[发明专利]一种高性能TC11管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，特别是涉及一种高性能挤压TC11管及其制备方法。 

背景技术

目前，石油行业普遍使用钢管作为输送管道，由于钢管的强度及冲击性能较低，因此，在使用过程中，由于过载和碰撞等原因，容易造成钢管报废或产生事故，同时，钢管的使用寿命很短，使用中的钢管由于腐蚀等原因，经过一年后基本不能够再次使用，需要更换新的钢管，从而增加了运行成本。 

TC11钛合金以其所具有的比强度高，冲击性能好，耐腐性能好等优势，作为一种重要的航空和宇航材料，被广泛应用于航空发动机的压气机盘、叶片和鼓筒等零件以及飞机结构件。由于TC11钛合金属热强钛合金，其强度较高，变形抗力大，加工过程中容易开裂，使得管材制备较困难，显微组织及性能难以控制。故现有技术中关于TC11钛合金管材生产的资料很少。目前， 涉及TC11钛合金管材生产的技术有： 

中国专利《一种钛合金（TC11）轧制管及其制备方法》（CN103540796 A）公布采用斜轧及挤压方法制备管坯，并进一步通过轧制制备TC11钛合金管，该制备方法有以下缺点1）仅适用于Fe、O水平较低的情况（Fe、O含量与强度有正强关系），Fe、O含量增大，轧制困难；2）加工过程道次多，并且每道次需退火及酸洗或碱洗，一般氧化退火耗时长，生产率低；3）轧制难以保证高的尺寸精度及型位公差（直线度、同心度等）。4）采用的退火制度难以实现材料强塑性的共同提升，塑性偏低，冲击性能差。

中国专利《一种大直径高质量管坯或环坯的复合挤压制备方法 》（CN103170797 A）公开了一种针对变形抗力大、热加工温度范围窄、热加工困难的难变形材料采用复合挤压方法生产TC11钛合金管坯的技术，该方法成形省力、节能、材料利用率高、产品质量好，能够有效解决传统工艺制备的管（环）坯存在组织粗大、均匀性差，成形力大等诸多问题。但是，采用该方法生产的TC11钛合金管坯，其直径为Φ200mm～Φ1000mm，壁厚为10mm～80mm，长度为300mm～2000mm，该规格更倾向于环材，类似于中国专利 CN103071743A提供的TC11钛合金小孔径厚壁筒形件，或者中国专利 CN102029342A提供的TC11钛合金薄壁环件；而且该管材还是应用于航空航天领域。目前，还未有将TC11钛合金管材应用在石油化工领域上的技术存在。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种具有优异的耐腐蚀性能，显微组织均匀、稳定，强度、塑性和抗冲击性能均满足石油行业使用要求的高性能TC11管； 

本发明的另一目的是提供上述高性能TC11管的制备方法。

石油行业用TC11钛合金管代替钢管，其力学性能必须达到抗拉强度Rm≥1030MPa，屈服强度Rp0.2≥950MPa，冲击功Aku2≧35J；且显微组织均匀。本发明正是基于上述原理设计，具体采取的技术方案为： 

一种高性能TC11管，其特征在于所述TC11管的化学成分组成为：5.8≤Al≤7.0%，2.8≤Mo≤3.8%，0.8≤Zr≤2.0%，0.2≤Si≤0.35%，Fe≤0.25%，C≤0.08%，N≤0.05%，H≤0.012%，O≤0.15%，余量为Ti，其他元素单一<0.10%，总和<0.40%。

一种高性能TC11管的制备方法，其特征在于其工艺步骤为：首先采用1级海绵钛及铝钒合金、铝钼合金、锆屑，按照5.8≤Al≤7.0%，2.8≤Mo≤3.8%，0.8≤Zr≤2.0%，0.2≤Si≤0.35%，Fe≤0.25%，C≤0.08%，N≤0.05%，H≤0.012%，O≤0.15%，余量为Ti，其他元素单一<0.10%，总和<0.40%的配比进行配料，制备电极，熔炼制备TC11钛合金铸锭，然后将铸锭锻造成黑皮棒坯，再经过机加工及表面修磨制备出挤压锭坯，挤压锭坯经过钻孔、包套、加热后挤压制备管坯，管坯利用挤压后的余温后进行热矫直，而后经过表面处理、热处理和机加工外车内镗制备成品TC11管材。 

所述熔炼采用真空自耗电弧熔炼，熔炼2～3次。 

所述钛合金铸锭经过6火次锻造，其中在相变点以上进行三火次锻造，共进行六镦七拔锻造，总锻比为Y=6～8，相变点以下进行三火次锻造，共进行三墩四拔摔圆，总锻比为Y=4～6。 

所述相变点是采用升温金相法测定的，最终确定的相变点。 

所述经过机加工和表面修磨后的挤压锭坯，控制其外表面粗糙度小于6.3μm，修磨的深宽比小于1/8。