温加工制造钛及钛合金管的方法技术

本发明专利技术公开了一种温加工制造钛及钛合金管的方法，属于金属管材轧制技术。它依次包括，管坯表面机加工处理；管坯预热到环境温度至再结晶温度之间；管坯在再结晶温度以上高变形速率轧制；轧制件快速冷却等４个步骤。本发明专利技术克服了已有技术的工序多、成材率低、制造成本高、管材质量不稳定等不足。本发明专利技术的延伸系数在１０～１６之间，轧出速度在５ｍ／ｍｉｎ～２０ｍ／ｍｉｎ之间，由空心管坯到管材的成材率可达８０％以上。本发明专利技术是目前一种区别于热轧加工和冷轧加工，而采用温加工制造钛及钛合金管的先进方法。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于金属管材轧制技术。具体说的是一种运用温加工和形变热处理原理，由连铸的或穿孔后的钛及钛合金空心管坯，经表面机加工净化处理和预加热，继尔在超过再结晶温度条件下的高延伸系数和高变形速率的轧制中，发生动态再结晶后，进行在线快速冷却，而加工制造钛及钛合金管的方法。实现本专利技术的目的的技术构想，主要基于运用温加工和形变热处理原理，在先对连铸管坯或穿孔管坯作表面机加工除杂处理，然后赋予管坯一定的初始温度，紧接着将管坯导入变形轧制设备，使管坯在预加热温度，和高变形速率轧制过程中产生的变形热，两者叠加而升温至再结晶温度之上的温度条件下轧制成形。随即在均温条件下，快速冷却而制成成品。而本专利技术所说的温加工，是与热轧加工和冷轧加工的根本区别所在。具体地说，本专利技术的在先对经表面机加工除杂处理的管坯的预加热，仅是加热到环境温度至再结晶温度之间。由于预热温度低，可有效地防止管坯表面氧化皮的产生。这对最终产品的质量极为重要。本专利技术这种对管坯预加热的技术措施，与已有技术相比，既能有效降低能耗，节减制造成本，而且又能够使管坯的变形轧制温度，上升至再结晶温度之上，且具有足够的过热度，而提高了管坯变形的延伸系数，延长了管坯变形区域范围和钛或钛合金的动态再结晶的过程，而使钛或钛合金具有足够的条件，实现完全再结晶，从而达到提高轧制效率和制成品管材质量之本专利技术的初衷。本专利技术实现其目的的具体技术方案是，它包括管坯预热，管坯轧制和轧制件冷却步骤，而它以铸造空心管坯或穿孔后管坯为基料，且依次按照以下步骤进行管坯表面机加工；管坯预热到环境温度至再结晶温度之间，管坯在再结晶温度以上高变形速率轧制；轧制件快速冷却，且管坯预热和管坯轧制步骤，是在惰性气氛中进行的。本专利技术根据钛及各种材质钛合金的不同的再结晶温度，上述各步骤可以有多种具体的技术措施。但本专利技术经过反复实验而优选的各个步骤的具体技术措施是在管坯表面机加工步骤，采取的是车或铣或磨的机械加工方法，且其机加工切削深度，控制在能够去掉管坯表面铸造缺陷或穿孔造成的氧化皮等缺陷的范围内。通过管坯表面机加工，使管坯表面呈无氧化、无夹杂光亮态。而对铸造钛及钛合金管坯而言，切削深度一般控制在0.3mm～0.5mm范围内即可。且由于铣加工工效高于车加工，故本专利技术推荐的是铣加工。经铣加工切削后所形成的钛或钛合金废料，可以随即收集后回用。在管坯预热步骤，是在惰性气氛条件下，将经第一步骤表面机加工的管坯，预加热至500℃～750℃。由于钛及钛合金常温下可塑性低，尤其是在管坯变形热传导尚未形成之前，建立稳定轧制状态比较困难，而本专利技术在管坯预加热步骤，特地对管坯头部的局部长度(约300mm)范围内，加热至700℃～900℃。而其以后的预加热温度仍然是500℃～750℃。本专利技术采取的预加热技术措施，是卡电电阻加热，或者是电感应线圈加热。在管坯轧制步骤，是在惰性气氛条件下，将第二步骤预加热的管坯头部，加热至700℃～900℃，紧接着导入变形轧制设备。等待管头轧制成型之后，将预加热温度下降至500℃～750℃，事实上本专利技术是在一道次的连续生产流水线上，依次进行本专利技术的4个步骤。因而正确地说，是将预加热管坯，紧接着导入变形轧制区。而管坯是在其预加热温度和其在高变形速率轧制过程产生的形变热，两者叠加在一起而升温至850℃～1200℃的轧制温度条件下轧制成形的。由于管坯是在钛或钛合金的再结晶温度以上，且在一定的过热度状态下发生形变的，无疑管坯的可塑性大，而使延伸系数增加，变形区更长，这一切都有利于钛或钛合金的动态再结晶的过程更完全、更充分，以获得更加均匀的细晶结构。且在多辊行星轧机的多个轧辊的反复辗轧下，而有效保证了本专利技术制取高质量管材的成功。在轧制件冷却步骤，是紧接着第三步骤将轧制成形的轧制件，在均温条件下快速冷却至环境温度。所谓均温，也可称之为恒温。而均温的实质内涵是，在已经完成变形轧制程序后，且运行离开变形轧制区的轧制件的外围，采用电感应线圈对轧制件再加热，使其温度在变形轧制温度850℃～1200℃的基础上，再升高50℃～100℃，且让此温度均衡地保持一定时间，以彻底消除轧制件不可避免存在的温差。尔后，再让均热的管材轧制件导入水浴快速冷却至环境温度。而本专利技术水浴快速冷却的目的，是令轧制件管材以10m/min～20m/min的轧出速度，通过长约2～3m的乳化液浴槽而实现的。快速冷却实质是一种形变热处理，其目的主要在于进一步细化钛或钛合金的晶粒，使其性能更加均匀化，同时使管材的抗拉强度和延伸率实现双高。使本专利技术的制成品管材，在后续深加工过程中乃至后续产品的工作状况下，长期处于优良的力学性能状态。对于淬化硬化的某些钛合金，则用控制喷淋冷却强度的方式，使其缓冷到环境温度。正如在先描述的那样，管坯变形轧制的温度，是决定管坯延伸系数的主要因素，特别是所加工轧制的钛合金管材，系多元合金，其组分含量的差异很大。鉴于上述考虑，本专利技术特别注重变形轧制设备的选用。其变形轧制设备至少应当满足可调控管坯变形温度，具有惰性气氛装置，对管坯能够反复辗轧且辗轧面积较大等要求。本专利技术优选的变形轧制设备，是2～6辊行星轧管机。本专利技术对于管坯轧制温度，在预加热、轧制和冷却三个步骤连续作业线上的在线调节和控制，是通过以下三种技术措施来实现的第一种是应用在相关工序上的调控技术措施。它是通过调整管坯送进力、管坯预热温度、管坯延伸系数和变形轧制区冷却液流量来实现调控管坯轧制温度的。而第二种是应用在轧制设备的相关速度的调控技术措施。它是通过调整所说行星轧管机回转盘的转速及轧出速度，所实现的变形速率的高低，而调控管坯轧制温度的。本专利技术优选的调整行星轧管机回转盘的转速范围，控制在280rpm至500rpm之内，而调整轧出速度的范围，控制在10m/min至20m/min之内。而第三种是应用在轧制设备的相关结构上的调控技术措施。它是通过调整所说行星轧管机的轧辊送进角度，而调控管坯轧制温度的。本专利技术优选的调整所说轧辊送进角度的范围，控制在6°～9°之间。本专利技术的具体实施方式之一，轧制的是牌号为TA2铸造方法生产的钛空心管坯。轧制是在改进后的XR-SG90三辊行星轧管上进行的。管坯初始尺寸为φ90×25mm。轧前管坯经由3个头的铣加工专用设备，进行表面切削处理，切割深度为0.3mm，使管坯表面呈无缺陷光亮态。然后在线进行预加热，采用氩气保护电感应线圈加热，使管坯头部200mm预热至900℃，其余部分预热至500℃～600℃。再导入改进后的XR-SG90三辊行星轧管机进行轧制加工。管坯在预加热温度和变形热温度两者叠加后，很快升温至1100℃～1150℃。轧管机以轧出速度为15m/min进行工作，并持续不断地将其所轧制的管件向前送进。在紧挨轧制区的所输送出来的管件的外围，安装有电感应加热器，使轧制件继续升温至1180℃，并将此1180℃的温升持续保持5～10秒钟时间，随即使轧制管件进入长1.5m的乳化液浴槽内，轧制管件大约在6秒钟的时间内通过水浴，而快速冷却至环境温度。然后向上预弯成卷。轧制后的钛管规格为φ47×2.5mm。延伸系数为14。钛管表面无任何折叠纹和其它缺陷存在，轧后管体金相组织呈很细的等轴晶粒状态(完全再结晶态)，抗拉强度和延伸率分别为420MPa～47本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温加工制造钛及钛合金管的方法，它包括管坯预热、管坯轧制和轧制件冷却步骤，其特征在于，它依次按照以下步骤进行：管坯表面机加工；管坯预热到环境温度至再结晶温度之间；管坯在再结晶温度以上以高变形速率进行轧制；轧制件快速冷却，且管坯预热和管坯轧制步骤，是在惰性气氛中进行的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖克建，田福生，祁威，
申请(专利权)人：江苏兴荣高新科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]