一种钛合金冷拔无缝超长管及其制备方法

本发明涉及钛合金无缝管材料领域，尤其涉及一种钛合金冷拔无缝超长管及其制备方法。

背景技术：

1、随着油气资源需求的日益增长，油气田开发逐渐向纵深发展，不断涌现出高温高压超深井。而这类井一般含有co2、h2s和cl-，井底高温、高压、高含氯离子腐蚀工况都限制了马氏体不锈钢、双相不锈钢和镍基合金管材的应用，钛合金管材具有高的比强度、良好的高温力学性能和极强的抗腐蚀性能，从20世纪80年代中期开始已在一些高温高压、超高温高压热酸性油气井（如墨西哥湾）中应用，随着（特）高含h2s/co2油气田开发力度的增加，钛合金管柱需求量增加。

2、在石油天然气勘探开发中，井下控制管（亦称控制管线、毛细管）是地面控制系统与井下安全阀、化学注入阀等工具连接的“生命线”。随着深井、超深井及高含硫气田的开发，井下环境面临高温（150℃以上）、高压（70mpa以上）以及高浓度h2s、co2和cl-的强腐蚀挑战。传统的碳钢、低合金钢控制管在上述环境中易发生硫化物应力腐蚀开裂（ssc）和氢致开裂（hic），使用寿命短，存在巨大的安全隐患。虽然镍基合金管材耐蚀性优异，但成本极高且密度大，增加了管柱悬重。钛合金因其比强度高、耐蚀性优异（几乎在所有油气田环境下均具有近乎完美的耐蚀性）而成为理想替代材料。

3、现有技术中有钛合金管采用焊接工艺制造，焊接过程中，容易与h、o、n等元素发生反应，钛合金在300℃以上能快速吸氢，450℃以上时能快速吸氧，600℃以上时能快速吸氮，焊接难度大，焊接区域薄弱。当熔池中侵入这些有害气体后，焊接接头的塑性和韧性都会发生明显的变化，特别是在882℃以上，接头晶粒严重粗化，冷却时形成马氏体组织，使接头强度、硬度、塑性和韧性下降，过热倾向严重，接头严重脆化。

4、公开号cn 121137404a一种高耐蚀钛合金连续油管及其制备方法中公开了一种耐高温高压腐蚀的钛合金超长管及其制备方法，主要涉及合金元素包含：al：0.6~1.7%；mo：0.4~1.9%；ni：0.7~1.8%；nb:0.5~1.5%；ru：0.02~0.08%；o：0.08~0.2%；fe≤0.05%；制造方法为常规卷板纵剪、钢带对接、整管焊接。

5、公开号cn 114523271b耐高温高压腐蚀的钛合金连续油管及其制备方法和应用中公开了多种纯钛牌号ta0、ta1、ta2、ta3、ta4、ta5、ta6、ta7、ta8、ta8-1、ta9、ta9-1、ta10、ta11、ta15、ta17、ta18、tc1、tc2、tc3、tc4和tc4eli超长管的制备方法，制造方法为常规卷板纵剪、钢带对接、整管焊接方法。

6、公开号cn 104404299b一种钛合金连续油管及制造方法中公开了al：2~5.5；4v：1.5~3；ni：0.6~o0.9；mo：0.2~0.4；fe：≤0.30；c：≤0.08；n：≤0.05；o：≤0.025；h：≤0.1；余量为钛化学成分制备的超长管，制造方法为常规卷板纵剪、钢带对接、整管焊接方法。

7、公开号cn 120696223a一种壁厚1.0mm~2.0mm的高强tc16钛合金冷轧管材的制备方法中公开了一种tc16冷轧钛合金管的制备方法，采用锭轧经斜轧穿孔、多道次冷轧得到tc16钛合金冷轧管。

8、公开号cn 110983105a一种适于冷轧的高强钛合金及其制备方法采用：al 3%~4.5%，mo 2.5%~3.5%，cr 1.5%~2.5%，fe 1.5%~2.0%，余量为ti化学成分，涉及的主要制造工艺为斜轧穿孔-热处理-冷轧-退火。

9、公开号cn 114700387b一种高强钛合金冷轧管材的制备方法；主要的生产工艺为精锻（热挤压）-斜轧穿孔-热挤压/热轧-冷轧-表面处理，材质包含ta15、ta17、ta18cf、ta23、ta24、tc3、tc4、tc4eli、ti32或tc16。

10、公开号cn 117564728a中公开了一种ta15钛合金冷轧管材的制备方法、将ta15钛合金铸锭加工成棒坯；采用钻孔及镗孔得到空心棒坯；对空心棒坯包套热挤压、矫直、酸洗得到挤压管坯；将挤压管坯进行多道次轧制得到轧制管材。

11、公开号cn 120055073a公开了一种舰船用ta24钛合金冷轧管材的制造方法；制造方法主要包含：铸锭锻造-热挤压-整管轧制-内外表面处理-热处理-冷轧-热处理-内表面喷砂处理-酸洗-矫直和超声波探伤。

12、现有钛合金冷轧管为主要涉及的牌号为ta15、ta17、ta18cf、ta23、ta24、tc3、tc4、tc4eli、ti32或tc16；主要的加工工艺为：精锻（热挤压）-斜轧穿孔-热轧-多道次往复冷轧，工艺方案仅解决了冷轧管材成型的问题，无法实现≥1000m超长钛合金管材的制备。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种钛合金冷拔无缝超长管及其制备方法。本发明提供的制备方法能够制备出长度≥100m，且具有高强度和高耐腐蚀性的钛合金冷拔无缝超长管。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种钛合金冷拔无缝超长管的制备方法，包括：

4、将钛合金依次进行熔炼、锻造、热挤压、斜轧穿孔、多道次冷轧和多道次冷拔，得到钛合金冷拔无缝超长管；

5、所述钛合金按质量百分比计，其组成为：铝0~6.0%、钒0~4.5%、锡0~3.0%、钯0.12~0.25%、铁0~0.3%、碳0~0.08%、氢0~0.015%、氧0~0.15%、氮0~0.05%以及余量的ti；

6、所述多道次冷轧包括粗轧和精轧；所述每道次冷轧中减径率与减壁率的比值独立地为0.53~1.40。

7、有益效果：

8、（1）本发明限定钛合金的组成，能完全适应高含h2s、co2环境，完全解决钛合金材质焊接难度大、焊接效果不佳的问题，管体本身不含焊缝、热影响区，避免了焊缝、热影响区组织不均导致的管材容易腐蚀、失效等问题；

9、（2）本发明采用锻造工艺对钛合金铸锭进行处理，通过不断地拔长，得到了热挤压铸坯；

10、（3）本发明创造性的采用热挤压对铸锭进行充分挤压破碎，得到晶粒度极其细小的热挤压棒材；

11、（4）采用斜轧穿孔实现了超长钛合金冷轧管坯的制备；

12、（5）本发明采用多道次冷轧，极大提高钛合金管生产效率；

13、（6）本发明采用采用多道次冷拔，提高钛合金管材的表面精度，进一步的提升了钛合金表面耐蚀性能；

14、（7）本发明钛合金冷拔无缝超长管的屈服强度≥755mpa，抗拉强度≥860mpa，断后伸长率≥10%，管径为φ3.0~φ50.8mm，单根长度≥100m，具有高强度。

1.一种钛合金冷拔无缝超长管的制备方法，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锻造包括β相区开坯拔长、α+β相区改锻和精整成形。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述β相区开坯拔长的断面变化率为50~70%；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热挤压为单道次或多道次热挤压；所述单道次或多道次热挤压中每道次热挤压的温度独立地为850~1000℃；所述每道次热挤压的断面变化率独立地为66.7~90%，每道次热挤压的挤压比独立地为3~10。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述每道次粗轧的截面面积缩减率独立地为20~45%，以避免合金在单道次大变形下产生表面微裂纹。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，当粗轧阶段累计截面面积缩减率达到50~70%时，进行一次中间退火处理以消除加工硬化；所述中间退火处理的温度为700~800℃，保温时间为1~2h，随后空冷。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述精轧的总截面面积缩减率为15~45%；所述每道次精轧的截面面积缩减率独立地为10~35%。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多道次冷拔中所用的冷拔润滑液的组成包括：十二水合磷酸钠、氟化钠、乙酸和水。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述十二水合磷酸钠的质量、氟化钠的质量、乙酸的体积和水的体积之比为（48~52）g：（18~22）g：（40~60）ml：1l；所述乙酸的浓度为36~40wt%。

10.权利要求1~9任一项所述制备方法制备得到的钛合金冷拔无缝超长管。