CN104561620A - 一种钛合金的制备方法及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛合金的制备方法，包括以下：将单质Y、Y2O3或单质Y和Y2O3的混合物加入到海绵钛中混合，在真空熔炼炉中熔炼铸成钛锭；所述Y元素和海绵钛的质量比为0.04～4.0：1。采用该方法制备的钛合金用于制备钛板材时，钛板材的组织更加均匀、晶粒细化，材料表现出良好的尺寸加工性能和结构稳定性能。
Description
技术领域
本发明属于金属钛材冶炼技术领域，具体涉及一种钛合金的制备方法及其用途。
背景技术
随着我国电解铜箔产业的迅速发展，生产铜箔的关键设备——阴极辊的需求量也在逐年大幅度增长，特别是电解效率高的大规模钛阴极辊的需求量也在逐年攀升。阴极辊被称为电解铜箔之母，原因在于铜箔是阴极辊表面晶体的延续，是阴极辊表面的镜像，阴极辊表面的晶粒细小，铜箔结晶就细致，反之，铜箔结晶就粗大。所以要求辊面的晶粒微观几何形状一致，大小均匀，排列一致。同时，阴极辊常年浸泡在硫酸铜溶液中，且要定期清除铜箔剥离后的残存物及研磨等检修工作，所以阴极辊表面应具有组织细腻，晶粒度等级高、高抗塑变能力，高硬度，优良的耐磨性等优点，阴极辊整个部件要有很好的旋转精度、尺寸精度和稳定性，以及长的接触疲劳寿命和良好的机械加工性能等。国产的传统工业纯钛TA1由于具备良好的加工性能和耐蚀性能被广泛应用于钛阴极辊的制造中，但其在应用过程中也存在一些缺点：
1、传统用于制造阴极辊的国产8-12mm厚热轧钛板，普遍存在晶粒度粗大的，几何形状大小不一致的问题，造成铜箔毛面的粗糙面凹凸不平非常不均匀。
2、在电解制造铜箔的过程中，阴极辊一直浸泡在硫酸铜溶液中，表面一直受到电化学腐蚀，尤其是槽液温度偏高，电流密度偏大，工艺酸度偏高，铜离子循环量不足时，阴极辊表面加速腐蚀。在这种复杂环境中长时间服役，阴极辊表面腐蚀层增厚到一定程度时，必须得维修甚至更换。
3、工业纯钛TA1虽然有较好的耐腐蚀性和加工性能，但是硬度及刚度都相对较差，定期清除阴极辊表面的残存物、腐蚀层及研磨工序等后处理工作都要求阴极辊表面材质必须具有高抗塑变能力，高硬度，优良的耐磨性等优点，在实际生产中，此类缺点也有显现。
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，提供一种钛合金的制备方法，该方法使钛合金的组织更加均匀、细化，材料表现出良好的尺寸加工性能和结构稳定性能，且不增加生产成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种钛合金的制备方法，包括以下：将单质Y、Y2O3或单质Y和Y2O3的混合物加入到海绵钛中混合，在真空熔炼炉中熔炼铸成钛锭；所述Y元素和海绵钛的质量比为0.04～4.0：1。
进一步地，Y元素和海绵钛的质量比为0.6～3.0：1。
进一步地，真空熔炼炉中的真空度不大于1.0*10-1Pa。
进一步地，钛锭在真空熔炼炉中三次熔炼而成。
进一步地，在熔炼铸成钛锭前，将单质Y、Y2O3或单质Y和Y2O3的混合物与海绵钛压制成电极，然后采用氩弧焊接的方式将多个电极连接成电极杆。
进一步地，还包括将所述铸锭进行粗开坯锻造，将所述铸锭加入到加热炉中，在炉温为900℃的条件下保温1h后，三墩三拔锻造处理，得粗处理的钛合金板坯。
进一步地，钛合金用于制备成钛合金板、钛合金棒、钛合金丝或钛合金管。
本发明还公开了钛合金的用途，该钛合金用于制备钛合金板，钛合金板采用如下制备：
步骤一、将粗处理的钛合金板坯放在轧机上，在温度为900℃～1000℃的条件下热轧，热轧后保持该温度80min～120min，得初处理的钛合金板坯；
步骤二、将步骤一中所得的处理的钛合金板坯由轧机在温度为450℃～600℃的条件下温轧，温轧后保持该温度30min～60min，空气冷却至室温，得再处理后的钛合金板坯；
步骤三、将步骤二中所得的再处理后的钛合金板坯在500～700℃的温度下保温0.5h～1h，然后采用600℃/30min的速率冷却，得到成品钛合金板。
进一步地，步骤二中的温轧温度为500℃～550℃。
进一步地，钛合金板用于制造阴极辊的外筒套。
本发明一种钛合金的制备方法及其用途，采用该方法制备的钛合金，1、该钛合金硬度高、抗拉强度高、延展性好、耐磨性好，使其成为制备阴极辊外筒套的材料。2、该钛合金具有优良的耐腐蚀性，适用于酸、碱等腐蚀较强的环境。3、稀土元素钇的加入，使合金的组织更加均匀、细化，材料表现出良好的尺寸加工性能和结构稳定性能。4、该钛合金无磁性，高速运行不产生离心力，保证阴极辊平稳运转。5、该钛合金中钇元素的引入并未增加材料制备成本，具有很高的性价比。
附图说明
图1是国产的钛板的金相图。
图2是本发明实施例1的钛合金制备的钛合金丝用于国产板材后的焊接区金相图。
图3是本发明实施例2中的钛合金制备的钛合金板材的金相图。
图4是本发明实施例3中的钛合金制备的钛合金板材的金相图。
图5是本发明实施例5中的钛合金制备的钛合金板材的金相图。
图6是本发明实施例7中的钛合金制备的钛合金板材的金相图。
图7是本发明实施例8中的钛合金制备的钛合金板材的金相图。
图8是本发明实施例6中的钛合金制备的钛合金板材的金相图。
具体实施方式
实施例1
将Y2O3加入到海绵钛中混合，压制成电极，然后采用氩弧焊接的方式将其连接成电极杆，在真空熔炼炉中熔炼铸成钛锭；Y元素和海绵钛的质量比为0.8：1，熔炼的温度值高于上述所用物质的最高的熔点值。真空熔炼炉中的真空度为1.0*10-1Pa，钛锭在真空熔炼炉中三次熔炼而成。将钛锭进行粗开坯锻造，将所述钛锭置于加热炉中，在温度为900℃的条件下保持1h后，三墩三拔锻造处理，得粗处理的钛合金板坯。真空熔炼炉中的温度高于所选用的物质的熔点，根据所选择的真空熔炼炉，确定电流及其他参数值。
根据实际使用需要，钛合金用于制备成钛合金板、钛合金棒、钛合金丝或钛合金管。将制备的钛合金多次拉拔处理，得到所需要的钛合金丝。将钛合金丝用于焊接钛合金板。如图2所示，将该钛合金丝用于焊接国产板材焊接区的金相图，焊接区的晶粒粗，晶粒度等级低。
实施例2
将Y2O3加入到海绵钛中混合，压制成电极杆，然后采用氩弧焊接的方式将其连接成电极杆，在真空熔炼炉中熔炼成铸锭；Y元素和海绵钛的质量比为2.6：1，熔炼的温度值高于上述所用物质的最高的熔点值。真空熔炼炉中的真空度为0.8*10-1Pa。铸锭在真空熔炼炉中三次熔炼而成。将所述铸锭进行粗开坯锻造，将所述铸锭置于加热炉中，在温度为900℃的条件下保持1h后，三墩三拔锻造处理，得钛合金板坯。真空熔炼炉中的温度高于所选用的物质的熔点，根据所选择的真空熔炼炉，确定电流及其他参数值。
钛合金用于制备成钛合金板、钛合金棒、钛合金丝或钛合金管。
当钛合金板用于制备成钛合金板时采用如下步骤制备：
步骤一、将所述钛合金板坯放在轧机上，在温度为930℃的条件下热轧，热轧后保持该温度90min，得初处理的钛合金板坯；
步骤二、将步骤一中所得的处理的钛合金板坯由轧机在温度为500℃的条件下温轧，温轧后保持该温度50min，空气冷却至室温，得再处理后的钛合金板坯；
步骤三、将步骤二中所得的再处理后的钛合金板坯在550℃的温度下保温0.5h，然后采用600℃/30min的速率冷却，得到钛合金板。钛合金板用于制造阴极辊的外筒套。
本实施例中，轧机优选为两辊或者四辊。温轧是指在一定的温度条件下压轧。
实施例3
将Y2O3加入到海绵钛中混合，压制成电极极，然后采用氩弧焊接的方式将其连接成电极杆，在真空熔炼炉中熔炼铸成钛锭；Y元素和海绵钛的质量比为3：1，熔炼的温度值为所选物质的最高的熔点值。真空熔炼炉中的真空度为1.0*10-1Pa。铸锭在真空熔炼炉中三次熔炼而成。将所述铸锭进行粗开坯锻造，将所述铸锭置于加热炉中，在温度为950℃的条件下保持1h后，三墩三拔锻造处理，得粗处理的钛合金板坯。真空熔炼炉中的温度高于所选用的物质的熔点，根据所选择的真空熔炼炉，确定电流及其他参数值。
钛合金用于制备成钛合金板、钛合金棒、钛合金丝或钛合金管。
当钛合金板用于制备成钛合金板时采用如下步骤制备：
步骤一、将所述钛合金板坯放在轧机上，在温度为900℃的条件下热轧，热轧后保持该温度120min，得初处理的钛合金板坯；
步骤二、将步骤一中所得的处理的钛合金板坯由轧机在温度为600℃的条件下温轧，温轧后保持该温度30min，空气冷却至室温，得再处理后的钛合金板坯；
步骤三、将步骤二中所得的再处理后的钛合金板坯在650℃的温度下保温0.5h，然后采用600℃/30min的速率冷却，得到钛合金板。钛合金板用于制造阴极辊的外筒套。
本实施例中，轧机优选为两辊或者四辊。温轧是指在一定的温度条件下压轧。
实施例4
将Y加入到海绵钛中混合，压制成电极，然后采用氩弧焊接的方式将其连接成电极杆，在真空熔炼炉中熔炼铸成钛锭；Y元素和海绵钛的质量比为3.2：1，熔炼的温度值为所选物质的最高的熔点值。真空熔炼炉中的真空度为0.8*10-1Pa。铸锭在真空熔炼炉中三次熔炼而成。将钛锭进行粗开坯锻造，将所述铸锭置于加热炉中，在温度为900℃的条件下保持1h后，三墩三拔锻造处理，得粗处理的钛合金板坯。
钛合金用于制备成钛合金板、钛合金棒、钛合金丝或钛合金管。
当钛合金板用于制备成钛合金板时采用如下步骤制备：
步骤一、将所述钛合金板坯放在轧机上，在温度为1000℃的条件下热轧，热轧后保持该温度80min，得初处理的钛合金板坯；
步骤二、将步骤一中所得的处理的钛合金板坯由轧机在温度为450℃的条件下温轧，温轧后保持该温度60min，空气冷却至室温，得再处理后的钛合金板坯；
步骤三、将步骤二中所得的再处理后的钛合金板坯在650℃的温度下保温1h，然后采用600℃/30min的速率冷却，得到钛合金板。钛合金板用于制造阴极辊的外筒套。
本实施例中，轧机优选为两辊或者四辊。温轧是指在一定的温度条件下压轧。
实施例5
将Y加入到海绵钛中混合，压制成电极，然后采用氩弧焊接的方式将其连接成电极杆，在真空熔炼炉中熔炼铸成钛锭；Y元素和海绵钛的质量比为1.2：1，熔炼的温度值为所选物质的最高的熔点值。真空熔炼炉中的真空度为1.0*10-1Pa。铸锭在真空熔炼炉中三次熔炼而成。将钛锭进行粗开坯锻造，将所述钛锭置于加热炉中，在温度为900℃的条件下保持1h后，三墩三拔锻造处理，得粗处理的钛合金板坯。
钛合金用于制备成钛合金板、钛合金棒、钛合金丝或钛合金管。
当钛合金板用于制备成钛合金板时采用如下步骤制备：
步骤一、将所述粗处理的钛合金板坯放在轧机上，在温度为930℃的条件下热轧，热轧后保持该温度90min，得初处理的钛合金板坯；
步骤二、将步骤一中所得的处理的钛合金板坯由轧机在温度为500℃的条件下温轧，温轧后保持该温度50min，空气冷却至室温，得再处理后的钛合金板坯；
步骤三、将步骤二中所得的再处理后的钛合金板坯在600℃的温度下保温0.5h，然后采用600℃/30min的速率冷却，得到钛合金板。钛合金板用于制造阴极辊的外筒套。
本实施例中，轧机优选为两辊或者四辊。温轧是指在一定的温度条件下压轧。
实施例6
将Y和Y2O3的混合物加入到海绵钛中混合，压制成电极，然后采用氩弧焊接的方式将其连接成电极杆，在真空熔炼炉中熔炼铸成钛锭；Y元素和海绵钛的质量比为4：1，熔炼的温度值为所选物质的最高的熔点值。真空熔炼炉中的真空度为0.5*10-1Pa。铸锭在真空熔炼炉中三次熔炼而成。将所述铸锭进行开坯锻造，将所述铸锭置于加热炉中，在温度为900℃的条件下保持1h后，三墩三拔锻造处理，得钛合金板坯。
钛合金用于制备成钛合金板、钛合金棒、钛合金丝或钛合金管，且钛合金板用于制造阴极辊的外筒套。
当钛合金板用于制备成钛合金板时采用如下步骤制备：
步骤一、将所述钛合金板坯放在轧机上，在温度为960℃的条件下热轧，热轧后保持该温度110min，得初处理的钛合金板坯；
步骤二、将步骤一中所得的处理的钛合金板坯由轧机在温度为450℃的条件下温轧，温轧后保持该温度40min，空气冷却至室温，得再处理后的钛合金板坯；
步骤三、将步骤二中所得的再处理后的钛合金板坯在700℃的温度下保温1h，然后采用600℃/30min的速率冷却，得到钛合金板。
本实施例中，轧机优选为两辊或者四辊。温轧是指在一定的温度条件下压轧。
实施例7
将Y和Y2O3的混合物加入到海绵钛中混合，压制成电极，然后采用氩弧焊接的方式将其连接成电极杆，在真空熔炼炉中熔炼铸成钛锭；Y元素和海绵钛的质量比为0.6：1，熔炼的温度值为所选物质的最高的熔点值。真空熔炼炉中的真空度为0.5*10-1Pa。铸锭在真空熔炼炉中三次熔炼而成。将所述铸锭进行开坯锻造，将所述铸锭置于加热炉中，在温度为900℃的条件下保持1h后，三墩三拔锻造处理，得钛合金板坯。
钛合金用于制备成钛合金板、钛合金棒、钛合金丝或钛合金管，且钛合金板用于制造阴极辊的外筒套。
当钛合金板用于制备成钛合金板时采用如下步骤制备：
步骤一、将所述钛合金板坯放在轧机上，在温度为1000℃的条件下热轧，热轧后保持该温度90min，得初处理的钛合金板坯；
步骤二、将步骤一中所得的处理的钛合金板坯由轧机在温度为650℃的条件下温轧，温轧后保持该温度40min，空气冷却至室温，得再处理后的钛合金板坯；
步骤三、将步骤二中所得的再处理后的钛合金板坯在600℃的温度下保温1h，然后采用600℃/30min的速率冷却，得到钛合金板。
本实施例中，轧机优选为两辊或者四辊。温轧是指在一定的温度条件下压轧。
实施例8
将Y2O3加入到海绵钛中混合，压制成电极，然后采用氩弧焊接的方式将其连接成电极杆，在真空熔炼炉中熔炼铸成钛锭；Y元素和海绵钛的质量比为1.8：1，熔炼的温度值为所选物质的最高的熔点值。真空熔炼炉中的真空度为0.5*10-1Pa。铸锭在真空熔炼炉中三次熔炼而成。将所述铸锭进行粗开坯锻造，将所述铸锭置于加热炉中，在温度为900℃的条件下保持1h后，三墩三拔锻造处理，得粗处理的钛合金板坯。
钛合金用于制备成钛合金板、钛合金棒、钛合金丝或钛合金管。
当钛合金板用于制备成钛合金板时采用如下步骤制备：
步骤一、将所述钛合金板坯放在轧机上，在温度为960℃的条件下热轧，热轧后保持该温度110min，得初处理的钛合金板坯；
步骤二、将步骤一中所得的处理的钛合金板坯由轧机在温度为550℃的条件下温轧，温轧后保持该温度35min，空气冷却至室温，得再处理后的钛合金板坯；
步骤三、将步骤二中所得的再处理后的钛合金板坯在500℃的温度下保温1h，然后采用600℃/30min的速率冷却，得到钛合金板。钛合金板用于制造阴极辊的外筒套。
本实施例中，轧机优选为两辊或者四辊。温轧是指在一定的温度条件下压轧。
实施例9
将Y和Y2O3的混合物加入到海绵钛中混合，压制成电极，然后采用氩弧焊接的方式将其连接成电极杆，在真空熔炼炉中熔炼铸成钛锭；Y元素和海绵钛的质量比为0.04：1，熔炼的温度值为所选物质的最高的熔点值。真空熔炼炉中的真空度为0.5*10-1Pa。铸锭在真空熔炼炉中三次熔炼而成。将钛锭进行粗开坯锻造，将所述铸锭置于加热炉中，在温度为900℃的条件下保持1h后，三墩三拔锻造处理，得钛合金板坯。
钛合金用于制备成钛合金板、钛合金棒、钛合金丝或钛合金管，且钛合金板用于制造阴极辊的外筒套。
当钛合金板用于制备成钛合金板时采用如下步骤制备：
步骤一、将所述钛合金板坯放在轧机上，在温度为960℃的条件下热轧，热轧后保持该温度110min，得初处理的钛合金板坯；
步骤二、将步骤一中所得的处理的钛合金板坯由轧机在温度为600℃的条件下温轧，温轧后保持该温度40min，空气冷却至室温，得再处理后的钛合金板坯；
步骤三、将步骤二中所得的再处理后的钛合金板坯在700℃的温度下放置1h，然后采用600℃/30min的速率冷却，得到钛合金板。且钛合金板用于制造阴极辊的外筒套。本实施例中，轧机优选为两辊或者四辊。温轧是指在一定的温度条件下压轧。
对上述各实施例制得的合金产品进行力学性能的测试，结果如表1所示：
表1钛合金固溶处理后的力学性能
上述力学性能均满足生产钛合金板材的要求，且各力学性能间达到了很好地平衡。板材的塑形提高，成型度好，易于加工，且不会产生裂纹。实施例2和实施例7中的钛合金中各参数配比最优。
对比例
选用的为国产的钛合金板材。如图1所示，国产的钛合金板材的晶粒粗大，晶粒度不高。
由本发明中的方法制备的钛合金制备的钛合金板，晶粒度明显细化。由图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8知，采用本发明中的钛合金，经过轧制制备的钛合金板材，均达到晶粒度在6级以上的国内的行业标准，且远高于6级，实施例2中制备的钛板材的晶粒度在7～8级，实施例7中制备的钛板材的晶粒度等级达到了8级左右。
Claims (10)
1.一种钛合金的制备方法，其特征在于，包括以下：将单质Y、Y2O3或单质Y和Y2O3的混合物加入到海绵钛中混合，在真空熔炼炉中熔炼铸成钛锭；所述Y元素和海绵钛的质量比为0.04～4.0：1。
2.按照权利要求1所述的一种钛合金的制备方法，其特征在于，所述Y元素和海绵钛的质量比为0.6～3.0：1。
3.按照权利要求2所述的一种钛合金的制备方法，其特征在于，所述真空熔炼炉中的真空度不大于1.0*10-1Pa。
4.按照权利要求1、2或3所述的一种钛合金的制备方法，其特征在于，所述钛锭在真空熔炼炉中三次熔炼而成。
5.按照权利要求4所述的一种钛合金的制备方法，其特征在于，在熔炼铸成钛锭前，将单质Y、Y2O3或单质Y和Y2O3的混合物与海绵钛压制成电极，然后采用氩弧焊接的方式将多个电极连接成电极杆。
6.按照权利要求5所述的一种钛合金的制备方法，其特征在于，还包括将所述铸锭进行粗开坯锻造，将所述铸锭加入到加热炉中，在炉温为900℃的条件下保温1h后，三墩三拔锻造处理，得粗处理的钛合金板坯。
7.一种按照权利要求1、2、3、4、5或6所述的方法制备的钛合金，其特征在于，所述钛合金用于制备成钛合金板、钛合金棒、钛合金丝或钛合金管。
8.一种按照权利要求1、2、3、4、5或6所述的方法制备的钛合金的用途，其特征在于，用于制备钛合金板，所述钛合金板采用如下制备：
步骤一、将粗处理的钛合金板坯放在轧机上，在温度为900℃～1000℃的条件下热轧，热轧后保持该温度80min～120min，得初处理的钛合金板坯；
步骤二、将步骤一中所得的处理的钛合金板坯由轧机在温度为450℃～600℃的条件下温轧，温轧后保持该温度30min～60min，空气冷却至室温，得再处理后的钛合金板坯；
步骤三、将步骤二中所得的再处理后的钛合金板坯在500℃～700℃的温度下保温0.5h～1h，然后采用600℃/30min的速率冷却，得到成品钛合金板。
9.按照权利要求8所述的钛合金的用途，其特征在于，所述步骤二中的温轧温度为500℃～550℃。
10.按照权利要求9所述的钛合金的用途，其特征在于，所述钛合金板用于制造阴极辊的外筒套。
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