一種高精度高強鈦合金無縫管材的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無縫管材的制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高精度高強鈦合金無縫管材 的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高強鈦合金無縫管材具有強度高、密度低、耐蝕性、耐熱性好等特點，是航空、航 天、石油、化工、船舶等領(lǐng)域關(guān)鍵部位的理想材料。但是由于高強鈦合金的室溫變形抗力大、 加工硬化顯著、冷變形易開裂，熱加工過程容易發(fā)生氧化和吸氫，使得加工具有一定長度和 壁厚而且具有優(yōu)良力學(xué)性能的高精度高強鈦合金管材具有相當(dāng)難度。
[0003] 目前，制造高強鈦合金無縫管材的方法有斜乳穿孔管坯乳制法和擠壓管坯乳制法 兩種。（1)穿孔管坯乳制法:首先將鈦合金鑄錠鍛造成棒材，棒材加熱后送入兩輥或三輥斜 乳穿孔機穿成管坯，再將管坯經(jīng)過多道次的乳制、退火和精整處理得到成品管材。該方法具 有材料利用率高、工模具消耗少、生產(chǎn)效率高、成本低、管坯表面質(zhì)量好等優(yōu)點，但是由于斜 乳穿孔制備的管坯容易產(chǎn)生明顯的壁厚不均和偏心，而后續(xù)的乳制工藝對高強鈦合金管材 壁厚不均以及偏心的糾正能力有限，導(dǎo)致最終管材的尺寸精度，特別是壁厚精度不高，壁厚 差達(dá)到管材公稱壁厚的5%~10%;另外，鈦合金在加熱、保溫和穿孔過程中容易發(fā)生氧化 和吸氫，使得管坯的抗拉強度提高、塑性降低，嚴(yán)重情況下會導(dǎo)致鈦合金管坯發(fā)生氫脆，導(dǎo) 致鈦合金管坯的后續(xù)乳制變形難度增加，容易出現(xiàn)裂紋和開裂，而且制品的綜合力學(xué)性能 降低。如果在惰性氣氛或真空狀態(tài)下進(jìn)行鈦合金管坯加熱、穿孔，以減少氧化和吸氫，將大 大增加生產(chǎn)成本。（2)擠壓管坯乳制法:將鈦合金鑄錠或棒坯加熱，然后送入擠壓機擠壓成 管坯，對管坯內(nèi)、外表面進(jìn)行處理后，再經(jīng)過多道次的乳制、退火和精整處理得到成品管材。 但是擠壓制備的高強鈦合金管坯的內(nèi)外表面質(zhì)量很差，劃傷嚴(yán)重，大大增加后續(xù)管坯表面 處理及修傷工作量，特別是擠壓以及修傷后的管坯壁厚精度難以保證，后續(xù)冷乳過程難以 糾正管坯的壁厚偏心，另外，對于較大規(guī)格的管材，需要大噸位的擠壓機進(jìn)行擠壓，投資巨 大，成本較高。
[0004] 上述兩種常見制備高強鈦合金無縫管材的方法的共同特點是所制備管材的壁厚 偏差較大，壁厚差往往達(dá)到管材公稱壁厚的± 5%~± 10 %。即使按中國專利CN10148439A 所述方法，對管坯或者乳制半成品進(jìn)行鏜孔、成品外壁拋磨及內(nèi)外壁絎磨加工，最終管材的 壁厚差仍然達(dá)到管材公稱壁厚的± 2 %~± 3 %。
[0005] 因此，提供一種設(shè)備投資小、加工工序較少、成品率較高的用于高精度高強鈦合金 無縫管材的制造方法就成為該技術(shù)領(lǐng)域急需解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目是提供一種高精度高強鈦合金無縫管材的制備方法，其特征在于，該 方法是一種設(shè)備投資小、加工工序較少、壁厚偏差小、成品率較高的高精度高強鈦合金無縫 管材的制備方法;其步驟如下：
[0007] (1)高強鈦合金棒材的制備:將高強鈦合金鑄錠經(jīng)過加熱、鍛造，得到高強鈦合金 棒材；
[0008] (2)矯直:將步驟（1)所得高強鈦合金棒材加熱到580~620°C，采用管棒矯直機進(jìn) 行精整矯直；
[0009 ] (3)高精度高強鈦合金管坯的制備:將步驟(2)所得矯直后的高強鈦合金棒材機加 工成光棒，然后沿光棒的長度方向機加工通孔，得到高精度的高強鈦合金管坯；
[0010] (4)管材乳制及熱處理:將步驟(3)所得高精度高強鈦合金管坯在三輥乳管機上進(jìn) 行多道次冷乳加工，每乳制1~2道次進(jìn)行熱處理一次，最后一道次乳制需對管材內(nèi)外徑預(yù) 留0.04~0.1mm的加工余量；
[0011] (5)矯直:將步驟(4)所得高強鈦合金管材經(jīng)過矯直后供下一工序使用；
[0012] (6)管材精修:對步驟(5)所得高強鈦合金管材進(jìn)行外壁拋磨及內(nèi)壁絎磨加工得到 成品管材，加工量根據(jù)成品以及步驟(4)所留加工余量控制。
[0013] 所述步驟(1)的鍛造工藝在快鍛機上進(jìn)行，且鍛造變形量為80%~98%。
[0014] 所述步驟(3)的機加工通孔是在高精度深孔鉆機床上進(jìn)行，經(jīng)過車削鉆孔的管坯 壁厚偏差 < 公稱壁厚的± 1 %，這是獲得壁厚偏差小的高精度管坯的關(guān)鍵。
[0015] 所述步驟(4)的冷乳加工是采用三輥周期式冷乳管機，以保證管材乳制精度;其冷 乳加工的道次變形量為6%~15%，兩次退火之間的累計變形量為8%~20%，從管坯到成 品管材的總變形量為35%~80%。
[0016] 所述步驟(4)的熱處理包括中間退火及成品退火，均采用立式真空退火爐進(jìn)行，并 且真空度低于1.33 X 10-ipa。
[0017] 所述步驟(4)中所述的熱處理為在780~800°C下保溫90~120min，管材裝爐方式 采用立式掛裝。
[0018] 本發(fā)明的有益效果是本方法采用棒材鉆孔-冷乳的加工工藝，相對斜乳穿孔管坯 乳制法和擠壓管坯乳制法具有以下優(yōu)點:設(shè)備投資小、生產(chǎn)工藝簡單、工人勞動強度大大降 低、制品尺寸精度尚及壁厚偏差小，可以生廣具有中等管徑（Φ 20mm~Φ 100mm)、一定的長 度（lm~4m)和壁厚的高精度高強鈦合金無縫管材，而且顯著提高管材成品率高。本發(fā)明避 免了鈦合金在斜乳穿孔或者擠壓等熱加工過程的氧化和吸氫現(xiàn)象，還可以有效降低和控制 管坯的壁厚不均和偏心，顯著降低由于壁厚不均和偏心所導(dǎo)致的后續(xù)工作強度，所制備管 材的壁厚差不超過管材公稱壁厚的± 1 %。
【附圖說明】
[0019] 圖1為鈦合金無縫管材的制備流程圖。
【具體實施方式】
[0020] 本發(fā)明提供一種高精度高強鈦合金無縫管材的制備方法，該方法是一種設(shè)備投資 小、加工工序較少、壁厚偏差小、成品率較高的高精度高強鈦合金無縫管材的制備方法;下 面結(jié)合附圖1和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0021] 實施例1
[0022]選用直徑為420mm的TC10高強鈦合金鑄錠，欲經(jīng)過"鍛造--棒材鉆孔--冷乳" 工藝路線將其加工成Φ χφ 42.4:$ 的具有高精度、高表面質(zhì)量和優(yōu) 良綜合性能的管材。圖1所示的具體操作步驟如下：
[0023] 1.棒材制備：采用2500噸快鍛機，將Φ 420mm的TC10鈦合金鑄錠在820°C~1050°C 進(jìn)行鍛造，得到Φ 68 X 2400mm的TC10鈦合金棒材，鍛造變形量為94.9 %。
[0024] 2.棒材乳制及精整矯直:將鍛造得到的TC10鈦合金棒材加熱到580°C保溫90min， 然后米用Φ 25~75七輯臥式矯直機進(jìn)行矯直。
[0025] 3.管坯制備：首先將矯直后的TC10鈦合金棒材在車床上機加工成Φ 60mm的光棒， 然后采用ZK2160D深孔鉆機床，沿光棒的長度方向機加工通孔，得到高精度TC10鈦合金管 還：Φ 60±0.03mmX Φ 46±0.03mmX 2400mm，管還的內(nèi)外表面粗糖度 < 0.8