本發(fā)明涉及一種無縫鋼管及其制備方法，具體涉及一種TA2薄壁鈦合金無縫鋼管及其制備方法。

背景技術(shù)：

船舶海水管路系統(tǒng)服役環(huán)境惡劣，其腐蝕破壞是影響船舶服役性能的一個重要因素，據(jù)統(tǒng)計，船舶管路系統(tǒng)的維修工作量相當大，約占全船總維修量的25％。傳統(tǒng)的艦船管路系統(tǒng)材料，如不銹鋼、B10銅鎳合金在3.6m/s的允許設(shè)計流速值下仍不能完全滿足現(xiàn)代艦船高海水流速的要求。鈦金屬質(zhì)輕、高強、耐蝕，特別耐海水和海洋大氣腐蝕，在海洋工程中具有廣泛的用途，是海洋工程領(lǐng)域的新型關(guān)鍵材料之一。因此，研制鈦合金無縫鋼管作為船舶管路系統(tǒng)用材料，將會具有全壽命周期的優(yōu)勢。

鈦合金薄壁無縫鋼管的生產(chǎn)工藝包括擠壓+冷軋/冷拔和斜軋穿孔+冷軋。相對于擠壓+冷軋/冷拔工藝，斜軋穿孔+冷軋工藝生產(chǎn)效率更高、成材率更高(約高15％)，內(nèi)外表面質(zhì)量更易控制，具有顯著的成本優(yōu)勢。

然而，鈦及鈦合金具有顯著的組織遺傳性，高溫穿孔不利于其組織性能控制，只適于低溫穿孔。但低溫穿孔條件下，鈦及鈦合金因較高的變形抗力易發(fā)生中卡或尾卡。同時，鈦及鈦合金又具有易粘著的特點，在穿孔過程中，易與穿孔機的兩個導盤發(fā)生“粘鈦”現(xiàn)象，而導盤上粘著的結(jié)疤由會劃傷鈦管表面；在進入冷軋工序前，必須進行機加工以去除表面缺陷，造成產(chǎn)品成材率大幅降低。

因此，開發(fā)一種低溫穿孔，成材率高，不與導盤等設(shè)備發(fā)生“粘鈦”現(xiàn)象的高強度TA2鈦合金無縫鋼管的制備方法是十分必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高強度TA2鈦合金無縫鋼管的制備方法。

本發(fā)明TA2薄壁鈦合金無縫鋼管的制備方法，包括環(huán)形加熱爐加熱→斜軋穿孔→真空退火→矯直→酸洗→冷軋→脫脂→真空退火→矯直→酸洗的步驟，具體步驟如下：

a、加熱：將鈦圓坯置于微氧化氣氛中，在820～870℃下加熱150～200min，優(yōu)選為在830～850℃下加熱150～170min；其中所述微氧化氣氛為氧氣體積濃度為2～4％；

b、穿孔：對穿孔機導盤進行粗化處理，然后噴涂涂層，斜軋穿孔，得到外表面溫度為850～900℃的毛管，空冷至室溫，得到穿孔毛管；其中，穿孔工藝參數(shù)為：導盤轉(zhuǎn)速為0.5～2m/s，軋速為0.33～0.8m/s；優(yōu)選為導盤轉(zhuǎn)速為0.7～1.5m/s，軋速為0.5～0.7m/s；

c、真空退火：將穿孔毛管在退火溫度為550～680℃下真空退火處理2～3h；優(yōu)選退火溫度為580～650℃；

d、矯直：將真空退火后的毛管進行矯直；

e、酸洗：用酸液對矯直后的毛管在50～65℃下酸洗5～20min；

f、冷軋：將酸洗后的毛管進行一道次冷軋；冷軋變形量為30～50％；優(yōu)選為35～45％；

g、二次處理：將冷軋后的毛管重復c、d、e步驟處理后，即得壁厚為4～7mm的TA2鈦合金無縫鋼管。

進一步的，上述所述TA2薄壁鈦合金無縫鋼管的制備方法，其中a步驟中鈦圓坯的定心孔直徑為30～80mm。

上述TA2薄壁鈦合金無縫鋼管的制備方法，其中b步驟中所述涂層為防鈦-鋼粘結(jié)涂層，涂層厚度為0.1～0.3mm。

進一步的，上述TA2薄壁鈦合金無縫鋼管的制備方法，其中所述防鈦-鋼粘結(jié)涂層是由以下重量比成分組成：水性成膜劑:Al₂O₃粉:固化劑:分散劑:水＝50～150:400～450:1～2:0.5～1:1～5。

進一步的，上述TA2薄壁鈦合金無縫鋼管的制備方法，其中所述水性成膜劑為環(huán)氧樹脂、丙酸樹脂、純酸樹脂中的至少一種；優(yōu)選為環(huán)氧樹脂。

進一步的，上述TA2薄壁鈦合金無縫鋼管的制備方法，其中所述固化劑為乙烯基三胺、聚酰胺、三聚氰胺中的至少一種；分散劑為三聚磷酸鈉、聚丙烯酰胺、硅酸鈉中的至少一種。

進一步的，上述TA2薄壁鈦合金無縫鋼管的制備方法，其中d步驟中矯直是在六輥矯直機上進行矯直。

上述TA2薄壁鈦合金無縫鋼管的制備方法，其中e步驟中酸液是由3～5wt％的HF與14～18wt％HNO₃按照以下體積比混合而成：1～2.3:1～4.9。

本發(fā)明還提供一種TA2薄壁鈦合金無縫鋼管。

上述TA2薄壁鈦合金無縫鋼管是由以上所述制備方法制備而成。

上述TA2薄壁鈦合金無縫鋼管，其中所述無縫鋼管的規(guī)格為DN150～DN200，屈服強度≥350MPa，抗拉強度≥470MPa，延伸率≥35％。

本發(fā)明通過控制加熱溫度，使用防鈦-鋼粘結(jié)涂層，以及優(yōu)化穿孔工藝參數(shù)和成品退火工藝參數(shù)，解決了現(xiàn)有工藝中純鈦管低溫穿孔難、易與導盤發(fā)生“粘鈦”等現(xiàn)象而形成嚴重缺陷的問題，研制出了具有高強度的TA2無縫鋼管。本發(fā)明制備的TA2鈦合金無縫鋼管屈服強度≥350MPa，抗拉強度≥470MPa，延伸率≥35％，具有優(yōu)越的力學性能，在生產(chǎn)行業(yè)中具有較為廣闊的應(yīng)用前景，也將推動鈦金屬在海洋工程領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。

附圖說明

圖1為實施例1中低溫穿孔后的冷軋退火組織圖；

圖2為對比例1中高溫穿孔后的冷軋退火組織圖。

具體實施方式

本發(fā)明TA2薄壁鈦合金無縫鋼管的制備方法，包括環(huán)形加熱爐加熱→斜軋穿孔→真空退火→矯直→酸洗→冷軋→脫脂→真空退火→矯直→酸洗的步驟，具體步驟如下：

a、加熱：將鈦圓坯置于微氧化氣氛中，在820～870℃下加熱150～200min，優(yōu)選為在830～850℃下加熱150～170min；其中所述微氧化氣氛為氧氣體積濃度為2～4％；使用微氧化氣體的目的一方面是為了使氧與爐內(nèi)的氫氣發(fā)生反應(yīng)，排除氫氣，以避免鈦發(fā)生吸氫而造成氫脆，另一方面可以避免鈦坯表面被過度氧化，影響鈦坯的力學性能；

b、穿孔：采用砂輪對穿孔機導盤進行橫、縱向打磨，使其粗糙化，以增加涂層的粘附力，然后噴涂涂層，斜軋穿孔，得到外表面溫度為850～900℃的毛管，空冷至室溫，得到穿孔毛管；其中，穿孔工藝參數(shù)為：導盤轉(zhuǎn)速為0.5～2m/s，軋速為0.33～0.8m/s；優(yōu)選為導盤轉(zhuǎn)速為0.7～1.5m/s，軋速為0.5～0.7m/s；

c、真空退火：將穿孔毛管在退火溫度為550～680℃下真空退火處理2～3h；優(yōu)選退火溫度為580～650℃；

d、矯直：將真空退火后的毛管進行矯直；

e、酸洗：用酸液對矯直后的毛管在50～65℃下酸洗5～20min；

f、冷軋：將酸洗后的毛管進行一道次冷軋；冷軋變形量為30～50％；優(yōu)選為35～45％；

g、二次處理：將冷軋后的毛管重復c、d、e步驟處理后，即得壁厚為4～7mm的TA2鈦合金無縫鋼管。

進一步的，上述所述TA2薄壁鈦合金無縫鋼管的制備方法，其中a步驟中鈦圓坯的定心孔直徑為30～80mm。

上述TA2薄壁鈦合金無縫鋼管的制備方法，其中b步驟中所述涂層為防鈦-鋼粘結(jié)涂層，涂層厚度為0.1～0.3mm。

進一步的，上述TA2薄壁鈦合金無縫鋼管的制備方法，其中所述防鈦-鋼粘結(jié)涂層是由以下重量比成分組成：水性成膜劑:Al₂O₃粉:固化劑:分散劑:水＝50～150:400～450:1～2:0.5～1:1～5。

進一步的，上述TA2薄壁鈦合金無縫鋼管的制備方法，其中所述水性成膜劑為環(huán)氧樹脂、丙酸樹脂、純酸樹脂中的至少一種；優(yōu)選為環(huán)氧樹脂。

進一步的，上述TA2薄壁鈦合金無縫鋼管的制備方法，其中所述固化劑為乙烯基三胺、聚酰胺、三聚氰胺中的至少一種；分散劑為三聚磷酸鈉、聚丙烯酰胺、硅酸鈉中的至少一種。

進一步的，上述TA2薄壁鈦合金無縫鋼管的制備方法，其中d步驟中矯直是在六輥矯直機上進行矯直。

上述TA2薄壁鈦合金無縫鋼管的制備方法，為了去除薄壁鈦合金無縫鋼管表面的氧化皮，其中e步驟中酸液是由3～5wt％的HF與14～18wt％HNO₃按照以下體積比混合而成：1～2.3:1～4.9；另外，因鈦的氧化皮非常致密，需要在一定溫度下，酸洗一定時間才能有效去除，因此，本發(fā)明優(yōu)選在50～65℃下酸洗5～20min。

本專利主要采用的是導盤粗化+涂料聯(lián)合使用的方法，以更好的避免粘鈦的發(fā)生。

本發(fā)明還提供一種TA2薄壁鈦合金無縫鋼管。

上述TA2薄壁鈦合金無縫鋼管是由以上所述制備方法制備而成。

上述TA2薄壁鈦合金無縫鋼管，其中所述無縫鋼管的規(guī)格為DN150～DN200，屈服強度≥350MPa，抗拉強度≥470MPa，延伸率≥35％。

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體實施方式做進一步的描述，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。

實施例1

本發(fā)明TA2薄壁鈦合金無縫鋼管的制備方法，包括環(huán)形加熱爐加熱→斜軋穿孔→真空退火→矯直→酸洗→冷軋→脫脂→真空退火→矯直→酸洗的步驟，具體步驟如下：

a、加熱：將制備Ф50mm定心孔的鈦圓坯置于氧氣體積濃度為3％的微氧化氣氛中，在環(huán)形爐中，溫度為830℃下加熱150min；

b、穿孔：對穿孔機導盤進行粗化處理，然后噴涂涂層，經(jīng)輥道輸送至穿孔機進行斜軋穿孔，得到外表面溫度為870℃的毛管，空冷至室溫，得到穿孔毛管；其中，穿孔工藝參數(shù)為：導盤轉(zhuǎn)速為0.7m/s，軋速為0.5m/s；

所述涂層為防鈦-鋼粘結(jié)涂層，涂層厚度為0.2mm，涂層是由以下重量比成分組成：環(huán)氧樹脂:Al₂O₃粉:乙烯基三胺:聚丙烯酰胺:水＝100:400:2:0.6:2；

c、真空退火：將穿孔毛管在580℃下真空退火處理2.5h；

d、矯直：將真空退火后的毛管在六輥矯直機上進行矯直；

e、酸洗：將4％wt HF與15％wt HNO₃以體積比1:2.8混合后的酸液對矯直后的毛管在60℃下酸洗10min；

f、冷軋：將酸洗后的毛管在冷軋機上進行冷軋；冷軋變形量為35％；

g、二次處理：將冷軋后的毛管重復c、d、e步驟處理后，即得壁厚為5mm的TA2鈦合金無縫鋼管。

經(jīng)過上述步驟后，成功防止了導盤粘鈦，粘鈦率2％以下，實現(xiàn)了成品等軸組織的控制(見圖1所示)，制得了規(guī)格為DN150-DN200的TA2無縫鋼管，其屈服強度為370MPa，抗拉強度490MPa，延伸率36％；穿孔成功率比原有的低溫穿孔成功率提高了100％。

實施例2

本發(fā)明TA2薄壁鈦合金無縫鋼管的制備方法，包括環(huán)形加熱爐加熱→斜軋穿孔→真空退火→矯直→酸洗→冷軋→脫脂→真空退火→矯直→酸洗的步驟，具體步驟如下：

a、加熱：將制備Ф60mm定心孔的鈦圓坯置于氧氣體積濃度為2.5％的微氧化氣氛中，在環(huán)形爐中，溫度為850℃下加熱170min；

b、穿孔：對穿孔機導盤進行粗化處理，然后噴涂涂層，經(jīng)輥道輸送至穿孔機進行斜軋穿孔，得到外表面溫度為880℃的毛管，空冷至室溫，得到穿孔毛管；其中，穿孔工藝參數(shù)為：導盤轉(zhuǎn)速為1m/s，軋速為0.6m/s；

所述涂層為防鈦-鋼粘結(jié)涂層，涂層厚度為0.25mm，涂層是由以下重量比成分組成：環(huán)氧樹脂:Al₂O₃粉:乙烯基三胺:聚丙烯酰胺:水＝80:450:1:1:5；

c、真空退火：將穿孔毛管在600℃下真空退火處理2h；

d、矯直：將真空退火后的毛管在六輥矯直機上進行矯直；

e、酸洗：將5％wt HF與18％wt HNO₃以體積比1:2.9混合后的酸液對矯直后的毛管在50℃下酸洗15min；

f、冷軋：將酸洗后的毛管在冷軋機上進行冷軋；冷軋變形量為40％；

g、二次處理：將冷軋后的毛管重復c、d、e步驟處理后，即得壁厚為6mm的TA2鈦合金無縫鋼管。

經(jīng)過上述步驟后，成功防止了導盤粘鈦，粘鈦率2％以下，實現(xiàn)了成品等軸組織的控制，制得了規(guī)格為DN150-DN200的TA2無縫鋼管，其屈服強度為355MPa，抗拉強度470MPa，延伸率50％；穿孔成功率比原有的低溫穿孔成功率提高了100％。

實施例3

本發(fā)明TA2薄壁鈦合金無縫鋼管的制備方法，包括環(huán)形加熱爐加熱→斜軋穿孔→真空退火→矯直→酸洗→冷軋→脫脂→真空退火→矯直→酸洗的步驟，具體步驟如下：

a、加熱：將制備Ф80mm定心孔的鈦圓坯置于氧氣體積濃度為3％的微氧化氣氛中，在環(huán)形爐中，溫度為840℃下加熱160min；

b、穿孔：對穿孔機導盤進行粗化處理，然后噴涂涂層，經(jīng)輥道輸送至穿孔機進行斜軋穿孔，得到外表面溫度為860℃的毛管，空冷至室溫，得到穿孔毛管；其中，穿孔工藝參數(shù)為：導盤轉(zhuǎn)速為1.5m/s，軋速為0.7m/s；

所述涂層為防鈦-鋼粘結(jié)涂層，涂層厚度為0.3mm，涂層是由以下重量比成分組成：環(huán)氧樹脂:Al₂O₃粉:乙烯基三胺:聚丙烯酰胺:水＝110:420:1.5:0.8:3；

c、真空退火：將穿孔毛管在650℃下真空退火處理3h；

d、矯直：將真空退火后的毛管在六輥矯直機上進行矯直；

e、酸洗：將3％wt HF與14％wt HNO₃以體積比1:3.8混合后的酸液對矯直后的毛管在55℃下酸洗13min；

f、冷軋：將酸洗后的毛管在冷軋機上進行冷軋；冷軋變形量為44％；

g、二次處理：將冷軋后的毛管重復c、d、e步驟處理后，即得壁厚為7mm的TA2鈦合金無縫鋼管。

經(jīng)過上述步驟后，成功防止了導盤粘鈦，粘鈦率2％以下，實現(xiàn)了成品等軸組織的控制，制得了規(guī)格為DN150-DN200的TA2無縫鋼管，其屈服強度為390MPa，抗拉強度515MPa，延伸率28％；穿孔成功率比原有的低溫穿孔成功率提高了100％。

對比例1

(1)加熱：將制備Ф50mm定心孔的鈦圓坯置于殘氧含量的體積濃度約2％的微氧化氣氛的環(huán)形爐中加熱，加熱溫度控制為960℃，并在該溫度下保溫150min；

(2)穿孔：經(jīng)輥道輸送至穿孔機進行斜軋穿孔后得到外表面溫度約為970℃的毛管；穿孔工藝參數(shù)：導盤轉(zhuǎn)速設(shè)定為0.7m/s、軋速設(shè)定為0.5m/s；

(3)真空退火：對空冷的穿孔毛管進行真空退火，退火工藝中溫度為580℃，退火時間為2.5h；

(4)矯直：對真空退火后穿孔毛管在六輥矯直機上進行矯直；

(5)酸洗：采用4％wt HF與15％wt HNO₃以體積比1:2.8混合后的混合酸液對穿孔毛管進行酸洗，酸洗溫度60℃，酸洗時間10min；

(6)冷軋：將酸洗后的穿孔毛管經(jīng)冷軋機進行變形量約35％的一道次冷軋；

(7)二次處理：將冷軋后的毛管重復(3)、(4)、(5)步驟處理后，即得壁厚為6mm的TA2鈦合金無縫鋼管。

導盤發(fā)生了嚴重的粘鈦，粘鈦率30％以上，成品組織為典型的魏氏組織(見附圖2所示)，針對規(guī)格為DN150-DN200的TA2無縫鋼管，其屈服強度295MPa，抗拉強度為460MPa，延伸率為30％；穿孔成功率為100％。