智能温度控制系统，用于根据轧制的工艺参数自动检测和调节各设备生产时的温度。作为本专利技术方案进一步具体优化的，移动设备包括智能保温隧道和管体快速移送装置；移动式智能温控保温隧道，具备加热功能、保温功能、管体移送功能、温度监测功能，根据工艺参数自动调节温度功能、检测数据反馈功能，与全程温控系统综合的形成工艺数据网络系统；管体快速移送装置，将经过定径后的管体快速移送到型材热矫直机前台；智能温度控制系统包括环形加热炉测温点、穿孔机组测温点、压延机组测温度点、定径机组测温点、矫直机测温点和保温隧道测温点，将各个监测温度数据参数综合处理后反馈给环形加热炉，进而调整各个段温度；智能保温隧道设有两组，一组用于把环形加热炉加热后的管坯移送到高精度机内定心菌式穿孔机组工位，另一组用于把高精度限动芯棒多功能压延机组工位得到的荒管移送到中频感应加热式高精度定径机组；智能保温隧道的外壳用薄钢板经折边焊接制成，隔墙及内衬由高铝耐火材料制成；加热元件OCr25Al5铁铬铝合金丝绕成螺旋形后穿于隧道内衬上、下、左、右的丝槽中；丝槽与隧道内衬连通，使加热元件直接向隧道内辐射热量；隧道外壳与内衬与炉壳之间砌筑是用硅酸铝纤维毡和硅藻、土砖等作保温层；测温用的热电偶通过开偶孔插入；管体快速移送装置设有两组，其中一组用于把在高精度机内定心菌式穿孔机组工位轧制后的毛管移送到高精度限动芯棒多功能压延机组工位。作为本专利技术方案进一步具体优化的，环形加热炉的中径为24米、炉膛宽度为4.6米、适用管坯规格Φ90-310mm、最高使用温度1320℃、燃料为天然气、平均燃料消耗量3000m³/h；高精度机内定心立式菌式穿孔机的轧辊直径为700-800mm、轧辊长度为700mm、轧辊入口角为2.5°、轧辊出口角为3°、轧辊入口锥长为320mm、轧辊出口锥长为380mm、轧辊过渡带宽5mm、轧辊送进角8-13°、轧辊碾轧角15°、轧辊转速为48-106r/min、轧机辊缝最大开口为210mm、小车最大移动速度2.5m/s、穿孔速度0.6-0.8m/s、轧制力为1600kN、最大轧制力矩为200kN·m；高精度机内定心立式菌式穿孔机配备有两台功率为2200KW、转速为550-750r/min的主电机；高精度机内定心卧式菌式穿孔机的轧辊直径为1040-1200mm、长度为1000mm、辗轧角为12.5°、轧辊送进角为8°、辊面入口锥角度为2.5°、辊面出口锥角度为3°、轧辊最大开口度为490mm、轧辊转速45-100r/min、单辊最大轧制力矩为650kN、轧机最大轧制力为5000kN；高精度机内定心卧式菌式穿孔机配备有四台功率为1500kW、过载系数为2.4的主电机；机型Ⅰ的轧辊直径为700-800mm、轧辊长度为700mm、轧辊送轧角为8°、轧辊辗轧角为5°、轧辊转速105-157r/min、最大轧制力矩为230kN·m、最大轧制力本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产系统，其特征在于包括以下设备：定心机，用于在钛及钛合金管坯两端加工定心孔以便穿孔；环形加热炉，用于钛及钛合金管坯的氧化气氛的加热保温，炉膛内部压力为正压值；高精度机内定心菌式穿孔机组，用于对管坯穿孔轧制得到毛管，包括高精度机内定心立式菌式穿孔机或高精度机内定心卧式菌式穿孔机；所述高精度机内定心立式菌式穿孔机和高精度机内定心卧式菌式穿孔机的轧辊材质为60CrMnMo，穿孔辊滚花0.4mm，顶头材质为钼基特制合金、导板材质为高镍合金、顶杆材质为1Cr5MO厚壁方矩管；所述高精度机内定心立式菌式穿孔机或高精度机内定心卧式菌式穿孔机配备有可根据轧制状态调节轧辊之间抱紧力及开口度的自动控制机；高精度限动芯棒多功能压延机组，其减壁量为2.6mm、压下量为10%、轧制速度为0.4m/s，轧辊滚花深度为0.3mm，包括机型Ⅰ和机型Ⅱ；用于对毛管二次精轧扩径、均壁厚、延伸以提高毛管内外表面质量和材料组织性能得到荒管；所述机型Ⅰ和机型Ⅱ的轧辊材质均为40CrNiMo，芯棒材质均为42CrMo，轧板材质均为高镍合金；中频感应加热式高精度定径机组，用于将荒管轧制为成品管，包括三辊式九机架中频感应加热式高精度定径机和复合式定径机组，所述复合式定径机组包括三辊式五机架中频感应加热式高精度定径机和三辊式七机架中频感应加热式高精度定径机；移动设备，用于在相应工序之间移送管坯、毛管、荒管和成品方矩管；矫直机，用于热矫直成品管的弯曲度达到合格标准；超声波无损探伤设备，用于对成品管超声波探伤检测；智能温度控制系统，用于根据轧制的工艺参数自动检测和调节各设备生产时的温度。...

【技术特征摘要】
1.用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产系统，其特征在于包括以下设备：定心机，用于在钛及钛合金管坯两端加工定心孔以便穿孔；环形加热炉，用于钛及钛合金管坯的氧化气氛的加热保温，炉膛内部压力为正压值；高精度机内定心菌式穿孔机组，用于对管坯穿孔轧制得到毛管，包括高精度机内定心立式菌式穿孔机或高精度机内定心卧式菌式穿孔机；所述高精度机内定心立式菌式穿孔机和高精度机内定心卧式菌式穿孔机的轧辊材质为60CrMnMo，穿孔辊滚花0.4mm，顶头材质为钼基特制合金、导板材质为高镍合金、顶杆材质为1Cr5MO厚壁方矩管；所述高精度机内定心立式菌式穿孔机或高精度机内定心卧式菌式穿孔机配备有可根据轧制状态调节轧辊之间抱紧力及开口度的自动控制机；高精度限动芯棒多功能压延机组，其减壁量为2.6mm、压下量为10%、轧制速度为0.4m/s，轧辊滚花深度为0.3mm，包括机型Ⅰ和机型Ⅱ；用于对毛管二次精轧扩径、均壁厚、延伸以提高毛管内外表面质量和材料组织性能得到荒管；所述机型Ⅰ和机型Ⅱ的轧辊材质均为40CrNiMo，芯棒材质均为42CrMo，轧板材质均为高镍合金；中频感应加热式高精度定径机组，用于将荒管轧制为成品管，包括三辊式九机架中频感应加热式高精度定径机和复合式定径机组，所述复合式定径机组包括三辊式五机架中频感应加热式高精度定径机和三辊式七机架中频感应加热式高精度定径机；移动设备，用于在相应工序之间移送管坯、毛管、荒管和成品方矩管；矫直机，用于热矫直成品管的弯曲度达到合格标准；超声波无损探伤设备，用于对成品管超声波探伤检测；智能温度控制系统，用于根据轧制的工艺参数自动检测和调节各设备生产时的温度。2.根据权利要求1所述的用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产系统，其特征在于：所述移动设备包括智能保温隧道和管体快速移送装置；所述移动式智能温控保温隧道，具备加热功能、保温功能、管体移送功能、温度监测功能，根据工艺参数自动调节温度功能、检测数据反馈功能，与全程温控系统综合的形成工艺数据网络系统；所述管体快速移送装置，将经过定径后的管体快速移送到型材热矫直机前台；所述智能温度控制系统包括环形加热炉测温点、穿孔机组测温点、压延机组测温度点、定径机组测温点、矫直机测温点和保温隧道测温点，将各个监测温度数据参数综合处理后反馈给环形加热炉，进而调整各个段温度；所述智能保温隧道设有两组，一组用于把环形加热炉加热后的管坯移送到高精度机内定心菌式穿孔机组工位，另一组用于把高精度限动芯棒多功能压延机组工位得到的荒管移送到中频感应加热式高精度定径机组；所述智能保温隧道的外壳用薄钢板经折边焊接制成，隔墙及内衬由高铝耐火材料制成；加热元件OCr25Al5铁铬铝合金丝绕成螺旋形后穿于隧道内衬上、下、左、右的丝槽中；丝槽与隧道内衬连通，使加热元件直接向隧道内辐射热量；隧道外壳与内衬与炉壳之间砌筑是用硅酸铝纤维毡和硅藻、土砖等作保温层；测温用的热电偶通过开偶孔插入；所述管体快速移送装置设有两组，其中一组用于把在高精度机内定心菌式穿孔机组工位轧制后的毛管移送到高精度限动芯棒多功能压延机组工位。3.根据权利要求1所述的用于大尺寸钛及钛合金方矩管的生产系统，其特征在于：所述环形加热炉的中径为24米、炉膛宽度为4.6米、适用管坯规格Φ90-310mm、最高使用温度1320℃、燃料为天然气、平均燃料消耗量3000m³/h；所述高精度机内定心立式菌式穿孔机的轧辊直径为700-800mm、轧辊长度为700mm、轧辊入口角为2.5°、轧辊出口角为3°、轧辊入口锥长为320mm、轧辊出口锥长为380mm、轧辊过渡带宽5mm、轧辊送进角8-13°、轧辊碾轧角15°、轧辊转速为48-106r/min、轧机辊缝最大开口为210mm、小车最大移动速度2.5m/s、穿孔速度0.6-0.8m/s、轧制力为1600kN、最大轧制力矩为200kN·m；所述高精度机内定心立式菌式穿孔机配备有两台功率为2200KW、转速为550-750r/min的主电机；所述高精度机内定心卧式菌式穿孔机的轧辊直径为1040-1200mm、长度为1000mm、辗轧角为12.5°、轧辊送进角为8°、辊面入口锥角度为2.5°、辊面出口锥角度为3°、轧辊最大开口度为490mm、轧辊转速45-100r/min、单辊最大轧制力矩为650kN、轧机最大轧制力为5000kN；所述高精度机内定心卧式菌式穿孔机配备有四台功率为1500kW、过载系数为2.4的主电机；所述机型Ⅰ的轧辊直径为700-800mm、轧辊长度为700mm、轧辊送轧角为8°、轧辊辗轧角为5°、轧辊转速105-157r/min、最大轧制力矩为230kN·m、最大轧制力为2870kN；所述机型Ⅱ的轧辊直径为1100-1200mm、轧辊长度为1000mm、轧辊转速63-130r/min、送进角为8°；所述机型Ⅱ配备有四台功率为1250kW、转速为320-600r/min、减速比为4.538的主电机；所述三辊式九机架中频感应加热式高精度定径机的入口荒管速度为0.4-0.7m/s、轧辊直径为480mm、轧辊宽度为180mm、单机架最大减径率为3.3%、最大轧制力为130.5kN、轧制力矩为4.7kN·m；所述三辊式五机架中频感应加热式高精度定径机的入口速度为0.3-0.9m/s、轧辊直径为670mm、轧辊宽度为390mm、机架间距为630mm、单机架最大减径率为3.3%、最大轧制力为500k...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志玉，那继业，刘怀玉，高万峰，石满鹰，冯永涛，李凤魁，
申请(专利权)人：鑫鹏源智能装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37