TA3厚壁无缝管材生产工艺探索

2020-06-30李贤泉马俊芮天安邓宁嘉

石油和化工设备 2020年6期

李贤泉，马俊，芮天安，邓宁嘉

（南京宝泰特种材料股份有限公司，江苏南京 211100）

钛及钛合金材料，因其密度低，比强度高，耐腐蚀性能好，广泛运用于石油、化工、电站等工业领域，由于换热设备用于高温高压状态下，因此要求换热管材强度较高，长度较长，壁厚要求厚，才能满足设备压力的要求。由于目前各领域均需降低内部生产成本，同时满足标准要求，南京宝泰特种材料股份有限公司针对尺寸为φ27×3.5×12430mm，材质为TA3的钛管生产，研究探索出一套合适的生产工艺，节约了生产成本，提高了管材成品率，满足客户的技术条件，用其生产的换热器产品使用后达到设计要求。

1 试验

1.1 试验材料及设备

试验原料由南京宝泰特种材料股份有限公司采用3t真空自耗电弧炉，经过二次熔炼的TA3铸锭，其化学成分如表1所示，均符合GB/T 3620.1-2007标准要求，区别主要是铁、氧等杂质元素含量不同。采用自由锻将铸锭二火次二墩二拔锻造成φ90mm棒材，下料后车加工成φ86mm光棒材，作为斜轧穿孔的坯料。

表1 TA3铸锭编号及化学成分（质量百分数 %）

在感应炉内加热，然后送入保温电炉中加热棒材，加热时间为40-60分钟，在LXCφ50加强斜轧穿孔机对棒材进行穿孔，用LG60HC二辊轧机冷轧机开坯，LG30二辊冷轧机轧制成品，用380kW电炉进行中间退火，然后在14m真空热处理炉进行成品退火。

1.2 工艺流程及道次加工率

铸锭—剥皮—二火次二墩二拔锻造—毛棒—下料—车加工—棒坯—加热—斜轧穿孔—平头修磨—二辊冷轧开坯—超声波除油—修刮—镗孔—中间退火—二辊轧制—超声波除油—成品退火—检验—切定尺—包装入库。

经过三道次冷轧制成φ27×3.5×12430mm成品管，其道次加工量如表2所示。

1.3 试验过程

三个炉次各取10支TA3管坯，在不同的穿孔温度、相同的轧制条件及中间热处理条件下进行轧制试验。

表2 TA3管材冷轧道次加工率

三个炉批次棒材，在感应炉内采用相同的温度加热，然后送入保温电炉中，在不同的加热温度进行加热棒材，如表3所示，进行穿孔，穿孔后检测管材硬度的试验。穿孔后管坯，进行相同条件的表面处理后，用相同的轧制速度、送进量、变形量进行轧制，研究轧制后管材表面质量的影响。最后对管材进行力学性能及工艺性能试验，选取正确的热处理工艺，生产出符合标准的管材，并通过金相试验分析管材。

表3 TA3穿孔温度及加热时间

2 试验结果与讨论

2.1 管坯穿孔后表面硬度与轧制的关系

从表1可看出氧和铁元素的不同，其余杂质元素含量相近，氧含量的增加，会导致管坯冷轧时困难；导致穿孔后管坯表面硬度的不同，如表4所示，列出了3个铸锭在相同变形量、送进量、轧制速度、冷却润滑条件下轧制的情况。

如表4及表6所示，503-1402201铸锭的冷加工性能差，表面平均硬度高，第一道在轧制3支管材发生严重横向裂纹，轧制无法进行，坯料浪费较大。503-1402202铸锭的冷轧性能次之，表面平均硬度适中，第一道轧制后10支管材表面有微裂纹，经过修刮处理后，轧制出成品。503-1402203铸锭的冷加工性能好，表面平均硬度较小，轧制后管材表面质量好，经过上述管坯轧制后，可以看出随着氧含量、表面平均硬度的降低，冷轧性能变得优良。

表4 铸锭的杂质元素对冷轧管材表面质量的影响

2.2 管坯杂质元素、表面硬度与生产效率的关系

如表4及表6所示TA3管坯轧制表面质量关系可以看出，杂质元素含量高、表面硬度高的管坯，轧制后管坯成材率较低，工时较高，生产效率低；503-1402201铸锭管坯经过调整冷轧变形量如表5所示，调整送进量、轧制速度后，管材能轧制出成品，比503-1402202、503-1402203铸锭管坯需多轧制二道才出成品，增加了修磨量。可以看出随着氧含量、表面平均硬度的降低，生产效率、成材率都有提高，节约了生产成本。