Mikrostruktur og egenskaber ved TC4 Titanium -legeringsrør til marineknik

Abstrakt:
For at imødekomme de operationelle krav til dybhavsolie- og gastransport og ubådkommunikationskabler i marineknik blev der udført en forsøgsproduktion på ekstruderede TC4-titanlegeringsrør med typiske dimensioner på φ140 × 4 (vægtykkelse) × 4000 mm. Målet var at forstå forholdet mellem mikrostruktur, egenskaber og behandlingsteknikker i rørene og at yde teknisk support til produktion af titanlegeringslegeringsrør, der bruges i dybhavstekniske applikationer.

Indledning

Det 21. århundrede markerer en æra med bæredygtig udvikling af den marine økonomi, hvor havressourcer er en vigtig komponent i økonomisk vækst. De store oceaner er rige på naturressourcer såsom olie og gas, metalliske mineraler, geotermisk energi og marine organismer. Ekstraktionen og transporten af ​​offshore olie, gas og geotermisk energi såvel som lægningen af ​​ubådkommunikationskabler har stillet højere krav til udvikling af dybhavsudstyr.

Titaniumlegeringer er de foretrukne materialer til dybhavsudstyr på grund af deres lave densitet, høje specifikke styrke og fremragende korrosionsbestandighed i havvand.

Med det accelererede tempo i olie- og gasboring er der en stigende efterspørgsel efter hot-eksponerede titanlegeringsrør i stor diameter. Disse rør bruges hovedsageligt i oliebrønde, geotermiske brønde og naturgasrørledninger. I USA er TC4 -legeringsrør med specifikationer for φ (48–610) × 26 × 2600 mm blevet brugt til geotermiske og offshore -boreanvendelser. RMI, et amerikansk selskab, har produceret ultra-lange ti -3 al -2. 5V legeringsrør (φ650 × (22-25) × 35000 mm) for subsa-olieudvinding. I Norge anvendes TC4eli -legeringsrør (φ600 × 25 × 15000 mm) til stigerør på Nordsø -boreplatforme. Russlands VSMPO-selskab fremstiller palladium- og rutheniumholdige legeringer såvel som ti -6 al -4 v legeringsrør til olieekstraktion.

Tc4 (Ti -6 al -4 V) Titaniumlegering har fremragende omfattende egenskaber med god procesplasticitet og superplasticitet, hvilket gør det velegnet til forskellige trykformningsprocesser. Det er vidt brugt i luftfarts- og luftfartsindustrier til dele, der opererer under 400 grader og tegner sig for mere end 50% af den samlede brug af titaniumlegering. Titanlegeringsrør i stor diameter produceres typisk ved hjælp af varm ekstrudering-en moden teknologi, der hænger sammen med tilgængeligheden af ​​store ekstruderingspresser.

I denne undersøgelse blev forsøgsproduktionen af ​​ekstruderede TC4-titanlegeringsrør med dimensioner φ140 × 4 × 4000 mm udført for at undersøge forholdet mellem mikrostruktur, mekaniske egenskaber og behandlingsparametre, der lagde grundlaget for industriel produktion af store titanlegeringsrør til dyb-hav-anvendelser.

1. eksperimentel metode

1.1 Eksperimentel plan

Testen anvendte TC4 Titanium -legeringsingotter produceret af Baoji Titanium Industry Co., Ltd. via dobbelt vakuumforbrugsanvendelse. Ingotterne blev smedet flere gange i Regionerne og + fase for at producere φ270 mm barbestand, som derefter blev bearbejdet til ekstruderingsbilletter. Et beskyttende lag med dobbelt-sheath blev påført billetterne til overfladebeskyttelse og smøring.

Ekstrudering blev udført under anvendelse af en 3150- ton vandret ekstruderingspresse i + fase -regionen. De ekstruderede rør blev rettet online, og oxidlaget blev fjernet via alkali-syrevask. De indre og ydre overflader blev derefter bearbejdet til at opnå det færdige TC4 -rør med dimensioner φ140 × 4 mm. Den kemiske sammensætning af INGOTS overholder GB\/T 3620 standarder.

1.2 Ekstruderingsformning

På grund af den dårlige termiske ledningsevne af titanlegeringer kan der forekomme betydelige temperaturgradienter mellem den billetoverflade og kernen under ekstrudering, hvilket fører til ikke-ensartet metalstrøm og yderligere trækspænding på overfladen. Dette kan forårsage revnedur i overflade og endda centrale hulrum i stænger eller rør under alvorlige forhold.

Derudover kan termiske effekter under ekstrudering forårsage overophedning af materialets mikrostruktur, hvilket går på kompromis med det endelige produkts kvalitet. Derfor er det afgørende at vælge rimelige ekstruderingsparametre. Baseret på tidligere udviklingserfaring blev billetterne opvarmet til 950 grad, og et ekstruderingsforhold på 3-10 og ekstruderingshastigheder på 50-120 mm\/s blev vedtaget for at minimere termiske effekter og sikre god overfladekvalitet og mekaniske egenskaber. Ekstruderende deformationsdiagram er vist i figur 1, og det endelige ekstruderede rør er vist i figur 2.

2. Resultater og diskussion

2.1 Overflade og dimensionel nøjagtighed

Overfladekvaliteten af ​​det ekstruderede rør var god, og retfærdigheden var tilfredsstillende. Efter bearbejdning opfyldte dimensionerne designspecifikationerne.

2.2 Mikrostruktur

Ekstrudering blev udført ved 40-50 grader under faseovergangspunktet i + regionen. Ved at kontrollere deformationshastighed og forhindre overdreven temperaturstigning under deformation blev der opnået en typisk + faseforarbejdet struktur. Mikrostrukturen viste langstrakte og komprimerede kornorienteret i retning af kraft.

2.3 Mekaniske egenskaber

Mekaniske egenskaber for stuetemperatur blev testet på prøver fra asekstruderede rør og efter luftkøling udglødning ved 750 grader i 1 time. Resultaterne viste god matchning af alle mekaniske parametre, der opfylder design- og applikationskravene.

3. konklusion

Den varme ekstruderingsproces producerede, når de kombineres med passende procesparametre, TC4 Titanium -legeringsrør med fremragende mikrostruktur og mekaniske egenskaber.

Rørene opfylder alle designspecifikationer og er egnede til brug i undervandsolie- og gastransportrørledninger.