大口径钛合金厚壁管材制备方法技术

本发明专利技术属于钛及钛合金管材加工技术领域，公开一种大口径钛合金厚壁无缝管材制备工艺，摒弃传统的棒材锻造+镗孔的工艺方案，创造性的采用短流程连铸管坯在优化的锻造设备上采用镦粗工艺与拔长结合的方式，锻造过程始终保持管坯的形状，相比于传统的大口径厚壁管材加工方法，可以提高管材的成材率，缩短了钛合金厚壁无缝管材的加工流程，降低厚壁管材的生产成本，提高钛合金厚壁管材的力学性能。

【技术实现步骤摘要】
大口径钛合金厚壁管材制备方法
本专利技术涉及钛及合金加工
，尤其是钛合金管材的制备，具体而言涉及一种大口径钛合金厚壁管材制备方法。
技术介绍
钛具有低密度、高比强度、耐海水腐蚀性、低温韧性好等特点，广泛应用于军工领域、深海装备、国防技术等领域内。被公认为是一种天然的“海洋金属”，钛合金无缝管更加具有广阔的应用前景。但是钛合金高温化学性质活泼，加工窗口窄，导热性差，硬度大的特点，严重制约了钛合金无缝管的生产和使用。大口径钛合金厚壁管材的加工方法目前有两种：一种是用钛合金厚板材，通过卷板机或用油压机模压成型，然后焊接成圆管，经过校圆，矫直，制作成有缝管材；第二种方法是采用钛合金棒材经过钻孔、镗孔等工序制作无缝厚壁管材。目前，国内、外制造大口径钛合金管，主要是采用以上方法，而上述方法制造大口径管材，组织稳定性欠佳，力学性能达标率低。例如，第2018115396052号中国申请提出一种大口径TC4钛合金厚壁无缝管材的制造方法，其制备过程如下：1)选用优质的海绵钛和合金包作为原料，并按照要求将海绵钛和合金包进行配比后生产出铸锭；2)将步骤1)中的铸锭经过锻造成方坯，再依次进行下料、表面修磨处理，最后经过三镦三拔，模锻成Φ114～Φ720的TC4棒材；3)将步骤2)制得的TC4棒材放入电炉内加热，保温2-8小时，采用三辊斜轧穿孔工艺制作TC4管坯；4)将步骤3)中的TC4管坯送入定减径机进行定减径，得到符合规格要求的TC4管材；然后对管材进行冷轧扩孔+退火处理，得到成品管材。但是，斜轧穿孔法生产的钛合金厚壁管组织调控难度较大，性能达标率低，生产成本高、生产效率低、缺陷控制难度大。因此，开发一种大口径钛合金厚壁无缝管材制备工艺，就成为拓展钛合金在海洋工程、航空航天等领域应用亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种大口径钛合金厚壁管材制备方法，相比于传统的大口径厚壁管材加工方法，在管坯加热后直接进行锻造，锻造过程始终保持管坯的形状，提高管材的成材率，同时省去锻棒镗孔的工艺流程，降低厚壁管材的生产成本，提高钛合金厚壁管材的力学性能。为实现上述目的，本专利技术第一方面提出一种大口径钛合金厚壁管材制备方法，包括以下步骤：步骤一：选择预定壁厚和外径尺寸的钛合金管坯；步骤二：将钛合金管坯加热至1070℃～1150℃，保温3～6h；步骤三：将加热后的管坯套于锻机芯棒上，压下纵向环形锻机压头，压下量为管坯长度的25～70％，提升纵向环形锻机压头，对管坯进行纵向镦粗工艺；步骤四：压下横向锻机压头，从横向将厚管坯进行锻压，边旋转边锻压，对管坯的总变形量控制在25～50％，对管坯进行横向拔长工艺；步骤五：按照所述步骤三进行纵向第二次镦粗工艺，完成第1火次锻造，即镦-拔-镦，火次锻造比控制在3～4；步骤六：第1火次锻造后，取出管坯进行空冷，进行管坯内外表面修伤。步骤七：依次重复步骤二→步骤四→步骤三→步骤四→步骤五→步骤六，完成第2火次的锻造，即拔-镦-拔，火次锻造比控制在3～5；步骤八：依次重复步骤二→步骤三→步骤四→步骤三→步骤五→步骤六，完成第3火次的锻造。即镦-拔-镦，火次锻造比控制在3～5；步骤九：第4火次为成品锻造，将钛合金管坯加热至终端温度，保温3～6h，将管坯锻造至略大于成品管材尺寸的管坯；步骤十：对管坯进行退火处理。优选地，所述步骤三的纵向镦粗工艺采用三快一慢的方式，即镦粗工艺分4次压制，前三次为快速锻压，每次压下量较小，是步骤三总压下量的10％，锻压时间控制在5±2s；第四次锻压为慢锻，压下量为总压下量剩余的70％，锻压时间控制在30±5s。优选地，所述步骤四的横向拔长工艺的采用一次锻压→二次锻压→倒八方→滚圆的工艺，其中每次锻压采用“慢-慢-快-快”的顺序进行锻压，慢速锻压的时间控制在15±3s，快速锻压的时间控制在4±2s。优选地，所述步骤十中，对管坯进行退火处理包括：加热温度在(α+β)/β相变点以下120～200℃，保温时间3～5h。优选地，所述步骤十中，对管坯进行退火处理包括：双重退火：加热温度在(α+β)/β相变点以下30～80℃，保温0.5h后空冷，再在(α+β)/β相变点以下300～400℃，保温2～5h。优选地，所述步骤一，管坯尺寸外径400～800mm，壁厚50～400mm，管身长L＝500～1000mm。优选地，所选择的锻造设备的锻机吨位为3000～6000t。本专利技术的一种大口径钛合金厚壁无缝管材制备工艺，摒弃了传统的棒材锻造+镗孔的工艺方案，创造性的采用短流程连铸管坯在优化的锻造设备上直接进行管坯锻造的工艺方法，锻造过程始终保持管坯的形状，相比于传统的大口径厚壁管材加工方法，可以提高管材的成材率，缩短了钛合金厚壁无缝管材的加工流程，降低厚壁管材的生产成本，提高钛合金厚壁管材的力学性能。附图说明附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本专利技术的各个方面的实施例，其中：图1是本专利技术实施例的大孔径太近厚壁管材制备工艺的流程示意图。图2是本专利技术实施例的管坯锻造过程中纵向环形锻机压头与横向锻机压头的示意图。图3是本专利技术实施例的管坯纵向锻压的示意图。图4是本专利技术实施例的管坯横向锻压的示意图。图5是本专利技术拔长工艺横向锻压流程示意图。具体实施方式为了更了解本专利技术的
技术实现思路
，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本专利技术的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本专利技术的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本专利技术所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本专利技术公开的一些方面可以单独使用，或者与本专利技术公开的其他方面的任何适当组合来使用。结合图示，本专利技术总体提出一种短流程低成本的大口径钛合金厚壁管材制备方法，该方法包括如下步骤：步骤一：选择预定壁厚和外径尺寸的钛合金管坯，例如可选择参照专利201510398496.7技术生产的钛合金连铸管坯，管坯尺寸外径400～800mm，壁厚50～400mm，管身长L＝500～1000mm；步骤二：将钛合金管坯加热至1070℃～1150℃，保温3～6h；步骤三：结合图2、3，将加热后的管坯套于锻机芯棒上，压下纵向环形锻机压头，压下量为管坯长度的25～70％，提升纵向环形锻机压头，对管坯进行纵向镦粗工艺；锻机吨位3000～6000t；如图2-4，附图标记1表示纵向环形锻机压头，附图标记2表示锻机芯棒；附图标记3代表管坯；附图标记4代表横向锻机压头；附图标记5代表锻机底座。步骤四：结合图4，压下横向锻机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大口径钛合金厚壁管材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：选择预定壁厚和外径尺寸的钛合金管坯；/n步骤二：将钛合金管坯加热至1070℃～1150℃，保温3～6h；/n步骤三：将加热后的管坯套于锻机芯棒上，压下纵向环形锻机压头，压下量为管坯长度的25～70％，提升纵向环形锻机压头，对管坯进行纵向镦粗工艺；/n步骤四：压下横向锻机压头，从横向将厚管坯进行锻压，边旋转边锻压，对管坯的总变形量控制在25～50％，对管坯进行横向拔长工艺；/n步骤五：按照所述步骤三进行纵向第二次镦粗工艺，完成第1火次锻造，即镦-拔-镦，火次锻造比控制在3～4；/n步骤六：第1火次锻造后，取出管坯进行空冷，进行管坯内外表面修伤。/n步骤七：依次重复步骤二→步骤四→步骤三→步骤四→步骤五→步骤六，完成第2火次的锻造，即拔-镦-拔，火次锻造比控制在3～5；/n步骤八：依次重复步骤二→步骤三→步骤四→步骤三→步骤五→步骤六，完成第3火次的锻造。即镦-拔-镦，火次锻造比控制在3～5；/n步骤九：第4火次为成品锻造，将钛合金管坯加热至终端温度，保温3～6h，将管坯锻造至略大于成品管材尺寸的管坯；/n步骤十：对管坯进行退火处理。/n...

【技术特征摘要】
1.一种大口径钛合金厚壁管材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：选择预定壁厚和外径尺寸的钛合金管坯；
步骤二：将钛合金管坯加热至1070℃～1150℃，保温3～6h；
步骤三：将加热后的管坯套于锻机芯棒上，压下纵向环形锻机压头，压下量为管坯长度的25～70％，提升纵向环形锻机压头，对管坯进行纵向镦粗工艺；
步骤四：压下横向锻机压头，从横向将厚管坯进行锻压，边旋转边锻压，对管坯的总变形量控制在25～50％，对管坯进行横向拔长工艺；
步骤五：按照所述步骤三进行纵向第二次镦粗工艺，完成第1火次锻造，即镦-拔-镦，火次锻造比控制在3～4；
步骤六：第1火次锻造后，取出管坯进行空冷，进行管坯内外表面修伤。
步骤七：依次重复步骤二→步骤四→步骤三→步骤四→步骤五→步骤六，完成第2火次的锻造，即拔-镦-拔，火次锻造比控制在3～5；
步骤八：依次重复步骤二→步骤三→步骤四→步骤三→步骤五→步骤六，完成第3火次的锻造。即镦-拔-镦，火次锻造比控制在3～5；
步骤九：第4火次为成品锻造，将钛合金管坯加热至终端温度，保温3～6h，将管坯锻造至略大于成品管材尺寸的管坯；
步骤十：对管坯进行退火处理。


2.根据权利要求1所述的大口径钛合金厚壁管材制备方法，其特征在于，所述步骤三的纵向镦粗工艺采用三快一慢的方式，即镦粗工艺分4次压制，前三次为...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄响，沈礼锐，梁志杰，王长江，朱云鹏，陈小龙，姬会爽，
申请(专利权)人：江苏尚吉亨通新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32