Μικροδομή και ιδιότητες των σωλήνων κράματος τιτανίου TC4 για θαλάσσια μηχανική

Περίληψη:
Για να ανταποκριθεί στις επιχειρησιακές απαιτήσεις της μεταφοράς πετρελαίου και φυσικού αερίου βαθέων υδάτων και υποβρύχια καλώδια επικοινωνίας στη θαλάσσια μηχανική, πραγματοποιήθηκε δοκιμαστική παραγωγή σε εξωθημένους σωλήνες κράματος τιτανίου TC4 με τυπικές διαστάσεις φ140 × 4 (πάχος τοίχου) × 4000 mm. Ο στόχος ήταν να κατανοηθεί η σχέση μεταξύ των τεχνικών μικροδομής, ιδιοτήτων και επεξεργασίας των σωλήνων και η παροχή τεχνικής υποστήριξης για την παραγωγή σωλήνων κράματος τιτανίου μεγάλου μεγέθους που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές μηχανικής βαθιάς ύλη.

Εισαγωγή

Ο 21ος αιώνας σηματοδοτεί μια εποχή βιώσιμης ανάπτυξης της θαλάσσιας οικονομίας, με τους ωκεανούς πόρους να αποτελούν κρίσιμο στοιχείο της οικονομικής ανάπτυξης. Οι τεράστιοι ωκεανοί είναι πλούσιοι σε φυσικούς πόρους όπως το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, τα μεταλλικά ορυκτά, η γεωθερμική ενέργεια και οι θαλάσσιοι οργανισμοί. Η εξαγωγή και η μεταφορά υπεράκτιων πετρελαίου, φυσικού αερίου και γεωθερμικής ενέργειας, καθώς και η τοποθέτηση υποβρυχίων καλωδίων επικοινωνίας, έχουν θέσει υψηλότερες απαιτήσεις για την ανάπτυξη εξοπλισμού βαθέων υδάτων.

Τα κράματα τιτανίου είναι τα προτιμώμενα υλικά για εξοπλισμό βαθέων υδάτων λόγω της χαμηλής πυκνότητας, της υψηλής ειδικής αντοχής και της εξαιρετικής αντοχής στη διάβρωση στο θαλασσινό νερό.

Με τον επιταχυνόμενο ρυθμό γεώτρησης πετρελαίου και φυσικού αερίου, υπάρχει αυξανόμενη ζήτηση για σωλήνες κράματος τιτανίου μεγάλης διαμέτρου. Αυτοί οι σωλήνες χρησιμοποιούνται κυρίως σε πηγάδια πετρελαίου, γεωθερμικά πηγάδια και αγωγούς φυσικού αερίου. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, οι σωλήνες κράματος TC4 με προδιαγραφές φ (48-610) × 26 × 2600 mm έχουν χρησιμοποιηθεί για εφαρμογές γεωθερμικών και υπεράκτιων γεώτρησης. Η RMI, μια αμερικανική εταιρεία, έχει παράγει εξαιρετικά μακρά Ti -3 al -2. Στη Νορβηγία, οι σωλήνες κράματος TC4ELI (Φ600 × 25 × 15000 mm) χρησιμοποιούνται για risers σε πλατφόρμες γεώτρησης της Βόρειας Θάλασσας. Η εταιρεία VSMPO της Ρωσίας κατασκευάζει κράματα που περιέχουν παλλάδιο και ρουθηνή, καθώς και TI -6 al -4 V σωλήνες κράματος για εξόρυξη πετρελαίου.

TC4 (TI -6 al -4 V) Το κράμα τιτανίου διαθέτει εξαιρετικές ολοκληρωμένες ιδιότητες, με καλή πλαστικότητα και υπερπλαστικότητα της διαδικασίας, καθιστώντας την κατάλληλη για διάφορες διαδικασίες σχηματισμού πίεσης. Χρησιμοποιείται ευρέως σε αεροδιαστημικές και αεροπορικές βιομηχανίες για εξαρτήματα που λειτουργούν κάτω από 400 βαθμούς και αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το 50% της συνολικής χρήσης κράματος τιτανίου. Οι σωλήνες κράματος τιτανίου μεγάλης διαμέτρου παράγονται τυπικά χρησιμοποιώντας την Hot Extrusion-A ώριμη τεχνολογία που εξαρτάται από τη διαθεσιμότητα μεγάλων πρέσων εξώθησης.

Σε αυτή τη μελέτη, διεξήχθη δοκιμαστική παραγωγή εξωθημένων σωλήνων κράματος τιτανίου TC4 με διαστάσεις φ140 × 4 × 4000 mm για να διερευνηθεί η σχέση μεταξύ μικροδομής, μηχανικών ιδιοτήτων και παραμέτρων επεξεργασίας, τοποθετώντας τις βάσεις για τη βιομηχανική παραγωγή μεγάλων σωλήνων κράματος τιτανίου για εφαρμογές βαθιάς θάλασσας.

1. Πειραματική μέθοδος

1.1 Πειραματικό σχέδιο

Η δοκιμή χρησιμοποίησε αντισυμβαλλόμενα κράματα τιτανίου TC4 που παρήγαγε η Baoji Titanium Industry Co., Ltd. μέσω διπλού κενού αναλώσιμου τόξου. Οι πλαστικοποιημένες πλαστογραφημένες πολλές φορές στις περιοχές φάσης και + φάσης για την παραγωγή αποθεμάτων μπαρ Φ270 mm, το οποίο στη συνέχεια επεξεργάστηκε σε εξώθους. Ένα προστατευτικό στρώμα διπλής θάλασσας εφαρμόστηκε στα δοχεία για προστασία και λίπανση επιφάνειας.

Η εξώθηση διεξήχθη χρησιμοποιώντας ένα 3150- τόνο οριζόντιας εξώθησης στην περιοχή + φάση. Οι εξωθημένοι σωλήνες ισιώθηκαν στο διαδίκτυο και το στρώμα οξειδίου απομακρύνθηκε μέσω πλυσίματος αλκάλια. Οι εσωτερικές και εξωτερικές επιφάνειες στη συνέχεια επεξεργάστηκαν για να ληφθεί ο τελικός σωλήνας TC4 με διαστάσεις φ140 χ 4 mm. Η χημική σύνθεση των πλινητών συμμορφώνεται με τα πρότυπα GB\/T 3620.

1,2 σχηματίζοντας εξώθηση

Λόγω της κακής θερμικής αγωγιμότητας των κραμάτων τιτανίου, μπορούν να εμφανιστούν σημαντικές βαθμίδες θερμοκρασίας μεταξύ της επιφάνειας και του πυρήνα κατά τη διάρκεια της εξώθησης, οδηγώντας σε μη ομοιόμορφη ροή μετάλλων και πρόσθετη τάση εφελκυσμού στην επιφάνεια. Αυτό μπορεί να προκαλέσει ρωγμές επιφάνειας και ακόμη και κεντρικά κενά σε ράβδους ή σωλήνες υπό σοβαρές συνθήκες.

Επιπλέον, οι θερμικές επιδράσεις κατά τη διάρκεια της εξώθησης μπορεί να προκαλέσουν υπερθέρμανση της μικροδομής του υλικού, θέτοντας σε κίνδυνο την ποιότητα του τελικού προϊόντος. Επομένως, η επιλογή εύλογων παραμέτρων εξώθησης είναι ζωτικής σημασίας. Με βάση την προηγούμενη αναπτυξιακή εμπειρία, οι μπαλέτες θερμάνθηκαν σε 950 μοίρες και υιοθετήθηκαν αναλογία εξώθησης 3-10 και ταχύτητες εξώθησης 50-120 mm\/s για την ελαχιστοποίηση των θερμικών επιδράσεων και την εξασφάλιση καλής ποιότητας επιφάνειας και μηχανικών ιδιοτήτων. Το διάγραμμα παραμόρφωσης εξώθησης φαίνεται στο σχήμα 1 και ο τελικός εξωθημένος σωλήνας φαίνεται στο σχήμα 2.

2. Αποτελέσματα και συζήτηση

2.1 επιφανειακή και διαστασιακή ακρίβεια

Η ποιότητα της επιφάνειας του εξωθημένου σωλήνα ήταν καλή και η ευθεία ήταν ικανοποιητική. Μετά την κατεργασία, οι διαστάσεις πληρούσαν τις προδιαγραφές σχεδιασμού.

2.2 Μικροδομή

Η εξώθηση πραγματοποιήθηκε σε 40-50 βαθμούς κάτω από το σημείο μετάβασης φάσης στην περιοχή +. Με τον έλεγχο του ρυθμού παραμόρφωσης και την πρόληψη της υπερβολικής αύξησης της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της παραμόρφωσης, επιτεύχθηκε τυπική + επεξεργασμένη δομή φάσης. Η μικροδομή έδειξε επιμήκεις και συμπιεσμένους κόκκους προσανατολισμένους κατά μήκος της κατεύθυνσης της δύναμης.

2.3 Μηχανικές ιδιότητες

Οι μηχανικές ιδιότητες θερμοκρασίας δωματίου δοκιμάστηκαν σε δείγματα από σωλήνες που έχουν εξαντληθεί με ακρίβεια και μετά από ανόπτηση αέρα σε 750 βαθμούς για 1 ώρα. Τα αποτελέσματα έδειξαν καλή αντιστοίχιση όλων των μηχανικών παραμέτρων, ικανοποιώντας τις απαιτήσεις σχεδιασμού και εφαρμογής.

3. Συμπέρασμα

Η διαδικασία θερμού εξώθησης, όταν συνδυάζεται με τις κατάλληλες παραμέτρους διεργασίας, παρήγαγε σωλήνες κράματος τιτανίου TC4 με εξαιρετικές μικροδομές και μηχανικές ιδιότητες.

Οι σωλήνες πληρούν όλες τις προδιαγραφές σχεδιασμού και είναι κατάλληλοι για χρήση σε αγωγούς μεταφοράς πετρελαίου και φυσικού αερίου.