CN111468536B - 一种β钛合金带卷的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种β钛合金带卷的制备方法，该制备方法借助现有的钢铁行业设备即可实现β钛合金带卷的生产，无需增加额外的生产线设备，在β钛合金板坯的上、下表面贴合TA1纯钛板材、TA2纯钛板材，这些纯钛板材在使用钢铁行业设备的过程中吸气的倾向更小，且纯钛板材厚度小，最终可以通过表面处理的方式去除，有效避免了使用钢铁行业设备进行生产，β钛合金吸气后材料塑性变差，在轧制中形成表面裂纹和缺陷的问题。

Description

一种β钛合金带卷的制备方法
技术领域
本发明属于钛带卷生产技术领域，具体涉及一种β钛合金带卷的制备方法。
背景技术
钛作为金属材料，具有比强度高、耐蚀性强、生物相容性好以及无磁性的优点。钛及合金带材主要用于大型民航客机、军用飞机、航天飞行器、核潜艇、核电站和海水淡化等高新技术领域。目前，钛带是用高品质的海绵钛作原料，以带卷的方式生产且成卷供应的产品，钛带产品包括换热器用材、冷凝器用材、复合板用材、焊管用材和装饰用材等。随着相关行业的飞速发展，市场对钛及合金带材的需求量大幅度增加。
钛带卷典型的生产工艺流程为：热轧卷→半成品退火→机械除鳞+酸洗→修磨→冷轧→中间退火→二次冷轧→再结晶退火→平整→精整→钛带成品。由于钛的产量较铜、铝等有色金属的产量低很多，要建立完整的钛带卷生产线设备一次性投资过大，而铜、铝等有色加工企业又缺乏钛的加工技术。一般钛板材使用块式板轧制工艺进行制备，受设备条件限制，钛行业没有大型的热轧带卷设备，同时尚无β钛合金带卷的制备方法。
现有技术中，若要进行钛合金带卷的制备，需要使用钢铁行业的轧机进行生产。而钢铁行业使用煤气加热，煤气燃烧后会排放多种废气，β钛合金特别容易吸气，尤其是氢，吸气后材料的塑性变差，在轧制中会形成表面裂纹和缺陷。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种β钛合金带卷的制备方法，通过该制备方法借助现有的钢铁行业设备即可实现β钛合金带卷的生产，无需增加额外的生产线设备。
根据本发明第一方面实施例的一种β钛合金带卷的制备方法，包括以下步骤：
S1：将纯钛板材贴合于β钛合金板坯的上、下表面，得到β钛合金预制板坯；
S2：对步骤S1得到的β钛合金预制板坯进行加热保温处理；
S3：热连轧轧制步骤S2处理后的β钛合金预制板坯至目标厚度，开启热连轧末端机架出口的层流冷却装置，在带头咬入后，对成品带卷进行强制冷却，在卷取温度下开始卷取至整卷下线，所述热连轧包括粗轧和精轧。
根据本发明实施例的β钛合金带卷的制备方法，至少具有如下技术效果：
借助现有的钢铁行业设备即可实现β钛合金带卷的生产，无需增加额外的生产线设备。
该制备方法在β钛合金板坯的上、下表面贴合TA1纯钛板材、TA2纯钛板材，这些纯钛板材在使用钢铁行业设备的过程中不会吸收煤气燃烧产生的气体，且纯钛板材厚度小，最终可以通过表面处理的方式去除，有效避免了使用钢铁行业设备进行生产，β钛合金吸气后材料塑性变差，在轧制中形成表面裂纹和缺陷的问题。
β合金由于其合金化特点，根据合金类型不同，在400～600℃之间存在硬脆相析出，从而导致材料塑性降低的情况，而带卷由于其卷状外观，无法实现产品的有效散热。本发明实施例的制备方法提出在终轧以后进行带卷的强制冷却，有效的抑制了有害相析出问题，从而保证了材料的组织得到有效控制。
根据本发明的一些实施例，所述的制备方法还包括在步骤S1之前，对β钛合金板坯表面进行清洗和抛光。
根据本发明的一些实施例，步骤S1中的纯钛板材包括TA1纯钛板材、TA2纯钛板材。TA2纯钛板材强度更高，塑性更差，在爆炸贴合的过程中可能会出现破裂，存在质量风险，优选TA1纯钛板材。
根据本发明的一些实施例，步骤S1中的纯钛板材的厚度≤2.0mm，平直度≤5mm/m。
根据本发明的一些实施例，步骤S1中的β钛合金板坯的表面粗糙度Ra≤3.2μm。
根据本发明的一些实施例，步骤S1中将纯钛板材贴合于β钛合金板坯的上、下表面的方法为爆炸贴合法。爆炸贴合属于现有技术，速度快、成本低，可以直接委托具有爆炸资质的第三方工厂进行。爆炸贴合后，将β钛合金预制板坯的各个边、角位置进行打磨，去除裂边毛边位置。
根据本发明的一些实施例，步骤S2中加热保温处理的温度为相变点以上100～150℃，加热保温处理的时间为180～300min。
根据本发明的一些实施例，步骤S3中，粗轧的方法为：采用5道次将步骤S2处理后的β钛合金预制板坯轧至中间坯，粗轧的轧制过程温降为100～120℃，中间坯的轧制温度为相变点以上20～50℃，中间坯的厚度为30～40mm。β钛合金预制板坯的厚度约150～200mm。
根据本发明的一些实施例，步骤S3中，精轧的方法为：通过7机架将中间坯轧制至成品厚度，成品厚度为3.0～4.0mm，控制精轧的出口温度大于600℃。可以通过工艺冷却水和轧制速度控制出口温度。精轧轧制后，满足宽度、厚度、精轧出口温度要求的轧件进入层流冷却，按照集中冷却+空冷冷却到300～350℃。
根据本发明的一些实施例，精轧过程中每个机架的压下量为10～50％。
根据本发明的一些实施例，步骤S3中，强制冷却处理后的温度为300～350℃。
成品需要强制冷却到300～350℃之间，因为强制冷却会迅速提升材料强度，引起板形和卷取的风险，一般钛材不进行强制冷却处理，但是β合金存在400～600℃之间析出脆性相的问题，因此需要在这个范围内实现快速冷却。
步骤S3下线后，运至物料存放区域，环境温度不超过80℃。
附图说明
图1是β钛合金带卷A的金相组织图。
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β钛合金带卷的制备方法，包括以下步骤：
S1：将纯钛板材贴合于β钛合金板坯的上、下表面，得到β钛合金预制板坯；
S2：对步骤S1得到的β钛合金预制板坯进行加热保温处理；
S3：热连轧轧制步骤S2处理后的β钛合金预制板坯至目标厚度，开启热连轧末端机架出口的层流冷却装置，在带头咬入后，对成品带卷进行强制冷却，在卷取温度下开始卷取至整卷下线，所述热连轧包括粗轧和精轧。
在步骤S1之前，对β钛合金板坯表面进行清洗和抛光。
步骤S1中的纯钛板材包括TA1纯钛板材、TA2纯钛板材。TA2纯钛板材强度更高，在爆炸贴合的过程中可能会出现破裂，存在质量风险，优选TA1纯钛板材。纯钛板材的厚度≤2.0mm，平直度≤5mm/m。β钛合金板坯的表面粗糙度Ra≤3.2μm。
步骤S1中将纯钛板材贴合于β钛合金板坯的上、下表面的方法为爆炸贴合法。爆炸贴合属于现有技术，速度快、成本低，可以直接委托具有爆炸资质的第三方工厂进行。爆炸贴合后，将β钛合金预制板坯的各个边、角位置进行打磨，去除裂边毛边位置。
步骤S2中加热保温处理的温度为相变点以上100～150℃，加热保温处理的时间为180～300min。
步骤S3中，粗轧的方法为：采用5道次将步骤S2处理后的β钛合金预制板坯轧至中间坯，粗轧的轧制过程温降为100～120℃，中间坯的轧制温度为相变点以下20-50℃，中间坯的厚度为40mm。β钛合金预制板坯的厚度约200mm。精轧的方法为：通过7机架将中间坯轧制至成品厚度，成品厚度为3.0～4.0mm，控制精轧的出口温度大于600℃。可以通过工艺冷却水和轧制速度控制出口温度。精轧轧制后，满足宽度、厚度、精轧出口温度要求的轧件进入层流冷却，按照集中冷却+空冷冷却到300～350℃。精轧过程中每个机架的压下量为10～50％。强制冷却处理的温度为300℃以上。成品需要强制冷却到300～350℃之间，因为强制冷却会迅速提升材料强度，引起板形和卷取的风险，一般钛材不进行强制冷却处理，但是β合金存在400～600℃之间析出脆性相的问题，因此需要在这个范围内实现快速冷却。
步骤S3下线后，运至物料存放区域，环境温度不超过80℃。
实施例2
本例采用实施例1的制备方法制备了β钛合金带卷A。具体步骤和工艺参数如下：
本例提供了一种β钛合金带卷的制备方法，包括以下步骤：
S1：将纯钛板材贴合于β钛合金板坯的上、下表面，得到β钛合金预制板坯；
S2：对步骤S1得到的β钛合金预制板坯进行加热保温处理；
S3：热连轧轧制步骤S2处理后的β钛合金预制板坯至目标厚度，开启热连轧末端机架出口的层流冷却装置，在带头咬入后，对成品带卷进行强制冷却，在卷取温度下开始卷取至整卷下线，所述热连轧包括粗轧和精轧。
在步骤S1之前，对β钛合金板坯表面进行清洗和抛光。
步骤S1中的纯钛板材采用TA1纯钛板材。纯钛板材的厚度为2.0mm，平直度为3mm/m。β钛合金板坯的表面粗糙度Ra3.2μm。使用化学方法对板材表面进行白化、除油。
步骤S1中将纯钛板材贴合于β钛合金板坯的上、下表面的方法为爆炸贴合法。爆炸贴合属于现有技术，速度快、成本低，可以直接委托具有爆炸资质的第三方工厂进行。爆炸贴合后，将β钛合金预制板坯的各个边、角位置进行打磨，去除裂边毛边位置。
步骤S2中加热保温处理的温度为900℃，加热保温处理的时间为180min。
步骤S3中，粗轧的方法为：采用5道次将步骤S2处理后的β钛合金预制板坯轧至中间坯，中间坯的轧制温度为800℃，中间坯的厚度为30mm。β钛合金预制板坯的厚度约160mm。精轧的方法为：通过7机架将中间坯轧制至成品厚度，成品厚度为3.0mm，控制精轧的出口温度大于600℃。通过工艺冷却水控制卷取温度，即精轧轧制后，满足宽度、厚度、精轧出口温度要求的轧件进入层流冷却，按照集中冷却+空冷冷却到320℃。精轧过程中每个机架的压下量为10～50％。强制冷却处理的温度为300℃以上，即成品需要强制冷却到320℃左右水平，因为强制冷却会迅速提升材料强度，引起板形和卷取的风险，一般钛材不进行强制冷却处理，但是β合金存在400～600℃之间析出脆性相的问题，因此需要在这个范围内实现快速冷却。
步骤S3下线后，运至物料存放区域，环境温度不超过80℃。
检测例1
测试了β钛合金带卷A的金相组织，如图1所示，从图1可以看出材料的组织均匀。
测试了实施例2制备的带卷A进行热处理前后的性能。热处理前后均能满足国家标准要求，热处理后还满足美国宇航材料规范要求。测试结果如表1所示。
表1
状态 抗拉强度MPa 屈服强度MPa 延伸率％
本方案制备带卷 R 943 875 10
本方案制备带卷 ST 828 766 14
国家标准GB/T 3621 ST 705～945 690～835 10
AMS 4914 ST 703～945 689～869 12
AMS 4914 510℃时效 STA 1000 965 7％
AMS 4914 480℃时效 STA 1241 1172 5％
时效指在一定温度下的长时间保温过程，AMS标准中提出的是8h±0.5h，产生的效果是沉淀相的析出，随之引起强度升高，塑性降低。本方案制备的带卷在热处理前具有一定强度，介于固溶和固溶时效态之间的强度和延伸率，体现了其成品冷却对于材料的冷却应力+沉淀相析出的抑制，保证了材料适中的性能。
由于要进行后续的固溶、轧制等加工，而材料的强度低、塑性好利于加工。沉淀相一旦析出，需要使用更长的时间进行固溶才能达到材料的均匀化，不利于生产的快速、连续进行，因此热态材料需要抑制沉淀相。

Claims (7)

1.一种β钛合金带卷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将纯钛板材贴合于β钛合金板坯的上、下表面，得到β钛合金预制板坯；
S2：对步骤S1得到的β钛合金预制板坯进行加热保温处理；加热保温处理的温度为相变点以上100～150℃，时间为180～300min；
S3：热连轧轧制步骤S2处理后的β钛合金预制板坯至目标厚度，开启热连轧末端机架出口的层流冷却装置，在带头咬入后，对成品带卷进行强制冷却，在卷取温度下开始卷取至整卷下线，所述热连轧包括粗轧和精轧；强制冷却处理后的温度为300～350℃；
所述粗轧的方法为：采用5道次将步骤S2处理后的β钛合金预制板坯轧至中间坯，粗轧的轧制过程温降为100～120℃，中间坯的轧制温度为相变点以上20～50℃，中间坯的厚度为30～40mm。
2.根据权利要求1所述的一种β钛合金带卷的制备方法，其特征在于，步骤S1中的纯钛板材包括TA1纯钛板材、TA2纯钛板材。
3.根据权利要求1所述的一种β钛合金带卷的制备方法，其特征在于，步骤S1中的纯钛板材的厚度≤2.0mm，平直度≤5mm/m。
4.根据权利要求1所述的一种β钛合金带卷的制备方法，其特征在于，步骤S1中的β钛合金板坯的表面粗糙度Ra≤3.2μm。
5.根据权利要求1所述的一种β钛合金带卷的制备方法，其特征在于，步骤S1中将纯钛板材贴合于β钛合金板坯的上、下表面的方法为爆炸贴合法。
6.根据权利要求1所述的一种β钛合金带卷的制备方法，其特征在于，步骤S3中，精轧的方法为：通过7机架将中间坯轧制至成品厚度，控制精轧的出口温度大于600℃。
7.根据权利要求6所述的一种β钛合金带卷的制备方法，其特征在于，精轧过程中每个机架的压下量为10～50％。
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