[发明专利]一种TC27钛合金管材冷轧方法

说明书

本发明公开了一种TC27钛合金管材冷轧方法，该冷轧方法经熔炼TC27钛合金铸锭、均匀化退火、铸锭开坯和改锻、热轧穿孔，并在冷轧前对管坯进行预处理；预处理工艺为：将电炉加热至(T_β+20)℃～(T_β+40)℃，到温后装入管坯，保温时间以管坯的壁厚为基数，按0.8min/mm～1.0min/mm计算，确保冷却速度≥30℃/s；采用本发明方法工艺参数设定简单，操作方便，工艺流程可控，经冷轧前预处理后可提高冷轧变形量，减少冷轧道次，冷轧后通过时效处理可使管材室温抗拉强度≥1150MPa，屈服强度≥1050MPa、延伸率δ≥10％，断面收缩率ψ≥20％，3.5％NaCl水溶液室温环境下断裂韧性显著提高TC27钛合金的强度、韧性、寿命和耐海洋环境腐蚀能力。

技术领域

本发明属于钛合金制备技术领域，涉及一种TC27钛合金管材冷轧前的预处理方法，具体涉及一种高强、高韧、耐海洋环境腐蚀的TC27钛合金管材冷轧前预处理的方法。

背景技术

随着陆上可用资源的日益短缺，海洋空间与资源已成为世界军事和经济竞争日益激烈的重要领域。目前，海上资源勘探、开发和利用正迅速向深海区域发展，深海空间和油气资源将成为人类赖以生存、社会籍以发展、濒海国家持续安泰昌盛的战略空间和基地。深海油气资源的开发离不开海洋工程装备体系的完善，由于受水深、环境条件、地质条件、油藏特性等多种复杂因素影响，深海油气资源开发装备与陆上油气资源开发装备存在较大差异。海洋工程装备庞大，特别是深海的环境十分恶劣，开采难度大，风险高，海水腐蚀、浪涌、洋流环境、海洋涡激振动和深水压力等对海洋工程装备用材料的要求极其苛刻，需要强度高、耐腐蚀性能好、无磁等综合性能优良的材料。海洋工程装备材料正朝着高强度、高韧性、轻量化、良好焊接性能等趋势和方向发展。钛合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性能好、抗冲击性能高，同时还具有耐海水冲刷、无磁性、无冷脆性，高透声系数，良好的成形、铸造、焊接性能等工艺性能。因此，钛合金在海洋工程装备得到了越来越多的应用，被誉为“海洋金属”，其在海洋工程装备上的应用已成为其民用的主要领域之一。

在海上油气资源勘探和开采方面，美国和俄罗斯率先采用钛合金制造海洋工程装备。美国在上世纪70年代初就在其油田中使用了钛合金制造近海石油平台支柱，同时用钛制造了列管式换热器和板式换热器等。目前，国外广泛采用钛合金制造海上石油平台支柱、钻杆、探测杆、螺杆钻具挠轴、钻井立管、采油管、接头、提升钻具装置、钻探助推器、取样室及水下安全阀门等海洋工程装备。其中，美国在制造海洋工程装备上常用的钛合金包括中强和高强钛合金，主要有Gr.5、Gr.6、Gr.7、Gr.9、Gr.11、Gr.12、Gr.18、Gr.19、Gr.23、Gr.28、Gr.29，俄罗斯常用的钛合金主要有OT3、BT5-1、PT7M、PT3B、BT6等。美国RMI公司为ConocoNorway Inc.提供的钛合金钻杆已经成功应用于数十口油井，节省系统成本40％。钛合金钻杆与传统的钢钻杆相比较，钛合金钻杆的垂直深度可达9200米，而钢钻杆的垂直深度6100米，使用钛合金钻杆可以降低杆的提拉力30％，显著降低扭矩30％～40％。

我国海洋工程装备主要使用的钛合金是中等强度水平的Ti31、Ti75、Ti80、TC4等，且主要应用在船舶上，所用钛合金量非常少。因此，目前我国常用的钛合金材料和应用技术已满足不了海上油气资源勘探和开采设备的发展要求，与国外差距很大，技术水平落后，导致海洋工程装备上采油系统、储油系统和石油的初加工设备等完全依靠进口，海洋工程装备进口率达到了70％～90％，严重制约了我国海洋工程的发展。

TC27钛合金(成分公开在中国专利CN101503771B)是我国自主研制的具有比强度高、断裂韧度好和抗应力腐蚀能力强等一系列优点的钛合金，属高强度级别的钛合金，其抗拉强度强度在1100MPa以上，特别适合代替传统的高强度钢来制造钻杆，从而实现钻杆自身减重的效果，达到降低钻杆的提拉力和降低扭矩的目的。