一種厚壁鈦管的製造方法
2023-05-30 05:30:46 1
專利名稱：一種厚壁鈦管的製造方法
技術領域：
本發明屬於管材製造技術領域，具體涉及一種Gr. 3厚壁鈦管的製造方法。
背景技術：
石油、化工等行業常用的壓力容器需要在高溫、高壓和腐蝕介質等特殊使用環境下使用，因此要求該領域所用管材必須具有較高的強度、厚度以及良好的耐蝕性能。而Gr. 3 純鈦具有優異的室溫、高溫力學性能、導熱性能以及耐蝕性能，因此該材料的厚壁管材被廣泛應用於壓力容器領域。關於厚壁管的冷軋成形一直是技術難題，特別是徑厚比(管材外直徑與壁厚的比值) 18%。 因此，目前國內外對該類型的管材沒有相關的報導及生產經驗。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術的不足，提供一種製造方法簡單，不需要特殊設備，製造成本低，易實現工業化生產的Gr. 3厚壁鈦管的製造方法。採用本發明的製造方法生產的Gr. 3厚壁鈦管性能優異，達到ASTMB 338標準的要求，可以滿足壓力容器、冷凝器以及熱交換器等工業領域用管的需求。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是一種厚壁鈦管的製造方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟(1)採用真空自耗電弧爐熔煉兩次製備鑄錠，鑄錠中各元素的質量百分比含量為 C 彡 0. 08%, N 彡 0. 05%, H 彡 0. 015%, Fe 彡 0. 30%,0. 20%^ 0 彡 0. 25%，餘量為 Ti ；(2)將步驟(1)中所述鑄錠在溫度為800°C 1000°C的條件下鍛造三火次得到圓棒，每火次的變形量為30% 70% ；然後對圓棒進行機械加工獲得組織、成分均勻的棒材； 接著將棒材在擠壓比不大於M的條件下擠壓成管坯；再將管坯用硝酸酸洗去掉管坯上的銅皮；(3)採用冷軋機對步驟O)中經酸洗後的管坯進行多道次軋制，每軋制完一次對軋制後的管坯依次進行除油處理和再結晶退火處理，控制每道次管坯內徑的減徑量與減壁量之比不大於1. 2，軋制的道次加工率為40% 55% ；(4)採用冷軋機對步驟(3)中經軋制、除油處理和再結晶退火處理後的管坯進行一次軋製得到成品管材，軋制的道次加工率30% 35% ；(5)將步驟中所述成品管材進行退火處理，然後將經退火處理後的成品管材置於溫度為30°C 50°C的氫氟酸與硝酸的混合溶液中酸洗以去除內、外表面的氧化皮，得到抗拉強度彡500MPa,屈服強度為380MPa 550MPa，延伸率彡20%的Gr. 3厚壁鈦管；所述Gr. 3厚壁鈦管的管材外直徑與壁厚的比值為5 10。上述步驟O)中所述硝酸的質量百分比濃度為60% 65%。上述步驟(3)中所述除油處理的過程為先將軋制後的管坯在含有除油劑和水的混合溶液的超聲波清洗槽中浸泡15min，超聲清洗的溫度控制在60°C 70°C，然後在溫度為30°C 50°C的氫氟酸與硝酸的混合溶液中浸泡lmin，最後用清水衝洗，吹乾，所述氫氟酸與硝酸的混合溶液中氫氟酸的質量百分比濃度為2% 7 %，硝酸的質量百分比濃度為 15% 30%，所述除油劑和水的混合溶液中除油劑的質量百分比濃度為10% 15%。上述步驟(3)中所述再結晶退火處理的制度為在溫度為690°C 710°C的條件下退火處理90min後空冷。上述步驟( 中所述退火處理的制度為在溫度為470°C 600°C的條件下退火處理90min後空冷，或者在溫度為650°C 750°C的條件下退火處理90min後空冷。上述步驟(5)中所述氫氟酸與硝酸的混合溶液中氫氟酸的質量百分比濃度為 2% 7%，硝酸的質量百分比濃度為15% 30%。本發明與現有技術相比具有以下優點1、本發明製造方法簡單，不需要特殊設備，製造成本低，易實現工業化生產。2、本發明配料時控制氧的質量百分比含量為0. 20% 0. 25%，在保證厚壁鈦管強度性能的同時，使厚壁鈦管具有較好的塑性。3、本發明通過在中間道次冷軋時採用大變形量軋制，控制道次加工率為40% 55%，同時確保各道次內徑的減徑量與減壁量之比不大於1. 2，減少了軋制道次，減少了裂紋、皺摺等內孔缺陷的產生，提高了生產效率，節約了生產成本。4、本發明通過在成品軋制時採用小變形量軋制，控制道次加工率為30% 35%， 保證了管材的內、外表面質量及尺寸精度，提高了成材率。5、採用本發明方法製造的Gr. 3厚壁鈦管性能優異，抗拉強度> 500MPa，屈服強度為380MPa 550MPa，延伸率> 20%,管材外直徑與壁厚的比值為5 10，管材內、外表面質量均較好，達到ASTMB 338標準的要求，可以滿足壓力容器、冷凝器以及熱交換器等工業領域用管的需求。下面通過實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
具體實施例方式實施例1(1)採用真空自耗電弧爐熔煉兩次製備鑄錠，鑄錠中各元素的質量百分比含量為 C 0. 08%, N 0. 05%, H 0. 015%, Fe 0. 30%, 0 0. 25%，餘量為 Ti ；(2)將步驟(1)中所述鑄錠在溫度為800°C的條件下鍛造三火次得到圓棒，每火次的變形量為30%;然後對圓棒進行機械加工獲得組織均勻、成分均勻的棒材；接著將棒材在擠壓比為20的條件下擠壓成管坯；再將管坯用質量百分比濃度為60%的硝酸酸洗去掉管坯上的銅皮；(3)採用冷軋機對步驟O)中經酸洗後的管坯進行兩次軋制，每軋制完一次對軋制後的管坯依次進行除油處理和再結晶退火處理，控制每道次管坯內徑的減徑量與減壁量之比不大於1. 2，軋制的道次加工率為50% ；所述除油處理的過程為先將軋制後的管坯在含有除油劑和水的混合溶液(混合溶液中除油劑的質量百分比濃度為10% )的超聲波清洗槽中浸泡15min，超聲清洗的溫度控制在60°C，然後在溫度為50°C的氫氟酸與硝酸的混合溶液(混合溶液中氫氟酸的質量百分比濃度為2%，硝酸的質量百分比濃度為30% )中浸泡lmin，最後用清水衝洗，吹乾；所述再結晶退火處理的制度為在溫度為690°C的條件下退火處理90min後空冷；(4)採用冷軋機對步驟(3)中經軋制、除油處理和再結晶退火處理後的管坯進行一次軋製得到成品管材，軋制的道次加工率32% ；(5)將步驟(4)中所述成品管材進行退火處理，所述退火處理的制度為在溫度為 600°C的條件下退火處理90min後空冷；然後將經退火處理後的成品管材置於溫度為50°C 的氫氟酸與硝酸的混合溶液(混合溶液中氫氟酸的質量百分比濃度為7%，硝酸的質量百分比濃度為15%)中酸洗以去除內、外表面的氧化皮，得到抗拉強度> 500MPa，屈服強度為 380MPa 550MPa，延伸率彡20%，管材外直徑與壁厚的比值為6. 2的Gr. 3厚壁鈦管。本實施例加工的Gr. 3厚壁鈦管經過外觀質量檢測，尺寸檢測，室溫拉伸，擴口，壓扁，以及超聲波探傷等性能檢測，成品管再結晶退火態的性能為抗拉強度> 500MPa，屈服強度為380MPa 550MPa，延伸率彡20%，達到ASTMB 338標準的要求，可以滿足壓力容器、 冷凝器以及熱交換器等工業領域用管的需求。實施例2本實施例與實施例1的加工方法相同，其中不同之處在於退火處理的制度為在溫度為750°C的條件下退火處理90min後空冷。本實施例加工的Gr. 3厚壁鈦管經過外觀質量檢測，尺寸檢測，室溫拉伸，擴口，壓扁，以及超聲波探傷等性能檢測，成品管再結晶退火態的性能為抗拉強度> 500MPa，屈服強度為380MPa 550MPa，延伸率彡20%，達到ASTMB 338標準的要求，可以滿足壓力容器、 冷凝器以及熱交換器等工業領域用管的需求。實施例3(1)採用真空自耗電弧爐熔煉兩次製備鑄錠，鑄錠中各元素的質量百分比含量為 C 0. 06%, N 0. 04%, H 0. 01%, Fe 0. 025%, 0 0. 20%，餘量為 Ti ；(2)將步驟(1)中所述鑄錠在溫度為1000°C的條件下鍛造三火次得到圓棒，每火次的變形量為70%;然後對圓棒進行機械加工獲得組織、成分均勻的棒材；接著將棒材在擠壓比為M的條件下擠壓成管坯；再將管坯用質量百分比濃度為60%的硝酸酸洗去掉管坯上的銅皮；(3)採用冷軋機對步驟O)中經酸洗後的管坯進行三次軋制，每軋制完一次對軋制後的管坯依次進行除油處理和再結晶退火處理，控制每道次管坯內徑的減徑量與減壁量之比不大於1. 2，軋制的道次加工率為40% ；所述除油處理的過程為先將軋制後的管坯在含有除油劑和水的混合溶液(混合溶液中除油劑的質量百分比濃度為12% )的超聲波清洗槽中浸泡15min，超聲清洗的溫度控制在70°C，然後溫度為30°C的氫氟酸與硝酸的混合溶液(混合溶液中氫氟酸的質量百分比濃度為4%，硝酸的質量百分比濃度為22% )中浸泡lmin，最後用清水衝洗，吹乾；所述再結晶退火處理的制度為在溫度為710°C的條件下退火處理90min後空冷；(4)採用冷軋機對步驟(3)中經軋制、除油處理和再結晶退火處理後的管坯進行一次軋製得到成品管材，軋制的道次加工率30% ；(5)將步驟(4)中所述成品管材進行退火處理，所述退火處理的制度為在溫度為 470°C的條件下退火處理90min後空冷；然後將經退火處理後的成品管材置於溫度為30°C 的氫氟酸與硝酸的混合溶液(混合溶液中氫氟酸的質量百分比濃度為2%，硝酸的質量百分比濃度為30% )中酸洗以去除內、外表面的氧化皮，得到抗拉強度> 500MPa，屈服強度為 380MPa 550MPa，延伸率彡20%，管材外直徑與壁厚的比值為5的鈦合金厚壁管。本實施例加工的Gr. 3厚壁鈦管經過外觀質量檢測，尺寸檢測，室溫拉伸，擴口，壓扁，以及超聲波探傷等性能檢測，成品管再結晶退火態的性能為抗拉強度> 500MPa，屈服強度為380MPa 550MPa，延伸率彡20%，達到ASTMB 338標準的要求，可以滿足壓力容器、 冷凝器以及熱交換器等工業領域用管的需求。實施例4本實施例與實施例3的加工方法相同，其中不同之處在於退火處理的制度為在溫度為650°C的條件下退火處理90min後空冷。本實施例加工的Gr. 3厚壁鈦管經過外觀質量檢測，尺寸檢測，室溫拉伸，擴口，壓扁，以及超聲波探傷等性能檢測，成品管再結晶退火態的性能為抗拉強度> 500MPa，屈服強度為380MPa 550MPa，延伸率彡20%，達到ASTMB 338標準的要求，可以滿足壓力容器、 冷凝器以及熱交換器等工業領域用管的需求。實施例5(1)採用真空自耗電弧爐熔煉兩次製備鑄錠，鑄錠中各元素的質量百分比含量為 C 0. 07%, N 0. 05%, H 0. 01%, Fe 0. 020%, 0 0. 23%，餘量為 Ti ；(2)將步驟(1)中所述鑄錠在溫度為900°C的條件下鍛造三火次得到圓棒，每火次的變形量為50%;然後對圓棒進行機械加工獲得組織、成分均勻的棒材；接著將棒材在擠壓比為15的條件下擠壓成管坯；再將管坯用質量百分比濃度為65%的硝酸酸洗去掉管坯上的銅皮；(3)採用冷軋機對步驟O)中經酸洗後的管坯進行四次軋制，每軋制完一次對軋制後的管坯依次進行除油處理和再結晶退火處理，控制每道次管坯內徑的減徑量與減壁量之比不大於1. 2，軋制的道次加工率為55% ；所述除油處理的過程為先將軋制後的管坯在含有除油劑和水的混合溶液(混合溶液中除油劑的質量百分比濃度為15% )的超聲波清洗槽中浸泡15min，超聲清洗的溫度控制在65°C，然後溫度為40°C的氫氟酸與硝酸的混合溶液(混合溶液中氫氟酸的質量百分比濃度為5%，硝酸的質量百分比濃度為25% )中浸泡 lmin，最後用清水衝洗，吹乾，所述；所述再結晶退火處理的制度為在溫度為700°C的條件下退火處理90min後空冷；(4)採用冷軋機對步驟(3)中經軋制、除油處理和再結晶退火處理後的管坯進行一次軋製得到成品管材，軋制的道次加工率35% ；(5)將步驟(4)中所述成品管材進行退火處理，所述退火處理的制度為在溫度為700°C的條件下退火處理90min後空冷；然後將經退火處理後的成品管材置於溫度為40°C 的氫氟酸與硝酸的混合溶液(混合溶液中氫氟酸的質量百分比濃度為4%，硝酸的質量百分比濃度為)中酸洗以去除內、外表面的氧化皮，得到抗拉強度> 500MPa，屈服強度為 380MPa 550MPa，延伸率彡20%，管材外直徑與壁厚的比值為10的鈦合金厚壁管。本實施例加工的Gr. 3厚壁鈦管經過外觀質量檢測，尺寸檢測，室溫拉伸，擴口，壓扁，以及超聲波探傷等性能檢測，成品管再結晶退火態的性能為抗拉強度> 500MPa，屈服強度為380MPa 550MPa，延伸率彡20%，達到ASTMB 338標準的要求，可以滿足壓力容器、 冷凝器以及熱交換器等工業領域用管的需求。實施例6本實施例與實施例5的加工方法相同，其中不同之處在於退火處理的制度為在溫度為540°C的條件下退火處理90min後空冷。本實施例加工的Gr. 3厚壁鈦管經過外觀質量檢測，尺寸檢測，室溫拉伸，擴口，壓扁，以及超聲波探傷等性能檢測，成品管再結晶退火態的性能為抗拉強度> 500MPa，屈服強度為380MPa 550MPa，延伸率彡20%，達到ASTMB 338標準的要求，可以滿足壓力容器、 冷凝器以及熱交換器等工業領域用管的需求。實施例7(1)採用真空自耗電弧爐熔煉兩次製備鑄錠，鑄錠中各元素的質量百分比含量為 C 0. 06%, N 0. 04%, H 0. 01%, Fe 0. 20%, 0 0. 25%，餘量為 Ti ；(2)將步驟(1)中所述鑄錠在溫度為1000°C的條件下鍛造三火次得到圓棒，每火次的變形量為40%;然後對圓棒進行機械加工獲得組織、成分均勻的棒材；接著將棒材在擠壓比為10的條件下擠壓成管坯；再將管坯用質量百分比濃度為63%的硝酸酸洗去掉管坯上的銅皮；(3)採用冷軋機對步驟O)中經酸洗後的管坯進行五次軋制，每軋制完一次對軋制後的管坯依次進行除油處理和再結晶退火處理，控制每道次管坯內徑的減徑量與減壁量之比不大於1. 2，軋制的道次加工率為45% ；所述除油處理的過程為先將軋制後的管坯在含有除油劑和水的混合溶液(混合溶液中除油劑的質量百分比濃度為13% )的超聲波清洗槽中浸泡15min，超聲清洗的溫度控制在70°C，然後溫度為30°C的氫氟酸與硝酸的混合溶液(混合溶液中氫氟酸的質量百分比濃度為7%，硝酸的質量百分比濃度為15% )中浸泡lmin，最後用清水衝洗，吹乾；所述再結晶退火處理的制度為在溫度為700°C的條件下退火處理90min後空冷；(4)採用冷軋機對步驟(3)中經軋制、除油處理和再結晶退火處理後的管坯進行一次軋製得到成品管材，軋制的道次加工率33% ；(5)將步驟(4)中所述成品管材進行退火處理，所述退火處理的制度為在溫度為 650°C的條件下退火處理90min後空冷；然後將經退火處理後的成品管材置於溫度為35°C 的氫氟酸與硝酸的混合溶液(混合溶液中氫氟酸的質量百分比濃度為3%，硝酸的質量百分比濃度為18%)中酸洗以去除內、外表面的氧化皮，得到抗拉強度> 500MPa，屈服強度為 380MPa 550MPa，延伸率彡20%，管材外直徑與壁厚的比值為7. 5的鈦合金厚壁管。本實施例加工的Gr. 3厚壁鈦管經過外觀質量檢測，尺寸檢測，室溫拉伸，擴口，壓扁，以及超聲波探傷等性能檢測，成品管再結晶退火態的性能為抗拉強度> 500MPa，屈服強度為380MPa 550MPa，延伸率彡20%，達到ASTMB 338標準的要求，可以滿足壓力容器、 冷凝器以及熱交換器等工業領域用管的需求。實施例8本實施例與實施例7的加工方法相同，其中不同之處在於退火處理的制度為在溫度為550°C的條件下退火處理90min後空冷。本實施例加工的Gr. 3厚壁鈦管經過外觀質量檢測，尺寸檢測，室溫拉伸，擴口，壓扁，以及超聲波探傷等性能檢測，成品管再結晶退火態的性能為抗拉強度> 500MPa，屈服強度為380MPa 550MPa，延伸率彡20%，達到ASTMB 338標準的要求，可以滿足壓力容器、 冷凝器以及熱交換器等工業領域用管的需求。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明做任何限制，凡是根據發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍內。
權利要求
1.一種厚壁鈦管的製造方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟(1)採用真空自耗電弧爐熔煉兩次製備鑄錠，鑄錠中各元素的質量百分比含量為 C ^ 0. 08%, N ^ 0. 05%, H ^ 0. 015%, Fe ^ 0. 30%,0. 20%^ 0 ^ 0. 25%，餘量為 Ti ；(2)將步驟(1)中所述鑄錠在溫度為800°C 1000°C的條件下鍛造三火次得到圓棒，每火次的變形量為30% 70% ；然後對圓棒進行機械加工獲得組織、成分均勻的棒材；接著將棒材在擠壓比不大於M的條件下擠壓成管坯；再將管坯用硝酸酸洗去掉管坯上的銅皮；(3)採用冷軋機對步驟O)中經酸洗後的管坯進行多道次軋制，每軋制完一次對軋制後的管坯依次進行除油處理和再結晶退火處理，控制每道次管坯內徑的減徑量與減壁量之比不大於1. 2，軋制的道次加工率為40% 55% ；(4)採用冷軋機對步驟(3)中經軋制、除油處理和再結晶退火處理後的管坯進行一次軋製得到成品管材，軋制的道次加工率30% 35% ；(5)將步驟中所述成品管材進行退火處理，然後將經退火處理後的成品管材置於溫度為30°C 50°C的氫氟酸與硝酸的混合溶液中酸洗以去除內、外表面的氧化皮，得到抗拉強度彡500MPa，屈服強度為380MPa 550MPa，延伸率彡20%的Gr. 3厚壁鈦管；所述Gr. 3 厚壁鈦管的管材外直徑與壁厚的比值為5 10。
2.根據權利要求1所述的一種厚壁鈦管的製造方法，其特徵在於，步驟( 中所述硝酸的質量百分比濃度為60 % 65 %。
3.根據權利要求1所述的一種厚壁鈦管的製造方法，其特徵在於，步驟(3)中所述除油處理的過程為先將軋制後的管坯在含有除油劑和水的混合溶液的超聲波清洗槽中浸泡 15min，超聲清洗的溫度控制在60°C 70°C，然後在溫度為30°C 50°C的氫氟酸與硝酸的混合溶液中浸泡lmin，最後用清水衝洗，吹乾，所述氫氟酸與硝酸的混合溶液中氫氟酸的質量百分比濃度為2% 7%，硝酸的質量百分比濃度為15% 30%。
4.根據權利要求3所述的一種厚壁鈦管的製造方法，其特徵在於，所述除油劑和水的混合溶液中除油劑的質量百分比濃度為10% 15%。
5.根據權利要求1所述的一種厚壁鈦管的製造方法，其特徵在於，步驟(3)中所述再結晶退火處理的制度為在溫度為690°C 710°C的條件下退火處理90min後空冷。
6.根據權利要求1所述的一種厚壁鈦管的製造方法，其特徵在於，步驟(5)中所述退火處理的制度為在溫度為470°C 600°C的條件下退火處理90min後空冷，或者在溫度為 650°C 750°C的條件下退火處理90min後空冷。
7.根據權利要求1所述的一種厚壁鈦管的製造方法，其特徵在於，步驟( 中所述氫氟酸與硝酸的混合溶液中氫氟酸的質量百分比濃度為2% 7 %，硝酸的質量百分比濃度為 15% 30%。
全文摘要
本發明公開了一種厚壁鈦管的製造方法，該方法首先製備鑄錠；將鑄錠鍛造、加工後擠壓成管坯，再酸洗；對酸洗後的管坯進行軋制，每軋制完一次對軋制後的管坯依次進行除油處理和再結晶退火處理；再對經軋制後的管坯進行一次軋製得到成品管材；最後將成品管材進行退火處理後酸洗去除內、外表面的氧化皮，得到Gr.3厚壁鈦管。採用本發明方法製造的Gr.3厚壁鈦管性能優異，抗拉強度≥500MPa，屈服強度為380MPa～550MPa，延伸率≥20％，管材外直徑與壁厚的比值為5～10，其內、外表面質量均較好，達到ASTMB 338標準的要求，可以滿足壓力容器、冷凝器以及熱交換器等工業領域用管的需求。
文檔編號B23P15/00GK102240890SQ201110132258
公開日2011年11月16日 申請日期2011年5月20日 優先權日2011年5月20日
發明者南莉, 葉紅川, 文周峰, 李剛, 楊亞社, 楊建朝, 楊永福, 王莎, 羅登超, 翟孝, 董宏軍, 韋培, 齊元昊 申請人:西部鈦業有限責任公司