CN113215509B

CN113215509B - 一种钛合金热轧卷的制备方法

Info

Publication number: CN113215509B
Application number: CN202110418642.3A
Authority: CN
Inventors: 刘正乔; 涂爱东; 蒋孟玲; 孔玢; 陈彦辉; 余世伦
Original assignee: Hunan Xiangtou Goldsky Titanium Metal Co ltd
Current assignee: Hunan Xiangtou Goldsky Titanium Metal Co ltd
Priority date: 2021-04-19
Filing date: 2021-04-19
Publication date: 2022-06-10
Anticipated expiration: 2041-04-19
Also published as: CN113215509A

Abstract

本发明公开了一种钛合金热轧卷的制备方法，属于钛合金加工技术领域。一种钛合金热轧卷的制备方法，包括如下步骤，S1.对厚度为200mm～250mm，宽度≥1200mm的板坯，进行防氧化处理；S2.进行第一次加热，加热温度≤β相变点；S3.先沿宽度方向预轧步骤S2所得板坯，累积变形量≥40％，再沿长度方向预轧至中间厚度；S4.再次进行防氧化处理和β相变点以下的第二次加热；S5.将步骤S4所得板坯依次经1～3道粗轧和多机架精轧后，即得厚度为4mm～10mm的钛合金热轧卷。本发明提供的制备方法，可获得满足标准的产品，在使用合适的热处理后，获得细小均匀的晶粒组织。

Description

一种钛合金热轧卷的制备方法

技术领域

本发明属于钛合金加工技术领域，具体涉及一种钛合金热轧卷的制备方法。

背景技术

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。许多学者都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。其中，TC4合金是钛合金中应用领域最广的一种，因其具有良好的强韧性匹配，广泛应用于航空航天、海洋军工等领域。

传统工业生产的钛合金板材，无论是直接使用或者用于制备钛合金带材，为了保证板材组织的均匀化，需进行多火次的锻造，然后进行多火次的轧制。这种方法生产的板材虽然组织性能优良，但所需的轧制工艺，工序复杂，以确保板材组织均匀且具备良好的轧制性能，能耗较高；此外还有形式较为单一，产能小，批次稳定性差等缺点。

因此，研发一种组织均一、性能稳定的带材制备方法尤为重要。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种钛合金热轧卷的制备方法，能够省略原料板坯的多次锻造均一化过程，简化了流程，提升了生产效率，同时通过设备和工艺参数的调整，提升了带材的厚度均匀性和组织性能。

根据本发明的一个方面，提出了一种钛合金热轧卷的制备方法，包括如下步骤，

S1.对厚度为200mm～250mm，宽度≥1200mm的板坯，进行防氧化处理；

S2.对步骤S1所得板坯进行第一次加热，加热温度≤β相变点；

S3.先沿宽度方向预轧步骤S2所得板坯，累积变形率≥40％，再沿长度方向预轧；

S4.对步骤S3所得板坯进行防氧化处理和β相变点以下的第二次加热；

S5.将步骤S4所得板坯依次经1～3道粗轧和多机架精轧后，即得厚度为4mm～10mm的钛合金带材，将所述带材卷取后，即得所述钛合金热轧卷。

根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：

(1)本申请制备钛合金热轧带卷所用原料板坯较大，常规的锻造工艺难以锻透板坯，因此若采用非墩拔锻造坯料一次轧制至带卷的方法进行生产，产出的钛合金热轧卷组织均一性较差，而本发明通过预轧，充分制调整锻造而产生的组织不均匀情况，经工艺调整实现板材的充分变形，可有效提升宽幅钛合金热轧卷的组织均一性和力学性能，尤其是可得到细小均匀组织，进而带来的塑性指标的提升。

(2)本发明提供的钛合金热轧卷的制备方法，不需要对原料板坯进行组织的均一化处理，即直接采用铸造或锻造态的板坯，而不需要对其进行墩拔处理，简化了工艺流程，提高了生产效率，降低了生产成本。

(3)常规采用非墩拔锻造板坯制备钛合金热轧卷的方法，仅沿长度方向轧制，因此带卷组织具有明显的方向性，且由于原料未进行墩拔处理，铸态组织的单方向拉长造成内部晶粒的极大不均匀；本发明提供的制备方法，分别沿横向和纵向进行轧制，降低了晶粒再结晶后的方向性和不均匀性。

(4)本发明提供的钛合金热轧卷的制备方法，沿宽度方向预轧的累积变形量≥40％，该处理兼具板坯组织均一化和提升钛合金热轧卷室温拉伸延伸率的作用。

(5)本发明提供的钛合金热轧卷的制备方法，两次加热温度均在β相变点以下，相较于传统工艺使用的一火β相变点以上的加热，避免了跨相变点轧制带来的混晶组织和晶粒动态异常长大，避免了轧制过程中片层状组织的形成和塑性的恶化，进一步提升了钛合金热轧卷的组织均一性和力学性能。

(6)本发明提供的钛合金热轧卷的制备方法，除可以将钛合金热轧卷作为商品使用、销售外，步骤S3所得板坯以及步骤S5粗轧后所得板坯也满足作为板材使用、销售的标准，增加了同一制备方法可产出产品的种类。

在本发明的一些实施方式中，所述制备方法，可适用于目前常用的多种钛及钛合金材料，如TA18和TC4等。

在本发明的一些实施方式中，所述制备方法，还包括在步骤S1之前，对所述板坯进行第一次表面处理。

在本发明的一些实施方式中，所述第一次表面处理，包括以清水清洁板坯表面后，风干。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述板坯，表面粗糙度≤25μm，若粗糙度过高，可以采用机械打磨后再应用。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述防氧化处理，是将防氧化涂层均匀涂至所述板坯所有表面，涂覆次数为2～3次。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述第一次加热，在步进炉中进行，待加热的板坯经辊道运输后装至所述步进炉中。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述第一次加热，包括依次进行的预热、加热和保温处理。

在本发明的一些实施方式中，所述第一次加热的预热和加热的总时长≤1h。

在本发明的一些实施方式中，步骤S1中，所述第一次加热的保温处理，时长为3h～5h。

所述保温处理过程中，应避免加热火焰直接喷射在待加热的板坯上，以免出现局部过热，进而降低组织均一性的问题。

当所述钛合金热轧卷的材质为TC4钛合金时，第一次加热的保温温度为910℃～960℃。

在本发明的一些实施方式中，步骤S3中，所述累计变形率，参考式(1)进行计算；

变形率＝(变形前厚度-变形后厚度)/变形前厚度×100％(1)。

所述厚度，指h值。

在本发明的一些实施方式中，步骤S3中，所述沿宽度方向预轧，是指所述板坯的宽度a与轧机传送带运行方向平行。

在本发明的一些实施方式中，步骤S3中，所述沿宽度方向预轧，单次压下量≤25mm。

在本发明的一些实施方式中，步骤S3中，所述沿宽度方向预轧，预轧后所得中间板坯的宽度约等于所述钛合金热轧卷的目标宽度。

在本发明的一些实施方式中，步骤S3中，所述沿长度方向预轧，终轧压下量≤1mm，其余道次压下量≤15mm。

在本发明的一些实施方式中，步骤S3中，所述沿长度方向预轧，是指所述板坯的长度b与轧机传送带运行方向平行。

在本发明的一些实施方式中，步骤S3中，所述沿宽度方向预轧的压下量与所述沿长度方向预轧的压下量的比值，与所述钛合金热轧卷的性能相关。

所述沿长度方向预轧，终轧压下量≤1mm的原因是，控制厚度的精度，当终轧压下量＞1mm时，则所得板坯厚度精度难以满足要求。

在本发明的一些实施方式中，步骤S3中，所述沿长度方向预轧，终轧温度≥750℃，终轧厚度为60mm～100mm。

在本发明的一些实施方式中，所述制备方法，还可以包括在步骤S3和S4之间，对步骤S3所得板坯进行带温矫直，以控制板坯平整度≤5mm/m。

在本发明的一些实施方式中，所述制备方法，还包括在步骤S4中，所述防氧化处理之前，对所述带温矫直处理后的板坯，进行整形处理。

在本发明的一些实施方式中，所述整形处理，包括依次进行的定尺、修磨、打磨和酸洗。

在本发明的一些实施方式中，所述定尺，在锯床上进行；所述修磨，工具为修磨机。

在本发明的一些实施方式中，所述打磨，工具为千叶轮，目的是去除局部压入和裂纹。

在本发明的一些实施方式中，步骤S4中，所述第二次加热，在步进炉中进行，待加热的板坯经辊道运输后装至所述步进炉中。

在本发明的一些实施方式中，步骤S4中，所述第二次加热，包括依次进行的预热、加热和保温处理。

在本发明的一些实施方式中，所述第二次加热的预热和加加热的总时长≤1h。

在本发明的一些实施方式中，步骤S4中，所述第二次加热的保温处理时长为2h～3h。

当所述钛合金热轧卷的材质为TC4钛合金时，所述第二次加热的保温温度为910℃～950℃。

在本发明的一些实施方式中，步骤S5中，所述粗轧，单次压下量≥10mm。

所述粗轧，单次压下量≥10mm，可实现材料晶界的充分破碎，优化组织，同时可避免粗轧产物在厚度方向上的不均匀变形。

在本发明的一些实施方式中，步骤S5中，所述粗轧，终轧厚度与所述钛合金热轧卷的厚度对应关系如表1所示。

表1粗轧终轧厚度与钛合金热轧卷厚度的对应关系。

带卷厚度mm	粗轧终轧厚度mm
		4～10	30～50
4～6	30～40
		6～10	38～50

在本发明的一些实施方式中，步骤S5中，所述精轧，终轧下量＜0.6mm。

在本发明的一些实施方式中，步骤S5中，所述精轧，终轧温度≥700℃。

在本发明的一些实施方式中，所述制备方法，还包括在步骤S5之后，卷取所述钛合金热轧卷。

在本发明的一些实施方式中，所述卷取，温度＞500℃。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明实施例1所得钛合金热轧卷的表面金相图；

图2为本发明实施例1所得钛合金热轧卷的截面金相图；

图3为本发明实施例1步骤S4所得板材的表面金相图；

图4为本发明实施例2所得钛合金热轧卷的表面金相图；

图5为本发明实施例2所得钛合金热轧卷的截面金相图；

图6为本发明对比例1所得钛合金热轧卷的表面金相图；

图7为本发明对比例1所得钛合金热轧卷的截面金相图；

图8为本发明实施例1所用原料的示意图；

其中a表示宽度；b表示长度；c表示厚度。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例制备了一种钛合金热轧卷，具体过程为：

S1.取锻造或铸造态的，对厚度h为250mm，宽度a为1200mm的TC4板坯，清水清洗、吹干后，用刷子将防氧化涂层刷至板坯表面、侧面，涂层干燥后，翻面刷另外一面，累计刷两次；

S2.将板坯通过辊道运输后装置炉中，室温装入步进炉；快速通过预热、加热段，该两段的在炉时间不超过1h；之后将板坯在均热段内停留保温，保温温度为940℃±10℃，加热时应避免火焰直接喷射在板坯上，保温时间为5h；

S3.板材出炉后，通过运输辊道快速运送到粗轧机前，换向，沿宽度a方向轧制预轧步骤S2所得板坯，累积变形量50％，单次压下量10mm，其他道次压下10～16mm，轧制结束后，所得板坯的厚度h为125mm，宽度a为1800mm；

S4.将步骤S3所得板坯进行机前换向，沿长度b方向往复预轧，起始轧制压下量10mm，终道次轧制压下0.6mm，终轧温度800℃，终轧完成后，板坯厚度h为80mm；

S5.对步骤S4所得板坯使用锯床进行定尺；使用修磨机进行表面修磨；使用千叶轮进行打磨，去除局部压入和裂纹；

S6.将步骤S5所得板坯进行涂氧化层处理；

S7.将步骤S6所得板坯再次进行预热，预热和加热与步骤S2相同，保温温度为920℃，保温时长为2h；

S7.将中间坯经3道粗轧(单次压下量约为13.3mm)，得厚度h为40mm的板坯；

S8.将步骤S7所得板坯经七机架精轧(终轧压下量约为0.5mm，其余道次压下量约为5.4mm，终轧温度＞700℃)，并卷取(卷取温度＞500℃)后获得h＝7mm厚的宽幅TC4钛合金热轧卷。

本实施例所得钛合金热轧卷的表面金相图如图1所示；截面金相图如图2所示。

本实施例步骤S4所得板材的表面金相图如图3所示。

本实施例所用原料的结构示意图如图7所示，其中若原料为圆柱形，宽度a和厚度h均为圆柱的直径，长度b为圆柱的高；若原料为长方体，则原料的长度b、宽度a、厚度h如图所示。

实施例2

本实施例制备了一种钛合金热轧卷，具体过程与实施例1的区别为：

(1)步骤S4中，所得板坯厚度h为60mm，宽度a为1500mm；

(2)步骤S7中，所得板坯厚度h为35mm；

(3)所得产品厚度h为4.0mm。

本实施例所得钛合金热轧卷的表面金相图如图3所示；截面金相图如图4所示。

对比例1

本对比例制备了一种钛合金热轧卷，与实施例1的区别在于，具体过程为：

(1)将h＝200mm厚度原料，未进行一火展宽(未进行S1～S5)，直接将原料轧制至成品厚度。

本对比例所得钛合金热轧卷的表面金相图如图5所示；截面金相图如图6所示。

试验例

本试验例测试了实施例1～2和对比例1制备的钛合金热轧卷的性能，以及实施例1步骤S5所得板材的性能。其中：

抗拉强度(Rm)、规定非比例延伸强度(Rp0.2)和断后伸长率(A)的测试方法和标准数据见编号为GB/T 228-2002，名称为《金属材料室温拉伸试验方法》的国标文件。测试结果如表2所示。

表2钛合金热轧卷退火后的性能。

实施方式	方向	Rm(MPa)	Rp0.2(MPa)	A(％)
					标准	横	860	830	10
实施例1	横	1108	1017	11.5
					实施例2	横	1099	991	12.0
对比例1	横	1097	1050	9.5

上述结果表明：本申请提供的制备方法，可在热处理后制备满足标准要求的合格TC4卷材。

图1～图6结果表明：经本发明提供的制备方法制备所得的钛热轧卷，可满足标准要求，组织清晰、均匀(图1～2、4～5)，若不采用一次展宽、换向轧制(对比例1，图6～7)，则所得钛合金热轧卷的组织取向性非常明显，热处理后难以得到改善，性能也难以满足标准要求，这在后续加工使用中，会出现外观和机械性能方面的问题。此外，按照本发明提供的制备方法，中间板材的金相结构(图3)也能满足工业上的应用要求。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims

1.一种钛合金热轧卷的制备方法，其特征在于，步骤为，

S1.表面处理后，对厚度为200mm～250mm，宽度≥1200mm的板坯，进行防氧化处理；

S2.对步骤S1所得板坯进行第一次加热，加热温度≤β相变点；

S4.对步骤S3所得板坯进行带温矫直处理、整形处理、防氧化处理和β相变点以下的第二次加热；

S5.将步骤S4所得板坯依次经1～3道粗轧和多机架精轧后，即得厚度为4mm～10mm的钛合金带材，将所述带材卷取后，即得所述钛合金热轧卷；

所述粗轧，单次压下量≥10mm；所述精轧，终轧压下量＜0.6mm。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述第一次加热，包括依次进行的预热、加热和保温处理。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一次加热的保温处理，时长为3h～5h。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述预热和加热的总时长≤1h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述沿宽度方向预轧，单次压下量≤25mm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述沿长度方向预轧，终轧压下量≤1mm，其余道次压下量≤15mm。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述沿长度方向预轧，终轧温度≥750℃，终轧厚度为60mm～100mm。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述第二次加热，包括依次进行的预热、加热和保温处理。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第二次加热的保温处理，时长为2h～3h。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S5中，所述精轧，终轧温度≥700℃。