异形无缝管材及其制备方法与流程

本发明涉及金属管材，特别是涉及一种异形无缝管材及其制备方法。

背景技术：

1、随着钛及钛合金等含钛金属材料在航空航天、舰船及海洋工程、海洋勘探仪器等领域的应用越来越广泛，除铸件和锻件外，钛及钛合金无缝管材/异型管材的需求随之增加，其中，含钛金属的异形无缝管材主要应用于其工作条件处于恶劣环境下的设备或部件，如油田测井仪外壳需置于海水下数千米，其所需承受的压力较大，且同时需承受海水和海洋生物腐蚀；又如置于数千米海深中的海洋勘探仪器外壳、承受较大压力通入腐蚀介质的管道等。

2、然而，采用传统工艺制得的含钛金属的异型无缝管材存在各处组织结构不均一，机械强度低等问题，导致产品质量不稳定，单位质量成本偏高。

3、因此，传统技术仍有待发展。

技术实现思路

1、基于此，本发明提供了一种异形无缝管材及其制备方法，该异形无缝管材的制备方法能提高异形无缝管材的组织结构均匀性，兼具优异的力学强度和韧性，且尺寸精度高。

2、本申请一方面提供一种异形无缝管材的制备方法，包括如下步骤：

3、按照设计的异形无缝管材的形状，对含钛金属铸锭依次进行拉拔锻造处理和穿孔处理，制备空心的含钛金属管坯；

4、将棒芯插入所述含钛金属管坯的空心管道中，然后对含钛金属管坯进行精锻处理，所述精锻处理的精锻方向为自所述含钛金属管坯的长度方向上的一端至另一端，制备精锻后的含钛金属管材；在所述精锻处理的过程中，控制含钛金属管坯的表面温度为600℃~1050℃；

5、将所述含钛金属管材进行第一次热处理；将经过所述第一次热处理的含钛金属管材进行水冷处理，直至含钛金属管材的表面温度降至500℃~600℃，将所述含钛金属管材置于空气中放置1min~5min，再继续进行水冷处理，直至含钛金属管材的表面温度降至200℃~300℃，然后依次进行空冷处理和第二次热处理，制备异形无缝管材。

6、上述异形无缝管材的制备方法中，先依次进行拉拔锻造处理和穿孔处理制备含钛金属管坯再进行精锻处理，并控制精锻处理过程中含钛金属管坯的表面温度，使管材各处的组织结构生长至适当的大小的同时保持较好的塑性变形能力，以提高管材的力学性能，降低管材出现裂纹的几率；进而将精锻的含钛金属管材进行第一次热处理后进行水冷处理至特定的表面温度，然后停止水冷处理于空气中放置特定时间，以使含钛金属管材的内部和表面温度均进行特定时间的回温缓冲，使含钛金属管材的内部和表面的温度趋向一致，然后再继续水冷处理至特定温度后空冷，并再次进行第二热处理，降低含钛金属管材因表面和内部不同位置的冷却度不同而导致异形无缝管材的组织均匀性下降的几率，从而提高异形无缝管材的组织均匀度，并兼具优异的力学强度和韧性。

7、同时，上述制备方法中，先依次进行拉拔锻造处理、穿孔处理制备含钛金属管坯再进行精锻处理，只需通过调整精锻时的棒芯尺寸和精锻工艺参数，即可调整管材的内外径和外型，制得的异形无缝管材的尺寸精度高，成材率高。

8、在其中一些实施例中，所述异形无缝管材两端的结构对称，所述精锻处理的处理次数为至少两次，且相邻两次所述精锻处理的精锻方向相反。

9、当异形无缝管材两端的结构对称时，进行至少两次精锻处理，且相邻两次所述精锻处理的精锻方向相反，以进一步提高结构对称管材的尺寸精度。

10、可理解，从含钛金属管坯的长度方向上的一端至另一端进行第一次精锻处理，则第二次精锻处理时的起点即为第一次精锻处理时的终点；“长度方向”即管坯的中轴线方向。

11、“异形无缝管材两端的结构对称”是指：过异形无缝管材的中轴线的中点作垂直于中轴线的垂直线，异形无缝管材以该垂直线为对称轴，两端的结构对称。

12、在其中一些实施例中，在精锻处理的过程中，控制含钛金属管坯的表面温度为700℃~1050℃。

13、进一步调控精锻处理的过程含钛金属管坯的表面温度，以提高管材的力学性能。

14、在其中一些实施例中，所述异形无缝管材的制备方法满足如下(1)~(3)中至少一个条件：

15、(1)所述第一次热处理的温度为700℃~1050℃；

16、(2)所述第二次热处理的温度为500℃~600℃；

17、(3)所述第一次热处理的温度大于所述第二次热处理的温度。

18、进一步调控第一次热处理和第二次热处理的温度，在较高温条件下进行第一次热处理，同时结合较低温度的第二次热处理，可进一步细化管材的组织结构，提高异形无缝管材的力学强度。

19、在其中一些实施例中，所述异形无缝管材的外径变径一次为一个台阶，在所述精锻处理的步骤中，第一台阶的锻打速度为2m/min~3m/min，后续台阶的锻打速度为1m/min~2m/min。

20、在其中一些实施例中，所述拉拔锻造处理的过程中，包括如下步骤：

21、在第一加热温度下，对所述含钛金属铸锭依次进行开坯锻造和多火次镦拔，制备预制含钛金属棒坯；所述第一加热温度大于所述含钛金属铸锭的相变点温度；

22、在第二加热温度下，对所述预制含钛金属棒坯进行多火次镦拔，制备所述含钛金属棒坯；所述第二加热温度小于所述预制含钛金属棒坯的相变点温度。

23、先在含钛金属铸锭的相变点以上开坯锻造，进行多火次镦拔，提高组织的均匀化程度，然后在预制含钛金属棒坯的相变点以下多火次镦拔，使铸态中的大组织结构被充分破碎细化，进一步提高组织均匀性和力学性能。

24、在其中一些实施例中，所述第一加热温度为900℃~1150℃，所述第二加热温度为700℃~1000℃。

25、在其中一些实施例中，所述穿孔处理包括依次进行的定心通孔处理和热穿孔处理，所述热穿孔处理满足如下(4)~(5)中至少一个条件：

26、(4)所述热穿孔处理的步骤采用斜轧穿孔、在900℃~1150℃下进行；

27、(5)在所述热穿孔处理的步骤中，外径扩径率为2%~10%，压下率为8%~10.5%，管坯延伸系数为1.2~2.5。

28、在其中一些实施例中，所述含钛金属铸锭的组分包括α型钛合金、α+β型钛合金和β型钛合金中的至少一种。

29、本申请的另一方面提供一种异形无缝管材，所述异形无缝管材采用如上所述的异形无缝管材的制备方法制得。

技术特征：

1.一种异形无缝管材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的异形无缝管材的制备方法，其特征在于，所述异形无缝管材两端的结构对称，所述精锻处理的处理次数为至少两次，且相邻两次所述精锻处理的精锻方向相反。

3.根据权利要求1所述的异形无缝管材的制备方法，其特征在于，在所述精锻处理的过程中，控制所述含钛金属管坯的表面温度为700℃~1050℃。

4.根据权利要求1~3任一项所述的异形无缝管材的制备方法，其特征在于，所述异形无缝管材的制备方法满足如下(1)~(3)中至少一个条件：

5.根据权利要求1~3任一项所述的异形无缝管材的制备方法，其特征在于，所述异形无缝管材的外径变径一次为一个台阶，在所述精锻处理的步骤中，第一台阶的锻打速度为2m/min~3m/min，后续台阶的锻打速度为1m/min~2m/min。

6.根据权利要求1~3任一项所述的异形无缝管材的制备方法，其特征在于，所述拉拔锻造处理的过程中，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的异形无缝管材的制备方法，其特征在于，所述第一加热温度为900℃~1150℃，所述第二加热温度为700℃~1000℃。

8.根据权利要求1~3任一项所述的异形无缝管材的制备方法，其特征在于，所述穿孔处理包括依次进行的定心通孔处理和热穿孔处理，所述热穿孔处理满足如下(4)~(5)中至少一个条件：

9.根据权利要求1~3任一项所述的异形无缝管材的制备方法，其特征在于，所述含钛金属铸锭的组分包括α型钛合金、α+β型钛合金和β型钛合金中的至少一种。

10.一种异形无缝管材，其特征在于，所述异形无缝管材采用如权利要求1~9任一项所述的异形无缝管材的制备方法制得。

技术总结
本发明涉及一种异形无缝管材及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：按照设计的异形无缝管材的形状，对含钛金属铸锭依次进行拉拔锻造处理和穿孔处理，然后对含钛金属管坯进行精锻处理，控制含钛金属管坯的表面温度为600℃~1050℃，制备精锻后的含钛金属管材；将含钛金属管材进行第一次热处理，将经过第一次热处理的含钛金属管材进行水冷处理，直至含钛金属管材的表面温度降至500℃~600℃，将含钛金属管材置于空气中放置1min~5min，再继续进行水冷处理，直至含钛金属管材的表面温度降至200℃~300℃，然后依次进行空冷处理和第二次热处理，制备异形无缝管材。

技术研发人员：杨胜,欧阳涛,向午渊,张慧杰,温凯,肖芬,邹天鹏,严彬
受保护的技术使用者：湖南湘投金天科技集团有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15