一种高强TC18钛合金无缝管材高效低成本制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强TC18钛合金无缝管材高效低成本制备方法，该方法包括：一、按照TC18钛合金的名义成分配料后经EB炉一次熔炼得到钛合金圆锭；二、将TC18钛合金圆锭加热后采用斜轧穿孔机进行斜轧穿孔，然后冷却并转入热连轧机中进行定壁厚轧制，经在线电补热后进入张力减径机中进行定径轧制，得到TC18钛合金无缝管材；三、将TC18钛合金无缝管材进行热处理，得到高强TC18钛合金无缝管材。本发明专利技术采用EB炉一次熔炼得到的TC18钛合金圆锭为原料，实现了从TC18钛合金圆锭到无缝管材的一次连续成形，有效缩短制备流程，提高制备效率，并保证了高强TC18钛合金无缝管材的高强性能，以及内外表面质量和尺寸精度。外表面质量和尺寸精度。

【技术实现步骤摘要】
一种高强TC18钛合金无缝管材高效低成本制备方法


[0001]本专利技术属于钛合金无缝管加工
，具体涉及一种高强TC18钛合金无缝管材高效低成本制备方法。

技术介绍

[0002]钛管相对传统钢管、不锈钢管、铜合金管等具有耐腐蚀性好、比强度高、加工性能好的优点，且合金种类多，可满足各个领域的使用要求，因此，钛管是钛产品中应用广泛，不可或缺的钛产品之一。虽然与钢管相比产量很小，但其发展潜力巨大，随着航空航天、兵器、石油、海洋工程的发展，替代钢管成为主力材料是必然趋势。
[0003]目前，钛管主要分为焊接管和无缝管两大类，钛合金焊接管是由钛带、板直接卷焊成型，具有成本低的优点，但由于焊缝的存在，导致钛管性能不均匀，限制了其使用条件。
[0004]低强、低合金化钛合金无缝管制造技术已经成熟，多采用斜轧穿孔、钻孔挤压制备管坯，经多道次冷轧管材成型，无缝钛合金管材性能稳定，质量优异，成本较高，多应用于要求较高的军工、化工领域。
[0005]中、高强钛合金无缝管材制造技术主要有钻孔挤压、去芯+锻造和斜轧穿孔+热轧等方法。钻孔挤压和去芯+锻造两种工艺虽然能够制备出高强度钛合金管材，但由于需要预先对棒坯去芯制孔，再通过热挤压或锻造成型，导致材料损耗大，生产周期长，生产效率低，成本较高。如专利文献CN111593230A提供了一种930MPa级超高强度钛合金钻杆用管材及其制造方法，其利用锭坯挤压和轧制形成管材。专利文献CN103894441A提高了一种TC4钛合金厚壁管材的加工方法，即为采用TC4钛合金管坯作为原料进行精锻来实现，原始管坯未介绍其加工方法，但其成形必定导致材料损耗大，生产过程不连续，导致生产效率较低而成本高。
[0006]斜轧穿孔+热轧工艺是将钛棒坯加热后经过斜轧穿孔、热轧、定径轧及热矫直得到管材的工艺，其生产效率较高，材料损耗小，如专利文献CN105921544A提供了牌号为TA1、TA2、TA3、TA4、TA5、TA6、TA7、TA8、TA8
‑
1、TA9、TA9
‑
1、TA10、TA13、TA15、TA18、TC1、TC2、TC3、TC4、TC10的钛合金无缝管生产工艺及生产系统，仅针对低强、中强钛合金管材制备采用此方法，对于高强钛合金需要针对合金加工特性设置更精确的加工温度区间以保证获得适宜的组织及性能。同样，专利文献CN 105396895A提供了纯钛TA2及TC4钛合金无缝管的加工方法，未见其对高强钛合金进行报道，且其在热轧及张减径轧中间添加了真空加热炉二次加热过程，生产不连续。对于专利公开文献CN110303067A提供的一种高强韧钛合金油井管及其制备方法中所述的合金与常规钛合金TC4类似，[Mo]当量为3.4，都属中强中合金化钛合金，其变形抗力较小、加工温度区间较宽，变形较容易，可采用专利中所述的工艺方法进行管材的制备。众所周知，[Mo]当量的高低直接影响钛合金的加工变形难易程度，因此，对于高[Mo]当量的高强高合金化的钛合金采用能否采用此工艺来制备高强钛合金管材需持续探索。其次，专利中所述的管材采用常规的斜轧穿孔、热轧、定径轧及热矫直的不连续生产工艺，需多次进行冷却和再加热，后续还采用热矫直工艺得到成品管材，增加设备能耗，生
产周期较长，生产效率较低。
[0007]因此，对于高强度钛合金管材，需要开发一种直接从铸锭到管材的高效短流程低成本的钛合金无缝管材加工工艺。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高强TC18钛合金无缝管材高效低成本制备方法。该方法采用EB炉一次熔炼得到的TC18钛合金圆锭为原料，然后经斜轧穿孔、定壁厚轧制、定径轧制和热处理，实现了从TC18钛合金圆锭到无缝管材的一次连续成形，有效缩短制备流程，提高制备效率，降低了材料及能源损耗，并保证了高强TC18钛合金无缝管材的高强性能，以及内外表面质量和尺寸精度。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种高强TC18钛合金无缝管材高效低成本制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0010]步骤一、按照TC18钛合金的名义成分进行配料，然后通过EB炉一次熔炼得到钛合金圆锭；所述钛合金圆锭的直径为160mm～320mm，长度为3200mm；
[0011]步骤二、将步骤一中得到的TC18钛合金圆锭加热后采用斜轧穿孔机进行斜轧穿孔，然后冷却并转入热连轧机中进行定壁厚轧制，经在线电补热后进入张力减径机中进行定径轧制，得到TC18钛合金无缝管材；所述TC18钛合金无缝管材的外径为60mm～180mm，壁厚为9mm～20mm，长度为24000mm～38000mm；
[0012]步骤三、将步骤二中得到的TC18钛合金无缝管材进行热处理，得到高强TC18钛合金无缝管材；所述高强TC18钛合金无缝管材的室温力学性能满足：抗拉强度R
m
≥1100MPa，屈服强度Rp
0.2
≥1000MPa，断后伸长率A≥12％。
[0013]本专利技术采用EB炉(电子束冷床炉)一次熔炼得到的TC18钛合金圆锭为原料，依次经斜轧穿孔、定壁厚轧制、定径轧制和热处理，得到高强TC18钛合金无缝管材。首先，相较于传统VAR熔炼制备的铸锭中存在大尺度柱状晶导致加工性能受限的情况，本专利技术采用EB炉熔炼，该熔炼过程中熔融的金属溶液缓慢流入结晶器，凝固速度快，原始晶粒细小，同时深入研究了TC18钛合金中典型合金元素在熔炼过程中的挥发和烧损规律，并以此为基础，合理控制TC18钛合金元素配比和熔炼工艺参数，得到了成分均匀的高强TC18钛合金铸锭，且EB炉熔炼精炼除杂效果优异，铸锭中杂质元素少而纯净度高，铸锭显示出较好的塑性，有效保证了铸锭在后续斜轧穿孔、加热连续定壁厚轧制、定径轧制过程中处于特定温度区间内承受复杂大变形而不开裂，从而实现TC18钛合金无缝管材的顺利制备。其次，相对于传统VAR熔炼为了保证铸锭的成分均匀性需要进行二次或三次熔炼，且为了满足后续装炉要求限制坩埚的长度，难以制备超长高强钛合金无缝管材的问题，由于EB炉熔炼采取拉锭凝固方式成形，实现了EB炉熔炼的一次铸锭规格长度达到3200mm，结合配制圆柱形坩埚，最终制备的高强TC18钛合金无缝管材的长度达24000mm～38000mm，满足了超长高强钛合金无缝管材的使用条件。综上，本专利技术采用EB炉一次熔炼得到的TC18钛合金圆锭为原料，有效缩短了制备流程，提高了制备效率，通常为传统VAR熔炼的2～3倍。
[0014]相对于传统的制备工艺，本专利技术以TC18钛合金圆锭为原料，依次进行斜轧穿孔、定壁厚轧制、定径轧制和热处理的工艺的过程均可采用自动化流水线实现连续生产，实现了短时间内(通常数分钟)从TC18钛合金圆锭到无缝管材的一次连续成形，最大程度地简化了
从铸锭到管材的生产流程，提高了制备效率，降低了材料及能源损耗，同时保证了高强TC18钛合金无缝管材的高强性能，以及内外表面质量和尺寸精度。
[0015]上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强TC18钛合金无缝管材高效低成本制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、按照TC18钛合金的名义成分进行配料，然后通过EB炉一次熔炼得到钛合金圆锭；所述钛合金圆锭的直径为160mm～320mm，长度为3200mm；步骤二、将步骤一中得到的TC18钛合金圆锭加热后采用斜轧穿孔机进行斜轧穿孔，然后冷却并转入热连轧机中进行定壁厚轧制，经在线电补热后进入张力减径机中进行定径轧制，得到TC18钛合金无缝管材；所述TC18钛合金无缝管材的外径为60mm～180mm，壁厚为9mm～20mm，长度为24000mm～38000mm；步骤三、将步骤二中得到的TC18钛合金无缝管材进行热处理，得到高强TC18钛合金无缝管材；所述高强TC18钛合金无缝管材的室温力学性能满足：抗拉强度R
m
≥1100MPa，屈服强度Rp
0.2
≥1000MPa，断后伸长率A≥12％。2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛社伟，屈磊，杜宇，应扬，张思远，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：