《锻造钛合金无缝管》行业标准解读

1)发达国家将TC4、TC4ELI钛合金管材广泛应用于船舶与海洋工程装备中，提高装备安全、可靠性，减小设备质量，降低设备破损和维修次数，极大延长了使用寿命。

2)TC4、TC4ELI钛合金管材，不但能在较低温度下使用，还可以在350度的温度下保持其机械性能，该钛合金容易热处理，缺口敏感性低，而且容易进行焊接，对大多数化学介质有耐腐蚀性。

3)在海洋装备上主要应用在舱体、筒体、管路等部件上，由于在海洋中舱体、筒体、管路要耐受海水的压力，海洋冲刷力大，钛合金焊接管，经过试验焊缝的力学性能与基体能耐相差0.95，焊缝的腐蚀性较基体差，所以要求使用无缝管材，壁度要求高，要求TC4、TC4ELI管材组织均匀。

4)TC4、TC4ELI钛合金无缝管优秀的抗腐蚀性能，高的屈强比，广泛应用在石油装备、海洋装备的重要配套部件，对石油装备的使用寿命和经济指标有重要的意义，可大幅度降低成本。

目前国内外径大于140mm TC4钛合金无缝管市场上很难见到，主要原因是TC4、TC4ELI室温强度高，屈服强度大，冷变形难度大。目前生产钛合金管材有以下几种方法：

(1)传统钻镗孔、挤压工艺：钻镗孔加工是直接利用钛合金棒材经钻镗加工，无需加热工序及压延成型，材料利用率极低，一般不足40%;大规格产品加热挤压，管材组织控制难度大，组织不均匀，加工余量大，综合成本很高。

(2)传统穿孔(曼式)+冷轧工艺：冷轧工序繁多，生产效率极低，需要进行多道次轧制，道次变形小，道次间退火能耗高，且酸洗污染环境。该工艺只适合轧制纯钛和变形抗力低的合金管材，该工艺成材率在75%左右。只能生产低合金化钛合金。

国内部分企业依靠核心技术和先进的设备GFM径锻机，采用斜轧穿孔制管坯，提高材料利用率;通过在相变点以下加热，穿芯棒管材圆周4个方向同时受力锻打变形，道次变形量可以达到45%，总变形量达到65%，突破了高强钛合金TC4(TC4LIE)管材制造技术难题，组织充分细化，加工余量小，独创了海水管路系统用大口径钛合金管材制造技术集成。填补了我国锻造生产石油用钛合金无缝管制造工艺的空白。工作模拟图见图1。

3.管材应用案例见图2，锻造钛合金无缝管见图3

2020年11月30日，工业和信息化部办公厅下达了制定《锻造钛合金无缝管》行业标准的任务，计划编号为：2020-1201T-YS，完成年限为2022年，技术归口单位为全国有色金属标准化技术委员会。

1.1 召开标准进度汇报及进度协调会

2021年4月21-22日,由中国有色金属标准委员会组织，在贵阳召开了行业标准《锻造钛合金无缝管》任务落实会议，确定项目起草单位为：宝鸡拓普达钛业有限公司、西北机电工程研究所、江南工业集团有限公司、宁夏中色金航钛业有限公司和新疆湘润新材料科技有限公司。随后组织成立编制组，按照编制任务要求，编制小组展开调研、收集数据、试验总结工作，并负责编制征求意见稿(Ⅰ)及编制说明。

2021年6月24-26日，由中国有色金属标准计量质量研究所主持，在新疆伊宁市召开了有色金属材料标准工作会。与会专家对标准认真、仔细的讨论，本标准组成员依据会上专家的意见和建议对讨论稿进行整理和修改后，于2021年7月形成了标准征求意见稿及编制说明。

1.2 征求意见阶段

本标准编制组将征求意见稿发送至国核宝钛锆业股份有限公司 、西安允信新材料科技有限公司、西部超导材料科技股份有限公司、金堆城钼业股份有限公司、陕西茂松新材料科技有限公司、有色金属技术经济研究院、宝鸡赛孚石油机械有限公司、西部金属材料股份有限公司等十一家单位，十一家单位中有生产单位，应用单位，意见征求广泛，其中复函的11家，有意见9家，没有意见2家。本标准编制组通过直接采纳其9条修改建议或意见后形成征求意见表，情况详见《标准征求意见汇总处理表》，通过充分征求意见，形成征求意见稿。

2021年10月27日，由全国有色金属标准化技术委员会主持，在江苏常州市召开了有色金属材料标准工作会，对宝鸡拓普达钛业有限公司编制的《锻造钛合金无缝管材》进行了讨论，共有12个单位的28名代表参加会议。与会的专家和代表通过认真的审查和广泛、充分的讨论与交流，对标准征求意见稿提出了以下修改意见和建议。

2022年3月，本标准编制组依据各单位提出的意见和建议，继续对征求意见稿进行了修改和完善，形成了标准送审稿及其编制说明，并提交标委会对标准送审稿进行审查。

锻造钛合金无缝管根据应用需求仅包括TC4、TC4EL钛合金牌号。

TC4、TC4EL成分与国家标准GB/T 3620.1《钛及钛合金牌号和化学成分》规定保持一致。

依据生产设备的生产规格能力，市场对TC4、TC4ELI钛合金管材期望需求，海洋压力对装备的影响，管材壁厚最小10mm，由于设备能力的影响最大壁厚规定40mm，外径尺寸根据用户的需求和设备的生产能力制定，制定管材范围见表1。

管材外径尺寸及壁厚尺寸允许偏差根据加工设备和用户的应用规定，交货尺寸允许变差满足表2的规定。

3.5.1  室温力学性能

力学性能指标(见表3)是依据多年提供客户装备使用的TC4、 TC4ELI钛合金管材数据和生产设备的能力制定。取样位置在任意管材端头。

管材横向端面上的低倍组织上不允许有裂纹、折叠、气孔、偏析、缩尾、金属或非金属夹杂及其他目视可见的冶金缺陷。

两相组织区应无完整的原始β晶界。在转变的β基体上的等轴α组织，或等轴α和拉长α组织，以及部分破碎和扭曲的晶界α及片状α都是可接受的组织。

管材应按GB/T 5193 的规定进行超声检验时，其验收级别按合同中规定执行。

管材表面允许存在不大于外径允许偏差之半的轻微划伤、压痕、麻点和皱褶等缺陷。合同要求车光管材，表面粗糙度的Ra值应小于3.2μm。

3.10.1  外径尺寸、壁厚尺寸、长度尺寸用相应精度的量具进行测量;

3.10.2  平直度检测是将管材放到平台上，用塞尺测量平直度。

2018年、2019年、2020年，锻造生产的部分钛合金管材力学性能见下表4，数据分析见5。

在对2019年至2020年提供用户管材性能统计 该性能指标是经过大批量生产检验和应用验证，管材的室温力学性能指标科学、合理，可完全满足市场的应用需求，冲击吸收能量KV2指标调整范围不大，根据其他生产厂家实际情况，将指标定为26J，以促进行业的技术水平提升。由表4和表5的数据分析，标准中规定的力学性能科学合理，生产厂家调整大;同时产品的高、低倍组织，无损检测性能，完全满足标准规定;管材性能指标多次验证，满足用户要求。

YS/T1143-2016《石油天然气用钛及钛合金管材》行业标准内没有TC4ELI管材室温力学性能规定，只有TC4管材室温力学性能，生产规格在Φ50mm-Φ200mm×(8-30)×≤2500mm;本规范的力学性能指标是参考按GB/T1143-2016标准，根据用户多年应用需求TC4与TCELI管材力学性能数据采集整理汇总制定。

在对2019年至2020年提供用户管材性能统计后发现，要求对管材化学成分100%，做冲击功性能的占5%。该性能指标也经过大批量生产检验和应用验证，管材的室温力学性能指标科学、合理，可完全满足市场的应用需求，冲击功指标定的偏高,通过优化的工艺保证指标达标，管材的室温力学性能在任意端头处取样，性能应符合表6的规定。

根据2021年统计全国31家钛企业生产厂家，钛材生产总量中海洋工程领域应用约占8%，与2018年4%比较，增长了近4%;近三年来海洋用钛加工材的应用量增速在129%。TC4和TC4ELI钛合金无缝管作为海水管路、国内舰船装备、石油钻井装备接油管等材料，随着海洋装备改造升级，以及石油工业的不断发展，需求量将会大幅提高。

本标准中规定的技术要求科学合理，真实可靠的反映了锻造钛合金无缝管生产应用的实际现状，对进一步推广锻造钛合金无缝管产品的市场应用和促进质量水平的稳定提高起到关键作用。

本标准制定科学合理，应用性强。与客户沟通满意度高，与其他生产厂家沟通可以指导生产，做到了标准规范生产过程，指导检验、验收等规范性文件,标准达到国内先进水平。