一种钛合金ta18无缝管及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种TA18钛合金无缝管及其制备方法,按重量计合金组成为:Ti余量,Al(2～3.5)％,V(1.5～3)％,Fe≤0.3％,C≤0.08％,N≤0.05％,H≤0.015％,O≤0.2％；此钛合金无缝管加工方式有9种，第一种是热穿孔后进行热轧制成品；第二种是热穿孔后进行冷轧制成品；第三种是热穿孔后进行热轧制再冷轧制成品；第四种是热穿孔后进行热顶管轧制成品；第五种是热穿孔后进行机加工所得到的成品管；第六种是热挤压制备管坯后进行热轧制成品管；第七种是热挤压制备管坯后进行冷轧制成品管；第八种是热挤压制备管坯后进行顶管轧制成品；第九种是热挤压制备管坯后直接机加工成品管；其主要特点是按此9种方法生产的钛合金TA18无缝管得到金属晶粒更加细化、组织更加致密，从而使其材料的性能大有改善。
【专利说明】
一种钛合金TA18无缝管及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及钛合金管及其制备，具体地说是一种TA18无缝管及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着钛合金的不断发展，越来越需求高强度、高韧性、耐高温和耐腐蚀的钛合金， 尤其是钛合金管材需求越来越多，而钛合金管材的加工难度越来越大，钛合金TA18管材大 部分应用于油田、核电站、化工等行业，而现在的钛合金TA18管材通常都是板材卷焊的、棒 材掏孔的。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种适合于现代市场需求的钛合金TA18管，此方法制备 的TA18管材强度较高、韧性好和耐腐蚀，用上述方法加工的钛合金TA18管其性能中的抗拉 强度（Rm)达到500~lOOOMPa，延伸率6~25%。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0005] -种钛合金TA18管，按重量百分比计合金组成为：A1 (2~3.5) %，V(l. 5~ 3) %，Fe 彡 0· 3%，C 彡 0· 08%，Ν 彡 0· 05%，Η 彡 0· 015%，0 彡 0· 2% ;Ti 余量；一种钛 合金TA18热乳管的制备方法，按重量百分比计合金原料组成为：A1 (2~3. 5) %，V(l. 5~ 3) %，Fe 彡 0· 3%，C 彡 0· 08%，Ν 彡 0· 05%，Η 彡 0· 015%，0 彡 0· 2% ;Ti 余量；按常规 方法将上述原料加工成棒坯进行热穿孔热乳制或热穿孔冷乳制或热穿孔后加工或热挤压 冷乳制或挤压热乳制或热挤压机加工，或热穿孔热乳制后冷乳制，或热穿孔热顶管乳制， 或热挤压热顶管乳制，并控制钛合金TA18中Fe彡0. 3%，C彡0. 08%，N彡0. 05%，Η彡0. 015 %，0彡0· 2%;其ΤΑ18无缝管规格：圆管外径⑴(广0 |X壁厚0· 9~400mm(但外径 与壁厚之比必须大于2) X长度100~24000謹，方管10~1500_Χ 10~1500_Χ壁厚 0. 9~400mm (但每个边长都必须大于相邻2个壁厚之和）X长度100~24000mm，异形管 大头外径01.O~015OOnimX壁厚〇. 9~400mm(但外径与壁厚之比必须大于2) X小头外径 0:Γ01300mroX:壁厚〇. 9~400mm (但外径与壁厚之比必须大于2) X长度100~24000mm， 异形管大头外径必须大于小头外径；
[0006] 在制备TA18钛合金管时，首先无缺陷的光棒坯料放在加热炉（天然气炉或箱式电 阻炉或感应加热炉）内进行升温加热；加热温度600°C~1100°C，保温时间=(加热锭坯直 径/2)_+(20~90)分钟。热穿孔或热挤压后进行再进行冷乳制、热穿孔或热挤压后进行 再进行热乳制成品、热穿孔热乳制后冷乳制成品、热穿孔或热挤压后热顶管乳制成品、热穿 孔或热挤压后进行机加工成品，冷乳制热乳制时变形量为（20%~90%)/次，热穿孔后、 热挤压后、热乳制后的温度300 °C~900 °C。
[0007] 乳制完成后的成品采用氧化退火或真空退火，氧化退火的退火温度为400~ 1000°C保温0. 5~8小时；真空退火的退火温度为400~1000°C保温0. 5~8小时，热处 理后的成品则要再进行酸洗或碱洗、酸洗或碱洗后水洗，获得产成品，或者再进行一次机加 工获得广成品。
[0008] 此产品钛合金TA18热乳管性能中的抗拉强度（Rm)在热处理和固溶时效后可达 (500~1000)MPa,延伸率在（6~25) %，在消除应力退火和完全再结晶退火的两种状态 中，其金相组织均匀。
[0009] 本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：
[0010] 1.耐腐蚀：本发明钛合金TA18无缝管强度（Rm) (500~lOOOMPa)比钢管耐腐蚀 性好。
[0011] 2.降低成本，缩短生产周期：现有钛合金管生产工艺每道乳制后都要进行真空退 火，而本发明的钛合金TA18无缝管材生产工艺为热穿孔或热挤压管坯后进行乳制成品或 机械加工成品，这样既降低了电耗成本也缩短了生产周期。
[0012] 3.成品率高，质量好，性能优：本发明TA18无缝管比棒材掏孔管成品率高，TA18 无缝管利用热穿孔或热挤压管坯进行乳制成品或机械加工成品，损耗小，成品率高，而棒材 掏孔管则需要掏出很多肩废品，损耗大，成品率低，棒材掏孔管只是棒材的质量和性能，棒 材掏孔管的质量、性能远不及按上方法制备TA18无缝管的质量、性能。
[0013] 4.使用寿命长：本发明TA18无缝管先天性组织致密，板材焊接管则在焊缝处组织 状态与基体不一致，容易造成疲劳性晶间开裂，所以有TA18无缝管比板材焊接管使用寿命 长。
【具体实施方式】
[0014] 本发明是通过独特的操作方法和制备加工工艺就可以获得新型钛合金TA18无缝 管，下面通过实施例详述本发明。
[0015] 采用氧化或真空退火，冷乳或热乳制法：按常规步骤进行，首先用原料海绵钛、钒 铝合金进行配料（按重量百分比计A1 (2~3. 5) %，V(l. 5~3) %，Fe < 0. 3%，C < 0. 08% ，N彡0. 05 %，Η彡0. 015 %，0彡0. 2 % ;Ti余量；将原料混合），挤压电极，焊接电极，装炉熔炼 铸锭，扒皮取样分析，用铸锭锻造棒料（棒坯），棒料车光下料，用光棒热穿孔或热挤压成管 坯后，进行冷乳制成品或热乳制成品或热顶管乳制成品或机械加工成品，碱洗，酸洗，水洗， 平头，退火，取样分析，定尺下料。
[0016] 下述实施例中的碱洗配比、酸洗配比均为：
[0017] 碱洗液：[85 ~95 % NaOH+15 ~5 % NaN03 (或 KN03)]
[0018] 酸洗液：[30 ~40 % HN03+2 ~10 % HF+ 余量 H20]
[0019] 实施例1.
[0020] 具体制备过程如下：
[0021] 由TA18棒坯0r)OmmX 2000mm,装入箱式电阻炉升温加热900°C，保温60分钟，出 炉热穿孔，热穿孔后的管坯通过传输至乳制生产设备上进行热乳制，热乳制变形量为50%， 终乳温度500°C，热乳制成品规格为01〇:卿X 〇· 5mmX 24000mm，氧化退火600°C保温1小 时，碱洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为Rm 860MPa，Rp0. 2760MPa，A 14% ;
[0022] 钛合金TA18管，按重量百分比计合金组成为：A1 2. 1%，V 2. 5%，Ti余量。
[0023] 实施例2·
[0024] 具体制备过程如下：
[0025] 由TA18棒还:01300_ X 2F)00mrn，装入天然气炉升温加热1100°C，保温11小时， 出炉热穿孔，热穿孔后的管坯通过传输至热乳制生产设备上进行冷乳制，冷乳制变形量为 40 %，冷乳制成品规格为()1 OOOmir! X 400_ X丨0000mm,氧化退火800 °C保温8小时，碱 洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为Rm950MPa，RpO. 2820MPa，A 11%。
[0026] 钛合金TA18管，按重量百分比计合金组成为：A13. 2%，V 2. 7%，Ti余量。
[0027] 实施例3.
[0028] 具体制备过程如下：
[0029] 由TA18棒坯0120mra X 20()0mm，:装入箱式电阻炉升温加热820°C，保温60分钟， 出炉热挤压，热挤压后的管坯进行表面处理，处理掉表面缺陷，然后进行冷乳制，乳制变形 量为30 %，乳制成品规格为0__mm X.5... 5mmX 1 l0Q_:Ctom，氧化退火700°C保温1小时，碱 洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为Rm 680MPa，Rp0. 2535MPa，A 15% ;
[0030] 钛合金TA18管，按重量百分比计合金组成为：A1 2. 1%，V 1.6%，Ti余量。
[0031] 实施例4·
[0032] 具体制备过程如下：
[0033] 由ΤΑ18棒坯01500mm X2:500min，装入天然气炉升温加热1100°C，保温12小时， 出炉热挤压，热挤压后的管坯通过传输至热乳制生产设备上进行热乳制，热乳制变形量为 60%，乳制成品规格为01000mm X 400mm X 1 OOOOnim，氧化退火900°C保温8小时，碱洗、 酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为Rm980MPa，RpO. 2890MPa，A 11%。
[0034] 钛合金TA18管，按重量百分比计合金组成为：A1 3. 3%，V 2. 9%，Ti余量。
[0035] 实施例5·
[0036] 具体制备过程如下：
[0037] 由ΤΑ18棒坯050mm X 1000mm，装入箱式电阻炉升温加热960 °C，保温60分 钟，出炉热穿孔，热穿孔后的管坯冷却后机加工成品规格为010mmX().如!丨nX24()00!Tim, 氧化退火600°C保温1小时，碱洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为Rm 920MPa, RpO. 2750MPa, All%；
[0038] 钛合金TA18管，按重量百分比计合金组成为：A1 3. 5%，V 2. 9%，Ti余量。
[0039] 实施例6·
[0040] 具体制备过程如下：
[0041 ] 由ΤΑ18棒坯勤.12晒X 1670_:，装入箱式电阻炉升温加热970 °C，保温60 分钟，出炉热穿孔，热穿孔热乳制后的管坯冷却后进行乳制成品规格为0177. 8mni X 9. 19mm X AlOOOmm,氧化退火600°C保温1小时，碱洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析 其性能实测为 Rm 910MPa, RpO. 2830MPa, A 12% ;
[0042] 钛合金TA18管，按重量百分比计合金组成为：A1 3%，V 2. 7%，Ti余量。
[0043] 实施例7·
[0044] 具体制备过程如下：
[0045] 由ΤΑ18棒坯07:8Qmm X167〇nm，装入箱式电阻炉升温加热1020 °C，保温60 分钟，出炉热穿孔，热穿孔后热顶乳管至成品规格为0558. 8mm X35. 5:晒XMOQOffiffi，. 氧化退火600°C保温1小时，碱洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为Rm 930MPa, RpO. 2840MPa, A 13% ；
[0046] 钛合金TA18管，按重量百分比计合金组成为：A1 3. 1%，V 2. 9%，Ti余量。
[0047] 实施例8.
[0048] 具体制备过程如下：
[0049] 由TA18棒坯0362mm X 1670mm,装入箱式电阻炉升温加热980 °C，保温60 分钟，出炉热挤压，热挤压后热顶乳管至成品规格为0127mm X9. l9mmX24000mm, 氧化退火600°C保温1小时，碱洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为Rm 900MPa, RpO. 2830MPa, A 15% ；
[0050] 钛合金TA18管，按重量百分比计合金组成为：A1 3. 1%，V 2. 5%，Ti余量。
[0051] 实施例9·
[0052] 具体制备过程如下：
[0053] 由ΤΑ18棒还01500mrn X 2500mrn，装入天然气炉升温加热1100°C，保温12小时， 出炉热穿孔，热穿孔后的管坯冷却后机加工成品规格为01200mm X lOOmmX 10000mm, 氧化退火900°C保温8小时，碱洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为 Rm100 0MPa，Rp0.2910MPa，A 11%。
[0054] 钛合金TA18管，按重量百分比计合金组成为：A1 3. 5%，V 3%，Ti余量。
[0055] 实施例10.
[0056] 具体制备过程如下：
[0057] 由ΤΑ 18棒坯0120腿1 X 1000腿1，装入箱式电阻炉升温加热960 °C，保温60分 钟，出炉热挤压，热挤压后的管坯冷却后机加工成品规格为064画X6. 5腿X5200腿， 氧化退火600°C保温1小时，碱洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为Rm 860MPa, RpO. 2780MPa, A 16% ；
[0058] 钛合金TA18管，按重量百分比计合金组成为：A1 3. 1%，V 2. 6%，Ti余量。
[0059] 实施例11.
[0060] 具体制备过程如下：
[0061] 由TA18棒坯01700mm X 2500mm,装入天然气炉升温加热1100°C，保温13小时， 出炉热挤压，热挤压后的管还冷却后机加工成品规格为B.lSffOmmXzlOOmrnX l()()()()mm，. 氧化退火900°C保温8小时，碱洗、酸洗、水洗、定尺下料、取样分析其性能实测为 Rm950MPa，RpO. 2860MPa，A 11 %。
[0062] 钛合金TA18管，按重量百分比计合金组成为：A1 3. 2%，V2. 8%，Ti余量。
【主权项】
1. 一种铁合金TA18无缝管，其特征在于： 按重量百分比计合金组成为：A1 (2~3. 5) %，V(1. 5~3) %，余量为铁。2. 按照权利要求1所述的铁合金无缝管，其特征在于： 按重量百分比计合金组成为：A1(2~3. 5) %，V(1. 5~3) %，化《0. 3%，C《0. 08%， N《0. 05%，H《0. 015%，O《0. 2% ;余量为铁。3. 按照权利要求1或2所述的铁合金无缝管，其特征在于：铁合金TA18无缝管的规格 范围： 圆管：外径010~則500腿X璧厚化9~400mm(但外径与璧厚之比必须大于2) X 长巧 100'、24 OOOmm; 巧，方符：化长10~1500mmX边长I (Tl 500mmX咕掉0.9~IOOmm(化句;个边 长都必须大于相邻2个壁厚之和）X长度10旷24000mm; 或，异形管：大头外径010~015OOmmX壁厚0. 9~400mm(但外径与壁厚之比 必须大于2) X小头外径03~013O(MmX壁厚0. 9~40(Mm (但外径与壁厚之比必须大 T- 2) X长化K)(r2.1000mm，异形管大头外径必须大于小头外径。4. 一种权利要求1、2或3所述铁合金TA18无缝管的制备方法，其特征在于： 按重量百分比计合金原料组成为：Al (2~3. 5) %，V(l. 5~3) %，Ti余量； 按常规方法将上述原料加工成棒巧料； 通过热挤压或热穿孔的方式制备管巧，成品管制备方法为下述9种之一， 第一种是热穿孔后进行热社制成品； 第二种是热穿孔后进行冷社制成品； 第=种是热穿孔后进行进行热社制再冷社制成品； 第四种是热穿孔后进行热顶管社制成品； 第五种是热穿孔后进行机加工所得到的成品管； 第六种是热挤压制备管巧后进行热社制成品管； 第屯种是热挤压制备管巧后进行冷社制成品管； 第八种是热挤压制备管巧后进行顶管社制成品； 第九种是热挤压制备管巧后直接机加工成品管； 按上述9种方法任一生产的TA18无缝管得到金属晶粒更加细化、组织更加致密，从而 使其材料的性能大有改善。5. 按照权利要求4所述的制备方法，其特征在于：铁合金TA18无缝管的规格范围： 圆管：外径010~0巧OOmmX壁厚0. 9~400麵(但外径与壁厚之比必须大于2) X 长化 100-、21000mm; 或，方管：边长10~ISOOmmX边长10~ISOOmmX壁厚0. 9~400mm(但每个边长都 必须大于相邻2个壁厚之和）X长度100~24000mm ; 或，异形管：大头外径010~015OOmmX壁厚0. 9~400mm(但外径与壁厚之比 必须大于2) X小头外径03l313OOmmX壁厚化9~IOOmm(但外径与壁厚么比必须大 于2) X长化10(广IMOOOmm，异形管大头外径必须大于小头外径。6. 按照权利要求5所述的制备方法，其特征在于： 在制备TA18铁合金管时，首先无缺陷的光棒巧料放在加热炉（天然气炉或箱式电阻炉 或感应加热炉或煤气发生炉）内进行升溫加热；加热至溫度6〇o°c~iioor，保溫时间= (加热锭巧直径mm/2)分钟+ (20~90)分钟；进行出炉热穿孔或热挤压，热穿孔或热挤压后 再进行冷社制或热社制、热穿孔或热挤压后机加工、热穿孔或热挤压后热顶管社制，冷社制 或热社制时变形量为（20%~90% )/次，热穿孔后、热挤压后、热社制后的溫度为300°C~ 900 °C。7. 按照权利要求4、5或6所述的制备方法，其特征在于：铁合金TA18无缝管的热处理 及表面处理：热穿孔、热挤压、冷社制、热社制、热顶管社制、及管巧机加工后的成品采用氧 化退火或真空退火，氧化退火的退火溫度为400~IOOCTC保溫0. 5~8小时；真空退火的 退火溫度为400~IOOCTC保溫0. 5~8小时，热处理后的成品则要再进行酸洗或碱洗、酸洗 或碱洗后水洗，获得产成品，或者再进行一次机加工获得产成品。
【文档编号】B21C37/06GK105986144SQ201510076912
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月12日
【发明人】张忠世, 郭淑君, 张桂艳, 王啸虎
【申请人】张忠世