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海水管路系统用大尺寸钛合金管材科技集成

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成果主要完成人

高海瑞、高万峰、王胜永、李凤魁、李万明、邓宝行、刘福龙、栾子君、王 军

项目概况

近年来,我国实施了大量海洋舰艇、海洋石油钻井平台、海水淡化、 人工岛礁建设等重大工程,对上述领域中大型装备使用的各类耐蚀金 属管材的需求呈大幅增长趋势。由于金属管材需要在复杂恶劣海洋环境(强腐蚀、高温、高压、生物附着)中应用,对其耐蚀性能有极高要求,钛及钛合金具有髙强韧性、无磁、低密度及优异耐蚀性能等独特优势,成为上述领域大型装备中最为理想的材料。大量使用经验证实,低合金钢管路系统使用1〜2年后会发生腐蚀,Cu/Ni管路系统使用寿命也仅有6〜8年,远达不到海水管路设计寿命要求。钛具有质轻、无磁、高强、耐海水腐蚀和海洋大气腐蚀等特点,钛及钛合金管道的腐蚀寿命大于12万小时,服役期限40年以上,是海水管路系统的理想材料。 该项目攻破的技术难点和解决的瓶颈难题: (1)通过研制适应于钛合金高温防护涂料,有效避免了棒坯在采用天然气加热时与氧、氮、碳、铁等发生化学反应及吸氢;利用梯度分级加热制度,通过基于天然气加热的环形炉实现了大口径钛合金管材坯料的均匀加热,不仅避免了轧制过程中由于温度不均导致的变形不均甚至开裂,而且解决了钛合金在加热过程中吸氢及与其它气体反应的技术难点。 (2)通过对传统无缝管热轧工艺设备的改造升级,提升了设备的加工能力,创新性设计了高温输送隧道与工序间的快速移送装置,最大限度减少了坯料和钛合金管在移送过程中的温降,通过一次加热完成了穿孔、轧制、定径、矫正等工序,避免了因钛合金热锻温度范围比较窄而导致多次加热的问题,实现了大尺寸钛合金无缝管的短流程轧制成型。 (3)通过采用较大的穿孔变形和较小的定径变形以及协调各工序间的变形量,实现了组织性能和尺寸精度的协同控制,穿孔的延伸系数最大达到了4.7,变形量达到了80%以上,扩径率最大15%,在整个穿孔变形过程中,既有径向压缩,又有横向延展及纵向延伸,这种复杂变形过程中的金属流动,有利于管材内部组织的均匀细化,大大提升其力学性能。