Микроструктура и свойства на тръби от титаниев сплав TC4 за морско инженерство

Резюме:
За да се отговори на оперативните изисквания на дълбоководното транспортиране на нефт и газ и комуникационните кабели на подводниците в морското инженерство, се извършва пробно производство на екструдирани тръби на TC4 титаниев сплав с типични размери φ140 × 4 (дебелина на стената) × 4000 mm. Целта беше да се разбере връзката между микроструктурата, свойствата и техниките на обработка на тръбите и да се осигури техническа поддръжка за производството на тръби от титаниев сплав с голям размер, използвани в дълбоководни инженерни приложения.

Въведение

21 -ви век бележи ера на устойчиво развитие на морската икономика, като океанските ресурси са решаващ компонент на икономическия растеж. Огромните океани са богати на природни ресурси като нефт и газ, метални минерали, геотермална енергия и морски организми. Извличането и транспортирането на офшорно нефт, газ и геотермална енергия, както и полагането на комуникационни кабели подводници, поставиха по-високи изисквания към развитието на дълбоководно оборудване.

Титановите сплави са предпочитаните материали за дълбоководно оборудване поради тяхната ниска плътност, висока специфична якост и отлична устойчивост на корозия в морската вода.

С ускорените темпове на сондаж за нефт и газ има все по-голямо търсене на горещи сплав с горещ диаметър титанов сплав. Тези тръби се използват главно в нефтени кладенци, геотермални кладенци и тръбопроводи за природен газ. В Съединените щати са използвани сплави TC4 със спецификации на φ (48–610) × 26 × 2600 mm за геотермални и офшорни приложения за пробиване. RMI, американска компания, е произвела ултра-дълги Ti -3 al -2. 5V легирани тръби (φ650 × (22–25) × 35000 mm) за подводно извличане на масло. В Норвегия тръбите за сплав TC4ELI (φ600 × 25 × 15000 mm) се използват за щрангове на сондажните платформи за Северно море. Руската VSMPO компания произвежда съдържащи паладий и рутений сплави, както и Ti -6 al -4 V алуминиеви тръби за извличане на масло.

TC4 (Ti -6 al -4 V) титанов сплав притежава отлични всеобхватни свойства, с добра пластичност на процеса и свръхпластичност, което го прави подходящ за различни процеси на формиране на налягане. Той се използва широко в аерокосмическата и авиационната промишленост за части, работещи под 400 градуса, и представлява повече от 50% от общата употреба на титанови сплави. Тръбите с титаниев сплав с голям диаметър обикновено се произвеждат с помощта на гореща екструзия-зряла технология, която зависи от наличието на големи екструзионни преси.

В това проучване е проведено изпитателно производство на екструдирани TC4 титанови сплав с размери φ140 × 4 × 4000 mm, за да се изследва връзката между микроструктурата, механичните свойства и параметрите на обработка, като поставя основата на индустриалното производство на големи титаниеви алантни тръби за дълбоководни приложения.

1. Експериментален метод

1.1 Експериментален план

Тестът използва TC4 Titanium Alloy Ingots, произведени от Baoji Titanium Industry Co., Ltd. чрез двойна вакуумна консумативна дъга. Графите се подправят многократно в и + фазовите региони, за да произвеждат φ270 mm бар запас, който след това се обработва в екструзионни заготовки. За заготовката е приложен защитен слой с двойна обвивка за заготовката за защита и смазване на повърхността.

Екструзията се извършва с помощта на 3150- тона хоризонтална екструзионна преса във + фазовата област. Екструдираните тръби се изправят онлайн и оксидният слой се отстранява чрез алкално кисело промиване. След това вътрешната и външната повърхност се обработват, за да се получи готовата тръба TC4 с размери φ140 × 4 mm. Химичният състав на блоковете отговаря на стандартите GB\/T 3620.

1.2 Формулиране на екструзия

Поради лошата топлинна проводимост на титанови сплави, може да възникне значителни температурни градиенти между повърхността и сърцевината на заготовката по време на екструзия, което води до нееднороден метален поток и допълнително напрежение на опън върху повърхността. Това може да причини повърхностно напукване и дори централни празнини в пръти или епруветки при тежки условия.

Освен това, топлинните ефекти по време на екструзия могат да причинят прегряване на микроструктурата на материала, като компрометират качеството на крайния продукт. Следователно изборът на разумни параметри на екструзия е от решаващо значение. Въз основа на предишния опит в развитието, заготовките се нагряват до 950 градуса и се приемат съотношение на екструзия от 3–10 и скорости на екструзия от 50–120 mm\/s, за да се сведат до минимум топлинните ефекти и да се осигури добро качество на повърхността и механични свойства. Диаграмата на деформация на екструзия е показана на фигура 1, а крайната екструдирана тръба е показана на фигура 2.

2. Резултати и дискусии

2.1 Точност на повърхността и размерите

Качеството на повърхността на екструдираната тръба беше добро, а пражестта беше задоволителна. След обработката размерите отговарят на спецификациите на дизайна.

2.2 Микроструктура

Екструзията се извършва на 40–50 градуса под фазовата преходна точка в + региона. Чрез контролиране на скоростта на деформация и предотвратяване на прекомерното повишаване на температурата по време на деформация е постигната типична + фазова обработена структура. Микроструктурата показва удължени и сгъстени зърна, ориентирани по посока на сила.

2.3 Механични свойства

Механичните свойства на стайната температура се тестват върху образци от тръби с изключени тръби и след отгряване на въздушно охлаждане на 750 градуса за 1 час. Резултатите показаха добро съвпадение на всички механични параметри, отговарящи на изискванията за проектиране и приложение.

3. Заключение

Процесът на гореща екструзия, когато се комбинира с подходящи параметри на процеса, произвежда TC4 титанови сплав с отлична микроструктура и механични свойства.

Тръбите отговарят на всички дизайнерски спецификации и са подходящи за използване в тръбопроводи за подводно и газов транспорт.