Cấu trúc vi mô và tính chất của ống hợp kim TITANIUM TC4 cho kỹ thuật hàng hải

Tóm tắt:
Để đáp ứng các yêu cầu vận hành của vận chuyển dầu khí biển sâu và cáp truyền thông tàu ngầm trong kỹ thuật biển, một sản xuất thử nghiệm đã được thực hiện trên các ống hợp kim TITANIUM đùn với kích thước điển hình là φ140 × 4 (độ dày tường) × 4000 mm. Mục đích là để hiểu mối quan hệ giữa cấu trúc vi mô, tính chất và kỹ thuật xử lý của các đường ống và cung cấp hỗ trợ kỹ thuật cho việc sản xuất các ống hợp kim titan có kích thước lớn được sử dụng trong các ứng dụng kỹ thuật biển sâu.

Giới thiệu

Thế kỷ 21 đánh dấu một kỷ nguyên phát triển bền vững của nền kinh tế biển, với tài nguyên đại dương là một thành phần quan trọng của tăng trưởng kinh tế. Các đại dương rộng lớn rất giàu tài nguyên thiên nhiên như dầu khí, khoáng chất kim loại, năng lượng địa nhiệt và sinh vật biển. Việc khai thác và vận chuyển dầu ngoài khơi, khí đốt và năng lượng địa nhiệt, cũng như việc đặt cáp truyền thông tàu ngầm, đã đặt ra nhu cầu cao hơn về sự phát triển của các thiết bị biển sâu.

Hợp kim Titan là vật liệu ưa thích cho các thiết bị biển sâu do mật độ thấp, cường độ riêng cao và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong nước biển.

Với tốc độ khoan dầu khí tăng tốc, có nhu cầu ngày càng tăng đối với các ống hợp kim titan cực kỳ nóng có đường kính lớn. Những đường ống này chủ yếu được sử dụng trong giếng dầu, giếng địa nhiệt và đường ống khí đốt tự nhiên. Tại Hoa Kỳ, các ống hợp kim TC4 với các thông số kỹ thuật (48 Ném610) × 26 × 2600 mm đã được sử dụng cho các ứng dụng khoan địa nhiệt và ngoài khơi. RMI, một công ty Mỹ, đã sản xuất Ti cực kỳ dài -3 Al -2. 5V ống hợp kim (650 × (22 Ném25) × 35000 mm) để khai thác dầu dưới nước. Ở Na Uy, các ống hợp kim TC4ELI (600 × 25 × 15000 mm) được sử dụng cho các riser trên các nền tảng khoan biển phía bắc. Công ty VSMPO của Nga sản xuất các hợp kim có chứa Palladi- và Ruthenium cũng như Ti -6 Al -4 V ống hợp kim để khai thác dầu.

TC4 (Ti -6 Al -4 V) Hợp kim Titan có các đặc tính toàn diện tuyệt vời, với độ dẻo và tính siêu dẻo của quá trình tốt, làm cho nó phù hợp với các quy trình hình thành áp lực khác nhau. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ và hàng không cho các bộ phận hoạt động dưới 400 độ và chiếm hơn 50% tổng số sử dụng hợp kim titan. Các ống hợp kim titan có đường kính lớn thường được sản xuất bằng cách sử dụng công nghệ trưởng thành nóng-một công nghệ trưởng thành dựa trên sự sẵn có của các máy ép đùn lớn.

Trong nghiên cứu này, việc sản xuất thử nghiệm các ống hợp kim TITANIUM đùn với kích thước φ140 × 4 × 4000 mm đã được thực hiện để khám phá mối quan hệ giữa cấu trúc vi mô, tính chất cơ học và các thông số xử lý, đặt nền tảng cho việc sản xuất công nghiệp của các đường ống hợp kim Titan lớn.

1. Phương pháp thử nghiệm

1.1 Kế hoạch thử nghiệm

Thử nghiệm đã sử dụng các thỏi hợp kim Tc4 Titan được sản xuất bởi Công ty TNHH Công ty Công nghiệp Titanium, thông qua việc làm lại hồ quang tiêu thụ chân không kép. Các thỏi đã được rèn nhiều lần ở các vùng và + + + để tạo ra kho φ270 mm, sau đó được gia công thành phôi đùn. Một lớp bảo vệ đôi được áp dụng cho các phôi để bảo vệ bề mặt và bôi trơn.

Đất ép được thực hiện bằng cách sử dụng 3150- TON Nhấn đùn ngang trong vùng pha +. Các ống đùn được duỗi thẳng trên mạng và lớp oxit được loại bỏ thông qua rửa axit kiềm. Các bề mặt bên trong và bên ngoài sau đó được gia công để thu được ống TC4 đã hoàn thành với kích thước φ140 × 4 mm. Thành phần hóa học của các thỏi tuân thủ các tiêu chuẩn GB\/T 3620.

1.2 Hình thành đùn

Do độ dẫn nhiệt kém của hợp kim titan, độ dốc nhiệt độ đáng kể có thể xảy ra giữa bề mặt phôi và lõi trong quá trình đùn, dẫn đến dòng kim loại không đồng nhất và ứng suất kéo thêm trên bề mặt. Điều này có thể gây ra vết nứt bề mặt và thậm chí các khoảng trống trung tâm trong thanh hoặc ống trong điều kiện nghiêm trọng.

Ngoài ra, các hiệu ứng nhiệt trong quá trình đùn có thể gây quá nhiệt cho cấu trúc vi mô của vật liệu, làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng. Do đó, việc chọn các tham số đùn hợp lý là rất quan trọng. Dựa trên kinh nghiệm phát triển trước đây, các phôi được làm nóng đến 950 độ và tỷ lệ đùn là 3 Tắt10 và tốc độ đùn là 50 50120120\/s đã được áp dụng để giảm thiểu hiệu ứng nhiệt và đảm bảo chất lượng bề mặt và tính chất cơ học tốt. Biểu đồ biến dạng đùn được thể hiện trong Hình 1 và ống đùn cuối cùng được hiển thị trong Hình 2.

2. Kết quả và thảo luận

2.1 Độ chính xác bề mặt và chiều

Chất lượng bề mặt của đường ống đùn là tốt, và sự thẳng thắn là thỏa đáng. Sau khi gia công, kích thước đáp ứng các thông số kỹ thuật thiết kế.

2.2 cấu trúc vi mô

Đùn được thực hiện ở 40 độ50 độ dưới điểm chuyển pha trong khu vực +. Bằng cách kiểm soát tốc độ biến dạng và ngăn chặn sự gia tăng nhiệt độ quá mức trong quá trình biến dạng, một cấu trúc xử lý pha điển hình + điển hình đã đạt được. Cấu trúc vi mô cho thấy các hạt kéo dài và nén được định hướng dọc theo hướng của lực.

2.3 Tính chất cơ học

Tính chất cơ học ở nhiệt độ phòng đã được thử nghiệm trên các mẫu vật từ các đường ống được loại trừ và sau khi ủ làm mát không khí ở 750 độ trong 1 giờ. Kết quả cho thấy sự phù hợp tốt của tất cả các thông số cơ học, đáp ứng các yêu cầu thiết kế và ứng dụng.

3. Kết luận

Quá trình đùn nóng, khi kết hợp với các thông số quy trình thích hợp, đã tạo ra các ống hợp kim TITANIUM TC4 với cấu trúc vi mô và tính chất cơ học tuyệt vời.

Các đường ống đáp ứng tất cả các thông số kỹ thuật thiết kế và phù hợp để sử dụng trong các đường ống vận chuyển dầu khí ngầm.