CN105728459A - 一种常规热连轧机组生产ta18钛合金带卷的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种常规热连轧机组生产TA18钛合金带卷的方法，将厚度为160?230mm、宽度为1000?1800mm的钛合金板坯装入温度为300?1000℃的步进炉内；钛合金板坯在300?600℃条件下保温100min；随后在850?1000℃加热炉中保温，总加热时间控制在400min内，开始粗轧，得到中间坯；将中间坯进行精轧得到精轧轧件，过程开轧温度为750?900℃，终轧温度为600?800℃；将精轧轧件经过卷取机进行卷取，得到钛合金带卷。整个工艺精简，批量温度偏差控制在±20℃以内，批量厚度偏差控制在±0.15mm以内，宽度偏差控制在0～20mm，单卷的横向厚度差控制在0.05mm以内，钛合金带卷的成品率达到95％，可实现钛合金带卷的大规模批量生产。

Description

一种常规热连轧机组生产TA18钛合金带卷的方法
技术领域
本发明涉及钛合金加工技术领域，具体涉及一种常规热连轧机组生产TA18钛合金带卷的方法。
背景技术
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。
钛合金(titanium alloys)是在利用钛的上述两种结构的不同特点基础上添加适当的合金元素而得到的，钛合金因其添加的合金元素不同而使其相变温度及相分含量均不相同。钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，因此，采用钛合金可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件，如汽车的发动机或者飞机的发动机构件、骨架、紧固件及起落架等。虽然现有技术中钛卷、镍卷等生产工艺已经比较成熟，详情如下：
申请号为201010539656.2的发明申请公开了一种普通热连轧机生产钛卷的方法，包括以下步骤：加热步骤，选取厚度为100～200mm、宽度为890-1125mm的钛坯进行加热，总加热时间控制在80～200min，其中均热段时间控制在30～60min，出炉温度控制在800～880℃；粗轧步骤，轧制2～6道次，粗轧过程关闭高压除鳞水，立辊侧压力P为0-10吨，精轧步骤采用4-7架精轧机，各机架间单位张力为2.5-12MPa，卷取温度为400-600℃。
申请号为200910229999.6的专利申请公开了采用常规热连轧组生产钛带的方法，将150～250mm厚度的钛板坯在步进梁式加热炉内加热至800-900℃，经过五道次粗轧和六机架连轧轧制成2.5～20mm的钛带，并通过卷取机卷取成带卷，终轧温度大于650℃，卷取温度大于550℃，卷重5～15吨。
轧制是利用两个相对辊之间的间隙使得厚板向宽度方向延伸，从而使得厚度变薄的过程。当轧件受到压下力度后，金属除了沿纵向延伸外，在横向也产生变形，引起的宽度变化叫做宽展。金属在轧制时宽展规律非常复杂，目前还没有一个准确计算宽展的理论公式，生产中只能使用经验公式和数据。因此，卷材宽度越大，其轧制难度越高。并且，带材越薄，轧制稳定性就会越差，带材变形较难均匀。现有技术中钛合金带卷生产技术不成熟，主要原因如下：(1)鉴于钛合金的导热系数小、弹性模量低、化学活性高以及塑性变形温度范围较窄，变形抗力对变形温度和变形速率很敏感，因此，大卷钛合金的轧制难度极大，具体是：在钛合金带卷生产过程中，道次压下率、轧制速度、轧制力等工艺参数的确定既要考虑轧制的工业生产要求，又要确保产品的组织性能和尺寸精度，是非常难确定并且标准化的；(2)两种不同的金属材料(如纯钛和钛合金比较，钛合金的强度更高，塑性差，钛合金加工难度更大)、两种存在差异的工艺过程必定会引起加工过程中的金属内部形态、内部结构变化和流动产生巨大差异，从而影响到轧制产品的质量，因此，现有技术中比较成熟的钛卷、镍卷、不锈钢带等的轧制工艺参数均不能直接应用于钛合金带卷的制备过程，使得钛合金带卷的使用受到了很大的限制。
综上所述，行业内急需一种适合钛合金带卷生产工艺以解决现有技术的不足。
发明内容
本发明目的在于提供一种常规热连轧机组生产TA18钛合金带卷的方法，以在更大厚度、更大宽度的钛合金带卷上实现工业生产。
一种常规热连轧机组生产TA18钛合金带卷的方法，包括装料步骤、粗轧步骤、精轧步骤以及卷带步骤；
所述装料步骤具体是：将厚度为160-230mm、宽度为1000-1800mm的钛合金板坯装入温度为300-600℃的步进炉预热段内保温100min，随后将板坯送入步进炉加热、保温段，炉温控制在850-1000℃，总加热、保温时间不超过400min；
所述粗轧步骤具体是：将步进炉内的温度为850-1050℃的板坯进行出炉操作，开始粗轧，得到中间坯；
所述精轧步骤具体是：将中间坯进行精轧得到精轧轧件，所述精轧过程的入口温度为750-900℃，终轧温度为600-800℃；
所述卷带步骤具体是：将精轧轧件经过冷却后在卷取机进行卷取，得到钛合金带卷。
优选的，所述粗轧步骤中轧制速度为1-6m/s，所述精轧步骤中轧制速度小于等于12m/min。
优选的，所述粗轧步骤包括五个道次的轧制，其中：
第一道次的压下率为15-22％，轧制速度为1-3m/s，轧制力为15000-35000kN；
第二道次的压下率为18-26％，轧制速度为1-3m/s，轧制力为14000-32000kN；
第三道次的压下率为20-35％，轧制速度为2-4m/s，轧制力为13500-30000kN；
第四道次的压下率为30-40％，轧制速度为3-6m/s，轧制力为13000-30000kN；
第五道次的压下率为30-40％，轧制速度为3-6m/s，轧制力为12000-28000kN。
优选的，所述精轧步骤采用七个机架进行连轧，其中：
第一机架的压下率为20-40％，轧制力为25000-35000kN，轧制速度为0.8-1.5m/min；
第二机架的压下率为20-40％，轧制力为25000-35000kN，轧制速度为1.2-1.8m/min；
第三机架的压下率为25-30％，轧制力为18000-30000kN，轧制速度为1.6-3.5m/min；
第四机架的压下率≤20％，轧制力为15000-25000kN，轧制速度为2.6-5.5m/min；
第五机架的压下率≤20％，轧制力为12000-20000kN，轧制速度为3.2-8m/min；
第六机架的压下率≤20％，轧制力为10000-18000kN，轧制速度为3.5-10m/min；
第七机架的压下率≤20％，轧制力为8000-15000kN，轧制速度为4-12m/min。
优选的，所述卷带步骤中卷取过程的温度为500-700℃。。
卷材宽度越大，带材越薄，轧制稳定性就会越差，带材变形较难均匀，其轧制难度越高。本申请厚度160-230mm、宽度1000-1800mm的钛合金板坯轧制难度尤其大。
TA18钛合金是一种进α型钛合金，名义成分为Ti-3Al-2.5V，密度为4.47g/cm3，室温弹性模量118～123Gpa，相变点：925℃，硬度15～17HRC，最高工作温度约为315℃。在室温和高温下其强度比纯钛高出20％-50％，强度不及TC4合金高，焊接性能和冷成形性能优于TC4合金。与纯钛卷、钢、铜等其他材质相比较，钛合金具有加工变形抗力大、常温塑性差、屈服极限和强度极限比值高、回弹大、对缺口敏感以及变形过程易与模具粘结的特点，因此，钛合金的塑性加工更困难。
本发明采用现有的热连轧机组，发明一种TA18钛合金带卷的制备工艺，合理控温、合理分配轧制过程的压下率、轧制力以及轧制速度，使得整个工艺过程的批量温度偏差控制在±20℃以内，批量厚度偏差控制在±0.15mm以内，宽度偏差控制在0～20mm，单卷的横向厚度差控制在0.05mm以内，合金带卷的成品率达到95％，缩短工艺流程和生产周期，产能可达到60t/h，能够实现TA18钛合金带卷大批量连续生产，节约能源。整个带卷采用同一工艺进行生产，工艺过程稳定，产品质量指标稳定性好。
其中，在300-600℃保温时间从现有的30-60min延长至100min，在较低的温度下延长预热时间有利于控制加热速度，并且，延长保温时间利于控制加热的均匀性；因合金比纯钛更难变形，所以TA18钛合金板坯温度均匀性要求也更高；
相比现有技术，将粗轧温度从现有技术的800-900℃提高至850-1050℃，降低轧制抗力。因为每个合金的相变点和合适的轧制温度都不一样，在综合考虑本申请TA18钛合金带卷板坯加热均匀、相变、轧制抗力小以及设备能力等因素后，选择更高的粗轧温度可降低轧制抗力。
并且，能够在现有金属加工设备上进行加工，无需进行设备改造，技术推广难度低。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1：
一种TA18钛合金带卷的生产方法，包括预处理步骤、装料步骤、高压水除磷步骤、粗轧步骤、高压水除磷步骤、精轧步骤以及卷带步骤，具体如下：
所述预处理步骤，具体是：将钛合金板坯进行表面检查，确保钛合金板坯的表面无深度超过3mm的凹坑以及无金属或非金属异物压入，若表面有脏污或异物压入，则采用砂轮机将钛合金板坯的表面进行打磨，除去表面脏污或异物后用砂纸对钛合金板坯的表面进行抛光；
所述装料步骤具体是：将厚度为160mm、宽度为1000mm的钛合金板坯装入温度为300℃的步进炉预热段内保温100min，随后将板坯送入步进炉加热、保温段，炉温控制在1000℃左右，总加热、保温时间不超过400min。
所述粗轧步骤具体是：将步进炉内的温度为850℃的板坯进行出炉操作，开始粗轧，得到中间坯。粗轧包括五个道次的轧制，精轧过程包括七个机架进行连轧，开轧温度为750℃，终轧温度为600℃，其中各道次的厚度、压下率、带材速度和轧制力请见下表1所示。
表1实施例1中粗轧、精轧各道次的厚度、压下率、带材速度和轧制力表
上述单道次压下率的计算公式为：压下率＝(本道次入口厚度-本道次出口厚度)/本道次入口厚度。
上述总道次压下率的计算公式为：压下率＝(第一道次入口厚度-本道次出口厚度)/第一道次入口厚度。
然后将精轧轧件的温度通过自然降温方式或人工降温方式冷却至550℃；再将精轧轧件经过冷却后在卷取机进行卷取，得到钛合金带卷。
在粗轧和精轧之前，均包括高压水除磷步骤，其具体是：利用高压水打击在高温的钛合金板坯表面上，高压水在钛合金板坯上急剧冷却，氧化铁皮与钛合金板坯产生温差，使表面的氧化铁皮龟裂的机械脱磷；高压水产生的冲击力铲除钛合金板坯表面的氧化铁皮。
表2为实施例2-4使用的初始板坯规格、初始参数表，表3-表5分别为实施例2-4中粗轧、精轧各道次的厚度、压下率、带材速度和轧制力数据统计，且实施例2-4的其他工艺同实施例1。
表2实施例2-4的初始板坯规格及初始参数数据统计表
参数\实施例 实施例2 实施例3 实施例4
板坯厚度/mm 180 200 230
板坯宽度/mm 1200 1500 1700
步进炉温度/℃ 580 900 1000
钛合金板坯预热温度/℃ 450 500 600
钛合金板坯预热时间/min 100 100 100
总加热时间/min 350 370 390
粗轧板坯温度/℃ 900 950 1000
精轧过程的入口温度/℃ 750 850 900
终轧温度/℃ 600 700 800
卷取温度/℃ 500 600 700
表3实施例2中粗轧、精轧各道次的厚度、压下率、带材速度和轧制力表
表4实施例3中粗轧、精轧各道次的厚度、压下率、带材速度和轧制力表
表5实施例4中粗轧、精轧各道次的厚度、压下率、带材速度和轧制力表
对实施例1-4所得钛合金带卷的相关性能参数进行检测。采用放射性射线测厚仪的检测结果为：本申请实施例1-4所得钛合金带卷的厚度公差为±150μm，整卷厚差≤100μm。
以下为本申请的对比实施例。
对比实施例1、对比实施例2的初始参数、粗轧、精轧各道次的厚度、压下率、带材速度和轧制力表如下表所示。
表6对比实施例1-2的初始板坯规格及初始参数数据统计表
参数\实施例 对比实施例1 对比实施例1
板坯厚度/mm 220 230
板坯宽度/mm 1700 1750
步进炉温度/℃ 900 900
钛合金板坯预热温度/℃ 450 450
钛合金板坯预热时间/min 30 60
总加热时间/min 100 180
粗轧板坯温度/℃ 800 1100
总加热时间/min 350 350
精轧过程的入口温度/℃ 700 950
终轧温度/℃ 500 850
卷取温度/℃ 400 750
表7对比实施例1粗轧、精轧各道次的厚度、压下率、带材速度和轧制力表
表8对比实施例2粗轧、精轧各道次的厚度、压下率、带材速度和轧制力表
对实施例1-4所得TA18钛合金带卷的相关性能参数进行检测。采用放射性射线测厚仪的检测结果为：本申请实施例1-4所得TA18钛合金带卷的厚度公差为±0.5mm，整卷厚差≤300μm。
由此可以，本申请实施例的相关参数，如步进炉加热、均热段的温度控制、保温时间控制；粗轧阶段的温度、速度、压下率控制；精轧阶段的温度、速度、压下率控制对于所得钛合金带卷的厚度公差、整卷厚差等关键参数具有影响作用，本申请采用的上述工艺参数明显可减小带卷的厚度公差、整卷厚差，提高带卷质量。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种常规热连轧机组生产TA18钛合金带卷的方法，其特征在于，包括装料步骤、粗轧步骤、精轧步骤以及卷带步骤；
所述装料步骤具体是：将厚度为160-230mm、宽度为1000-1800mm的钛合金板坯装入温度为300-600℃的步进炉预热段内保温100min，随后将板坯送入步进炉加热、保温段，炉温控制在850-1000℃，总加热、保温时间不超过400min；
所述粗轧步骤具体是：将步进炉内的温度为850-1050℃的板坯进行出炉操作，开始粗轧，得到中间坯；
所述精轧步骤具体是：将中间坯进行精轧得到精轧轧件，所述精轧过程的入口温度为750-900℃，终轧温度为600-800℃；
所述卷带步骤具体是：将精轧轧件经过冷却后在卷取机进行卷取，得到钛合金带卷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粗轧步骤中轧制速度为1-6m/s，所述精轧步骤中轧制速度小于等于12m/min。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述粗轧步骤包括五个道次的轧制，其中：
第一道次的压下率为15-22％，轧制速度为1-3m/s，轧制力为15000-35000kN；
第二道次的压下率为18-26％，轧制速度为1-3m/s，轧制力为14000-32000kN；
第三道次的压下率为20-35％，轧制速度为2-4m/s，轧制力为13500-30000kN；
第四道次的压下率为30-40％，轧制速度为3-6m/s，轧制力为13000-30000kN；
第五道次的压下率为30-40％，轧制速度为3-6m/s，轧制力为12000-28000kN。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述精轧步骤采用七个机架进行连轧，其中：
第一机架的压下率为20-40％，轧制力为25000-35000kN，轧制速度为0.8-1.5m/min；
第二机架的压下率为20-40％，轧制力为25000-35000kN，轧制速度为1.2-1.8m/min；
第三机架的压下率为25-30％，轧制力为18000-30000kN，轧制速度为1.6-3.5m/min；
第四机架的压下率≤20％，轧制力为15000-25000kN，轧制速度为2.6-5.5m/min；
第五机架的压下率≤20％，轧制力为12000-20000kN，轧制速度为3.2-8m/min；
第六机架的压下率≤20％，轧制力为10000-18000kN，轧制速度为3.5-10m/min；
第七机架的压下率≤20％，轧制力为8000-15000kN，轧制速度为4-12m/min。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述卷带步骤中卷取过程的温度为500-700℃。
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