一種鈦鍛造法蘭三通的製造方法與流程
2023-09-19 17:26:50
本發明屬於有色金屬加工方法技術領域，涉及一種鈦金屬加工方法，具體涉及一種鈦鍛造法蘭三通的製造方法。
背景技術：
牌號(TA2)為工業純鈦，其特點是：強度不高但塑性好，易於加工成型，衝壓、焊接、可切割加工性能良好；在大氣、海水、溼氯氣及氧化性、中性、弱還原性介質中具有良好的耐蝕性，多用於艦船、石油及化工領域。常溫下，鈦金屬表面容易形成一層保護性氧化膜，不受水、酸性溶液及鹼性溶液的侵蝕，對海水的抗腐蝕能力特別強。鈦管安裝主要應用於海洋艦船、石油、化工及熱電站等工業部門，而鈦管件三通與管子的連接是其重要組成部分。
執行美國標準ASTM B381加工的鈦鍛造法蘭三通能替代目前通用的鈦鑄造三通、鈦焊接三通，這種經鍛造工藝生產的法蘭三通密實度高且力學性能好，不僅提高了原材質特有的強度，還能有效解決單純的鈦鑄造三通材質較脆、鑄件上有氣孔及承受壓力低的問題，有效解決鈦焊接三通因90度角無法探傷，焊接處存有隱患、焊接點有雜質、焊接管壁較薄(最厚6mm)焊接容易變形，安裝、使用過程中易從焊接處拉開的問題；另外，由於鈦鍛造法蘭三通為一個整體，無焊接點，且壁厚達8mm以上，能承受較高壓力，因而在各種惡劣工況條件下都能保證管件自身的性能。由此可見，拓展鈦鍛造管件加工材料對於海洋艦船、石油、化工等行業有很深遠的影響，非常值得推廣。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種鈦鍛造法蘭三通的製造方法，有效解決了鈦鑄件三通、鈦焊接三通抗壓性能不足的問題。
本發明所採用的技術方案是，一種鈦鍛造法蘭三通的製造方法，具體按照以下步驟實施：
步驟1、採用O級海綿鈦配氧包進行備料；
步驟2、先將經步驟1中的海綿鈦和氧包進行壓電極處理得到電極塊，再焊接成電極；
步驟3、將經步驟2得到的電極置於真空電弧爐裡進行二次熔煉處理，得到鈦錠；
步驟4、將經步驟3得到的鈦錠進行保溫處理；
步驟5、將經步驟4得到的鑄錠採用油壓機進行鐓拔鍛造，經四墩四拔、反覆兩個火次處理，得到鈦方塊；
步驟6、將經步驟5得到的鈦方塊進行打磨、檢驗得到成品方塊；
步驟7、將經步驟6檢驗合格後的成品方塊進行機械加工處理，得到初加工的鈦鍛造法蘭三通；
步驟8、將經步驟7得到的初加工的鈦鍛造法蘭三通進行外觀尺寸檢驗，依次檢驗法蘭直徑、孔的絲距，若無瑕疵，則進行表面拋光處理，得到鈦鍛造法蘭三通。
本發明的特點還在於：
在步驟1中，根據壓力機槽容量，將O級海綿鈦做為原料，用≤0.07％的鐵、≤0.2％的氧包成氧包。
步驟2具體按照以下方法實施：
將海綿鈦與氧包分層放置於壓力機槽內，在4500壓力機下壓製成電極塊，然後用氬弧焊焊接成電極。
在步驟3中：
第一次熔煉：採用直徑為ф480～ф560mm的坩堝，起弧電流為2200A～3500A，電壓為27V～30V，真空度為6.8E-0～1.4E-0，熔煉採用電流為6000A～9000A，電壓為33V～35V，真空度為1.5E·1～5.0E·0，穩弧3～8，冷卻時間為2.5h～5.5h，水溫在60℃以下；
第二次熔煉：採用直徑為ф560～ф640mm的坩堝，起弧電流為2.2KA～3.5KA，電壓為27V～30V，真空度為6.8E-0～1.4E-0，熔煉採用電流為8KA～22.5KA，電壓為32V～35V，真空度為8.5E·0～1.2E-1，穩弧3～10，冷卻時間為4h～8h，水溫在60℃以下；
經冷卻後，形成Φ550mm～650mm的鈦錠。
步驟4中的保溫處理方法具體如下：
將經步驟3得到的直徑為Φ550--Φ650，長度為550mm的鈦錠進行加熱處理，其中裝爐溫度為800℃～850℃，裝爐溫度下預熱100min，加熱升溫120min～150min，保溫150min～180min。
步驟5具體按照以下方法實施：
採用3500T油壓機對經步驟4得到的鑄錠進行鍛造開坯、坯中間鍛造及成品鍛造，坯料加熱溫度及終鍛溫度的工藝參數具體如下：
鑄錠開坯加熱溫度950℃～1000℃，終鍛溫度不低於750℃，開坯階段的變形量應為50％以上；坯中間鍛造加熱溫度900℃～950℃，終鍛溫度不低於700℃，中間階段的變形量應為30％以上；成品鍛造加熱溫度800℃～850℃，終鍛溫度不低於650℃，成品鍛造階段的變形量應為20％以上。
步驟6具體按照以下方法實施：
先對經步驟5得到的鈦方塊進行酸洗，用以去除氧化層；
再依次經無損探傷檢查及表面檢查，確定成品方塊表面是否存在裂紋，若成品方塊表面沒有存在裂紋，則進行如下處理：
若表面有裂紋但裂紋較淺，則要進行修磨後轉入下一步驟，即進入步驟7；
若表面裂紋較深，則要看是否能夠避讓，若無法避讓，則要重新熔煉或加工其它較小的工件。
步驟7具體按照以下步驟實施：
步驟7.1、對經步驟6檢驗合格後的成品方塊進行刨面處理；
步驟7.2、經步驟7.1後，再依次進行探傷、鏜孔、線切割處理；
步驟7.3、經步驟7.2後，先確定的法蘭孔位置，在成品方塊掏直徑為Φ10mm的內圓；然後做工裝，上車銑加工中心進行加工；最後完成法蘭孔過絲、水線，經檢驗後得到成品鈦鍛造法蘭三通。
本發明的有益效果在於：
(1)利用本發明的製造方法所製造出的鈦鍛造法蘭三通再經過鍛造工藝處理後，其抗拉強度及屈服強度等性能指標，較之目前廣泛使用的鈦鑄造三通和鈦焊接三通均有大幅度的提高。
(2)利用本發明的製造方法所製造出的鈦鍛造法蘭三通屬於一體式結構材料，鈦鍛造法蘭三通的結構設計能保證在安裝使用過程中的內應力分布均勻，其結構相對簡單，安裝、更換以及維護也簡易，同時用一個構件來替代有多個零部件構成的管道構件，其可靠性也會顯著提高。
綜上所述，本發明的製造方法較之目前通用的鈦鑄件三通和鈦焊接三通在技術性能方面有著顯著提高，能承受巨大的管道輸送壓力，不僅適用於常溫下的惡劣工況條件，還能承受巨大的深海壓力，使管道構件的使用壽命得到提高。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本發明進行詳細說明。
本發明一種鈦鍛造法蘭三通的製造方法，具體按照以下步驟實施：
步驟1、採用O級海綿鈦配氧包進行備料，具體按照以下方法實施：
根據壓力機槽容量，將O級海綿鈦作為原料，用≤0.07％的鐵、≤0.2％的氧包成氧包。
步驟2、先將經步驟1中的海綿鈦和氧包進行壓電極處理得到電極塊，再焊接成電極，具體按照以下方法實施：
將海綿鈦與氧包分層放置於壓力機槽內，在4500壓力機下壓製成電極塊，然後用氬弧焊焊接成電極。
步驟3、將經步驟2得到的電極置於真空電弧爐裡進行二次熔煉處理，得到鈦錠；
第一次熔煉：一般採用直徑為ф480～ф560mm的坩堝，起弧電流為2200A～3500A，電壓為27V～30V，真空度為6.8E-0～1.4E-0，熔煉採用電流為6000A～9000A，電壓為33V～35V，真空度為1.5E·1～5.0E·0，穩弧3～8，冷卻時間為2.5h～5.5h，水溫在60℃以下；
第二次熔煉：一般採用直徑為ф560～ф640mm的坩堝，起弧電流為2.2KA～3.5KA，電壓為27V～30V，真空度為6.8E-0～1.4E-0(即與第一次熔煉相同)，熔煉採用電流為8KA～22.5KA，電壓為32V～35V，真空度為8.5E·0～1.2E-1，穩弧3～10，冷卻時間為4h～8h，水溫在60℃以下；
冷卻後取樣進行化學分析，合格則形成Φ550mm～650mm的鈦錠；
步驟4、將經步驟3得到的鈦錠進行保溫處理；
保溫處理的方法具體如下：
將經步驟3得到的直徑為Φ550mm--Φ650mm，長度為550mm的鈦錠進行加熱處理，其中裝爐溫度為800℃～850℃，裝爐溫度下預熱100min，加熱升溫120min～150min，保溫150min～180min；
步驟5、將經步驟4得到的鑄錠採用油壓機進行鐓拔鍛造，經四墩四拔、反覆兩個火次處理，得到鈦方塊，具體按照以下方法實施：
採用3500T油壓機對經步驟4得到的鑄錠進行鍛造開坯、坯中間鍛造及成品鍛造，坯料加熱溫度及終鍛溫度的工藝參數具體如下：
鑄錠開坯加熱溫度950℃～1000℃，終鍛溫度不低於750℃，開坯階段的變形量應為50％以上；坯中間鍛造加熱溫度900℃～950℃，終鍛溫度不低於700℃，中間階段的變形量應為30％以上；成品鍛造加熱溫度800℃～850℃，終鍛溫度不低於650℃，成品鍛造階段的變形量應為20％以上。
步驟6、將經步驟5得到的鈦方塊進行打磨、檢驗得到成品方塊；
其中，打磨、檢驗的過程具體如下：
先對經步驟5得到的鈦方塊進行酸洗，用以去除氧化層；
再依次經無損探傷檢查及表面檢查，確定成品方塊表面是否存在裂紋，若成品方塊表面沒有存在裂紋，則進行如下處理：
若表面有裂紋但裂紋較淺，則要進行修磨後轉入下一步驟，即進入步驟7；
若表面裂紋較深，則要看是否能夠避讓，若無法避讓，則要重新熔煉或加工其它較小的工件。
步驟7、將經步驟6檢驗合格後的成品方塊進行機械加工處理，得到初加工的鈦鍛造法蘭三通，具體按照以下步驟實施：
步驟7.1、對經步驟6檢驗合格後的成品方塊進行刨面處理；
步驟7.2、經步驟7.1後，再依次進行探傷、鏜孔、線切割處理；
步驟7.3、經步驟7.2後，先確定的法蘭孔位置，在成品方塊掏直徑為Φ10mm的內圓；然後做工裝(夾具)，上車銑加工中心進行加工；最後完成法蘭孔過絲、水線，經檢驗後得到成品鈦鍛造法蘭三通。
步驟8、將經步驟7得到的初加工的鈦鍛造法蘭三通進行外觀尺寸檢驗，依次檢驗法蘭直徑、孔的絲距，若無瑕疵，則進行表面拋光處理，得到鈦鍛造法蘭三通。
採用本發明的製造方法製造出的鈦鍛造法蘭三通，經測試得到：抗拉強度為545MPa，遠高於美國ASTM B381標準對普通鈦製品抗拉強度要求的37％；屈服強度為417MPa，遠高於該標準的34.1％；斷後伸長率為23％，遠高於該標準的13％；斷面收縮率為59％，遠高於該標準的49％，具體如表1和表2所示，表1為利用本發明的製造方法製造出的鈦鍛造法蘭三通與美國ASTMB381標準性能比較表，表2為利用本發明的製造方法製造出的鈦鍛造法蘭三通的金屬含量表；
表1
表2
實施例1
根據壓力機槽容量，將O級海綿鈦做為原料，用≤0.07％的鐵、≤0.2％的氧包成氧包；
將海綿鈦與氧包分層放置於壓力機槽內，在4500壓力機下壓製成電極塊，然後用氬弧焊焊接成電極；
將得到的電極置於真空電弧爐裡進行二次熔煉處理，得到鈦錠，第一次熔煉：採用直徑為ф480～ф560mm的坩堝，起弧電流為2200A，電壓為27V，真空度為6.8E-0，熔煉採用電流為6000A，電壓為33V，真空度為1.5E·1，穩弧3，冷卻時間為2.5h，水溫在60℃以下；第二次熔煉：採用直徑為ф560～ф640mm的坩堝，起弧電流為2.2KA，電壓為27V，真空度為6.8E-0，熔煉採用電流為8KA，電壓為32V，真空度為8.5E·0，穩弧3，冷卻時間為4h，水溫在60℃以下；冷卻後取樣進行化學分析，合格則形成Φ550mm～650mm的鈦錠；
將得到的直徑為Φ550mm--Φ650mm，長度為550mm的鈦錠進行加熱處理，其中裝爐溫度為800℃，裝爐溫度下預熱100min，加熱升溫120min，保溫150min；
採用3500T油壓機對得到的鑄錠進行鍛造開坯、坯中間鍛造及成品鍛造，坯料加熱溫度及終鍛溫度的工藝參數具體如下：鑄錠開坯加熱溫度950℃，終鍛溫度不低於750℃，開坯階段的變形量應為50％以上；坯中間鍛造加熱溫度900℃，終鍛溫度不低於700℃，中間階段的變形量應為30％以上；成品鍛造加熱溫度800℃，終鍛溫度不低於650℃，成品鍛造階段的變形量應為20％以上；
先對得到的鈦方塊進行酸洗，用以去除氧化層；再依次經無損探傷檢查及表面檢查，確定成品方塊表面是否存在裂紋，若成品方塊表面沒有存在裂紋，則進行如下處理：若表面有裂紋但裂紋較淺，則要進行修磨後轉入下一步驟；若表面裂紋較深，則要看是否能夠避讓，若無法避讓，則要重新熔煉或加工其它較小的工件。
對檢驗合格後的成品方塊進行刨面處理；再依次進行探傷、鏜孔、線切割處理；確定的法蘭孔位置，在成品方塊掏直徑為Φ10mm的內圓，做工裝(夾具)，上車銑加工中心進行加工，完成法蘭孔過絲、水線，經檢驗後得到成品鈦鍛造法蘭三通；
將得到的初加工的鈦鍛造法蘭三通進行外觀尺寸檢驗，依次檢驗法蘭直徑、孔的絲距，若無瑕疵，則進行表面拋光處理，得到鈦鍛造法蘭三通。
實施例2
根據壓力機槽容量，將O級海綿鈦做為原料，用≤0.07％的鐵、≤0.2％的氧包成氧包；
將海綿鈦與氧包分層放置於壓力機槽內，在4500壓力機下壓製成電極塊，然後用氬弧焊焊接成電極；
將得到的電極置於真空電弧爐裡進行二次熔煉處理，得到鈦錠，第一次熔煉：採用直徑為ф480mm～ф560mm的坩堝，起弧電流為2800A，電壓為28V，真空度為4.3E-0，熔煉採用電流為7500A，電壓為34V，真空度為1.5E·1，穩弧6，冷卻時間為4h，水溫在60℃以下；第二次熔煉：採用直徑為ф560mm～ф640mm的坩堝，起弧電流為2.8KA，電壓為28V，真空度為4.3E-0，熔煉採用電流為16KA，電壓為34V，真空度為8.5E·0，穩弧6，冷卻時間為6h，水溫在60℃以下；冷卻後取樣進行化學分析，合格則形成Φ550mm～650mm的鈦錠；
將得到的直徑為Φ550mm--Φ650mm，長度為550mm的鈦錠進行加熱處理，其中裝爐溫度為830℃，裝爐溫度下預熱100min，加熱升溫135min，保溫165min；
採用3500T油壓機對得到的鑄錠進行鍛造開坯、坯中間鍛造及成品鍛造，坯料加熱溫度及終鍛溫度的工藝參數具體如下：鑄錠開坯加熱溫度970℃，終鍛溫度不低於750℃，開坯階段的變形量應為50％以上；坯中間鍛造加熱溫度930℃，終鍛溫度不低於700℃，中間階段的變形量應為30％以上；成品鍛造加熱溫度830℃，終鍛溫度不低於650℃，成品鍛造階段的變形量應為20％以上；
先對得到的鈦方塊進行酸洗，用以去除氧化層；再依次經無損探傷檢查及表面檢查，確定成品方塊表面是否存在裂紋，若成品方塊表面沒有存在裂紋，則進行如下處理：若表面有裂紋但裂紋較淺，則要進行修磨後轉入下一步驟；若表面裂紋較深，則要看是否能夠避讓，若無法避讓，則要重新熔煉或加工其它較小的工件。
對檢驗合格後的成品方塊進行刨面處理；再依次進行探傷、鏜孔、線切割處理；確定的法蘭孔位置，在成品方塊掏直徑為Φ10mm的內圓，做工裝(夾具)，上車銑加工中心進行加工，完成法蘭孔過絲、水線，經檢驗後得到成品鈦鍛造法蘭三通；
將得到的初加工的鈦鍛造法蘭三通進行外觀尺寸檢驗，依次檢驗法蘭直徑、孔的絲距，若無瑕疵，則進行表面拋光處理，得到鈦鍛造法蘭三通。
實施例3
根據壓力機槽容量，將O級海綿鈦做為原料，用≤0.07％的鐵、≤0.2％的氧包成氧包；
將海綿鈦與氧包分層放置於壓力機槽內，在4500壓力機下壓製成電極塊，然後用氬弧焊焊接成電極；
將得到的電極置於真空電弧爐裡進行二次熔煉處理，得到鈦錠，第一次熔煉：採用直徑為ф480mm～ф560mm的坩堝，起弧電流為3500A，電壓為30V，真空度為1.4E-0，熔煉採用電流為9000A，電壓為35V，真空度為5.0E·0，穩弧8，冷卻時間為5.5h，水溫在60℃以下；第二次熔煉：採用直徑為ф560mm～ф640mm的坩堝，起弧電流為3.5KA，電壓為30V，真空度為1.4E-0，熔煉採用電流為22.5KA，電壓為35V，真空度為1.2E-1，穩弧10，冷卻時間為8h，水溫在60℃以下；冷卻後取樣進行化學分析，合格則形成Φ550mm～650mm的鈦錠；
將得到的直徑為Φ550mm--Φ650mm，長度為550mm的鈦錠進行加熱處理，其中裝爐溫度為850℃，裝爐溫度下預熱100min，加熱升溫150min，保溫180min；
採用3500T油壓機對得到的鑄錠進行鍛造開坯、坯中間鍛造及成品鍛造，坯料加熱溫度及終鍛溫度的工藝參數具體如下：鑄錠開坯加熱溫度1000℃，終鍛溫度不低於750℃，開坯階段的變形量應為50％以上；坯中間鍛造加熱溫度950℃，終鍛溫度不低於700℃，中間階段的變形量應為30％以上；成品鍛造加熱溫度850℃，終鍛溫度不低於650℃，成品鍛造階段的變形量應為20％以上；
先對得到的鈦方塊進行酸洗，用以去除氧化層；再依次經無損探傷檢查及表面檢查，確定成品方塊表面是否存在裂紋，若成品方塊表面沒有存在裂紋，則進行如下處理：若表面有裂紋但裂紋較淺，則要進行修磨後轉入下一步驟；若表面裂紋較深，則要看是否能夠避讓，若無法避讓，則要重新熔煉或加工其它較小的工件。
對檢驗合格後的成品方塊進行刨面處理；再依次進行探傷、鏜孔、線切割處理；確定的法蘭孔位置，在成品方塊掏直徑為Φ10mm的內圓，做工裝(夾具)，上車銑加工中心進行加工，完成法蘭孔過絲、水線，經檢驗後得到成品鈦鍛造法蘭三通；
將得到的初加工的鈦鍛造法蘭三通進行外觀尺寸檢驗，依次檢驗法蘭直徑、孔的絲距，若無瑕疵，則進行表面拋光處理，得到鈦鍛造法蘭三通。
本發明一種鈦鍛造法蘭三通的製造方法，有效解決了鈦鑄件三通、鈦焊接三通抗壓性能不足的問題。