一种固溶时效态制造技术

本发明专利技术公开了一种固溶时效态

【技术实现步骤摘要】
一种固溶时效态Ti
‑
6Al
‑
6V
‑
2Sn钛合金棒材的工程化制备方法及测试方法


[0001]本专利技术属于钛合金加工
，具体涉及一种固溶时效态
Ti
‑
6Al
‑
6V
‑
2Sn
钛合金棒材的工程化制备方法及测试方法
。

技术介绍

[0002]近年来，为提高原油采收率，降低油气田开采成本，延长油气田开发寿命，复杂结构井越来越多，如大位移井
、
短半径水平井
、
老井开窗侧钻水平井
。
常规钻杆在这些复杂结构井应用时遇到了一些难以解决的问题
。
如在超短半径水平井中，井眼曲率很小（
<18 m
），常规钻杆产生很大的交变应力
。
交变应力引起钻杆疲劳断裂的情况时有发生，给油田带来重大的损失
。
随着超深井
、
短半径井和大位移井钻探数量的逐渐增多，钻杆在井下的服役条件越来越苛刻，常规的刚钻杆已经不能满足复杂井的作业需求
。
为解决这些问题，国外开始从新材料上着手，研制钛合金钻杆
、
铝合金钻杆
、
复合钻杆等代替常规钻杆
。
相较于传统钢制钻杆，钛合金钻杆具有轻量化
、
耐腐蚀
、
长寿命
、
高柔性
、
无磁性五大优点
。
同规格下钛合金钻杆的重量为常规钢制钻杆的
57%
，这就意味了使用钛合金钻杆的钻具更轻，钻井施工也就可以选用级别较低的钻机，可极大节约钻机日费，从而降低钻井成本
。
[0003]钛材中应用于油气钻探的有工业纯钛（以
TA2
使用最广泛）
、Ti
‑
6Al
‑
4V
（在需要一定强度时）和
Ti
‑
0.8Ni
‑
0.3Mo
（存在缝隙时或在非氧化性介质中）
。
近年来，油气钻探技术发展迅速，为了进一步提高钻速
、
保证钻井质量
、
更好地适应复杂的开采环境，高强度钻杆是石油钻探技术的约束瓶颈之一
。Ti
‑
662
合金拉伸强度大于
1000MPa
，屈服强度大于
950MPa
，强度高于
Ti
‑
6Al
‑
4V
，耐腐蚀性能优异，焊接和加工性能中等，用于飞机机身
、
火箭发动机
、
核反应堆部件，近年在石油钻井上应用增速明显
。
同时，该合金有一定的耐热性，近年来，国内外对该合金在石油钻探上使用的需求逐渐增多，国外
GE、
贝克休斯公司对该类产品需求急迫
。
[0004]在
GB/T225《
钢 淬透性的末端淬火试验方法（
Jominy
试验）
》
中介绍了钢的淬透性测定方法，这种方法对试验环境要求较高，对各试验过程参数的精度要求较为苛刻
。
为了更好地批量化
、
工程化制备固溶时效态棒材，快速
、
准确地检测棒材固溶时效程度，确保过程简单
、
明了，检测结果分布清晰
、
直观
。
通过固溶时效过程控制（控制初生
α
相和次生
α
相含量）和简单高效的加成呢方法，专利技术一种简洁的
、
对固溶时效态合金具有普适性的方法尤为重要
。

技术实现思路

[0005]为解决上述
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术第一方面提供了一种固溶时效态
Ti
‑
6Al
‑
6V
‑
2Sn
钛合金棒材的工程化制备方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1：棒材制备：将熔炼得到的
Ti
‑
662
合金铸锭进行锻造得到组织均匀的
Ti
‑
662
合金棒材；
[0007]步骤2：固溶处理：对所述
Ti
‑
662
合金棒材进行固溶退火，固溶温度为
β
相变点以下
15℃~30℃
，保温时间为
60min~120min
，且所述固溶温度和所述保温时间的选取需保证
β
相含量控制在体积分数
≥60%
；固溶过程待炉温稳定保持至设定温度后装入棒材，关闭炉门待炉温稳定至设定温度后开始计算热处理时间；经固溶处理后的棒材快速转移至冷却水中进行冷却，冷却水水位需完全淹没棒材，入水后快速搅拌，并持续注水保证水温
≤40℃
，入水
≥2h
且棒材完全冷却后取出；
[0008]步骤3：时效处理：将步骤2经过完全冷却的棒材进行低温时效
。
[0009]进一步地，步骤1中将原料进行熔炼时，使用
Cu
屑和中间合金
V
‑
Al
‑
Fe
分两次进行配料
、
混料
、
送料，最后进行压制，熔炼次数为2～3次
。
[0010]进一步地，步骤1中的锻造过程具体包括：将熔炼得到的
Ti
‑
662
合金铸锭在天然气炉中分段加热并保温一段时间后出炉，对其在相变点以上
100~200℃
进行开坯锻造及多火次镦拔锻造，随后在相变点以下
30~60℃
进行多火次锻造；整个锻造过程锻造速率为
20~30mm/s
，终锻温度
≥800℃。
[0011]进一步地，步骤1中相变点以上的锻造坯料加热所用保温时间为坯料截面尺寸
×
0.5~0.6min
，相变点以下的锻造坯料加热所用保温时间为坯料截面尺寸
×
0.7~0.8min。
[0012]进一步地，步骤2中固溶处理保温时间为棒材截面尺寸
×
1.5min。
[0013]进一步地，步骤2中棒材快速转移至冷却水中所用转移时间＜
40s
，冷却速率＞
50℃/s。
[0014]进一步地，步骤3中时效处理温度范围
510℃~600℃
，保温时间
4h~8h
，保温结束后散开空冷
。
[0015]进一步地，所述方法还包括：在步骤2的固溶处理后增加矫直工序，矫直温度为
700℃~750℃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种固溶时效态
Ti
‑
6Al
‑
6V
‑
2Sn
钛合金棒材的工程化制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：棒材制备：将熔炼得到的
Ti
‑
662
合金铸锭进行锻造得到组织均匀的
Ti
‑
662
合金棒材；步骤2：固溶处理：对所述
Ti
‑
662
合金棒材进行固溶退火，固溶温度为
β
相变点以下
15℃~30℃
，保温时间为
60min~120min
，且所述固溶温度和所述保温时间的选取需保证
β
相含量控制在体积分数
≥60%
；固溶过程待炉温稳定保持至设定温度后装入棒材，关闭炉门待炉温稳定至设定温度后开始计算热处理时间；经固溶处理后的棒材快速转移至冷却水中进行冷却，冷却水水位需完全淹没棒材，入水后快速搅拌，并持续注水保证水温
≤40℃
，入水
≥2h
且棒材完全冷却后取出；步骤3：时效处理：将步骤2经过完全冷却的棒材进行低温时效
。2.
根据权利要求1所述的固溶时效态
Ti
‑
6Al
‑
6V
‑
2Sn
钛合金棒材的工程化制备方法，其特征在于，步骤1中将原料进行熔炼时，使用
Cu
屑和中间合金
V
‑
Al
‑
Fe
分两次进行配料
、
混料
、
送料，最后进行压制，熔炼次数为2～3次
。3.
根据权利要求1所述的固溶时效态
Ti
‑
6Al
‑
6V
‑
2Sn
钛合金棒材的工程化制备方法，其特征在于，步骤1中的锻造过程具体包括：将熔炼得到的
Ti
‑
662
合金铸锭在天然气炉中分段加热并保温一段时间后出炉，对其在相变点以上
100~200℃
进行开坯锻造及多火次镦拔锻造，随后在相变点以下
30~60℃
进行多火次锻造；整个锻造过程锻造速率为
20~30mm/s
，终锻温度
≥800℃。4.
根据权利要求3所述的固溶时效态
Ti
‑
6Al
‑
6V<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张智鑫，唐斌，李瑞锋，马浩，詹震，樊江昆，李金山，
申请(专利权)人：重庆三航新材料技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：