CN102921731A - 一种钛合金薄板的温轧加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钛合金薄板的温轧加工方法，包括以下步骤：一、将一定厚度的钛合金板材加热至300℃～400℃；二、将轧机的轧辊预热至30℃～60℃，对加热后的钛合金板材进行1～3个轧程的温轧，得到轧制板坯；三、依次进行成品退火、酸洗和定尺剪切，得到厚度为1.2mm～3mm的钛合金薄板。本发明将钛合金板材在再结晶温度以下的温度范围内加热后送入预热的轧机中进行温轧；相较于冷轧加工工艺，本发明能够减缓钛合金的硬化速率，提高轧程累计变形率，减少中间热处理次数，缩短制作周期，提高作业效率，同时还可有效防止边裂、头尾掉渣及微裂纹的产生，提高表面质量；本发明易于控制，操作简单方便，适于大规模工业化生产。

Description

一种钛合金薄板的温轧加工方法

技术领域

本发明属于钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种钛合金薄板的温轧加工方法。

背景技术

钛及钛合金具有较高的比强度、良好的耐蚀性和生物相容性，因而广泛的应用于航空航天、海洋、造船、汽车、石油化工和生物工程等领域。随着航空、航天及船舶等工业技术的发展，对钛合金薄板的需求日益增加，同时也对钛合金薄板的尺寸精度、表面质量、板形以及组织性能提出了更高的要求。由于钛合金变形抗力大，轧制时加工硬化快，需经过多次中间热处理后方可进行再次冷轧，轧制周期长，生产效率低。而且在冷轧制时易出现边裂、头尾掉渣及表面微裂纹的现象，使板材表面出现凹坑、夹渣等缺陷，严重影响成品的表面质量，同时成材率也大大降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种钛合金薄板的温轧加工方法。该方法首先将钛合金板材在再结晶温度以下，温度为300℃～400℃的范围内加热，然后送入预热后的轧机中进行温轧，由于钛合金加热后变形抗力下降，在轧制过程中可加大道次变形量，促进晶粒破碎形成细小晶粒，提高钛合金板的组织均匀性；此外，相较于冷轧加工工艺，温轧加工工艺使钛合金的硬化速率变慢，因此可提高轧程累计变形率，减少中间退火处理次数，缩短生产周期，提高生产效率，节约生产成本；该方法易于控制，操作简单方便，适于大规模工业化生产。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种钛合金薄板的温轧加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将厚度为3.5mm～6mm的钛合金板材置于加热炉中加热，加热温度为300℃～400℃，加热时间T满足：（H+5）≤T≤（H+10），其中H为所述钛合金板材的厚度值，H的单位为mm，T的单位为min；

步骤二、将轧机的轧辊预热至温度为30℃～60℃，然后将步骤一中加热后的钛合金板材移至预热后的轧机中进行1～3个轧程的温轧，得到厚度为1.2mm～3mm的轧制板坯；温轧过程中每个轧程温轧的累计变形率均不大于50%，并且相邻轧程之间均对温轧后的钛合金板材依次进行中间退火处理和加热处理；所述加热处理的温度为300℃～400℃，加热处理的时间T′满足：（H′+5）≤T′≤（H′+10），其中H′为温轧后钛合金板材的厚度值，H′的单位为mm，T′的单位为min；

步骤三、将步骤二中所述轧制板坯依次进行成品退火、酸洗和定尺剪切，得到厚度为1.2mm～3mm的钛合金薄板。

上述的一种钛合金薄板的温轧加工方法，其特征在于，步骤一中所述钛合金板材的钛合金牌号为TC1、TC2、TC4或TA15。

上述的一种钛合金薄板的温轧加工方法，其特征在于，步骤一中所述钛合金板材为退火态钛合金板材。

上述的一种钛合金薄板的温轧加工方法，其特征在于，步骤二中所述中间退火处理的温度为700℃～800℃，中间退火处理的时间为0.5h～1h，中间退火处理的真空度不大于1×10^-2Pa。

上述的一种钛合金薄板的温轧加工方法，其特征在于，步骤二中每个轧程的温轧均为单向温轧。

上述的一种钛合金薄板的温轧加工方法，其特征在于，步骤二中所述温轧的道次变形量为0.05mm～0.35mm。

上述的一种钛合金薄板的温轧加工方法，其特征在于，步骤三中所述成品退火的温度为700℃～850℃，成品退火的时间为0.5h～1h，成品退火的真空度不大于1×10^-2Pa。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明对钛合金板材采用加热温轧的加工方式，由于加热后钛合金板材的塑性提高，轧制过程中可有效防止钛合金板材边裂、头尾掉渣及表面微裂纹的产生，使成材率提高了15%～20%，极大地改善了钛合金薄板的表面质量。

2、本发明将钛合金板材在再结晶温度以下，温度为300℃～400℃的范围内加热，然后送入预热后的轧机中进行温轧，由于钛合金加热后变形抗力下降，可加大道次变形量，促进晶粒破碎形成细小晶粒，提高钛合金的组织均匀性。

3、本发明对退火态钛合金板材采用温轧的方式，相较于冷轧，温轧加工硬化速率较慢，因此能够提高轧程累计变形率，减少中间退火处理次数，缩短生产周期，提高生产效率，节约生产成本。

4、本发明易于控制，操作简单方便，适于大规模工业化生产。

5、采用本发明制备的钛合金薄板的性能均满足国家军用标准GJB2505A-2008和国家标准GB/T3621-2007的标准技术要求。

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式

实施例1

本实施例的钛合金薄板的温轧加工方法包括以下步骤：

步骤一、将厚度为4mm的退火态TC4钛合金板材置于加热炉中加热，加热温度为380℃，加热时间为14min；

步骤二、将轧机的轧辊预热至温度为50℃，然后将步骤一中加热后的TC4钛合金板材移至预热后的轧机中进行2个轧程的单向温轧，具体过程为：先将加热后的TC4钛合金板材进行第一个轧程的温轧，将板材厚度由4mm轧制至2.2mm，道次变形量分别为：0.3mm，0.3mm，0.25mm，0.25mm，0.2mm，0.15mm，0.15mm，0.1mm，0.05mm、0.05mm，累计变形率为45%，再对轧制后的TC4钛合金板材进行中间退火处理和再次加热，所述中间退火处理的温度为780℃，中间退火处理的时间为0.5h，中间退火处理的真空度不大于1×10^-2Pa；所述再次加热的温度为380℃，再次加热的时间为12.2min；然后进行第二个轧程的温轧，将TC4钛合金板材的厚度由2.2mm轧制至1.5mm，道次变形量分别为：0.20mm，0.15mm，0.15mm，0.1mm、0.05mm、0.05mm，累计变形率为31.8%，得到厚度为1.5mm的轧制板坯；

步骤三、将步骤二中所述轧制板坯依次进行成品退火、酸洗和定尺剪切，得到厚度为1.5mm的TC4钛合金薄板；所述成品退火的温度为800℃，成品退火的时间为1h，成品退火的真空度不大于1×10^-2Pa。

本实施例对TC4钛合金板材采用加热温轧的方式，由于加热后钛合金的塑性提高，轧制过程中可有效防止钛合金板材边裂、头尾掉渣及表面微裂纹的产生，使成材率提高了20%，极大地改善了TC4钛合金薄板的表面质量。采用本实施例制备的TC4钛合金薄板的性能均满足国家军用标准GJB2505A-2008和国家标准GB/T3621-2007的标准技术要求。

实施例2

本实施例的钛合金薄板的温轧加工方法包括以下步骤：

步骤一、将厚度为5mm的退火态TA15钛合金板材置于加热炉中加热，加热温度为400℃，加热时间为10min；

步骤二、将轧机的轧辊预热至温度为60℃，然后将步骤一中加热后的TA15钛合金板材移至预热后的轧机中进行2个轧程的单向温轧，具体过程为：先将加热后的TA15钛合金板材进行第一个轧程的温轧，使TA15钛合金板材的厚度由5mm轧制至2.9mm，道次变形量分别为：0.25mm，0.25mm，0.25mm，0.2mm，0.2mm，0.2mm，0.15mm，0.15mm，0.15mm，0.1mm，0.1mm，0.05mm，0.05mm，累计变形率为42%，再对轧制后的TA15钛合金板材进行中间退火处理和再次加热，所述中间退火处理的温度为780℃，中间退火处理的时间为0.5h，中间退火处理的真空度不大于1×10^-2Pa；所述再次加热的温度为400℃，再次加热的时间为8min；然后进行第二个轧程的温轧，将TA15钛合金板材的厚度由2.9mm轧制至2mm，道次变形量分别为：0.2mm，0.15mm，0.15mm，0.1mm，0.1mm，0.1mm，0.05mm，0.05mm，累计变形率为31%，得到厚度为2mm的轧制板坯；

步骤三、将步骤二中所述轧制板坯依次进行成品退火、酸洗和定尺剪切，得到厚度为2mm的TA15钛合金薄板；所述成品退火的温度为850℃，成品退火的时间为0.5h，成品退火的真空度不大于1×10^-2Pa。

本实施例对TA15钛合金板材采用加热温轧的方式，由于加热后钛合金的塑性提高，轧制过程中可有效防止钛合金板材边裂、头尾掉渣及表面微裂纹的产生，使成材率提高了20%，极大地改善了TA15钛合金薄板的表面质量。采用本实施例制备的TA15钛合金薄板的性能均满足国家军用标准GJB2505A-2008和国家标准GB/T3621-2007的标准技术要求。

实施例3

本实施例的钛合金薄板的温轧加工方法包括以下步骤：

步骤一、将厚度为4.5mm的退火态TC2钛合金板材置于加热炉中加热，加热温度为350℃，加热时间为12min；

步骤二、将轧机的轧辊预热至温度为30℃，然后将步骤一中加热后的TC2钛合金板材移至预热后的轧机中进行3个轧程的单向温轧，具体过程为：先将加热后的TC2钛合金板材进行第一个轧程的温轧，将TC2钛合金板材的厚度由4.5mm轧制至2.3mm，道次变形量分别为：0.3mm，0.3mm，0.25mm，0.25mm，0.2mm，0.2mm，0.15mm，0.15mm，0.1mm，0.1mm，0.1mm，0.05mm，0.05mm，累计变形率为48.9%；再对轧制后的TC2钛合金板材进行一次中间退火处理和再次加热，所述一次中间退火处理的温度为700℃，一次中间退火处理的时间为1h，一次中间退火处理的真空度不大于1×10^-2Pa；所述再次加热的温度为350℃，再次加热的时间为12min；然后进行第二个轧程的温轧，将TC2钛合金板材的厚度由2.3mm轧制至1.5mm，道次变形量分别为：0.25mm，0.2mm，0.15mm，0.1mm，0.05mm，0.05mm，累计变形率为34.8%，再对轧制后的TC2钛合金板材进行二次中间退火处理和第三次加热，所述二次中间退火处理的温度为800℃，二次中间退火处理的时间为1h，二次中间退火处理的真空度不大于1×10^-2Pa；所述第三次加热的温度为350℃，第三次加热的时间为8min；最后进行第三个轧程的温轧，将TC2钛合金板材的厚度由1.5mm轧制至1.2mm，道次变形量分别为：0.1mm，0.1mm，0.05mm，0.05mm，累计变形率为20%；最终得到厚度为1.2mm的轧制板坯；

步骤三、将步骤二中所述轧制板坯依次进行成品退火、酸洗处理和定尺剪切处理，得到厚度为1.2mm的TC2钛合金薄板；所述成品退火的温度为780℃，成品退火的时间为1h，成品退火的真空度不大于1×10^-2Pa。

本实施例对TC2钛合金板材采用加热温轧的方式，由于加热后钛合金的塑性提高，轧制过程中可有效防止钛合金板材边裂、头尾掉渣及表面微裂纹的产生，使成材率提高了18%，极大地改善了TC2钛合金薄板的表面质量。采用本实施例制备的TC2钛合金薄板的性能均满足国家军用标准GJB2505A-2008和国家标准GB/T3621-2007的标准技术要求。

实施例4

本实施例的钛合金薄板的温轧加工方法包括以下步骤：

步骤一、将厚度为6mm的退火态TC1钛合金板材置于加热炉中加热，加热温度为300℃，加热时间为16min；

步骤二、将轧机的轧辊预热至温度为50℃，然后将步骤一中加热后的TC1钛合金板材移至预热后的轧机中进行1个轧程的单向温轧，道次变形量分别为：0.35mm，0.35mm，0.3mm，0.3mm，0.25mm，0.25mm，0.2mm，0.2mm，0.2mm，0.15mm，0.15mm，0.1mm，0.1mm，0.05mm，0.05mm，累计变形率为50%，得到厚度为3mm的轧制板坯；

步骤三、将步骤二中所述轧制板坯依次进行成品退火、酸洗和定尺剪切，得到厚度为3mm的TC1钛合金薄板；所述成品退火的温度为700℃，成品退火的时间为1h，成品退火的真空度不大于1×10^-2Pa。

本实施例对TC1钛合金板材采用加热温轧的方式，由于加热后钛合金的塑性提高，轧制过程中可有效防止钛合金板材边裂、头尾掉渣及表面微裂纹的产生，使成材率提高了15%，极大地改善了TC1钛合金薄板的表面质量。采用本实施例制备的TC1钛合金薄板的性能均满足国家军用标准GJB2505A-2008和国家标准GB/T3621-2007的标准技术要求。

实施例5

本实施例的钛合金薄板的温轧加工方法包括以下步骤：

步骤一、将厚度为3.5mm的退火态TC4钛合金板材置于加热炉中加热，加热温度为400℃，加热时间为10min；

步骤二、将轧机的轧辊预热至温度为50℃，然后将步骤一中加热后的TC4钛合金板材移至预热后的轧机中进行2个轧程的单向温轧，具体过程为：先将加热后的钛合金板材进行第一个轧程的温轧，将TC4钛合金板材的厚度由3.5mm轧制至1.8mm，道次变形量分别为：0.3mm，0.25mm，0.2mm，0.2mm，0.2mm，0.15mm，0.15mm，0.1mm，0.1mm，0.05mm，累计变形率为48.6%，再对轧制后的钛合金板材进行中间退火处理和再次加热，所述中间退火处理的温度为800℃，中间退火处理的时间为0.5h，中间退火处理的真空度不大于1×10^-2Pa；所述再次加热的温度为300℃，再次加热的时间为6.8min；然后将再次加热后的TC4钛合金板材进行第二个轧程的温轧，将TC4钛合金板材的厚度由1.8mm轧制至1.4mm，道次变形量分别为：0.15mm，0.1mm，0.1mm，0.05mm，累计变形率为22.2%，得到厚度为1.4mm的轧制板坯；

步骤三、将步骤二中所述轧制板坯依次进行成品退火、酸洗和定尺剪切，得到厚度为1.4mm的TC4钛合金薄板；所述成品退火的温度为850℃，成品退火的时间为0.5h，成品退火的真空度不大于1×10^-2Pa。

本实施例对TC4钛合金板材采用加热温轧的方式制备TC4钛合金薄板，由于加热后TC4钛合金的塑性提高，轧制过程中可有效防止TC4钛合金板材边裂、头尾掉渣及表面微裂纹的产生，使成材率提高了15%，极大地改善了TC4钛合金薄板的表面质量。采用本实施例制备的TC4钛合金薄板的性能均满足国家军用标准GJB2505A-2008和国家标准GB/T3621-2007的标准技术要求。

实施例6

本实施例的钛合金薄板的温轧加工方法包括以下步骤：

步骤一、将厚度为4.8mm的退火态TC2钛合金板材置于加热炉中加热，加热温度为380℃，加热时间为14min；

步骤二、将轧机的轧辊预热至温度为50℃，然后将步骤一中加热后的TC2钛合金板材移至预热后的轧机中进行2个轧程的单向温轧，具体过程为：先将加热后的TC2钛合金板材进行第一个轧程的温轧，将板材厚度由4.8mm轧制至2.4mm，道次变形量分别为：0.35mm，0.35mm，0.3mm，0.3mm，0.25mm，0.25mm，0.2mm，0.15mm，0.1mm，0.1mm，0.05mm，累计变形率为50%，再对轧制后的TC2钛合金板材进行中间退火处理和再次加热，所述中间退火处理的温度为750℃，中间退火处理的时间为0.5h，中间退火处理的真空度不大于1×10^-2Pa；所述再次加热的温度为350℃，再次加热的时间为7.4min；然后进行第二个轧程的温轧，将TC2钛合金板材的厚度由2.4mm轧制至1.2mm，道次变形量分别为：0.20mm，0.15mm，0.15mm，0.15mm，0.15mm，0.1mm，0.1mm，0.1mm，0.05mm，0.05mm，累计变形率为50%，得到厚度为1.2mm的轧制板坯；

步骤三、将步骤二中所述轧制板坯依次进行成品退火、酸洗和定尺剪切，得到厚度为1mm的TC2钛合金薄板；所述成品退火的温度为800℃，成品退火的时间为1h，成品退火的真空度不大于1×10^-2Pa。

本实施例对TC2钛合金板材采用加热温轧的方式，由于加热后钛合金的塑性提高，轧制过程中可有效防止钛合金板材边裂、头尾掉渣及表面微裂纹的产生，使成材率提高了20%，极大地改善了TC2钛合金薄板的表面质量。采用本实施例制备的TC2钛合金薄板的性能均满足国家军用标准GJB2505A-2008和国家标准GB/T3621-2007的标准技术要求。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种钛合金薄板的温轧加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将厚度为3.5mm～6mm的钛合金板材置于加热炉中加热，加热温度为300℃～400℃，加热时间T满足：（H+5）≤T≤（H+10），其中H为所述钛合金板材的厚度值，H的单位为mm，T的单位为min；

步骤二、将轧机的轧辊预热至温度为30℃～60℃，然后将步骤一中加热后的钛合金板材移至预热后的轧机中进行1～3个轧程的温轧，得到厚度为1.2mm～3mm的轧制板坯；每个轧程温轧的累计变形率均不大于50%，并且相邻轧程之间均对温轧后的钛合金板材依次进行中间退火处理和加热处理；所述加热处理的温度为300℃～400℃，加热处理的时间T′满足：（H′+5）≤T′≤（H′+10），其中H′为温轧后钛合金板材的厚度值，H′的单位为mm，T′的单位为min；

步骤三、将步骤二中所述轧制板坯依次进行成品退火、酸洗和定尺剪切，得到厚度为1.2mm～3mm的钛合金薄板。

2.根据权利要求1所述的一种钛合金薄板的温轧加工方法，其特征在于，步骤一中所述钛合金板材的钛合金牌号为TC1、TC2、TC4或TA15。

3.根据权利要求1所述的一种钛合金薄板的温轧加工方法，其特征在于，步骤一中所述钛合金板材为退火态钛合金板材。

4.根据权利要求1所述的一种钛合金薄板的温轧加工方法，其特征在于，步骤二中所述中间退火处理的温度为700℃～800℃，中间退火处理的时间为0.5h～1h，中间退火处理的真空度不大于1×10^-2Pa。

5.根据权利要求1所述的一种钛合金薄板的温轧加工方法，其特征在于，步骤二中每个轧程的温轧均为单向温轧。

6.根据权利要求1所述的一种钛合金薄板的温轧加工方法，其特征在于，步骤二中所述温轧的道次变形量为0.05mm～0.35mm。

7.根据权利要求1所述的一种钛合金薄板的温轧加工方法，其特征在于，步骤三中所述成品退火的温度为700℃～850℃，成品退火的时间为0.5h～1h，成品退火的真空度不大于1×10^-2Pa。