[发明专利]一种高精度高强钛合金无缝管材的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无缝管材的制造技术领域，特别涉及一种高精度高强钛合金无缝 管材的制备方法。

背景技术

高强钛合金无缝管材具有强度高、密度低、耐蚀性、耐热性好等特点，是航 空、航天、石油、化工、船舶等领域关键部位的理想材料。但是由于高强钛合金 的室温变形抗力大、加工硬化显著、冷变形易开裂，热加工过程容易发生氧化和 吸氢，使得加工具有一定长度和壁厚而且具有优良力学性能的高精度高强钛合金 管材具有相当难度。

目前，制造高强钛合金无缝管材的方法有斜轧穿孔管坯轧制法和挤压管坯轧 制法两种。(1)穿孔管坯轧制法：首先将钛合金铸锭锻造成棒材，棒材加热后送 入两辊或三辊斜轧穿孔机穿成管坯，再将管坯经过多道次的轧制、退火和精整处 理得到成品管材。该方法具有材料利用率高、工模具消耗少、生产效率高、成本 低、管坯表面质量好等优点，但是由于斜轧穿孔制备的管坯容易产生明显的壁厚 不均和偏心，而后续的轧制工艺对高强钛合金管材壁厚不均以及偏心的纠正能力 有限，导致最终管材的尺寸精度，特别是壁厚精度不高，壁厚差达到管材公称壁 厚的5％～10％；另外，钛合金在加热、保温和穿孔过程中容易发生氧化和吸氢， 使得管坯的抗拉强度提高、塑性降低，严重情况下会导致钛合金管坯发生氢脆， 导致钛合金管坯的后续轧制变形难度增加，容易出现裂纹和开裂，而且制品的综 合力学性能降低。如果在惰性气氛或真空状态下进行钛合金管坯加热、穿孔，以 减少氧化和吸氢，将大大增加生产成本。(2)挤压管坯轧制法：将钛合金铸锭或 棒坯加热，然后送入挤压机挤压成管坯，对管坯内、外表面进行处理后，再经过 多道次的轧制、退火和精整处理得到成品管材。但是挤压制备的高强钛合金管坯 的内外表面质量很差，划伤严重，大大增加后续管坯表面处理及修伤工作量，特 别是挤压以及修伤后的管坯壁厚精度难以保证，后续冷轧过程难以纠正管坯的壁 厚偏心，另外，对于较大规格的管材，需要大吨位的挤压机进行挤压，投资巨大， 成本较高。

上述两种常见制备高强钛合金无缝管材的方法的共同特点是所制备管材的 壁厚偏差较大，壁厚差往往达到管材公称壁厚的±5％～±10％。即使按中国专利 CN10148439A所述方法，对管坯或者轧制半成品进行镗孔、成品外壁抛磨及内外 壁绗磨加工，最终管材的壁厚差仍然达到管材公称壁厚的±2％～±3％。

因此，提供一种设备投资小、加工工序较少、成品率较高的用于高精度高强 钛合金无缝管材的制造方法就成为该技术领域急需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目是提供一种高精度高强钛合金无缝管材的制备方法，其特征在于， 该方法是一种设备投资小、加工工序较少、壁厚偏差小、成品率较高的高精度高 强钛合金无缝管材的制备方法；其步骤如下:

(1)高强钛合金棒材的制备：将高强钛合金铸锭经过加热、锻造，得到高强 钛合金棒材；

(2)矫直：将步骤(1)所得高强钛合金棒材加热到580～620℃，采用管棒 矫直机进行精整矫直；

(3)高精度高强钛合金管坯的制备：将步骤(2)所得矫直后的高强钛合金 棒材机加工成光棒，然后沿光棒的长度方向机加工通孔，得到高精度的高强钛合 金管坯；

(4)管材轧制及热处理：将步骤(3)所得高精度高强钛合金管坯在三辊轧 管机上进行多道次冷轧加工，每轧制1～2道次进行热处理一次，最后一道次轧制 需对管材内外径预留0.04～0.1mm的加工余量；

(5)矫直：将步骤(4)所得高强钛合金管材经过矫直后供下一工序使用；

(6)管材精修：对步骤(5)所得高强钛合金管材进行外壁抛磨及内壁绗磨 加工得到成品管材，加工量根据成品以及步骤(4)所留加工余量控制。

所述步骤(1)的锻造工艺在快锻机上进行，且锻造变形量为80％～98％。

所述步骤(3)的机加工通孔是在高精度深孔钻机床上进行，经过车削钻孔 的管坯壁厚偏差≤公称壁厚的±1％，这是获得壁厚偏差小的高精度管坯的关键。

所述步骤(4)的冷轧加工是采用三辊周期式冷轧管机，以保证管材轧制精 度；其冷轧加工的道次变形量为6％～15％，两次退火之间的累计变形量为8％～20％， 从管坯到成品管材的总变形量为35％～80％。

所述步骤(4)的热处理包括中间退火及成品退火，均采用立式真空退火炉 进行，并且真空度低于1.33×10^-1Pa。