一種鈦合金管及其生產方法
【專利摘要】本發明涉及一種鈦合金管及其生產方法，該方法的步驟如下：斜底式加熱爐加熱→斜軋穿孔→定徑→帶溫矯直→一次酸洗→冷軋→退火→帶溫矯直→二次酸洗。該方法生產的鈦合金管具有以下的特性：對外徑60.32～88.90mm規格的鈦合金管，外徑公差0.0mm～+0.79mm，壁厚公差≥-10％，滿足鈦合金油管設計尺寸公差要求；屈服強度758～965MPa，抗張強度≥862MPa，延伸率≥11.0％，符合110ksi鋼級的性能。
【專利說明】一種鈦合金管及其生產方法 【【技術領域】】
[0001] 本發明屬于鈦合金管的生產【技術領域】，具體涉及一種鈦合金管及其生產方法。 【【背景技術】】
[0002] 鈦合金管廣泛用于石油、石化行業；航空航天領域；軍工企業產品；核電行業；制 藥廠離心機、反應器等。鈦合金耐蝕性好，在大氣中鈦表面立即形成一層均勻致密的氧化 膜，有抵抗多種介質侵蝕的能力。通常鈦在氧化性和中性介質中具有良好的耐蝕性，在海 水、濕氯氣和氯化物溶液中的耐蝕性能更為優異。
[0003] 鈦合金管如采用加熱爐加熱一斜軋穿孔一軋管一定徑一冷床冷卻工藝生產時，由 于加熱溫度低（1000°c左右），穿孔毛管到軋機前臺毛管溫度低（一般在850?900°C左 右），乳制時，芯棒壽命低，乳制的鈦合金管內表面缺陷多，探傷合格率低，對小規格鈦合金 管內表面修磨困難。 【
【發明內容】
】
[0004] [要解決的技術問題]
[0005] 本發明的目的是提供一種鈦合金管的生產方法。
[0006] 本發明的另一個目的是提供一種采用上述生產方法制得的鈦合金管。
[0007] [技術方案]
[0008] 本發明是通過下述技術方案實現的。
[0009] 本發明提供了一種鈦合金管的生產方法，該生產方法的步驟如下：
[0010] A、加熱
[0011] 將鈦合金制成的圓坯置于爐內殘氧量的體積濃度2?5%的微氧化氣氛的斜底式 加熱爐中加熱至溫度950?1030°C下并在該溫度下保溫20?30min，得到加熱后的鈦合金 圓述；
[0012] B、斜軋穿孔
[0013] 步驟A加熱后的鈦合金圓坯出爐后經輥道輸送至穿孔機進行斜軋穿孔得到外表 面溫度970?1030°C的毛管；
[0014] C、定徑
[0015] 斜軋穿孔后的毛管進行定徑得到鈦合金荒管，其中控制斜軋穿孔后的毛管輸送至 定徑機的時間為35?50s，并控制定徑前毛管溫度850?930°C ;定徑后帶溫矯直，然后空 冷至室溫；
[0016] D、一次酸洗
[0017] 將定徑后帶溫矯直的荒管置于由5?9重量份氫氟酸、16?22重量份硝酸和69? 79重量份水組成的溫度50?70°C的酸洗液中進行一次酸洗，得到鈦合金管坯；
[0018] E、冷軋
[0019] 將一次酸洗后的鈦合金管坯經冷軋機進行變形量30?50%的一道次冷軋；
[0020] F、退火
[0021] 將冷軋后的鈦合金管坯傳送至退火爐中加熱至溫度850?930°C并在該溫度下保 溫20?30min ;接著立即帶溫矯直；
[0022] G、二次酸洗
[0023] 將退火矯直后的鈦合金管坯置于由5?9重量份氫氟酸、16?22重量份硝酸和 69?79重量份水組成的溫度50?70°C的酸洗液中進行二次酸洗，即得到所述的鈦合金 管。
[0024] 根據本發明的優選實施方式，所述的鈦合金由下述組分組成，以重量計：
[0025] Al 5. 6 ?6. 7 % ;
[0026] V 3. 6 ?4. 4%;
[0027] Fe ^ 0. 28% ；
[0028] C^O. 07% ；
[0029] 0^0. 18% ；
[0030] N ^ 0. 01% ；
[0031] H ^ 0. 01% ；
[0032] 余量 Ti。
[0033] 根據本發明的優選實施方式,所述的圓坯的直徑為cp 95'(p 120mm。
[0034] 根據本發明的優選實施方式，所述的酸洗液是由8重量份氫氟酸、19質量份硝酸 和73重量份水組成的。
[0035] 根據本發明的優選實施方式，所述的一次酸洗和二次酸洗的時間分別為5? 9min〇
[0036] 根據本發明的優選實施方式，在加熱步驟中，是將鈦合金制成的圓坯置于爐內殘 氧量的體積濃度2?5%的微氧化氣氛的斜底式加熱爐中加熱至溫度970?1000°C。
[0037] 根據本發明的優選實施方式，所述定徑的變形量為2?25%。
[0038] 根據本發明的優選實施方式，所述定徑后帶溫矯直的溫度為520?600°C。
[0039] 根據本發明的優選實施方式，所述的冷軋機采用機油潤滑。
[0040] 本發明還提供了采用所述的生產方法制得的鈦合金管，所述的鈦合金管具有以下 的特性：
[0041] 對外徑60. 32?88. 90謹規格的鈦合金管，外徑公差0? (tom?+0? 79謹，壁厚 公差> -10%，滿足鈦合金油管設計尺寸公差要求；屈服強度758?965MPa，抗張強度 彡862MPa，延伸率彡11.0%，符合IlOksi鋼級的性能。
[0042] 下面對本發明作進一步的說明。
[0043] 本發明提供了一種鈦合金管的生產方法，該生產方法的步驟如下：
[0044] A、加熱
[0045] 將鈦合金制成的圓坯置于爐內殘氧量的體積濃度2?5%的微氧化氣氛的斜底式 加熱爐中加熱至溫度950?1030°C下并在該溫度下保溫20?30min，得到加熱后的鈦合金 圓述；
[0046] 在本發明中，將鈦合金制成的圓坯置于斜底式加熱爐中加熱至溫度950? 1030°C，是由于如果加熱溫度過低，鈦合金變形抗力隨著溫度的降低而提高，從而容易導 致穿孔機負荷過高或軋卡的情況，因此需要較高的加熱溫度以保證穿孔過程的穩定性；反 之，如果加熱溫度過高，鈦合金圓坯的塑性會降低，圓坯滲氣層厚度會急劇增加，斜軋穿孔 后的毛管容易產生外表面缺陷；因此綜合上述影響因素，圓坯在斜底式加熱爐中加熱至溫 度950?1030°C，保溫時間為20?30min。根據本發明的優選實施方式，圓坯加熱至溫度 970 ?1000。。。
[0047] B、斜軋穿孔
[0048] 步驟A加熱后的鈦合金圓坯出爐后經輥道輸送至穿孔機進行斜軋穿孔得到外表 面溫度970?1030°C的毛管；
[0049] 在本發明中，穿孔機采用的是76自動軋管機組。加熱后的鈦合金圓坯經輥道輸送 至穿孔機前臺的溫度為910?990°C，斜軋穿孔后的毛管外表面溫度為970?1030°C。
[0050] C、定徑
[0051] 斜軋穿孔后的毛管進行定徑得到鈦合金荒管，其中控制斜軋穿孔后的毛管輸送至 定徑機的時間為35?50s，并控制定徑前毛管溫度850?930°C ;定徑后帶溫矯直，然后空 冷至室溫；
[0052] 本發明中，斜軋穿孔后的毛管進行定徑獲得鈦合金荒管，減少了采用軋機軋管的 工序，由于加熱溫度為950?1030°C，穿孔毛管到軋機前臺毛管溫度一般在850?900°C， 軋制時，芯棒壽命低，乳制的鈦合金管內表面缺陷多，探傷合格率低。減少軋機熱軋軋管工 序,可避免內表面產生缺陷,提高內表面質量。
[0053] 定徑前控制毛管溫度為850?930°C，以使得鈦合金在P相一a + 0相轉變（兩 相區）溫度范圍內進行定徑，在兩相區變形激活能遠大于鈦合金自由擴散激活能，有利于 定徑變形過程中發生動態再結晶。根據本發明的優選實施方式，定徑前控制毛管溫度為 900?930°C，定徑后的溫度為830?890°C。
[0054] 定徑后帶溫矯直，以保證鈦合金荒管表面氧化鐵皮破碎，便于后期酸洗去除氧化 鐵皮和滲氣層。根據本發明的優選實施方式，所述定徑后帶溫矯直的溫度為520?600°C。
[0055] D、一次酸洗
[0056] 將定徑后帶溫矯直的荒管置于由5?9重量份氫氟酸、16?22重量份硝酸和69? 79重量份水組成的溫度50?70°C的酸洗液中進行一次酸洗，得到鈦合金管坯；
[0057] 定徑后帶溫矯直的荒管先進行酸洗，以除去管坯表面氧化鐵皮和表面滲氣層，便 于后續冷軋，避免直接冷軋產生表面缺陷。
[0058] 酸洗液中氫氟酸的作用是起腐蝕鈦合金氧化皮和滲氣層，硝酸的作用是減小酸洗 過程中鈦合金吸氫。根據本發明的優選實施方式，所述的酸洗液是由8重量份氫氟酸、19質 量份硝酸和73重量份水組成的。
[0059] 酸洗液的溫度50?70°C時可以保證酸洗液快速去除氧化鐵皮和表面滲氣層。一 次酸洗的時間為5?9min，酸洗的時間可根據酸洗槽內鈦合金管的數量和酸洗液濃度來控 制。
[0060] E、冷軋
[0061] 將一次酸洗后的鈦合金管坯經冷軋機進行變形量30?50%的一道次冷軋。要求 變形量30 %以上冷軋變形量，是為了達到需要的變形激活能，有利于退火過程中發生再結 晶，達到細化晶粒，提高延伸性能，但變形量超過50%，冷軋變形困難。
[0062] 一道次冷軋是指通過前期定徑到設計規格，只進行1次冷軋，就能軋制成成品規 格尺寸，如前期沒有定徑，毛管外徑規格大，為冷軋到成品規格，會進行2?3次冷軋，乳制 成本增加。否則為保證只進行1次冷軋成成品規格，采購的斜軋穿孔坯料規格會增加，增加 采購難度成本。
[0063] F、退火
[0064] 將冷軋后的鈦合金管坯傳送至退火爐中加熱至溫度850?930°C并在該溫度下保 溫20?30min ;接著立即帶溫矯直；
[0065] 由于鈦合金彈性模量低，冷矯直很難矯直，因此利用退火的余溫帶溫矯直。
[0066] 本發明采用連續步進式加熱爐進行退火，能進行連續退火處理，對退火產生的氧 化皮和滲氣層采用酸洗去除，退火節奏快，又能保證表面質量。現有鈦合金冷軋后，采用真 空爐退火處理，真空爐退火處理后不再進行酸洗或修磨去除氧化皮和深氣成，但真空退火 要控制出爐溫度（加熱到溫并保溫后，要隨爐冷卻到600°C以下才能出爐，避免再次氧化和 滲氣，不能連續進行退火處理，處理時間長，成本高。
[0067] 通過對冷軋后鈦合金的退火處理，通過退火不同溫度要求，保證鈦合金管的屈服、 抗張、延伸和沖擊功滿足要求。
[0068] G、二次酸洗
[0069] 將退火矯直后的鈦合金管坯置于由5?9重量份氫氟酸、16?22重量份硝酸和 69?79重量份水組成的溫度50?70°C的酸洗液中進行二次酸洗，即得到所述的鈦合金 管。
[0070] 經過退火處理后的鈦合金管坯表面會再次產生氧化皮和滲氣層，因此退火矯直后 的鈦合金管需再次進行酸洗，酸洗液是由5?9重量份氫氟酸、16?22重量份硝酸和69? 79重量份水組成的，酸洗溫度為50?70°C，酸性時間為5?9min，酸洗時間可根據酸洗槽 內鈦合金管的數量和酸洗液濃度來控制。
[0071] 根據本發明的優選實施方式，所述的鈦合金由下述組分組成，以重量計：
[0072] Al 5. 6 ?6. 7%;
[0073] V 3. 6 ?4. 4%;
[0074] Fe ^ 0. 28% ；
[0075] C^O. 07% ；
[0076] 0^0. 18% ；
[0077] N ^ 0. 01% ；
[0078] H ^ 0. 01% ；
[0079] 余量 Ti。
[0080] 根據本發明的優選實施方式,所述的圓坯的直徑為Cp 95~(p 120mm。
[0081] 根據本發明的優選實施方式，所述定徑的變形量為2?25%。
[0082] 根據本發明的優選實施方式，所述的冷軋機采用機油潤滑。
[0083] 本發明還提供了采用所述的生產方法制得的鈦合金管，所述的鈦合金管具有以下 的特性：
[0084] 對外徑60. 32?88. 90謹規格的鈦合金管，外徑公差0? (tom?+0? 79謹，壁厚 公差> -10%，滿足鈦合金油管設計尺寸公差要求；屈服強度758?965MPa，抗張強度 彡862MPa，延伸率彡11.0%，符合IlOksi鋼級的性能。
[0085][有益效果]
[0086] (1)本發明在斜軋穿孔后省去軋管工序而增加定徑的工序，通過對穿孔后的毛管 定徑成不同冷軋尺寸的管坯，可以實現一種規格的圓坯可生產不同外徑尺寸的一道次冷軋 鈦合金管。
[0087] (2)減少了軋機軋管，管坯內表面好；穿孔毛管在鈦合金兩相區定徑，其變形量可 以和冷軋變形量疊加，冷軋后經退火有利于改善鈦合金管性能。
[0088] (3)獲得的鈦合金管外表面質量好，外徑、壁厚尺寸精度高，成材率在92 %以上。 鈦合金管具有以下的特性：
[0089] 對外徑60. 32?88. 90謹規格的鈦合金管，外徑公差0? (tom?+0? 79謹，壁厚 公差> -10%，滿足鈦合金油管設計尺寸公差要求；屈服強度758?965MPa，抗張強度 彡862MPa，延伸率彡11.0%，符合IlOksi鋼級的性能。 【【具體實施方式】】
[0090] 通過下述實施例將能夠更好地理解本發明。
[0091] 實施例1 :生產規格'cp 88.9mm X 6.45mm鈦合金管
[0092] 工藝流程： 鍛制機加工f n5mm _坯一鉆定心孔一斜底式加熱爐加熱一穿 孔成Cp 118mmX 7,5mm毛管^記徑成(p U4mmX 7.6mm荒管^帶溫矯直一?次 酸洗一冷軋成f 88.9mmX6.45mm-退火一帶溫矯且一一.次酸洗,合格后包裝。
[0093] 具體的生產方法如下：首先，將鈦合金制成的f 115mm圓坯置于爐內殘氧量的 體積濃度2?5%的微氧化氣氛的斜底式加熱爐中加熱至溫度970?990°C下并在該溫度 下保溫25min,得到加熱后的鈦合金圓坯。其中鈦合金制成的cp 115mm圓坯是生產廠家經 真空自耗電弧爐熔煉、鍛造和機加工得到，質量符合斜軋穿孔要求，其化學成分按照重量百 分計為：A1 :6.39%、V:4.07%、Fe :0? 11%以及余量打，該化學成分符合68/^3620.2-2007 的規定。
[0094] 加熱后的鈦合金圓坯出爐后經輥道輸送至穿孔機進行斜軋穿孔得到外表 面溫度970?l〇25°C規格<p 118mmX7.5mm的毛管；其中穿孔機是孔頂頭規格 〇94mmX 210mm、頂桿規格089的76自動乳管機組，穿孔機孔型參數如下：棍距98± Imm, 導距108± 1mm，頂伸量93±2mm，穿孔輥轉速70?75轉/分。
[0095] 然后,斜軋穿孔后的毛管進行定徑得到規格Cp 114mmX7.6mm的鈦合金荒管, 其中斜軋穿孔后的毛管輸送至定徑機的時間為44?46s，定徑前毛管溫度910°C?930°C， 定徑后溫度為870?890°C，定徑的變形量為2. 4% ;定徑后帶溫矯直，矯直溫度為580°C? 600°C，然后空冷至室溫；
[0096] 再將定徑后帶溫矯直的荒管置于由8重量份氫氟酸、19重量份硝酸和73重量份水 組成的溫度60°C的酸洗液中進行一次酸洗，得到鈦合金管坯；
[0097] 將一次酸洗后的鈦合金管坯經冷軋機進行變形量33. 3 %的一道次冷軋得到規格 Cp 88.9mm X 6.45mm的冷軋后的鈦合金管坯；
[0098] 將冷軋后的鈦合金管坯傳送至退火爐中加熱至溫度890?910°C并在該溫度下保 溫20min ;接著立即帶溫矯直；
[0099] 最后將退火矯直后的鈦合金管述置于由8重量份氫氟酸、19重量份硝酸和73重量 份水組成的溫度50?70°C的酸洗液中進行二次酸洗，即得到所述的鈦合金管。
[0100] 本實施例制得的鈦合金管的外徑尺寸見表1，壁厚尺寸見表2,鈦合金管的性能數 據見表3。
[0101] 表1 :實施例1的鈦合金管的外徑尺寸
[0102]
【權利要求】
1. 一種鈦合金管的生產方法，其特征在于該生產方法的步驟如下： A、 加熱 將鈦合金制成的圓坯置于爐內殘氧量的體積濃度2?5%的微氧化氣氛的斜底式加熱 爐中加熱至溫度950?1030°C下并在該溫度下保溫20?30min，得到加熱后的鈦合金圓 坯； B、 斜軋穿孔 步驟A加熱后的鈦合金圓坯出爐后經輥道輸送至穿孔機進行斜軋穿孔得到外表面溫 度970?1030°C的毛管； C、 定徑 斜軋穿孔后的毛管進行定徑得到鈦合金荒管，其中控制斜軋穿孔后的毛管輸送至定徑 機的時間為35?50s，并控制定徑前毛管溫度850?930°C;定徑后帶溫矯直，然后空冷至 室溫； D、 一次酸洗 將定徑后帶溫矯直的荒管置于由5?9重量份氫氟酸、16?22重量份硝酸和69?79 重量份水組成的溫度50?70°C的酸洗液中進行一次酸洗，得到鈦合金管坯； E、 冷軋 將一次酸洗后的鈦合金管述經冷乳機進行變形量30?50 %的一道次冷乳； F、 退火 將冷軋后的鈦合金管坯傳送至退火爐中加熱至溫度850?930°C并在該溫度下保溫 20?30min;接著立即帶溫矯直； G、 二次酸洗 將退火矯直后的鈦合金管述置于由5?9重量份氫氟酸、16?22重量份硝酸和69? 79重量份水組成的溫度50?70°C的酸洗液中進行二次酸洗，即得到所述的鈦合金管。
2. 根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于所述的鈦合金由下述組分組成，以重 量百分計： Al5. 6 ?6. 7% ; V3. 6 ?4. 4% ; Fe^ 0. 28% ； C^O. 07% ； 0^0. 18% ； N^O. 01% ； H^O. 01% ； 余量Ti。
3. 根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于所述的圓坯的直徑為 f95--<pl20mm〇
4. 根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于所述的酸洗液是由8重量份氫氟酸、19 質量份硝酸和73重量份水組成的。
5. 根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于所述的一次酸洗和二次酸洗的時間分 別為5?9min。
6. 根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于將鈦合金制成的圓坯置于爐內殘氧量 的體積濃度2?5%的微氧化氣氛的斜底式加熱爐中加熱至溫度970?1000°C。
7. 根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于所述定徑的變形量為2?25%。
8. 根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于所述定徑后帶溫矯直的溫度為520? 600。。。
9. 根據權利要求1所述的生產方法，其特征在于所述的冷軋機采用機油潤滑。
10. 根據權利要求1-9中任一項權利要求所述的生產方法制得的鈦合金管，其特征在 于所述的鈦合金管具有以下的特性： 對外徑60. 32?88. 90mm規格的鈦合金管，外徑公差0.0mm?+0.79mm，壁厚公 差彡-10 %，滿足鈦合金油管設計尺寸公差要求；屈服強度758?965MPa，抗張強度 彡862MPa，延伸率彡11.0%，符合IlOksi鋼級的性能。
【文檔編號】F16L9/02GK104308461SQ201410424401
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年8月26日 優先權日:2014年8月26日
【發明者】曾理, 成海濤, 邊華川, 江健, 鄒友富, 郭元蓉, 劉仁明, 彭海龍 申請人:攀鋼集團成都鋼釩有限公司