高强高韧钛合金管及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钛合金管及其生产方法，具体地说是一种高强高韧钛合金管及其生产 方法。
【背景技术】
[0002] 钛合金具有高比强度、高比模量、耐腐蚀等一系列优点，但是其冲击韧性较低， 妨碍了其应用。例如常用的Ti-6A1-4V其典型性能为：抗拉强度900-1050MPa，屈服强度 750-900MPa，冲击韧性（0°C，V口，10X5mm)只有15-20J，已经不能满足发展的需要。高强 高韧钛合金管是钛合金的发展的主要方向之一。
[0003] 另外，钛合金具有高强度、难变形、加工成形难度极大等特点，造成了钛合金管的 研制和加工技术难度大，高强高韧的钛合金管生产难度更大。目前高强高韧性钛合金以及 钛合金管的生产工艺在国内尚属空白，是急需解决的技术问题。
【发明内容】
[0004] 鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的提供一种高强高韧钛合金管及其生产方 法，此方法生产的钛合金管强度高，韧性好，且成材率高损耗小。用上述方法生产的钛合金 管其性能可以达到屈服强度>780Mpa，冲击韧性>23J(0°C，V口，10X5mm)，延伸率>15%。
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种高强高韧钛合金管，其中：所述 钛合金管成分重量百分比为：A1 :6. 0-7. 5%，Mo:l. 5-2. 5%，Sn:0? 5-1. 0%，V:2. 5-4%， Fe:〈0? 08%，Si:〈0. 08%，C:〈0. 05%，N:〈0? 02%，H:〈0? 005%，0 :〈0? 10%，余量为Ti。同 时提供一种尚强尚初钦合金管的制造方法。
[0006] 本发明的有益效果：
[0007] L强度高韧性好。本发明的钛合金油井管力学性能可以达到：屈服强度>780Mpa， 冲击韧性>23J(0°C，V口，10X5mm)，延伸率>15%。其韧性要远远超过同等强度的TC4管。
[0008] 2.金属内部组织好。因为管材成型变形量有限，为保证管材组织性能良好，需要棒 材的组织足够细化。铸锭成型到棒材变形量有限，铸锭原始的粗大组织对于材料的性能十 分不利，本发明通过对坯料进行大变形量、多火次反复镦拔，使铸锭原始的粗大铸态组织得 到充分破碎。在冷却过程中，发生0 -ct+0相变，在一个原始P晶粒内形成若干个a 集束，每个a集束由许多平行的片状a相组成。完成开坯后又采用相变点以下温度通过 锻造成型，对这种片状组织进行破碎。从而保证棒材的组织均匀细化，强度高韧性赶。
[0009] 3.成材率高，质量好，性能优。热乳方式生产的钛合金管其内外表面存在渗气层， 所以内外表面质量差，缺陷多。本发明采用冷乳，产品表面质量好，光洁度高，尺寸精。同时 避免了采用棒材掏孔管工艺存在材料利用率的问题，成材率高。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明钛合金管锻坯的金相组织；
[0011] 图2为本发明实例1钛合金管的金相组织；
[0012] 图3为本发明实例2钛合金管的金相组织。
【具体实施方式】
[0013] 结合实施例对本发明的高强高韧钛合金管及其制造方法加以说明，但并不局限于 对本发明保护范围的限制。
[0014] 本发明的技术方案是提供一种高强高韧钛合金管，所述钛合金管成分重量百分比 为：Al:6. 0-7. 5%，Mo:l. 5-2. 5%，Sn:0? 5-1. 0%，V:2. 5-4%，Fe:〈0? 08%，Si:〈0. 08%， C:〈0. 05%，N:〈0? 02%，H:〈0? 005%，0 :〈0? 10%，余量为Ti。同时提供一种高强高韧钛合 金管的制造方法。
[0015] 本发明生产高强高韧钛合金管的方法包括以下步骤：
[0016] (1)冶炼：原料采用1级优质海绵钛，冶炼形成成分按重量百分比为：A1 : 6. 0-7. 5 %,Mo:1.5-2. 5 %,Sn：0. 5-1.0 %,V：2. 5-4 %,Fe：<0. 08 %,Si:<0.08%, C:〈0.05%，N:〈0.02%，H:〈0.005%，0:〈0? 10%，余量为Ti，采用真空自耗电弧炉熔炼三 次，得到〇 640mm的铸锭；
[0017] (2)锻造：在1040°C-1060°C开坯将铸锭由圆坯改锻成方坯，然后进行4-8火次锻 造，锻造变形量为26% -96%，最后在880°C_890°C温度下拔长得到〇 190mm的锻棒圆坯；
[0018] ⑶热挤压：将锻造的圆还，通过热挤压的方法获得〇115mmX11. 5mm管还；
[0019] (4)冷乳：将上述管坯在冷乳机上经过2-4道次冷乳，得到088. 9mmX7. 34mm成 品管；冷乳每乳制一个道次进行一次热处理，热处理温度900-950°C，保温60min，出炉后空 冷至室温，加热设备采用天然气辊底炉，成品管两端内部堵保温棉以减少氧化。
[0020] (5)热处理：热处理温度870°C-910°C，保温10分钟，然后升温到920°C_950°C， 保温40-60分钟，出炉后对成品管进行滚动，以提高管材的直线度，空冷至室温。
[0021] 熔炼铸锭所用的原料直接影响到铸锭的化学成分是否满足要求，如果海绵钛级别 较低，则会导致合金的杂志元素含量超标。考虑到管材成型所采用的热加工工艺可能造成 冲击等部分材料性能下降，因此需要棒材在满足强度要求的同时具有尽量高的冲击韧性。 因此需要选用一级海绵钛，采用真空自耗电弧炉熔炼三次，以保证成分均匀，满足要求。
[0022] 开坯将铸锭由圆坯改锻成方坯，然后进行4-8火次锻造，锻造变形量为 26% -96 %，铸锭成型到棒材变形量有限，要使其原始的粗大铸态组织得到充分破碎，就需 要对坯料进行大变形量、多火次反复镦拔，从而保证棒材的组织均匀细化，。如果棒材的镦 拔火次少，组织粗大不均匀，则在后续的长时间加热过程中组织晶粒会迅速长大，直接影响 管材的组织、性能及其均匀性。
[0023] 实施例1
[0024] (1)冶炼：原料采用1级优质海绵钛，以控制铸锭中杂质元素含量，采用真空自耗 电弧炉熔炼三次，保证铸锭成分均匀，熔炼成?640mmX700mm的铸锭。铸锭各成分的重量 百分比为：
[0025] A1 ：6. 0%,M〇:2. 5%,Sn：0. 5%,VA%,Fe：<0. 08%,Si:<0. 08%,C:<0. 05%,N： 〈0? 02%，H:〈0? 005%，0 :〈0? 10%，余量为Ti。
[0026] (2)锻造：1040°C开坯锻造将铸锭由圆坯改锻成方坯，然后对方坯多火次锻造。 1000°(：锻造1火次，镦拔变形量分别为26%和35%。950°(：锻造3火次，镦拔变形量分别为 26%和96%。最后890°C拔长得到〇150_X2750mm的锻棒圆坯。
[0027] ⑶热挤压：将锻造的圆还，通过热挤压的方法获得〇115mmX11. 5mm管还。
[0028] (4)冷乳：将上述管坯在冷乳机上经过2道次冷乳，得到088. 9mmX7. 34mm成品 管。两道次乳制中间进行热处理。热处理制度：900°C，保温60min，出炉空冷到室温。加热 设备采用天然气辊底炉，管材两端内部堵保温棉减少氧化。
[0029] (5)热处理：热处理温度870°C保温10分钟，然后升温到920°C，保温50分钟，出 炉空冷。出炉后对管材进行滚动以提高管材的直线度。