[发明专利]金属波纹管用低胀破率纯钛无缝管及其生产工艺

说明书

本发明涉及一种金属波纹管用低胀破率纯钛无缝管及其生产工艺。其特点是：该无缝管具有晶粒度6～7级，抗拉强度300MPa≤Rm≤400MPa，屈服强度180MPa≤Rp0.2≤310MPa，以及延伸率≥50％、壁厚均匀±5％t、极限扩口率≥60％并且胀破率≤3％。本发明制备出的纯钛无缝管材，晶粒度达到6～7级、室温延伸率达到50％以上、壁厚偏差控制在±5％t及极限扩口率达到60％以上，可实现后续波纹管制备中胀破率在3％以下。

技术领域

本发明涉及一种金属波纹管用低胀破率纯钛无缝管及其生产工艺。

背景技术

金属波纹管是一种挠性、薄壁、有横向波纹的管壳零件，在外力作用下能产生轴向、角向、侧向及其组合位移，可作为敏感元件、减震元件、补偿元件、密封元件、阀门原件及管路连接件，具有补偿管线热变形、减震、吸收管线沉降变形等作用，广泛应用在石化、仪表、航天、化工、电力、水泥、冶金等行业。制作金属波纹管的材料不仅要与工作环境的温度、腐蚀性等有很好的相容性，也需要有较高强度和较长疲劳寿命，同时应具有较好的制造工艺性。直径较小的波纹管通常用小规格无缝管材制作，较大规格的波纹管一般用板材或带材成形圆筒后纵向焊缝，再成形波纹管。

金属波纹管主要成型技术有液压胀形、机械胀形、滚压成形及焊接成形等，其中液压成形与其他成型技术相比具有变形均匀、波纹圆度较高和波形饱满、成品表面质量好及成形率高等优点，成为金属波纹管成形的主流技术，多用于小口径金属波纹管的成形制造。目前制造金属波纹管的主要材料是不锈钢，其制备波纹管的胀破率一般在5％以下，但不锈钢波纹管在高温、强腐蚀性的工作环境中很容易失效。钛及钛合金因具有比强高、工艺性能好和优异的耐腐蚀性能成为一种新型的波纹管制造材料，钛及钛合金制备的波纹管对延长设备寿命和提高设备安全可靠性具有重要作用。其中纯钛无缝管具有优异的冷成型性，一般通过液压胀形等冷加工方法来制备U型波纹管。

目前市场上生产的纯钛无缝管经液压胀形(液压胀形的成型工作压力一般在10～13MPa)制备成U型波纹管的胀破率达到10％左右，其原因主要有：

(1)所用坯料管材内部存在成分偏析或夹杂等冶金缺陷：受海绵钛中杂质元素分布均匀性，熔炼过程中冷却条件、熔池形状和深度等发生变化，以及杂质元素在凝固结晶时的分布系数各异等因素的影响，这样不可避免地使杂质元素在坯料局部分布存在差异形成偏析；海绵钛中含有氮化物等缺陷钛块或有机物等异物，电极制备、焊接及熔炼等过程中带入的高熔点金属或非金属化合物，以及因掉料等而造成电极未完全熔透等原因在坯料中形成与基体组织存在显著差异的夹杂缺陷，夹杂物通常按密度分为高密度(如钨、钼、铌等)和低密度(如氮化钛、氧化物、碳及碳化物、未熔透的电极等)夹杂物，夹杂物通常熔点都较高，熔炼时难以消除。偏析会造成波纹管各部位性能相差较大，而夹杂物尤其低密度夹杂物通常具有硬而脆的特点，促进波纹管在生产和使用过程裂纹的形成和扩展，会引发液压胀形管材的破裂。

(2)所用坯料管材室温延伸率不够高：管材室温延伸率的高低对制备波纹管很关键，它是影响液压成形极限和成型工作压力的一个重要因素。一般而言，管材室温延伸率越高，允许的变形程度越大，成形极限也越大，同时成型工作压力也越小，越利于胀形，因此在选材时一般选用高延伸率的原材料。目前纯钛无缝管材的室温延伸率不够高，一般在30％～40％，不利于管材通过液压胀形制备波纹管。

(3)所用坯料管材的壁厚均匀性不够好：在金属波纹管液压胀形过程中，壁厚偏差会造成波谷处的冷作硬化不均，加剧变形应力的不均分布，易导致破裂，因此金属波纹管制备对原料壁厚均匀性要求很严格，以达到±5％t(t是名义壁厚)为宜，目前无缝管材壁厚偏差一般控制在±10％t范围。

(4)所用坯料管材工艺性能不够好：极限扩口率是衡量管材工艺性能的重要指标之一，极限扩口率越大，则管材工艺性能越优异。织构是影响管材性能的根本原因,调控管材的周向织构优于径向织构可提高管材极限扩口率，高极限扩口率则有利于管材的液压胀形。目前纯钛无缝管材的极限扩口率不够高，一般在45％左右。

发明内容