Microstructura și proprietățile conductelor din aliaj TC4 pentru inginerie marină

Rezumat:
Pentru a îndeplini cerințele operaționale ale transportului de petrol și gaze de mare adâncime și a cablurilor de comunicare submarină în inginerie marină, a fost efectuată o producție de încercare pe conductele de aliaj de titan TC4 extrudate cu dimensiuni tipice de φ140 × 4 (grosimea peretelui) × 4000 mm. Scopul a fost de a înțelege relația dintre microstructura, proprietățile și tehnicile de procesare ale conductelor și oferirea de asistență tehnică pentru producerea de conducte de aliaj de titan de dimensiuni mari utilizate în aplicațiile de inginerie cu mare adâncime.

Introducere

Secolul 21 marchează o eră a dezvoltării durabile a economiei marine, resursele oceanice fiind o componentă crucială a creșterii economice. Oceanele vaste sunt bogate în resurse naturale, cum ar fi petrol și gaze, minerale metalice, energie geotermală și organisme marine. Extracția și transportul energiei de petrol, gaze și geotermale offshore, precum și depunerea cablurilor de comunicare submarină, au pus cerințe mai mari pentru dezvoltarea echipamentelor de mare adâncime.

Aliajele de titan sunt materialele preferate pentru echipamentele de mare adâncime datorită densității scăzute, rezistenței specifice ridicate și rezistenței excelente la coroziune în apa de mare.

Odată cu ritmul accelerat de foraj cu petrol și gaze, există o cerere din ce în ce mai mare de conducte de aliaj cu un diametru mare cu diametru. Aceste conducte sunt utilizate în principal în puțurile de petrol, puțurile geotermale și conductele de gaze naturale. În Statele Unite, conductele de aliaj TC4 cu specificații de φ (48–610) × 26 × 2600 mm au fost utilizate pentru aplicații de foraj geotermale și offshore. RMI, o companie americană, a produs ultra-lung Ti -3 al -2. Pipe din aliaj 5V (φ650 × (22–25) × 35000 mm) pentru extracția de ulei submarin. În Norvegia, conductele de aliaj TC4ELI (φ600 × 25 × 15000 mm) sunt utilizate pentru creșterea pe platformele de foraj din Marea Nordului. Compania VSMPO din Rusia produce aliaje care conțin paladiu și rutenium, precum și ti -6 al -4 V conducte de aliaj pentru extracția de petrol.

Tc4 (ti -6 al -4 v) Aliaj de titan are proprietăți cuprinzătoare excelente, cu o bună plasticitate și superplasticitate a procesului, ceea ce îl face potrivit pentru diverse procese de formare a presiunii. Este utilizat pe scară largă în industria aerospațială și aviație pentru piese care operează sub 400 de grade și reprezintă mai mult de 50% din utilizarea totală a aliajului de titan. Țevile cu aliaj cu diametru mare sunt de obicei produse folosind extrudarea la cald-o tehnologie matură care se bazează pe disponibilitatea preselor mari de extrudare.

În acest studiu, a fost realizată producția de încercare a conductelor de aliaj de titan TC4 extrudat cu dimensiuni φ140 × 4 × 4000 mm pentru a explora relația dintre microstructura, proprietățile mecanice și parametrii de procesare, punând la sol pentru producția industrială a conductelor mari de aliaj de titan pentru aplicații în adâncime.

1. Metoda experimentală

1.1 Plan experimental

Testul a utilizat lingouri de aliaj TC4 Titanium produse de Baoji Titanium Industry Co., Ltd. prin remelling cu arc consumabil cu vid dublu. Lingele au fost falsificate de mai multe ori în regiunile și + fază pentru a produce φ270 mm bare de bară, care a fost apoi prelucrată în facturi de extrudare. S-a aplicat un strat de protecție cu tesa dublă pe billete pentru protecția și lubrifierea suprafeței.

Extruziunea a fost efectuată folosind o presă de extrudare orizontală 3150- ton în regiunea + fază. Tuburile extrudate au fost îndreptate online, iar stratul de oxid a fost îndepărtat prin spălarea alcalin-acidă. Suprafețele interioare și exterioare au fost apoi prelucrate pentru a obține conducta TC4 finisată cu dimensiuni φ140 × 4 mm. Compoziția chimică a lingourilor respectă standardele GB\/T 3620.

1.2 Formarea extrudării

Datorită conductivității termice slabe a aliajelor de titan, pot apărea gradienți semnificativi de temperatură între suprafața biletului și miezul în timpul extrudării, ceea ce duce la un flux de metal neuniform și la stres suplimentar de tracțiune la suprafață. Acest lucru poate provoca fisurarea suprafeței și chiar golurile centrale în tije sau tuburi în condiții severe.

În plus, efectele termice în timpul extrudării pot provoca supraîncălzirea microstructurii materialului, compromitând calitatea produsului final. Prin urmare, selectarea parametrilor de extrudare rezonabili este crucială. Pe baza experienței anterioare de dezvoltare, Billetele au fost încălzite până la 950 de grade, iar un raport de extrudare de 3-10 și viteze de extrudare de 50-120 mm\/s au fost adoptate pentru a minimiza efectele termice și pentru a asigura o calitate bună a suprafeței și proprietăți mecanice. Schema de deformare a extrudării este prezentată în figura 1, iar țeava extrudată finală este prezentată în figura 2.

2. Rezultate și discuții

2.1 Precizie de suprafață și dimensională

Calitatea suprafeței conductei extrudate a fost bună, iar dreptatea a fost satisfăcătoare. După prelucrare, dimensiunile au îndeplinit specificațiile de proiectare.

2.2 Microstructura

Extruziunea a fost efectuată la 40-50 grade sub punctul de tranziție în fază în regiunea +. Prin controlul ratei de deformare și prevenirea creșterii excesive a temperaturii în timpul deformării, a fost obținută o structură tipică + fază procesată. Microstructura a prezentat cereale alungite și comprimate orientate de -a lungul direcției forței.

2.3 Proprietăți mecanice

Proprietățile mecanice ale temperaturii camerei au fost testate pe epruvete din conducte energetice și după recoacerea răcirii aerului la 750 de grade timp de 1 oră. Rezultatele au arătat o potrivire bună a tuturor parametrilor mecanici, care îndeplinesc cerințele de proiectare și aplicație.

3. Concluzie

Procesul de extrudare la cald, atunci când este combinat cu parametrii de proces adecvați, a produs conducte de aliaj TC4 titan cu microstructura excelentă și proprietăți mecanice.

Țevile îndeplinesc toate specificațiile de proiectare și sunt potrivite pentru utilizare în conductele de transport submarin și gaze.