CN103045906B - 一种高得料率低成本生产优质tc4合金热轧板工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种高得料率低成本生产优质TC4合金热轧板工艺方法，通过EB扁锭制备、修磨及热轧、大气退火、喷砂、酸洗、修磨及定尺得到退火态TC4热轧板；其中，将着色检验技术应用在开坯坯料表面检验及供一火轧制坯料表面质量检验上。本发明采用EB熔炼轧制坯料，原材料至板坯得料率提高至92%，原材料至成品得料率提高至69~73.6%，有效保证裂纹清除干净，达到后续轧制无修磨或少修磨目的，大大降低了修磨人工及物料成本；制备的板材抗拉强度为950~1100MPa，屈服强度为880~980MPa，延伸率在14~20%之间，满足GB/T3621-2007、GB/T14845-2007和ASTMB265-2006标准要求。

Description

一种高得料率低成本生产优质TC4合金热轧板工艺方法

技术领域

本发明涉及一种TC4合金热轧板加工技术，特别是一种高得料率低成本生产优质TC4合金热轧板工艺方法。

背景技术

TC4合金由于其优良的综合性能，在航空航天、舰船、卫生和体育等行业获得广泛应用，该合金产品占钛材总产量50%以上，但是由于其生产成本高，限制了其广泛应用，其中材料利用率低及热轧坯料或成品板修磨量大是造成其成本偏高的主要原因之一。一般TC4合金都要经过2次以上自耗熔炼炉熔炼制备铸锭，然后进行墩粗、拉拔制备满足热轧要求规格的坯料，而每次铸锭重熔及锻坯锻造，均需进行扒皮及修磨去除加工过程中表面氧化皮及裂纹，从原料到热轧坯料制备得料率仅80~84%，原材料至成品得料率仅为55~65%；另一方面，TC4热轧过程中容易产生裂纹，无论是热轧坯料还是成品板修磨量大，大大增加了生产成本，降低了生产效率。因此，有必要研究如何使用EB炉直接熔炼成分合格且尺寸满足热轧规格要求的板坯，不经锻造直接热轧，从而大大提高原材料的得料率，另一方面就是怎样通过优化生产流程及热轧工艺调整，使用普通热轧机就可生产出无裂纹或少裂纹板材，从而大大减少大模量，提高生产效率，降低生产成本。

发明内容

 本发明所要解决的技术问题是提供一种高得料率低成本生产优质TC4合金热轧板工艺方法，满足GB/T 3621-2007、GB/T 14845-2007和ASTM B265-2006标准要求。

为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的一种高得料率低成本生产优质TC4合金热轧板工艺方法，包括：

一、EB扁锭制备：

①选料：选择一级海绵钛、Al-V中间合金、高纯度Al作为炉料，并压制电极；

②熔炼：使用EB炉进行熔炼，熔炼电流8~10A，拉锭速度1300kg/h，得到尺寸规格为190×1280×5000~5400mm的EB锭TC4板坯，其化学成分满足GB/T 3620.1 2007关于TC4合金成分要求。

二、修磨及热轧：

①根据成品板厚度规格，选择3~4火次轧制目标厚度；

②供一火热轧坯料的修磨：用铣床去除铸锭毛坯表面3~5mm厚金属层，采用着色探伤技术检查表面裂纹，并进行局部修磨直至裂纹清除干净；

③一火轧制：坯料装炉前涂覆钛合金抗氧化热轧保护涂料KBC-12，装炉温度700~1000℃，加热温度为1000~1100℃，加热时间以1.6±0.2min/mm计算，一火道次变形率在5~30%之间，一火总变形率为68~85%，得到厚度为20~50mm二火轧制坯料；

④供二火轧制坯料修磨：两面全扒皮，并进行着色探伤及局部修磨直至一火板材裂纹彻底清除干净；

⑤二火轧制：装炉温度600~900℃，坯料加热温度为920~980℃，加热保温时间以1.3±0.15min/mm计算，二火道次变形率在4~20%之间；

⑥供三火热轧坯料修磨：两侧60~120mm进行扒皮，并修磨去除中间部位裂纹、压坑等缺陷；

⑦三火轧制：装炉温度700~960℃，坯料加热温度900~960℃，加热保温时间以1.2±0.1min/mm计算，成品板轧制道次变形率在4~19%之间。对于6mm及以上厚度规格板，三火直接轧制成品厚度规格，要求控制终轧温度＞750℃；

⑧供四火热轧坯料修磨： 坯料喷砂、酸洗后，修磨去除表面缺陷；表面缺陷有局部裂纹等；

⑨四火轧制：坯料加热工艺及轧制工艺参照三火轧制工艺参数进行。

三、大气退火：退火温度740~850℃，退火保温时间30~60min。

四、喷砂、酸洗、修磨及定尺：通过喷砂及酸洗去除退火板材表面氧化皮，随后修磨定尺即可得到不同尺寸规格的退火态TC4热轧板。

本发明涉及EB熔炼、热轧及着色检验技术，工艺路线新颖，产品性能优良。一、成品得料率高、纯度高。本发明以海绵钛、Al-V合金及高纯Al使用EB熔炼炉直接熔铸出适合热轧机轧制尺寸的方坯，方坯扒皮量少，且无需锻造，直接进行热轧，避免了因多火次锻造扒皮而产生的材料浪费，从而提高了材料得料率，原材料板坯得料率可由传统制备方法80~84%提高至92%，原材料成品得料率由原来55~65%提高至69~73.6%，且电子束(EB)炉熔炼铸锭可有效去除夹杂，提高坯料纯度；二、成品修磨量少。成品板表面裂纹是TC4合金热轧板主要问题之一，本发明将着色检验技术应用在开坯坯料表面检验及供一火轧制坯料表面质量检验上，从而保证每次轧制前裂纹得到有效清除，这样最终轧制成品表面无裂纹或少裂纹，从而有效改善了成品板表面质量并降低修磨量。三、生产成本低。由于成品得料率提高，成品修磨量少，生产成本得到降低。四、工艺易于实现，可大批量生产。使用现有EB炉及1450四辊热轧机即可批量化作业生产热轧板。五、性能优良。使用此工艺方法及技术制备的板材抗拉强度为950~1100MPa，屈服强度为880~980MPa，延伸率在14~20%之间，上述技术指标均能满足GB/T 3621-2007、GB/T 14845-2007和ASTM B265-2006标准要求。

这些技术方案中涉及的EB或者EB炉，指的是电子束以及电子束熔炼炉。

通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：本发明采用EB熔炼、热轧及着色检验技术，工艺路线新颖，产品性能优良。通过采用EB熔炼轧制坯料，原材料至板坯得料率提高至92%，原材料至成品得料率提高至69~73.6%，同时在一火轧制修磨后采用着色检验技术，可有效保证裂纹清除干净，达到后续轧制无修磨或少修磨目的，大大降低了修磨人工及物料成本。使用此工艺方法及技术制备的板材抗拉强度为950~1100MPa，屈服强度为880~980MPa，延伸率在14~20%之间，上述技术指标均能满足GB/T 3621-2007、GB/T 14845-2007和ASTM B265-2006标准要求。

附图说明

图1是14mm厚TC4成品板金相组织图。

图2是4mm厚TC4成品板金相组织图。

具体实施方式

下面结合附图对本专利进一步解释说明。但本专利的保护范围不限于具体的实施方式。

按以下工艺路线及工艺参数进行TC4板材生产：

一、EB扁锭制备。

①选料：选择一级海绵钛、Al-V中间合金、高纯度Al作为炉料，并压制电极；

②熔炼：使用EB炉进行熔炼，熔炼电流8~10A，拉锭速度1300kg/h，得到规格为190×1280×5200mm、化学成分满足GB/T3620.1要求的TC4 合金EB锭。

二、修磨及热轧。

1、14mm厚度规格TC4板材修磨及热轧。

①根据成品板厚度规格， 3火次轧制目标厚度；

②供一火热轧坯料的修磨：用铣床去除铸锭毛坯表面5mm厚金属层，采用着色探伤技术检查表面裂纹，并进行局部修磨直至裂纹清除干净；

③一火轧制：坯料装炉前涂覆钛合金抗氧化热轧保护涂料KBC-12，装炉温度800℃，加热温度为1060℃，加热时间以1.6mm/min±3min计算；经8道次一火轧至目标厚度50mm，每道次变形率在5~22%之间，一火总变形率为73.68%；

④供二火轧制坯料修磨：两面全扒皮，并进行着色探伤及局部修磨直至一火板材裂纹彻底清除干净；

⑤二火轧制：装炉温度850℃，坯料加热温度为980℃，加热保温时间以1.3mm/min计算；经4道次二火轧至目标厚度28mm，道次变形率在4~20%之间；

⑥供三火热轧坯料修磨：两侧60~120mm范围内进行扒皮，并修磨去除中间部位裂纹、压坑等缺陷；

⑦成品轧制：装炉温度900℃，坯料加热温度960℃，加热保温时间以1.2mm/min计算；经6道次三火轧至14mm成品规格，每道次变形率在4~19%之间，终轧温度≥780℃。

2、4mm厚度规格TC4板材修磨及热轧。

①根据成品板厚度规格，4火次轧制目标厚度；

②供一火热轧坯料的修磨：用铣床去除铸锭毛坯表面5mm厚金属层，采用着色探伤技术检查表面裂纹，并进行局部修磨直至裂纹清除干净；

③一火轧制：坯料装炉前涂覆钛合金抗氧化热轧保护涂料KBC-12，装炉温度800℃，加热温度为1060℃，加热时间以1.6mm/min±3min计算；经8道次一火轧至目标厚度50mm，每道次变形率在5~22%之间，一火总变形率为73.68%。

④供二火轧制坯料修磨：两面全扒皮，并进行着色探伤及局部修磨直至一火板材裂纹彻底清除干净；

⑤二火轧制：装炉温度850℃，坯料加热温度为980℃，加热保温时间以1.3mm/min计算；经8道次二火轧至目标厚度16mm，道次变形率在4~20%之间；

⑥供三火热轧坯料修磨：两侧60~120mm范围内进行扒皮，并修磨去除中间部位裂纹、压坑等缺陷；

⑦三火轧制：装炉温度900℃，坯料加热温度960℃，加热保温时间以1.2mm/min计算；经四道次三火轧至目标厚度8mm，每道次变形率在4~18%之间，终轧温度≥760℃；

⑧供四火热轧坯料修磨： 坯料喷砂、酸洗后，修磨去除局部裂纹等缺陷；

⑨四火轧制：装炉温度900℃，坯料加热温度960℃，加热保温时间以1.2mm/min计算；经6道次三火轧至成4mm成品厚度规格，每道次变形率在4~18%之间。

三、大气退火。

根据材料成分、板材厚度及成品轧制火次总变形量值，其中14mm厚度规格板材在800℃进行退火，退火保温时间45min；4mm厚度规格板材在780℃进行退火，退火保温时间30min。

四、喷砂、酸洗、修磨及定尺。

通过喷砂及酸洗去除退火板材表面氧化皮，随后修磨定尺即可得到不同尺寸规格的退火态TC4热轧板。 

实施例1 

采用上述工艺方法制备的14×1000×1600mm规格TC4板材，成品轧制后无裂纹；原材料板坯得料率达到92%，原材料成品得料率达到72%。成品板材组织较为均匀，由等轴状α+片状α及晶间β组成，晶粒度12.5级；成品板屈服强度905 MPa、抗拉强度940MPa、延伸率16%，优于TC4板材国标及美标相关标准。其金相组织如图1所示。

实施例2

采用上述工艺方法制备的4×1000×2000mm规格TC4板材，成品轧制后无裂纹；原材料板坯得料率达到92%，原材料成品得料率达到70%。成品板材组织均匀，由初生等轴和拉长α+次生片状α+晶间β组成，晶粒度12级；成品板屈服强度945 MPa、抗拉强度990MPa、延伸率19.5%，优于TC4板材国标及美标相关标准。其金相组织如图2所示。

对比例1

采用自耗熔炼炉熔炼和锻造工艺制备轧制TC4板坯，轧程间半成品不采用着色探伤方法检测裂纹生产14×1000×1600mm规格TC4板材，成品轧制后表面均存在裂纹需要修磨；原材料板坯得料率达到82%，原材料成品得料率达到59.04%，成品得料率较本工艺方法低，成本高。成品板屈服强度975 MPa、抗拉强度990MPa、延伸率12.5%，延伸率低于本加工工艺方法。 

对比例2

采用自耗熔炼炉熔炼和锻造工艺制备轧制TC4板坯，轧程间半成品不采用着色探伤方法检测裂纹生产4×1000×2000mm规格TC4板材，成品轧制后表面均存在裂纹需要修磨，部分裂纹深度超差报废；原材料至板坯得料率83%，原材料至成品得料率58.1%，成品得料率较本工艺方法低，成本高。成品板屈服强度965 MPa、抗拉强度980MPa、延伸率14.5%，延伸率低于本加工工艺方法。

Claims (1)

1.一种高得料率低成本生产优质TC4合金热轧板工艺方法，其特征是包括如下工艺过程：

一、EB扁锭制备：

①选料：选择一级海绵钛、Al-V中间合金、高纯度Al作为炉料，并压制电极；

②熔炼：使用EB炉进行熔炼，熔炼电流8~10A，拉锭速度1300kg/h，得到尺寸规格为190×1280×5000~5400mm的EB锭TC4板坯，其化学成分满足GB/T 3620.1 2007关于TC4合金成分要求；

二、修磨及热轧：

①根据成品板厚度规格，选择3~4火次轧制目标厚度；

②供一火热轧坯料的修磨：用铣床去除铸锭毛坯表面3~5mm厚金属层，采用着色探伤技术检查表面裂纹，并进行局部修磨直至裂纹清除干净；

③一火轧制：坯料装炉前涂覆钛合金抗氧化热轧保护涂料KBC-12，装炉温度700~1000℃，加热温度为1000~1100℃，加热时间以1.6±0.2min/mm计算，一火道次变形率在5~30%之间，一火总变形率为68~85%，得到厚度为20~50mm二火轧制坯料；

④供二火轧制坯料修磨：两面全扒皮，并进行着色探伤及局部修磨直至一火板材裂纹彻底清除干净；

⑤二火轧制：装炉温度600~900℃，坯料加热温度为920~980℃，加热保温时间以1.3±0.15min/mm计算，二火道次变形率在4~20%之间；

⑥供三火热轧坯料修磨：两侧60~120mm进行扒皮，并修磨去除中间部位裂纹、压坑缺陷；

⑦三火轧制：装炉温度700~960℃，坯料加热温度900~960℃，加热保温时间以1.2±0.1min/mm计算，成品板轧制道次变形率在4~19%之间；对于6mm及以上厚度规格板，三火直接轧制成品厚度规格；控制终轧温度＞750℃；

⑧供四火热轧坯料修磨： 坯料喷砂、酸洗后，修磨去除表面缺陷；

⑨四火轧制：坯料加热工艺及轧制工艺参照三火轧制工艺参数进行；

三、大气退火：退火温度740~850℃，退火保温时间30~60min；

四、喷砂、酸洗、修磨及定尺：通过喷砂及酸洗去除退火板材表面氧化皮，随后修磨定尺即可得到不同尺寸规格的退火态TC4热轧板。