本發(fā)明涉及金屬制品領域，特別涉及一種大口徑厚壁鈦及其合金無縫管材的低成本制造方法。
背景技術：
鈦作為金屬材料，雖然不如銅、鐵、鋁那樣早為人知，但其具有比強度高、耐蝕性好、無磁性等優(yōu)點。鈦及鈦合金因具有優(yōu)異的綜合力學性能，在航空航天、艦船制造、化學工業(yè)、交通車輛、建筑裝飾、海洋建筑、體育用品、生活用品等方面得到了廣泛的應用，被稱為“太空金屬”、“海洋金屬”、“智能金屬”等。
20世紀50年代是我國鈦材生產的開創(chuàng)期，60～70年代為建設期，80～90年代為初步發(fā)展期。在新世紀，得益于國民經濟的持續(xù)、快速發(fā)展，中國鈦工業(yè)也進入了一個快速成長期。
鈦及其合金的大口徑管材的加工方法目前有二類：一類是用板材，通過卷板機或用油壓機模壓成型，然后焊接成圓管，經過矯圓，矯直，制作有縫焊管；另一類是使用大直徑的實心棒材掏孔加工(或使用超大型擠壓機擠壓加工)的方法制作無縫管材。目前國內外制造大口徑鈦及其合金管，主要是采用第一類方法生產，而本發(fā)明所涉及的制造規(guī)格為φ80～520×壁厚8～50×長度2000～6000mm大口徑無縫管材的方法，是采用斜軋穿孔及后續(xù)加工(拉拔擴徑、軋制)的方法，成本相對較低，質量較焊管要好。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述技術現(xiàn)狀，而提供一種質量相對較好，成本相對較低的大口徑厚壁鈦及其合金無縫管材的制造方法。
為解決上述技術問題,本發(fā)明提供的技術方案是：
一種大口徑厚壁鈦及其合金無縫管材的低成本制造方法，包括以下步驟：
A、選用海綿鈦，經過烘烤，用油壓機將海綿鈦壓制成電極塊，在真空焊箱內組焊電極；
B、采用真空自耗電弧爐對海綿鈦熔煉兩次制備鑄錠，按相關標準要求控制鑄錠中各元素的質量百分比含量，對二次鑄錠進行剝皮處理；
C、將步驟B制得的鑄錠在溫度為750℃～1050℃的條件下經二火次鐓拔鍛造得到鈦或鈦合金圓棒，控制每火次的鑄錠變形量為30～80％；
D、對鈦或鈦合金圓棒進行機械加工獲得光滑勻稱的棒材；
E、用步驟D制得的棒材，采用感應爐或斜底電爐保溫的加熱工藝手段，通過光學測溫儀器控制加熱溫度，確保棒材加熱均勻，控制棒材各部位溫度相差在±10℃內；在溫度為850℃～1050℃的條件下，用三輥或兩輥斜軋穿孔制成φ80～520×8～60×2000～6000mm大口徑管材；
F、再將管坯用噴砂、酸洗、拋磨及機加工等手段去除管坯內外表面氧化皮，從而得到成品管材。
后續(xù)可根據(jù)要求情況采用拉拔或軋制的方法進一步進行深加工：
G、采用300～1000T拉拔機對步驟F制得的管坯進行多道次拉拔擴孔，拉拔前管坯內外表面涂潤滑劑；每擴孔完一次，對擴孔后的管坯依次進行除油處理、再結晶真空退火處理、矯直，控制每道次管坯內徑的擴徑量與減壁量之比不大于1.2；對步驟F或拉拔擴孔后的管材進行除油處理和再結晶真空退火處理后，再采用冷軋機進行一到二次冷軋得到成品管材；
H、將步驟F和G制得的成品管材進行真空退火處理，然后將經真空退火處理后的成品管材進行矯直；
I、對步驟H制得的成品管材去毛刺、切頭尾、定尺；
J、將步驟I制得的管材置于溫度為30～50℃的氫氟酸與硝酸的混合溶液中酸洗，或者經機加拋磨加工，制得大口徑厚壁鈦或鈦合金無縫管材。
進一步的，步驟A中的海綿鈦經過100～150℃烘烤，烘干海綿鈦材潮氣。
進一步的，步驟B中的熔煉真空度達到10-2Pa；步驟G中擴孔的道次加工率為20～40％。
其中，三輥或兩輥斜軋穿孔工藝如下：
(1)采用感應爐及電爐保溫的高效加熱工藝手段，通過光學測溫儀器控制電爐加熱溫度，確保棒材加熱均勻，控制棒材各部位溫度相差在±10℃內；
(2)調整好三輥或兩輥斜軋穿孔機的推料裝置中心線、軋制中心線和頂桿小車中推力軸承中心線，使三線盡可能在同一直線上；
(3)頂頭位置為前伸出軋輥壓縮帶30～100mm，頂頭冷卻水壓力控制在0.3～0.8Mpa；
(4)選用合適的頂頭尺寸，同時調整頂頭位置，保證荒管壁厚尺寸，控制軋制速度。進一步的，軋制速度為0.30～0.55m/s。
三輥或兩輥穿孔機的調整參數(shù)選擇如下：δ＝12～15％，δ0＝5～9％，α＝2～8°，其中，δ為管坯直徑總壓縮率，δ0為頂頭前壓縮率量，α為軋輥錐角。
其中，拉拔擴孔工藝如下：
a、制作拉拔內模；
b、然后采用氬弧焊，將管坯與拉拔接頭進行焊接；
c、管坯內外表面涂潤滑劑，然后晾干；
d、控制拉拔速度，速度為0.20～0.40m/s。
其中，冷軋工藝如下：
選用冷軋管機進行軋制，軋制前檢查軋輥孔型尺寸，對軋輥進行修整處理；冷軋機機架運行次數(shù)控制在30～80次/分鐘，送進量2～10mm/次。
制得的大口徑厚壁鈦或鈦合金無縫管材抗拉強度≥345MPa，屈服強度為≥275MPa，延伸率≥20％，管材外直徑與壁厚的比值為5～20。
本發(fā)明將經二次真空熔煉制得的鈦(或鈦合金)鑄錠在溫度為750℃～1050℃的條件下經二火次鐓拔鍛造得到鈦(或鈦合金)圓棒，控制每火次的鑄錠變形量為30～80％；對鈦(或鈦合金)圓棒進行機械加工獲得光滑勻稱的棒材；將制得的棒材在溫度為850℃～1050℃的條件下，用大型三輥(或兩輥)斜軋穿孔機制成大口徑厚壁鈦及其合金無縫管坯；再將管坯用噴砂、酸洗、拋磨及機加工等手段去除管坯內、外表面氧化皮，從而得到需要尺寸規(guī)格的成品管材；對于有特殊要求的管材，后續(xù)可根據(jù)要求情況采用拉拔或軋制的方法進一步進行深加工。通過本發(fā)明的工藝，能制造出規(guī)格為φ80～520×8～60×2000～6000mm的大口徑鈦及其合金無縫管材，且制造成本相對較低，質量相對較好，達到ASME SB-861標準的要求。由本發(fā)明方法制造的大口徑鈦及其合金無縫管材主要用于石油、化工、海洋等行業(yè)的壓力容器、工業(yè)管道、冷凝器、鉆井等領域，滿足防腐管材的需求。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
本發(fā)明的大口徑鈦及其合金無縫管材的低成本制造方法，包括下列步驟：
a.選用海綿鈦，經過100～150℃烘烤，用油壓機壓制成電極塊，在真空焊箱內組焊成電極；
b.采用真空自耗電弧爐熔煉兩次制備鑄錠，按相關標準要求控制鑄錠中各元素的質量百分比含量，對二次鑄錠進行剝皮處理；
c.將步驟b中所述鑄錠在溫度為750～1050℃的條件下經二火次鐓拔鍛造得到圓棒，每火次的變形量為30～80％；
d.然后對圓棒進行機械加工獲得組織、成分均勻的棒材；
e.棒材在溫度為850～1050℃的條件下，用三輥(或兩輥)斜軋穿孔制成管坯；
f.再將管坯用噴砂、酸洗、拋磨及機加工等手段去除管坯內外表面氧化皮，從而得到成品管材；
g.對于有特殊要求的管材，后續(xù)可根據(jù)要求情況采用拉拔或軋制的方法進一步進行深加工。具體為：采用300～1000T拉拔機對步驟F制得的管坯進行多道次拉拔擴孔，拉拔前管坯內、外表面涂潤滑劑；每擴孔完一次，對擴孔后的管坯依次進行除油、再結晶真空退火、矯直處理，控制每道次管坯內徑的擴徑量與減壁量之比不大于1.2；對步驟F或拉拔擴孔后的管材進行除油和再結晶真空退火處理后，再采用冷軋機進行一到二次冷軋得到成品管材；
h.將步驟f和g制得的成品管材進行真空退火處理，真空度需達到到1×10-2Pa以上，加熱溫度為550～650℃，保溫2～3小時，出爐溫度≤200℃，然后將經真空退火處理后的成品管材進行矯直；
i.對步驟h制得的成品管材去毛刺、切頭尾、定尺；
j.將步驟i制得的管材置于溫度為30～50℃的氫氟酸與硝酸的混合溶液中酸洗，或者經機加拋磨加工，制得大口徑厚壁鈦(或鈦合金)無縫商品管材。
k.然后對成品管材進行檢驗，得到抗拉強度≥345MPa，屈服強度為≥275MPa，延伸率≥20％的大口徑厚壁鈦(或鈦合金)管；大口徑厚壁管材直徑與壁厚的比值為5～20。
本發(fā)明所選用的海綿鈦，需要經過100～150℃烘烤，烘干海綿鈦材潮氣，減少自耗電弧爐抽真空的時間，熔煉真空度達到10-2Pa，得到化學成分合格的二次鑄錠。
本發(fā)明使用的三輥(或兩輥)斜軋穿孔工藝如下：
A、采用感應爐+電爐保溫等高效的加熱工藝手段，通過光學測溫儀器嚴格控制電爐加熱溫度，確保棒材加熱均勻，要求溫度控制在±10℃內；
B、調整好三輥(或兩輥)斜軋穿孔機的推料裝置中心線、軋制中心線和頂桿小車中推力軸承中心線，在同一條線上；
C、頂頭位置前伸出軋輥壓縮帶30～100mm，頂頭冷卻水壓力控制在0.3～0.8Mpa，保證頂頭能快速冷卻，防止悶車、卡軋現(xiàn)象發(fā)生；
D、選用合適的頂頭尺寸，同時調整頂頭位置，保證荒管壁厚尺寸，控制軋制速度，速度為0.30～0.55m/s。
三輥(或兩輥)穿孔機的調整參數(shù)選擇如下：δ＝12～15％，δ0＝5～9％，α＝2～8°，δ為管坯直徑總壓縮率，δ0為頂頭前壓縮率量，α為軋輥錐角；
本發(fā)明使用的拉拔擴徑工藝如下：
A、制作拉拔內、外模；
B、然后采用氬弧焊，將管坯與拉拔接頭進行焊接；
C、管坯內、外表面涂潤滑劑，然后晾干；
D、控制拉拔速度，速度為0.20～0.40m/s；
本發(fā)明使用的軋制工藝如下：
A、選用冷軋管機進行軋制，軋制前檢查軋輥孔型尺寸，對軋輥進行修整處理；
B、冷軋機機架運行次數(shù)控制在30～80次/分鐘，送進量2～10mm/次。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內，依據(jù)本發(fā)明的技術實質，對以上實施例所作的任何簡單的修改、等同替換與改進等，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍之內。