發(fā)布日期：2020-2-25 20:33:52
摘要：為了滿足海洋工程深海油氣傳輸，以及深海通信光纜的工況需求，本試驗針對Φ140×4(壁厚)×4000mm典型規(guī)格的TC4鈦合金擠壓管材進行試制，旨在掌握管材組織、性能與加工工藝的關系，為深海工程用大規(guī)格鈦合金管材的生產做好技術準備。
關鍵詞：海洋工程；TC4鈦合金；擠壓；管材
前言
21世紀是海洋經濟可持續(xù)發(fā)展時代，海洋資源是經濟發(fā)展的重要板塊。遼闊的海洋蘊藏著極其豐富的油氣、金屬礦物、地熱、生物和微生物等自然資源，海洋油氣、地熱資源的傳輸以及海底通信光纜的鋪設對深海裝備的研發(fā)提出了更高的要求。鈦合金具有密度小、比強度高、在海水中不腐蝕等優(yōu)點，因此成了深海裝備制造的首選材料。
隨著石油、天然氣鉆采步伐的加快，大直徑熱擠壓鈦合金管需求也隨之增加。這種管材主要用作油井、地熱和天然氣井管道等。美國將Φ(48~610) ×26×2600mm的TC 4合金管用作地熱、海上鉆井管道。美國RMI公司生產的Φ650×(22~25)×35000mm超長Ti-3Al-2.5V合金管用于海底石油開采。挪威北海鉆井支撐平臺立管用的是Φ600×25×15000mmTC4ELI合金管。俄羅斯VS MPO公司生產的含Pd、Ru的合金及Ti-6A 1-4V合金管用于石油開采【1】。
TC4(Ti-6A1-4V)鈦合金具有優(yōu)異的綜合性能，其良好的工藝塑性和超塑性適合于各種壓力加工成形，在航空和航天工業(yè)中獲得廣泛的應用，可用于制作工作溫度在400℃以下的各類零件，占鈦合金使用量的50%以上。大規(guī)格鈦合金管材均采用熱擠壓的方法生產，技術成熟、關鍵在于是否具備大型擠壓機【2】。
本研究工作，通過開展Φ140×4(壁厚)×4000mm典型規(guī)格的TC4鈦合金擠壓管材的試制，旨在掌握管材組織、性能與加工工藝的關系，為深海工程用大規(guī)格鈦合金管材的生產做好技術準備。
1、試驗方法
1.1 試驗方案
試驗采用寶雞鈦業(yè)股份有限公司經兩次真空自耗電弧爐生產的TC4鈦合金鑄錠，在β和a+β區(qū)多火次鍛造成Φ270mm棒坯，經機械加工制成擠壓坯料，坯料采用雙包套進行表面防護與潤滑。用3150t臥式擠壓機在兩相區(qū)擠壓成型得到管坯，在線矯直后堿酸洗表面氧化皮，然后機加內外表面，得到D140×4mm的成品TC4管材。鑄錠化學成分符合GB/T3620要求。化學成分見表1。
1.2 擠壓成型
鈦合金導熱性差，坯料表層與中心層易產生較大的溫度差，促使金屬流動不均勻性加劇，這樣表層就產生較大的附加拉應力，在產品表面易形成裂紋。嚴重時，在擠壓棒材及管材上可能產生大的擠壓縮孔【3】。鈦合金管材在擠壓過程熱效應顯著，嚴重時可造成擠壓管材的組織過熱，從而影響產品的組織和性能。因此，擠壓參數、工藝的合理選擇非常重要。本次試驗根據前期研制經驗，錠坯在950℃加熱，采用3~10的擠壓比，另外選擇50~120毫米/秒的擠壓速度進行擠壓，避免產生熱效應，使制品表面質量和性能變劣。擠壓變形圖見圖1，擠壓管材成品見圖2。
2、試驗結果與討論
2.1 表面及尺寸
擠壓管材表面質量較好，管材直線度較好，經過機械加工后的管材尺寸滿足設計要求。
2.2 顯微組織
鈦合金擠壓管材在相變點以下40~50℃加熱，在兩相區(qū)擠壓變形，并合理控制變形速率，避免變形溫升，管材顯微組織均為兩相區(qū)加工組織，顯微組織晶粒沿受力方向被壓扁、拉長。
2.3 力學性能
擠壓管材及經750℃/1h空冷退火處理后切取試樣進行室溫力學性能測試，各項指標匹配良好，可滿足設計、使用要求。
3、結束語
(1)采用熱擠壓成形，選用合理的工藝參數，制取的TC4鈦合金管材組織、性能優(yōu)異。
(2)管材各項指標均達到了設計要求，可用于海底油氣資源輸送管道。
參考文獻
[1]林永新.鈦及鈦合金管材生產現(xiàn)狀[刀].稀有金屬快報，2005，24(2)。
[2]韓明臣，等.大口徑TC4鈦合金管材的擠壓組織與性能[J].鈦工業(yè)進展，2014，31(5)。
[3]賈如雷，計波.鈦材熱擠壓成型技術發(fā)展和應用現(xiàn)狀[J].世界有色金屬，2010(11)。