一种中小规格钛及钛合金薄壁管材的制备方法技术

本发明专利技术公开一种中小规格钛及钛合金薄壁管材的制备方法。本发明专利技术采用电子束冷床熔炼

【技术实现步骤摘要】
一种中小规格钛及钛合金薄壁管材的制备方法


[0001]本专利技术涉及钛及钛加工，属于有色金属压力加工
，尤其涉及一种中小规格钛及钛合金薄壁管材的制备方法。

技术介绍

[0002]冷凝管是潜艇、舰船、电站、核电站以及海水淡化冷凝器的核心部件，导热能力高、使用寿命长和耐恶劣水质腐蚀是冷凝管极其重要的使用性能。水是人类生活不可或缺的资源，一个人一天需要饮用3升左右的淡水，随着全球性的淡水资源短缺加剧，对海水进行淡化是解决淡水短缺危机的有效方法。而多级闪蒸是应用最多的海水淡化方法，该方法将海水加热到120℃，进行减压、分级蒸馏最后将蒸汽冷凝成淡水。在此过程中，高温的海水和蒸汽对冷凝器管具有极强的腐蚀性，铜合金冷凝管的使用寿命只能达到3-5年左右即会发生泄漏。
[0003]海滨电站和核电站的凝汽器是重要的大型设备，冷却介质是海水，海水是含有Na
+
、K
+
、Mg
2+
、Cl-等十多种离子的含盐水溶液，对冷凝管材料有极强的腐蚀性。随着环境的日益恶化，内陆电站的冷却水质也越来越差，我国幅员辽阔，南方和北方、沿海和内陆的水质条件不同，不同地域的水质含Cl
﹣
、S
2﹢
、SO
42﹣
、NH
4﹢
、PH值以及含泥砂等固体悬浮物的量不同，对冷凝管的耐蚀性能提出了更高的要求。目前广泛使用的HAl77-2、HSn70-1、BFe10-1-1铜质冷凝管均为固溶体合金，在恶劣水质和工况条件下，会发生脱锌、不均匀的局部腐蚀，其使用寿命在5-8年左右即会发生泄漏失效，严重影响电站机组的正常运行，远远不能满足电站冷凝器的使用寿命要求。
[0004]钛具有比强度高，耐蚀性强，在海水、海洋、大气及潮汐环境中均有优异的耐蚀性。在海洋环境中，钛既耐均匀腐蚀，又耐局部腐蚀，对静止的海水、高速流动的海水，甚至含泥浆的海水，钛均显示出优异的耐蚀性。其耐蚀性远胜于不锈钢、铝、铜等金属材料，是制作海水淡化、电站凝汽器的最理想的材料。与铜管相比，钛具有更好的耐蚀性，但钛的导热能力仅为铜合金冷凝管的五分之一，钛的热导率小，具有升温快、传热慢的特点，用薄壁钛管代替铜管制作凝汽器，能解决铜管耐蚀性不足的难题。铜合金冷凝管的厚度在1.0mm-2.0mm之间，厚度在0.5mm-0.7mm的钛管的导热能力与铜合金冷凝管相当。由于钛的化学性质十分活泼，加工性能较差，受工艺、技术及经济条件的限制，目前可以生产的钛的无缝管最小的壁厚为1mm。直接用壁厚达到1mm的无缝钛管替代铜合金冷凝管，将会使冷凝器、凝汽器的热效率大大降低。生产钛及钛无缝管还具有生产效率低，工艺流程长，原料利用率低，生产成本高的不足，影响钛及钛管材在海水淡化、电站领域的应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种中小规格钛及钛合金薄壁管材的制备方法。
[0006]本方法采用电子束冷床炉进行工业纯钛（TA1、TA1ELI、TA1-1、TA2、TA2ELI、TA3 、
TA3ELI）、TA4、TA4ELI、TA5、TA6、TA7、TA7ELI、TA8、TA8-1、TA9、TA9-1、TA10一次熔炼，通过电子束产生的高温熔化、溶解工业纯钛中的夹杂，不能熔化、溶解的夹杂通过浮选、沉降的机理凝固在冷炉床的凝壳中，将净化后的钛液铸成一次铸锭。采用真空自秏电弧熔炼工艺对一次铸锭进行二次熔炼，利用真空熔炼时产生的高温、高真空脱除合金中的有害气体夹杂，将净化后的钛液铸成二次铸锭。
[0007]本方法采用真空中频感应熔炼炉熔化TA7合金，以等离子体冷床熔炼工艺对TA7合金进行二次精炼，采用边加料、边熔化、边精炼、边浇铸的连续生产工艺，熔铸TA7合金获得TA7优质铸锭。
[0008]本方法省略了电极制备工序，简化了生产工艺，可以直接利用钛残料，降低了铸锭生产成本。通过真空电子束和真空电弧熔炼工艺的高温、高真空，实现工业纯钛的提纯、净化。通过向等离子体炉室通入纯净的氩气或者氦气保护气氛，提高炉室炉压，减少TA7合金中低熔点合金元素铝、锡的烧损，通过提高保护气的纯度，利用分压原理，脱除合金中的气体杂质和低熔点杂质。
[0009]本方法在轧前对工业纯钛（TA1、TA1ELI、TA1-1、TA2、TA2ELI、TA3 、TA3ELI）、TA4、TA4ELI铸锭进行锻造开坯，选择开坯温度850-1020℃，分三火次完成开坯。开坯采用低温时慢速加热、高温时快速加热两段式铸锭加热工艺，既能减小铸锭的温差应力，又能缩短铸锭在高温下的停留时间，减少气体对铸锭的污染。
[0010]工业纯钛三次锻造的工艺依次为：第一火次锻造:加热温度1000℃-1020℃，终锻温度：750℃，变形量：60%-80%。
[0011]第二火次锻造: 加热温度900℃-950℃，终锻温度：700℃，变形量：25%-80%。
[0012]第三火次锻造: 加热温度850℃-880℃，终锻温度：700℃，变形量：65%-80%。
[0013]TA7合金铸锭锻造开坯加热温度为：980-1200℃，分三火次完成开坯。开坯采用低温时慢速加热、高温时快速加热两段式铸锭加热工艺。
[0014]TA7合金三次锻造的工艺依次为：第一火次锻造:加热温度1150-1200℃，终锻温度：900℃，变形量：60%-75%。
[0015]第二火次锻造: 加热温1050℃-1100℃，终锻温度：850℃，变形量：25%-75%。
[0016]第三火次锻造: 加热温度980℃-1020℃，终锻温度：800℃，变形量：65%-75%。
[0017]本方法利用（TA1、TA1ELI、TA1-1、TA2、TA2ELI、TA3 、TA3ELI）、TA4、TA4ELI在α相区轧制时具有很好的工艺塑性的优点，采用在α相区轧制，避免在β相区加工时引起β相晶粒迅速长大，造成组织粗化，恶化产品性能。一火次的总加工率可以达到90%。采用感应加热方式时，厚度为40-150的板坯，加热温度840-880℃，加热时间9-25分钟。厚度为200mm的板坯，加热温度840-880℃，加热时间30-33分钟。
[0018]TA7合金热轧工艺塑性稍差，开坯轧制时由于不均匀变形，易于产生边部开裂和表面裂纹，利用TA7合金具有良好的抗氧化性能的特点，板坯开坯温度选择在(α+β)/β相变点以上50-100℃范围。采用感应加热方式，厚度为70-140mm的板坯，加热时间12-38分钟，加热温度为1000-1150℃。
[0019]本方法TA0、TA1、TA2、TA3等工业纯钛可以直接轧制，TA7合金用纯钛包覆轧制板坯，改善工艺塑性，提高道次加工率。为防止钛坯在高温下氧化、吸气，在轧制前，在钛坯料表面涂抗氧化涂层，涂层组份为：SiO2:45%、B2O3:35.0%；Na2O：15.0%；Al2O3:25%。
[0020]本方法板坯在四辊可逆热轧机轧制，用200mm厚的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.本发明公开一种中小规格钛及钛合金薄壁管材的制备方法；采用电子束冷床炉进行工业纯钛（TA1、TA1ELI、TA1-1、TA2、TA2ELI、TA3 、TA3ELI）、TA4、TA4ELI、TA5、TA6、TA7、TA7ELI、TA8、TA8-1、TA9、TA9-1、TA10一次熔炼、净化、铸成一次铸锭；采用真空自秏电弧熔炼工艺对一次铸锭进行二次熔炼、净化后铸成二次铸锭。2.根据权利要求1，采用真空感应熔炼炉熔化TA7合金，以等离子体冷床熔炼工艺对TA7合金进行二次精炼，采用边加料、边熔化、边精炼、边浇铸的连续生产工艺，熔铸TA7合金获得TA7优质铸锭；本方法省略了电极制备工序，简化了生产工艺，可以直接利用钛残料，降低了铸锭生产成本；通过真空电子束和真空电弧熔炼工艺的高温、高真空，实现工业纯钛的提纯、净化；通过向等离子体炉室通入纯净的氩气或者氦气保护气氛，提高炉室炉压，减少TA7合金中低熔点合金元素铝、锡的烧损，通过提高保护气的纯度，利用分压原理，脱除合金中的气体杂质和低熔点杂质。3.本方法在轧前对工业纯钛（TA1、TA1ELI、TA1-1、TA2、TA2ELI、TA3 、TA3ELI）、TA4、TA4ELI铸锭进行锻造开坯，选择开坯温度850-1020℃，分三火次完成开坯；开坯采用低温时慢速加热、高温时快速加热两段式铸锭加热工艺，既能减小铸锭的温差应力，又能缩短铸锭在高温下的停留时间，减少气体对铸锭的污染。4.根据权利要求3，工业纯钛三次锻造的工艺依次为：第一火次锻造:加热温度1000℃-1020℃，终锻温度：750℃，变形量：60%-80%；第二火次锻造: 加热温度900℃-950℃，终锻温度：700℃，变形量：25%-80%；第三火次锻造: 加热温度850℃-880℃，终锻温度：700℃，变形量：65%-80%；TA7合金铸锭锻造开坯加热温度为：980-1200℃，分三火次完成开坯；开坯采用低温时慢速加热、高温时快速加热两段式铸锭加热工艺；TA7合金三次锻造的工艺依次为：第一火次锻造:加热温度1150-1200℃，终锻温度：900℃，变形量：60%-75%；第二火次锻造: 加热温1050℃-1100℃，终锻温度：850℃，变形量：25%-75%；第三火次锻造: 加热温度980℃-1020℃，终锻温度：800℃，变形量：65%-75%。5.根据权利要求4:本方法利用（TA1、TA1ELI、TA1-1、TA2、TA2ELI、TA3 、TA3ELI）、TA4、TA4ELI在α相区轧制时具有很好的工艺塑性的优点，采用在α相区轧制，避免在β相区加工时引起β相晶粒迅速长大，造成组织粗化，恶化产品性能；一火次的总加工率可以达到90%；采用感应加热方式时，厚度为40-150的板坯，加热温度840-880℃，加热时间9-25分钟；厚度为200mm的板坯，加热温度840-880℃，加热时间30-33分钟；TA7合金热轧工艺塑性稍差，开坯轧制时由于不均匀变形，易于产生边部开裂和表面裂纹，利用TA7合金具有良好的抗氧化性能的特点，板坯开坯温度选择在(α+β)/β相变点以上50-100℃范围；采用感应加热方式，厚度为70-140mm的板坯，加热时间12-38分钟，加热温度为1000-1150℃；本方法TA0、TA1、TA2、TA3等工业纯钛可以直接轧制，TA7用纯钛包覆轧制板坯，改善塑性，提高道次加工率；为防止钛坯在高温下氧化、吸气，轧制在钛坯料表面涂抗氧化涂层，涂层组份为：SiO2:45%、B2O3:35.0%；Na2O：15.0%；Al2O3:25%。6.根据权利要求1-5，本方法板坯在四辊可逆热轧机轧制，用200mm厚的板坯，采用感应
加热；轧制温度比锻造温度低50-80℃，（TA1、TA1ELI、TA1-1、TA2、TA2ELI、TA3 、TA3ELI）等工业纯钛,第一火次轧制温度为850-870℃，道...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺永东，孙郅程，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：