CN110961453A - 一种钛及钛合金厚板的制备工艺 - Google Patents

一种钛及钛合金厚板的制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种钛及钛合金厚板的制备工艺，该制备工艺通过对板坯进行预处理和控制轧制过程工艺参数，利用钢厂的现有设备即可实现钛及钛合金厚板的生产，无需对设备进行改造，解决了目前钛行业中设备局限、大开口热轧设备投资昂贵的问题，本发明实施例提供的钛及钛合金厚板的制备工艺为一火成型工艺，可以替代现有技术中通过锻造制备钛及钛合金厚板的工艺，制备得到的钛及钛合金厚板的厚度可达350～500mm，宽度可达1400～2000mm，而且板形好，厚度精度高，同板差可以控制在±1％范围内，厚度命中率超过99％，下线板材平直度小于5mm/m，板材表面光洁，呈暗灰色。

Description

一种钛及钛合金厚板的制备工艺
技术领域
本发明属于钛合金技术领域，具体涉及一种钛及钛合金厚板的制备工艺。
背景技术
海洋上的运输、开采和战斗都需要使用舰船，舰船常年在海洋中运行，其整体结构的复杂性要求使用的材料具有好的耐腐蚀、高的比强度以及可焊接性能好等特点。性能优异的舰船能够提高运输战斗能力、提高服役寿命并降低成本，因此，开发及利用性能优异的舰船材料是关键。
钛是地球上储存量非常丰富的元素，钛及钛合金的多项性能优异，如强度范围宽、机械性能优异、物理性能独特(如无磁性)、比强度高、耐腐性能优异、抗冲击性能好、耐寒性能好(最低可到-50℃)、可加工性及焊接性优异等，使其能够广泛地运用于核潜艇耐压壳体、舰船深水立管、压力容器、平台紧固高强度张力构件、管路系统件等的制造中，被誉为“海洋金属”。钛合金的使用大大增强了舰船的有效性及可靠性，在降低维修维护费用的同时增加了载荷量，提高了舰船的性能。管路系统中，采用钛合金制造的阀、管、泵、热交换器等设备的服役年龄可达40年，而钢管路系统在1.2～2年后就会发生腐蚀，CuNi管路系统的使用寿命也仅为6～8年。钛及钛合金作为一种优秀的船用结构材料，研究厚板的制备工艺是保证舰船使用可靠性及钛合金在船用方面能大规模使用的关键。此外，因钛及钛合金厚板具有优良的耐蚀性，钛及钛合金厚板也广泛应用于发电站凝汽器的管板、各种化工设备、铜电解的转筒等。
钛及钛合金厚板的制造工艺通常包括开坯、加热、轧制、热矫、冷却、热处理、剪断、矫正、喷丸和酸洗等。现有技术中，由于设备能力、板形、尺寸和组织性能等方面存在的问题，钛及钛合金厚板的生产受到了限制，尤其是钛及钛合金厚板的生产制备。受钛行业设备能力的限制，目前没有厂家生产宽度超过2m、厚度超过100mm的钛及钛合金厚板。
发明内容
为解决现有技术中，钛及钛合金厚板的制备所存在的问题，本发明实施例的目的在于提供一种钛及钛合金厚板的制备工艺。
为实现上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：
一种钛及钛合金厚板的制备工艺，步骤包括：
S1：将板坯进行保温处理；
S2：去除步骤S1处理后板坯表面的氧化层；
S3：对步骤S2处理后的板坯进行第一次轧制至目标宽度；M
S4：将步骤S3处理后的板坯换向后进行第二次轧制至目标厚度；
S5：对步骤S4处理后的板坯进行矫直处理。
上述制备工艺，通过钢厂的现有设备即可实现，无需对设备进行改造，解决了目前钛行业中设备局限、大开口热轧设备投资昂贵的问题。
优选地，所述钛及钛合金板坯的厚度为350～500mm。
优选地，所述钛及钛合金合金厚板的厚度为50～200mm。
优选地，所述钛及钛合金厚板的宽度为1400～3000mm。
优选地，所述保温处理的温度为相变点温度以下10～20℃。
优选地，所述保温处理的时间为14～20h。
制备过程中，先将板坯使用夹钳调运至地坑炉中，在相变点温度以下10～20℃保温14～20h，保温期间，为保证板坯温度的均匀性，需要将板坯调面加热一次。具体的相变点温度取决于钛合金品种。以常见的工业纯钛为例，其相变点温度是910℃。以TC4合金为例，其相变点温度是990℃。保温结束后，使用夹钳将板坯调运至机前辊道。使用高压水除磷机喷射板坯表面，去除保温过程中产生的氧化层。高压水除鳞机至轧前辊道之间，板坯的传送速度控制在1m/s以内，停顿对中。
在相变点温度以下10～20℃保温为适宜的保温温度范围。若温度过低，会使材料塑性降低，导致轧制过程中板坯出现开裂；若温度过高，超过相变点温度以后，会出现混晶，导致晶粒异常和不均匀，无法控制材料的微观组织变化。
优选地，所述第一次轧制为沿板坯宽度方向的轧制。
轧制前，需要对辊道进行清理，使用辊道冷却水对辊道进行冷却20min。
第一次轧制为沿板坯宽度方向的轧制，轧制至目标宽度，机前换向。
优选地，所述第二次轧制为沿板坯长度方向的轧制。
优选地，所述制备工艺中，前三道次的压下量≥30mm/道；中间道次的压下量为20～35mm/道；最后三道次的压下量≤15mm/道。
轧制速度小于4m/s。
优选地，所述制备工艺中，展宽比≤60％。
轧制总的变形率不应小于60％。
轧制总的变形率，指加热后压下的总量与原始厚度的比例，比如对于200厚度的板材，下线厚度为50，那么总变形率为(200-50)/200＝75％。
展宽比≤50％，即若宽度为2000mm，轧制后宽度不应超过3000mm。
优选地，所述第二次轧制的终轧温度不低于相变点温度以下200℃。
本发明的有益效果
1、本发明实施例提供的钛及钛合金厚板的制备工艺，通过对板坯进行预处理和控制轧制过程工艺参数，利用钢厂的现有设备即可实现钛及钛合金厚板的生产，无需对设备进行改造，解决了目前钛行业中设备局限、大开口热轧设备投资昂贵的问题；
2、本发明实施例提供的钛及钛合金厚板的制备工艺为一火成型工艺，可以替代现有技术中通过锻造制备钛及钛合金厚板的工艺，制备得到的钛及钛合金厚板的厚度可达50～200mm，宽度可达1400～3000mm；
3、通过本发明实施例提供的钛及钛合金厚板的制备工艺制备得到的厚板板材，板形好，厚度精度高，同板差可以控制在±1％范围内，厚度命中率超过99％，下线板材平直度小于10mm/m，板材表面光洁，呈暗灰色。
附图说明
图1是经退火后的TC4厚板组织示意图。
图2是经退火后的纯钛板组织示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
本例提供了一种钛及钛合金厚板的制备工艺，步骤包括：
S1：将板坯进行保温处理；
S2：去除步骤S1处理后板坯表面的氧化层；
S3：对步骤S2处理后的板坯进行第一次轧制至目标宽度；
S4：将步骤S3处理后的板坯换向后进行第二次轧制至目标厚度；
S5：对步骤S4处理后的板坯进行矫直处理。
其中，钛及钛合金厚板的原料板坯厚度为350～500mm。
钛及钛合金厚板的厚度为50～200mm。
钛及钛合金厚板的宽度为1400～3000mm。
保温处理的温度为相变点温度以下10～20℃。
保温处理的时间为14～20h。
制备过程中，先将板坯使用夹钳调运至地坑炉中，在相变点温度以下10～20℃保温14～20h，保温期间，为保证板坯温度的均匀性，需要将板坯调面加热一次。具体的相变点温度取决于钛合金品种。以常见的工业纯钛为例，其相变点温度是910℃。以TC4合金为例，其相变点温度是990℃。保温结束后，使用夹钳将板坯调运至机前辊道。使用高压水除磷机喷射板坯表面，去除保温过程中产生的氧化层。高压水除磷机至轧前辊道之间，板坯的传送速度控制在1m/s以内，停顿对中。
在相变点温度以下10～20℃保温为适宜的保温温度范围。若温度过低，会使材料塑性降低，导致轧制过程中板坯出现开裂；若温度过高，超过相变点温度以后，会出现混晶，导致晶粒异常和不均匀，无法控制材料的微观组织变化。
第一次轧制为沿板坯宽度方向的轧制。
轧制前，需要对辊道进行清理，使用辊道冷却水对辊道进行冷却20min。
第一次轧制为沿板坯宽度方向的轧制，轧制至目标宽度，机前换向。
第二次轧制为沿板坯长度方向的轧制。
制备工艺中，前三道次的压下量≥30mm/道；中间道次的压下量为20～35mm/道；最后三道次的压下量≤15mm/道。
轧制速度小于4m/s。
制备工艺中，展宽比≤50％。
展宽比≤50％，即若宽度为2000mm，轧制后宽度不应超过3000mm。
第二次轧制的终轧温度高于相变点温度至少200℃。
实施例2
本例实际轧制了一种宽度为1800mm，厚度为60mm的TC4合金厚板。具体过程为：
S1：将板坯进行保温处理；
S2：去除步骤S1处理后板坯表面的氧化层；
S3：对步骤S2处理后的板坯进行第一次轧制至目标宽度；
S4：将步骤S3处理后的板坯换向后进行第二次轧制至目标厚度；
S5：对步骤S4处理后的板坯进行矫直处理。
其中，钛及钛合金厚板的原料板坯厚度为360mm，宽度为1200mm。
步骤S1中，保温处理的温度为相变点温度以下10～20℃，TC4的相变点为990℃，则保温温度应为970℃。保温处理的时间为15h。
步骤S4中，换向后直接轧长，目标厚度还可以是51mm。
步骤S5后进行780～850℃退火处理，经退火后的TC4厚板组织如图1所示，从图1可以看出，经本工艺轧制并退火的TC4板材为典型两相等轴组织，均匀性良好，符合客户和标准对于TC4合金使用的常规要求。
实施例3
本例实际轧制了一种宽度为2000mm，厚度为160mm的纯钛厚板。具体过程为：
S1：将板坯进行保温处理；
S2：去除步骤S1处理后板坯表面的氧化层；
S3：对步骤S2处理后的板坯进行第一次轧制至目标宽度；
S4：将步骤S3处理后的板坯换向后进行第二次轧制至目标厚度；
S5：对步骤S4处理后的板坯进行矫直处理。
其中，钛及钛合金厚板的原料板坯厚度为480mm。
保温处理的温度为相变点温度以下10～20℃，纯钛保温温度为900℃。保温处理的时间为18h。
步骤S3中，第一次轧制至由1200mm宽度轧制到1800mm宽度。
步骤S4中，板坯换向后第二次轧制到板坯厚度为161mm。
步骤S5后进行大气退火，退火温度为600～700℃，经退火后的纯钛板组织如图2所示，从图2可以看出，经退火后的纯钛板材实现完全再结晶，晶粒分布均匀，满足板坯及厚板的供货要求。
检测例
本例检测了实施例2和实施例3轧制的厚板的厚度精度。结果如表1所示。
表1
同板差 厚度命中率 下线板材平直度
实施例2的厚板 600μm 99％ 5mm
实施例3的厚板 500μm 99.5％ 5mm

Claims (10)

1.一种钛及钛合金厚板的制备工艺，其特征在于，步骤包括：
S1：将板坯进行保温处理；
S2：去除步骤S1处理后板坯表面的氧化层；
S3：对步骤S2处理后的板坯进行第一次轧制至目标宽度；
S4：将步骤S3处理后的板坯换向后进行第二次轧制至目标厚度；
S5：对步骤S4处理后的板坯进行矫直处理。
2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述钛及钛合金厚板的厚度为50～200mm。
3.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述钛及钛合金厚板的宽度为1400～3000mm。
4.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述保温处理的温度为相变点温度以下10～20℃。
5.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述保温处理的时间为14～20h。
6.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述第一次轧制为沿板坯宽度方向的轧制。
7.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述第二次轧制为沿板坯长度方向的轧制。
8.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺中，前三道次的压下量≥30mm/道；中间道次的压下量为20～35mm/道；最后三道次的压下量≤15mm/道。
9.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺中，展宽比≤60％。
10.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，所述第二次轧制的终轧温度不低于相变点温度以下200℃。
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