一种大口径无缝钛管制造方法与流程

1.本技术涉及金属压延加工领域，尤其是涉及一种大口径无缝钛管制造方法。


背景技术：

2.钛合金具有强度高而密度小的特点，综合机械性能好，主要体现在良好的韧性和抗腐蚀性能上。基于钛合金的优异性能，钛合金可用于制作飞机中发动机和压气机等部件，还可作为火箭和导弹的结构件。钛合金可制作成多种结构，例如钛管，钛管常应用于换热器管道和输送管道中。
3.目前钛管生产中较为常见的方法是轧制、焊接-轧制、冷轧等，钛管的种类又分为无缝钛管和焊接钛管，相比起焊接钛管，由于无缝钛管的周边没有接缝，因此无缝钛管能适用于高精度要求的领域，例如石油地质钻探和航空领域。
4.然而，钛合金的工艺性能差，导致无缝钛管的制造难度大、工艺复杂，目前无缝钛管的规格主要集中在φ4-114mm的小口径范围，口径越大无缝钛管要满足性能要求的难度越大，φ400mm以上大口径的无缝钛管在强度方面的性能较差，难以满足要求。


技术实现要素：

5.为了制造出性能良好的大口径无缝钛管，本技术提供一种大口径无缝钛管制造方法。
6.本技术提供的一种大口径无缝钛管制造方法采用如下的技术方案：一种大口径无缝钛管制造方法，包括以下步骤：s1.将管坯加热；s2.加热后的所述管坯进行菌式穿孔，得到毛管；s3.对所述毛管进行轧制，得到荒管：s4.对所述荒管进行外定径，然后进行带温矫直，带温矫直的温度为260～540℃，再进行内定径，得到大口径无缝钛管。
7.通过采用上述技术方案，采用菌式热穿孔的穿孔方式，可适应钛管工艺性能差的特点，有效避免毛管内折的情况，从而获得质量良好的毛管。
8.另外本技术的制造方法采用外定径-矫直-内定径的制造方式，同样适应于钛管易断裂、难加工的特点，内定径之前先进行矫直，有助于保持壁厚的均匀度以及内定径时无缝钛管的结构稳定性，并通过带温矫直的方式，有效避免矫裂的现象，提高无缝钛管的直线度，从而能够获得大口径且结构强度高的无缝钛管，外径可达到500mm，并且无缝钛管的直径与壁厚比值较大，适应性更广。
9.可选的，s4步骤的外定径分三次进行，第一次外定径的减径程度为0.07～0.09％，第二次外定径的减径程度为0.14～0.22％，第三次外定径的减径程度为0.11～0.14％。
10.通过采用上述技术方案，外定径分三次进行，降低每次外定径时的减径程度，降低外定径时对管壁造成破坏的可能，提高无缝钛管良品率。
11.可选的，s4步骤的带温矫直分三次进行，荒管第一次带温矫直前温度为500～540℃、矫直后温度为420-450℃，荒管第二次带温矫直前温度为345～360℃、矫直后温度为295-305℃，荒管第三次带温矫直前温度为290～300℃、矫直后温度为260-270℃。
12.通过采用上述技术方案，矫直时保持一定的高温，可减少晶格畸变的情况，有效避免矫裂的现象，而且控制第二次矫直的温度低于第一次矫直温度，第三次矫直温度与第二矫直温度基本持平，使得无缝钛管的屈服强度增大，提高无缝钛管的品质。
13.可选的，s1步骤之前在管坯表面喷涂管壁防护剂，所述管壁防护剂包括以下重量份的原料：磷酸二氢铝33～45份、中空玻璃微珠2.4～3.8份、二氧化硅气凝胶4.4～5.2份、水140～200份。
14.通过采用上述技术方案，管壁防护剂在管坯表面形成防护层，防护层中磷酸二氢铝与二氧化硅气凝胶可在高温下互相交错结合作为胶结体系，中空玻璃微珠提高该胶结体系的稳定性并提高保温性，防护层可减少钛合金管坯吸收氢、氧、氮、碳等杂质的情况，并且提高管坯表面的耐磨性，使得管坯、毛管或荒管在多个步骤之间转移时不易被磨损，另外还降低管坯或毛管与外界的热交换，使毛管到进行轧制的步骤之间温降程度低，减小温降对毛管内部结构稳定性的影响，保持毛管的强度。
15.可选的，所述中空玻璃微珠的粒径d90＝45μm，d50＝40μm。
16.通过采用上述技术方案，中空玻璃微珠选择上述粒径时，管壁防护剂的保温性能较好，管壁防护剂的胶结体系稳定性也较好，从而提高无缝钛管的品质和性能。
17.可选的，所述二氧化硅气凝胶的比表面积为480～520m2/g，粒径为16～20μm。
18.通过采用上述技术方案，二氧化硅气凝胶在上述粒径范围时，管壁防护剂的胶结体系稳定性较好，进而提高无缝钛管的品质和性能。
19.可选的，所述管壁防护剂的制备方法：将磷酸二氢铝、水和二氧化硅气凝胶搅拌混合，搅拌速率100～300rpm，然后加入中空玻璃微珠继续搅拌，搅拌速率500～550rpm，得到管壁防护剂。
20.通过采用上述技术方案，中空玻璃微珠后加入，并提高搅拌速率，有助于提高中空玻璃微珠的分散性。
21.可选的，s3步骤制得荒管后进行外表面抛光。
22.通过采用上述技术方案，抛光可除去荒管表面的防护层，提高后续制得的无缝钛管的表面光滑度。
23.可选的，s3步骤中菌式穿孔的温度为1040～1120℃。
24.通过采用上述技术方案，菌式热穿孔时采用以上温度范围，穿孔效果好，毛管质量较好。
25.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、本技术采用菌式热穿孔的穿孔方式，可适应钛管工艺性能差的特点，有效避免毛管内折的情况，从而获得质量良好的毛管；另外本技术的制造方法采用外定径-矫直-内定径的制造方式，同样适应于钛管易断裂、难加工的特点，内定径之前先进行矫直，有助于保持壁厚的均匀度以及内定径时无缝钛管的结构稳定性，并通过带温矫直的方式，有效避免矫裂的现象，提高无缝钛管的直线度，从而能够获得大口径且结构强度高的无缝钛管，外径可达到500mm，并且无缝钛管的直径与壁厚比值较大，适应性更广。
26.2、本技术采用分次带温矫直，且各次矫直时控制温度变化的方式，提高无缝钛管的屈服强度。
27.3、另外本技术还在管坯表面喷涂管壁防护剂，防护剂不仅可以减小钛管吸收氢、氧、氮、碳等杂质的情况，而且可以起到保温的作用，降低毛管在轧制之前受到的温降程度，提高无缝钛管的强度。
具体实施方式
28.以下结合实施例和对比例对本技术作进一步详细说明。
29.制备例1管壁防护剂的制备：称取磷酸二氢铝3.3kg、中空玻璃微珠0.24kg、二氧化硅气凝胶0.44kg和水14kg。
30.将磷酸二氢铝、二氧化硅气凝胶和水加入搅拌锅中，以100rpm的速率搅拌15min，然后加入中空玻璃微珠，以500rpm的速率搅拌10min，得到管壁防护剂。
31.其中中空玻璃微珠的粒径d90＝20μm，d50＝15μm；二氧化硅气凝胶的比表面积为250～280m2/g，粒径35～40μm。
32.制备例2管壁防护剂的制备：称取磷酸二氢铝4.5kg、中空玻璃微珠0.38kg、二氧化硅气凝胶0.52kg和水20kg。
33.将磷酸二氢铝、二氧化硅气凝胶和水加入搅拌锅中，以300rpm的速率搅拌20min，然后加入中空玻璃微珠，以550rpm的速率搅拌5min，得到管壁防护剂。
34.其中中空玻璃微珠的粒径d90＝30μm，d50＝20μm；二氧化硅气凝胶的比表面积为250～280m2/g，粒径35～40μm。
35.制备例3管壁防护剂的制备：本制备例与制备例2的区别在于，中空玻璃微珠的粒径d90＝45μm，d50＝30μm；二氧化硅气凝胶的比表面积为480～520m2/g，粒径16～20μm。
36.对比制备例1管壁防护剂的制备：本制备例与制备例2的区别在于，用等量的二氧化硅气凝胶替代中空玻璃微珠。
37.对比制备例2管壁防护剂的制备：本制备例与制备例2的区别在于，用等量的中空玻璃微珠替代二氧化硅气凝胶。实施例
38.实施例1一种大口径无缝钛管制造方法，包括以下步骤：s1.将管坯置于加热炉中加热，出料温度1090℃。
39.s2.加热后的管坯转移至菌式穿孔机，进行菌式热穿孔，菌式热穿孔的温度为1040℃，得到毛管。
40.s3.将毛管转移至压延机中，对毛管进行轧制，得到荒管。
41.s4.将荒管转移至定径机中，先进行外定径，外定径分为三次进行，第一次外定径的减径程度为0.07％，第二次外定径的减径程度为0.14％，第三次外定径的减径程度为0.11％。
42.然后将完成外定径的荒管转移至矫直机中，进行带温矫直，带温矫直分三次进行，荒管第一次带温矫直前温度为500℃、矫直后温度为430℃，荒管第二次带温矫直前温度为420℃、矫直后温度为360℃，荒管第三次带温矫直前温度为350℃、矫直后温度为300℃。
43.然后将完成矫直的荒管转移至内径打磨装置中，进行内定径，得到大口径无缝钛管，所得无缝钛管的外径为505mm，壁厚39.6mm。
44.实施例2一种大口径无缝钛管制造方法，包括以下步骤：s1.将管坯置于加热炉中加热，出料温度1160℃。
45.s2.加热后的管坯转移至菌式穿孔机，进行菌式热穿孔，菌式热穿孔的温度为1120℃，得到毛管。
46.s3.将毛管转移至压延机中，对毛管进行轧制，得到荒管。
47.s4.将荒管转移至定径机中，进行外定径，外定径分为三次进行，第一次外定径的减径程度为0.09％，第二次外定径的减径程度为0.22％，第三次外定径的减径程度为0.14％。
48.然后将完成外定径的荒管转移至矫直机中，进行带温矫直，带温矫直分三次进行，荒管第一次带温矫直前温度为540℃、矫直后温度为460℃，荒管第二次带温矫直前温度为445℃、矫直后温度为380℃，荒管第三次带温矫直前温度为370℃、矫直后温度为325℃。
49.然后将完成矫直的荒管转移至内径打磨装置中，进行内定径，得到大口径无缝钛管，所得无缝钛管的外径为504mm，壁厚40mm。
50.实施例3一种大口径无缝钛管制造方法本实施例与实施例2的区别在于，本实施例的带温矫直过程具体为：带温矫直分三次进行，荒管第一次带温矫直前温度为540℃、矫直后温度为455℃，荒管第二次带温矫直前温度为445℃、矫直后温度为385℃，荒管第三次带温矫直前温度为290℃、矫直后温度为265℃。
51.所得无缝钛管的外径为504.2mm，壁厚40.2mm。
52.实施例4一种大口径无缝钛管制造方法本实施例与实施例2的区别在于，本实施例的带温矫直过程具体为：带温矫直分三次进行，荒管第一次带温矫直前温度为540℃、矫直后温度为450℃，荒管第二次带温矫直前温度为360℃、矫直后温度为305℃，荒管第三次带温矫直前温度为300℃、矫直后温度为270℃。
53.所得无缝钛管的外径为504.2mm，壁厚40.2mm。
54.实施例5一种大口径无缝钛管制造方法本实施例与实施例2的区别在于，本实施例的带温矫直过程具体为：带温矫直分三
次进行，荒管第一次带温矫直前温度为500℃、矫直后温度为420℃，荒管第二次带温矫直前温度为345℃、矫直后温度为295℃，荒管第三次带温矫直前温度为300℃、矫直后温度为260℃。
55.所得无缝钛管的外径为504.5mm，壁厚40.1mm。
56.实施例6一种大口径无缝钛管制造方法本实施例与实施例2的区别在于，本实施例在s1步骤之前，先在管坯表面喷涂管壁防护剂，管壁防护剂具体为制备例1的管壁防护剂。
57.另外在s3步骤制得荒管后进行外表面抛光。
58.所得无缝钛管的外径为502.5mm，壁厚39.2mm。
59.实施例7一种大口径无缝钛管制造方法本实施例与实施例6的区别在于，本实施例在s1步骤之前，先在管坯表面喷涂管壁防护剂，管壁防护剂具体为制备例2的管壁防护剂。
60.另外在s3步骤制得荒管后进行外表面抛光。
61.所得无缝钛管的外径为503mm，壁厚39.7mm。
62.实施例8一种大口径无缝钛管制造方法本实施例与实施例6的区别在于，本实施例在s1步骤之前，先在管坯表面喷涂管壁防护剂，管壁防护剂具体为制备例3的管壁防护剂。
63.另外在s3步骤制得荒管后进行外表面抛光。
64.所得无缝钛管的外径为503.2mm，壁厚39.8mm。
65.实施例9一种大口径无缝钛管制造方法本实施例与实施例2的区别在于，本实施例在s1步骤之前，先在管坯表面喷涂管壁防护剂，管壁防护剂具体为对比制备例1的管壁防护剂。
66.另外在s3步骤制得荒管后进行外表面抛光。
67.所得无缝钛管的外径为502.7mm，壁厚39.8mm。
68.实施例10一种大口径无缝钛管制造方法本实施例与实施例2的区别在于，本实施例在s1步骤之前，先在管坯表面喷涂管壁防护剂，管壁防护剂具体为对比制备例2的管壁防护剂。
69.另外在s3步骤制得荒管后进行外表面抛光。
70.所得无缝钛管的外径为502.6mm，壁厚39.7mm。
71.对比例对比例1本对比例与实施例2的区别在于，本对比例在s4步骤中，荒管在定径机完成外定径后，先转移至内径打磨装置进行内定径，然后再转移至矫直机进行带温矫直，荒管第一次带温矫直前温度为150℃、矫直后温度为130℃，荒管第二次带温矫直前温度为125℃、矫直后
温度为100℃，荒管第三次带温矫直前温度为95℃、矫直后温度为70℃。
72.所得无缝钛管的外径为505mm，壁厚41.5mm。
73.性能测试屈服强度测试：根据gbt 228.1-2010《金属材料拉伸试验》中“下屈服强度的测定”，对本技术实施例1-10以及对比例1制得的无缝钛管进行下屈服强度测试，测试结果如表1所示。
74.抗冲击性能测试：根据gbt 229-2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》中v型缺口试样在2mm摆锤刀刃的测试条件，对本技术实施例1-10以及对比例1制得的无缝钛管进行冲击吸收能量测试，测试结果如表1所示。
75.表1 下屈服强度(mpa)冲击吸收能量(kv2/j)实施例1359.4228实施例2364.1231实施例3357.0228实施例4384.4234实施例5385.6233实施例6378.9238实施例7376.4238实施例8380.7241实施例9368.8232实施例10366.0231对比例1278.5174结合表1分析，与对比例1相比，实施例1-2采用外定径-矫直-内定径的制造方式，且矫直时采用带500℃以上高温矫直的方式，所制得的无缝钛管在满足大口径需求的同时，具有较高的屈服强度和抗冲击性能，使无缝钛管的性能和品质更加良好。
76.结合实施例2-5进行分析，通过分多次矫直荒管，并且控制每次矫直荒管时的温度，第二次矫直的温度低于第一次矫直温度，第三次矫直温度与第二矫直温度基本持平，明显提高了无缝钛管的屈服强度。
77.与实施例2相比，实施例6-8由于在管坯表面喷涂了管壁防护剂，对钛合金管坯进行保护，降低毛管在轧制之前的温降程度，因此保持毛管的强度，并且采用粒径d90＝45μm、d50＝40μm的中空玻璃微珠，比表面积为480～520m2/g、粒径为16～20μm的二氧化硅气凝胶时，屈服强度和抗冲击性能都有所提高。另外结合实施例9-10，可以看出中空玻璃微珠与二氧化硅气凝胶的作用相辅相成，共同提高无缝钛管的屈服强度和抗冲击性能。
78.本具体实施方式仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施方式做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.一种大口径无缝钛管制造方法，其特征在于：包括以下步骤：s1.将管坯加热；s2.加热后的所述管坯进行菌式穿孔，得到毛管；s3.对所述毛管进行轧制，得到荒管：s4.对所述荒管进行外定径，然后进行带温矫直，带温矫直的温度为260~540℃，再进行内定径，得到大口径无缝钛管。2.根据权利要求1所述的一种大口径无缝钛管制造方法，其特征在于：s4步骤的外定径分三次进行，第一次外定径的减径程度为0.07~0.09%，第二次外定径的减径程度为0.14~0.22%，第三次外定径的减径程度为0.11~0.14%。3.根据权利要求1所述的一种大口径无缝钛管制造方法，其特征在于：s4步骤的带温矫直分三次进行，荒管第一次带温矫直前温度为500~540℃、矫直后温度为420-450℃，荒管第二次带温矫直前温度为345~360℃、矫直后温度为295-305℃，荒管第三次带温矫直前温度为290~300℃、矫直后温度为260-270℃。4.根据权利要求1所述的一种大口径无缝钛管制造方法，其特征在于：s1步骤之前在管坯表面喷涂管壁防护剂，所述管壁防护剂包括以下重量份的原料：磷酸二氢铝33~45份、中空玻璃微珠2.4~3.8份、二氧化硅气凝胶4.4~5.2份、水140~200份。5.根据权利要求4所述的一种大口径无缝钛管制造方法，其特征在于：所述中空玻璃微珠的粒径d90=45μm，d50=35μm。6.根据权利要求4所述的一种大口径无缝钛管制造方法，其特征在于：所述二氧化硅气凝胶的比表面积为480~520m2/g，粒径为16~20μm。7.根据权利要求4所述的一种大口径无缝钛管制造方法，其特征在于：所述管壁防护剂的制备方法：将磷酸二氢铝、水和二氧化硅气凝胶搅拌混合，搅拌速率100~300rpm，然后加入中空玻璃微珠继续搅拌，搅拌速率500~550rpm，得到管壁防护剂。8.根据权利要求4所述的一种大口径无缝钛管制造方法，其特征在于：s3步骤制得荒管后进行外表面抛光。9.根据权利要求1所述的一种大口径无缝钛管制造方法，其特征在于：s3步骤中菌式穿孔的温度为1040~1120℃。

技术总结
本申请公开了一种大口径无缝钛管制造方法，属于金属压延加工领域。一种大口径无缝钛管制造方法，包括以下步骤：S1.将管坯加热；S2.加热后的管坯进行菌式穿孔，得到毛管；S3.对毛管进行轧制，得到荒管：S4.对荒管进行外定径，然后进行带温矫直，带温矫直的温度为260~540℃，再进行内定径，得到大口径无缝钛管。本申请具有制造出性能良好的大口径无缝钛管的优点。具有制造出性能良好的大口径无缝钛管的优点。


技术研发人员：张国忠 王正 郑世建 叶祥斌
受保护的技术使用者：浙江泰富无缝钢管有限公司
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/8/24