一種鈦合金ta18無縫管及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種TA18鈦合金無縫管及其制備方法,按重量計合金組成為:Ti余量,Al(2～3.5)％,V(1.5～3)％,Fe≤0.3％,C≤0.08％,N≤0.05％,H≤0.015％,O≤0.2％；此鈦合金無縫管加工方式有9種，第一種是熱穿孔后進行熱軋制成品；第二種是熱穿孔后進行冷軋制成品；第三種是熱穿孔后進行熱軋制再冷軋制成品；第四種是熱穿孔后進行熱頂管軋制成品；第五種是熱穿孔后進行機加工所得到的成品管；第六種是熱擠壓制備管坯后進行熱軋制成品管；第七種是熱擠壓制備管坯后進行冷軋制成品管；第八種是熱擠壓制備管坯后進行頂管軋制成品；第九種是熱擠壓制備管坯后直接機加工成品管；其主要特點是按此9種方法生產的鈦合金TA18無縫管得到金屬晶粒更加細化、組織更加致密，從而使其材料的性能大有改善。
【專利說明】
一種鈦合金TA18無縫管及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及鈦合金管及其制備，具體地說是一種TA18無縫管及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著鈦合金的不斷發展，越來越需求高強度、高韌性、耐高溫和耐腐蝕的鈦合金， 尤其是鈦合金管材需求越來越多，而鈦合金管材的加工難度越來越大，鈦合金TA18管材大 部分應用于油田、核電站、化工等行業，而現在的鈦合金TA18管材通常都是板材卷焊的、棒 材掏孔的。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供一種適合于現代市場需求的鈦合金TA18管，此方法制備 的TA18管材強度較高、韌性好和耐腐蝕，用上述方法加工的鈦合金TA18管其性能中的抗拉 強度（Rm)達到500~lOOOMPa，延伸率6~25%。
[0004] 為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：
[0005] -種鈦合金TA18管，按重量百分比計合金組成為：A1 (2~3.5) %，V(l. 5~ 3) %，Fe 彡 0· 3%，C 彡 0· 08%，Ν 彡 0· 05%，Η 彡 0· 015%，0 彡 0· 2% ;Ti 余量；一種鈦 合金TA18熱乳管的制備方法，按重量百分比計合金原料組成為：A1 (2~3. 5) %，V(l. 5~ 3) %，Fe 彡 0· 3%，C 彡 0· 08%，Ν 彡 0· 05%，Η 彡 0· 015%，0 彡 0· 2% ;Ti 余量；按常規 方法將上述原料加工成棒坯進行熱穿孔熱乳制或熱穿孔冷乳制或熱穿孔后加工或熱擠壓 冷乳制或擠壓熱乳制或熱擠壓機加工，或熱穿孔熱乳制后冷乳制，或熱穿孔熱頂管乳制， 或熱擠壓熱頂管乳制，并控制鈦合金TA18中Fe彡0. 3%，C彡0. 08%，N彡0. 05%，Η彡0. 015 %，0彡0· 2%;其ΤΑ18無縫管規格：圓管外徑⑴(廣0 |X壁厚0· 9~400mm(但外徑 與壁厚之比必須大于2) X長度100~24000謹，方管10~1500_Χ 10~1500_Χ壁厚 0. 9~400mm (但每個邊長都必須大于相鄰2個壁厚之和）X長度100~24000mm，異形管 大頭外徑01.O~015OOnimX壁厚〇. 9~400mm(但外徑與壁厚之比必須大于2) X小頭外徑 0:Γ01300mroX:壁厚〇. 9~400mm (但外徑與壁厚之比必須大于2) X長度100~24000mm， 異形管大頭外徑必須大于小頭外徑；
[0006] 在制備TA18鈦合金管時，首先無缺陷的光棒坯料放在加熱爐（天然氣爐或箱式電 阻爐或感應加熱爐）內進行升溫加熱；加熱溫度600°C~1100°C，保溫時間=(加熱錠坯直 徑/2)_+(20~90)分鐘。熱穿孔或熱擠壓后進行再進行冷乳制、熱穿孔或熱擠壓后進行 再進行熱乳制成品、熱穿孔熱乳制后冷乳制成品、熱穿孔或熱擠壓后熱頂管乳制成品、熱穿 孔或熱擠壓后進行機加工成品，冷乳制熱乳制時變形量為（20%~90%)/次，熱穿孔后、 熱擠壓后、熱乳制后的溫度300 °C~900 °C。
[0007] 乳制完成后的成品采用氧化退火或真空退火，氧化退火的退火溫度為400~ 1000°C保溫0. 5~8小時；真空退火的退火溫度為400~1000°C保溫0. 5~8小時，熱處 理后的成品則要再進行酸洗或堿洗、酸洗或堿洗后水洗，獲得產成品，或者再進行一次機加 工獲得廣成品。
[0008] 此產品鈦合金TA18熱乳管性能中的抗拉強度（Rm)在熱處理和固溶時效后可達 (500~1000)MPa,延伸率在（6~25) %，在消除應力退火和完全再結晶退火的兩種狀態 中，其金相組織均勻。
[0009] 本發明與現有技術相比，具有如下的有益效果：
[0010] 1.耐腐蝕：本發明鈦合金TA18無縫管強度（Rm) (500~lOOOMPa)比鋼管耐腐蝕 性好。
[0011] 2.降低成本，縮短生產周期：現有鈦合金管生產工藝每道乳制后都要進行真空退 火，而本發明的鈦合金TA18無縫管材生產工藝為熱穿孔或熱擠壓管坯后進行乳制成品或 機械加工成品，這樣既降低了電耗成本也縮短了生產周期。
[0012] 3.成品率高，質量好，性能優：本發明TA18無縫管比棒材掏孔管成品率高，TA18 無縫管利用熱穿孔或熱擠壓管坯進行乳制成品或機械加工成品，損耗小，成品率高，而棒材 掏孔管則需要掏出很多肩廢品，損耗大，成品率低，棒材掏孔管只是棒材的質量和性能，棒 材掏孔管的質量、性能遠不及按上方法制備TA18無縫管的質量、性能。
[0013] 4.使用壽命長：本發明TA18無縫管先天性組織致密，板材焊接管則在焊縫處組織 狀態與基體不一致，容易造成疲勞性晶間開裂，所以有TA18無縫管比板材焊接管使用壽命 長。
【具體實施方式】
[0014] 本發明是通過獨特的操作方法和制備加工工藝就可以獲得新型鈦合金TA18無縫 管，下面通過實施例詳述本發明。
[0015] 采用氧化或真空退火，冷乳或熱乳制法：按常規步驟進行，首先用原料海綿鈦、釩 鋁合金進行配料（按重量百分比計A1 (2~3. 5) %，V(l. 5~3) %，Fe < 0. 3%，C < 0. 08% ，N彡0. 05 %，Η彡0. 015 %，0彡0. 2 % ;Ti余量；將原料混合），擠壓電極，焊接電極，裝爐熔煉 鑄錠，扒皮取樣分析，用鑄錠鍛造棒料（棒坯），棒料車光下料，用光棒熱穿孔或熱擠壓成管 坯后，進行冷乳制成品或熱乳制成品或熱頂管乳制成品或機械加工成品，堿洗，酸洗，水洗， 平頭，退火，取樣分析，定尺下料。
[0016] 下述實施例中的堿洗配比、酸洗配比均為：
[0017] 堿洗液：[85 ~95 % NaOH+15 ~5 % NaN03 (或 KN03)]
[0018] 酸洗液：[30 ~40 % HN03+2 ~10 % HF+ 余量 H20]
[0019] 實施例1.
[0020] 具體制備過程如下：
[0021] 由TA18棒坯0r)OmmX 2000mm,裝入箱式電阻爐升溫加熱900°C，保溫60分鐘，出 爐熱穿孔，熱穿孔后的管坯通過傳輸至乳制生產設備上進行熱乳制，熱乳制變形量為50%， 終乳溫度500°C，熱乳制成品規格為01〇:卿X 〇· 5mmX 24000mm，氧化退火600°C保溫1小 時，堿洗、酸洗、水洗、定尺下料、取樣分析其性能實測為Rm 860MPa，Rp0. 2760MPa，A 14% ;
[0022] 鈦合金TA18管，按重量百分比計合金組成為：A1 2. 1%，V 2. 5%，Ti余量。
[0023] 實施例2·
[0024] 具體制備過程如下：
[0025] 由TA18棒還:01300_ X 2F)00mrn，裝入天然氣爐升溫加熱1100°C，保溫11小時， 出爐熱穿孔，熱穿孔后的管坯通過傳輸至熱乳制生產設備上進行冷乳制，冷乳制變形量為 40 %，冷乳制成品規格為()1 OOOmir! X 400_ X丨0000mm,氧化退火800 °C保溫8小時，堿 洗、酸洗、水洗、定尺下料、取樣分析其性能實測為Rm950MPa，RpO. 2820MPa，A 11%。
[0026] 鈦合金TA18管，按重量百分比計合金組成為：A13. 2%，V 2. 7%，Ti余量。
[0027] 實施例3.
[0028] 具體制備過程如下：
[0029] 由TA18棒坯0120mra X 20()0mm，:裝入箱式電阻爐升溫加熱820°C，保溫60分鐘， 出爐熱擠壓，熱擠壓后的管坯進行表面處理，處理掉表面缺陷，然后進行冷乳制，乳制變形 量為30 %，乳制成品規格為0__mm X.5... 5mmX 1 l0Q_:Ctom，氧化退火700°C保溫1小時，堿 洗、酸洗、水洗、定尺下料、取樣分析其性能實測為Rm 680MPa，Rp0. 2535MPa，A 15% ;
[0030] 鈦合金TA18管，按重量百分比計合金組成為：A1 2. 1%，V 1.6%，Ti余量。
[0031] 實施例4·
[0032] 具體制備過程如下：
[0033] 由ΤΑ18棒坯01500mm X2:500min，裝入天然氣爐升溫加熱1100°C，保溫12小時， 出爐熱擠壓，熱擠壓后的管坯通過傳輸至熱乳制生產設備上進行熱乳制，熱乳制變形量為 60%，乳制成品規格為01000mm X 400mm X 1 OOOOnim，氧化退火900°C保溫8小時，堿洗、 酸洗、水洗、定尺下料、取樣分析其性能實測為Rm980MPa，RpO. 2890MPa，A 11%。
[0034] 鈦合金TA18管，按重量百分比計合金組成為：A1 3. 3%，V 2. 9%，Ti余量。
[0035] 實施例5·
[0036] 具體制備過程如下：
[0037] 由ΤΑ18棒坯050mm X 1000mm，裝入箱式電阻爐升溫加熱960 °C，保溫60分 鐘，出爐熱穿孔，熱穿孔后的管坯冷卻后機加工成品規格為010mmX().如!丨nX24()00!Tim, 氧化退火600°C保溫1小時，堿洗、酸洗、水洗、定尺下料、取樣分析其性能實測為Rm 920MPa, RpO. 2750MPa, All%；
[0038] 鈦合金TA18管，按重量百分比計合金組成為：A1 3. 5%，V 2. 9%，Ti余量。
[0039] 實施例6·
[0040] 具體制備過程如下：
[0041 ] 由ΤΑ18棒坯勤.12曬X 1670_:，裝入箱式電阻爐升溫加熱970 °C，保溫60 分鐘，出爐熱穿孔，熱穿孔熱乳制后的管坯冷卻后進行乳制成品規格為0177. 8mni X 9. 19mm X AlOOOmm,氧化退火600°C保溫1小時，堿洗、酸洗、水洗、定尺下料、取樣分析 其性能實測為 Rm 910MPa, RpO. 2830MPa, A 12% ;
[0042] 鈦合金TA18管，按重量百分比計合金組成為：A1 3%，V 2. 7%，Ti余量。
[0043] 實施例7·
[0044] 具體制備過程如下：
[0045] 由ΤΑ18棒坯07:8Qmm X167〇nm，裝入箱式電阻爐升溫加熱1020 °C，保溫60 分鐘，出爐熱穿孔，熱穿孔后熱頂乳管至成品規格為0558. 8mm X35. 5:曬XMOQOffiffi，. 氧化退火600°C保溫1小時，堿洗、酸洗、水洗、定尺下料、取樣分析其性能實測為Rm 930MPa, RpO. 2840MPa, A 13% ；
[0046] 鈦合金TA18管，按重量百分比計合金組成為：A1 3. 1%，V 2. 9%，Ti余量。
[0047] 實施例8.
[0048] 具體制備過程如下：
[0049] 由TA18棒坯0362mm X 1670mm,裝入箱式電阻爐升溫加熱980 °C，保溫60 分鐘，出爐熱擠壓，熱擠壓后熱頂乳管至成品規格為0127mm X9. l9mmX24000mm, 氧化退火600°C保溫1小時，堿洗、酸洗、水洗、定尺下料、取樣分析其性能實測為Rm 900MPa, RpO. 2830MPa, A 15% ；
[0050] 鈦合金TA18管，按重量百分比計合金組成為：A1 3. 1%，V 2. 5%，Ti余量。
[0051] 實施例9·
[0052] 具體制備過程如下：
[0053] 由ΤΑ18棒還01500mrn X 2500mrn，裝入天然氣爐升溫加熱1100°C，保溫12小時， 出爐熱穿孔，熱穿孔后的管坯冷卻后機加工成品規格為01200mm X lOOmmX 10000mm, 氧化退火900°C保溫8小時，堿洗、酸洗、水洗、定尺下料、取樣分析其性能實測為 Rm100 0MPa，Rp0.2910MPa，A 11%。
[0054] 鈦合金TA18管，按重量百分比計合金組成為：A1 3. 5%，V 3%，Ti余量。
[0055] 實施例10.
[0056] 具體制備過程如下：
[0057] 由ΤΑ 18棒坯0120腿1 X 1000腿1，裝入箱式電阻爐升溫加熱960 °C，保溫60分 鐘，出爐熱擠壓，熱擠壓后的管坯冷卻后機加工成品規格為064畫X6. 5腿X5200腿， 氧化退火600°C保溫1小時，堿洗、酸洗、水洗、定尺下料、取樣分析其性能實測為Rm 860MPa, RpO. 2780MPa, A 16% ；
[0058] 鈦合金TA18管，按重量百分比計合金組成為：A1 3. 1%，V 2. 6%，Ti余量。
[0059] 實施例11.
[0060] 具體制備過程如下：
[0061] 由TA18棒坯01700mm X 2500mm,裝入天然氣爐升溫加熱1100°C，保溫13小時， 出爐熱擠壓，熱擠壓后的管還冷卻后機加工成品規格為B.lSffOmmXzlOOmrnX l()()()()mm，. 氧化退火900°C保溫8小時，堿洗、酸洗、水洗、定尺下料、取樣分析其性能實測為 Rm950MPa，RpO. 2860MPa，A 11 %。
[0062] 鈦合金TA18管，按重量百分比計合金組成為：A1 3. 2%，V2. 8%，Ti余量。
【主權項】
1. 一種鐵合金TA18無縫管，其特征在于： 按重量百分比計合金組成為：A1 (2~3. 5) %，V(1. 5~3) %，余量為鐵。2. 按照權利要求1所述的鐵合金無縫管，其特征在于： 按重量百分比計合金組成為：A1(2~3. 5) %，V(1. 5~3) %，化《0. 3%，C《0. 08%， N《0. 05%，H《0. 015%，O《0. 2% ;余量為鐵。3. 按照權利要求1或2所述的鐵合金無縫管，其特征在于：鐵合金TA18無縫管的規格 范圍： 圓管：外徑010~則500腿X璧厚化9~400mm(但外徑與璧厚之比必須大于2) X 長巧 100'、24 OOOmm; 巧，方符：化長10~1500mmX邊長I (Tl 500mmX咕掉0.9~IOOmm(化句;個邊 長都必須大于相鄰2個壁厚之和）X長度10曠24000mm; 或，異形管：大頭外徑010~015OOmmX壁厚0. 9~400mm(但外徑與壁厚之比 必須大于2) X小頭外徑03~013O(MmX壁厚0. 9~40(Mm (但外徑與壁厚之比必須大 T- 2) X長化K)(r2.1000mm，異形管大頭外徑必須大于小頭外徑。4. 一種權利要求1、2或3所述鐵合金TA18無縫管的制備方法，其特征在于： 按重量百分比計合金原料組成為：Al (2~3. 5) %，V(l. 5~3) %，Ti余量； 按常規方法將上述原料加工成棒巧料； 通過熱擠壓或熱穿孔的方式制備管巧，成品管制備方法為下述9種之一， 第一種是熱穿孔后進行熱社制成品； 第二種是熱穿孔后進行冷社制成品； 第=種是熱穿孔后進行進行熱社制再冷社制成品； 第四種是熱穿孔后進行熱頂管社制成品； 第五種是熱穿孔后進行機加工所得到的成品管； 第六種是熱擠壓制備管巧后進行熱社制成品管； 第屯種是熱擠壓制備管巧后進行冷社制成品管； 第八種是熱擠壓制備管巧后進行頂管社制成品； 第九種是熱擠壓制備管巧后直接機加工成品管； 按上述9種方法任一生產的TA18無縫管得到金屬晶粒更加細化、組織更加致密，從而 使其材料的性能大有改善。5. 按照權利要求4所述的制備方法，其特征在于：鐵合金TA18無縫管的規格范圍： 圓管：外徑010~0巧OOmmX壁厚0. 9~400麵(但外徑與壁厚之比必須大于2) X 長化 100-、21000mm; 或，方管：邊長10~ISOOmmX邊長10~ISOOmmX壁厚0. 9~400mm(但每個邊長都 必須大于相鄰2個壁厚之和）X長度100~24000mm ; 或，異形管：大頭外徑010~015OOmmX壁厚0. 9~400mm(但外徑與壁厚之比 必須大于2) X小頭外徑03l313OOmmX壁厚化9~IOOmm(但外徑與壁厚么比必須大 于2) X長化10(廣IMOOOmm，異形管大頭外徑必須大于小頭外徑。6. 按照權利要求5所述的制備方法，其特征在于： 在制備TA18鐵合金管時，首先無缺陷的光棒巧料放在加熱爐（天然氣爐或箱式電阻爐 或感應加熱爐或煤氣發生爐）內進行升溫加熱；加熱至溫度6〇o°c~iioor，保溫時間= (加熱錠巧直徑mm/2)分鐘+ (20~90)分鐘；進行出爐熱穿孔或熱擠壓，熱穿孔或熱擠壓后 再進行冷社制或熱社制、熱穿孔或熱擠壓后機加工、熱穿孔或熱擠壓后熱頂管社制，冷社制 或熱社制時變形量為（20%~90% )/次，熱穿孔后、熱擠壓后、熱社制后的溫度為300°C~ 900 °C。7. 按照權利要求4、5或6所述的制備方法，其特征在于：鐵合金TA18無縫管的熱處理 及表面處理：熱穿孔、熱擠壓、冷社制、熱社制、熱頂管社制、及管巧機加工后的成品采用氧 化退火或真空退火，氧化退火的退火溫度為400~IOOCTC保溫0. 5~8小時；真空退火的 退火溫度為400~IOOCTC保溫0. 5~8小時，熱處理后的成品則要再進行酸洗或堿洗、酸洗 或堿洗后水洗，獲得產成品，或者再進行一次機加工獲得產成品。
【文檔編號】B21C37/06GK105986144SQ201510076912
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月12日
【發明人】張忠世, 郭淑君, 張桂艷, 王嘯虎
【申請人】張忠世