CN109266986A - 具有优异综合性能tc4宽厚板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有优异综合性能TC4宽厚板的制备方法，属于钛合金的热加工成型技术领域。本发明解决的技术问题是轧制过程中横向和纵向变形量差距大，产品性能各向异性突出。本发明TC4宽厚板的制备方法包括采用步进式加热炉对TC4坯料进行加热，第一次轧制采用横轧结合纵轧的方式，得到中间坯，对中间坯中切后加热保温，然后进行第二次轧制，第二次轧制采用横轧结合纵轧，最后进行退火矫直热处理得到TC4宽厚板产品。本发明可使板坯的横纵向总变形量接近，最大程度的减小了性能的各向异性，获得全断面为均匀等轴组织、综合性能优异的宽幅TC4板材产品。
Description
技术领域
本发明属于钛合金的热加工成型技术领域，具体涉及具有优异综合性能TC4宽厚板的制备方法。
背景技术
TC4是一种中等强度的α+β两相钛合金，α+β之间的转变温度约为980℃。TC4综合性能优异，在航空航天工业中有着广泛的应用，其长期工作温度可达到400℃。在航空工业中它主要用于制造发动机的风扇和压气机盘及叶片，以及飞机结构中的梁、接头及隔框等重要承力部件。TC4合金的力学性能与初生α相数量和形态有关，也与材料成形过程中的加工条件有密切关系，在成形中的微观组织演变会影响到产品的最终使用性能。为了获得性能良好的TC4轧制产品，必须通过深入研究其高温成形特性，以制定合理的加工工艺参数。
由于TC4钛合金组织类型复杂，不同的加热温度以及变形温度都会影响最终产品的组织类型，同时由于钛合金材料的温度窗口很窄，要实现中厚板产品全断面组织的均匀性控制十分困难，而产品的综合性能取决于组织，因此要提高钛合金材料的综合性能，对轧制过程的温度和变形量必须严格控制。
目前TC4宽厚板普遍采用两次轧制的方式，为了保证横向和纵向变形量接近，采取了两次轧制分别沿一个方向进行相同变形量轧制的方式，然而仍然不能解决产品性能各向异性的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是轧制过程中横向和纵向变形量差距大，产品性能各向异性突出。
本发明解决上述问题的技术方案是提供具有优异综合性能TC4宽厚板的制备方法，包括如下步骤：
a.对TC4坯料进行加热，预热段＜800℃保温60～90min，加热段850～900℃保温60～90min，均热段900～950℃保温60～90min；
b.将步骤a得到的TC4坯料传送至轧机进行第一次轧制，第一次轧制采用横轧结合纵轧的方式，得到中间坯，控制坯料横向变形量40％～50％，纵向变形量10％～20％；
c.对中间坯进行表面修磨处理，去除表面裂纹，并且沿纵向方向进行中切；
d.将步骤c得到的TC4坯料在950～980℃下保温90～120min，然后传送至轧机进行第二次轧制，第二次轧制采用横轧结合纵轧的方式，控制横向变形量40％～50％，纵向变形量60％～80％，终轧温度750℃～800℃；
e.进行退火矫直热处理得到TC4宽厚板产品。
其中，TC4坯料为锻造的扁坯，坯料尺寸为厚度180～200mm、宽度1200～1400mm、长度2100～2400mm。
其中，第一次轧制采用三道次横轧然后一道次纵轧的方式。
其中，第一次轧制得到的中间坯尺寸为厚度80～90mm、宽度2400～2800mm、长度2500～3000mm。
其中，第二次轧制过程单道次变形量控制在10％～30％之间。
其中，第二次轧制采用三道次横轧然后五道次纵轧的方式。
其中，步骤a中所述加热采用步进式加热炉对TC4坯料进行加热。
其中，轧机为4300mm宽幅轧机。
其中，退火矫直热处理为退火温度800～850℃，退火时间2～4h，炉冷至400℃以下后出炉空冷。
本发明的有益效果：
本发明采用两次轧制工艺，第一次轧制以宽展为主，获得的中间坯沿纵向方向中切，可以保证在第二次轧制中横向同样获得较大变形量，板坯的横纵向总变形量接近，最大程度的减小了性能的各向异性；本发明采用两次轧制工艺，每次轧制均换向轧制，获得的中间坯沿纵向方向中切，可以获得全断面为均匀等轴组织、综合性能优异的宽幅TC4板材产品；本发明方法适应较大尺寸的TC4宽厚板制备，产品宽度可以达到3200mm。
具体实施方式
本发明希望通过对TC4钛合金宽厚板轧制及加热过程的工艺优化设计，获得综合性能优异的TC4钛合金宽厚板产品，实现组织的均匀性控制，同时满足板型、板厚控制要求，不发生表面开裂，获得满足卷筒用TC4板材使用条件的产品。
本发明提供TC4宽厚板的制备方法，包括如下步骤：
a.对TC4坯料进行加热，预热段＜800℃保温60～90min，加热段850～900℃保温60～90min，均热段900～950℃保温60～90min；
b.将步骤a得到的TC4坯料传送至轧机进行第一次轧制，第一次轧制采用横轧结合纵轧的方式，得到中间坯，控制坯料横向变形量40％～50％，纵向变形量10％～20％；
c.对中间坯进行表面修磨处理，去除表面裂纹，并且沿纵向方向进行中切；
d.将步骤c得到的TC4坯料在950～980℃下保温90～120min，然后传送至轧机进行第二次轧制，第二次轧制采用横轧结合纵轧的方式，控制横向变形量40％～50％，纵向变形量60％～80％，终轧温度750℃～800℃；
e.进行退火矫直热处理得到TC4宽厚板产品。
其中，TC4坯料为锻造的扁坯，坯料尺寸为厚度180～200mm、宽度1200～1400mm、长度2100～2400mm。TC4坯料尺寸大的优势是成材率高、效率高、市场应用更广，但是在板型、板厚、组织均匀性的控制上难度更大，这些问题是靠生产线复杂的控制系统进行控制以及工艺的不断优化。
其中，第一次轧制采用三道次横轧然后一道次纵轧的方式。
其中，第一次轧制得到的中间坯尺寸为厚度80～90mm、宽度2400～2800mm、长度2500～3000mm。
其中，第一次轧制后沿纵向方向进行中切，得到坯料尺寸：厚度80～90mm、宽度1200～1400mm、长度2500～3000mm。
横向和纵向通常由坯料的尺寸来确定，窄的为横向，长的为纵向。沿纵向中切后，进行第二次轧制时横向的宽度就更小，由于最终产品的宽度是一个定值，所以第二次轧制时横向宽度越小，横向的变形量就可以越大。
其中，第二次轧制过程单道次变形量控制在10％～30％之间。
其中，第二次轧制采用三道次横轧然后五道次纵轧的方式。
其中，步骤a中所述加热采用步进式加热炉对TC4坯料进行加热。采用步进式加热炉，加热温度及保温时间由步进周期控制，通过对加热炉各加热段的长度步进长度进行计算得出步进周期，使之满足阶梯加热条件。
其中，轧机为4300mm宽幅轧机。为了给单次轧制过程中采用换向轧制创造条件，即使中间坯长度达到3000mm，也可以在第二次轧制时进行换向轧制，本发明优选采用4300mm宽幅轧机。
其中，退火矫直热处理为退火温度800～850℃，退火时间2～4h，炉冷至400℃以下后出炉空冷得到厚度8～20mm、宽度2600～3200mm、长度6000～12000mm的TC4宽厚板产品；。
以下通过实施例对本发明作进一步的解释说明。
实施例1
本实施例TC4宽厚板的制备方法如下：
a.采用经锻造的TC4扁坯尺寸为：厚度192mm×宽度1255mm×长度2230mm；采用步进式加热炉对上述坯料进行加热，各段温度及保温时间为：预热段760℃保温60min，加热段850保温60min，均热段950℃保温90min；
b.关闭辊道冷却水以及除磷水，快速将坯料传送至4300mm轧机进行第一次轧制，第一次轧制采用三道次换向横轧+一道次纵轧的方式，轧制后的坯料尺寸：厚度80mm×宽度2500mm×长度2687mm；
c.对第一次轧制得到的中间坯进行表面修磨处理，去除表面裂纹，并且沿轧制方向进行中切，得到坯料尺寸：厚度80mm×宽度1250mm×长度2687mm；
d.将中切后的坯料进行加热，加热温度980℃，保温120min，利用4300mm轧机进行第二次轧制，采用三道次横轧+五道次纵轧，单道次变形量在10％～30％之间，终轧温度780℃，轧制后获得的宽幅TC4产品尺寸为：厚度15mm×宽度2600mm×长度6890mm；
e.对轧制后的TC4宽厚板产品进行退火矫直热处理，退火温度850℃，退火时间4h，炉冷至400℃以下后出炉空冷；
经检测，获得的TC4宽厚板产品全断面为均匀的双态组织，取样进行性能测试，横向性能：抗拉强度965.5MPa，屈服强度903.4MPa，伸长率15.5％，冲击功67J，冲压系数R值1.43，弯曲性能大于50°；纵向性能：抗拉强度947.8MPa，屈服强度886.4MPa，伸长率16％，冲击功56J，冲压系数R值0.94，弯曲性能大于50°。
实施例2
本实施例TC4宽厚板的制备方法如下：
a.采用经锻造的TC4扁坯尺寸为：厚度198mm×宽度1400mm×长度2350mm，采用步进式加热炉对上述坯料进行加热，各段温度及保温时间为：预热段780℃保温60min，加热段850保温60min，均热段950℃保温90min；
b.关闭辊道冷却水以及除磷水，快速将坯料传送至4300mm轧机进行第一次轧制，第一次轧制采用三道次换向横轧+一道次纵轧的方式，轧制后的坯料尺寸：厚度80mm×宽度2800mm×长度2908mm；
c.对第一次轧制得到的中间坯进行表面修磨处理，去除表面裂纹，并且沿轧制方向进行中切，得到坯料尺寸：厚度80mm×宽度1400mm×长度2908mm；
d.将中切后的的坯料进行加热，加热温度975℃，保温120min，利用4300mm轧机进行第二次轧制，采用三道次横轧+五道次纵轧，单道次变形量在10％～30％之间，终轧温度750℃，轧制后获得的宽幅TC4产品尺寸为：厚度10mm×宽度2800mm×长度11632mm；
e.对轧制后的TC4宽厚板产品进行退火矫直热处理，退火温度820℃，退火时间3h，炉冷至400℃以下后出炉空冷；
经检测，获得的TC4宽厚板产品全断面为均匀的等轴组织，取样进行性能测试，横向性能：抗拉强度935.3MPa，屈服强度881.2MPa，伸长率16.5％，冲击功87J，冲压系数R值1.56，弯曲性能大于60°；纵向性能：抗拉强度897.2MPa，屈服强度846.3MPa，伸长率16％，冲击功74J，冲压系数R值1.14，弯曲性能大于60°。
实施例3
本实施例TC4宽厚板的制备方法如下：
a.采用经锻造的TC4扁坯尺寸为：厚度185mm×宽度1200mm×长度2300mm，采用步进式加热炉对坯料进行加热，各段温度及保温时间为：预热段760℃保温60min，加热段820保温60min，均热段930℃保温90min；
b.关闭辊道冷却水以及除磷水，快速将坯料传送至4300mm轧机进行第一次轧制，第一次轧制采用三道次换向横轧+一道次纵轧的方式，轧制后的坯料尺寸：厚度80mm×宽度2400mm×长度2659mm；
c.对第一次轧制得到的中间坯进行表面修磨处理，去除表面裂纹，并且沿轧制方向进行中切，得到坯料尺寸：厚度80mm×宽度1200mm×长度2659mm；
d.将中切后的坯料进行加热，加热温度980℃，保温120min，利用4300mm轧机进行第二次轧制，采用三道次横轧+五道次纵轧，单道次变形量在10％～30％之间，终轧温度800℃，轧制后获得的宽幅TC4产品尺寸为：厚度8mm×宽度3000mm×长度10636mm；
e.对轧制后的TC4宽厚板产品进行退火矫直热处理，退火温度800℃，退火时间3h，炉冷至400℃以下后出炉空冷。
经检测，获得的TC4宽厚板产品全断面为均匀的等轴组织，取样进行性能测试，横向性能：抗拉强度947.8MPa，屈服强度881.1MPa，伸长率16％，冲击功78J，冲压系数R值1.36，弯曲性能大于60°；纵向性能：抗拉强度929.6MPa，屈服强度866.7MPa，伸长率15.5％，冲击功72J，冲压系数R值1.21，弯曲性能大于60°。
Claims (9)
1.具有优异综合性能TC4宽厚板的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
a.对TC4坯料进行加热，预热段＜800℃保温60～90min，加热段850～900℃保温60～90min，均热段900～950℃保温60～90min；
b.将步骤a得到的TC4坯料传送至轧机进行第一次轧制，第一次轧制采用横轧结合纵轧的方式，得到中间坯，控制坯料横向变形量40％～50％，纵向变形量10％～20％；
c.对中间坯进行表面修磨处理，去除表面裂纹，并且沿纵向方向进行中切；
d.将步骤c得到的TC4坯料在950～980℃下保温90～120min，然后传送至轧机进行第二次轧制，第二次轧制采用横轧结合纵轧的方式，控制横向变形量40％～50％，纵向变形量60％～80％，终轧温度750℃～800℃；
e.进行退火矫直热处理得到TC4宽厚板产品。
2.根据权利要求1所述的具有优异综合性能TC4宽厚板的制备方法，其特征在于：所述TC4坯料为锻造的扁坯，坯料尺寸为厚度180～200mm、宽度1200～1400mm、长度2100～2400mm。
3.根据权利要求1或2所述的具有优异综合性能TC4宽厚板的制备方法，其特征在于：所述第一次轧制采用三道次横轧然后一道次纵轧的方式。
4.根据权利要求1～3任一项所述的具有优异综合性能TC4宽厚板的制备方法，其特征在于：所述第一次轧制得到的中间坯尺寸为厚度80～90mm、宽度2400～2800mm、长度2500～3000mm。
5.根据权利要求1～4任一项所述的具有优异综合性能TC4宽厚板的制备方法，其特征在于：所述第二次轧制单道次变形量控制在10％～30％之间。
6.根据权利要求1～5任一项所述的具有优异综合性能TC4宽厚板的制备方法，其特征在于：所述第二次轧制采用三道次横轧然后五道次纵轧的方式。
7.根据权利要求1～6任一项所述的具有优异综合性能TC4宽厚板的制备方法，其特征在于：步骤a中所述加热采用步进式加热炉对TC4坯料进行加热。
8.根据权利要求1～7任一项所述的具有优异综合性能TC4宽厚板的制备方法，其特征在于：所述轧机为4300mm宽幅轧机。
9.根据权利要求1～8任一项所述的具有优异综合性能TC4宽厚板的制备方法，其特征在于：所述退火矫直热处理为退火温度800～850℃，退火时间2～4h，炉冷至400℃以下后出炉空冷。
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