一种提高油气用钛合金管材韧性的热处理方法技术

本发明专利技术公开了一种提高油气用钛合金管材韧性的热处理方法，涉及金属材料热处理技术领域。包括以下步骤：将钛合金管材依次进行退火处理、固溶热处理及时效热处理，即得热处理的所述油气用钛合金管材。本发明专利技术通过设计合理的热处理技术来提升油气用钛合金管材韧性，对实现材料的强韧性匹配、推动其在油气行业领域应用具有重要的意义。用具有重要的意义。用具有重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种提高油气用钛合金管材韧性的热处理方法


[0001]本专利技术涉及金属材料热处理
，具体涉及一种提高油气用钛合金管材韧性的热处理方法。

技术介绍

[0002]国外的钛合金油井管的开发与使用比国内使用传统镍合金油井管材料更早。在20世纪90年代，美国的RMI公司就已经成功将多种钛合金管材应用在工业化的石油天然气勘探开发领域，这充分说明了钛合金材料在油气行业应用的适用性。目前，由于我国的镍矿资源较为贫乏，而钛资源相对丰富，且随着我国工业技术的发展，钛合金加工制备技术日益成熟使钛合金油井管具有较低的制造成本。从长远来讲，大力发展钛合金油井管代替镍基合金管有利于油气资源的开发成本以及提高油井材料的可靠性。针对TC4钛合金油井管存在的问题，以含较廉价元素Mo和Zr的TC4合金(Ti
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V
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Mo
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Zr钛合金)作为研究对象，在不变形的基础上，仅通过热处理调控组织，如何提升油气用Ti
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Al
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V
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Mo
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Zr钛合金管材的冲击韧性是在构件领域应用需要解决的关键问题之一。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决上述
技术介绍
中存在的不足，提供了一种提高油气用钛合金管材韧性的热处理方法。该方法通过设计合理的热处理技术来提升油气用钛合金管材韧性，对实现材料的强韧性匹配、推动其在油气行业领域应用具有重要的意义。
[0004]本专利技术的目的是提供一种提高油气用钛合金管材韧性的热处理方法，包括以下步骤：将钛合金管材依次进行退火处理、固溶热处理及时效热处理，即得热处理的所述油气用钛合金管材；
[0005]其中，退火处理是在945～960℃保温1～2h，随后冷却至室温；
[0006]固溶热处理是在910～930℃的条件下保温1～2h后空冷；
[0007]时效热处理是在500～600℃的条件下保温2～4h后空冷。
[0008]优选的，退火处理是在955℃保温1h，随后冷却至室温。
[0009]优选的，时效热处理是在550℃的条件下保温2h后空冷。
[0010]优选的，退火处理时升温速率20℃/min；
[0011]固溶热处理升温速率10℃/min；
[0012]时效热处理速率10℃/min。
[0013]优选的，所述退火处理时的降温速率为10℃/min。
[0014]优选的，所述钛合金管材为挤压态钛合金管材。
[0015]更优选的，所述钛合金管材为Ti
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Al
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V
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Mo
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Zr钛合金，其中，各元素的质量百分含量为：Al：6.1％，V：4.0％，Mo：0.5～0.8％，Zr：0.5～0.8％，钛：余量。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0017]本专利技术提供的一种提高油气用钛合金管材韧性的方法，该方法对钛合金管材挤压
态钛合金材料在接近相变点的温度955℃进行退火热处理，使具有魏氏组织的挤压态钛合金行形成球状α相的形核点；随后在两相区进行固溶热处理，通过改变固溶热处理的温度对钛合金的球化进行调控，提高合金的伸长率，最后再通过时效使次生α相析出。随着热处理温度的升高片状α相的长宽比也发生变化，其中：马氏体的长度范围为8～15μm，宽度范围为0.7～5μm，长宽比为2～12。
[0018]本专利技术提供的一种提高油气用钛合金管材韧性的方法，将油气用钛合金管材，首先在进行临近相变点退火，之后在两相区高温段进行固溶热处理，球状α相长大，并且通过控制片层α相的厚度，改变钛合金材料的断裂模式，大幅度提高了钛合金的韧性，解决钛合金在不能变形的基础上，解决钛合金强度高、塑性低导致的强韧性不匹配的问题。
附图说明
[0019]图1为原始挤压态钛合金管材的显微组织形貌。
[0020]图2为本专利技术提出的钛合金热处理流程示意图。
[0021]图3为实施例1提供的钛合金经退火处理后的显微组织形貌图。
[0022]图4为实施例1提供的钛合金经时效热处理后的显微组织形貌图。
具体实施方式
[0023]为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0024]需要说明的是，本专利技术采用的钛合金管材为挤压态钛合金管材，管材外径直径为90mm，管壁厚为9mm；其显微组织形貌如图1所示，图中可以发现合金是由许多弯曲的片状α相和β相组成的魏氏组织，β晶内分布着大小不同的弯曲的集束，每个集束内分布着长短不同的片状α，晶界处有不连续晶界α相，这种结构是在β单相区挤压得到的，并且相邻α集束的取向不同。
[0025]下述实施例采用的钛合金管材为Ti
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Al
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V
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Mo
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Zr钛合金，其中，各元素的质量百分含量为：Al：6.1％，V：4.0％，Mo：0.5～0.8％，Zr：0.5～0.8％，钛：余量。
[0026]实施例1
[0027]一种提高油气用钛合金管材韧性的热处理方法，包括以下步骤：
[0028]步骤1)：通过挤压工艺制造出Ti
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Al
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V
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Mo
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Zr钛合金石油用管材；
[0029]步骤2)：对挤压态Ti
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Al
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V
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Mo
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Zr钛合金在相变点附近进行临近相变点退火，以10℃/min的炉冷速率进行冷却；Ti
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Al
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V
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Zr钛合金管材的第一次高温退火温度为955℃，Ti
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Al
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Mo
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Zr钛合金管材的第一次高温退火后的保温时间为60min。
[0030]步骤3)：接着将Ti
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Al
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Mo
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Zr钛合金管材放入马弗炉中进行固溶热处理，热处理再保温一定时间后空冷；Ti
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Al
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V
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Mo
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Zr钛合金管材的第二次热处理温度为910℃，Ti
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Al
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V
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Mo
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Zr钛合金管材的热处理的保温时间为2小时。
[0031]步骤3)：将第二次热处理的Ti
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Al
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Mo
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Zr钛合金管材出炉空冷至室温后，在进行时效；时效温度为550℃，Ti
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高油气用钛合金管材韧性的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：将钛合金管材依次进行退火处理、固溶热处理及时效热处理，即得热处理的所述油气用钛合金管材；其中，退火处理是在945～960℃保温1～2h，随后冷却至室温；固溶热处理是在910～930℃的条件下保温1～2h后空冷；时效热处理是在500～600℃的条件下保温2～4h后空冷。2.根据权利要求1所述的提高油气用钛合金管材韧性的热处理方法，其特征在于，退火处理是在955℃保温1h，随后冷却至室温。3.根据权利要求1所述的提高油气用钛合金管材韧性的热处理方法，其特征在于，时效热处理是在550℃的条件下保温2h后空冷。4.根据权利要求1所述的提高油气用钛合金管材韧性的热处理方法，其特征在于，退火处理时升温速率...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟光芳，刘会群，易丹青，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：