CN113560345B - 一种采用直接轧制工艺生产tc4钛合金超宽板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采用直接轧制工艺生产TC4钛合金超宽板的方法，生产工艺流程为：EB铸锭、初次加热、初次轧制、冷却、再次加热、再次轧制、在线退火。采用TC4钛合金EB扁锭，经两火直接轧制，并通过对加热温度、轧制方向、单道次变形量、总变形量的控制以及合理的热处理制度，获得纵横向机械性能优异的TC4钛合金超宽板，宽度可达到3600‑4500mm，也可实现宽倍尺生产，并且具有α相+β相等轴组织，同时有效解决了边裂缺陷问题。具有流程短、成本低、成材率高、生产效率高，表面质量好，板幅宽以及纵横向机械性能差异小，组织优异，产品性能满足并高于国家标准要求，适于批量生产。

Description

一种采用直接轧制工艺生产TC4钛合金超宽板的方法
技术领域
本发明涉及有色金属材料制造领域，尤其涉及一种采用直接轧制工艺生产TC4钛合金超宽板的方法。
背景技术
业内传统的TC4钛合金超宽板的生产方式为先将VAR圆锭通过多火锻造的方式获得钛坯，然后再经过板材轧机多火次轧制，从而获得成品的TC4钛合金超宽板，此工艺压缩比大，但成材率仅55％-65％。而采用EB熔炼的TC4扁锭经直接轧制的TC4钛合金板材，成材率可达75％以上，但压缩比小，通过退火处理后，常规力学性能可满足标准要求，但其组织为拉长的层状α相分布在β转变基体上；同时，在制备3600mm以上超宽板时，还会存在较为严重的板形翘曲及边裂缺陷。
专利CN104651767A，公布的一种医用TC4ELI钛合金中厚板的加工方法，采用传统工艺经锻造制坯后轧制为板材，分两火次轧制，加热温度均在β相变点之下。
专利CN103045906A，公布的一种高得料率低成本生产优质TC4合金热轧板工艺方法，采用了EB扁锭直接轧制工艺，经多火次才完成宽度约2000mm TC4钛合金中厚板的成品。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用直接轧制工艺生产TC4钛合金超宽板的方法，流程短、成本低、成材率高、生产效率高，表面质量好。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种采用直接轧制工艺生产TC4钛合金超宽板的方法，生产工艺流程为：EB铸锭、初次加热、初次轧制、冷却、再次加热、再次轧制、在线退火，具体包括以下步骤：
1)EB铸锭
选用一级海绵钛、Al-V中间合金、高纯度Al作为炉料，并压制电极；使用EB炉进行熔炼，得到厚宽长尺寸为(220-350)*(1200-2300)*(2500-5000)mm的TC4钛合金EB扁锭；
2)初次加热
修磨去除TC4钛合金EB扁锭两面氧化层后在连续式加热炉中进行初次加热，预热段700～900℃保温40～60min，加热段1100～1150℃保温120～180min，均热段1130～1150℃保温120～150min；加热炉出口温度控制在1130～1150℃；
3)初次轧制
采用宽幅中厚板轧机对钛合金EB扁锭进行往返轧制5～12道次，先横轧后纵轧，首道次压下率5～10％，之后以每道次压下率增加3-10％的阶梯轧制策略进行轧制，末道次压下率控制在0～10％，总压下率≥60％；轧机出口钛合金板坯料厚度为60～120mm；1050℃≤开轧温度≤1100℃，轧制结束温度为≥850℃；热矫直后，冷却至室温；
4)再次加热
经修磨去除表面缺陷后连续式加热炉中进行再次加热，预热段700～800℃保温40～60min，加热段920～950℃保温90～120min，均热段940～950℃保温60～90min；加热炉出口温度控制在940～950℃；
5)再次轧制
再次轧制前，关闭轧机输送辊道的冷却水、除鳞水；轧制时全程启用保温罩；采用宽幅中厚板轧机对钛合金板坯进行往返轧制6～15道次，先横轧后纵轧，横轧时，首道次压下率≥20％，之后以每道次压下率降低3-10％的阶梯轧制策略进行轧制；纵轧时，首道次压下率≥30％，之后以每道次压下率降低3-10％的阶梯轧制策略进行轧制，末道次压下率控制在0～5％，总压下率≥80％；轧机出口钛合金板材厚度为8～30mm；880℃≤开轧温度≤920℃，轧制结束温度为≥750℃；热矫直后，即转至罩式缓冷炉；
6)在线退火
利用钛合金板余温带温装至罩式缓冷炉完成在线退火，对轧制的钛合金板下铺上盖850～900℃热钢板，完成退火处理温度为800～880℃，退火时间为2～4h。
所述宽幅中厚板轧机为4300mm以上四辊可逆轧机。
所述钛合金超宽板的板宽为3600-4500mm。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用TC4钛合金EB扁锭，经两火直接轧制，并通过对加热温度、轧制方向、单道次变形量、总变形量的控制以及合理的热处理制度，获得纵横向机械性能优异的TC4钛合金超宽板，宽度可达到3600-4500mm，也可实现宽倍尺生产，并且具有α相+β相等轴组织，同时有效解决了边裂缺陷问题。具有流程短、成本低、成材率高、生产效率高，表面质量好，板幅宽以及纵横向机械性能差异小，组织优异，产品性能满足并高于国家标准要求，适于批量生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明：
以下实施例对本发明进行详细描述。这些实施例仅是对本发明的最佳实施方案进行描述，并不对本发明的范围进行限制。
实施例
一种采用直接轧制工艺生产TC4钛合金超宽板的方法，EB铸锭的化学成分及其含量是：Al为6.206wt％，V为4.030wt％，Fe为0.08wt％，C为0.0128wt％，N为0.007wt％，H为0.005wt％，O为0.08wt％，其余为Ti及不可避免的杂质。具体轧制工艺包括以下步骤：
1)将厚度230mm，宽度1200mm，长度3500mm的EB扁锭在连续式加热炉进行加热，预热段700～900℃保温40min，加热段1100～1150℃保温120min，均热段1130～1150℃保温120min，加热炉出口温度控制在1130～1150℃。
2)高压水除磷箱压力调至16MPa进行除磷。采用4300mm四辊可逆轧机进行往返轧制6道次，前3道次为横轧、后3道次为纵轧。终轧温度为1000℃，各道次轧制量分别为20mm、30mm、34mm、35mm、33mm、3mm，轧制后厚度75mm，宽度1890mm，长度6813mm，然后进入热矫机进行矫直，冷却到室温。
3)修磨表面缺陷后，将厚度为70mm，宽度1890mm，长度3206mm的钛合金板坯在连续式加热炉进行加热，预热段700～800℃保温40min，加热段920～950℃保温90min，均热段940～950℃保温60min；加热炉出口温度控制在940～950℃。
4)采用4300mm四辊可逆轧机进行轧制，轧制前，关闭输送辊道冷却水、除鳞水，往返轧制7道次，前两个道次为横轧、后5道次为纵轧。终轧温度为800℃，各道次轧制量分别为20mm、18mm、8mm、6mm、4mm、2.5mm、0.8mm，轧制后厚度为8.5mm，宽度3675mm，长度13578mm。随后进行在线退火处理，退火温度850℃，保温时间2h，随炉冷却，然后进行冷矫直。
轧制后TC4钛合金板的板形良好符合国家标准的要求，其横向屈服强度为896MPa，抗拉强度962MPa，延伸率11.8％；纵向屈服强度为897MPa，抗拉强度964MPa，延伸率12.8％。性能满足TC4国家标准GB/T3621-2007和美国国家标准AMS 6945技术条件。

Claims (1)

1.一种采用直接轧制工艺生产TC4钛合金超宽板的方法，其特征在于，宽度可达到3600-4500mm，轧制后TC4钛合金板具有α相+β相等轴组织，横向屈服强度为896MPa，抗拉强度962MPa，延伸率11.8％；纵向屈服强度为897MPa，抗拉强度964MPa，延伸率12.8％；
EB铸锭的化学成分及其含量是：Al为6.206wt％，V为4.030wt％，Fe为0.08wt％，C为0.0128wt％，N为0.007wt％，H为0.005wt％，O为0.08wt％，其余为Ti及不可避免的杂质，具体轧制工艺包括以下步骤：
1）将厚度230mm，宽度1200mm，长度3500mm的EB扁锭在连续式加热炉进行加热，预热段700～900℃保温40min， 加热段1100～1150℃保温120min，均热段1130～1150℃保温120min，加热炉出口温度控制在1130～1150℃；
2）高压水除磷箱压力调至16MPa进行除磷，采用4300mm四辊可逆轧机进行往返轧制6道次，前3道次为横轧、后3道次为纵轧，终轧温度为1000℃，各道次轧制量分别为20mm、30mm、34mm、35mm、33mm、3mm，轧制后厚度75mm，宽度1890mm，长度6813mm，然后进入热矫机进行矫直，冷却到室温；
3）修磨表面缺陷后，将厚度为70mm，宽度1890mm，长度3206mm的钛合金板坯在连续式加热炉进行加热，预热段700～800℃保温40min， 加热段920～950℃保温90min， 均热段940～950℃ 保温60min；加热炉出口温度控制在940～950℃；
4）采用4300mm四辊可逆轧机进行轧制，轧制前，关闭输送辊道冷却水、除鳞水，往返轧制7道次，前两个道次为横轧、后5道次为纵轧，终轧温度为800℃，各道次轧制量分别为20mm、18mm、8mm、6mm、4mm、2.5mm、0.8mm，轧制后厚度为8.5mm，宽度3675mm，长度13578mm，随后进行在线退火处理，退火温度850℃，保温时间2h，随炉冷却，然后进行冷矫直。
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