해양 공학을위한 TC4 티타늄 합금 파이프의 미세 구조 및 특성

추상적인:
해양 공학의 심해 석유 및 가스 운송 및 잠수함 통신 케이블의 운영 요구 사항을 충족시키기 위해 φ140 × 4 (벽 두께) × 4000 mm의 전형적인 치수를 갖는 압출 TC4 티타늄 합금 파이프에서 시험 생산을 수행했습니다. 목표는 파이프의 미세 구조, 특성 및 처리 기술 사이의 관계를 이해하고 심해 엔지니어링 애플리케이션에 사용되는 대형 티타늄 합금 파이프 생산을위한 기술 지원을 제공하는 것이 었습니다.

소개

21 세기는 해양 경제의 지속 가능한 발전의 시대이며, 해양 자원은 경제 성장의 중요한 구성 요소입니다. 광대 한 바다는 석유 및 가스, 금속 미네랄, 지열 에너지 및 해양 유기체와 같은 천연 자원이 풍부합니다. 해양 석유, 가스 및 지열 에너지의 추출 및 수송뿐만 아니라 잠수함 통신 케이블의 배치는 심해 장비 개발에 대한 수요가 더 높았습니다.

티타늄 합금은 해수의 밀도가 낮고, 특정 강도가 높고, 탁월한 부식성으로 인해 심해 장비에 선호되는 재료입니다.

석유 및 가스 시추의 속도가 가속화되면 대규모 직경의 핫 배출 티타늄 합금 파이프에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 이 파이프는 주로 유정, 지열 우물 및 천연 가스 파이프 라인에 사용됩니다. 미국에서는 φ (48–610) × 26 × 2600 mm의 사양이있는 TC4 합금 파이프가 지열 및 해양 시추 응용 분야에 사용되었습니다. 미국 회사 인 RMI는 초대형 Ti -3 al -2. 5V 합금 파이프 (φ650 × (22–25) × 35000 mm)를 생산했습니다. 노르웨이에서는 TC4ELI 합금 파이프 (φ600 × 25 × 15000 mm)가 북해 시추 플랫폼의 라이저에 사용됩니다. 러시아의 VSMPO Company는 Paladium 및 Ruthenium- 함유 합금과 Ti -6 al -4 v 합금 파이프를 오일 추출을위한 제조합니다.

tc4 (ti -6 al -4 v) 티타늄 합금은 우수한 포괄적 인 특성을 가지고 있으며 우수한 프로세스 가소성과 초소성을 가지고있어 다양한 압력 형성 공정에 적합합니다. 항공 우주 및 항공 산업에서 400도 미만으로 작동하는 부품에 널리 사용되며 총 티타늄 합금 사용량의 50% 이상을 차지합니다. 대규모 기준 티타늄 합금 파이프는 일반적으로 큰 압출 프레스의 가용성에 달려있는 성숙한 기술을 사용하여 생산됩니다.

이 연구에서, 치수 φ140 × 4 × 4000 mm의 치수를 갖는 압출 된 TC4 티타늄 합금 파이프의 시험 생산은 미세 구조, 기계적 특성 및 가공 매개 변수 사이의 관계를 탐색하여 심층적 인 응용 분야를위한 대형 티타늄 합금 파이프의 산업 생산을위한 토대를 마련하기 위해 수행되었다.

1. 실험 방법

1.1 실험 계획

이 테스트는 Baoji Titanium Industry Co., Ltd.가 이중 진공 소비 가능한 아크 리멜팅을 통해 생산 한 TC4 티타늄 합금 잉곳을 사용했습니다. 잉곳을 및 + 위상 영역에서 여러 번 단조하여 φ270 mm bar 스톡을 생산 한 다음, 압출 빌릿에 가공 하였다. 표면 보호 및 윤활을 위해 이중 피복 보호 층을 빌릿에 적용 하였다.

+ 상 영역에서 3150- 톤 수평 압출 프레스를 사용하여 압출을 수행 하였다. 압출 된 튜브를 온라인으로 똑 바르게하고, 산화물 층을 알칼리산 세척을 통해 제거 하였다. 이어서, 내부 및 외부 표면을 가공하여 φ140 × 4 mm 치수를 갖는 완성 된 TC4 파이프를 얻었다. Ingots의 화학적 조성은 GB\/T 3620 표준을 준수합니다.

1.2 압출 형성

티타늄 합금의 열전도율이 좋지 않기 때문에 압출 동안 빌릿 표면과 코어 사이에서 상당한 온도 구배가 발생하여 불균일 한 금속 흐름과 표면의 추가 인장 응력을 초래할 수 있습니다. 이로 인해 심한 조건에서 막대 나 튜브에서 표면 크래킹 및 중심 공극을 유발할 수 있습니다.

또한, 압출 중 열 효과는 재료의 미세 구조를 과열시켜 최종 제품의 품질을 손상시킬 수 있습니다. 따라서 합리적인 압출 매개 변수를 선택하는 것이 중요합니다. 이전 개발 경험에 기초하여, 빌렛은 950 도로 가열되었고, 압출 비율은 3-10의 압출 속도와 50-120 mm\/s의 압출 속도를 채택하여 열 효과를 최소화하고 우수한 표면 품질 및 기계적 특성을 보장했습니다. 압출 변형 다이어그램은 그림 1에 나와 있으며 최종 압출 파이프는 그림 2에 나와 있습니다.

2. 결과와 토론

2.1 표면 및 치수 정확도

압출 파이프의 표면 품질은 좋았으며 직선은 만족 스러웠습니다. 가공 후 크기는 설계 사양을 충족했습니다.

2.2 미세 구조

압출은 + 영역의 위상 전이 지점 아래 40-50도에서 수행되었다. 변형 속도를 제어하고 변형 동안 과도한 온도 상승을 방지함으로써, 전형적인 + 위상 처리 구조가 달성되었다. 미세 구조는 힘의 방향을 따라 향하고 압축 된 입자를 보여 주었다.

2.3 기계적 특성

실내 온도 기계적 특성은 1 시간 동안 750도에서 공기 공간 어닐링 후 표본에서 테스트되었다. 결과는 모든 기계적 매개 변수의 우수한 일치를 보여 주어 설계 및 응용 프로그램 요구 사항을 충족했습니다.

3. 결론

핫 압출 공정은 적절한 공정 파라미터와 결합 될 때 우수한 미세 구조 및 기계적 특성을 갖는 TC4 티타늄 합금 파이프를 생성했습니다.

파이프는 모든 설계 사양을 충족하며 해저 및 가스 운송 파이프 라인에 사용하기에 적합합니다.