一种Ti-Al-Nb-Zr-Mo合金无缝管的短流程制备方法

本发明涉及一种ti-al-nb-zr-mo合金无缝管的短流程制备方法，属于有色金属轧制
技术领域：
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背景技术：
：ti-6al-3nb-2zr-1mo钛合金（即ta31钛合金）不仅密度小、比强度高、塑性和耐蚀性好，而且还具有较高的断裂韧性、应力腐蚀断裂韧性、冲击韧性及可焊性等，特别是其突出的耐海水、耐海洋大气腐蚀性能，适用于油井管、通海管路系统、热交换器等部件的优异轻型结构材料。加工成无缝管材后，在海洋石油钻井平台、海洋工程装备、舰船、潜艇、深潜器及离岸设施等领域具有广阔的应用前景。现有技术制备ta31钛合金无缝管的工艺流程如下：先将海绵钛与合金原料进行混料后，压制、焊接成电极，经2～3次真空自耗电弧炉（var）熔炼成圆锭，然后将圆锭进行锻造加工后，再进行钻孔挤压或斜轧穿孔，最后再通过轧制、拉拔、旋压等工艺，制备出不同规格和用途的ta31钛合金无缝管。显然现有技术存在工艺流程长、综合成材率低、难以获得超长管材等不足，致使ta31钛合金无缝管的成本居高不下，应用受到极大限制。因此，有必要对现有技术加以改进。技术实现要素：为克服现有ta31钛合金无缝管制备方法存在的上述不足，本发明提供一种ti-al-nb-zr-mo合金无缝管的短流程制备方法，其特征在于包括下列各步骤：（1）按下列质量比备料：铝铌合金5.7～6.3wt.%铝豆4.05～4.77wt.%海绵锆1.5～2.5wt.%铝钼合金1.5～1.7wt.%海绵钛余量上述各组分总和为100wt.%；（2）将步骤（1）的备料进行混料后，取适量混合料作为散装料，其余混合料均压制成块后，于100～120℃烘干5～6h，随炉冷却，得压块料；（3）将步骤（2）的散装料铺放在装有七杆电子枪的eb炉的冷床内，再将步骤（2）的适量压块料放入该eb炉进料区；（4）在真空度为1.8×10-3～3.5×10-3torr时，开启1～5号电子枪对冷床内的散装料进行熔炼，控制1～5号电子枪的电压均为29.5～30.5kv，电流均为3.3～4.3a，熔炼100～120min后，关闭电子枪，冷却20～40min后，将进料区的压块料推入熔炼区，同时开启1～7号电子枪继续熔炼，控制1～7号电子枪的电压均为29.5～30.5kv，1～2号电子枪电流为2.3～3.0a，3～4号电子枪电流为5.3～6a，5号电子枪电流为3.6～4.6a，6～7号电子枪电流为1.6～2.6a，同时保持12～18mm/min的拉锭速度，如此持续推料、熔化和拉锭，直至熔炼完成，之后冷却至80～100℃，将铸锭从结晶器中取出，冷却至室温，经表面扒皮打磨处理后，得ti-al-nb-zr-mo合金圆锭；（5）在步骤（4）的ti-al-nb-zr-mo合金圆锭两端打定心孔，送入加热炉加热至1100～1200℃，保温6～8h，送入二辊斜轧机上进行斜轧穿孔，并控制：总压下率为10～15%、顶前压下率为6～8%、椭圆度系数为1.11～1.18、穿孔速度为0.15～0.4m/s、温度为1080～1120℃，得穿孔管材；（6）将步骤（5）的穿孔管材送入三辊连轧机上进行连轧，并控制：总压下率为12～18%、椭圆度系数为1.05～1.15、穿孔速度为0.3～0.6m/s、温度为950～1000℃，得连轧管材；（7）将步骤（6）的连轧管材送入加热炉中，加热至800～900℃后，送入定径机上进行定径，同时控制定径速率为0.4～0.8m/s，得无缝管材；（8）将步骤（7）的无缝管材于850～900℃温度下退火2～3h，冷却至室温，得ti-al-nb-zr-mo合金无缝管。所述步骤（5）中，ti-al-nb-zr-mo合金圆锭加热完毕后，在进入斜轧机前需要在靠近顶头的一端涂抹玻璃粉润滑剂，同时在定心孔内塞入用锡纸包裹的玻璃粉润滑剂，以防止穿孔过程中管材内壁产生缺陷。所述步骤（8）的ti-al-nb-zr-mo合金无缝管的成分为：al：5.5wt.%～6.5wt.%，nb：2.5wt.%～3.5wt.%，zr：1.5wt.%～2.5wt.%，mo:0.6wt.%～1.5wt.%，余量为ti。本发明具有下列优点和有益效果：采用上述技术方案获得的ti-al-nb-zr-mo合金无缝管，其成分和组织均匀、高低密度夹杂少、高纯净，且在加工过程中无需进行锻造，直接将熔炼后的铸锭送入二辊斜轧穿孔机上制备出穿孔无缝管材，再经三辊连轧、定径、退火即得产品，不仅缩短了该钛合金无缝管的工艺流程，而且力学性能优于现有技术制备的水平。本发明工艺简单、操作方便，工艺流程短，使无缝管的综合成材率提高到85%左右，生产成本降低20～30%，具有明显的市场应用前景。附图说明图1为本发明工艺流程图。图2为本发明实施例1所得管材金相组织图。图3为本发明实施例2所得管材金相组织图。图4为本发明实施例3所得管材金相组织图。图5为本发明实施例1所得管材的力学性能图。图6为本发明实施例2所得管材的力学性能图。图7为本发明实施例3所得管材的力学性能图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。实施例1一种ti-al-nb-zr-mo合金无缝管的短流程制备方法，其特征在于包括下列各步骤：（1）按下列质量比备料：铝铌合金5.7wt.%铝豆4.05wt.%海绵锆1.5wt.%铝钼合金1.5wt.%海绵钛87.25wt.%；（2）将步骤（1）的备料进行混料后，取适量混合料作为散装料，其余混合料均压制成块后，于100℃烘干6h，随炉冷却，得压块料；（3）将步骤（2）的散装料铺放在装有七杆电子枪的eb炉的冷床内，再将步骤（2）的适量压块料放入该eb炉进料区；（4）在真空度为1.8×10-3torr时，开启1～5号电子枪对冷床内的散装料进行熔炼，控制1～5号电子枪的电压均为29.5kv，电流均为3.3a，熔炼100min后，关闭电子枪，冷却20min后，将进料区的压块料推入熔炼区，同时开启1～7号电子枪继续熔炼，控制1～7号电子枪的电压均为29.5kv，1号～2号电子枪电流为2.3a，3号～4号电子枪电流为5.3a，5号电子枪电流为3.6a，6号～7号电子枪电流为1.6a，同时保持12mm/min的拉锭速度，如此持续推料、熔化和拉锭，直至熔炼完成，之后冷却至80℃，将铸锭从结晶器中取出，冷却至室温，经表面扒皮打磨处理后，得ti-al-nb-zr-mo合金圆锭；（5）在步骤（4）的ti-al-nb-zr-mo合金圆锭两端打定心孔后，送入加热炉加热至1100℃，保温8h，出炉后迅速在靠近顶头的一端涂抹适量玻璃粉润滑剂，同时在定心孔内塞入用锡纸包裹的玻璃粉润滑剂，以防止穿孔过程中管材内壁产生缺陷，之后送入二辊斜轧机上进行斜轧穿孔，并控制：总压下率为10%、顶前压下率为6%、椭圆度系数为1.11、穿孔速度为0.15m/s、温度为1080℃，得穿孔管材；（6）将步骤（5）的穿孔管材送入三辊连轧机上进行连轧，并控制：总压下率为12%、椭圆度系数为1.05、穿孔速度为0.3m/s、温度为950℃，得连轧管材；（7）将步骤（6）的连轧管材送入加热炉中，加热至800℃后，送入定径机上进行定径，同时控制定径速率为0.4m/s，得无缝管材；（8）将步骤（7）的无缝管材于850℃温度下退火3h，冷却至室温，得ti-al-nb-zr-mo合金无缝管；该ti-al-nb-zr-mo合金无缝管的成分为：al：58wt.%，nb：2.98wt.%，zr：2.00wt.%，mo:1.02wt.%，余量为ti；经力学性能检测，退火态无缝管各处的力学性能均能达到要求，获得的无缝管尺寸为ф180×12×11452mm（外径×壁厚×长度）。力学性能见表1、图5：表1试样编号rm/mparp0.2/mpaa/%190279312.8291080612.4389680113.2490679412.1591481212.9690379313.2平均值90579912.7金相组织见图2。实施例2一种ti-al-nb-zr-mo合金无缝管的短流程制备方法，其特征在于包括下列各步骤：（1）按下列质量比备料：铝铌合金6.3wt.%铝豆4.77wt.%海绵锆2.5wt.%铝钼合金1.7wt.%海绵钛84.73wt.%；（2）将步骤（1）的备料进行混料后，取适量混合料作为散装料，其余混合料均压制成块后，于120℃烘干5h，随炉冷却，得压块料；（3）将步骤（2）的散装料铺放在装有七杆电子枪的eb炉的冷床内，再将步骤（2）的适量压块料放入该eb炉进料区；（4）在真空度为3.5×10-3torr时，开启1～5号电子枪对冷床内的散装料进行熔炼，控制1～5号电子枪的电压均为30.5kv，电流均为4.3a，熔炼120min后，关闭电子枪，冷却40min后，将进料区的压块料推入熔炼区，同时开启1～7号电子枪继续熔炼，控制1～7号电子枪的电压均为30.5kv，1～2号电子枪电流为3.0a，3～4号电子枪电流为6a，5号电子枪电流为4.6a，6～7号电子枪电流为2.6a，同时保持18mm/min的拉锭速度，如此持续推料、熔化和拉锭，直至熔炼完成，之后冷却至100℃，将铸锭从结晶器中取出，冷却至室温，经表面扒皮打磨处理后，得ti-al-nb-zr-mo合金圆锭；（5）在步骤（4）的ti-al-nb-zr-mo合金圆锭两端打定心孔后，送入加热炉加热至1200℃，保温6h，出炉后迅速在靠近顶头的一端涂抹适量玻璃粉润滑剂，同时在定心孔内塞入用锡纸包裹的玻璃粉润滑剂，以防止穿孔过程中管材内壁产生缺陷，之后送入二辊斜轧机上进行斜轧穿孔，并控制：总压下率为15%、顶前压下率为8%、椭圆度系数为1.18、穿孔速度为0.4m/s、温度为1120℃，得穿孔管材；（6）将步骤（5）的穿孔管材送入三辊连轧机上进行连轧，并控制：总压下率为18%、椭圆度系数为1.15、穿孔速度为0.6m/s、温度为1000℃，得连轧管材；（7）将步骤（6）的连轧管材送入加热炉中，加热至900℃后，送入定径机上进行定径，同时控制定径速率为0.8m/s，得无缝管材；（8）将步骤（7）的无缝管材于900℃温度下退火2h，冷却至室温，得ti-al-nb-zr-mo合金无缝管；该ti-al-nb-zr-mo合金无缝管的成分为：al：6.12wt.%，nb：3.02wt.%，zr：2.03wt.%，mo:1.00wt.%，余量为ti；力学性能见表2、图6：表2试样编号rm/mparp0.2/mpaa/%192180612.9291681413.2390980612.4491381613.0591580712.6692081212.8平均值91681012.8经力学性能检测，各处的力学性能均能达到要求，获得的无缝管尺寸为ф180×12×11802mm（外径×壁厚×长度）。金相组织见图3。实施例3一种ti-al-nb-zr-mo合金无缝管的短流程制备方法，其特征在于包括下列各步骤：（1）按下列质量比备料：铝铌合金6.0wt.%铝豆4.62wt.%海绵锆2.00wt.%铝钼合金1.6wt.%海绵钛58.78wt.%；（2）将步骤（1）的备料进行混料后，取适量混合料作为散装料，其余混合料均压制成块后，于110℃烘干5h，随炉冷却，得压块料；（3）将步骤（2）的散装料铺放在装有七杆电子枪的eb炉的冷床内，再将步骤（2）的适量压块料放入该eb炉进料区；（4）在真空度为2.6×10-3torr时，开启1～5号电子枪对冷床内的散装料进行熔炼，控制1～5号电子枪的电压均为30kv，电流均为3.8a，熔炼110min后，关闭电子枪，冷却30min后，将进料区的压块料推入熔炼区，同时开启1～7号电子枪继续熔炼，控制1～7号电子枪的电压均为30kv，1～2号电子枪电流为2.8a，3～4号电子枪电流为5.8a，5号电子枪电流为4.1a，6～7号电子枪电流为1.9a，同时保持15mm/min的拉锭速度，如此持续推料、熔化和拉锭，直至熔炼完成，之后冷却至90℃，将铸锭从结晶器中取出，冷却至室温，经表面扒皮打磨处理后，得ti-al-nb-zr-mo合金圆锭；（5）在步骤（4）的ti-al-nb-zr-mo合金圆锭两端打定心孔后，送入加热炉加热至1150℃，保温7h，出炉后迅速在靠近顶头的一端涂抹适量玻璃粉润滑剂，同时在定心孔内塞入用锡纸包裹的玻璃粉润滑剂，以防止穿孔过程中管材内壁产生缺陷，之后送入二辊斜轧机上进行斜轧穿孔并控制：总压下率为13%、顶前压下率为7%、椭圆度系数为1.15、穿孔速度为0.2m/s、温度为1100℃，得穿孔管材；（6）将步骤（5）的穿孔管材送入三辊连轧机上进行连轧，并控制：总压下率为15%、椭圆度系数为1.09、穿孔速度为0.5m/s、温度为980℃，得连轧管材；（7）将步骤（6）的连轧管材送入加热炉中，加热至850℃后，送入定径机上进行定径，同时控制定径速率为0.6m/s，得无缝管材；（8）将步骤（7）的无缝管材于880℃温度下退火2h，冷却至室温，得ti-al-nb-zr-mo合金无缝管；该ti-al-nb-zr-mo合金无缝管的成分为：al：6.03wt.%，nb：3.0wt.%，zr：2.01wt.%，mo:0.98wt.%，余量为ti；经力学性能检测，各处的力学性能均能达到要求，获得的无缝管尺寸为ф180×12×12542mm（外径×壁厚×长度）。金相组织见图4。力学性能为见表3、图7。表3试样编号rm/mparp0.2/mpaa/%191480612.8290680112.4391081012.6490880713.4591280913.1691581212.8平均值91180712.9从图2、图3、图4的三个实施例的金相显微组织可以看出，三个实施例均为片层状组织，且有大量的α相集束相互交错。图5、图6、图7分别为三个实施例的力学性能图，可看出其力学性能的均匀性，相比于现有技术即：多次var熔炼的铸锭、锻造后斜轧穿孔得到的无缝管，其力学性能如表4所示，三个实施例的力学性能，均优于表4现有技术得到的无缝管性能。ti-al-nb-zr-mo合金传统工艺下的无缝管性能见表4表4合金rm/mparp0.2/mpaa/%ta3188078512以上所述，仅是本发明较佳的实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例进行简单的修改、变更以及等效结构的变化，均仍属于本发明技术。当前第1页12