CN106623422B - 一种Ti2AlNb中厚板的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Ti2AlNb中厚板的加工方法，包括：一、将厚120‑200mm，宽和长800‑1200mm的Ti2AlNb钛合金板坯加热后轧制，得第一半成品板坯；二、切割第一半成品板坯后加热，轧制得第二半成品板坯；三、切割第二半成品板坯后加热，轧制得第三半成品板坯；四、切割第三半成品板坯后加热，轧制得第四半成品板坯；五、切割第四半成品板坯后加热，轧制得第五半成品板坯；六、将第五半成品板坯进行成品退火处理，得厚为5mm～30mm，宽为1000mm～1800mm的Ti2AlNb中厚板材。通过量化控制生产加热温度、道次及火次总变形量、轧辊辊形和退火处理，制出力学性能各向异性小，尺寸精度高的Ti2AlNb中厚板材。
Description
技术领域
本发明属于高温钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种Ti2AlNb中厚板的加工方法。
背景技术
高温钛合金兼有比重轻和耐高温的基本特点，是目前国内外高新材料领域中重点研发的以航空航天为主要应用背景的轻质高温结构材料。
20世纪80年代起，国内外高温钛合金的研究热点转向Ti-Al金属间化合物领域。Ti- Al系金属间化合物以其优异的高温服役性能引起了各国学者广泛关注，作为轻质结构材料可以显著提高航空发动机性能。Ti2AlNb基合金是在Ti3Al基合金的研究基础上，通过添加β相稳定元素Nb而形成的一种以正交有序结构O相为主要组成的新型Ti-Al系金属间化合物。与Ti3Al基合金相比，Ti2AlNb基合金具有更高的室温塑性、断裂韧性，其抗裂纹扩展能力更强；Ti2AlNb基合金的高温强度及抗氧化性能优于Ti3Al基合金，并且力学性能不会因为环境因素而严重降低，能够稳定用于650℃的条件下；与高密度镍基高温合金相比，Ti2AlNb基合金的密度降低了约40％，具有更高的比强度。综上所述，Ti2AlNb基合金是一种综合性能优异的新型轻质高温结构材料。
Ti2AlNb有望替代现役的高密度镍基高温合金应用于制造航空航天发动机及武器的零部件。Ti2AlNb中厚板已成功进行了特定构件热旋压成形、热模压成形以及筒形件的热卷成形。按照目前型号扩产、或研制及转产情况预测，高速航天器及临界飞行器等装备每年需Ti2AlNb材料约200吨。Ti2AlNb中厚板预计在今后的航空、航天及兵器领域的新型号中将得到更为广泛的应用，需求量势必继续增大，具有广阔的市场前景。
Ti2AlNb板材由于加工塑性差，易开裂，目前还没有成熟的轧制方法；同时采用现有的轧制方法生产的Ti2AlNb中厚板厚差大，力学性能各向异性大，成材率低。因此采用现有的常规方法生产的Ti2AlNb中厚板材已不能满足航空航天用钛合金板材高尺寸精度，横纵向力学性能差异小的要求。
发明内容
基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种Ti2AlNb中厚板的加工方法，通过对轧制温度、火次变形量、道次变形量、辊形以及轧制方向的综合控制，最终得到力学性能各向异性小，厚度尺寸精度高的Ti2AlNb中厚板材。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明实施例提供一种Ti2AlNb中厚板的加工方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、将厚度为120mm～200mm的Ti2AlNb合金板坯在温度为(Tβ-50)℃～(Tβ-30)℃的加热炉中保温150min～250min，然后送入热轧机中进行第一次轧制，得到第一半成品板坯；所述第一次轧制为单向轧制，所述第一次轧制的总变形量为30％～50％；
步骤二、将上述步骤一中得到的所述第一半成品板坯置于温度为(Tβ-50)℃～(Tβ-30)℃的加热炉中保温75min～175min，然后送入热轧机中进行第二次轧制，得到第二半成品板坯；所述第二次轧制的轧制方向与第一次轧制的轧制方向垂直，所述第二次轧制的总变形量为30％～50％；
步骤三、将上述步骤二中得到的所述第二半成品板坯置于温度为(Tβ-50)℃～(Tβ-30)℃的加热炉中保温36min～120min，然后送入热轧机中进行第三次轧制，得到第三半成品板坯；所述第三次轧制的轧制方向与第二次轧制的轧制方向垂直，所述第三次轧制的总变形量为30％～50％；
步骤四、将上述步骤三中得到的所述第三半成品板坯置于温度为(Tβ-50)℃～(Tβ-30)℃的加热炉中保温18min～78min，然后送入热轧机中进行第四次轧制，得到第四半成品板坯；所述第四次轧制的轧制方向与第三次轧制的轧制方向垂直，所述第四次轧制的总变形量为30％～50％；
步骤五、将上述步骤四中得到的所述第四半成品板坯置于温度为(Tβ-50)℃～(Tβ-30)℃的加热炉中保温10min～55min，然后送入热轧机中进行第五次轧制，所述第五次轧制的上、下工作辊的凸度曲线为Cw(x)＝0.15×(1-x2/14002)，其中x为辊身一点到轧辊中心的距离；最后两道次轧制力控制在1200t～1500t，得到第五半成品板坯；所述第五次轧制的轧制方向与第四次轧制的轧制方向垂直，所述第五次轧制的总变形量为30％～ 50％；
步骤六、将上述步骤五中得到的所述第五半成品板坯进行成品退火处理，得到厚度为5mm～30mm，宽度为800mm～1800mm，厚度尺寸偏差不超过±0.1×H/4×B/1000的各向异性小的Ti2AlNb合金中厚板材，其中H为板材厚度，B为板材宽度，得到的中厚板材在 20℃室温条件下的抗拉强度不小于1000MPa，屈服强度不小于850MPa，延伸率不小于5％。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的加工方法与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明采用五火次轧制，每一火次的加热温度都为(Tβ-50)℃～(Tβ- 30)℃，每一火次轧制方向与前一火次轧制方向垂直，每一火次变形量与前一火次变形量接近，以减小板材的各向异性，使板材在横、纵向的晶粒破碎程度一致。
(2)本发明在前两火次道次变形量不超过10％，由于前两火次板坯组织粗大，塑性不好，采用小变形轧制可有效减少板材表面开裂；随着变形的增加，板坯塑性上升，道次变形量可适当增大，到五火轧制时道次变形量最大可以达到15％，利用大变形轧制，充分破碎晶粒，获得强塑性匹配良好的板材。
(3)本发明在第五火次轧制时上下工作辊的凸度曲线为Cw(x)＝0.15×(1- x2/14002)，其中x为辊身一点到轧辊中心的距离，使板材获得良好的横向厚差，同时控制最后两道次轧制力在1200t～1500t，使板材目标厚度得到精确控制，最终获得高尺寸精度的Ti2AlNb中厚板材。
(4)本发明方法通过量化地控制生产过程的加热温度、道次变形量、火次总变形量、轧辊辊形和退火处理，使Ti2AlNb板材的质量得到了保障，所生产的Ti2AlNb板材满足航空用关键构件的技术要求。
(5)采用本发明方法制备的Ti2AlNb中厚板材，各向异性小，其在室温(20℃)条件下的拉伸强度≥1000MPa，屈服强度≥850MPa，延伸率≥5％，横纵向抗拉强度和屈服强度的差值≤50MPa；其在650℃条件下的拉伸强度≥750MPa，屈服强度≥600MPa，延伸率≥ 8％。
(6)采用本发明方法可以加工出厚度为5mm～30mm，宽度为1000mm～1800mm的高尺寸精度的Ti2AlNb板材，填补了国内Ti2AlNb宽幅中厚板材的空白。
具体实施方式
下面结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种Ti2AlNb中厚板的加工方法，可实现近恒温方式加工出性能优异的Ti2AlNb中厚板，该方法包括以下步骤：
步骤一、将厚度为120mm～200mm的Ti2AlNb合金板坯在温度为(Tβ-50)℃～(Tβ-30)℃的加热炉中保温150min～250min，然后送入热轧机中进行第一次轧制，得到第一半成品板坯；第一次轧制为单向轧制，第一次轧制的总变形量为30％～50％；
步骤二、将上述步骤一中得到的第一半成品板坯置于温度为(Tβ-50)℃～(Tβ- 30)℃的加热炉中保温75min～175min，然后送入热轧机中进行第二次轧制，得到第二半成品板坯；第二次轧制的轧制方向与第一次轧制的轧制方向垂直，第二次轧制的总变形量为30％～50％；
步骤三、将上述步骤二中得到的第二半成品板坯置于温度为(Tβ-50)℃～(Tβ- 30)℃的加热炉中保温36min～120min，然后送入热轧机中进行第三次轧制，得到第三半成品板坯；第三次轧制的轧制方向与第二次轧制的轧制方向垂直，第三次轧制的总变形量为30％～50％；
步骤四、将上述步骤三中得到的第三半成品板坯置于温度为(Tβ-50)℃～(Tβ- 30)℃的加热炉中保温18min～78min，然后送入热轧机中进行第四次轧制，得到第四半成品板坯；第四次轧制的轧制方向与第三次轧制的轧制方向垂直，第四次轧制的总变形量为30％～50％；
步骤五、将上述步骤四中得到的第四半成品板坯置于温度为(Tβ-50)℃～(Tβ- 30)℃的加热炉中保温10min～55min，然后送入热轧机中进行第五次轧制，第五次轧制的上、下工作辊的凸度曲线为Cw(x)＝0.15×(1-x2/14002)，其中x为辊身一点到轧辊中心的距离；最后两道次轧制力控制在1200t～1500t，得到第五半成品板坯；第五次轧制的轧制方向与第四次轧制的轧制方向垂直，第五次轧制的总变形量为30％～50％；
步骤六、将上述步骤五中得到的第五半成品板坯进行成品退火处理，得到厚度为5mm～30mm，宽度为800mm～1800mm，厚度尺寸偏差不超过±0.1×H/4×B/1000的各向异性小的Ti2AlNb合金中厚板材，其中H为板材厚度，B为板材宽度，得到的中厚板材在20℃室温条件下的抗拉强度不小于1000MPa，屈服强度不小于850MPa，延伸率不小于5％。
上述加工方法的步骤一中第一次轧制的道次数为8～12道次，第一次轧制的道次变形量为2％～10％，第一次轧制的轧制速率为1m/s～2m/s。
上述加工方法的步骤二中第二次轧制的道次数为6～8道次，第二次轧制的道次变形量为4％～10％，第二次轧制的轧制速率为1m/s～2m/s。
上述加工方法的步骤三中第三次轧制的道次数为5～7道次，第三次轧制的道次变形量为4％～12.5％，第三次轧制的轧制速率为1m/s～3m/s。
上述加工方法的步骤四中第四次轧制的道次数为5～7道次，第四次轧制的道次变形量为4％～12.5％，第四次轧制的轧制速率为2m/s～3m/s。
上述加工方法的步骤五中第五次轧制的道次数为4～5道次，第五次轧制的道次变形量为5％～15％，第五次轧制的轧制速率为2m/s～3m/s。
上述加工方法的步骤一、二、三、四、五中轧制过程中采用红外测温仪对Ti2AlNb合金板坯的表面温度进行监控，当温度低于(Tβ-160)℃时，停止轧制，将Ti2AlNb合金板坯置于加热炉中，在温度为(Tβ-50)℃～(Tβ-30)℃的条件下保温H/2*1min/mm，H为 Ti2AlNb合金板坯的厚度。通过在各步骤的轧制过程中采用红外测温仪对Ti2AlNb合金板坯的表面温度进行监控，当温度低于(Tβ-160)℃时，将Ti2AlNb合金板坯置于加热炉中进行回炉补温，保证轧制过程中Ti2AlNb合金板坯的温度在(Tβ-160)℃～(Tβ-80)℃，从而实现Ti2AlNb合金板坯的近恒温轧制。
上述加工方法的步骤六中退火处理的温度为(Tβ-120)℃～(Tβ-50)℃，成品退火处理的时间为(H+30)min～(H+60)min，H为成品板材厚度。
下面将结合具体实施例对本发明实施例作进一步地详细描述。
实施例1
本实施例提供一种Ti2AlNb中厚板的加工方法，是一种近恒温的加工方法，包括以下步骤：
步骤一、将尺寸为200mm(厚)×840mm(宽)×1000mm(长)的Ti2AlNb钛合金板坯置于温度为(Tβ-30)℃的加热炉中保温250min，然后送入热轧机中进行12道次的第一次轧制，保持第一次轧制为单向轧制，保持轧制速率为1.0m/s，各道次变形量分别为 8.00％，7.61％，7.65％，7.01％，6.85％，6.62％，6.30％，5.04％，4.42％，2.78％，2.82％，2.00％，总变形量为50％，得到尺寸为100mm(厚)×840mm(宽)×2000mm(长)的第一半成品板坯；
步骤二、将步骤一中所述第一半成品板坯切至尺寸为100mm(厚)×840mm(宽)×1000mm(长)，再将切割后的第一半成品板坯置于温度为(Tβ-40)℃的加热炉中保温125min，然后送入热轧机中进行6道次的第二次轧制，保持第二次轧制的轧制方向与第一次轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为1.0m/s，各道次变形量分别为10.00％，8.89％，8.54％，8.00％，7.25％，6.25％，总变形量为40％，得到尺寸为60mm(厚)×1000mm(宽) ×1400mm(长)的第二半成品板坯；
步骤三、将步骤二中所述第二半成品板坯置于温度为(Tβ-40)℃的加热炉中保温78min，然后送入热轧机中进行7道次的第三次轧制，保持第三次轧制的轧制方向与第二次轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为1.75m/s，各道次变形量分别为10.00％， 9.26％，7.14％，6.59％，5.88％，5.00％，5.26％，总变形量为40％，得到尺寸为36mm(厚) ×1400mm(宽)×1666.7mm(长)的第三半成品板坯；
步骤四、将步骤三中所述第三半成品板坯置于温度为(Tβ-30)℃的加热炉中保温48min，然后送入热轧机中进行7道次的第四次轧制，保持第四次轧制的轧制方向与第三次轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为2m/s，各道次变形量分别为12.50％，11.11％，10.71％，10.00％，8.89％，7.32％，5.26％，总变形量为50％，得到尺寸为18mm(厚)×1666.7mm(宽)×2800mm(长)的第四半成品板坯；
步骤五、将步骤四中所述第四半成品板坯切至尺寸为18mm(厚)×1666.7mm(宽)×1400mm(长)，再将切割后的第四半成品板坯置于温度为(Tβ-40)℃的加热炉中保温23min，然后送入热轧机中进行5道次的第五次轧制，第五次轧制上下工作辊的凸度曲线为Cw(x)＝0.15×(1-x2/14002)，其中x为辊身一点到轧辊中心的距离；最后两道次轧制力控制在1364t。保持第五次轧制的轧制方向与第四次轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为2m/s，各道次变形量分别为15.00％，14.38％，13.74％，11.50％，10.00％，总变形量为50％，得到尺寸为9mm(厚)×1400mm(宽)×3333mm(长)的第五半成品板坯；
步骤六、将步骤五中所述第五半成品板坯进行成品退火处理，具体过程为：将第五半成品板坯置于退火炉中，在温度为(Tβ-110)℃的条件下保温69min后在空气自然冷却，最终得到尺寸为9mm(厚)×1400mm(宽)×2666mm(长)的Ti2AlNb中厚板材；
采用本实施例加工的Ti2AlNb中厚板材在室温(20℃)条件下的横向拉伸强度1054MPa，纵向拉伸强度1021MPa，横向屈服强度945MPa，纵向屈服强度934MPa，横向延伸率6％，纵向延伸率7％；在650℃条件下的拉伸强度791MPa，屈服强度702MPa，延伸率 9％；厚度尺寸偏差不超过±0.45mm。
实施例2
本实施例提供一种Ti2AlNb中厚板的加工方法，是一种近恒温的加工方法，包括以下步骤：
步骤一、将尺寸为120mm(厚)×1111mm(宽)×1000mm(长)的Ti2AlNb钛合金板坯置于温度为(Tβ-50)℃的加热炉中保温150min，然后送入热轧机中进行8道次的第一次轧制，保持第一次轧制为单向轧制，保持轧制速率为2.0m/s，各道次变形量分别为10.00％，8.33％，8.08％，6.59％，5.29％，4.35％，3.90％，2.70％，总变形量为40％，得到尺寸为72mm(厚)×1111mm(宽)×1666.7mm(长)的第一半成品板坯；
步骤二、将步骤一中所述第一半成品板坯置于温度为(Tβ-30)℃的加热炉中保温90min，然后送入热轧机中进行7道次的第二次轧制，保持第二次轧制的轧制方向与第一次轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为2.0m/s，各道次变形量分别为9.72％，9.85％，9.39％，8.29％，7.39％，6.21％，5.44％，总变形量为55.6％，得到尺寸为40mm(厚)×1666.7mm(宽)×2000mm(长)的第二半成品板坯；
步骤三、将步骤二中所述第二半成品板坯切至尺寸为40mm(厚)×1666.7mm(宽)×1000mm(长)，再将切割后的第二半成品板坯置于温度为(Tβ-50)℃的加热炉中保温50min，然后送入热轧机中进行6道次的第三次轧制，保持第三次轧制的轧制方向与第二次轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为2.5m/s，各道次变形量分别为12.50％， 11.43％，11.29％，10.91％，10.20％，9.09％，总变形量为50％，得到尺寸为20mm(厚)× 1000mm(宽)×3333mm(长)的第三半成品板坯；
步骤四、将步骤三中所述第三半成品板坯切至尺寸为20mm(厚)×1000mm(宽)×1666.7mm(长)，再将切割后的第三半成品板坯置于温度为(Tβ-50)℃的加热炉中保温25min，然后送入热轧机中进行6道次的第四次轧制，保持第四次轧制的轧制方向与第三次轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为3m/s，各道次变形量分别为12.50％，12.00％，11.69％，10.29％，9.84％，9.09％，总变形量为50％，得到尺寸为10mm(厚)×1666.7mm(宽)×2000mm(长)的第四半成品板坯；
步骤五、将步骤四中所述第四半成品板坯切至尺寸为10mm(厚)×1666.7mm(宽)×1000mm(长)，再将切割后的第四半成品板坯置于温度为(Tβ-50)℃的加热炉中保温10min，然后送入热轧机中进行5道次的第五次轧制，第五次轧制上下工作辊的凸度曲线为Cw(x)＝0.15×(1-x2/14002)，其中x为辊身一点到轧辊中心的距离；最后两道次轧制力控制在1430t。保持第五次轧制的轧制方向与第四次轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为3m/s，各道次变形量分别为15.00％，14.12％，13.70％，12.7％，9.09％，总变形量为 50％，得到尺寸为5mm(厚)×1000mm(宽)×3333mm(长)的第五半成品板坯；
步骤六、将步骤五中所述第五半成品板坯进行成品退火处理，具体过程为：将第五半成品板坯置于退火炉中，在温度为(Tβ-100)℃的条件下保温35min后在空气自然冷却，最终得到尺寸为5mm(厚)×1000mm(宽)×3333mm(长)的Ti2AlNb中厚板材；
采用本实施例加工的Ti2AlNb中厚板材在室温(20℃)条件下的横向拉伸强度1100MPa，纵向拉伸强度1093MPa，横向屈服强度1003MPa，纵向屈服强度996MPa，横向延伸率7％，纵向延伸率7.5％；在650℃条件下的拉伸强度821MPa，屈服强度734MPa，延伸率 10％；厚度尺寸偏差不超过±0.18mm。
实施例3
本实施例提供一种Ti2AlNb中厚板的加工方法，是一种近恒温的加工方法，包括以下步骤：
步骤一、将尺寸为160mm(厚)×800mm(宽)×1200mm(长)的Ti2AlNb钛合金板坯置于温度为(Tβ-40)℃的加热炉中保温192min，然后送入热轧机中进行8道次的第一次轧制，保持第一次轧制为单向轧制，保持轧制速率为1.5m/s，各道次变形量分别为6.25％，6.00％，5.67％，4.51％，3.94％，3.28％，2.54％，2.61％，总变形量为30％，得到尺寸为112mm(厚)×800mm(宽)×1714.3mm(长)的第一半成品板坯；
步骤二、将步骤一中所述第一半成品板坯置于温度为(Tβ-50)℃的加热炉中保温140min，然后送入热轧机中进行8道次的第二次轧制，保持第二次轧制的轧制方向与第一次轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为1.5m/s，各道次变形量分别为9.82％，9.90％，9.89％，9.76％，8.11％，7.35％，6.35％，5.08％，总变形量为50％，得到尺寸为56mm(厚)×1714.3mm(宽)×1600mm(长)的第二半成品板坯；
步骤三、将步骤二中所述第二半成品板坯置于温度为(Tβ-30)℃的加热炉中保温70min，然后送入热轧机中进行5道次的第三次轧制，保持第三次轧制的轧制方向与第二次轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为1.5m/s，各道次变形量分别为8.93％，8.43％，7.49％，5.47％，4.00％，总变形量为30％，得到尺寸为39.2mm(厚)×1600mm(宽)× 2449mm(长)的第三半成品板坯；
步骤四、将步骤三中所述第三半成品板坯切至尺寸为39.2mm(厚)×1600mm(宽)×1224.5mm(长)，再将切割后的第三半成品板坯置于温度为(Tβ-40)℃的加热炉中保温50min，然后送入热轧机中进行6道次的第四次轧制，保持第四次轧制的轧制方向与第三次轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为2.5m/s，各道次变形量分别为12.50％， 12.00％，11.69％，10.29％，9.84％，9.09％，总变形量为40％，得到尺寸为23.52mm(厚) ×1224.5mm(宽)×2666mm(长)的第四半成品板坯；
步骤五、将步骤四中所述第四半成品板坯切至尺寸为23.52mm(厚)×1224.5mm(宽)×1333mm(长)，再将切割后的第四半成品板坯置于温度为(Tβ-30)℃的加热炉中保温32min，然后送入热轧机中进行4道次的第五次轧制，第五次轧制上下工作辊的凸度曲线为Cw(x)＝0.15×(1-x2/14002)，其中x为辊身一点到轧辊中心的距离；最后两道次轧制力控制在1200t。保持第五次轧制的轧制方向与第四次轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为2.5m/s，各道次变形量分别为12.76％，11.94％，10.95％，5.00％，总变形量为 35％，得到尺寸为15.29mm(厚)×1333mm(宽)×1883.6mm(长)的第五半成品板坯；
步骤六、将步骤五中所述第五半成品板坯进行成品退火处理，具体过程为：将第五半成品板坯置于退火炉中，在温度为(Tβ-85)℃的条件下保温60.29min后在空气自然冷却，最终得到尺寸为15.29mm(厚)×1333mm(宽)×1883.6mm(长)的Ti2AlNb中厚板材；
采用本实施例加工的Ti2AlNb中厚板材在室温(20℃)条件下的横向拉伸强度1135MPa，纵向拉伸强度1107MPa，横向屈服强度1034MPa，纵向屈服强度1014MPa，横向延伸率8％，纵向延伸率7％；在650℃条件下的拉伸强度832MPa，屈服强度714MPa，延伸率 11％；厚度尺寸偏差不超过±0.5mm。
实施例4
本实施例提供一种Ti2AlNb中厚板的加工方法，是一种近恒温的加工方法，包括以下步骤：
步骤一、将尺寸为200mm(厚)×810.4mm(宽)×1200mm(长)的Ti2AlNb钛合金板坯置于温度为(Tβ-30)℃的加热炉中保温250min，然后送入热轧机中进行10道次的第一次轧制，保持第一次轧制为单向轧制，保持轧制速率为1.0m/s，各道次变形量分别为 6.00％，5.32％，5.06％，4.14％，3.70％，3.21％，2.98％，2.73％，2.46％，2.16％，总变形量为32％，得到尺寸为136mm(厚)×810.4mm(宽)×1764.7mm(长)的第一半成品板坯；
步骤二、将步骤一中所述第一半成品板坯置于温度为(Tβ-30)℃的加热炉中保温175min，然后送入热轧机中进行6道次的第二次轧制，保持第二次轧制的轧制方向与第一次轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为1.5m/s，各道次变形量分别为7.94％，7.19％，5.59％，5.01％，4.83％，4.00％，总变形量为30％，得到尺寸为95.2mm(厚)×1714.3mm(宽)×1157.7mm(长)的第二半成品板坯；
步骤三、将步骤二中所述第二半成品板坯置于温度为(Tβ-30)℃的加热炉中保温120min，然后送入热轧机中进行5道次的第三次轧制，保持第三次轧制的轧制方向与第二次轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为1.5m/s，各道次变形量分别为8.25％，8.19％，7.48％，6.15％，4.31％，总变形量为30％，得到尺寸为66.64mm(厚)×1157.7mm(宽)×2449mm(长)的第三半成品板坯；
步骤四、将步骤三中所述第三半成品板坯切至尺寸为66.64mm(厚)×1157.7mm(宽)×1224.5mm(长)，再将切割后的第三半成品板坯置于温度为(Tβ-30)℃的加热炉中保温78min，然后送入热轧机中进行6道次的第四次轧制，保持第四次轧制的轧制方向与第三次轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为2m/s，各道次变形量分别为12.50％， 12.00％，11.69％，10.29％，9.84％，9.09％，总变形量为35.7％，得到尺寸为42.86mm (厚)×1224.5mm(宽)×1800mm(长)的第四半成品板坯；
步骤五、将步骤四中所述第四半成品板坯置于温度为(Tβ-30)℃的加热炉中保温55min，然后送入热轧机中进行4道次的第五次轧制，第五次轧制上下工作辊的凸度曲线为Cw(x)＝0.15×(1-x2/14002)，其中x为辊身一点到轧辊中心的距离；最后两道次轧制力控制在1350t。保持第五次轧制的轧制方向与第四次轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为2m/s，各道次变形量分别为14.29％，13.33％，11.54％，8.70％，总变形量为30％，得到尺寸为30mm(厚)×1800mm(宽)×1749.4mm(长)的第五半成品板坯；
步骤六、将步骤五中所述第五半成品板坯进行成品退火处理，具体过程为：将第五半成品板坯置于退火炉中，在温度为(Tβ-60)℃的条件下保温90min后在空气自然冷却，最终得到尺寸为30mm(厚)×1800mm(宽)×1749.4mm(长)的Ti2AlNb中厚板材；
采用本实施例加工的Ti2AlNb中厚板材在室温(20℃)条件下的横向拉伸强度1167MPa，纵向拉伸强度1158MPa，横向屈服强度1098MPa，纵向屈服强度1075MPa，横向延伸率6％，纵向延伸率7％；在650℃条件下的拉伸强度870MPa，屈服强度738MPa，延伸率 10％；厚度尺寸偏差不超过±1.2mm。
实施例5
本实施例提供一种Ti2AlNb中厚板的加工方法，是一种近恒温的加工方法，包括以下步骤：
步骤一、将尺寸为120mm(厚)×800mm(宽)×1000mm(长)的Ti2AlNb钛合金板坯置于温度为(Tβ-50)℃的加热炉中保温150min，然后送入热轧机中进行9道次的第一次轧制，保持第一次轧制为单向轧制，保持轧制速率为1.5m/s，各道次变形量分别为10.00％，9.26％，9.18％，8.99％，8.64％，6.76％，5.80％，4.62％，3.23％，总变形量为,50％，得到尺寸为60mm(厚)×800mm(宽)×2000mm(长)的第一半成品板坯；
步骤二、将步骤一中所述第一半成品板坯切至尺寸为60mm(厚)×800mm(宽)×1000mm(长)，再将切割后的第三半成品板坯置于温度为(Tβ-30)℃的加热炉中保温 75min，然后送入热轧机中进行7道次的第二次轧制，保持第二次轧制的轧制方向与第一次轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为2.0m/s，各道次变形量分别为10.00％，9.63％， 9.63％，9.07％，8.73％，8.20％，7.00％，总变形量为50％，得到尺寸为30mm(厚)× 1000mm(宽)×1600mm(长)的第二半成品板坯；
步骤三、将步骤二中所述第二半成品板坯置于温度为(Tβ-50)℃的加热炉中保温36min，然后送入热轧机中进行5道次的第三次轧制，保持第三次轧制的轧制方向与第二次轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为1.0m/s，各道次变形量分别为12.33％， 12.17％，12.12％，10.84％，9.94％，7.89％，总变形量为50％，得到尺寸为15mm(厚)× 1600mm(宽)×2000mm(长)的第三半成品板坯；
步骤四、将步骤三中所述第三半成品板坯切至尺寸为15mm(厚)×1600mm(宽)×1000mm(长)，再将切割后的第三半成品板坯置于温度为(Tβ-40)℃的加热炉中保温 18min，然后送入热轧机中进行5道次的第四次轧制，保持第四次轧制的轧制方向与第三次轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为2m/s，各道次变形量分别为10.00％，7.41％， 7.20％，5.72％，4.00％，总变形量为30％，得到尺寸为10.5mm(厚)×1400mm(宽)× 2285.7mm(长)的第四半成品板坯；
步骤五、将步骤四中所述第四半成品板坯切至尺寸为10.5mm(厚)×1000mm(宽)×1142.9mm(长)，再将切割后的第四半成品板坯置于温度为(Tβ-40)℃的加热炉中保温13min，然后送入热轧机中进行4道次的第五次轧制，第五次轧制上下工作辊的凸度曲线为Cw(x)＝0.15×(1-x2/14002)，其中x为辊身一点到轧辊中心的距离；最后两道次轧制力控制在1500t。保持第五次轧制的轧制方向与第四次轧制的轧制方向垂直，保持轧制速率为2.5m/s，各道次变形量分别为14.29％，13.33％，11.54％，8.70％，总变形量为 40％，得到尺寸为6.3mm(厚)×1142.9mm(宽)×1666.7mm(长)的第五半成品板坯；
步骤六、将步骤五中所述第五半成品板坯进行成品退火处理，具体过程为：将第五半成品板坯置于退火炉中，在温度为(Tβ-110)℃的条件下保温60.29min后在空气自然冷却，最终得到尺寸为6.3mm(厚)×1142.9mm(宽)×1666.7mm(长)的Ti2AlNb中厚板材；
采用本实施例加工的Ti2AlNb中厚板材在室温(20℃)条件下的横向拉伸强度1098MPa，纵向拉伸强度1124MPa，横向屈服强度1025MPa，纵向屈服强度1046MPa，横向延伸率7％，纵向延伸率8％；在650℃条件下的拉伸强度820MPa，屈服强度703MPa，延伸率 12％；厚度尺寸偏差不超过±0.25mm。
通过上述各实施例可以看出，本发明方法通过量化地控制生产过程的加热温度、道次变形量、火次总变形量、轧辊辊形和退火处理，使Ti2AlNb板材的质量得到了保障，所生产的Ti2AlNb板材满足航空用关键构件的技术要求。制得的厚度为5mm～30mm，宽度为1000mm～1800mm的高尺寸精度的Ti2AlNb中厚板材，各向异性小，其在室温(20℃)条件下的拉伸强度≥1000MPa，屈服强度≥850MPa，延伸率≥5％，横纵向抗拉强度和屈服强度的差值≤50MPa；其在650℃条件下的拉伸强度≥750MPa，屈服强度≥600MPa，延伸率≥ 8％，填补了国内Ti2AlNb宽幅中厚板材的空白。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种Ti2AlNb中厚板的加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将厚度为120mm～200mm的Ti2AlNb合金板坯在温度为(Tβ-50)℃～(Tβ-30)℃的加热炉中保温150min～250min，然后送入热轧机中进行第一次轧制，得到第一半成品板坯；所述第一次轧制为单向轧制，所述第一次轧制的总变形量为30％～50％；
步骤二、将上述步骤一中得到的所述第一半成品板坯置于温度为(Tβ-50)℃～(Tβ-30)℃的加热炉中保温75min～175min，然后送入热轧机中进行第二次轧制，得到第二半成品板坯；所述第二次轧制的轧制方向与第一次轧制的轧制方向垂直，所述第二次轧制的总变形量为30％～50％；
步骤三、将上述步骤二中得到的所述第二半成品板坯置于温度为(Tβ-50)℃～(Tβ-30)℃的加热炉中保温36min～120min，然后送入热轧机中进行第三次轧制，得到第三半成品板坯；所述第三次轧制的轧制方向与第二次轧制的轧制方向垂直，所述第三次轧制的总变形量为30％～50％；
步骤四、将上述步骤三中得到的所述第三半成品板坯置于温度为(Tβ-50)℃～(Tβ-30)℃的加热炉中保温18min～78min，然后送入热轧机中进行第四次轧制，得到第四半成品板坯；所述第四次轧制的轧制方向与第三次轧制的轧制方向垂直，所述第四次轧制的总变形量为30％～50％；
步骤五、将上述步骤四中得到的所述第四半成品板坯置于温度为(Tβ-50)℃～(Tβ-30)℃的加热炉中保温10min～55min，然后送入热轧机中进行第五次轧制，所述第五次轧制的上、下工作辊的凸度曲线为Cw(x)＝0.15×(1-x2/14002)，其中x为辊身一点到轧辊中心的距离；最后两道次轧制力控制在1200t～1500t，得到第五半成品板坯；所述第五次轧制的轧制方向与第四次轧制的轧制方向垂直，所述第五次轧制的总变形量为30％～50％；
步骤六、将上述步骤五中得到的所述第五半成品板坯进行成品退火处理，得到厚度为5mm～30mm，宽度为800mm～1800mm，厚度尺寸偏差不超过±0.1×H/4×B/1000的各向异性小的Ti2AlNb合金中厚板材，其中H为板材厚度，B为板材宽度，得到的中厚板材在20℃室温条件下的抗拉强度不小于1000MPa，屈服强度不小于850MPa，延伸率不小于5％。
2.根据权利要求1所述的一种Ti2AlNb中厚板的加工方法，其特征在于，所述步骤一中所述第一次轧制的道次数为8～12道次，所述第一次轧制的道次变形量为2％～10％，所述第一次轧制的轧制速率为1m/s～2m/s。
3.根据权利要求1所述的一种Ti2AlNb中厚板的加工方法，其特征在于，所述步骤二中所述第二次轧制的道次数为6～8道次，所述第二次轧制的道次变形量为4％～10％，所述第二次轧制的轧制速率为1m/s～2m/s。
4.根据权利要求1所述的一种Ti2AlNb中厚板的加工方法，其特征在于，所述步骤三中所述第三次轧制的道次数为5～7道次，所述第三次轧制的道次变形量为4％～12.5％，所述第三次轧制的轧制速率为1m/s～3m/s。
5.根据权利要求1所述的一种Ti2AlNb中厚板的加工方法，其特征在于，所述步骤四中所述第四次轧制的道次数为5～7道次，所述第四次轧制的道次变形量为4％～12.5％，所述第四次轧制的轧制速率为2m/s～3m/s。
6.根据权利要求1所述的一种Ti2AlNb中厚板的加工方法，其特征在于，所述步骤五中所述第五次轧制的道次数为4～5道次，所述第五次轧制的道次变形量为5％～15％，所述第五次轧制的轧制速率为2m/s～3m/s。
7.根据权利要求1所述的一种Ti2AlNb中厚板的加工方法，其特征在于，所述步骤一、二、三、四、五中轧制过程中采用红外测温仪对Ti2AlNb合金板坯的表面温度进行监控，当温度低于(Tβ-160)℃时，停止轧制，将Ti2AlNb合金板坯置于加热炉中，在温度为(Tβ-50)℃～(Tβ-30)℃的条件下保温H/2*1min/mm，H为合金板坯的厚度。
8.根据权利要求1所述的一种Ti2AlNb中厚板的加工方法，其特征在于，所述步骤六中所述退火处理的温度为(Tβ-120)℃～(Tβ-50)℃，所述成品退火处理的时间为(H+30)min～(H+60)min，H为成品板材厚度。
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