โครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติของท่อโลหะผสม TC4 Titanium สำหรับวิศวกรรมทางทะเล

May 21, 2025

เชิงนามธรรม:
เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดการปฏิบัติงานของการขนส่งน้ำมันและก๊าซในทะเลลึกและสายเคเบิลการสื่อสารใต้น้ำในวิศวกรรมทางทะเลการผลิตทดลองได้ดำเนินการบนท่อโลหะผสมไทเทเนียม TC4 ที่มีขนาดทั่วไปของφ140× 4 (ความหนาของผนัง) × 4000 มม. จุดมุ่งหมายคือการเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างจุลภาคคุณสมบัติและเทคนิคการประมวลผลของท่อและเพื่อให้การสนับสนุนทางเทคนิคสำหรับการผลิตท่อโลหะผสมไทเทเนียมขนาดใหญ่ที่ใช้ในการใช้งานด้านวิศวกรรมทะเลลึก

การแนะนำ

ศตวรรษที่ 21 นับเป็นยุคของการพัฒนาอย่างยั่งยืนของเศรษฐกิจทางทะเลโดยมีทรัพยากรมหาสมุทรเป็นองค์ประกอบสำคัญของการเติบโตทางเศรษฐกิจ มหาสมุทรที่กว้างใหญ่นั้นอุดมไปด้วยทรัพยากรธรรมชาติเช่นน้ำมันและก๊าซแร่ธาตุโลหะพลังงานความร้อนใต้พิภพและสิ่งมีชีวิตทางทะเล การสกัดและการขนส่งของน้ำมันนอกชายฝั่งก๊าซและพลังงานความร้อนใต้พิภพเช่นเดียวกับการวางสายการสื่อสารใต้น้ำได้ทำให้ความต้องการที่สูงขึ้นในการพัฒนาอุปกรณ์ทะเลลึก

โลหะผสมไทเทเนียมเป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับอุปกรณ์ทะเลลึกเนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำความแข็งแรงเฉพาะสูงและความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมในน้ำทะเล

ด้วยความเร็วเร่งของการขุดเจาะน้ำมันและก๊าซทำให้มีความต้องการเพิ่มขึ้นสำหรับท่อโลหะผสมไทเทเนียมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ ท่อเหล่านี้ส่วนใหญ่จะใช้ในบ่อน้ำมันบ่อความร้อนใต้พิภพและท่อก๊าซธรรมชาติ ในสหรัฐอเมริกาท่อโลหะผสม TC4 ที่มีข้อมูลจำเพาะของφ (48–610) × 26 × 2600 มม. ถูกนำมาใช้สำหรับการใช้งานการขุดเจาะความร้อนใต้พิภพและนอกชายฝั่ง RMI ซึ่งเป็น บริษัท ในสหรัฐอเมริกาได้ผลิต Ti -3 al -2. 5v ท่อโลหะผสม (φ650× (22–25) × 35000 มม.) สำหรับการสกัดน้ำมันใต้ทะเล ในนอร์เวย์ท่อโลหะผสม TC4ELI (φ600× 25 × 15000 มม.) ใช้สำหรับการเพิ่มขึ้นบนแพลตฟอร์มการขุดเจาะทะเลเหนือ บริษัท VSMPO ของรัสเซียผลิตอัลลอยด์แพลเลเดียมและรูทีเนียมรวมถึง ti -6 al -4 v ท่อโลหะผสมสำหรับการสกัดน้ำมัน

TC4 (ti -6 al -4 v) โลหะผสมไทเทเนียมมีคุณสมบัติที่ครอบคลุมที่ยอดเยี่ยมพร้อมกับกระบวนการพลาสติกที่ดีและความพิเศษทำให้เหมาะสำหรับกระบวนการสร้างแรงดันต่างๆ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและการบินสำหรับชิ้นส่วนที่ทำงานต่ำกว่า 400 องศาและคิดเป็นมากกว่า 50% ของการใช้โลหะผสมไทเทเนียมทั้งหมด โดยทั่วไปแล้วท่ออัลลอยไทเทเนียมเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่มักผลิตโดยใช้เทคโนโลยีการอัดขึ้นรูปแบบร้อน-A ซึ่งขึ้นอยู่กับความพร้อมใช้งานของเครื่องอัดรีดขนาดใหญ่

ในการศึกษานี้การผลิตการทดลองใช้ท่อโลหะผสมไทเทเนียม TC4 ที่มีขนาดφ140× 4 × 4000 มม. ได้ดำเนินการเพื่อสำรวจความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างจุลภาคคุณสมบัติเชิงกลและพารามิเตอร์การประมวลผล

titanium tube

1. วิธีการทดลอง

1.1 แผนการทดลอง

การทดสอบใช้แท่งโลหะผสมไทเทเนียม TC4 ที่ผลิตโดย บริษัท Baoji Titanium Industry Co. , Ltd. ผ่านการดูดกลับมาเป็นสองเท่า Ingots ถูกสร้างขึ้นมาหลายครั้งในภูมิภาคและ + + เพื่อผลิตสต็อกบาร์φ270 mM ซึ่งถูกกลึงเป็นบิลเล็ตอัดรีด ชั้นป้องกันสองชั้นถูกนำไปใช้กับบิลเล็ตเพื่อป้องกันพื้นผิวและการหล่อลื่น

การอัดขึ้นรูปได้ดำเนินการโดยใช้ 3150- การอัดรีดแบบแนวนอนตันในภูมิภาค + เฟส หลอดที่ถูกขยายออกไปทางออนไลน์และชั้นออกไซด์จะถูกลบออกผ่านการล้างกรดอัลคาลิ- จากนั้นพื้นผิวด้านในและด้านนอกจะถูกตัดเฉือนเพื่อให้ได้ท่อ TC4 ที่เสร็จแล้วด้วยขนาดφ140× 4 มม. องค์ประกอบทางเคมีของ Ingots เป็นไปตามมาตรฐาน GB/T 3620

1.2 การขึ้นรูปแบบอัดรีด

เนื่องจากค่าการนำความร้อนที่ไม่ดีของโลหะผสมไทเทเนียมการไล่ระดับสีอุณหภูมิที่สำคัญสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างพื้นผิวบิลเล็ตและแกนกลางในระหว่างการอัดขึ้นรูปนำไปสู่การไหลของโลหะที่ไม่สม่ำเสมอและความเครียดแรงดึงเพิ่มเติมบนพื้นผิว สิ่งนี้สามารถทำให้เกิดการแตกร้าวของพื้นผิวและแม้กระทั่งช่องว่างกลางในแท่งหรือท่อภายใต้สภาวะที่รุนแรง

นอกจากนี้ผลกระทบทางความร้อนในระหว่างการอัดขึ้นรูปอาจทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปของโครงสร้างจุลภาคของวัสดุซึ่งลดคุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ดังนั้นการเลือกพารามิเตอร์การอัดขึ้นรูปที่เหมาะสมจึงเป็นสิ่งสำคัญ จากประสบการณ์การพัฒนาก่อนหน้านี้บิลเล็ตได้รับความร้อนถึง 950 องศาและอัตราส่วนการอัดรีดของ 3-10 และความเร็วในการอัดรีดที่ 50–120 มม./วินาทีถูกนำมาใช้เพื่อลดผลกระทบความร้อนและให้แน่ใจว่าคุณภาพพื้นผิวที่ดีและคุณสมบัติเชิงกล ไดอะแกรมการเปลี่ยนรูปแบบการอัดขึ้นรูปแสดงในรูปที่ 1 และท่ออัดสุดท้ายจะแสดงในรูปที่ 2

2. ผลลัพธ์และการอภิปราย

2.1 ความแม่นยำของพื้นผิวและมิติ

คุณภาพพื้นผิวของท่ออัดรีดนั้นดีและความตรงก็เป็นที่น่าพอใจ หลังจากการตัดเฉือนมิติจะตรงกับข้อกำหนดการออกแบบ

2.2 โครงสร้างจุลภาค

การอัดขึ้นรูปได้ดำเนินการที่ 40–50 องศาต่ำกว่าจุดเปลี่ยนเฟสในภูมิภาค + โดยการควบคุมอัตราการเสียรูปและป้องกันการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่มากเกินไปในระหว่างการเสียรูปโครงสร้างการประมวลผลแบบ + เฟสโดยทั่วไป โครงสร้างจุลภาคแสดงให้เห็นว่าธัญพืชยาวและถูกบีบอัดนั้นมุ่งเน้นไปตามทิศทางของแรง

2.3 คุณสมบัติเชิงกล

คุณสมบัติทางกลของอุณหภูมิห้องได้รับการทดสอบในตัวอย่างจากท่อที่เอื้อต่อการดูดซับและหลังจากการอบด้วยอากาศเย็นที่ 750 องศาเป็นเวลา 1 ชั่วโมง ผลการวิจัยพบว่าการจับคู่ที่ดีของพารามิเตอร์เชิงกลทั้งหมดตรงตามข้อกำหนดการออกแบบและแอปพลิเคชัน