本發(fā)明涉及一種適用于鉆桿料的鈦合金無縫管的生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

鈦合金作為一種先進(jìn)的輕量化材料，具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，隨著鈦合金的不斷發(fā)展，越來越需要高強(qiáng)度、耐腐蝕的鈦合金，尤其是鈦合金管材需求越來越多，但是由于鈦合金具有抗高溫、高強(qiáng)度、難變形、加工成型難度極大等特點(diǎn)，造成鈦合金管的研制和加工技術(shù)難度大，目前我國鈦管工業(yè)現(xiàn)狀已無法適應(yīng)發(fā)展的需要。

目前，針對(duì)傳統(tǒng)鉆桿材料的抗硫化氫能力，日益嚴(yán)苛的各類油氣田腐蝕服役環(huán)境，使其服役壽命大大縮短，危險(xiǎn)系數(shù)大幅提升，一旦發(fā)生事故將造成大量資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。相比于傳統(tǒng)鉆桿材料，在鉆機(jī)負(fù)載相同的情況下，由于鈦合金本身具有其輕質(zhì)化的特點(diǎn)，以其為原料生產(chǎn)的鈦合金鉆桿可以將鉆探深度大幅提高；另外，其優(yōu)異的抗腐蝕性能，可以使其安全服役于8000米以上的苛刻腐蝕油氣井的開采工作。

目前的鈦合金管材生產(chǎn)技術(shù)，以成型焊接和鉆孔擠壓法為主。鈦或鈦合金帶材成形焊接法是將鈦或鈦合金鑄坯經(jīng)多道次工序軋成帶材，縱剪分條處理，然后在成型焊管機(jī)上進(jìn)行成型焊接，這樣的方法生產(chǎn)成本低，但是由于其有焊縫，由于鈦合金的焊接比較困難，在焊接過程中容易產(chǎn)生夾雜、空洞等冶金缺陷，并且焊縫和熱影響區(qū)為鑄造組織，其晶粒粗大，因而不能使用在重要的使用場(chǎng)合，應(yīng)用有限制。擠壓法是將鈦合金或鈦合金鑄坯加熱，送入擠壓機(jī)擠壓成荒管，后經(jīng)過多道次的軋制和退火處理再加工制造成成品管材，但由于需要大型的擠壓機(jī)，而且其成品的內(nèi)外表面質(zhì)量也較差，金屬消耗量大，工藝廢料高達(dá)10％-15％，成本較高，且生產(chǎn)節(jié)奏慢。此方法是通過對(duì)于管坯的多次鍛造，慢速的管坯穿孔、精準(zhǔn)控制熱軋制溫度、以及對(duì)于定徑前適當(dāng)?shù)脑偌訜崽幚恚罱K生產(chǎn)出性能優(yōu)良、尺寸精度優(yōu)異的鈦合金的無縫管鉆桿料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于鉆桿料的鈦合金無縫管生產(chǎn)方法。該方法可以在提高成材率，降低生產(chǎn)成本的前提下，滿足鉆桿在尺寸精度和高強(qiáng)度的要求。其屈服強(qiáng)度達(dá)到520MPa，沖擊功36J(0℃,VL,10*5mm)

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種適用于鉆桿料的鈦合金無縫管生產(chǎn)方法，該方法包括以下操作步驟：

(1)配制海綿鈦原料，成分為Al：4.5～5.5％，F(xiàn)e<0.08％，Si<0.08％，C<0.05％，N<0.02％，H<0.005％，O<0.10％，余量為Ti；

(2)冶煉：采用步驟(1)配制的海綿鈦原料，經(jīng)真空自耗電弧爐熔煉三次，澆鑄成方坯；

(3)鍛造：將上述方坯經(jīng)6-8次鍛造后，進(jìn)行機(jī)加工，加工成圓坯；

(4)穿孔：將上述圓坯在環(huán)形爐中采用分區(qū)段加熱出爐后，以0.01s^-1的變形速率進(jìn)行穿孔軋制得到鈦合金毛管，其中軋制的軋輥速度為65-70rpm，出口速度為0.55-0.60m/s；

(5)連軋：將上述毛管在連軋機(jī)組上實(shí)施熱軋制，軋制溫度為900～930℃，得到鈦合金荒管；

(6)再加熱：經(jīng)上述熱軋的鈦合金荒管加熱到900～960℃，根據(jù)鋼管規(guī)格保溫時(shí)間為0.5h～1h，溫度控制在900～960℃。

(7)張減：精確調(diào)整十四架定徑機(jī)工藝參數(shù)，即前4架為減徑量為14％，中間4架減徑量為12％，后6架減徑量為8～10％，進(jìn)行定徑，上冷床，得到成品管材，其尺寸精度達(dá)到外徑偏差：±0.5％，壁厚偏差：±10％。

本發(fā)明效果是：

1.填補(bǔ)了使用鈦合金作為鉆桿生產(chǎn)原料的空白，利用鈦合金本身具備的輕量化，耐腐蝕的材料特性，使成品鉆桿材料可服役環(huán)境大大延伸。

2.強(qiáng)度性能穩(wěn)定，韌性高。在屈服強(qiáng)度≥520MPa的前提下，沖擊韌性可以達(dá)到36J(0℃,VL,10*5mm)，為鉆桿料后期鐓粗、熱處理，提供了保證。

3.尺寸精度高，成材率優(yōu)良。根據(jù)鈦合金變形抗力高、導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低以及黏性大等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的鍛造過程，使粗大的鑄態(tài)組織得到了充分的破碎，鍛造后顯微組織晶粒度達(dá)到8級(jí)，因此在生產(chǎn)過程中不易發(fā)生由于材料本身特性造成各種缺陷或性能波動(dòng)過大等情況，例如局部壁薄等情況，因此尺寸精度可以達(dá)到：外徑偏差±0.5％、壁厚偏差±10％和成材率提高10％以上。

附圖說明

圖1為本發(fā)明鍛造后的金相組織。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的適用于鉆桿料的鈦合金無縫管的生產(chǎn)方法做進(jìn)一步說明。

具體技術(shù)方案如下：

配制海綿鈦原料冶煉成分為Al：4.5～5.5％，F(xiàn)e<0.08％，Si<0.08％，C<0.05％，N<0.02％，H<0.005％，O<0.10％，余量為Ti。

冶煉：原料采用海綿鈦，采用真空自耗電弧爐熔煉三次，澆鑄成方坯。方坯然后經(jīng)6-8次鍛造成圓坯，過程為：①開坯：1030±10℃，一火次，兩鐓兩拔，每鐓每拔變形量控制在50±5％左右，終鍛溫度≥850℃；②1010±10℃，一火次，兩鐓兩拔，每鐓每拔變形量控制在45±5％左右，終鍛溫度≥850℃；③990±10℃，一火次，兩鐓兩拔，每鐓每拔變形量控制在40±5％左右，終鍛溫度≥850℃；④970±10℃，一火次，兩鐓兩拔，每鐓每拔變形量控制在30±5％左右，終鍛溫度≥850℃；實(shí)際鍛造次數(shù)小于8次時(shí)，過程由高溫段向低溫段依次執(zhí)行，直至所需次數(shù)。最終圓坯規(guī)格為φ210。

穿孔：圓坯在環(huán)形爐中采取分段加熱，其中各區(qū)(共6區(qū))段溫度及保溫時(shí)間分別為：1區(qū))800℃，保溫1.5h；2區(qū))850℃，保溫1.5h；3區(qū))850℃，保溫2h；4區(qū))950℃，保溫2h；5區(qū))950℃，2h；6區(qū))1000-1050℃，快速升溫，保溫2h；共計(jì)在爐時(shí)間12小時(shí)。出爐后，采用較低的變形速率，遵循其彈性模量低等材料特性，進(jìn)行慢穿孔得到鈦合金毛管，其中軋輥速度為65-70rpm，出口速度為0.55-0.60m/s。

熱軋：將上述毛管在連軋PQF機(jī)組上實(shí)施熱軋制，軋制溫度為900～930℃，得到荒管。

再加熱：經(jīng)上述熱軋的鈦合金管加熱到900～960℃，根據(jù)鋼管規(guī)格保溫時(shí)間為30-60min，得到均勻的籃網(wǎng)組織，這是為了確保定徑時(shí)管材具有較好的高溫韌性的重要環(huán)節(jié)。

張減：精確調(diào)整十四架定徑機(jī)工藝參數(shù)，前4架為減徑量為14％，中間4架減徑量為12％，后6架減徑量為8～10％，進(jìn)行定徑，上冷床，得到成品管材。其尺寸精度可達(dá)到外徑偏差：±0.5％，壁厚偏差：±10％，且其組織均勻，性能優(yōu)異。

本發(fā)明成品率高，產(chǎn)品尺寸精度高，內(nèi)部組織極其優(yōu)良，如圖1所示管坯經(jīng)鍛造后組織1000X顯微組織晶粒度達(dá)到8級(jí)。

實(shí)施例1

冶煉工藝：原料采用海綿鈦，經(jīng)真空自耗電弧爐熔煉三次；經(jīng)6次鍛造、扒皮得到規(guī)格為φ210*2300mm的管坯；

其化學(xué)成分如下：Al：4.5％，F(xiàn)e<0.08％，Si<0.08％，C<0.05％，N<0.02％，H<0.005％，O<0.10％，余量為Ti。

穿孔工藝：環(huán)形爐加熱后，采用低的變形速率，進(jìn)行慢穿孔得到鈦合金毛管，其中軋輥速度為70rpm,出口速度在0.60m/s。穿管成為Ф210的毛管.

熱軋：將上述毛管在連軋PQF機(jī)組上實(shí)施熱軋制，軋制溫度為900℃，得到規(guī)格為φ185的荒管。

再加熱：經(jīng)上述熱軋的鈦合金管加熱到900℃，根據(jù)鋼管規(guī)格保溫時(shí)間為30min，得到均勻的籃網(wǎng)組織。

張減：精確調(diào)整十四架工藝參數(shù)，前4架為減徑量為14％，中間4架減徑量為12％，后6架減徑量為9％，進(jìn)行定徑，上冷床，得到φ127.00X9.19成品管材。其尺寸精度可達(dá)到外徑偏差：±0.5％t，壁厚偏差：±10％OD

可以達(dá)到以下指標(biāo)：

屈服強(qiáng)度 550MPa；

抗拉強(qiáng)度 640MPa；

延伸率 21％；

沖擊功 36J(0℃，VL，10*5mm)；

實(shí)施例2

冶煉工藝：原料采用海綿鈦，經(jīng)真空自耗電弧爐熔煉三次；經(jīng)8次鍛造、扒皮得到規(guī)格為φ210*2200mm的管坯；

其化學(xué)成分如下：Al：5.5％，F(xiàn)e<0.08％，Si<0.08％，C<0.05％，N<0.02％，H<0.005％，O<0.10％，余量為Ti。

穿孔工藝：環(huán)形爐加熱后，采用低的變形速率，進(jìn)行慢穿孔得到鈦合金毛管，其中軋輥速度為65rpm,出口速度在0.55m/s。穿管成為Ф210的毛管。

熱軋：將上述毛管在連軋PQF機(jī)組上實(shí)施熱軋制，軋制溫度為930℃，得到規(guī)格為φ185的荒管。

再加熱：經(jīng)上述熱軋的鈦合金管加熱到960℃，根據(jù)鋼管規(guī)格保溫時(shí)間為60min，得到均勻的籃網(wǎng)組織。

張減：精確調(diào)整十四架工藝參數(shù)，前4架為減徑量為14％，中間4架減徑量為12％，后6架減徑量為9％，進(jìn)行定徑，上冷床，得到φ127.00X9.19成品管材。其尺寸精度可達(dá)到外徑偏差：±0.5％，壁厚偏差：±10％

可以達(dá)到以下指標(biāo)：

屈服強(qiáng)度 560MPa；

抗拉強(qiáng)度 645MPa；

延伸率 22％；

沖擊功 38J(0℃，VL，10*5mm)。