提高110ksi钛合金管冲击韧性的热处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于热处理领域，特别涉及一种提高IlOksi钛合金管冲击韧性的热处理 方法。 现有技术
[0002] 钛合金具有高比强度、高比模量、耐腐蚀等一系列优点。随着钛合金应用水平的 不断提高，钛合金的韧性也日益得到重视。钛合金的冲击韧性一般不高。例如常见的高强 度钛合金，例如TC4钛合金具有强度高、耐腐蚀性能好等优点，但是常规热处理存在一些问 题，其韧性较低，当其屈服强度在llOksi，冲击功（纵向，0°C，V 口，10*5mm尺寸）往往只有 11 - 18J左右，妨碍了其在油井管方面的应用。因此，开发可以提高钛合金管冲击韧性的热 处理方法就成了急需解决的技术问题。
【发明内容】
[0003] 鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种提高IlOksi钛合金管冲 击韧性的热处理方法，该方法通过热处理工艺，调整最后钛合金管的微观组织为β转变组 织+等轴α。以利于在保证其屈服强度IlOksi的基础上，大幅度提高冲击韧性。
[0004] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是一种提高IlOksi钛合金管冲击韧性的 热处理方法，该方法使用箱式加热炉对IlOksi钛合金管进行热处理，该方法包括以下步 骤：
[0005] 第一步：加热保温
[0006] 当箱式加热炉内温度升高至Te以下10°C _20°C，将钛合金管至于箱式加热炉内的 均温区，温度升到（!'{!-1〇)°(：-(1'{!-2〇)°(：以后，保温3〇-5〇1^11，1' {!是指钛合金0转变温度。
[0007] 第二步：控制冷却
[0008] 保温后，关闭箱式加热炉的烧嘴、打开炉门，通过调整炉门打开的幅度，使钛合金 管随炉缓慢冷却，冷却速度控制在3-5°C /min，控制冷却时间大于1. 5小时，至720-730°C时 然后保温30min后出炉。
[0009] 第三步：矫直
[0010] 钛合金管出炉后，在40s -50s时间内输送到矫直机，矫直过程中关闭所有冷却水， 确保矫直后的钛合金管温度高于550°C，然后进入冷床上空冷。
[0011] 本发明的效果是该热处理方法通过在两相区加热至尽可能高的温度，即加热到钛 合金平衡α相存在的最高温度（β转变点Tfi)以下KTC-20°C，可在冷却过程中得到较多 的β转变组织，β转变组织为局部或连续的组织。从β转变点以上或α+β相区较高温 度冷却过程中由马氏体或经形核和长大过程分解形成的产物，通常由片状的α及残余β 组成的混合体。片状的α要比球状的α (等轴组织）韧性好，这是由于裂纹经过片状α 时会改变扩展路径，从而有效提高合金的韧性，同时还改善合金的塑性。而且片状α尺寸 越大越能凸显这种增韧效应。在随后的冷却过程中，通过控制钛合金冷却速度，使钛合金管 缓慢冷却，并且在720-730°C保温，让β转变组织中的片状α进一步增厚长大，裂纹在扩展 过程中越到较厚的片状α改变扩展路径，同时消耗更多的能量，因此有利于进一步提高合 金的冲击韧性。可以实现保证钛合金管屈服强度在IlOksi基础上，冲击韧性从12J提高到 28J〇
【附图说明】
[0012] 图1是本发明实施例1热处理后得到的钛合金管的金相显微组织；
[0013] 图2是本发明实施例2热处理后得到的钛合金管的金相显微组织；
[0014] 图3是对比例1热处理后得到的钛合金管的金相显微组织；
[0015] 图4是对比例2热处理后得到的钛合金管的金相显微组织。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图对本发明的提高IlOksi钛合金管冲击韧性的热处理方法进一步说 明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
[0017] 本发明的提高IlOksi钛合金管冲击韧性的热处理方法，使用箱式加热炉对 IlOksi钛合金管进行热处理，该方法包括以下步骤：
[0018] 第一步：加热保温
[0019] 当箱式加热炉内温度升高至Te以下10°C -20°c，将钛合金管至于箱式加热炉内的 均温区，温度升到（!'{!-1〇)°(：-(1'{!-2〇)°(：以后，保温3〇-5〇1^11，1' {!是指钛合金0转变温度。
[0020] 第二步：控制冷却
[0021] 保温后，关闭箱式加热炉的烧嘴、打开炉门，通过调整炉门打开的幅度，使钛合金 管随炉缓慢冷却，冷却速度控制在3-5°C /min，控制冷却时间大于1. 5小时，至720-730°C时 然后保温30min后出炉。
[0022] 第三步：矫直
[0023] 钛合金管出炉后，在40s -50s时间内输送到矫直机，矫直过程中关闭所有冷却水， 确保矫直后的钛合金管温度高于550°C，然后进入冷床上空冷。
[0024] 热处理后的钛合金管显微组织为β转变组织+等轴α，所述β转变组织中包含 尺寸在10 - 20 μ m的片状α。
[0025] 所述钛合金管具有以下特性：屈服强度770 - 820MPa，抗拉强度850 - 900MPa，0°C 下5_X IOmm尺寸冲击功25 - 30J。
[0026] 实施例1
[0027] 将箱式加热炉加热至970°C，然后将Φ88. 9X7. 34mm的钛合金管至于炉内均温区 加热到温，保温50min。
[0028] 然后关闭箱式加热炉烧嘴、打开炉门，通过调整炉门打开的幅度，使钛合金管缓冷 至720°C，即钛合金管在大于I. 5h时间内冷却到730°C，并在该温度下保温30min。
[0029] 将出炉后的钛合金管在40s内输送至矫直机进行矫直。矫直过程中关闭冷却水。 矫直后的钛合金管的温度为580°C。然后将钛合金管置于冷床上冷却。
[0030] 对实施例1得到的钛合金管性能、组织进行检测，结果如下：
[0031] 屈服强度 780MPa;
[0032] 抗拉强度 87 IMPa ;
[0033] 冲击功 27J(10X5mm，0°C，V 口）；
[0034] 实施例1热处理后的钛合金管的显微组织如图1所示，图1可见最终组织为具有 较宽的片层组织的β转变组织+等轴α，其片层组织数量较多，平均尺寸为17 μπι。
[0035] 实施例2
[0036] 首先将箱式加热炉升温至990°C，然后将Φ73Χ5. 51mm的钛合金管至于炉内均温 区加热到温，保温30min。
[0037] 然后关闭烧嘴、打开炉门，通过调整炉门打开的幅度，使钛合金管缓冷至730°C，即 钛合金管在大于I. 5h时间内冷却到720°C，并在该温度下保温30min。
[0038] 将出炉后的钛合金管50s内输送至矫直机进行矫直，矫直过程中关闭冷却水，矫 直后的钛合金管的温度为550 °C，然后将钛合金管置于冷床上冷却。
[0039] 对实施例2得到的钛合金管性能、组织进行检测，结果如下：
[0040] 屈服强度 775MPa ;
[0041] 抗拉强度 864MPa;
[0042] 冲击功 28(10X5mm，(TC，V 口）；
[0043] 实施例2热处理后的钛合金管的显微组织如图2所示，图2可见其最终组织同样 为具有较宽的片层组织的β转变组织+等轴α，其片层组织数量较多，尺寸较大，平均为 15 μ m〇
[0044] 对比例I
[0045] 首先将箱式加热炉升温至950°C，然后将Φ 73 X 5. 51mm的钛合金管至于炉内均温 区加热到温，保温30min。
[0046] 钛合金管出炉空冷至室温，然后置于炉中加热到720°C，然后将钛合金管输送至 矫直机进行矫直。矫直后钛合金管温度为500°C，矫直完空冷。
[0047] 对比例1热处理后的钛合金管的显微组织如图3所示。对钛合金管性能进行检测， 结果如下：
[0048] 屈服强度 840MPa ;
[0049] 抗拉强度 914MPa;
[0050] 冲击功 12J(10X5mm，(TC，V 口）；
[0051] 对比例2
[0052] 首先将箱式加热炉升温至970°C，然后将Φ73Χ5. 51mm的钛合金管至于炉内均温 区加热到温，保温30min。
[0053] 钛合金管出炉缓冷至750°C，然后将钛合金管输送至矫直机进行矫直，矫直完空 冷。
[0054] 对比例2热处理后的钛合金管的显微组织如图4所示。对钛合金管性能进行检测， 结果如下：
[0055] 屈服强度 750MPa ;
[0056] 抗拉强度 850MPa ;
[0057] 冲击功 28J(10X5mm，0°C，V 口）；
[0058] 下面就常用热处理方法的钛合金管的力学性性能和本发明的热处理方法的钛合 金管的力学性能进行对比。见表1。
[0059]表 1
[0061] 从表1可以看出采用本发明热处理方法，可以保证钛合金管体屈服强度IlOksi的 基础上，冲击韧性从11-18J提高到25-30J。
【主权项】
1. 一种提高IlOksi钛合金管冲击韧性的热处理方法，该方法使用箱式加热炉对 IlOksi钛合金管进行热处理，该方法包括以下步骤： 第一步：加热保温 当箱式加热炉内温度升高至Tfi以下KTC -20°C，将钛合金管至于箱式加热炉内的均温 区，温度升到（Tfi-IO) cC-(TfsIO)cC以后，保温SO-SOmin，！^是指钛合金P转变温度； 第二步：控制冷却 保温后，关闭箱式加热炉的烧嘴、打开炉门，通过调整炉门打开的幅度，使钛合金管随 炉缓慢冷却，冷却速度控制在3-5°C /min，控制冷却时间大于1. 5小时，至720-730°C时然后 保温30min后出炉； 第三步：矫直 钛合金管出炉后，在40s -50s时间内输送到矫直机，矫直过程中关闭所有冷却水，确保 矫直后的钛合金管温度高于550°C，然后进入冷床上空冷。2. 根据权利1要求所述提高IlOksi钛合金管冲击韧性的热处理方法，其特征是：热 处理后的钛合金管显微组织为P转变组织+等轴a，所述P转变组织中包含尺寸在 10 - 20 Um的片状a 03. 根据权利1要求所述提高IlOksi钛合金管冲击韧性的热处理方法，其特征是：所述 钛合金管具有以下特性：屈服强度770 - 820MPa，抗拉强度850 - 900MPa，0°C下5mmX IOmm 尺寸冲击功25 - 30J。
【专利摘要】本发明提高110ksi钛合金管冲击韧性的热处理方法，该方法使用箱式加热炉对110ksi钛合金管进行热处理，该方法包括加热保温、控制冷却、矫直，钛合金管出炉后，在40s-50s时间内输送到矫直机，矫直过程中关闭所有冷却水，确保矫直后的钛合金管温度高于550℃，然后进入冷床上空冷。本发明的效果是该热处理方法有利于进一步提高合金的冲击韧性。可以实现保证钛合金管屈服强度在110ksi基础上，冲击韧性从12J提高到28J。
【IPC分类】C22F1/18
【公开号】CN105018873
【申请号】CN201510452169
【发明人】张冰, 赵苏娟, 孙徕博, 孙宇, 杨永昌, 岳世斌, 刘家泳
【申请人】天津钢管集团股份有限公司
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月28日