專利名稱：鈦無縫管材的快速退火方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬管材加工過程中的退火方法，具體涉及一種鈦無縫管材的快速退火方法。
背景技術(shù)：
鈦及鈦合金管材在軋制或拉拔等冷加工過程中會(huì)發(fā)生加工硬化，進(jìn)一步加工前一般需要在600℃～800℃的高溫下進(jìn)行退火，以消除其內(nèi)應(yīng)力，恢復(fù)管材的加工塑性，利于減徑、減壁等進(jìn)一步加工，達(dá)到所需要的尺寸。成品管材大多是軟態(tài)或半硬狀態(tài)，使用前需要完全退火以進(jìn)行再結(jié)晶或不完全退火以消除內(nèi)應(yīng)力。
由于鈦及其合金在高溫下化學(xué)活性強(qiáng)，會(huì)與空氣或加熱氣氛中的氧、氮、氫等氣體成分發(fā)生作用，也會(huì)與管材表面的加工潤滑劑、油污等發(fā)生作用，使鈦及鈦合金管材表面吸氣或氧化，損害鈦管的性能。為此，長期以來，鈦及鈦合金管材的退火均在真空電阻退火爐或惰性氣體保護(hù)爐中進(jìn)行。真空電阻退火爐又分為內(nèi)熱式和外熱式退火爐。
傳統(tǒng)的真空電阻爐退火技術(shù)較成熟，在工業(yè)生產(chǎn)中采用時(shí)，一般是將一批幾十至幾百根的鈦管同時(shí)裝入真空電阻退火爐中，抽真空后將爐溫升至鈦及鈦合金的再結(jié)晶溫度，保溫1小時(shí)，然后冷卻到200℃以下出爐。其主要存在以下缺點(diǎn)1.生產(chǎn)效率低。
由于鈦的導(dǎo)熱率比較低，采用電阻爐進(jìn)行間接加熱，真空中主要靠熱輻射傳熱，熱傳導(dǎo)速度非常慢。
退火過程預(yù)抽真空需要1小時(shí)；管材升溫至少需要2小時(shí)以上；保溫1小時(shí)；冷卻是鈦管與退火爐一起降溫，一般需要15～20以上。因此，退火一爐管材一般需要20～30小時(shí)。若通入惰性氣體強(qiáng)制冷卻，退火一爐管材也需要10小時(shí)以上。
常用規(guī)格的鈦管在加工中往往需要進(jìn)行3～5次真空退火，漫長的退火周期已成為制約鈦管生產(chǎn)的一個(gè)重要因素。
2.成本高。
(1)退火工序中能耗高，一是升溫、保溫、冷卻過程中，管材要消耗熱能，水冷爐殼也要消耗熱能；二是龐大的真空機(jī)組耗電量較大，同時(shí)耗水量也很大，導(dǎo)致運(yùn)行成本高。
(2)滿足真空作業(yè)條件的退火爐，體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備投資高。
(3)鈦及其合金在高溫下易與鈦管表面的潤滑劑、油污等發(fā)生作用，鈦管在退火爐內(nèi)的高溫狀態(tài)下持續(xù)時(shí)間較長，為防止鈦管與污染物作用及防止油污高溫分解后污染爐膛，真空退火前必須對鈦管進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，為此，每次退火前管材表面除了進(jìn)行除油處理外，還需消耗大量的酸液進(jìn)行酸洗，工序繁瑣，且增加了生產(chǎn)成本。
(4)通入惰性氣體強(qiáng)制冷卻，雖然可提高部分生產(chǎn)效率，減少能耗，但氬氣價(jià)格較貴，增加了物耗成本。
3.適用范圍小，局限性大。
(1)真空退火爐生產(chǎn)成本高，一般要待加工管材達(dá)到一定數(shù)量之后才開爐，僅適用于大批量的連續(xù)生產(chǎn)。
(2)由于退火爐的爐室是封閉的，其長度有限，因此，加工處理管材的長度受限。
4.管材質(zhì)量存在一定問題。
(1)一致性差。真空退火時(shí)，由于爐內(nèi)溫度分布不均勻，位于爐邊部與爐中心、爐兩端的管材受熱的溫度與時(shí)間均有較大差異，因此，同爐管材性能的一致性差。由于退火操作不通和各爐裝料不同，各爐次退火的管材也常有較大差異，管材性能的波動(dòng)大，穩(wěn)定性差。
(2)產(chǎn)品組織、性能相對較差。鈦管長時(shí)間緩慢升溫，儲(chǔ)存在鈦晶格中的形變能被逐漸消耗掉，再結(jié)晶的形核能力減弱，退火后的晶粒較粗大，導(dǎo)致產(chǎn)品的強(qiáng)度及塑性相對較低。
5.設(shè)備占地面積大；真空機(jī)組產(chǎn)生的噪音污染嚴(yán)重。
6.設(shè)備維護(hù)不便。當(dāng)發(fā)熱體和隔熱屏等部件出現(xiàn)問題時(shí)，工作人員必須鉆進(jìn)狹窄的爐膛內(nèi)進(jìn)行維修，操作很困難，檢修周期長，檢修成本高。
一種三室退火爐，中間為升溫、保溫室，兩端為預(yù)抽真空裝料/冷卻室。兩端的預(yù)抽真空裝料/冷卻室交替工作，雖在一定程度上提高了真空退火爐的利用率，但由于受冷卻工序的制約，仍存在傳統(tǒng)真空電阻爐退火的缺陷。此外，其設(shè)備體積更龐大，設(shè)備成本更高，難于推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鈦無縫管材的快速退火方法，以解決了背景技術(shù)中生產(chǎn)效率低，成本高的技術(shù)問題。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種鈦無縫管材的快速退火方法，其特殊之處在于該方法的實(shí)現(xiàn)步驟包括1)上料將管材逐根、沿軸向、順次送入中頻感應(yīng)退火爐中；2)在中頻感應(yīng)退火爐中進(jìn)行退火(1)管材升溫管材由中頻感應(yīng)退火爐的升溫段穿過，30～60秒內(nèi)升溫至高于管材的再結(jié)晶溫度；(2)管材保溫管材由中頻感應(yīng)退火爐的保溫段穿過，使管材溫度維持在退火溫度，保溫2～6分鐘，進(jìn)行再結(jié)晶或消除應(yīng)力退火；3)出料，快速冷卻管材脫離中頻感應(yīng)退火爐后，進(jìn)行快速冷卻。
上述管材升溫以通過感應(yīng)電流直接加熱管材為佳。
上述管材保溫可通過感應(yīng)電流加熱管式爐，使管材間接加熱。
上述中頻感應(yīng)退火爐頻率的確定條件是管材的透熱深度與管材的壁厚相應(yīng)。
上述管材上料、穿過中頻感應(yīng)退火爐及出料的速度以同步且連續(xù)為佳。
上述管材的上料、穿過中頻感應(yīng)退火爐及出料的速度一般在0.1～10m/s范圍內(nèi)。
上述管材的上料、穿過中頻感應(yīng)退火爐及出料以采用壓迫式傳動(dòng)為佳。
上述快速冷卻可采用水冷或氣冷。以水冷為佳，冷卻速度較快。
上述上料之前，宜用金屬清洗劑對管材除油，并涼干。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.生產(chǎn)效率高。
(1)利用感應(yīng)電流的集膚效應(yīng)，采用中頻感應(yīng)電流對鈦管壁直接加熱，管材升溫速度非?？?。
(2)鈦管動(dòng)態(tài)連續(xù)退火，即一根根鈦管連續(xù)通過加熱區(qū)，進(jìn)行快速退火，每根鈦管退火時(shí)間僅需幾分鐘，每根鈦管的退火時(shí)間縮短了99％以上。退火φ63×6mm管材時(shí)，鈦管退火的生產(chǎn)效率可達(dá)到300～1000kg/h或更高。
2.能耗、水耗小，運(yùn)行成本低。
(1)節(jié)省投資。退火在大氣中進(jìn)行，省去了真空系統(tǒng)及龐大的水冷雙層爐體，退火設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備投資小，單位產(chǎn)能的投資約為真空退火爐的1/40。
(2)節(jié)能。鈦管升溫快，受熱均勻，而無需長期保溫；爐體流失的熱量少，又省去了真空泵，故耗電量大幅度減少。
(3)節(jié)水、節(jié)酸、節(jié)油?？焖偻嘶穑懿耐嘶鹎爸恍枰M(jìn)行除油處理，而不必進(jìn)行酸洗，表面處理簡單，省去了酸洗工序，節(jié)省了大量酸液。退火時(shí)不消耗真空泵油。
3.管材質(zhì)量一致性好。
通過自動(dòng)控制系統(tǒng)控制退火，每根管材的退火溫度、退火時(shí)間完全相同，不受爐內(nèi)位置差異的影響，工藝重現(xiàn)性和產(chǎn)品一致性都非常好。
4.產(chǎn)品的組織與性能優(yōu)。
快速退火使管材的晶粒細(xì)小而均勻，晶粒度優(yōu)于真空退火管材2個(gè)等級(jí)以上，強(qiáng)度及塑性均較高，產(chǎn)品性能明顯優(yōu)于真空退火管材。
5.設(shè)備占地面積小，噪音小。退火工藝實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，適用于各種長度管材的退火，大小批量生產(chǎn)均適用。


圖1為本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的技術(shù)原理是利用中頻感應(yīng)加熱的“集膚效應(yīng)”，將鈦管壁溫度迅速提升到鈦的再結(jié)晶溫度以上，抑制冷加工金屬升溫時(shí)的“回復(fù)”過程，瞬間集中釋放冷加工時(shí)儲(chǔ)存在金屬中的形變能，獲得高密度的再結(jié)晶核心和高的固態(tài)相變速率，快速完成再結(jié)晶過程；然后將鈦管材速冷至室溫，抑制“晶粒長大”和“高溫氧化”過程，將通常在真空退火時(shí)要在幾百到上千分鐘完成后的退火過程在幾分鐘內(nèi)完成，從而獲得細(xì)晶組織和優(yōu)良的機(jī)械性能，并在管材表面形成一層既有一定加工潤滑作用又容易酸洗去除的氧化膜。本發(fā)明通過快速升溫、快速完成再結(jié)晶，使鈦管質(zhì)優(yōu)而成本低?？焖偈潜景l(fā)明技術(shù)的核心，具體是通過感應(yīng)電流直接加熱單根鈦管來實(shí)現(xiàn)的。
參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)步驟如下1.用金屬清洗劑將鈦管除油、涼干，預(yù)先排放于儲(chǔ)料架上。
2.上料將鈦管逐根、沿軸向、順次送入中頻感應(yīng)退火爐中。
3.在中頻感應(yīng)退火爐中進(jìn)行退火(1)鈦管快速升溫鈦管由中頻感應(yīng)退火爐的升溫段穿過，通過感應(yīng)電流直接加熱，30～60秒內(nèi)升溫至高于鈦管的再結(jié)晶溫度。鈦管的再結(jié)晶溫度一般為600～800℃。
(2)鈦管保溫鈦管由中頻感應(yīng)退火爐的保溫段穿過，通過感應(yīng)電流加熱管式爐間接加熱，使鈦管溫度維持在退火溫度，保溫2～6分鐘，進(jìn)行再結(jié)晶或消除應(yīng)力退火。
中頻感應(yīng)退火爐頻率大小的確定條件是鈦管的透熱深度大致與鈦管的壁厚相應(yīng)。即透熱深度可大于鈦管壁厚，與鈦管壁厚相同，也可略小于鈦管壁厚，就可確保鈦管壁整體受熱均勻。
感應(yīng)電流的大小可由紅外測溫儀和電路控制系統(tǒng)自動(dòng)控制。
4.出料，快速冷卻鈦管脫離中頻感應(yīng)退火爐后，溫度仍很高，會(huì)繼續(xù)氧化，為縮短鈦管在高溫下暴露于大氣中的時(shí)間，減少出爐后鈦管的氧化，需要進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。水冷冷卻較快，故以水冷為佳。也可采用氣冷，對較短的管材還可以自然冷卻。
管鈦上料、穿過中頻感應(yīng)退火爐及出料的速度同步且連續(xù)，速度一般為0.1～10m/s。鈦管的上料、穿過中頻感應(yīng)退火爐及出料可采用壓迫式傳動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種鈦無縫管材的快速退火方法，其特征在于該方法的實(shí)現(xiàn)步驟包括1)上料將管材逐根、沿軸向、順次送入中頻感應(yīng)退火爐中；2)在中頻感應(yīng)退火爐中進(jìn)行退火(1)管材升溫管材由中頻感應(yīng)退火爐的升溫段穿過，30～60秒內(nèi)升溫至高于管材的再結(jié)晶溫度；(2)管材保溫管材由中頻感應(yīng)退火爐的保溫段穿過，使管材溫度維持在退火溫度，保溫2～6分鐘，進(jìn)行再結(jié)晶或消除應(yīng)力退火；3)出料管材脫離中頻感應(yīng)退火爐后，進(jìn)行快速冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦無縫管材的快速退火方法，其特征在于所述的管材升溫是通過感應(yīng)電流直接加熱管材。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鈦無縫管材的快速退火方法，其特征在于所述的管材保溫是通過感應(yīng)電流加熱管式爐，使管材間接加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈦無縫管材的快速退火方法，其特征在于所述中頻感應(yīng)退火爐頻率的確定條件是管材的透熱深度與管材的壁厚相應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈦無縫管材的快速退火方法，其特征在于所述管材上料、穿過中頻感應(yīng)退火爐及出料的速度同步且連續(xù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈦無縫管材的快速退火方法，其特征在于所述管材上料、穿過中頻感應(yīng)退火爐及出料的速度為0.1～10m/s。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈦無縫管材的快速退火方法，其特征在于所述管材的上料、穿過中頻感應(yīng)退火爐及出料均為壓迫式傳動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鈦無縫管材的快速退火方法，其特征在于所述的快速冷卻為水冷或氣冷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鈦無縫管材的快速退火方法，其特征在于所述的上料之前，先用金屬清洗劑對管材除油，然后涼干。
全文摘要
一種鈦無縫管材的快速退火方法，其實(shí)現(xiàn)步驟是將鈦管逐根、順次送入中頻感應(yīng)退火爐中，在穿過中頻感應(yīng)退火爐時(shí)，快速升溫至再結(jié)晶溫度以上，抑制“恢復(fù)”過程，快速完成再結(jié)晶，然后快速冷卻到室溫，抑制“晶粒長大”和高溫氧化。每根鈦管僅需幾分鐘即可完成升溫、保溫和冷卻。本發(fā)明解決了背景技術(shù)中生產(chǎn)效率低、成本高的技術(shù)問題。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，適用于各種長度管材的退火，大、小批量生產(chǎn)均可。產(chǎn)品組織好，性能優(yōu)。
文檔編號(hào)C21D11/00GK101086056SQ200610042940
公開日2007年12月12日 申請日期2006年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月7日
發(fā)明者奚正平, 鄧炬, 李明強(qiáng), 張樹啟, 鄧超, 尉北玲 申請人:西部鈦業(yè)有限責(zé)任公司