一种大规格TC4后壁无缝管材的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种大规格TC4后壁无缝管材的制备方法，包括以下步骤：A、高温制坯，B、大变形量准β径锻，C、循环热处理，D、机加工，将管材机加工到要求的尺寸。本发明专利技术的目的在于开发低成本、高性能的大直径TC4钛合金无缝厚壁管材成型技术，提供一种大规格TC4后壁无缝管材的制备方法。备方法。备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种大规格TC4后壁无缝管材的制备方法


[0001]本专利技术涉及钛合金材料及制备
，尤其涉及一种大规格TC4后壁无缝管材的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，高端装备的高性能需求不断增多。在石油化工、深海探测等领域，钛合金耐腐蚀、比重轻的优势得到充分发挥，应用不断增加。高压气瓶、深海无人UUV等装备大量应用钛合金无缝管材。
[0003]钛合金无缝管材技术发展较为缓慢，多年来均以中、低强度的产品为主，主要采用冷轧工艺进行制备，该工艺具有表面质量好，组织性能均匀的特点，目前最大规格可达219mm，多家单位也针对TC4开展了冷轧工艺开发工作，但效果均不理想。也发展了钛合金无缝管材挤压技术，用于制备高强度钛合金无缝管材，其中TC4合金管材为最主要产品。该技术具有加工能力强度、产品组织均匀的特点。目前挤压无缝管材最大直径可达600mm。但该技术因坯料需加工中心孔，挤压完成后内外表面均需加工，导致材料利用率约为30
‑
40％，成本相对较高。随着钛合金大直径管材需求的增加，采用钢钛联产的方式以实现成本降低。主要采用斜轧穿孔或斜轧穿孔+热连轧的工艺路线进行制备，制备的大直径钛合金无缝管材直径也可达600mm以上，材料利用率得打一定的提升，达到50％左右，产品的成本得到降低。但直径470mm和530mm 的TC4合金厚壁无缝管材显微组织分析发现:管材的内、外表面与心部的组织差异十分明显，存在较大的组织差异，从而导致材料性能均匀性较差。特别是深海装备，对材料的均匀性、高强韧匹配性要求极高，现有的工艺仍较难满足装备发展需求。
[0004]从上世纪80年代开始，国外就发展了钛合金大直径无缝管材技术。俄罗斯采用热轧工艺可以制备直径480mm的钛合金无缝管材。美国分别采用挤压和热轧工艺开发出大直径钛合金无缝管材，包括TC4、Ti 38644等高强度钛合金材料，最大直径达到650mm，并在海洋钻井工程上得到批量应用。
[0005]西北有色金属研究院等单位采用热连轧工艺实现直径420mm的大直径钛合金无缝管材制备，壁厚约为15mm，组织性能情况未见报道。包钢钢管采用热连轧工艺也实现了的TA10合金管材制备，组织性能满足了用户的设计需求。
[0006]随着深海装备和资源开采等领域对钛合金需求的不断增加，TC4合金大直径厚壁管材的需求不断增加，主要用于高承压装备。但常用的热连轧或挤压工艺存在性能不均匀、成本高等问题，对钛合金厚壁管材的应用形成了制约。因此开发低成本、高性能的大直径TC4钛合金无缝厚壁管材成型技术，已成为市场急需。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术点的不足，开发低成本、高性能的大直径 TC4钛合金无缝厚壁管材成型技术，提供一种大规格TC4后壁无缝管材的制备方法。
[0008]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0009]一种大规格TC4后壁无缝管材的制备方法，包括以下步骤：
[0010]A、高温制坯，以TC4合金铸锭作为坯料，加热到T
β
+50～T
β
+150℃，充分保温后直接进行斜轧穿孔制备坯料，水冷至室温，T
β
为合金相变点温度；
[0011]B、大变形量准β径锻，管坯内外表面粗加工后，加热到T
β
+20～T
β
+50℃进行径锻，厚度方向变形量不小于60％，完成锻造后水冷至室温；
[0012]C、循环热处理，对管材进行2次循环热处；先在T
β
‑
15～T
β
‑
30℃保温20 分钟，然后在550～750℃保温20分钟，两次循环后空冷至室温；
[0013]D、机加工，将管材机加工到要求的尺寸。
[0014]为了进一步实现本专利技术，可优先选用以下技术方案：
[0015]优选的，所述步骤A中TC4合金铸锭包含Al 5.5
‑
6.75wt％、V 3.5
‑
4.5wt％、 Ti余量，其中杂质含量：Fe≤0.3wt％、N≤0.05wt％、C≤0.1wt％、H≤0.015wt％、 O 0.13
‑
0.2wt％。
[0016]优选的，所述步骤A中斜轧穿孔采用四辊斜轧穿孔机，所述四辊斜轧穿孔机包括辊架、轧辊组件和顶杆，所述辊架呈矩形，辊架中部设置有X形辊道，四个所述轧辊组件分别设置于辊道的四边，所述顶杆设置于辊架的一侧且位于辊道交叉处。
[0017]优选的，所述轧辊组件包括辊座、辊轴、辊轮和轧辊油缸，所述辊座呈n 形且滑动设置于辊道内，所述辊轴转动设置于辊座的两个竖直段之间，所述辊轮固定套合于辊轴中部，辊轮呈圆台状，辊轮远离顶杆一侧的外径值小于辊轮靠近顶杆一侧的外径值，所述轧辊油缸沿辊道设置，轧辊油缸的固定端固定设置于辊道端部、伸缩端固定设置于辊座的水平段。
[0018]优选的，所述四辊斜轧穿孔机还包括前推组件，所述前推组件包括前托架和前推油缸，所述坯料滑动放置于前托架且与其高度位置与辊道中心处对应设置，所述前推油缸设置于前托架上表面，前推油缸的固定端固定设置于前托架前端、伸缩端朝向辊架且连接至胚料远离辊架的一端。
[0019]优选的，所述四辊斜轧穿孔机还包括后推组件，所述后推组件包括后托架和后推油缸，所述后推油缸设置于前托架上表面，后推油缸的固定端固定设置于后托架后端、伸缩端朝向辊架且连接至顶杆远离辊架的一端。
[0020]优选的，所述前推油缸的伸缩端端部和后推油缸的伸缩端端部均设置有夹紧组件，所述夹紧组件包括夹紧箱、夹紧油缸、夹紧杆和连接杆，所述夹紧箱滑动设置于前托架或后托架，夹紧箱朝向辊架的一端设置有开口，夹紧箱与前推油缸或后推油缸的伸缩端固定连接；
[0021]所述夹紧油缸位于夹紧箱内，夹紧油缸的固定端固定设置于夹紧箱远离开口的一端，两个所述夹紧杆中部相互铰接且与夹紧箱转动连接，夹紧杆的一端伸出夹紧箱的开口、另一端铰接于连接杆的一端，两个所述连接杆远离夹紧杆的一端均铰接至夹紧油缸的伸缩端端部。
[0022]优选的，所述顶杆包括一体成型的头段和杆段，所述头段位于顶杆朝向辊架的一端且呈椭圆体状，所述杆段呈圆杆状，杆段的外径值小于头段最大处的外径值。
[0023]优选的，所述顶杆包括定型杆、氧气杆和燃气杆，所述定型管呈一端封闭的圆管状，定型管的封闭端呈椭圆体状，所述氧气杆和燃气杆均呈两端封闭的圆管状，氧气杆和燃
气杆依次同轴固定套合于定型管内，燃气杆前段圆周阵列设置有多个喷焰口，所述喷焰口外端伸出氧气杆，喷焰口处设置有点火器，所述氧气杆前段设置有供氧口，所述供氧口位于喷焰口周围；
[0024]所述燃气杆后段侧向依次伸出供氧杆和定型杆且连通至燃气源，所述氧气杆后段侧向伸出定型杆且连通至氧气源。
[0025]优选的，所述喷焰口和供氧口均位于定型杆前端的椭圆体处
[0026]通过上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0027]本专利技术的T本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大规格TC4后壁无缝管材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A、高温制坯，以TC4合金铸锭作为坯料，加热到T
β
+50～T
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+150℃，充分保温后直接进行斜轧穿孔制备坯料，水冷至室温，T
β
为合金相变点温度；B、大变形量准β径锻，管坯内外表面粗加工后，加热到T
β
+20～T
β
+50℃进行径锻，厚度方向变形量不小于60％，完成锻造后水冷至室温；C、循环热处理，对管材进行2次循环热处；先在T
β
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15～T
β
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30℃保温20分钟，然后在550～750℃保温20分钟，两次循环后空冷至室温；D、机加工，将管材机加工到要求的尺寸。2.根据权利要求1所述的一种大规格TC4后壁无缝管材的制备方法，其特征在于，所述步骤A中TC4合金铸锭包含Al 5.5
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6.75wt％、V 3.5
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4.5wt％、Ti余量，其中杂质含量：Fe≤0.3wt％、N≤0.05wt％、C≤0.1wt％、H≤0.015wt％、O0.13
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0.2wt％。3.根据权利要求1所述的一种大规格TC4后壁无缝管材的制备方法，其特征在于，所述步骤A中斜轧穿孔采用四辊斜轧穿孔机，所述四辊斜轧穿孔机包括辊架(1)、轧辊组件(2)和顶杆(3)，所述辊架(1)呈矩形，辊架(1)中部设置有X形辊道，四个所述轧辊组件(2)分别设置于辊道的四边，所述顶杆(3)设置于辊架(1)的一侧且位于辊道交叉处。4.根据权利要求3所述的一种大规格TC4后壁无缝管材的制备方法，其特征在于，所述轧辊组件(2)包括辊座(201)、辊轴(202)、辊轮(203)和轧辊油缸(204)，所述辊座(201)呈n形且滑动设置于辊道内，所述辊轴(202)转动设置于辊座(201)的两个竖直段之间，所述辊轮(203)固定套合于辊轴(202)中部，辊轮(203)呈圆台状，辊轮(203)远离顶杆(3)一侧的外径值小于辊轮(203)靠近顶杆(3)一侧的外径值，所述轧辊油缸(204)沿辊道设置，轧辊油缸(204)的固定端固定设置于辊道端部、伸缩端固定设置于辊座(201)的水平段。5.根据权利要求3所述的一种大规格TC4后壁无缝管材的制备方法，其特征在于，所述四辊斜轧穿孔机还包括前推组件(4)，所述前推组件(4)包括前托架(401)和前推油缸(402)，所述坯料滑动放置于前托架(401)且与其高度位置与辊道中心处对应设置，所述前推油缸(402)设置于前托架(401)上表面，前推油缸(...

【专利技术属性】
技术研发人员：高朝阳，
申请(专利权)人：洛阳伍鑫金属材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：