CN109518108A - 一种ta5钛合金板及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钛合金板材制备技术领域,具体涉及一种TA5钛合金板及其制备方法与应用。本发明通过对开坯轧制、表面处理、二火轧制、表面处理、三火轧制、热处理和表面处理等关键工序进行优化改善,得到了性能优良的TA5合金板材,该板材组织均匀,室温抗拉强度Rm≥725Mpa,屈服强度Rp0.2≥650Mpa,A≥16%,弯芯直径D=3T,最大冷弯角αmax=180°,最大冷弯角提升95~100°,可用于制造海洋装备,且本发明设备及工艺简单,可实现批量生产。

Description

一种TA5钛合金板及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于钛合金板材制备技术领域,具体涉及一种TA5钛合金板及其制备方法与应用。
背景技术
TA5钛合金因具有强度高、耐腐蚀等优良特性,被广泛用于舰船烟囱蒙皮、桅杆等零部件。冷卷成型是TA5钛合金板加工生产中的一种重要成型工艺,冷弯性能是表征板材成型能力的一个重要指标。按照国标GB/T 3621,厚度不超过5mm的TA5板,要求弯芯直径D等于3倍板材厚度,60°弯曲试样表面不出现可见裂纹,但随着海洋装备的不断升级,60°已不足以满足高端装备的需求,因此需通过一定的措施来提高TA5板材的冷弯性能。影响板材冷弯性能的主要因素有成分、夹杂物、组织及表面缺陷等,目前对于钢材冷弯性能的研究较为成熟,如文献《板坯质量和工艺对热轧板卷冷弯性能的影响》研究了化学成分、金相组织以及轧制工艺对钢板冷弯性能的影响;公开号为CN 107937815A的专利通过对成分、热轧工艺以及晶粒度的控制得到了冷弯性能良好的钢板,但关于改善钛合金冷弯性能的措施与方法尚未见诸国内文献及专利。因此,为满足日益升级的海洋装备需求,有必要通过对生产工艺的优化来提升TA5钛合金板的冷弯性能。
发明内容
为了克服现有技术的不足和缺点,本发明的首要目的在于提供一种TA5钛合金板的制备方法,该方法通过对关键工序进行优化改善,得到了性能优良的TA5钛合金板材。
本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的TA5钛合金板,该TA5钛合金板组织均匀、室温抗拉强度Rm≥725Mpa,屈服强度Rp0.2≥650Mpa,延伸率A≥16%、弯芯直径D=3T,最大冷弯角αmax=180°。
本发明的再一目的在于提供上述TA5钛合金板的应用。
本发明的目的通过下述技术方案实现:
一种TA5钛合金板的制备方法,包含如下步骤:
(1)开坯轧制:板坯开坯轧制,得到一火板;其中,一火加热温度为Tβ-(20~50℃)(铸锭相变点以下20~50℃),保温系数为1.5±0.1min/mm,轧程变形量为40~90%,终轧温度≥750℃;
(2)表面处理:对步骤(1)制得的一火板进行表面处理;
(3)二火轧制:对步骤(2)中表面处理后的一火板进行二火换向轧制,即轧制方向与一火轧制方向垂直,二火加热温度为Tβ-(50~100)℃,保温系数为1.3±0.1min/mm,轧程变形量为40~85%,终轧温度≥600℃;其中,对于目标厚度≥5mm的成品钛板,此火次可直接轧至成品厚度,直接转至步骤(6);
(4)表面处理:对步骤(3)制得的二火板进行表面处理;
(5)三火轧制:对步骤(4)中表面处理后的二火板进行三火单向轧制,三火加热温度为Tβ-(50~100)℃,保温系数为1.0±0.1min/mm,轧程变形量为40~80%,终轧温度≥500℃;
(6)热处理:大气气氛下对步骤(3)制得的二火板或步骤(5)制得的三火板进行退火处理,然后直接进行热矫形;
(7)表面处理:对步骤(6)热处理后的板材进行表面处理,得到TA5钛合金板;
步骤(2)中所述的表面处理的具体操作优选为:
步骤(1)制得的一火板经整面修磨去除表面缺陷(例如:裂纹、压入等),其中,修磨方向垂直于一火轧制方向;
步骤(4)中所述的表面处理的具体操作优选为:
步骤(2)制得的二火板经喷砂、酸洗和修磨,去除表面缺陷(例如:裂纹、压入等),其中,修磨深度不超过板材厚度的10%,修磨方向平行于二火轧制方向;
步骤(6)中所述的退火的条件优选为:退火温度600~700℃,保温时间35~60min;
步骤(7)中所述的表面处理的具体操作优选为:
步骤(6)热处理后的板材经喷砂、酸洗和修磨,去除表面缺陷(例如:压入等);
所述的酸洗的去除量优选为0.04~0.06mm;
一种TA5钛合金板,通过上述制备方法制备得到;
所述的TA5钛合金板在海洋装备制造领域中的应用;
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
(1)本发明通过对关键工序轧制的优化,提升了TA5钛合金板的冷弯性能。
(2)本发明通过对关键工序退火的优化,提升了TA5钛合金板的冷弯性能。
(3)本发明通过对工序表面处理等关键的优化,进一步提升了TA5钛合金板的冷弯性能。
(4)本发明制得的TA5钛合金板组织均匀,室温抗拉强度Rm≥725Mpa,屈服强度Rp0.2≥650Mpa,A≥16%,弯芯直径D=3T,最大冷弯角αmax=180°,综合性能优良。
(5)本发明设备及工艺简单,可实现批量生产。
附图说明
图1是实施例1制得的TA5钛合金板的微观组织图。
图2是实施例2制得的TA5钛合金板的微观组织图。
图3是对比实施例1制得的TA5钛合金板的微观组织图。
图4是对比实施例2制得的TA5钛合金板的微观组织图。
图5是实施例1~2与对比实施1~2制得的TA5钛合金板冷弯后的试样形态图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)开坯轧制:将板材生产所用140mm厚板坯进行开坯轧制,得到一火板;其中,铸锭实测相变点1010℃,一火加热温度为980℃(Tβ-30℃),保温系数为1.5±0.1min/mm,轧至厚度为25mm,轧程变形量为82%,终轧温度为766℃;
(2)表面处理:步骤(1)制得的一火板经整面修磨去除表面裂纹、压入等缺陷,修磨方向垂直于一火轧制方向;
(3)二火轧制:对步骤(2)中表面处理后的一火板进行二火换向轧制,加热温度为930℃(Tβ-80℃),保温系数为1.3±0.1min/mm,轧至厚度为5mm,轧程变形量为80%,终轧温度为682℃;
(4)热处理:大气气氛下对步骤(3)制得的二火板进行退火处理,退火温度为620℃,保温时间为60min,出炉后直接进行热矫形;
(5)表面处理:步骤(4)热处理后的二火板经喷砂、强酸洗和修磨,去除表面压入等缺陷,得到TA5钛合金板;其中,酸洗去除量0.04mm左右;
本实施例制得的TA5钛合金板材组织、冷弯后试样及性能分别见图1、图5与表1。
实施例2
(1)开坯轧制:将板材生产所用120mm厚板坯进行开坯轧制,得到一火板;其中,铸锭实测相变点1000℃,一火加热温度为980℃(Tβ-20℃),保温系数为1.5±0.1min/mm,轧至厚度为18mm,轧程变形量为85%,终轧温度为752℃;
(2)表面处理:步骤(1)制得的一火板经整面修磨去除表面裂纹、压入等缺陷,修磨方向垂直于一火轧制方向;
(3)二火轧制:对步骤(2)中表面处理后的一火板进行二火换向轧制,加热温度为920℃(Tβ-80℃),保温系数为1.3±0.1min/mm,轧至厚度为5mm,轧程变形量为72%,终轧温度为608℃;
(4)表面处理:步骤(3)制得的二火板经喷砂、强酸洗与修磨,去除表面裂纹、压入等缺陷,其中,修磨深度不超过板材厚度的10%,修磨方向平行于二火轧制方向;
(5)三火轧制:对步骤(4)中表面处理后的二火板进行三火单向轧制,加热温度为920℃(Tβ-80℃),保温系数为1.0±0.1min/mm,轧至成品厚度为3mm,轧程变形量为40%,终轧温度为508℃;
(6)热处理:大气气氛下对步骤(5)制得的三火板进行退火处理,退火温度为600℃,保温时间为35min,出炉后直接进行热矫形;
(7)表面处理:步骤(6)热处理后的三火板经喷砂、强酸洗和修磨,去除表面压入等缺陷,得到TA5钛合金板;其中,酸洗去除量0.06mm左右;
本实施例制得的TA5钛合金板材组织、冷弯后试样及性能分别见图2、图5与表1。
实施例3
(1)开坯轧制:将板材生产所用120mm厚板坯进行开坯轧制,得到一火板;其中,铸锭实测相变点1000℃,一火加热温度为980℃(Tβ-20℃),保温系数为1.5±0.1min/mm,轧至厚度为18mm,轧程变形量为85%,终轧温度为755℃;
(2)表面处理:步骤(1)制得的一火板经整面修磨去除表面裂纹、压入等缺陷,修磨方向垂直于一火轧制方向;
(3)二火轧制:对步骤(2)中表面处理后的一火板进行二火换向轧制,加热温度为950℃(Tβ-50℃),保温系数为1.3±0.1min/mm,轧至厚度为5mm,轧程变形量为72%,终轧温度为620℃;
(4)表面处理:步骤(3)制得的二火板经喷砂、强酸洗与修磨,去除表面裂纹、压入等缺陷,其中,修磨深度不超过板材厚度的10%,修磨方向平行于二火轧制方向;
(5)三火轧制:对步骤(4)中表面处理后的二火板进行三火单向轧制,加热温度为950℃(Tβ-50℃),保温系数为1.0±0.1min/mm,轧至成品厚度为3mm,轧程变形量为40%,终轧温度为510℃;
(6)热处理:大气气氛下对步骤(5)制得的三火板进行退火处理,退火温度为620℃,保温时间为45min,出炉后直接进行热矫形;
(7)表面处理:步骤(6)热处理后的三火板经喷砂、强酸洗和修磨,去除表面压入等缺陷,得到TA5钛合金板;其中,酸洗去除量0.06mm左右。
本实施例制得的TA5钛合金板材性能见表1。
实施例4
(1)开坯轧制:将板材生产所用120mm厚板坯进行开坯轧制,得到一火板;其中,铸锭实测相变点1000℃,一火加热温度为950℃(Tβ-50℃),保温系数为1.5±0.1min/mm,轧至厚度为18mm,轧程变形量为85%,终轧温度为763℃;
(2)表面处理:步骤(1)制得的一火板经整面修磨去除表面裂纹、压入等缺陷,修磨方向垂直于一火轧制方向;
(3)二火轧制:对步骤(2)中表面处理后的一火板进行二火换向轧制,加热温度为900℃(Tβ-100℃),保温系数为1.3±0.1min/mm,轧至厚度为5mm,轧程变形量为72%,终轧温度为615℃;
(4)表面处理:步骤(3)制得的二火板经喷砂、强酸洗与修磨,去除表面裂纹、压入等缺陷,其中,修磨深度不超过板材厚度的10%,修磨方向平行于二火轧制方向;
(5)三火轧制:对步骤(4)中表面处理后的二火板进行三火单向轧制,加热温度为900℃(Tβ-100℃),保温系数为1.0±0.1min/mm,轧至成品厚度为3mm,轧程变形量为40%,终轧温度为505℃;
(6)热处理:大气气氛下对步骤(5)制得的三火板进行退火处理,退火温度为700℃,保温时间为35min,出炉后直接进行热矫形;
(7)表面处理:步骤(6)热处理后的三火板经喷砂、强酸洗和修磨,去除表面压入等缺陷,得到TA5钛合金板;其中,酸洗去除量0.05mm左右。
本实施例制得的TA5钛合金板材性能见表1。
对比实施例1
板材生产所用140mm厚板坯用于制备TA5钛合金板材,其中,铸锭实测相变点1010℃,对比实施例1成品厚度与实施例1相同,除以下工艺参数外,其余工艺参数与实施例1均相同:
一火加热温度1020℃(Tβ+10℃),二火加热温度980℃(Tβ-30℃);
本实施例制得的TA5钛合金板材组织、冷弯后试样及性能分别见图3、图5与表1。
对比实施例2
板材生产所用120mm厚板坯进用于制备TA5钛合金板材,其中,铸锭实测相变点1000℃,对比实施例2成品厚度与实施例2相同,除以下工艺参数外,其余工艺参数与实施例1均相同:
一火加热温度1010℃(Tβ+10℃),二火加热温度970℃(Tβ-30℃),三火加热温度970℃(Tβ-30℃);
本实施例制得的TA5钛合金板材组织、冷弯后试样及性能分别见图4、图5与表1。
效果实施例
根据GB/T 228和GB/T 232,在材料试验机上进行拉伸及冷弯性能测试。结果见表1。
表1实施例与对比例中TA5板材的性能分布
由图1~4可见,与对比实施例1和2相比,实施例1、2制得的TA5钛合金板组织细小均匀,由图5及表1可见,实施例1~4制得的TA5钛合金板冷弯性能极好,最大冷弯角提升95~100°。
综上所述,本发明制得的TA5钛合金板表现出了优良的综合性能:冷弯性能极好,最大冷弯角提升95~100°,且组织细小均匀、强塑性匹配良好。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种TA5钛合金板的制备方法,其特征在于包含如下步骤:
(1)开坯轧制:板坯开坯轧制,得到一火板;其中,一火加热温度为Tβ-(20~50℃),保温系数为1.5±0.1min/mm,轧程变形量为40~90%,终轧温度≥750℃;
(2)表面处理:对步骤(1)制得的一火板进行表面处理;
(3)二火轧制:对步骤(2)中表面处理后的一火板进行二火换向轧制,即轧制方向与一火轧制方向垂直,二火加热温度为Tβ-(50~100)℃,保温系数为1.3±0.1min/mm,轧程变形量为40~85%,终轧温度≥600℃;其中,对于目标厚度≥5mm的成品钛板,此火次可直接轧至成品厚度,直接转至步骤(6);
(4)表面处理:对步骤(3)制得的二火板进行表面处理;
(5)三火轧制:对步骤(4)中表面处理后的二火板进行三火单向轧制,三火加热温度为Tβ-(50~100)℃,保温系数为1.0±0.1min/mm,轧程变形量为40~80%,终轧温度≥500℃;
(6)热处理:大气气氛下对步骤(3)制得的二火板或步骤(5)制得的三火板进行退火处理,然后直接进行热矫形;
(7)表面处理:对步骤(6)热处理后的板材进行表面处理,得到TA5钛合金板。
2.根据权利要求1所述的TA5钛合金板的制备方法,其特征在于:
步骤(2)中所述的表面处理的具体操作为:
步骤(1)制得的一火板经整面修磨去除表面缺陷,其中,修磨方向垂直于一火轧制方向。
3.根据权利要求1所述的TA5钛合金板的制备方法,其特征在于:
步骤(4)中所述的表面处理的具体操作为:
步骤(2)制得的二火板经喷砂、酸洗和修磨,去除表面缺陷,其中,修磨深度不超过板材厚度的10%,修磨方向平行于二火轧制方向。
4.根据权利要求1所述的TA5钛合金板的制备方法,其特征在于:
步骤(6)中所述的退火的条件为:退火温度600~700℃,保温时间35~60min。
5.根据权利要求1所述的TA5钛合金板的制备方法,其特征在于:
步骤(7)中所述的表面处理的具体操作为:
步骤(6)热处理后的板材经喷砂、酸洗和修磨,去除表面缺陷。
6.根据权利要求5所述的TA5钛合金板的制备方法,其特征在于:
所述的酸洗的去除量为0.04~0.06mm。
7.一种TA5钛合金板,其特征在于通过权利要求1~6任一项所述的制备方法制备得到。
8.权利要求7所述的TA5钛合金板在海洋装备制造领域中的应用。
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