CN113333469B - Tc4钛合金薄板热轧工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及TC4钛合金薄板热轧工艺，属于钛合金材料生产技术领域，该热轧工艺包括基板制备、轧包制备、首轧、复轧、退火和后处理工序，通过采用小变形量多火次轧制工艺生产TC4钛合金薄板，每火次两道次垂直换向轧制，通过合理的轧制变形量控制、加热温度、保温时间和轧制速度设计，显著减小板材的各向异性，同时在制备轧包时，将基板一端焊接固定，防止在轧制过程中基板发生滑移错位，制备的TC4钛合金薄板同板差低；在轧包封边上设置充气口，首轧时从充气口通入氩气，复轧预热时向加热炉中通入氩气，使得基板在高热状态下始终被氩气保护，减轻钛合金氧化，消除多火次轧制造成氧化层过厚影响板材厚度及拉裂纹产生问题。
Description
技术领域
本发明属于钛合金材料生产技术领域，具体地，涉及TC4钛合金薄板热轧工艺。
背景技术
钛合金因其低密度、高强度、耐腐蚀的特性而广泛应用于医疗、航空、军工、汽车制造及电子产品制造行业。其中板材使用最广泛，因此板材的生产工艺是钛合金成型工艺中的重要部分，而钛合金薄板的生产是板材生产中最难的部分，受轧辊条件所制，0.6mm厚度以下的板材同板差无法控制，轧出的板材厚度不均，且轧机过压则可能损坏轧辊。
为了解决薄板生产的同板差问题，本发明使用包轧的生产方法，将多块板材同时轧制，同一材质在相同受力条件下变形也接近，解决同板差的问题，同时提供适用的轧制工艺。
发明内容
为了克服背景技术中提到的技术问题，本发明的目的在于提供TC4钛合金薄板热轧工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
TC4钛合金薄板热轧工艺，包括以下步骤：
基板制备：取TC4钛合金板材，采用压缩空气吹扫表面灰尘，之后放入加热炉中，升温至440-470℃，保温10min，一方面在该温度下，将坯板表面的工业油等有机物烧除，另一方面降低坯板变形抗力、均匀坯板组织，预防坯板轧制过程变形甚至开裂，保温后取出坯板空冷至室温，采用钢丝刷将坯板表面氧化物刷除，再采用500-800目砂纸对表面抛光至无可见氧化皮，对端面进行倒角处理，避免在轧制过程中从应力集中的尖端形成裂纹，并在高温轧制下造成裂纹扩展，之后将坯板表面采用酒精溶液冲洗，再使用热风机吹干，得到基板；
轧包制备：取3-5块基板对齐堆叠，基板的一端采用氩弧焊焊接固定，避免各个基板在轧制过程中错位，导致轧制变形，将堆叠的基板放置在下覆板上进行定位处理，再将上覆板盖在基板上并与下覆板对齐，之后将上覆板和下覆板的端面均采用钢板焊接封边，在钢板上开设充气口，制成轧包；
轧制：将加热炉预热至800-900℃，从充气口向轧包内通入氩气后置于加热炉中，升温至1000-1020℃，控制保温时间T为14-16min，取出轧包放入轧机中，从基板焊接端咬入，设置轧制速度为1.5-2m/s，每火次轧制两道次，第一道次纵向轧制，控制轧制变形量为8％，第二道次横向轧制，控制轧制变形量为5％，然后进行复轧，复轧过程中，每火次加热炉预热前先向加热炉内通入炉膛容积相同的氩气后预热，控制保温时间Tn＝T-2n，其中n为复轧次数，直至轧制到每块基板厚度为0.4-0.6mm；
退火：将轧制后的轧包取出空冷至表面温度100-150℃，采用超声振动分离，取出基板，再次放入加热炉中，加热至600-750℃，保温8-10min，之后在加热炉内等温退火至室温；
后处理：将退火的基板放入稀硫酸中采用钢丝刷对基板表面刷洗，将表面氧化皮刷除，再采用自来水冲洗2-3次，将表面残留稀硫酸洗脱，之后采用热风机吹干基板，最后将基板切边，表面刷油，包裹防锈油纸，制成TC4钛合金薄板。
进一步地，坯板预处理工中，倒角处理为对基板的上下沿棱边倒圆角，且倒圆角的半径为基板厚度的0.2-0.4倍，酒精溶液的质量分数为40％。
进一步地，轧包制备工序中，定位处理为基板焊接端距离下覆板端面5-10mm，基板焊接端相对的一端距离下覆板端面20-30mm，基板的两侧均距离下覆板端面为3-5mm。
进一步地，轧制工序中，轧包放入加热炉后，升温速率为15-20℃/min。
进一步地，退火工序中，等温退火降温速率为8-10℃/min。
进一步地，后处理工序中，稀硫酸的质量分数为8％。
进一步地，上覆板和下覆板均采用Q235钢板，使用前采用质量分数为10％的稀硫酸进行酸洗，接触面采用300目砂纸抛光，且厚度为10mm，钢板采用Q235材质，厚度为1mm。
本发明的有益效果：
1、本发明采用小变形量多火次轧制工艺生产TC4钛合金薄板，每火次两道次垂直换向轧制，第一道次控制轧制变形量为8％，第二道次控制轧制变形量为5％，且通过合理的加热温度、保温时间和轧制速度设计，显著减小板材的各向异性，同时在制备轧包时，将基板一端焊接固定，防止在轧制过程中基板发生滑移错位，制备的TC4钛合金薄板同板差低。
2、本发明提供了轧包制备方法及轧制工艺，该轧包在封边钢板上对称开设充气口，在首轧时从充气口通入氩气，复轧预热时向加热炉中通入氩气，使得基板在高热状态下始终被氩气保护，避免钛合金吸收炉气中氧、氮和氢，从而形成氧化层，消除多道次轧制氧化层过厚影响板材厚度问题，此外，钛合金氧化层为脆性材料，轧制时氧化层碎裂引起板材拉裂，减轻氧化层的形成进一步降低薄板开裂的程度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明轧包的爆炸结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例制备一种钛合金基板，具体包括以下步骤：
取9块尺寸为4mm*150mm*300mmTC4的钛合金坯板，采用低压压缩空气吹扫表面灰尘，然后将坯板放入加热炉中，设置升温速率为25℃/min升温至440℃，保温10min，之后将坯板取出放置冷却至室温，选用500目砂纸，采用电动抛光机对坯板的上下表面进行抛光至表面无可见氧化皮，再对坯板的上下沿棱边打磨倒圆角，设置倒圆角半径为0.8mm，之后采用质量分数为40％的酒精溶液对坯板表面清洗，最后用热风机将坯板吹干，制成基板。
实施例2
请参阅图1所示，本实施例制备一种轧包，具体包括以下步骤：
取3块实施例1制备的基板对齐叠放，采用氩弧焊从基板窄边的中间位置将3块基板焊接，再将焊接固定的基板放置在下覆板上，基板的焊接端距离下覆板的端面距离为5mm，焊接端相对的一端距离下覆板的端面距离为20mm，基板的两侧距离下覆板的两端距离为3mm，取上覆板放在顶层基板的上方，将上覆板与下覆板对齐，压紧上覆板，采用钢板将上覆板和下覆板端面焊接封边，在远离基板焊接端的钢板的两侧对称开设两个充气口，制成轧包，其中上覆板和下覆板采用Q235钢板，使用前采用质量分数为10％的稀硫酸进行酸洗，接触面采用300目砂纸抛光，且厚度为10mm，钢板采用Q235钢材质，厚度为1mm。
实施例3
请参阅图1所示，本实施例制备一种轧包，具体包括以下步骤：
取3块实施例1制备的基板对齐叠放，采用氩弧焊从基板窄边的中间位置将3块基板焊接，再将焊接固定的基板放置在下覆板上，基板的焊接端距离下覆板的端面距离为8mm，焊接端相对的一端距离下覆板的端面距离为25mm，基板的两侧距离下覆板的两端距离为4mm，取上覆板放在顶层基板的上方，将上覆板与下覆板对齐，压紧上覆板，采用钢板将上覆板和下覆板端面焊接封边，在远离基板焊接端的钢板的两侧对称开设两个充气口，制成轧包。上覆板、下覆板和钢板的处理方法与实施例2相同。
实施例4
请参阅图1所示，本实施例制备一种轧包，具体包括以下步骤：
取3块实施例1制备的基板对齐叠放，采用氩弧焊从基板窄边的中间位置将3块基板焊接，再将焊接固定的基板放置在下覆板上，基板的焊接端距离下覆板的端面距离为10mm，焊接端相对的一端距离下覆板的端面距离为30mm，基板的两侧距离下覆板的两端距离为5mm，取上覆板放在顶层基板的上方，将上覆板与下覆板对齐，压紧上覆板，采用钢板将上覆板和下覆板端面焊接封边，在远离基板焊接端的钢板的两侧对称开设两个充气口，制成轧包。上覆板、下覆板和钢板的处理方法与实施例2相同。
实施例5
本实施例轧制一种TC4钛合金薄板，具体过程如下：
加热：将加热炉预热至800℃，取实施例2制备的轧包，从一侧的充气口充入氩气，控制氩气的通入量为0.3L，然后迅速将轧包放入加热炉中，设置升温速率为15℃/min，将炉温升至1000℃，保温14min；
首轧：取出加热后的轧包放入四辊可逆热轧机组中，从基板焊接端开始咬入，设置轧制速度为1.5m/s，每火次轧制两道次，第一道次沿轧包长度方向进行轧制，设置压下率为0.32mm，第一道次轧制后旋转90°，沿轧包宽度方向进行轧制，设置压下率为0.2mm；
复轧：向加热炉内通入炉膛容积相同的氩气，放入首轧后的轧包，按照上述加热和首轧步骤进行轧制，其中，保温时间每次减少2min，重复上述步骤轧制6次；
退火：将轧制后的轧包取出空冷至表面温度100℃，采用超声振动分离，取出基板，再次放入加热炉中，加热至600℃，保温8min，之后在加热炉内按照8℃/min进行等温退火至室温；
后处理：将退火的基板放入质量分数为8％的稀硫酸中采用钢丝刷对基板表面刷洗，将表面氧化皮刷除，再采用自来水冲洗2次，将表面残留稀硫酸洗脱，之后采用热风机吹干基板，最后将基板切边，表面刷油，包裹防锈油纸，制成TC4钛合金薄板。
实施例6
本实施例轧制一种TC4钛合金薄板，具体过程如下：
加热：将加热炉预热至850℃，取实施例3制备的轧包，从一侧的充气口充入氩气，控制氩气的通入量为0.3L，然后迅速将轧包放入加热炉中，设置升温速率为18℃/min，将炉温升至1010℃，保温15min；
首轧：取出加热后的轧包放入四辊可逆热轧机组中，从基板焊接端开始咬入，设置轧制速度为1.8m/s，每火次轧制两道次，第一道次沿轧包长度方向进行轧制，设置压下率为0.32mm，第一道次轧制后旋转90°，沿轧包宽度方向进行轧制，设置压下率为0.2mm；
复轧：向加热炉内通入炉膛容积相同的氩气，放入首轧后的轧包，按照上述加热和首轧步骤进行轧制，其中，保温时间每次减少2min，重复上述步骤轧制6次；
退火：将轧制后的轧包取出空冷至表面温度130℃，采用超声振动分离，取出基板，再次放入加热炉中，加热至700℃，保温9min，之后在加热炉内按照10℃/min进行等温退火至室温；
后处理：将退火的基板放入质量分数为8％的稀硫酸中采用钢丝刷对基板表面刷洗，将表面氧化皮刷除，再采用自来水冲洗2次，将表面残留稀硫酸洗脱，之后采用热风机吹干基板，最后将基板切边，表面刷油，包裹防锈油纸，制成TC4钛合金薄板。
实施例7
本实施例轧制一种TC4钛合金薄板，具体过程如下：
加热：将加热炉预热至900℃，取实施例4制备的轧包，从一侧的充气口充入氩气，控制氩气的通入量为0.3L，然后迅速将轧包放入加热炉中，设置升温速率为20℃/min，将炉温升至1020℃，保温20min；
首轧：取出加热后的轧包放入四辊可逆热轧机组中，从基板焊接端开始咬入，设置轧制速度为2m/s，每火次轧制两道次，第一道次沿轧包长度方向进行轧制，设置压下率为0.32mm，第一道次轧制后旋转90°，沿轧包宽度方向进行轧制，设置压下率为0.2mm；
复轧：向加热炉内通入炉膛容积相同的氩气，放入首轧后的轧包，按照上述加热和首轧步骤进行轧制，其中，保温时间每次减少2min，重复上述步骤轧制6次；
退火：将轧制后的轧包取出空冷至表面温度150℃，采用超声振动分离，取出基板，再次放入加热炉中，加热至750℃，保温10min，之后在加热炉内按照10℃/min进行等温退火至室温；
后处理：将退火的基板放入质量分数为8％的稀硫酸中采用钢丝刷对基板表面刷洗，将表面氧化皮刷除，再采用自来水冲洗2次，将表面残留稀硫酸洗脱，之后采用热风机吹干基板，最后将基板切边，表面刷油，包裹防锈油纸，制成TC4钛合金薄板。
对比例1
本对比例与实施6的具体制备过程相同，轧制过程中不充氩气。
对比例2
本对比例与实施6的具体制备过程相同，第一道次轧制变形量为20％，第一道次轧制变形量为10％，复轧2次。
对比例3
本对比例为市售0.4mm TC4钛合金薄板。
对实施例5-7和对比例1-3的取6个测量点进行厚度测量，并计算同板差，具体数据如表1所示：
表1
由表1可知，实施例5-7制备的钛合金薄板的同板差为0.013-0.014mm，其中，实施例6制备的薄板同板差为0.009mm远低于市售的板材，实施例1制备的薄板厚度偏低，在后处理酸洗过程中有大量氧化皮洗脱，且表面有多处可见裂纹，这是由于没有氩气保护，钛合金吸收炉气中氧、氮和氢形成较厚的氧化层，该种氧化层为硬质脆性材料，轧制变形率低，氧化层碎裂时拉裂基板，实施例2采用大变形量少火次轧制，基板轧制不均，且轧制次数少，钛合金回弹较大，整体厚度偏高。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.TC4钛合金薄板热轧工艺，其特征在于，包括以下步骤：
基板制备：取TC4钛合金坯板清理表面灰尘，升温至440-470℃，保温10min进行预处理，清除表面氧化皮，坯板表面抛光、端面倒角，最后用乙醇溶液清洗后吹干，制成基板；
轧包制备：取若干基板对齐堆叠，基板的一端焊接固定后置于下覆板上定位，覆盖上覆板，上覆板和下覆板周侧端面均采用钢板焊接封边，在远离基板焊接端的钢板的两侧对称开设两个充气口，制成轧包；
首轧：加热炉预热至800-900℃，从轧包充气口通入氩气后将轧包放入加热炉中升温至1000-1020℃，保温时间T为14-16min，之后取出轧包从基板焊接端咬入轧制，轧制速度为1.5-2m/s，每火次轧制两道次，第一道次纵向轧制，控制轧制变形量为8％，第二道次横向轧制，控制轧制变形量为5％；
复轧：与首轧轧制过程相同，每火次加热炉预热前向炉内通入炉膛体积相同的氩气，复轧保温时间Tn＝T-2n，其中n为复轧次数，直至轧制每块基板厚度为0.4-0.6mm，轧制速度为1.5-2m/s，每火次轧制两道次，第一道次纵向轧制，控制轧制变形量为8％，第二道次横向轧制，控制轧制变形量为5％；
退火：将轧制后的轧包取出空冷至表面温度为100-150℃，超声振动分离，取出基板，再次放入加热炉中，加热至600-750℃，保温8-10min，之后随加热炉等温退火至室温；
后处理：退火的基板放入稀硫酸中采用钢丝刷对基板表面刷洗，之后冲洗、吹干、涂油贮存，制成TC4钛合金薄板。
2.根据权利要求1所述的TC4钛合金薄板热轧工艺，其特征在于，轧包制备工序中，定位具体为基板焊接端距离下覆板前端面5-10mm，基板焊接端相对的一端距离下覆板后端面20-30mm，基板的两侧均距离下覆板两侧端面为3-5mm。
3.根据权利要求1所述的TC4钛合金薄板热轧工艺，其特征在于，首轧和复轧工序中，轧包放入加热炉后，升温速率为15-20℃/min。
4.根据权利要求1所述的TC4钛合金薄板热轧工艺，其特征在于，退火工序中，等温退火降温速率为8-10℃/min。
5.根据权利要求1所述的TC4钛合金薄板热轧工艺，其特征在于，后处理工序中，稀硫酸的质量分数为8％。
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