一種大口徑厚壁無(wú)縫鋯管材的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬制品領(lǐng)域，特別涉及一種大口徑厚壁無(wú)縫鋯管材的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦?zhàn)鳛榻饘俨牧希m然不如銅、鐵、鋁那樣早為人知，但其具有強(qiáng)度高、耐蝕性強(qiáng)、生物相容性好、無(wú)磁性等優(yōu)點(diǎn)。鈦及鈦合金因具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，在航空航天、艦船制造、化學(xué)工業(yè)、交通車(chē)輛、建筑裝飾、海洋建筑、體育用品、生活用品等方面得到了廣泛的應(yīng)用，被稱(chēng)為“太空金屬”、“海洋金屬”、“智能金屬”等。
[0003]20世紀(jì)50年代是我國(guó)鈦材生產(chǎn)的開(kāi)創(chuàng)期、60-70年代為建設(shè)期、80-90年代的才得到初步發(fā)展期。在新世紀(jì)，得益于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、快速發(fā)展，中國(guó)鈦工業(yè)也進(jìn)入了一個(gè)快速成長(zhǎng)期。
[0004]鋯大口徑管材的加工方法目前有二種:一種是用鋯板材，通過(guò)卷板機(jī)或用油壓機(jī)模壓成型，然后焊接成圓管，經(jīng)過(guò)校圓，矯直，制作成有縫管材；另一種是經(jīng)過(guò)斜乳穿孔、拉伸擴(kuò)徑、乳制的方法制作無(wú)縫管材。目前國(guó)內(nèi)外制造大口徑鋯管，主要是采用第一種方法生產(chǎn)，而本發(fā)明的制造的規(guī)格為Φ114?Φ620Χ3.0?30X2000~12000mm鋯大口徑管材，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述技術(shù)現(xiàn)狀，而提供一種抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度高，性能優(yōu)異的大口徑厚壁無(wú)縫鋯管材的制造方法。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:
一種大口徑厚壁無(wú)縫鋯管材的制造方法，包括以下步驟:
A、選用海綿鋯，經(jīng)過(guò)烘烤，用油壓機(jī)在海綿鋯上壓制電極塊，在真空焊箱內(nèi)組焊電極；
B、采用真空自耗電弧爐對(duì)海綿鋯熔煉兩次制備鑄錠，控制鑄錠中各元素的質(zhì)量百分比含量為:Zr+Hf 彡 99.2%, Hf 彡 4.5%，C 彡 0.05%,N ^ 0.025%,Η ^ 0.005%,0 ^ 0.20%,對(duì)二次鑄錠進(jìn)行剝皮處理；
C、將步驟Β制得的鑄錠在溫度為800°C?1050°C的條件下經(jīng)二火次鐓拔鍛造得到鋯圓棒，控制每火次的鑄錠變形量為30%?80% ;
D、對(duì)鋯圓棒進(jìn)行機(jī)械加工獲得光滑勻稱(chēng)的棒材；
E、用步驟D制得的棒材在溫度為900°C?1050°C的條件下，用三輥斜乳穿孔制成管坯；
F、再將管坯用噴砂加酸洗去除管坯內(nèi)外表面氧化皮；管坯內(nèi)外表面涂潤(rùn)滑劑；
G、采用300?1000T拉伸機(jī)對(duì)步驟F制得的管坯進(jìn)行多道次拉伸擴(kuò)孔，每擴(kuò)孔完一次，對(duì)擴(kuò)孔后的管坯依次進(jìn)行除油處理、再結(jié)晶真空退火處理、矯直，控制每道次管坯內(nèi)徑的擴(kuò)徑量與減壁量之比不大于1.2 ；
H、采用冷乳機(jī)對(duì)步驟G中經(jīng)擴(kuò)孔、除油處理和再結(jié)晶真空退火處理后的管坯進(jìn)行一到二次冷乳得到成品管材；
1、將步驟Η制得的成品管材進(jìn)行真空退火處理，然后將經(jīng)真空退火處理后的成品管材進(jìn)行矯直；
J、對(duì)步驟I制得的成品管材去毛刺、切頭尾、定尺；
Κ、將步驟J制得管材置于溫度為30°C?50°C的氫氟酸與硝酸的混合溶液中酸洗，制得大口徑厚壁無(wú)縫鋯管材。
[0007]為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括:
步驟G中擴(kuò)孔的道次加工率為20%?40%。
[0008]步驟Η中乳制的道次加工率為20 %?40 %。
[0009]制得的大口徑厚壁無(wú)縫鋯管材抗拉強(qiáng)度彡380MPa，屈服強(qiáng)度為彡205MPa，延伸率彡16%，大口徑鋯管的管材外直徑與壁厚的比值為5?65。
[0010]步驟A中的海綿鋯經(jīng)過(guò)100-150°c烘烤，烘干海綿鋯材潮氣，減少自耗電弧爐抽真空的時(shí)間，步驟B中的熔煉真空度達(dá)到10 2Pa。
[0011]大口徑厚壁無(wú)縫鋯管材的三輥斜乳穿孔工藝如下:
A、采用感應(yīng)爐及電爐保溫的加熱工藝手段，通過(guò)光學(xué)測(cè)溫儀器控制電爐加熱溫度，確定棒材加熱均勻，溫度控制在±10°C ;
B、調(diào)整好三輥斜乳穿孔機(jī)的推料氣缸中心線、乳制中心線和頂桿小車(chē)中推力軸承中心線，使三線在同一直線上；
C、頂頭位置為高出乳輥壓縮帶30-100mm，頂頭冷卻水壓力控制在0.3-0.8Mpa ；
D、選用合適的頂頭尺寸，同時(shí)調(diào)整頂頭位置，保證荒管壁厚尺寸，控制乳制速度。
[0012]乳制速度為0.30-0.55m/So
[0013]三輥穿孔機(jī)的調(diào)整參數(shù)選擇如下:δ =12?15%，δ 0=5?9%，α =8?10°，其中，δ為管坯直徑總壓縮率，S0為頂頭前壓縮率量，α為乳輥錐角。
[0014]大口徑厚壁無(wú)縫鋯管材拉伸擴(kuò)徑工藝如下:
Α、制作拉拔內(nèi)模；
Β、然后采用氬弧焊，將管坯與拉拔接頭進(jìn)行焊接；
C、管坯內(nèi)外表面涂潤(rùn)滑劑，然后涼干；
D、控制拉伸速度，速度為0.20-0.40m/So
[0015]大口徑厚壁無(wú)縫鋯管材的乳制工藝如下:
A、選用冷乳輥機(jī)進(jìn)行乳制，乳制前檢查乳輥孔型尺寸，對(duì)乳輥進(jìn)行修整處理；
B、冷乳機(jī)機(jī)架運(yùn)行次數(shù)控制在30-50次/分鐘，送進(jìn)量2-5mm/次。
[0016]通過(guò)本發(fā)明的工藝，能制造出規(guī)格為Φ114?Φ620Χ3.0?30X2000~12000mm鋯大口徑管材，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外空白，且制造出大口徑厚壁無(wú)縫鋯管材力學(xué)性能優(yōu)異，抗拉強(qiáng)度彡380MPa，屈服強(qiáng)度彡205MPa,延伸率彡16%，管材外徑與壁厚的比值為5?65，管材外徑為114?620mm，其內(nèi)、外表面質(zhì)量均較好，達(dá)到ASTM B523或ASME SB-523標(biāo)準(zhǔn)的要求，由本發(fā)明方法制造的大口徑無(wú)縫鋯管材主要用作石油、化工、海洋等行業(yè)的壓力容器、工業(yè)管道、冷凝器、鉆井等領(lǐng)域，用于防腐管材的需求。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明的大口徑無(wú)縫鋯管材的制造方法，其特點(diǎn)是它包括下列步驟:
a.選用海綿鋯，經(jīng)過(guò)100_150°C烘烤，用油壓機(jī)壓制電極塊，在真空焊箱內(nèi)組焊電極；
b.采用真空自耗電弧爐熔煉兩次制備鑄錠，鑄錠中各元素的質(zhì)量百分比含量為:Zr+Hf 彡 99.2%，Hf 彡 4.5%，C 彡 0.05%, N 彡 0.025%, Η 彡 0.005%, 0 彡 0.20%，對(duì)二次鑄錠進(jìn)行剝皮處理；
c.將步驟(Β)中所述鑄錠在溫度為800°C?1050°C的條件下經(jīng)二火次鐓拔鍛造得到鋯圓棒，每火次的變形量為30%?80% ;
d.然后對(duì)圓棒進(jìn)行機(jī)械加工獲得組織、成分均勻的棒材；
e.棒材在溫度為900°C?1050°C的條件下，用三輥斜乳穿孔制成管坯；
f.再將管坯用噴砂加酸洗去除管坯內(nèi)外表面氧化皮；管坯內(nèi)外表面涂潤(rùn)滑劑，制作拉伸接頭，并用氬弧焊將拉伸接頭和管坯進(jìn)行焊接；
g.采用300?1000T拉伸機(jī)對(duì)管坯進(jìn)行多道次拉伸擴(kuò)孔，每擴(kuò)孔完一次對(duì)擴(kuò)孔后的管坯依次進(jìn)行除油處理、再結(jié)晶真空退火處理、矯直，控制每道次管坯內(nèi)徑的擴(kuò)徑量與減壁量之比不大于1.2，擴(kuò)孔的道次加工率為20%?40% ;
h.采用冷乳機(jī)對(duì)擴(kuò)孔、除油處理和再結(jié)晶真空退火處理后的管坯進(jìn)行一或二次冷乳得到成品管材，乳制的道次加工率20%?40% ;