CN111872118A - 一种tc4钛合金板的短流程制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种TC4钛合金板的短流程制备方法，步骤如下：EB板坯制备、焊接包覆、根据成品板厚度选择1~3火次轧制目标厚度，焊接包覆具体为在板坯上下表面均焊接一层纯钛覆板，采用自动点焊机将覆板分别焊接在板坯上下表面，采用手工氩弧焊加焊丝进行封边焊接；当1火次或2火次轧制制得为半成品坯料时，先对其进行表面处理在进行下次轧制，当选择1火次、2火次或3火次轧制制得的为成品板时，先对一火、二火或三火轧制的板材进行大气退火，退火温度700~870℃，保温时间≥30min，退火后再进行表面处理，本发明通过对焊缝强度、轧制温度、轧制火次变形率的改进，缩短生产流程，降低生产成本，提高得料率，制备出组织与性能良好的TC4钛合金板材。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金板材制备技术领域，具体的说是一种TC4钛合金板的短流程制备方法及应用。
背景技术
TC4钛合金比强度高、加工性能好、工业制造及工程应用成熟，在化工、航空航天、舰船、体育、医疗等领域应用广泛，是全球应用量最大的钛合金牌号，占钛合金市场用量的50%以上。目前国内工业生产主要采用真空自耗电弧炉2~3次熔炼制备钛合金铸锭，并经多火次锻造、修磨得到轧制用板坯，存在生产流程长、材料损耗大等缺点。由于生产成本较高，限制了其在化工、装甲、体育休闲、医疗、建筑、生活日用等领域的进一步应用。据统计TC4板坯成本占板材生产总成本60 %以上，变形加工成本占总成本的26 %，因此降低板坯成本和加工成本是降低TC4板材成本的有效途径。采用电子束冷床炉(EBCHM，简称EB)一次熔炼获得TC4大规格扁锭，不经锻造可直接进行热轧，省去一次熔炼、多火次锻造和修磨工序，大幅缩短生产流程，降低材料损耗，且可以大量使用条状、屑状等各种形式的回收料，最大添加比例可以达到100 %，大幅降低原料成本，实现钛及钛合金板坯的短流程、低成本制备。
美国的ATI和Timet公司对EB炉单次熔炼TC4扁锭直轧板材进行研究，成功制备出了厚度12.7~76.2mm的板材，室温拉伸、断裂韧性、抗弹性能，满足装甲防护和航空领域要求，节约加工成本20%~40%，目前已经应用于装甲和航空领域，并形成了EB单次熔炼TC4板带材相关标准。国内EB炉单次熔炼纯钛扁锭及板带材产品近10年来已经大批量应用于化工、电力、海水淡化等领域，产品质量稳定。但EB炉熔炼TC4钛合金由于存在Al元素易烧损控制难度大及生产质量稳定性不足的问题，目前此项技术仍停留在试验阶段，还未实现工业化生产、供货及成熟应用。由于各EB炉厂家型号、熔炼功率、设备结构不同，熔炼技术及控制参数差异较大，各钛材生产厂家均需根据自有EB炉特点、配套产线能力、用途，来研发适宜的TC4钛合金EB熔炼及板材制备技术；
另外现有技术中有的制备TC4合金板，在扁锭表面一火轧制前涂覆抗氧化保护涂料，中间火次进行着色探伤，通过至少三火轧制制备出力学性能符合相关标准要求的板材，但是在制备过程中其一火开坯温度1000~1100℃超过相变点，无法通过一火轧制制备出组织与性能良好的板材，且EB扁锭组织粗大，一火表面轧制裂纹控制困难，抗氧化涂料不能有效解决一火开坯表面裂纹，造成一火轧制后表面裂纹较深，打磨量增加，材料无形损耗较多，无法在相变点以下进行大变形量轧制，不能有效控制一火板材的显微组织与力学性能；另外轧制火次多，生产流程长，轧制温度和轧制火次变形率有待进一步优化；
且有的现有技术在制备钛合金板材时，将覆板分别点焊在基板的表面，覆板与基板的边部缝焊，虽然轧制时可以有效减少表面裂纹裂边，减少表面打磨量，但是存在焊接包覆效率较低、作业环境要求高、焊接质量对人员技术依赖大等问题，无法满足大批量生产的要求，当采用自动焊接技术时克服了人工对金属薄板与厚板焊接效率低、成本高和质量不稳定的问题，但是边部自动缝焊不添加焊丝，熔焊后覆板与板坯的焊缝结合强度不高、气密性不佳，当板坯较厚或重量较大时，一火开坯加热时间长，加热温度高，板坯上下表面覆板与板坯边部焊缝在加热过程中吸气，与板坯会发生局部分离，且下表面受摩擦力更大，覆板更容易与板坯分离，造成轧制过程中覆板局部脱落或大面积脱落，损伤轧辊，表面轧制裂纹较深，包覆效果较差，且容易在板材表面造成轧制压坑。
针对上述存在的问题，为了满足各行各业对低成本TC4钛合金板材的需求，有必要对现有生产工艺改进来实现TC4钛合金板材的短流程低成本制备。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种TC4钛合金板的短流程制备方法及应用，通过对焊缝强度、轧制温度、轧制火次变形率的改进，缩短生产流程，降低生产成本，提高得料率，制备出组织与性能良好的TC4钛合金板材。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种TC4钛合金板的短流程制备方法，主要制备步骤如下：
步骤一、EB板坯制备
选用一级海绵钛、铝钒合金、铝豆、钛铁合金及二氧化钛进行配料并压制电极，并进行电极组焊，经过3600 KW电子束冷床炉一次熔炼出扁锭，对熔炼好的扁锭表面进行铣面、局部修磨、倒角后，制备出厚度为180~200mm、宽度1050~1280mm、长度≤6500mm的TC4扁锭，化学成分满足GB/T 3620.1中TC4合金成分要求，并用金相法测量相变点Tβ，扁锭沿长度方向锯切成适合轧制的板坯规格；
步骤二、焊接包覆
锯切后的板坯上下表面均焊接一层0.6~1.5mm厚的纯钛覆板，纯钛覆板的长宽均小于等于板坯倒角后的长宽，采用自动点焊机将纯钛覆板分别焊接固定在板坯上下表面，焊点间距20~150mm，焊接电流100~600A，然后采用手工氩弧焊加焊丝进行封边焊接，氩气压力5~20L/min，焊接电流50~300A，得到焊接包覆后的板坯；
步骤三、一火轧制
将焊接包覆后的板坯装炉加热，装炉温度为700~900℃，均温30~90min，升温到加热温度Tβ﹣(0~80)℃，保温时间按1.5±0.2min/mm计算，轧辊温度60~150℃，一火道次变形率5~25%，火次变形率70~90%，得到厚度20~50mm的板材；
步骤四、一火表面处理
将一火轧制的板材整面进行砂轮扒皮、千叶轮抛光处理，单面厚度修磨减薄量为0.2～0.3mm，去除表面裂纹、夹杂和富氧层，得到表面合格的一火半成品坯料或成品板；
步骤五、二火轧制
将表面处理后的一火半成品坯料进行换向轧制，轧制方向与一火轧制方向垂直，加热温度为Tβ﹣(30~90)℃，保温时间按1.3±0.2min/mm计算，二火道次变形率5~25%，轧辊温度50~110℃，火次变形率45~75%，得到厚度≥7mm的板材；
步骤六、二火表面处理
二火轧制的板材选择喷砂酸洗、碱酸洗、抛丸酸洗和抛光中任一种处理方式，去除表面氧化皮，千叶轮局部修磨去除裂纹、起皮、压入表面缺陷，得到表面合格的二火半成品坯料或成品板；
步骤七、三火轧制
将表面处理后的二火半成品坯料进行三火单向轧制或换向轧制，加热温度为Tβ﹣(40~100)℃，保温时间按1.2±0.2min/mm计算，三火道次变形率5~25%，火次变形率30~60%，轧辊温度50~110℃，得到厚度≥3.7mm的板材；
步骤八、三火表面处理
三火轧制的板材选择喷砂酸洗、碱酸洗、抛丸酸洗和抛光中任一种处理方式，去除表面氧化皮，千叶轮局部修磨去除裂纹、起皮、压入表面缺陷，得到表面合格的成品板；
其中，当步骤四、步骤六或步骤八最终制得的为成品板时，在表面处理前先对一火、二火或三火轧制的板材进行大气退火，大气退火温度700~870℃，保温时间≥30min，出炉后空冷，退火完成后采用热矫直机、蠕变矫形炉或压机进行矫正板形，也可采用台车炉或地坑炉进行成摞退火矫正板形，使板材不平度满足要求。
进一步的，所述步骤一中电极为Z形海绵钛电极压块。
进一步的，所述步骤一中扁锭超声波探伤检验不低于GB/T5193~2007标准B级。
进一步的，当一火轧制处理后得到一火半成品坯料时，步骤三中加热温度为Tβ﹣(0~30)℃。
进一步的，当一火轧制处理得到成品板时，步骤三中加热温度为Tβ﹣(30~80)℃。
进一步的，所述步骤八中成摞退火的工艺参数为：钛板材叠放装炉总厚度≤150mm，钢压板厚度≥200mm，在室温下将板材装炉，加热到600~700℃，保温4~16h，先随炉冷却到500~600℃，开炉门30mm降温至400~550℃，然后开炉门50~80mm降温至300~400℃出炉空冷。
进一步的，步骤八中热处理也可以为：将一火、二火或三火轧制的板材进行固溶时效热处理，固溶温度890~970℃，保温时间≥30min，空冷或水淬，时效温度480~690℃，保温2~24h。
进一步的，步骤四、步骤六、步骤八中得到的成品板超声波探伤检验均满足GB/T5193~2007标准A1级。
制备的TC4钛合金板在体育休闲、化工、装甲、舰船、电力、冶金、建筑、车辆、医药、生活日用领域中应用。
本发明的有益效果在于：
（1）半成品修磨量少：本发明对焊接包覆工艺进行优化改进，提高了纯钛覆板与板坯封边焊接后焊缝的结合强度及气密性，避免纯钛覆板在加热过程中分离和在轧制过程中脱落，减少一火表面修磨量和轧制裂边，一火单面厚度修磨减薄量从原来的0.4～0.6mm降低到0.2～0.3mm，半成品修磨量减少50%以上；
（2）生产流程短：本发明覆板包覆效果好，解决了EB铸坯直轧的裂纹控制难题，从而可以在相变点以下进行大变形量轧制，通过一火轧制即可制备出组织与性能良好的板材，与传统2~3次真空自耗熔炼、至少3火次锻造板坯轧制板材及现有EB扁锭直轧板材技术相比，生产流程大幅缩短，对于大规格宽幅板材的生产更具优势；
（3）生产成本低：现有技术为了减少EB扁锭轧制表面裂纹，均在相变点以上≥1000℃加热开坯轧制，能耗高，且一火轧制表面裂纹不能得到有效控制，本发明采用板坯包覆后在相变点以下开坯轧制，降低加热温度，减少加热能耗，采用大变形量轧制，缩短轧制火次；
（4）组织性能良好：本发明通过综合控制EB扁锭化学成分、焊接包覆工艺、轧制温度、轧制变形率及热处理工艺，制备的板材板抗拉强度Rm≥920，屈服强度RP0.2≥850，延伸率A≥10%，满足GB/T3621及ASTM B265标准要求，经过一火轧制板材粗大铸态组织即得到充分破碎，成品板材组织与性能可以达到传统锻造板坯制备板材的水平，可以满足体育、化工、装甲等对成本控制较严领域的使用需求；
（5）大批量生产：本发明设备简单，技术方案易于实现，可实现大批量稳定生产。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的26mm TC4钛合金板材的微观组织示意图；
图2是本发明实施例2制备的10mm TC4钛合金板材的微观组织示意图；
图3是本发明实施例3制备的4mm TC4钛合金板材的微观组织示意图；
图4是本发明对比例1制备的63mm TC4钛合金半板材的微观组织示意图；
图5是本发明对比例1制备的32mm TC4钛合金成品板材的微观组织示意图；
图6是本发明对比例2制备的10mm TC4钛合金成品板材的微观组织示意图；
图7是本发明对比例3制备的4mm TC4钛合金成品板材的微观组织示意图。
具体实施方式
一种TC4钛合金板的短流程制备方法，主要制备步骤如下：
步骤一、EB板坯制备
选用一级海绵钛、铝钒合金、铝豆、钛铁合金及二氧化钛进行配料并压制电极，电极为Z形海绵钛电极压块，并进行电极组焊，经过3600 KW电子束冷床炉一次熔炼出扁锭，对熔炼好的扁锭表面进行铣面、局部修磨、倒角后，制备出厚度为180~200mm、宽度1050~1280mm、长度≤6500mm的TC4扁锭，化学成分满足GB/T 3620.1中TC4合金成分要求，扁锭超声波探伤检验不低于GB/T5193~2007标准B级，并用金相法测量相变点Tβ，扁锭沿长度方向锯切成适合轧制的板坯规格；
步骤二、焊接包覆
锯切后的板坯上下表面均焊接一层0.6~1.5mm厚的纯钛覆板，纯钛覆板的长宽均小于等于板坯倒角后的长宽，采用自动点焊机将纯钛覆板分别焊接固定在板坯上下表面，焊点间距20~150mm，焊接电流100~600A，然后采用手工氩弧焊加焊丝进行封边焊接，氩气压力5~20L/min，焊接电流50~300A，得到焊接包覆后的板坯；
步骤三、一火轧制
将焊接包覆后的板坯装炉加热，装炉温度为700~900℃，均温30~90min，升温到加热温度（Tβ﹣80）~Tβ℃，保温时间按1.5±0.2min/mm计算，轧辊温度60~150℃，一火道次变形率5~25%，火次变形率70~90%，得到厚度20~50mm的板材；
步骤四、一火表面处理
将一火轧制的板材整面进行砂轮扒皮、千叶轮抛光处理，单面厚度修磨减薄量为0.2～0.3mm，去除表面裂纹、夹杂和富氧层，得到表面合格的一火半成品坯料或成品板；
步骤五、二火轧制
将表面处理后的一火半成品坯料进行换向轧制，轧制方向与一火轧制方向垂直，加热温度为（Tβ﹣90）~ （Tβ﹣30） ℃，保温时间按1.3±0.2min/mm计算，二火道次变形率5~25%，轧辊温度50~110℃，火次变形率45~75%，得到厚度≥7mm的板材；
步骤六、二火表面处理
二火轧制的板材选择喷砂酸洗、碱酸洗、抛丸酸洗和抛光中任一种处理方式，去除表面氧化皮，千叶轮局部修磨去除裂纹、起皮、压入表面缺陷，得到表面合格的二火半成品坯料或成品板；
步骤七、三火轧制
将表面处理后的二火半成品坯料进行三火单向轧制或换向轧制，加热温度为（Tβ﹣100）~ （Tβ﹣40）℃，保温时间按1.2±0.2min/mm计算，三火道次变形率5~25%，火次变形率30~60%，轧辊温度50~110℃，得到厚度≥3.7mm的板材；
步骤八、三火表面处理
三火轧制的板材选择喷砂酸洗、碱酸洗、抛丸酸洗和抛光中任一种处理方式，去除表面氧化皮，千叶轮局部修磨去除裂纹、起皮、压入表面缺陷，得到表面合格的成品板；
其中，当步骤四、步骤六或步骤八最终制得的为成品板时，在表面处理前先对一火、二火或三火轧制的板材进行大气退火，大气退火温度700~870℃，根据厚度和组织性能要求选择合适的退火温度，保温时间≥30min，出炉后空冷，根据厚度选择合适的保温时间，退火完成后采用热矫直机、蠕变矫形炉或压机进行矫正板形，也可采用台车炉或地坑炉进行成摞退火矫正板形，使板材不平度满足要求。
进一步的，当一火轧制处理后得到一火半成品坯料时，步骤三中加热温度为（Tβ﹣30）~Tβ℃。
进一步的，当一火轧制处理得到成品板时，步骤三中加热温度为（Tβ﹣80）~ （Tβ﹣30）℃。
进一步的，所述步骤八中成摞退火的工艺参数为：钛板材叠放装炉总厚度≤150mm，钢压板厚度≥200mm，在室温下将板材装炉，加热到600~700℃，保温4~16h，先随炉冷却到500~600℃，开炉门30mm降温至400~550℃，然后开炉门50~80mm降温至300~400℃出炉空冷。
进一步的，步骤八中热处理也可以为：将一火、二火或三火轧制的板材进行固溶时效热处理，固溶温度890~970℃，保温时间≥30min，空冷或水淬，时效温度480~690℃，保温2~24h，根据板材实际用途对组织与性能的要求选择合适的固溶时效热处理工艺。
进一步的，步骤四、步骤六、步骤八中得到的成品板超声波探伤检验均满足GB/T5193~2007标准A1级。
制备的TC4钛合金板在体育休闲、化工、装甲、舰船、电力、冶金、建筑、车辆、医药、生活日用领域中应用。
下面根据附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种TC4钛合金板的短流程制备方法，主要制备步骤如下：
(1) EB板坯制备：选用一级海绵钛、铝钒合金、铝豆、钛铁合金及二氧化钛进行配料并压制电极，并进行电极组焊，经过3600 KW电子束冷床炉一次熔炼出扁锭，对熔炼好的扁锭表面进行铣面、局部修磨、倒角后，制备出厚度为187mm、宽度1077mm、长度5934mm的TC4扁锭，化学成分如表1所示，满足GB/T 3620.1中TC4合金成分要求，并用金相法测得相变点为990℃，扁锭超声波探伤检验满足GB/T5193~2007标准B级，扁锭锯切成187*1077*1130mm；
(2) 焊接包覆：锯切后的板坯上下表面均焊接一层1mm厚的纯钛覆板，纯钛覆板的长度1077mm、宽度1130mm，纯钛覆板和板坯表面满足要求，采用自动点焊机将覆板焊接固定在板坯上下表面，焊点间距50mm，焊接电流300A，然后采用手工氩弧焊加焊丝进行封边焊接，氩气压力15L/min，焊接电流200A；
(3) 一火轧制：焊接包覆后的板坯装炉加热，装炉温度800℃，均温60min，升温到加热温度960℃，保温时间按1.3min/mm计算，轧辊温度90℃，一火道次变形率7~22%，火次变形率86%，得到厚度26mm的板材；
(4) 热处理：26mm板材进行大气退火，退火温度750℃，保温时间70min，板材不平度≤10mm/m；
(5) 表面处理：板材整面进行砂轮扒皮、千叶轮抛光处理，单面厚度修磨减薄量0.22mm，去除表面裂纹、夹杂和富氧层，得到规格26*≥1000*≥2000mm表面合格的成品板。
上述成品板材超声波探伤检验满足GB/T5193~2007标准A1级，板材微观组织如图1所示，力学性能如表7所示。
表1 实施例1扁锭化学成分
实施例2
一种TC4钛合金板的短流程制备方法，主要制备步骤如下：
(1) EB板坯制备：选用一级海绵钛、铝钒合金、铝豆、钛铁合金及二氧化钛进行配料并压制电极，并进行电极组焊，经过3600 KW电子束冷床炉一次熔炼出扁锭，对熔炼好的扁锭表面进行铣面、局部修磨、倒角后，制备出厚度为189mm、宽度1090mm、长度6110mm的TC4扁锭，化学成分如表2所示满足GB/T 3620.1中TC4合金成分要求，金相法测得相变点为985℃，扁锭超声波探伤检验不满足GB/T5193~2007标准A级，扁锭锯切成189*1090*1000mm；
(2) 焊接包覆：锯切后的板坯上下表面焊接一层1.4mm厚的纯钛覆板，纯钛覆板的长度1077mm、宽度1000mm，纯钛覆板和板坯表面满足要求，采用自动点焊机将覆板焊接固定在板坯表面，焊点间距100mm，焊接电流400A，然后采用手工氩弧焊加焊丝进行封边焊接，氩气压力17L/min，焊接电流150A；
(3) 一火轧制：焊接包覆后的板坯装炉加热，装炉温度850℃，均温50min，升温到加热温度980℃，保温时间按1.5min/mm计算，轧辊温度70℃，一火道次变形率6~24%，火次变形率88.9%，得到厚度21mm的板材；
(4) 表面处理：一火轧制的板材整面进行砂轮扒皮、千叶轮抛光处理，单面厚度修磨减薄量0.27mm，去除表面裂纹、夹杂和富氧层，得到表面合格的半成品坯料；
(5) 二火轧制：表明处理后的一火半成品坯料进行换向轧制，轧制方向与一火轧制方向垂直，加热温度为940 ℃，保温时间按1.3min/mm计算，二火道次变形率6~26%，轧辊温度78℃，火次变形率52%，得到厚度10mm的板材；
(5) 热处理：10mm板材进行大气退火，退火温度850℃，保温时间50min，钛板叠放厚度100mm，钢压板厚度250mm，室温下板材装炉，加热温度620℃，保温10h，先随炉冷却到550℃，开炉门30mm降温至450℃，然后开炉门80mm降温至350℃出炉，板材不平度≤5mm/m；
(6) 表面处理：二火轧制的板进行喷砂酸洗处理，去除表面氧化皮，千叶轮局部修磨去除裂纹、起皮、压入表面缺陷，得到表面合格规格10*≥1000*≥2000mm的成品板；
上述成品板材超声波探伤检验满足GB/T5193~2007标准A1级，板材微观组织如图2所示，力学性能如表7所示。
表2 实施例2扁锭化学成分
实施例3
一种TC4钛合金板的短流程制备方法，主要制备步骤如下：
(1) EB板坯制备：选用一级海绵钛、铝钒合金、铝豆、钛铁合金及二氧化钛进行配料并压制电极，并进行电极组焊，电极为Z形海绵钛电极压块，经过3600 KW电子束冷床炉一次熔炼出扁锭，对熔炼好的扁锭表面进行铣面、局部修磨、倒角后，制备出厚度为192mm、宽度1190mm、长度6410mm的TC4扁锭，化学成分如表3所示满足GB/T 3620.1中TC4合金成分要求，金相法测得相变点为980℃，扁锭超声波探伤检验不满足GB/T5193~2007标准A级，扁锭锯切成192*1190*1280mm；
(2) 焊接包覆：锯切后的板坯上下表面焊接一层0.8mm厚的纯钛覆板，纯钛覆板的长度1188mm、宽度1278mm，纯钛覆板和板坯表面满足要求，采用自动点焊机将覆板焊接固定在板坯表面，焊点间距200mm，焊接电流200A，然后采用手工氩弧焊加焊丝进行封边焊接，氩气压力20L/min，焊接电流280A；
(3) 一火轧制：焊接包覆后的板坯装炉加热，装炉温度750℃，均温80min，升温到加热温度980℃，保温时间按1.6min/mm计算，轧辊温度120℃，一火道次变形率7~23%，火次变形率87%，得到厚度25mm的板材；
(4) 表面处理：一火轧制的板材整面进行砂轮扒皮、千叶轮抛光处理，单面厚度修磨减薄量0.25mm，去除表面裂纹、夹杂和富氧层，得到表面合格的半成品坯料；
(5) 二火轧制：表面处理后的一火半成品坯料进行换向轧制，轧制方向与一火轧制方向垂直，加热温度为950 ℃，保温时间按1.2min/mm计算，二火道次变形率5~25%，轧辊温度90℃，火次变形率72%，得到厚度7mm的板材；
(6) 表面处理：二火轧制的板材进行碱酸洗处理，去除表面氧化皮，千叶轮局部修磨去除裂纹、起皮、压入表面缺陷，得到表面合格的半成品坯料；
(7) 三火轧制：表面处理后的二火半成品坯料进行三火单向轧制，加热温度为920℃，保温时间按1.2min/mm计算，三火道次变形率7~22%，火次变形率43%，轧辊温度65℃，得到厚度4mm的板材；
(8) 热处理：4mm板材进行大气退火，退火温度720℃，保温时间45min，出炉后热矫直机矫正板形，板材不平度≤15mm/m；
(9) 表面处理：三火轧制的板进行碱酸洗处理，去除表面氧化皮，千叶轮局部修磨去除裂纹、起皮、压入表面缺陷，得到表面合格规格4*≥1000*≥3000mm的成品板；
上述成品板材超声波探伤检验满足GB/T5193~2007标准A1级，板材微观组织如图3所示，力学性能如表7所示。
表3 实施例3扁锭化学成分
对比例1
使用190mm厚的EB扁锭，化学成分见表4，扁锭实测相变点988℃，扁锭探伤满足B级，表面不包覆纯钛层直接加热轧制，一火轧制温度1020℃，轧制厚度63mm，一火半成品扒皮抛光，单面厚度修磨减薄量0.52mm，二火轧制温度960℃，成品厚度32mm，大气退火温度750℃，保温时间90min，成品板抛光处理，成品探伤满足A级，制备的板材力学性能见表7，微观组织见图5，一火半成品63mm，室温抗拉强度946MPa，屈服强度850MPa，延伸率9.5%，图4微观组织中粗大α相破碎不充分，组织不均匀。
表4 对比例1扁锭化学成分
对比例2
使用140mm厚的锻坯，化学成分见表5，铸锭实测相变点994℃，探伤满足A级，表面包覆1.2mm纯钛层，机器点焊和封边焊接，一火轧制温度1020℃，轧制厚度20mm，轧制过程中包覆层有局部脱落现象，半成品单面厚度减薄量0.35mm，二火轧制温度950℃，换向轧制，轧制厚退火温度850℃，保温时间50min，出炉后热矫直，板材不平度≤10mm/m，成品喷砂酸洗处理，探伤满足A1级，板材微观组织如图6所示，力学性能如表7所示。
表5 对比例2锻坯化学成分
对比例3
使用120mm厚的锻坯，化学成分见表6，铸锭实测相变点992℃，探伤满足A级，表面包覆1.0mm纯钛层，机器点焊和封边焊接，一火轧制温度1020℃，轧制厚度16mm，轧制过程中包覆层有局部脱落现象，半成品单面厚度减薄量0.32mm，二火轧制温度950℃，轧制厚度7mm，单向轧制，半成品碱酸洗处理，三火轧制温度900℃，轧制厚度4mm，单向轧制厚度4mm，退火温度720℃，保温时间45min，出炉后空冷，板材不平度≤15mm/m，成品碱酸洗处理，探伤满足A1级，板材微观组织如图7所示，力学性能如表7所示。
表6 对比例3锻坯化学成分
表7 实施例与对比例TC4板材室温力学性能对比
实施例1和对比例1相比，采用改进后的焊接包覆工艺，一火轧制温度在相变点以下，火次变形率更大，无需两火轧制，一火轧制后粗大的铸态组织被充分破碎，室温力学性能与对比例1二火轧制的板材相当，可以满足标准要求，有一定性能安全余量，且修磨量减少，在保证组织性能的前提下缩短生产流程。
实施例2与对比例2相比，均采用两火换向轧制，采用相同的退火工艺，EB扁锭制备的板材微观组织与力学性能可以达到传统锻造板坯制备的板材水平。
实施例3与对比例3相比，均采用三火轧制，采用相同的退火工艺，EB扁锭制备的板材横纵向室温拉伸性能基本接近，显微组织为细小均匀的α相，可以达到传统锻造板坯制备的板材水平。
综上所述，可以看出本发明制备的TC4钛合金板材表现出了良好的强塑性匹配，显微组织破碎充分，生产流程显著缩短，实现了TC4合金板材低成本化制备。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种TC4钛合金板的短流程制备方法，其特征在于：主要制备步骤如下：
步骤一、EB板坯制备
选用一级海绵钛、铝钒合金、铝豆、钛铁合金及二氧化钛进行配料并压制电极，并进行电极组焊，经过3600 KW电子束冷床炉一次熔炼出扁锭，对熔炼好的扁锭表面进行铣面、局部修磨、倒角后，制备出厚度为180~200mm、宽度1050~1280mm、长度≤6500mm的TC4扁锭，化学成分满足GB/T 3620.1中TC4合金成分要求，并用金相法测量相变点Tβ，扁锭沿长度方向锯切成适合轧制的板坯规格；
步骤二、焊接包覆
锯切后的板坯上下表面均焊接一层0.6~1.5mm厚的纯钛覆板，纯钛覆板的长宽均小于等于板坯倒角后的长宽，采用自动点焊机将纯钛覆板分别焊接固定在板坯上下表面，焊点间距20~150mm，焊接电流100~600A，然后采用手工氩弧焊加焊丝进行封边焊接，氩气压力5~20L/min，焊接电流50~300A，得到焊接包覆后的板坯；
步骤三、一火轧制
将焊接包覆后的板坯装炉加热，装炉温度为700~900℃，均温30~90min，升温到加热温度Tβ﹣(0~80)℃，保温时间按1.5±0.2min/mm计算，轧辊温度60~150℃，一火道次变形率5~25%，火次变形率70~90%，得到厚度20~50mm的板材；
步骤四、一火表面处理
将一火轧制的板材整面进行砂轮扒皮、千叶轮抛光处理，单面厚度修磨减薄量为0.2～0.3mm，去除表面裂纹、夹杂和富氧层，得到表面合格的一火半成品坯料或成品板；
步骤五、二火轧制
将表面处理后的一火半成品坯料进行换向轧制，轧制方向与一火轧制方向垂直，加热温度为Tβ﹣(30~90)℃，保温时间按1.3±0.2min/mm计算，二火道次变形率5~25%，轧辊温度50~110℃，火次变形率45~75%，得到厚度≥7mm的板材；
步骤六、二火表面处理
二火轧制的板材选择喷砂酸洗、碱酸洗、抛丸酸洗和抛光中任一种处理方式，去除表面氧化皮，千叶轮局部修磨去除裂纹、起皮、压入表面缺陷，得到表面合格的二火半成品坯料或成品板；
步骤七、三火轧制
将表面处理后的二火半成品坯料进行三火单向轧制或换向轧制，加热温度为Tβ﹣(40~100)℃，保温时间按1.2±0.2min/mm计算，三火道次变形率5~25%，火次变形率30~60%，轧辊温度50~110℃，得到厚度≥3.7mm的板材；
步骤八、三火表面处理
三火轧制的板材选择喷砂酸洗、碱酸洗、抛丸酸洗和抛光中任一种处理方式，去除表面氧化皮，千叶轮局部修磨去除裂纹、起皮、压入表面缺陷，得到表面合格的成品板；
其中，当步骤四、步骤六或步骤八最终制得的为成品板时，在表面处理前先对一火、二火或三火轧制的板材进行大气退火，大气退火温度700~870℃，保温时间≥30min，出炉后空冷，退火完成后采用热矫直机、蠕变矫形炉或压机进行矫正板形，也可采用台车炉或地坑炉进行成摞退火矫正板形，使板材不平度满足要求。
2.根据权利要求1所述的一种TC4钛合金板的短流程制备方法，其特征在于：所述步骤一中电极为Z形海绵钛电极压块。
3.根据权利要求1所述的一种TC4钛合金板的短流程制备方法，其特征在于：所述步骤一中扁锭超声波探伤检验不低于GB/T5193~2007标准B级。
4.根据权利要求1所述的一种TC4钛合金板的短流程制备方法，其特征在于：当一火轧制处理后得到一火半成品坯料时，步骤三中加热温度为Tβ﹣(0~30)℃。
5.根据权利要求1所述的一种TC4钛合金板的短流程制备方法，其特征在于：当一火轧制处理得到成品板时，步骤三中加热温度为Tβ﹣(30~80)℃。
6.根据权利要求1所述的一种TC4钛合金板的短流程制备方法，其特征在于：所述步骤八中成摞退火的工艺参数为：钛板材叠放装炉总厚度≤150mm，钢压板厚度≥200mm，在室温下将板材装炉，加热到600~700℃，保温4~16h，先随炉冷却到500~600℃，开炉门30mm降温至400~550℃，然后开炉门50~80mm降温至300~400℃出炉空冷。
7.根据权利要求1所述的一种TC4钛合金板的短流程制备方法，其特征在于：步骤八中热处理也可以为：将一火、二火或三火轧制的板材进行固溶时效热处理，固溶温度890~970℃，保温时间≥30min，空冷或水淬，时效温度480~690℃，保温2~24h。
8.根据权利要求1所述的一种TC4钛合金板的短流程制备方法，其特征在于：步骤四、步骤六、步骤八中得到的成品板超声波探伤检验均满足GB/T5193~2007标准A1级。
9.根据权利要求1-8任意一项制备的TC4钛合金板在体育休闲、化工、装甲、舰船、电力、冶金、建筑、车辆、医药、生活日用领域中的应用。
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