Mikrostruktur och egenskaper hos TC4 titanlegeringsrör för marinteknik

Abstrakt:
För att uppfylla de driftskraven för djuphavsolje- och gastransport och ubåtkommunikationskablar i marinteknik genomfördes en provproduktion på extruderade TC4-titanlegeringsrör med typiska dimensioner av φ140 × 4 (väggtjocklek) × 4000 mm. Syftet var att förstå förhållandet mellan mikrostruktur, egenskaper och bearbetningstekniker för rören och att tillhandahålla teknisk stöd för produktion av storstora titanlegeringsrör som används i djuphavstekniska applikationer.

Introduktion

2000 -talet markerar en era av hållbar utveckling av den marina ekonomin, med havsresurser som en avgörande del av den ekonomiska tillväxten. De stora haven är rika på naturresurser som olja och gas, metalliska mineraler, geotermisk energi och marina organismer. Extraktionen och transporten av offshore olja, gas och geotermisk energi, såväl som läggningen av ubåtkommunikationskablar, har ställt högre krav på utvecklingen av djuphavsutrustning.

Titanlegeringar är de föredragna materialen för djuphavsutrustning på grund av deras låga densitet, höga specifika styrka och utmärkt korrosionsmotstånd i havsvatten.

Med den accelererade takten för olje- och gasborrning finns det en ökande efterfrågan på stor diameter varmtäckta titanlegeringsrör. Dessa rör används huvudsakligen i oljebrunnar, geotermiska brunnar och naturgasledningar. I USA har TC4 -legeringsrör med specifikationer av φ (48–610) × 26 × 2600 mm använts för geotermiska och offshore -borrningsapplikationer. RMI, ett amerikanskt företag, har producerat ultralångt ti -3 al -2. 5V-legeringsrör (φ650 × (22–25) × 35000 mm) för extraktion av undervattensolja. I Norge används TC4Eli -legeringsrör (φ600 × 25 × 15000 mm) för risers på Nordsjöns borrplattformar. Rysslands VSMPO-företag tillverkar palladium- och ruteniuminnehållande legeringar samt ti -6 al -4 V-legeringsrör för oljeutvinning.

TC4 (Ti -6 Al -4 V) Titanlegering har utmärkta omfattande egenskaper, med god processplastisitet och superplasticitet, vilket gör det lämpligt för olika tryckformningsprocesser. Det används allmänt inom flyg- och luftfartsindustrin för delar som arbetar under 400 grader och står för mer än 50% av den totala titanlegeringen. Titanlegeringsrör med stor diameter produceras vanligtvis med användning av varm extrudering-en mogen teknik som hänger på tillgängligheten av stora extruderingspressar.

I denna studie genomfördes försöksproduktion av extruderade TC4-titanlegeringsrör med dimensioner φ140 × 4 × 4000 mm för att utforska förhållandet mellan mikrostruktur, mekaniska egenskaper och bearbetningsparametrar, vilket lägger grunden för industriproduktionen av stora titanlegeringar för djup-sea-applikationer.

1. Experimentell metod

1.1 Experimentell plan

Testet använde TC4 Titanium Alloy Ingrots producerade av Baoji Titanium Industry Co., Ltd. via dubbel vakuum förbrukningsbåge -omremling. Götarna smiddes flera gånger i och + fasregionerna för att producera φ270 mm stångbestånd, som sedan bearbetades till extruderingsbilletter. Ett skyddande skikt med dubbelhöljet applicerades på billets för ytskydd och smörjning.

Extrudering utfördes med användning av en 3150- ton horisontell extruderingspress i + fasregionen. De extruderade rören rätades online, och oxidskiktet avlägsnades via alkaliskt tvätt. De inre och yttre ytorna bearbetades sedan för att erhålla det färdiga TC4 -röret med dimensioner φ140 × 4 mm. IngoTs kemiska sammansättning överensstämmer med GB\/T 3620 -standarderna.

1.2 Extrudering

På grund av den dåliga värmeledningsförmågan hos titanlegeringar kan betydande temperaturgradienter uppstå mellan billetytan och kärnan under extrudering, vilket leder till ojämn metallflöde och ytterligare dragspänning på ytan. Detta kan orsaka ytsprickor och till och med centrala tomrum i stavar eller rör under svåra förhållanden.

Dessutom kan termiska effekter under extrudering orsaka överhettning av materialets mikrostruktur, vilket komprometterar slutproduktens kvalitet. Därför är det viktigt att välja rimliga extruderingsparametrar. Baserat på tidigare utvecklingsupplevelse upphettades billets till 950 grader, och ett extruderingsförhållande på 3–10 och extruderingshastigheter på 50–120 mm\/s antogs för att minimera termiska effekter och säkerställa god ytkvalitet och mekaniska egenskaper. Extrusionsdeformationsdiagrammet visas i figur 1, och det slutliga extruderade röret visas i figur 2.

2. Resultat och diskussion

2.1 Yt- och dimensionell noggrannhet

Ytkvaliteten på det extruderade röret var bra och rakheten var tillfredsställande. Efter bearbetning uppfyllde dimensionerna designspecifikationerna.

2.2 Mikrostruktur

Extrudering utfördes vid 40–50 grader under fasövergångspunkten i + -området. Genom att kontrollera deformationshastigheten och förhindra överdriven temperaturökning under deformationen uppnåddes en typisk + fasbearbetad struktur. Mikrostrukturen visade långsträckta och komprimerade korn orienterade längs kraftriktningen.

2.3 Mekaniska egenskaper

Rumstemperatur Mekaniska egenskaper testades på prover från as-extruderade rör och efter luftkylning av glödgning vid 750 grader under 1 timme. Resultaten visade god matchning av alla mekaniska parametrar och uppfyllde design- och applikationskraven.

3. Slutsats

Den heta extruderingsprocessen, i kombination med lämpliga processparametrar, producerade TC4 -titanlegeringsrör med utmärkta mikrostrukturer och mekaniska egenskaper.

Rören uppfyller alla designspecifikationer och är lämpliga för användning i undervattensolja och gastransportledningar.