一种钛合金大口径无缝薄壁管材的加工方法技术

本发明专利技术公开了一种钛合金大口径无缝薄壁管材的加工方法。该加工方法将钛合金铸锭加热保温后开坯锻造制成棒坯，棒坯经机械加工得到空心毛管，空心毛管加热后进行径向锻造得到管坯，退火后经车削得到外径Φ133～219mm、壁厚6～8.5mm、长度大于3000mm的钛合金管材。本发明专利技术方法可以将钛合金铸锭加工成直径大于120mm，壁厚6～8.5mm的管材，管材室温力学性能良好；与传统的挤压轧制加工方法相比，本发明专利技术方法简单、流程短，且得到的管材表面质量好、尺寸精度高、壁厚均匀；该方法生产成本低，得到的钛合金管材可用于舰船、石油、化工、海洋工程等领域，填补了国内钛合金大口径无缝薄壁管材的加工空白。

A processing method of titanium alloy large caliber seamless thin wall pipe

The invention discloses a processing method of titanium alloy large caliber seamless thin wall tube. The processing technique of titanium alloy ingot heating insulation after forging made of billet, billet machined by capillary hollow, hollow billet heating after radial forging billet obtained after annealing, obtained by turning titanium alloy tube with outer diameter of 133 ~ 219mm, 6 ~ 8.5mm thickness, length of more than 3000mm. The method of the invention can be processed into titanium alloy ingot diameter greater than 120mm, 6 ~ 8.5mm of the pipe wall thickness, pipe good mechanical properties at room temperature; compared with the traditional method of extrusion and rolling processing, the method of the invention is simple, short process, and obtain the good surface quality of pipes, high dimensional accuracy, uniform wall thickness; the method the production cost is low, the titanium alloy tube can be used for the ship, petroleum, chemical, marine engineering and other fields, to fill the gaps in the domestic processing of titanium alloy large caliber seamless thin-walled tube.

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金大口径无缝薄壁管材的加工方法
本专利技术属于材料加工
，具体涉及大口径钛合金无缝薄壁管材的加工方法。
技术介绍
钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀、无磁性等优点，在航空、航天、化工、兵器、舰船、汽车、建筑、医疗等领域有着广阔的应用前景，被誉为21世纪的金属材料，有着“太空金属”“海洋金属”和“第三金属”的美誉。因此TA16、TA18、TA10、TC4等钛合金被加工成各种规格的管材，应用于航空、化工、舰船等领域。由于钛合金具有高强度、变形抗力大、难变形、加工成形难度极大等特点，管材研制和加工技术难度较大。在国外，俄罗斯、美国等国家的钛合金管材研制和配套应用技术非常成熟，钛合金大口径管材在航空、舰船等领域已有一定的应用。近年来，随着我国舰船、化工、海洋工程等领域用钛需求的日益增加，大口径钛合金管材的需求量也越来越多。钛合金大口径无缝管材的加工一方面取决于完善的生产设备，如3150吨挤压机、斜轧穿孔机等，生产口径大于120mm的钛合金无缝管材，需要大吨位的挤压机，设备投资巨大；另一方面取决于加工方法，传统加工方法是挤压管坯+冷轧或斜轧穿孔管坯+冷轧，生产管材时需配备挤压筒、挤压杆、挤压垫等挤压工具和冲头、针座、导路等备件，加工工艺复杂、流程长、生产效率低、制造成本高、成材率低，且管材直径较小。现有加工钛合金大口径薄壁管材的方法有两类，一类是用板材，通过卷板机或用油压机模压成型，然后焊接成圆管，经过矫圆、矫直，制作有缝焊管；另一类是使用大直径的空心厚壁无缝管材镗孔加工(或使用超大型轧管机加工)。例如专利CN1038944441公开了采用锻管方式生产钛合金管材，但其外径只有Φ90～Φ150mm，且壁厚较厚，达到10～30mm；专利CN101972794和CN105568195公开了采用的是“锻造-锻棒钻孔-冷轧”的工艺路线，在锻棒上加工通孔将棒材中心部位的钛材车削成屑料，并没有完整将其取出，材料利用率低，并且后续仍采用传统冷轧的方法，加工周期长；专利CN104831120、CN101190444和CN104174807公开了采用传统挤压+轧制的方法生产钛合金大口径管材；专利CN106425317公开的则是制备大口径壁厚大于100mm的Ti-B19钛合金管材；专利CN106493187公开了制备直径最大可达520mm的钛合金管材，但其采用的是锻造棒坯+斜轧穿孔+拉拔扩孔+机加的方法；专利CN105665468公开了采用旋压+轧制的方法，制备得到钛管材外径只有50～120mm、壁厚为0.5～1.5mm；专利CN101704035公开了快锻制坯+旋压的加工方法，得到钛管材外径只有50～100mm、壁厚为1～5mm；目前，我国钛加工企业能够生产的钛合金管材外径大多在114mm以下，对于直径在120mm以上的大口径管材，加工得到的基本为厚壁管材，对于大口径薄壁管材而言，尚未形成可靠的生产工艺体系。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有加工工艺难以加工得到大口径无缝薄壁管材的不足，提供一种加工过程简单、效率高，可以得到外径为Φ130～Φ219mm、壁厚6～8.5mm的大口径钛合金无缝管材的加工方法。为了实现本专利技术的目的，本专利技术人通过大量试验研究并不懈努力，最终获得如下技术方案：具体包括如下步骤：步骤(1)棒坯锻造：将直径Φ622mm～Φ820mm钛合金铸锭进行多次镦拔变形，充分破碎粗大的铸态组织，确保棒坯的锻透性和组织均匀性，得到Φ220mm～Φ292mm棒坯；步骤(2)机械加工：通过机械加工方式从棒坯中心处取出Φ90～Φ170mm的实心棒料，得到钛合金空心毛管，空心毛管内径与取出的实心棒料直径相差40～60mm；步骤(3)精锻：将钛合金空心毛管加热保温后进行径向锻造，得到钛合金管坯；步骤(4)退火处理；步骤(5)机加工：退火处理后的钛合金管坯进行车削加工，得到外径Φ133～Φ219mm、壁厚6～8.5mm、长度大于3000mm的钛合金管材。进一步优选地，本专利技术所述钛合金大口径无缝薄壁管材的加工方法，所述钛合金牌号为TA10、TA22、TA16、TA24或TC4。进一步优选地，本专利技术所述钛合金大口径无缝薄壁管材的加工方法，所述钛合金铸锭是通过真空自耗电弧法熔炼得到。进一步优选地，本专利技术所述钛合金大口径无缝薄壁管材的加工方法，其中步骤(1)中，钛合金铸锭先在单相区进行镦拔变形，再在(α+β)两相区进行拔长变形，其中单相区加热温度为钛合金相变点(Tβ)以上60～150℃，(α+β)两相区加热温度为相变点以下5～80℃。进一步优选地，本专利技术所述钛合金大口径无缝薄壁管材的加工方法，其中步骤(3)中，加热温度为820～910℃，保温时间30～150min，终锻温度不低于700℃。进一步优选地，本专利技术所述钛合金大口径无缝薄壁管材的加工方法，其中步骤(3)中，锻造时管坯的径向尺寸公差控制在±1mm，精锻后管坯平直度＜3mm/1000mm。进一步优选地，本专利技术所述钛合金大口径无缝薄壁管材的加工方法，其中步骤(4)中，退火温度620～740℃，保温1～3h后空冷。进一步优选地，本专利技术所述钛合金大口径无缝薄壁管材的加工方法，步骤(5)中，得到的钛合金管坯内外表面粗糙度不大于3.2μm。进一步优选地，本专利技术所述钛合金大口径无缝薄壁管的材加工方法，所述钛合金铸锭经过步骤(1)棒坯锻造和步骤(3)精锻处理，总锻比≥4。所述钛合金铸锭经刨铣后涂覆抗氧化防护涂层后再进行步骤(1)棒坯锻造，该过程为本领域常规技术手段。本专利技术相对于现有技术，具有如下技术效果：(1)本专利技术采用锻造+机械加工+精锻+退火+机加处理的过程，可以将钛合金铸锭加工成直径大于120mm，壁厚6～8.5mm的管材，且得到的钛合金管材室温力学性能良好，符合技术要求；(2)本专利技术方法中铸锭经大变形量、多火次反复镦拔后制得棒坯，棒坯经机械加工制成空心毛管，再经精锻、热处理、车削得到成品管材，不需要矫直处理，也无需酸洗和喷砂处理管材内、外表面，减少了加工工序，与传统的挤压轧制加工方法相比，工艺简单、流程短，且管材表面质量好、尺寸精度高、壁厚均匀；(3)本专利技术方法突破了大口径管材生产需大吨位挤压机、穿孔机等设备的制约，生产方式灵活、效率高，且无需挤压筒、挤压杆、挤压垫等挤压工具和冲头、针座等备件；(4)本专利技术方法步骤3取出的直径Φ90～Φ170mm的棒料，可以用于后续棒材锻造或轧制加工，而常规机械加工只能将棒坯中心的钛材车削成碎屑，无法直接再利用，因此能够有效利用原材料，材料利用率高；(5)本专利技术方法中采用常规锻造+机械加工+精锻相结合的方式，可避免传统挤压管坯+冷轧或斜轧穿孔管坯+冷轧方法生产钛合金管材时由于反复碾压造成管材表面凹坑、折皱、微裂纹等缺陷，突破目前传统方法尚不能生产钛合金大口径无缝管材的制约，实现短流程加工，提高生产效率，降低制造成本。(6)采用本专利技术方法制备得到的多种规格的TA10和TA22钛合金管材可用于舰船、石油、化工、海洋工程等领域，填补了国内钛合金大口径无缝薄壁管材的加工空白。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。本专利技术实施例中TA10(名义成分Ti-0.3Mo-0.8Ni)钛合金具有良好的抗缝隙腐蚀性能，工艺塑性和焊接性能良好，可用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛合金大口径无缝薄壁管材的加工方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤(1)棒坯锻造：将直径Φ622mm～Φ820mm钛合金铸锭进行多次镦拔变形，充分破碎粗大的铸态组织，确保棒坯的锻透性和组织均匀性，得到Φ220mm～Φ292mm棒坯；步骤(2)机械加工：通过机械加工方式从棒坯中心处取出Φ90～Φ170mm的实心棒料，得到钛合金空心毛管，空心毛管内径与取出的实心棒料直径相差40～60mm；步骤(3)精锻：将钛合金空心毛管加热保温后进行径向锻造，得到钛合金管坯；步骤(4)退火处理；步骤(5)机加工：退火处理后的钛合金管坯进行车削加工，得到外径Φ133～Φ219mm、壁厚6～8.5mm、长度大于3000mm的钛合金管材。

【技术特征摘要】
1.一种钛合金大口径无缝薄壁管材的加工方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤(1)棒坯锻造：将直径Φ622mm～Φ820mm钛合金铸锭进行多次镦拔变形，充分破碎粗大的铸态组织，确保棒坯的锻透性和组织均匀性，得到Φ220mm～Φ292mm棒坯；步骤(2)机械加工：通过机械加工方式从棒坯中心处取出Φ90～Φ170mm的实心棒料，得到钛合金空心毛管，空心毛管内径与取出的实心棒料直径相差40～60mm；步骤(3)精锻：将钛合金空心毛管加热保温后进行径向锻造，得到钛合金管坯；步骤(4)退火处理；步骤(5)机加工：退火处理后的钛合金管坯进行车削加工，得到外径Φ133～Φ219mm、壁厚6～8.5mm、长度大于3000mm的钛合金管材。2.根据权利要求1所述钛合金大口径无缝薄壁管材的加工方法，其特征在于：所述钛合金铸锭牌号为TA10、TA22、TA16、TA24或TC4。3.根据权利要求2所述钛合金大口径无缝薄壁管材的加工方法，其特征在于：所述钛合金铸锭是通过真空自耗电弧法熔炼得到。4.根据权利要求1所述钛合金大口径无缝薄壁管材的加工...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯秋元，岳旭，张伟，毛玲玲，代春，成小丽，张永强，徐哲，赵彤，羊玉兰，胡志杰，何书林，李献民，贾栓孝，
申请(专利权)人：宝钛集团有限公司，宝鸡钛业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61