Mikrostruktura i svojstva cijevi od legura TC4 Titanium za morsko inženjerstvo

Sažetak:
Kako bi se zadovoljile operativne potrebe kablova za prijevoz nafte i plinova u morskom inženjerstvu, provedena je pokusna proizvodnja na ekstrudiranim cijevima legure TC4 Titanium s tipičnim dimenzijama φ140 × 4 (debljina stijenke) × 4000 mm. Cilj je bio razumjeti odnos mikrostrukture, svojstava i tehnika obrade cijevi i pružiti tehničku podršku za proizvodnju cijevi od legura titana velikih veličine koje se koriste u inženjerskoj aplikaciji dubokog mora.

Uvod

21. stoljeće obilježava doba održivog razvoja morske ekonomije, a oceanski resursi su ključna komponenta gospodarskog rasta. Ogromni oceani bogati su prirodnim resursima poput nafte i plina, metalnih minerala, geotermalne energije i morskih organizama. Ekstrakcija i transport nafte, plina i geotermalne energije na moru, kao i polaganje kabela za komunikacije podmornice, postavili su veće zahtjeve za razvoj opreme dubokog mora.

Legure od titana preferirani su materijali za opremu dubokog mora zbog njihove male gustoće, visoke specifične čvrstoće i izvrsne otpornosti na koroziju u morskoj vodi.

S ubrzanim tempom bušenja nafte i plina, sve je veća potražnja za vrućim ekstrudiranim cijevima od legure od titana. Te se cijevi uglavnom koriste u naftnim bušotinama, geotermalnim bušotinama i cjevovodima za prirodni plin. U Sjedinjenim Državama TC4 legura cijevi s specifikacijama φ (48–610) × 26 × 2600 mm korištene su za geotermalne i offshore aplikacije za bušenje. RMI, američka kompanija, proizvela je ultra-dugog ti -3 al {-2. 5V cijevi od legura (φ650 × (22–25) × 35000 mm) za podmornicu ulja. U Norveškoj se cijevi legura TC4ELI (φ600 × 25 × 15000 mm) koriste za uzgoj na platformama za bušenje Sjevernog mora. Ruska VSMPO tvrtka proizvodi legure koje sadrže paladij i rutenij kao i ti -6 al -4 v legura cijevi za ekstrakciju nafte.

TC4 (ti -6 al -4 v) legura od titana posjeduje izvrsna sveobuhvatna svojstva, s dobrom procesnom plastičnošću i superplastičnošću, što ga čini prikladnim za različite procese formiranja tlaka. Široko se koristi u zrakoplovnoj i zrakoplovnoj industriji za dijelove koji rade ispod 400 stupnjeva i čini više od 50% ukupne upotrebe legura od titana. Cijevi od legura titana velikog promjera obično se proizvode pomoću vruće ekstruzije-zrele tehnologije koja ovisi o dostupnosti velikih tiska.

U ovom istraživanju provedena je pokusna proizvodnja ekstrudiranih cijevi od legura TC4 titana s dimenzijama φ140 × 4 × 4000 mm kako bi se istražila odnos između mikrostrukture, mehaničkih svojstava i parametara prerade, postavljajući temelje za industrijsku proizvodnju velikih tetanijskih legura.

1. Eksperimentalna metoda

1.1 Eksperimentalni plan

Test je koristio ingoti TC4 Titanium legure koje je proizvela Baoji Titanium Industry Co., Ltd., putem dvostrukog vakuumskog trošnog luka. Ingoti su krivotvoreni više puta u i + faznim regijama da bi se proizvele zalihe od 270 mm, koja je zatim obrađena u ekstruzijske gredice. Zaštitni sloj dvostrukog nogu primijenjen je na gredice radi zaštite površine i podmazivanja.

Ekstruzija je provedena korištenjem horizontalne ekstruzije 3150- tona u + faznom području. Ekstrudirane epruvete ispravljene su putem interneta, a sloj oksida uklonjen je pranjem alkalnih kiselina. Unutarnje i vanjske površine su zatim obrađene kako bi se dobila gotova TC4 cijev s dimenzijama φ140 × 4 mm. Kemijski sastav ingota u skladu je sa GB\/T 3620 standardima.

1.2 Formiranje ekstruzije

Zbog slabe toplinske vodljivosti legura titana, mogu se pojaviti značajni gradijenti temperature između površine i jezgre tijekom ekstruzije, što dovodi do nejednakog protoka metala i dodatnog zateznog naprezanja na površini. To može uzrokovati pucanje površine, pa čak i središnje praznine u šipkama ili cijevima u teškim uvjetima.

Uz to, toplinski učinci tijekom ekstruzije mogu uzrokovati pregrijavanje mikrostrukture materijala, što ugrožava kvalitetu konačnog proizvoda. Stoga je presudno odabir razumnih parametara ekstruzije. Na temelju prethodnog iskustva u razvoju, gredice su zagrijane na 950 stupnjeva, a omjer ekstruzije od 3–10 i brzina ekstruzije od 50–120 mm\/s usvojena je kako bi se smanjili toplinski učinci i osigurali dobru kvalitetu površine i mehanička svojstva. Dijagram deformacije ekstruzije prikazan je na slici 1, a konačna ekstrudirana cijev prikazana je na slici 2.

2. Rezultati i rasprava

2.1 Površinska i dimenzijska točnost

Površinska kvaliteta ekstrudirane cijevi bila je dobra, a ravnoteža je bila zadovoljavajuća. Nakon obrade, dimenzije su ispunile dizajnerske specifikacije.

2.2 mikrostruktura

Ekstruzija je izvedena na 40–50 stupnjeva ispod fazne tranzicijske točke u + regiji. Kontroliranjem brzine deformacije i sprečavanjem prekomjernog porasta temperature tijekom deformacije postignuta je tipična + fazna obrađena struktura. Mikrostruktura je pokazala izdužena i komprimirana zrna orijentirana duž smjera sile.

2.3 Mehanička svojstva

Mehanička svojstva sobne temperature ispitana su na uzorcima iz cijevi koje su objavljene i nakon žarenja u hlađenju zraka na 750 stupnjeva 1 sat. Rezultati su pokazali dobro podudaranje svih mehaničkih parametara, ispunjavajući zahtjeve za dizajnom i primjenom.

3. Zaključak

Postupak vruće ekstruzije, u kombinaciji s odgovarajućim parametrima procesa, proizveo je TC4 cijevi od legura od titana s izvrsnom mikrostrukturom i mehaničkim svojstvima.

Cijevi udovoljavaju svim dizajnerskim specifikacijama i pogodne su za upotrebu u podmorskim cjevovodima za transport nafte i plina.