[发明专利]一种钛合金大口径无缝薄壁管材的加工方法

说明书

本发明公开了一种钛合金大口径无缝薄壁管材的加工方法。该加工方法将钛合金铸锭加热保温后开坯锻造制成棒坯，棒坯经机械加工得到空心毛管，空心毛管加热后进行径向锻造得到管坯，退火后经车削得到外径Φ133～219mm、壁厚6～8.5mm、长度大于3000mm的钛合金管材。本发明方法可以将钛合金铸锭加工成直径大于120mm，壁厚6～8.5mm的管材，管材室温力学性能良好；与传统的挤压轧制加工方法相比，本发明方法简单、流程短，且得到的管材表面质量好、尺寸精度高、壁厚均匀；该方法生产成本低，得到的钛合金管材可用于舰船、石油、化工、海洋工程等领域，填补了国内钛合金大口径无缝薄壁管材的加工空白。

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，具体涉及大口径钛合金无缝薄壁管材的加工方法。

背景技术

钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀、无磁性等优点，在航空、航天、化工、兵器、舰船、汽车、建筑、医疗等领域有着广阔的应用前景，被誉为21世纪的金属材料，有着“太空金属”“海洋金属”和“第三金属”的美誉。因此TA16、TA18、TA10、TC4 等钛合金被加工成各种规格的管材，应用于航空、化工、舰船等领域。

由于钛合金具有高强度、变形抗力大、难变形、加工成形难度极大等特点，管材研制和加工技术难度较大。在国外，俄罗斯、美国等国家的钛合金管材研制和配套应用技术非常成熟，钛合金大口径管材在航空、舰船等领域已有一定的应用。

近年来，随着我国舰船、化工、海洋工程等领域用钛需求的日益增加，大口径钛合金管材的需求量也越来越多。钛合金大口径无缝管材的加工一方面取决于完善的生产设备，如3150吨挤压机、斜轧穿孔机等，生产口径大于120mm的钛合金无缝管材，需要大吨位的挤压机，设备投资巨大；另一方面取决于加工方法，传统加工方法是挤压管坯+冷轧或斜轧穿孔管坯+冷轧，生产管材时需配备挤压筒、挤压杆、挤压垫等挤压工具和冲头、针座、导路等备件，加工工艺复杂、流程长、生产效率低、制造成本高、成材率低，且管材直径较小。

现有加工钛合金大口径薄壁管材的方法有两类，一类是用板材，通过卷板机或用油压机模压成型，然后焊接成圆管，经过矫圆、矫直，制作有缝焊管；另一类是使用大直径的空心厚壁无缝管材镗孔加工(或使用超大型轧管机加工)。

例如专利CN1038944441公开了采用锻管方式生产钛合金管材，但其外径只有Φ90～Φ150mm，且壁厚较厚，达到10～30mm；专利CN101972794和CN105568195公开了采用的是“锻造-锻棒钻孔-冷轧”的工艺路线，在锻棒上加工通孔将棒材中心部位的钛材车削成屑料，并没有完整将其取出，材料利用率低，并且后续仍采用传统冷轧的方法，加工周期长；专利CN104831120、CN101190444和CN104174807公开了采用传统挤压+轧制的方法生产钛合金大口径管材；专利CN106425317公开的则是制备大口径壁厚大于100mm的Ti-B19钛合金管材；专利CN106493187公开了制备直径最大可达 520mm的钛合金管材，但其采用的是锻造棒坯+斜轧穿孔+拉拔扩孔+机加的方法；专利 CN105665468公开了采用旋压+轧制的方法，制备得到钛管材外径只有50～120mm、壁厚为0.5～1.5mm；专利CN101704035公开了快锻制坯+旋压的加工方法，得到钛管材外径只有50～100mm、壁厚为1～5mm。

目前，我国钛加工企业能够生产的钛合金管材外径大多在114mm以下，对于直径在120mm以上的大口径管材，加工得到的基本为厚壁管材，对于大口径薄壁管材而言，尚未形成可靠的生产工艺体系。

发明内容

本发明的目的是针对现有加工工艺难以加工得到大口径无缝薄壁管材的不足，提供一种加工过程简单、效率高，可以得到外径为Φ130～Φ219mm、壁厚6～8.5mm的大口径钛合金无缝管材的加工方法。

为了实现本发明的目的，本发明人通过大量试验研究并不懈努力，最终获得如下技术方案：具体包括如下步骤：