一種鈮及鈮合金無(wú)縫管熱軋生產(chǎn)加工方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鈮及鈮合金無(wú)縫管熱軋生產(chǎn)加工方法，包括步驟如下：（1）選料；（2）加工定心孔；（3）涂刷防護(hù)涂層；（4）加熱；（5）穿孔；（6）軋管；（7）定徑；（8）冷卻；（9）矯直；（10）鋸切；（11）噴砂；（12）無(wú)探損傷；（13）人工檢查、包裝入庫(kù)。該方法采用封閉保護(hù)涂層防護(hù)工藝，采用小變形量、低軋制速度軋制過(guò)程的在線熱軋成型技術(shù)，嚴(yán)格控制軋制的溫度和速度，該方法不僅流程短、效率高，而且還提高了材料利用率，降低了成本，符合節(jié)能環(huán)保的理念；將鈮及鈮合金這類(lèi)難熔金屬材料加工成無(wú)縫管，在熱軋技術(shù)領(lǐng)域及難熔金屬變形加工技術(shù)領(lǐng)域?qū)崒偈桌?，具有深遠(yuǎn)的意義。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種鈮及鈮合金無(wú)縫管熱軋生產(chǎn)加工方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種鈮及鈮合金無(wú)縫管熱乳生產(chǎn)加工方法，屬于難熔金屬變形加工技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈮的熔點(diǎn)高達(dá)2468°C，密度8.66g/cm2，線性膨脹系數(shù)7.7X10-6/°C，彈性模量 113GPa，電阻率15μΩ · cm，熱導(dǎo)率52.7W/m · K。具有著熱中子俘獲截面小，在腐蝕環(huán)境中性 能穩(wěn)定，塑-脆溫度轉(zhuǎn)變低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于磁控濺射領(lǐng)域和超導(dǎo)應(yīng)用領(lǐng)域。因鈮的再結(jié) 晶溫度高、高溫?zé)嶙冃慰沽Υ?，熱加工硬化現(xiàn)象明顯，難于熱加工成型，通常熱加工溫度在 1300°C以上。但鈮在600°C的空氣中劇烈氧化，因此鈮管加工一直是世界難題。國(guó)內(nèi)對(duì)鈮及 鈮合金無(wú)縫管通常采用鍛造法和包套擠壓法，材料利用率低，成本高，并且加工過(guò)程中的酸 洗對(duì)環(huán)境會(huì)造成污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明針對(duì)鈮及鈮合金高溫下易氧化、熱加工溫度下流變應(yīng)力高、溫升高及加工 硬化等問(wèn)題，提供了一種鈮及鈮合金無(wú)縫管熱乳生產(chǎn)加工方法，該方法采用封閉保護(hù)涂層 防護(hù)工藝，采用小變形量、低乳制速度乳制過(guò)程的在線熱乳成型技術(shù)，嚴(yán)格控制乳制的溫度 和速度，該方法不僅流程短、效率高，而且還提高了材料利用率，降低了成本，符合節(jié)能環(huán)保 的理念;將鈮及鈮合金這類(lèi)難熔金屬材料加工成無(wú)縫管，在熱乳技術(shù)領(lǐng)域及難熔金屬變形 加工技術(shù)領(lǐng)域?qū)崒偈桌?，具有深遠(yuǎn)的意義。
[0004] 本發(fā)明克服其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是： 一種鈮及鈮合金無(wú)縫管熱乳生產(chǎn)加工方法，包括步驟如下： (1) 選料:選取合格的鈮及鈮合金棒坯； (2) 加工定心孔:對(duì)鈮及鈮合金棒坯的兩端面加工定心孔； (3) 涂刷防護(hù)涂層:將鈮及鈮合金棒坯的表面涂刷防護(hù)涂層； (4) 加熱:將鈮及鈮合金棒坯放進(jìn)環(huán)形爐加熱，加熱溫度不超過(guò)規(guī)定溫度的5 °C以上，以 全程7min/cm的勾速率進(jìn)行加熱； (5) 穿孔:將加熱后的鈮及鈮合實(shí)心棒坯送入穿孔機(jī)乳制成空心毛管，穿孔速度0.6-0·8m/s; (6) 乳管:將空心毛管送入乳管機(jī)進(jìn)行均壁厚、擴(kuò)徑、延伸，得到荒管； (7) 定徑:將荒管送入定徑機(jī)確定最終直徑得到無(wú)縫管，定徑后無(wú)縫管的外徑允許偏差 ± 1.5mm，壁厚 ± 1.2mm ； (8) 冷卻:采用鏈?zhǔn)嚼浯策M(jìn)行空冷降溫，冷卻到室溫； (9) 矯直:采用室溫冷矯直，矯直過(guò)程中用開(kāi)水矯直，矯直后的無(wú)縫管滿(mǎn)足:每米彎曲度 < 1.0mm且全長(zhǎng)彎曲度《無(wú)縫管全長(zhǎng)的0.15%; (10) 鋸切:將無(wú)縫管輸送到自動(dòng)切管機(jī)，對(duì)其兩端頭切割加工，達(dá)到成品管的標(biāo)準(zhǔn)要 求； (11) 噴砂:對(duì)無(wú)縫管進(jìn)行噴丸處理以去除表面雜質(zhì)； (12) 無(wú)探損傷:對(duì)無(wú)縫管進(jìn)行渦流探傷，確保產(chǎn)品沒(méi)有缺陷； (13) 人工檢查、包裝入庫(kù)。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟（1)中，合格的鈮及鈮合金棒坯滿(mǎn)足以下條件:外徑 允許偏差：± 1%;橢圓度:直徑公差± 1mm;長(zhǎng)度允許偏差:0± 50mm;端面斜切度：< 5mm;彎曲 度:每米不超過(guò)6mm;表面粗糙度Ra < 3.2μηι。 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟（2)中，定心孔的尺寸根據(jù)棒還確定，對(duì)于Φ 90mm-Φ 180mm的棒還，其定心孔倒角5mm、直徑20mm、深度20mm;對(duì)于Φ 210mm的棒還，其定心孔倒角 5謹(jǐn)、直徑3Ctam、深度3Ctam。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(3)中，先用酒精和電動(dòng)毛刷清理棒坯表面，然后噴 涂一層厚度為0.1mm的防護(hù)涂層，靜置12h后，再?lài)娡恳粚雍穸葹?.2-0.25mm的防護(hù)涂層， 24h后放入環(huán)形爐進(jìn)行加熱。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(4)中，所述棒坯在環(huán)形爐內(nèi)分段加熱，各階段溫度 分別為：預(yù)熱段750-800°C、加熱I段900-950°C、加熱II段1150-1200°C、加熱III段1200-1250 °C、出料時(shí) 1250-1280 °C。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(5)中，穿孔機(jī)乳前溫度1190-1240°c，穿孔過(guò)程溫度 1240-1270°C，穿孔后毛管溫度 1180-1230°C。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟（6)中，乳前毛管溫度1150-1200°c，乳制過(guò)程溫度 1170-1220°C，乳后荒管溫度 1140-1190°C。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(7)中，定徑前荒管溫度1090-1140°c，定徑后無(wú)縫管 溫度 1050-1100 °C。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是： 本發(fā)明的方法采用封閉保護(hù)涂層防護(hù)工藝，采用小變形量、低乳制速度乳制過(guò)程的在 線熱乳成型技術(shù)，嚴(yán)格控制乳制的溫度和速度，該方法不僅流程短、效率高，而且還提高了 材料利用率，降低了成本，符合節(jié)能環(huán)保的理念;將鈮及鈮合金這類(lèi)難熔金屬材料加工成無(wú) 縫管，在熱乳技術(shù)領(lǐng)域及難熔金屬變形加工技術(shù)領(lǐng)域?qū)崒偈桌哂猩钸h(yuǎn)的意義。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明鈮及鈮合金無(wú)縫管熱乳生產(chǎn)加工流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 為了便于本領(lǐng)域人員更好的理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做 進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，下述僅是示例性的不限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0014] 如圖1所示，本發(fā)明所述的鈮及鈮合金無(wú)縫管熱乳生產(chǎn)加工方法，其特征在于，包 括步驟如下： (1)選料:選取合格的鈮及鈮合金棒坯。合格的鈮及鈮合金棒坯滿(mǎn)足以下條件： 外徑允許偏差：± 1%，如 Φ 90mm±0 · 9mm、Φ 130mm± 1 · 3mm、Φ 160mm土 1.6mm、Φ 180mm土 1.8mm> Φ 210mm±2.1mm； 橢圓度:直徑公差± 1mm; 長(zhǎng)度允許偏差:〇±50mm; 端面斜切度：< 5mm; 彎曲度:每米不超過(guò)6mm; 表面粗糙度Ra<3.2ym; 棒坯表面不得有裂紋、結(jié)疤、折疊、夾渣、夾雜和發(fā)裂，管坯表面不允許缺陷； 低倍組織觀察:在棒坯橫截面酸低倍組織試片上不得有目視可見(jiàn)的白點(diǎn)、縮孔殘余、分 層、夾雜、翻皮和皮下氣泡； 對(duì)檢驗(yàn)合格的棒坯每支進(jìn)行稱(chēng)重記錄相關(guān)的重量數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)長(zhǎng)度外徑尺寸測(cè)量記 錄，并入原料庫(kù)。
[0015] (2)加工定心孔:對(duì)鈮及鈮合金棒坯的兩端面加工定心孔，帶有定心孔的棒坯能更 好的保證棒坯在乳制時(shí)的二次咬入，提高產(chǎn)品幾何尺寸精度。定心孔的尺寸根據(jù)棒坯確定， 對(duì)于Φ 90mm_ Φ 180mm的棒還，其定心孔倒角5mm、直徑20mm、深度20mm;對(duì)于Φ 210mm的棒還， 其定心孔倒角5mm、直徑30mm、深度30mm。
[0016] (3)涂刷防護(hù)涂層:將鈮及鈮合金棒坯的表面涂刷防護(hù)涂層，由于鈮及鈮合金高溫 加熱時(shí)化學(xué)性質(zhì)十分活潑，能與氧、硫、氮、碳等直接化合形成極難分解的穩(wěn)定化合物，銀的 加工性能和力學(xué)性能受間隙性元素影響，尤其是氧、氮、碳含量的影響特別大，少量的間隙 性元素可極大地增加硬度，降低鈮的延展性，防止在后續(xù)熱加工過(guò)程中發(fā)生嚴(yán)重開(kāi)裂，且為 了避免棒坯在加熱時(shí)與其它元素發(fā)生反應(yīng)，特此研制了針對(duì)鈮及鈮合金的防護(hù)涂料進(jìn)行棒 坯涂層防護(hù)。所述防護(hù)涂層包括如下重量比的組分:粉料按如下重量百分比配制：20-45%的 Si〇2、0-3% 的 Mo03、2-5% 的 Ah〇3、5-10% 的 Li2C03、20-40% 的 H2BO3、0-5% 的 Ti〇2、3-10% 的 CaC03、 5-10% 的 Zr02、5-10% 的 Na2C03、0-5% 的 MgO、5-15% 的 K2CO3，粘接劑為:0.85% 的聚丙烯酸鈉和 5% 的NaSi03 9H20，少量硅烷偶聯(lián)劑KH550和表面活性劑JFC;使用時(shí)，將上述組分按照分粉料： 液體=2:1的比例混合攪拌0.5h后得到防護(hù)涂層。
[0017] 涂刷防護(hù)層之前，先用酒精和電動(dòng)毛刷清理棒坯表面，然后噴涂一層厚度為0.1mm 的防護(hù)涂層，靜置12h后，再?lài)娡恳粚雍穸葹?.2-0.25mm的防護(hù)涂層，24h后放入環(huán)形爐進(jìn)行 加熱；等棒坯加熱完出爐時(shí)，防護(hù)涂層完整無(wú)變化，棒坯在摔鋼平臺(tái)摔下時(shí)，防護(hù)涂層完全 脫落，很好地解決了棒坯加熱時(shí)各種化學(xué)反應(yīng)問(wèn)題，還不影響乳制。
[0018] (4)加熱:將鈮及鈮合金棒坯放進(jìn)環(huán)形爐加熱，以全程7min/cm的勻速率進(jìn)行加熱， 從裝爐到出料時(shí)間嚴(yán)格把控； 所述棒坯各階段加熱溫度的設(shè)定要求如下表1: 表1:
上述，通過(guò)燒嘴個(gè)數(shù)和分布來(lái)劃分各加熱階段，嚴(yán)格按照時(shí)間段進(jìn)行加熱，加熱溫度不 超過(guò)規(guī)定溫度的5°C以上； 鈮及鈮合金棒坯轉(zhuǎn)到出料爐口時(shí)，要將環(huán)形爐出料口上的三個(gè)燒嘴關(guān)小或關(guān)閉，確保 調(diào)整到乳制要求溫度； 每出料一支都要及時(shí)倒?fàn)t底，使料退回隔墻里面； 乳制出料時(shí)，關(guān)閉煙道閘，使?fàn)t膛保證乳制要求的爐膛壓。
[0019] (5)穿孔:將加熱后的鈮及鈮合實(shí)心棒坯送入穿孔機(jī)乳制成空心毛管，穿孔速度 0.6_0.8m/s，所得毛管最長(zhǎng)尺寸9.8m，毛管直徑100-230mm。
[0020] 穿孔工序溫度按照如下表2所示溫度嚴(yán)格執(zhí)行： 表2:
穿孔工序所用穿孔機(jī)的工藝技術(shù)參數(shù)按照如下表3所示嚴(yán)格執(zhí)行： 表3:
(6) 乳管：將空心毛管送入乳管機(jī)進(jìn)行均壁厚、擴(kuò)徑、延伸，得到荒管，所得荒管直徑 144.45_253mm，荒管壁厚 5_25mm。
[0021 ]乳管工序的溫度控制按照如下表4所示嚴(yán)格執(zhí)行： 表4: i
I 善 乳管工序所用乳管機(jī)的工藝技術(shù)參數(shù)按照如下表5所示嚴(yán)格執(zhí)行： 表5: 5
s (7) 定徑:將荒管送入定徑機(jī)確定最終直徑得到無(wú)縫管，定徑后無(wú)縫管的外徑允許偏差 ±1.5mm，壁厚± 1.2mm，不圓度和壁厚不均度不超出外徑壁厚允許偏差，不圓度1.5mm，壁厚 不均度1.4mm。
[0022] 定徑工序中溫度控制工藝技術(shù)參數(shù)按照如下表6所示嚴(yán)格執(zhí)行： ?
? (8)冷卻:采用鏈?zhǔn)嚼浯策M(jìn)行空冷降溫，冷卻到室溫。
[0023] (9)矯直:采用室溫冷矯直，矯直過(guò)程中開(kāi)水矯直，矯直后的無(wú)縫管滿(mǎn)足:每米彎曲 度< 1.0mm且全長(zhǎng)彎曲度《無(wú)縫管全長(zhǎng)的0.15%。
[0024] (10)鋸切:將無(wú)縫管輸送到自動(dòng)切管機(jī)，對(duì)其兩端頭切割加工，達(dá)到成品管的標(biāo)準(zhǔn) 要求。
[0025] (11)噴砂:對(duì)無(wú)縫管進(jìn)行噴丸處理以去除表面雜質(zhì)。
[0026] (12)無(wú)探損傷:采用超聲波無(wú)損探傷設(shè)備對(duì)無(wú)縫管進(jìn)行渦流探傷，確保產(chǎn)品沒(méi)有 李文、分層、砂眼、摔坑等缺陷，并填寫(xiě)《探傷探傷原始記錄》。
[0027] (13)人工檢查、包裝入庫(kù)。
[0028] 檢驗(yàn)項(xiàng)目：本工序由質(zhì)檢部負(fù)責(zé)對(duì)每批鈮管的化學(xué)成分、物理性能、水壓、沖擊功 等內(nèi)容進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)鈮管的表面外觀質(zhì)量、外徑、橢圓度、壁厚、長(zhǎng)度、直度進(jìn)行測(cè)量，對(duì)每根 鈮管進(jìn)行通徑測(cè)量，并填寫(xiě)《外觀檢驗(yàn)記錄表》、《成品尺寸檢驗(yàn)記錄》、《通徑記錄》、《成品化 學(xué)檢驗(yàn)記錄》、《拉伸試驗(yàn)記錄》、《禍流探傷原始記錄》。
[0029] 包裝入庫(kù)：檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品按顧客要求進(jìn)行包裝入庫(kù)，填寫(xiě)《包裝記錄》、《入庫(kù) 單》。
[0030] 采用本發(fā)明的生產(chǎn)加工方法生產(chǎn)出了系列的鈮及鈮合金無(wú)縫管產(chǎn)品，有Nbl、Nb2、 NbZrl、NbZr2等多種材質(zhì)，產(chǎn)品直徑規(guī)格Φ 73-219mm，壁厚5.5-20mm，長(zhǎng)度12.5-13.5m。
[0031] 以上僅描述了本發(fā)明的基本原理和優(yōu)選實(shí)施方式，本領(lǐng)域人員可以根據(jù)上述描述 作出許多變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)應(yīng)該屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鈮及鈮合金無(wú)縫管熱乳生產(chǎn)加工方法，其特征在于，包括步驟如下： (1) 選料:選取合格的鈮及鈮合金棒坯； (2) 加工定心孔:對(duì)鈮及鈮合金棒坯的兩端面加工定心孔； (3) 涂刷防護(hù)涂層:將鈮及鈮合金棒坯的表面涂刷防護(hù)涂層； (4) 加熱:將鈮及鈮合金棒坯放進(jìn)環(huán)形爐加熱，加熱溫度不超過(guò)規(guī)定溫度的5°C以上，以 全程7min/cm的勾速率進(jìn)行加熱； (5) 穿孔:將加熱后的鈮及鈮合實(shí)心棒坯送入穿孔機(jī)乳制成空心毛管，穿孔速度0.6-0·8m/s; (6) 乳管:將空心毛管送入乳管機(jī)進(jìn)行均壁厚、擴(kuò)徑、延伸，得到荒管； (7) 定徑:將荒管送入定徑機(jī)確定最終直徑得到無(wú)縫管，定徑后無(wú)縫管的外徑允許偏差 ± 1.5mm，壁厚 ± 1.2mm ； (8) 冷卻:采用鏈?zhǔn)嚼浯策M(jìn)行空冷降溫，冷卻到室溫； (9) 矯直:采用室溫冷矯直，矯直過(guò)程中用開(kāi)水矯直，矯直后的無(wú)縫管滿(mǎn)足:每米彎曲度 < 1.0mm且全長(zhǎng)彎曲度《無(wú)縫管全長(zhǎng)的0.15%; (10) 鋸切：將無(wú)縫管輸送到自動(dòng)切管機(jī)，對(duì)其兩端頭切割加工，達(dá)到成品管的標(biāo)準(zhǔn)要 求； (11) 噴砂:對(duì)無(wú)縫管進(jìn)行噴丸處理以去除表面雜質(zhì)； (12) 無(wú)探損傷:對(duì)無(wú)縫管進(jìn)行渦流探傷，確保產(chǎn)品沒(méi)有缺陷； (13) 人工檢查、包裝入庫(kù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，合格的鈮及鈮合金棒坯滿(mǎn) 足以下條件:外徑允許偏差：± 1%;橢圓度:直徑公差± 1mm;長(zhǎng)度允許偏差:〇 ±50mm;端面斜 切度：< 5mm;彎曲度:每米不超過(guò)6mm;表面粗糙度Ra < 3.2μπι。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，定心孔的尺寸根據(jù)棒坯確 定，對(duì)于Φ 90_-φ 180mm的棒還，其定心孔倒角5_、直徑20_、深度20mm;對(duì)于Φ 210mm的棒 還，其定心孔倒角5mm、直徑30mm、深度30mm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，先用酒精和電動(dòng)毛刷清理 棒坯表面，然后噴涂一層厚度為0.1mm的防護(hù)涂層，靜置12h后，再?lài)娡恳粚雍穸葹?.2- 0.25mm的防護(hù)涂層，24h后放入環(huán)形爐進(jìn)行加熱。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)中，所述棒坯在環(huán)形爐內(nèi)分段 加熱，各階段溫度分別為:預(yù)熱段750-800°C、加熱I段900-950°C、加熱II段1150-1200°C、加 熱III段1200-1250°C、出料時(shí) 1250-1280°C。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟（5)中，穿孔機(jī)乳前溫度1190-1240 °C，穿孔過(guò)程溫度1240-1270 °C，穿孔后毛管溫度1180-1230 °C。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(6)中，乳前毛管溫度1150-1200 °C，乳制過(guò)程溫度1170-1220°C，乳后荒管溫度1140-1190°C。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟（7)中，定徑前荒管溫度1090_ 1140 °C，定徑后無(wú)縫管溫度1050-1100 °C。
【文檔編號(hào)】B21B37/74GK105855317SQ201610412012
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月14日
【發(fā)明人】張志玉, 劉懷玉, 高萬(wàn)峰, 周海瑞, 穆曉光, 石滿(mǎn)鷹, 李鳳魁
【申請(qǐng)人】鑫鵬源智能裝備集團(tuán)有限公司