CN111321362A - 一种α+β钛合金板带材控制各向异性的方法 - Google Patents

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韩盈
程知松
陈雨来
张家铭
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Abstract

本发明涉及钛合金加工技术领域，公开了一种α+β钛合金板带材控制各向异性的方法。该方法主要包括：(1)对α+β钛合金板带材进行1个或多个轧程的温轧以及中间退火处理，得到半成品钛合金板带；(2)进行淬火处理；(3)进行1～2个轧程的冷轧或温轧，最后进行成品退火处理，得到成品α+β钛合金板带材。本发明轧制的钛合金板带，组织性能均匀，能够有效减弱和消除各向异性，极大的改善了表面质量，提高成材率；制备工艺简单，提高了轧制效率，显著降低成本低，易实现工业化大规模批量生产。

Description

一种α+β钛合金板带材控制各向异性的方法
技术领域
本发明涉及一种α+β钛合金板带材控制各向异性的方法，涉及α+β钛合金的热处理方法，属于钛合金技术领域。
背景技术
钛合金由于其具有密度小、比强度高、耐蚀性优良、耐热性高、无磁性、焊接性能好以及优异生物相容性等优良性能被广泛应用于航空航天、军工、化工、医用和民用等领域。α+β型钛合金既具有α型合金的热稳定性，又兼有β型合金的热处理强化的特点，呈现出良好的综合性能，是目前应用最广泛的钛合金。通常采用热加工或者热处理等工艺方式，调控两相钛合金相比例、显微组织等控制合金的力学性能。但是钛合金的α+β两相结构，使得这类合金冷成形性及冷加工能力差，导致轧制后的板材各向异性较强。在冷轧过程中，由于钛合金变形抗力大，轧制时加工硬化快，需经过多次中间热处理后方可进行再次冷轧，会存在以下缺点：轧制周期长，难度大，而且在冷轧制时大的压下量易出现边裂、头尾掉渣及表面微裂纹的现象，使板材表面出现凹坑、夹渣等缺陷，直接影响了钛合金板带材的生产效率及产品质量，还增加生产成本，同时不利于操作人员的人身安全。
包覆叠轧也是钛合金板带材常见轧制方式之一，采用钢板在外侧和四周包覆钛合金板材，将钛合金板带材相对封闭在一个钢板组成的盒体中，然后轧制。在公开专利文献CN102274851A中公开的一种钢板包覆叠轧制备钛合金薄板的方法中，通过焊接将钢板把钛合金板密封包覆形成叠轧包，然后进行轧制。叠轧的方式能够有效降低热能损失，解决了轧制过程中出现边部开裂、头尾掉渣等问题。但是在实际生产中，采用包覆叠轧的方式增加了轧制前和轧制后的工作，如表面处理、焊接，轧制后要切开等工序，延长了生产时长，且叠轧包不能重复使用，耗费人力物力。包覆叠轧后钛板的表面质量差，需要逐张对表面进行修磨加工，费时费力，修磨表面外观和粗糙度也无法与冷轧钛带表面质量好。目前包覆叠轧只限制于生产单张薄板，适应性不广。
在专利公开文献CN108994077A中公开了一种削弱TC4钛合金板材各向异性的轧制方法中提到，通过多次换向轧制(宽度和厚度换向、长度和厚度方向换向)与热处理相结合的方法，减轻或削弱TC4板材的各向异性，提高组织性能均匀性。但在实际生产中，多次的换向轧制不仅耗时耗能源，而且工艺繁琐。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对钛合金板材在轧制过程中出现各向异性的情况，提出一种轧制工艺与热处理工艺相结合的技术，满足减弱或消除各向异性的情况。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种α+β钛合金板带材控制各向异性的方法，具体包括如下步骤：
步骤一、将α+β钛合金板带材置于加热炉中加热，加热温度450～800℃，时间为1～30min；
步骤二、将轧机的轧辊预热至温度为50℃～150℃,然后将步骤一中加热后的钛合金板材移送至预热后的轧机中进行第一轧程的轧制；
步骤三、对完成第一轧程的钛合金板带材进行中间退火处理，随后空冷至室温；
为进一步轧薄钛合金板带，可重复步骤一、步骤二和步骤三，实施其他轧程，得到目标厚度的半成品钛带。
步骤四、对半成品钛带进行淬火处理；将半成品钛带加热至900℃-1050℃范围内，并保温5min-60min，随后淬火至室温；β处理在Ar气保护气氛中完成；
根据控制目标厚度和各项异性的需要，可在半成品钛带轧程之间设置1次或多次淬火处理；
步骤五、将步骤四中得到的钛带进行冷轧或温轧；
步骤六、将步骤五得到的钛带进行退火处理，随后空冷或保护气氛冷却至室温，得到成品α+β钛合金板带材；
根据厚度控制目标，可重复步骤五和步骤六需要可以设置多个轧程，淬火处理后各轧程的累积压下率15％～50％；
进一步地，温轧轧程中每轧程变形量不超过50％，可多道次变形完成；冷轧轧程变形量不超过25％，可多道次变形完成。
进一步地，退火温度为720℃-880℃，退火时间为15min-60min，随后空冷或保护气氛冷却至室温。
进一步地，根据α+β钛合金板带材原始状态是热轧态或冷轧后的退火态。
进一步地，各轧程之间，如果采用大气退火，需要对钛带酸洗去除氧化皮和吸氧层；如果采用保护气氛退火和冷却，则免除钛带酸洗工序。
进一步地，在温轧轧制过程中，快速出炉，抢温轧制，若发现钛合金板带坯温降过大、轧制难度增加时，可及时将板坯放入加热炉内进行补温后再进行轧制。
进一步地，轧制过程使用普通的冷轧轧机，温轧过程中，钛合金板带材极易粘着轧辊，应选择有效的润滑剂和润滑方法，减少板带表面粘着造成的损伤。
本发明的有益之处包括如下几个方面：
1、本发明对钛合金板带材在淬火前采用温轧的加工方式，相较于冷轧，温轧加工硬化速率较慢，因此能够提高轧程累计变形率，减少中间退火处理次数，缩短生产周期，提高生产效率，节约生产成本。
2、本发明对钛合金板带材在淬火前采用温轧的加工方式，由于加热后钛合金板材的塑性提高，轧制过程中可有效防止钛合金板材边裂、头尾掉渣及表面微裂纹的产生，极大地改善了钛合金板带材的表面质量，提高了成材率。
3、本发明对钛合金板进行淬火后冷轧，能够有效降低和减弱α+β钛合金板带材的各项异性，使得综合性能更加优异。
4、本发明制备的α+β钛合金板带材成品组织均匀且细小，性能满足国际要求，性能稳定。
5、本发明方法将轧制与热处理工艺相结合，制备工艺简单，提高了轧制效率，显著降低成本低，易实现工业化大规模批量生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
本实施例的钛合金板带材控制各向异性的方法，包括以下步骤：
步骤一、取一块尺寸为150mm(长)×100mm(宽)×4.5mm(厚)的TC4钛合金板带，将钛合金板带材置于加热炉中加热，加热温度700℃，时间为5min；
步骤二、将轧机的轧辊预热至温度为60℃，然后将步骤一中加热后的TC4钛合金板材移至预热后的轧机中进行7道次的第一轧程的温轧轧制，得到2.00mm的TC4钛合金板带，并进行中间退火处理，第一半成品板带坯；
步骤三、将第一半成品板带坯进行淬火；待炉温升高至990℃后，将TC4钛合金板材放入加热炉中，保温30min，然后在Ar气保护气氛进行淬火；
步骤四、将步骤三处理过后板带坯进行5道次的第二轧程的冷轧，得到厚度为1.70mm的TC4钛合金板带，并进行中间退火处理，第二半成品板带坯；
步骤五、将第二半成品板带坯进行6道次的第三轧程冷轧，得到厚度为1.45mm的TC4钛合金板带，并进行中间退火处理，第三半成品板带坯；
步骤六、将第三半成品板带坯进行5道次的第四轧程冷轧，得到厚度为1.20mm的TC4钛合金板带，并进行最终退火处理，得到成品TC4板带材；
上述过程中的退火工艺为，待炉温升高至780℃后，将TC4钛合金板材放入加热炉中，保温30min，然后在Ar气保护气氛冷却至室温。
采用本实施例制备的钛合金板带材的性能均满足国家标准GB/T3621-2007的标准技术要求。
实施例2
本实施例的钛合金板带材控制各向异性的方法，包括以下步骤：
步骤一、取一块尺寸为150mm(长)×100mm(宽)×4.5mm(厚)的TC1钛合金板带，将钛合金板带材置于加热炉中加热，加热温度470℃，时间为5min；
步骤二、将轧机的轧辊预热至温度为60℃，然后将步骤一中加热后的TC1钛合金板材移至预热后的轧机中进行9道次的第一轧程的温轧轧制，得到2.00mm的TC1钛合金板带，并进行中间退火处理，第一半成品板带坯；
步骤三、将第一半成品板带坯进行淬火；待炉温升高至990℃后，将TC4钛合金板材放入加热炉中，保温30min，然后在Ar气保护气氛进行淬火；
步骤四、将步骤三处理过后板带坯进行5道次的第二轧程的冷轧，得到厚度为1.56mm的TC1钛合金板带，并进行中间退火处理，第二半成品板带坯；
步骤五、将第二半成品板带坯进行6道次的第三轧程冷轧，得到厚度为1.2mm的TC1钛合金板带，并进行最终退火处理，得到成品TC1板带材；
上述过程中的退火工艺为，待炉温升高至680℃后，将TC1钛合金板材放入加热炉中，保温60min，然后在Ar气保护气氛冷却至室温。
采用本实施例制备的钛合金板带材的性能均满足国家标准GB/T3621-2007的标准技术要求。
所述实施例为本发明的优选的实施方式,但本发明并不限于上述实施方式,在不背离本发明的实质内容的情况下,本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种α+β钛合金板带材控制各向异性的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤一、将α+β钛合金板带材置于加热炉中加热，加热温度450～800℃，时间为1～30min；
步骤二、将轧机的轧辊预热至温度为50℃～150℃,然后将步骤一中加热后的钛合金板材移送至预热后的轧机中进行第一轧程的轧制；
步骤三、对完成第一轧程的钛合金板带材进行中间退火处理，随后空冷至室温；
为进一步轧薄钛合金板带，可重复步骤一、步骤二和步骤三，实施其他轧程，得到目标厚度的半成品钛带；
步骤四、对半成品钛带进行淬火处理；将半成品钛带加热至900℃-1050℃范围内，并保温5min-60min，随后淬火至室温；β处理在Ar气保护气氛中完成；
根据控制目标厚度和各项异性的需要，可在半成品钛带轧程之间设置1次或多次淬火处理；
步骤五、将步骤四中得到的钛带进行冷轧或温轧；
步骤六、将步骤五得到的钛带进行退火处理，随后空冷或保护气氛冷却至室温，得到成品α+β钛合金板带材；
根据厚度控制目标，可重复步骤五和步骤六需要可以设置多个轧程，淬火处理后各轧程的累积压下率15％～50％。
2.根据权利要求1所述的一种α+β钛合金温轧板带材控制各向异性方法，其特征在于：温轧轧程中每轧程变形量不超过50％，可多道次变形完成；冷轧轧程变形量不超过25％，可多道次变形完成。
3.根据权利要求1所述的一种α+β钛合金温轧板带材控制各向异性方法，其特征在于：退火温度为720℃-880℃，退火时间为15min-60min，随后空冷或保护气氛冷却至室温。
4.根据权利要求1所述的一种α+β钛合金温轧板带材控制各向异性方法，其特征在于，根据α+β钛合金板带材原始状态是热轧态或冷轧后的退火态。
5.根据权利要求1所述的一种α+β钛合金温轧板带材控制各向异性方法，其特征在于：各轧程之间，如果采用大气退火，需要对钛带酸洗去除氧化皮和吸氧层；如果采用保护气氛退火和冷却，则免除钛带酸洗工序。
6.根据权利要求1所述的一种α+β钛合金温轧板带材控制各向异性方法，其特征在于：在温轧轧制过程中，快速出炉，抢温轧制，若发现钛合金板带坯温降过大、轧制难度增加时，可及时将板坯放入加热炉内进行补温后再进行轧制。
7.根据权利要求1所述的一种α+β钛合金温轧板带材控制各向异性方法，其特征在于：轧制过程使用普通的冷轧轧机，温轧过程中，钛合金板带材极易粘着轧辊，应选择有效的润滑剂和润滑方法，减少板带表面粘着造成的损伤。
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