[發明專利]用于大尺寸鈦及鈦合金方矩管的生產系統及生產方法

有效

• 申請號: 201610396055.8
• 申請日: 2016-06-07
• 公開（公告）號: CN105903766B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 張志玉;那繼業;劉懷玉;高萬峰;石滿鷹;馮永濤;李鳳魁
• 申請（專利權）人: 鑫鵬源智能裝備集團有限公司
• 主分類號: B21B19/04
• 分類號: B21B19/04;B21B19/10;B23P15/00;B23P23/00
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所37218
• 代理人: 耿媛媛

技術領域

本發明屬于鈦及鈦合金方矩管生產技術領域，尤其是用于大尺寸鈦及鈦合金方矩管的生產系統及生產方法。

背景技術

鈦及鈦合金方矩管是用鈦及鈦合金材料制造的無縫方矩管，鈦及鈦合金按組織可分為三類。第一類是鈦中加入鋁和錫元素；第二類是鈦中加入鋁、鉻、鉬、釩等合金元素；第三類是鈦中加入鋁和釩等元素。鈦合金具有較高的力學性能、優良的沖擊性能。鈦管對氯化物、硫化物和氨具有較高的耐腐蝕性能。鈦合金根據相的組成可分為：α合金，（α+β）合金和β合金，中國分別以TA、TC、TB表示。產品在熱加工中，鈦及鈦合金容易吸收氫、氧、氮、碳等雜質，抗磨性差，生產工藝復雜。對于鈦及鈦合金材料的質量影響最大的雜質主要是鐵、氧、氮、氯、碳、硅、氫等。氧、氮、碳、氫、鐵等會顯著地增高鈦及鈦合金的硬度，并使鈦及鈦合金的加工塑性變差。氫對鈦硬度、強度影響不大，但由于在鈦金屬晶界面上形成氫化鈦網狀畸變裂紋，會大大降低鈦材的沖擊韌性和機械加工性能。氯根的殘留，意味著鈦材中存在強吸潮的氯化物，如MgCl2、TiCl2、TiCl3等，因而伴隨氧、氮、氫會相應增加。由于鈦冶煉技術進步和現代工業對高質量鈦的要求，金屬錳、鎂、鉻雜質也成為關注范圍，錳、鉻和鐵雜質的影響一樣，會使鈦塑性加工能力變差，而鎂會吸潮使鈦中氧、氮、氫伴隨升高。產品硬度是質量的綜合指標，產品硬度取決于產品中雜質種類和含量，與氣體雜質含量密切相關。

鈦及鈦合金與銅、鋁、鐵和鎳相比，鈦及鈦合金的導熱率低，加熱的主要困難是：采用表面加熱方法時，加熱時間相當長。大型坯料加熱時，截面溫差大。當提高溫度時鈦及鈦合金會與空氣發生強烈的反應。當在650℃以上加熱時，鈦及鈦合金與氧強烈反應，而在700℃以上時，則與氮也發生反應，同時形成被這兩種氣體所飽和的較深表面層。

其中O、N、C在鈦材中的危害，易產生TiO2、TiN、TiC等低密度夾雜；使鈦材在車削、鍛造、穿孔、軋制等加工過程中，極易被壓裂，形成裂紋、空洞等缺陷；是零部件過早疲勞失效的裂紋源，嚴重降低零部件的壽命。低N海綿鈦對鈦材的益處，鈦材中N降至0.005%以下，可大幅提高鈦材的加工性能：提高塑性，N含量每降低0.01%，強度降低29MPa、塑性提高1%-2%；降低鈦材的夾雜和偏析、使鈦材在車削、鍛造、穿孔、軋制等加工過程中不易生產裂紋等缺陷。

綜上所述，故如何減弱熱加工過程中鈦及鈦合金與空氣之間的化學反應，是鈦及鈦合金方矩管生產時面臨的最大技術問題。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了用于大尺寸鈦及鈦合金方矩管的生產系統及生產方法，該生產系統的能源利用率和生產效率高、成本低，在該生產系統基礎下鈦及鈦合金方矩管的生產方法，產品質量和合格率都較高，適用生產各類牌號、各類尺寸的鈦及鈦合金方矩管。

用于大尺寸鈦及鈦合金方矩管的生產系統，包括以下設備：

定心機，用于在鈦及鈦合金管坯兩端加工定心孔以便穿孔；

環形加熱爐，用于鈦及鈦合金管坯的氧化氣氛的加熱保溫，爐膛內部壓力為正壓值；

高精度機內定心菌式穿孔機組，用于對管坯穿孔軋制得到毛管，包括高精度機內定心立式菌式穿孔機或高精度機內定心臥式菌式穿孔機；高精度機內定心立式菌式穿孔機和高精度機內定心臥式菌式穿孔機的軋輥材質為60CrMnMo，穿孔輥滾花0.4mm，頂頭材質為鉬基特制合金、導板材質為高鎳合金、頂桿材質為1Cr5MO厚壁方矩管；高精度機內定心立式菌式穿孔機或高精度機內定心臥式菌式穿孔機配備有可根據軋制狀態調節軋輥之間抱緊力及開口度的自動控制機；

高精度限動芯棒多功能壓延機組，其減壁量為2.6mm、壓下量為10%、軋制速度為0.4m/s，軋輥滾花深度為0.3mm，包括機型Ⅰ和機型Ⅱ；用于對毛管二次精軋擴徑、均壁厚、延伸以提高毛管內外表面質量和材料組織性能得到荒管；機型Ⅰ和機型Ⅱ的軋輥材質均為40CrNiMo，芯棒材質均為42CrMo，軋板材質均為高鎳合金；

中頻感應加熱式高精度定徑機組，用于將荒管軋制為成品管，包括三輥式九機架中頻感應加熱式高精度定徑機和復合式定徑機組，復合式定徑機組包括三輥式五機架中頻感應加熱式高精度定徑機和三輥式七機架中頻感應加熱式高精度定徑機；

移動設備，用于在相應工序之間移送管坯、毛管、荒管和成品方矩管；

矯直機，用于熱矯直成品管的彎曲度達到合格標準；

超聲波無損探傷設備，用于對成品管超聲波探傷檢測；

智能溫度控制系統，用于根據軋制的工藝參數自動檢測和調節各設備生產時的溫度。