CN115739996B - 一种高强高塑性tc4钛合金薄板的制备方法 - Google Patents
一种高强高塑性tc4钛合金薄板的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115739996B CN115739996B CN202211419811.6A CN202211419811A CN115739996B CN 115739996 B CN115739996 B CN 115739996B CN 202211419811 A CN202211419811 A CN 202211419811A CN 115739996 B CN115739996 B CN 115739996B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rolling
- slab
- titanium alloy
- thickness
- plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Abstract
本发明涉及一种高强高塑性TC4钛合金薄板的制备方法，包括如下步骤：步骤一：用真空自耗炉将TC4钛合金原料熔炼得到TC4钛合金铸锭；步骤二：将铸锭锻造成轧制用板坯；步骤三：将所得板坯在温度950℃～1050℃下加热2～4小时，换向轧制成12～15mm厚的板坯；步骤四：将步骤三所得板坯剪切，水淬；步骤五：将板坯再加热到880～950℃，换向轧制至3.5～4.0mm；步骤六：钢板包覆轧制，得到1～1.5mm半成品板材；步骤七：将半成品板材在800～840℃进行热处理，碱酸洗扒道；步骤八：分步冷轧至0.6～0.8mm；步骤九：在800～840℃热处理，矫正处理，得到高强高塑性的成品TC4钛合金薄板。
Description
技术领域
本发明属于钛合金加工技术领域，尤其涉及一种高强高塑性TC4钛合金薄板的制备方法。
背景技术
钛合金因其具有强的耐腐蚀性能、比强度高、稳定性能好、密度小等优势已被广泛应用，伴随着我国科学技术的快速进步，钛合金材料在我国高端产品中的需求日益增加，且其应用领域逐渐由航空航天与国防军工领域逐渐向民用领域发展，在汽车工业、医疗生物等领域的应用逐渐增多。TC4钛合金材料的组成为Ti-6Al-4V，属于(α+β)型钛合金，具有良好的综合力学机械性能，是应用最广泛的钛合金。但在TC4钛合金成型工艺中，TC4钛合金因热导率小和导热性能差等原因，在轧制过程中会形成较强的变形织构，织构的存在表现出强烈的各向异性，导致其轧制件出现塑性降低、变形不均、边部开裂以及表面裂纹等问题，极大地限制了TC4钛合金的发展和应用。
专利申请CN108994077A公开了一种削弱TC4钛合金板材各向异性的轧制方法，属于塑性成形领域。该发明通过多次换向轧制与热处理相结合的方法，一方面减轻或削弱TC4钛合金板材的各向异性，提高组织性能均匀性，获得高品质TC4钛合金板材；另一方面缩短工艺流程、降低能耗、降低制造成本，最终获得高品质、低成本的TC4钛合金板材，以扩大TC4钛合金板材的应用领域。专利申请CN106399886A公开了一种TC4细晶钛合金薄板及其制备方法，该TC4细晶钛合金薄板厚度为0.3～3mm，晶粒尺寸为2～5μm，室温力学性能：屈服强度为955～995MPa、抗拉强度为1020～1050MPa、断后延伸率为15～19％。通过制备原始板坯、板坯热处理、包覆叠轧、薄板热处理、薄板表面处理制备而得，该制备方法对初始坯料显微组织要求不高且流程简单，其获得的薄板组织均匀细小、力学性能质量高，且材料的收得率高、生产成本可控，具有很高的实用价值。上述两个发明主要是采用本领域通用的处理手段，增加处理道次的方式以期提高产品质量，但生产成本相对较高，产品稳定性不够；且所制备的钛合金板强度和塑性较低，难以满意生产应用的需要。
因此，如何低成本、高效率地获得具有高强高塑性、尺寸稳定、精度高的钛合金薄板，成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有高强高塑性的钛合金薄板的制备方法，该方法通过合理选择和配置各处理环节，低成本、高效率地获得具有高强高塑性、尺寸稳定、精度高的钛合金薄板。
具体的，本发明提供了一种高强高塑性TC4钛合金薄板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：用真空自耗炉将TC4钛合金原料熔炼得到TC4钛合金铸锭，温度1800～2200℃，时间5～8小时；
步骤二：将铸锭锻造成轧制用板坯，锻造温度1150～1200℃，总加热时间6～8小时，终锻温度不低于850℃；
步骤三：将所得板坯在温度950℃～1050℃下加热2～4小时，换向轧制成12～15mm厚的板坯；
步骤四：将步骤三所得板坯剪切，在温度1040±20℃下加热20～30分钟，水淬；
步骤五：将板坯再加热到880～950℃，换向轧制至3.5～4.0mm；
步骤六：钢板包覆轧制，得到1～1.5mm半成品板材；
步骤七：将半成品板材在800～840℃进行热处理，碱酸洗扒道；
步骤八：分步冷轧至0.6～0.8mm；
步骤九：在800～840℃热处理，矫正处理，得到成品TC4钛合金薄板。
本发明以海绵钛为钛源，根据原料总重确定熔炼条件，优选2-3次熔炼，时间5～6小时。步骤二中，总加热时间6～8小时，包括升温和保温时间。步骤三中，加热时间包括升温和保温时间，优选总时间为3小时，总变形量在80％以上。步骤七和步骤九中的热处理时间优选2～4小时，根据待处理板材的具体尺寸合理调整。
换向轧制能够改变材料微观受力状态，使晶粒并非只朝着某个固定的方向扭转，使得变形带区域位错密度大、储存能高，为成核提供了充足的驱动力，促进细小等轴α晶粒的产生。换向轧制退火能够促进织构组分的重组，更容易发生再结晶，消除带状组织。并且能够有效降低棱锥型织构的强度，改善各向异性。与单向轧制相比，换向轧制TC4合金板材的组织破碎更充分，没有明显的各向异性，板材在各方向上的力学性能差异减小，产品一致性更好。本发明采用两次换向轧制工艺，且在期间增加水淬环节，在板坯中生成针状且无序排列的马氏体α’相板条和少量的β相，可有效减弱板材的相变织构。在β相区淬火后，再次采用换向轧制，可有效减弱板材的轧制织构，更有利于晶粒细化，提升强度、塑性等力学性能。
进一步的，步骤二中，轧制用板坯的厚度H×宽度B×长度L为(100～130mm)×(600～700mm)×(800～1300mm)。板坯的尺寸并非绝对限制，根据轧制机等设备及对应工艺可以进行调整，本发明所选板坯尺寸能够相对获得更好的处理效果和节省成本，满足大多数应用场景。
进一步的，步骤三和/或步骤五中，换向轧制在四辊可逆热轧机上进行至少1次交叉轧制，所述交叉轧制包括如下步骤：
S1：沿板坯宽度方向单次轧制；
S2：旋转板坯90°，沿板坯长度方向单次轧制。
相对于本领域常采用多次交叉轧制的情况，本发明在步骤三和步骤五可仅进行1次交叉轧制，这是与本发明后续充分的处理工艺相配套的，充分利用了交叉轧制较大的变形量，但又节省了换向时间和成本。
进一步的，步骤四中，将步骤三所得板坯定宽剪切；水淬的水温不高于40℃。
进一步的，步骤六中，钢板包覆轧制包括如下步骤：
S6.1：将待包覆钛合金板进行600～750℃预氧化；
S6.2：采用油压机将叠放的若干张钛合金板坯压紧排气后组焊；
S6.3：用上层钢板和下层钢板对钛合金板包覆为轧制包；
S6.4：利用50～100kW的全固态高频感应加热装置对轧制包进行在线加热，升温速率300～500℃/min，加热温度820～880℃，保温时间t和轧制包厚度h满足：h×2min≤t≤h×3min；
S6.5：连续送入热轧机进行单道次热轧，得到1～1.5mm钛合金半成品板材。
进一步的，轧制前，上层钢板和下层钢板的内侧表面粗糙度≤1.5μm，被叠放的钛合金板坯数量为2～8张，上层钢板和下层钢板厚度Tg1与钛合金板坯总厚度Tt1分别满足：Tg1≥0.6Tt1。
进一步的，步骤S6.5中，单道次热轧满足式(1):
式中，轧制前，钛合金板坯总厚度Tt1，被叠放的钛合金板数量n，上层钢板或下层钢板厚度Tg1；轧制后，轧制包厚度Hz，钛合金半成品板材厚度Tt2，钢钛延伸比λ；通过检测轧制后的轧制包厚度Hz，将钛合金半成品板材厚度Tt2控制在1～1.5mm。由于钛合金板包裹在钢板内，难以及时量出轧制完成后钛合金板的实际厚度，根据体积不变定律，设计出利用钢板和钛合金板长度变化来估算二者延伸比，进而估算钛合金板轧制厚度的方式。具体而言，钢钛延伸比λ可根据轧制条件下，轧制前后的钢板和钛合金板分别的长度延伸比进行估算，λ值大约在1.04～1.08之间，进而实现对轧制后的钛合金半成品板材的厚度估算。根据上述计算，可以保障钢包覆轧制批量生产钛合金半成品板材的尺寸，并根据测量结果对轧制条件进行快速调整。
通过钢板包覆轧制工艺，钛合金板中马氏体α’相板条充分破碎，获得横、纵向组织为细小均匀的等轴晶。对钛合金板进行预氧化，氧化层提供隔离作用，防止高温轧制板复合在一起，无法掀开。采用高频感应加热装置，并根据待处理板材的性质和尺寸等条件，对其升温速率，保温时间等进行设定，能够快速准确的进行定位和均匀升温，加热效率高、损耗少。
根据叠放钛合金板的数量和厚度，上层钢板和下层钢板优选使用相同的厚度。视情况对上下层钢板选择不同的厚度也并不排除，例如下层钢板的厚度略大于上层钢板厚度，已提供更好的支撑作用，相应的，式(1)分别计算轧制后上下层钢板厚度。
进一步的，步骤八中，分步冷轧至少包括2次冷轧，其中，第1次冷轧将板坯轧至0.8～1.2mm，第2次冷轧将板坯轧至0.6～0.8mm；两次冷轧之间，进行真空除氢处理，在650～700℃温度下，处理1～3小时。随着板材的厚度变薄，高变形率的热轧工艺难以保证板材的同板差、板型以及表面质量，本发明采用热轧和冷轧相结合的方式，特别采用二次冷轧，有利于促使材料晶粒细化，提高板材的强度与塑性，提升成品板材的精度。冷轧可在室温下进行，也可将板坯稍作冷却。
进一步的，步骤九中，矫正处理采用不规则压矫轧机A、不规则压矫轧机B和矫平轧机依次处理；不规则压矫轧机A和不规则压矫轧机B分别具有不规则轧辊，工作温度为600～620℃，轧制速度0.2～0.5m/s；矫平轧机工作温度为550～600℃，矫正处理累积变形量≤1％。优选的，所述不规则轧辊选择圆锥型、纺锤型、波浪型、葫芦型轧辊等流线型的轧辊类型。且不规则矫正轧机A和不规则矫正轧机B的轧辊最好具有相反弯曲方向或互补的轧辊外轮廓，两次作用，有利于控制宽度方向的板厚均匀分布并对板坯边缘进行一定的矫正。通过两次不规则矫正轧制和矫平轧制，以及相应缓慢降温温度，能够对板坯形态矫正的同时，降低板坯硬度，改善切削加工性；降低残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向。本发明的TC4钛合金板总体变形量在90％以上，矫正处理步骤中，板材厚度可以基本保持，或稍有降低。
进一步的，在板坯通过不规则压矫轧机A和/或不规则压矫轧机B时对板坯实施超声处理，超声频率20～30kHz，振幅10～15μm。本发明对TC4钛合金板材在温度600～620℃范围内实施不规则矫正轧制时，施加超声振动，呈现出“材料软化”现象，有助于提高材料变形能力和矫正质量，降低轧制能耗，还可以有效抑制板材的各向异性，而不破坏板材微观组织，属于清洁环保的高效辅助手段。
本发明，优点具体在于：
1)本发明合理安排了两次换向轧制、钢板包覆轧制、分步冷轧、矫正处理，以及期间的温度、时间等条件控制，得到了总体变形量在90％以上，厚度在0.6-0.8mm的高强高塑性TC4钛合金薄板。薄板的室温拉伸强度在1100Mpa以上，屈服强度在950Mpa以上，断裂伸长率在20％以上，属于兼具高强度、高塑性及高精度的钛合金板材。
2)本发明采用两次换向轧制工艺，且在期间增加水淬环节，在板坯中生成针状且无序排列的马氏体α’相板条和少量的β相，可有效减弱板材的相变织构。在β相区淬火后，再次采用换向轧制，可有效减弱板材的轧制织构，更有利于晶粒细化，提升强度、塑性等力学性能。
3)钢板包覆轧制工艺中，根据钛合金板材厚度选择合适的钢板包覆，并利用高频感应加热装置及相应的有针对性的参数设置，快速准确的对钛合金板材进行定位均匀升温，加热效率高、损耗少。并且根据连续生产线特点，设计出能够估算轧制后钛合金板材厚度的方法，解决了由于钛合金板包裹在钢板内，难以及时量出轧制完成后钛合金板的实际厚度的问题，保障钢包覆轧制批量生产钛合金半成品板材的尺寸，并可根据测量结果对轧制条件进行快速调整。
4)采用不规则压矫轧机矫正处理，对板坯形态矫正的同时，降低板坯硬度，改善切削加工性；降低残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向。矫正同时对板坯实施超声处理，有助于提高材料变形能力和矫正质量，降低轧制能耗，还可以有效抑制板材的各向异性，从而整体提升板材的强度和塑性等力学性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。
高强高塑性TC4钛合金薄板的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：用真空自耗炉将TC4钛合金原料经2-3次熔炼得到TC4钛合金铸锭，温度1800～2200℃，时间5～8小时；
步骤二：将铸锭锻造成轧制用板坯，轧制用板坯的厚度H×宽度B×长度L为(100～130mm)×(600～700mm)×(800～1300mm)，锻造温度1150～1200℃，总加热时间6～8小时，终锻温度不低于850℃；
步骤三：将所得板坯在温度950℃～1050℃下加热2～4小时，换向轧制成12～15mm厚的板坯，轧制总变形量不小于80％，换向轧制在四辊可逆热轧机上进行至少1次交叉轧制，交叉轧制包括如下步骤：
S1：沿板坯宽度方向单次轧制；
S2：旋转板坯90°，沿板坯长度方向单次轧制；
步骤四：将步骤三所得板坯定宽剪切，在温度1040±20℃下加热20～30分钟，水淬，水温不高于40℃；
步骤五：将板坯再加热到880～950℃，换向轧制至3.5～4.0mm，换向轧制在四辊可逆热轧机上进行至少1次交叉轧制，交叉轧制包括如下步骤：
S1：沿板坯宽度方向单次轧制；
S2：旋转板坯90°，沿板坯长度方向单次轧制；
步骤六：钢板包覆轧制，得到1～1.5mm半成品板材，钢板包覆轧制包括如下步骤：
S6.1：将待包覆钛合金板进行600～750℃预氧化；
S6.2：采用油压机将叠放的若干张钛合金板坯压紧排气后组焊；
S6.3：用上层钢板和下层钢板对钛合金板包覆为轧制包；其中，上层钢板和下层钢板的内侧表面粗糙度≤1.5μm，被叠放的钛合金板坯数量为2～8张，上层钢板和下层钢板厚度Tg1与钛合金板坯总厚度Tt1分别满足：Tg1≥0.6Tt1；
S6.4：利用50～100kW的全固态高频感应加热装置对轧制包进行在线加热，升温速率300～500℃/min，加热温度820～880℃，保温时间t和轧制包厚度h满足：h×2min≤t≤h×3min；
S6.5：连续送入热轧机进行单道次热轧，得到1～1.5mm钛合金半成品板材；其中，单道次热轧满足式(1):
式中，轧制前，钛合金板坯总厚度Tt1，被叠放的钛合金板数量n，上层钢板或下层钢板厚度Tg1；轧制后，轧制包厚度Hz，钛合金半成品板材厚度Tt2，钢钛延伸比λ，λ值约为1.04～1.08；通过检测轧制后的轧制包厚度Hz，将钛合金半成品板材厚度Tt2控制在1～1.5mm；以此条件进行批量连续生产。
步骤七：将半成品板材在800～840℃进行热处理，碱酸洗扒道；
步骤八：分步冷轧至0.6～0.8mm，分步冷轧至少包括2次冷轧，其中，第1次冷轧将板坯轧至0.8～1.2mm，第2次冷轧将板坯轧至0.6～0.8mm；两次冷轧之间，进行真空除氢处理，在650～700℃温度下，处理1～3小时；
步骤九：在800～840℃热处理，矫正处理，得到成品TC4钛合金薄板，矫正处理采用不规则压矫轧机A、不规则压矫轧机B和矫平轧机依次处理，不规则压矫轧机A和不规则压矫轧机B分别具有不规则轧辊；在板坯通过不规则压矫轧机A和/或不规则压矫轧机B时对板坯实施超声处理，超声频率20～30kHz，振幅10～15μm；不规则压矫轧机A和不规则压矫轧机B的工作温度为600～620℃，轧制速度0.2～0.5m/s；矫平轧机工作温度为550～600℃，矫正处理累积变形量≤1％。最终得到总体变形量在90％以上，厚度在0.6-0.8mm的高强高塑性TC4钛合金薄板。
实施例1
高强高塑性TC4钛合金薄板的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：用真空自耗炉将TC4钛合金原料熔炼得到TC4钛合金铸锭，温度2000℃，时间6.5小时；
步骤二：将铸锭锻造成轧制用板坯，轧制用板坯的厚度H×宽度B×长度L为120mm×650mm×1000mm，锻造温度1180℃，总加热时间7小时，终锻温度900℃；
步骤三：将所得板坯在温度1000℃下加热3小时，换向轧制成14mm厚的板坯，换向轧制在四辊可逆热轧机上进行1次交叉轧制，交叉轧制包括如下步骤：
S1：沿板坯宽度方向单次轧制；
S2：旋转板坯90°，沿板坯长度方向单次轧制；
步骤四：将步骤三所得板坯定宽剪切，在温度1040℃下加热25分钟，水淬，水温35℃；
步骤五：将板坯再加热到900℃，换向轧制至3.8mm，换向轧制在四辊可逆热轧机上进行1次交叉轧制，交叉轧制包括如下步骤：
S1：沿板坯宽度方向单次轧制；
S2：旋转板坯90°，沿板坯长度方向单次轧制；
步骤六：钢板包覆轧制，包括如下步骤：
S6.1：将待包覆钛合金板进行700℃预氧化；
S6.2：采用油压机将叠放的若干张钛合金板坯压紧排气后组焊；
S6.3：用上层钢板和下层钢板对钛合金板包覆为轧制包，被叠放的钛合金板坯数量为5张，上层钢板和下层钢板厚度Tg1为20mm；
S6.4：利用70kW的全固态高频感应加热装置对轧制包进行在线加热，升温速率400℃/min，加热温度850℃，保温时间120min；
S6.5：连续送入热轧机进行单道次热轧，得到轧制包厚度约17mm，得到厚度约1.2±0.02mm钛合金半成品板材；
步骤七：将半成品板材在820℃进行热处理，碱酸洗扒道；
步骤八：分步冷轧至0.8mm，分步冷轧至少包括2次冷轧，其中，第1次冷轧将板坯轧至1mm，第2次冷轧将板坯轧至0.8mm；两次冷轧之间，进行真空除氢处理，在680℃温度下，处理2小时；
步骤九：在820℃热处理，矫正处理，得到成品TC4钛合金薄板，矫正处理采用不规则压矫轧机A、不规则压矫轧机B和矫平轧机依次处理，不规则压矫轧机A和不规则压矫轧机B分别具有不规则轧辊，在板坯通过不规则压矫轧机A和不规则压矫轧机B时对板坯实施超声处理，超声频率25kHz，振幅13μm，不规则压矫轧机A和不规则压矫轧机B的工作温度为610℃，轧制速度0.4m/s；矫平轧机工作温度为580℃，最终产品厚度为0.8mm。
实施例2
高强高塑性TC4钛合金薄板的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：用真空自耗炉将TC4钛合金原料熔炼得到TC4钛合金铸锭，温度1800℃，时间5小时；
步骤二：将铸锭锻造成轧制用板坯，轧制用板坯的厚度H×宽度B×长度L为100mm×600mm×800mm，锻造温度1150℃，总加热时间6小时，终锻温度900℃；
步骤三：将所得板坯在温度950℃下加热2小时，换向轧制成12mm厚的板坯，换向轧制在四辊可逆热轧机上进行1次交叉轧制，交叉轧制包括如下步骤：
S1：沿板坯宽度方向单次轧制；
S2：旋转板坯90°，沿板坯长度方向单次轧制；
步骤四：将步骤三所得板坯定宽剪切，在温度1020℃下加热20分钟，水淬，水温35℃；
步骤五：将板坯再加热到880℃，换向轧制至3.5mm，换向轧制在四辊可逆热轧机上进行1次交叉轧制，交叉轧制包括如下步骤：
S1：沿板坯宽度方向单次轧制；
S2：旋转板坯90°，沿板坯长度方向单次轧制；
步骤六：钢板包覆轧制，包括如下步骤：
S6.1：将待包覆钛合金板进行600℃预氧化；
S6.2：采用油压机将叠放的若干张钛合金板坯压紧排气后组焊；
S6.3：用上层钢板和下层钢板对钛合金板包覆为轧制包，被叠放的钛合金板坯数量为4张，上层钢板和下层钢板厚度T钢为20mm；
S6.4：利用60kW的全固态高频感应加热装置对轧制包进行在线加热，升温速率400℃/min，加热温度820℃，保温时间120min；
S6.5：连续送入热轧机进行单道次热轧，得到轧制包厚度约14mm，得到厚度约1.05±0.02mm钛合金半成品板材；
步骤七：将半成品板材在800℃进行热处理，碱酸洗扒道；
步骤八：分步冷轧至0.7mm，分步冷轧至少包括2次冷轧，其中，第1次冷轧将板坯轧至0.8mm，第2次冷轧将板坯轧至0.7mm；两次冷轧之间，进行真空除氢处理，在650℃温度下，处理1小时；
步骤九：在800℃热处理，矫正处理，得到成品TC4钛合金薄板，矫正处理采用不规则压矫轧机A、不规则压矫轧机B和矫平轧机依次处理，不规则压矫轧机A和不规则压矫轧机B分别具有不规则轧辊，在板坯通过不规则压矫轧机A和/或不规则压矫轧机B时对板坯实施超声处理，超声频率20kHz，振幅10μm，不规则压矫轧机A和不规则压矫轧机B的工作温度为600℃，轧制速度0.2m/s；矫平轧机工作温度为550℃，矫正处理累积变形量≤1％，最终板材厚度0.6mm。
实施例3
高强高塑性TC4钛合金薄板的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：用真空自耗炉将TC4钛合金原料熔炼得到TC4钛合金铸锭，温度2200℃，时间8小时；
步骤二：将铸锭锻造成轧制用板坯，轧制用板坯的厚度H×宽度B×长度L为130mm×700mm×1300mm，锻造温度1200℃，总加热时间8小时，终锻温度900℃；
步骤三：将所得板坯在温度1050℃下加热4小时，换向轧制成15mm厚的板坯，换向轧制在四辊可逆热轧机上进行1次交叉轧制，交叉轧制包括如下步骤：
S1：沿板坯宽度方向单次轧制；
S2：旋转板坯90°，沿板坯长度方向单次轧制；
步骤四：将步骤三所得板坯定宽剪切，在温度1060℃下加热30分钟，水淬，水温35℃；
步骤五：将板坯再加热到950℃，换向轧制至4mm，换向轧制在四辊可逆热轧机上进行1次交叉轧制，交叉轧制包括如下步骤：
S1：沿板坯宽度方向单次轧制；
S2：旋转板坯90°，沿板坯长度方向单次轧制；
步骤六：钢板包覆轧制，包括如下步骤：
S6.1：将待包覆钛合金板进行750℃预氧化；
S6.2：采用油压机将叠放的若干张钛合金板坯压紧排气后组焊；
S6.3：用上层钢板和下层钢板对钛合金板包覆为轧制包，被叠放的钛合金板坯数量为4张，上层钢板和下层钢板厚度T钢为15mm；
S6.4：利用80kW的全固态高频感应加热装置对轧制包进行在线加热，升温速率400℃/min，加热温度880℃，保温时间100min；
S6.5：连续送入热轧机进行单道次热轧，得到轧制包厚度约16mm，得到厚度约1.48±0.02mm钛合金半成品板材；
步骤七：将半成品板材在840℃进行热处理，碱酸洗扒道；
步骤八：分步冷轧至0.8mm，分步冷轧至少包括2次冷轧，其中，第1次冷轧将板坯轧至1.2mm，第2次冷轧将板坯轧至0.8mm；两次冷轧之间，进行真空除氢处理，在700℃温度下，处理3小时；
步骤九：在840℃热处理，矫正处理，得到成品TC4钛合金薄板，矫正处理采用不规则压矫轧机A、不规则压矫轧机B和矫平轧机依次处理，不规则压矫轧机A和不规则压矫轧机B分别具有不规则轧辊，在板坯通过不规则压矫轧机A和/或不规则压矫轧机B时对板坯实施超声处理，超声频率30kHz，振幅15μm，不规则压矫轧机A和不规则压矫轧机B的工作温度为620℃，轧制速度0.5m/s；矫平轧机工作温度为600℃，最终板材厚度为0.8mm。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于，不进行换向轧制，每次只进行单向轧制，具体如下所示：
高强高塑性TC4钛合金薄板的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：用真空自耗炉将TC4钛合金原料熔炼得到TC4钛合金铸锭，温度2000℃，时间6.5小时；
步骤二：将铸锭锻造成轧制用板坯，轧制用板坯的厚度H×宽度B×长度L为120mm×650mm×1000mm，锻造温度1180℃，总加热时间7小时，终锻温度900℃；
步骤三：将所得板坯在温度1000℃下加热3小时，沿板坯宽度方向单次轧制成板坯；
步骤四：将步骤三所得板坯定宽剪切，在温度1040℃下加热25分钟，水淬，水温35℃；
步骤五：将板坯再加热到900℃，沿板坯长度方向单次轧制，得到厚度为3.8mm的板坯；
步骤六：钢板包覆轧制，得到半成品板材，钢板包覆轧制包括如下步骤：
S6.1：将待包覆钛合金板进行700℃预氧化；
S6.2：采用油压机将叠放的若干张钛合金板坯压紧排气后组焊；
S6.3：用上层钢板和下层钢板对钛合金板包覆为轧制包，被叠放的钛合金板坯数量为5张，上层钢板和下层钢板厚度T钢为20mm；
S6.4：利用70kW的全固态高频感应加热装置对轧制包进行在线加热，升温速率400℃/min，加热温度850℃，保温时间120min；
S6.5：连续送入热轧机进行单道次热轧，得到轧制包厚度约17mm，得到厚度约1.2±0.05mm钛合金半成品板材；
步骤七：将半成品板材在820℃进行热处理，碱酸洗扒道；
步骤八：分步冷轧，分步冷轧至少包括2次冷轧，其中，第1次冷轧将板坯轧至1mm，第2次冷轧将板坯轧至0.8mm；两次冷轧之间，进行真空除氢处理，在680℃温度下，处理2小时；
步骤九：在820℃热处理，矫正处理，得到成品TC4钛合金薄板，矫正处理采用不规则压矫轧机A、不规则压矫轧机B和矫平轧机依次处理，不规则压矫轧机A和不规则压矫轧机B分别具有不规则轧辊，在板坯通过不规则压矫轧机A和/或不规则压矫轧机B时对板坯实施超声处理，超声频率25kHz，振幅13μm，不规则压矫轧机A和不规则压矫轧机B的工作温度为610℃，轧制速度0.4m/s；矫平轧机工作温度为580℃，最终厚度为0.8mm。
对比例2
本对比例和实施例1的区别在于：不经过钢板包覆轧制，具体如下所示：
高强高塑性TC4钛合金薄板的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：用真空自耗炉将TC4钛合金原料熔炼得到TC4钛合金铸锭，温度2000℃，时间6.5小时；
步骤二：将铸锭锻造成轧制用板坯，轧制用板坯的厚度H×宽度B×长度L为120mm×650mm×1000mm，锻造温度1180℃，总加热时间7小时，终锻温度900℃；
步骤三：将所得板坯在温度1000℃下加热3小时，换向轧制成14mm厚的板坯，轧制总变形量不小于80％，换向轧制在四辊可逆热轧机上进行1次交叉轧制，交叉轧制包括如下步骤：
S1：沿板坯宽度方向单次轧制；
S2：旋转板坯90°，沿板坯长度方向单次轧制；
步骤四：将步骤三所得板坯定宽剪切，在温度1040℃下加热25分钟，水淬，水温35℃；
步骤五：将板坯再加热到900℃，换向轧制至3.8mm，换向轧制在四辊可逆热轧机上进行1次交叉轧制，交叉轧制包括如下步骤：
S1：沿板坯宽度方向单次轧制；
S2：旋转板坯90°，沿板坯长度方向单次轧制，得到半成品；
步骤六：将半成品板材在820℃进行热处理，碱酸洗扒道；
步骤七：分步冷轧至0.8mm，分步冷轧至少包括2次冷轧，其中，第1次冷轧将板坯轧至1.8mm，第2次冷轧将板坯轧至0.9mm；两次冷轧之间，进行真空除氢处理，在680℃温度下，处理2小时；
步骤八：在820℃热处理，矫正处理，得到成品TC4钛合金薄板，矫正处理采用不规则压矫轧机A、不规则压矫轧机B和矫平轧机依次处理，不规则压矫轧机A和不规则压矫轧机B分别具有不规则轧辊，在板坯通过不规则压矫轧机A和/或不规则压矫轧机B时对板坯实施超声处理，超声频率25kHz，振幅13μm，不规则压矫轧机A和不规则压矫轧机B的工作温度为610℃，轧制速度0.4m/s；矫平轧机工作温度为580℃，最终板材厚度为0.8mm。
对比例3
本对比例和实施例1的区别在于：不经过矫正处理，两次冷轧之后热处理，得到厚度为0.8mm的板材。
对实施例1-3和对比例1-3的室温力学性能进行测试。测试结果如表1所示：
表1实施例1-3与对比例1-2的测试结果
从表1可见，实施例1-3样品的室温拉伸强度在1100Mpa以上，屈服强度在950Mpa以上，断裂伸长率在20％以上，具有显著的高强度和高塑性。对比例1和2省略了部分轧制工艺，导致单个轧制过程的变形量较大，样品内应力较大，尺寸稳定性和力学性能都较低。对比例3未进行矫正处理，其样品力学性能稍有降低。
对实施例1、对比例1-3的样品取6个测量点进行厚度测量，并计算同板差(单位：mm)，具体数如表2所示：
表2实施例1、对比例1-3厚度测试结果
对于成品厚度基本为0.8mm的实施例1、对比例1-3进行了厚度均匀性检测，由表2可见，实施例1所制备的钛合金薄板的同板差为0.010mm，具有较好的厚度均匀性。对比例1和2由于前序处理不够充分，虽然经过最后的矫正处理，但其厚度均匀性仍显不足。而对比例3未经矫正处理，其厚度均匀性明显低于前面的实施例和对比例。
以上介绍了本发明的较佳实施方式，旨在使得本发明的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的修改、替换、改进，均应包含在本发明所附的权利要求概括的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高强高塑性TC4钛合金薄板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：用真空自耗炉将TC4钛合金原料熔炼得到TC4钛合金铸锭，温度1800～2200℃，时间5～8小时；
步骤二：将铸锭锻造成轧制用板坯，锻造温度1150～1200℃，总加热时间6～8小时，终锻温度不低于850℃；
步骤三：将所得板坯在温度950℃～1050℃下加热2～4小时，换向轧制成12～15mm厚的板坯；
步骤四：将步骤三所得板坯剪切，在温度1040±20℃下加热20～30分钟，水淬；
步骤五：将板坯再加热到880～950℃，换向轧制至3.5～4.0mm；
步骤六：钢板包覆轧制，单道次热轧，得到1～1.5mm半成品板材；
步骤七：将半成品板材在800～840℃进行热处理，碱酸洗扒道；
步骤八：分步冷轧至0.6～0.8mm；
步骤九：在800～840℃热处理，矫正处理，得到成品TC4钛合金薄板；
其中，步骤三和步骤五中，换向轧制在四辊可逆热轧机上进行至少1次交叉轧制，所述交叉轧制包括如下步骤：
S1：沿板坯宽度方向单次轧制；
S2：旋转板坯90°，沿板坯长度方向单次轧制。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中，轧制用板坯的厚度H×宽度B×长度L为（100～130mm）×（600～700mm）×（800～1300mm）。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤四中，将步骤三所得板坯定宽剪切；水淬的水温不高于40℃。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤六中，钢板包覆轧制包括如下步骤：
S6.1：将待包覆钛合金板进行600～750℃预氧化；
S6.2：采用油压机将叠放的若干张钛合金板坯压紧排气后组焊；
S6.3：用上层钢板和下层钢板对钛合金板包覆为轧制包；
S6.4：利用50～100kW的全固态高频感应加热装置对轧制包进行在线加热，升温速率300～500℃/min，加热温度820～880℃，保温时间t和轧制包厚度h满足：h×2 min≤t≤h×3 min；
S6.5：连续送入热轧机进行单道次热轧，得到1～1.5mm钛合金半成品板材。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，轧制前，上层钢板和下层钢板的内侧表面粗糙度≤1.5μm，被叠放的钛合金板坯数量为2～8张，上层钢板和下层钢板厚度Tg1与钛合金板坯总厚度Tt1分别满足：Tg1≥0.6Tt1。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S6.5中，单道次热轧满足式（1）:
（1）
式中，轧制前，钛合金板坯总厚度Tt1，被叠放的钛合金板数量n，上层钢板或下层钢板厚度Tg1；
轧制后，轧制包厚度Hz，钛合金半成品板材厚度Tt2，钢钛延伸比λ；
通过检测轧制后的轧制包厚度Hz，将钛合金半成品板材厚度Tt2控制在1~1.5mm。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤八中，分步冷轧至少包括2次冷轧，其中，第1次冷轧将板坯轧至0.8～1.2mm，第2次冷轧将板坯轧至0.6～0.8mm；两次冷轧之间，进行真空除氢处理，在650～700℃温度下，处理1～3小时。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，步骤九中，矫正处理采用不规则压矫轧机A、不规则压矫轧机B和矫平轧机依次处理；不规则压矫轧机A和不规则压矫轧机B分别具有不规则轧辊，工作温度为600～620℃，轧制速度0.2～0.5m/s；矫平轧机工作温度为550～600℃，矫正处理累积变形量≤1%。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在板坯通过不规则压矫轧机A和/或不规则压矫轧机B时对板坯实施超声处理，超声频率20～30kHz，振幅10～15μm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211419811.6A CN115739996B (zh) | 2022-11-14 | 2022-11-14 | 一种高强高塑性tc4钛合金薄板的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211419811.6A CN115739996B (zh) | 2022-11-14 | 2022-11-14 | 一种高强高塑性tc4钛合金薄板的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115739996A CN115739996A (zh) | 2023-03-07 |
| CN115739996B true CN115739996B (zh) | 2023-05-16 |
Family
ID=85370406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211419811.6A Active CN115739996B (zh) | 2022-11-14 | 2022-11-14 | 一种高强高塑性tc4钛合金薄板的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115739996B (zh) |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009172613A (ja) * | 2008-01-22 | 2009-08-06 | Seiko Epson Corp | 金属板材用の矯正装置、及び、金属板材の製造方法 |
| JP5480978B2 (ja) * | 2010-11-30 | 2014-04-23 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 超音波振動接合装置 |
| CN102350449A (zh) * | 2011-07-01 | 2012-02-15 | 云南钛业股份有限公司 | 一种钛及钛合金带卷拉伸矫平的方法 |
| CN102310314B (zh) * | 2011-07-01 | 2013-03-20 | 云南钛业股份有限公司 | 一种钛及钛合金带卷加工方法 |
| CN102489507A (zh) * | 2011-12-14 | 2012-06-13 | 西部钛业有限责任公司 | 一种钛合金宽幅薄板的制备方法 |
| CN102489550A (zh) * | 2012-01-04 | 2012-06-13 | 山东能源机械集团乾元不锈钢制造有限公司 | 蚀刻用不锈钢带的生产方法 |
| CN103934301B (zh) * | 2014-04-20 | 2016-03-23 | 西部钛业有限责任公司 | 一种超塑成形用tc4钛合金板材的加工方法 |
| CN111872118B (zh) * | 2020-06-29 | 2022-04-12 | 洛阳双瑞精铸钛业有限公司 | 一种tc4钛合金板的短流程制备方法及应用 |
| CN111876572A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-11-03 | 河南科技大学 | 一种降低板带材残余应力的方法和装置 |
| CN113564500B (zh) * | 2021-06-27 | 2022-08-09 | 中国科学院金属研究所 | 一种高强度超细晶tc4钛合金箔材的制备方法 |
| CN113564502B (zh) * | 2021-09-26 | 2022-01-11 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种超宽铝合金板材及其制备方法 |
| CN115193978A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-10-18 | 燕山大学 | 基于辊弯-超声校平工艺循环的复合板性能优化方法及系统 |
-
2022
- 2022-11-14 CN CN202211419811.6A patent/CN115739996B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115739996A (zh) | 2023-03-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112718864B (zh) | 一种改善核电板式换热器用钛带卷深冲性能的生产方法 | |
| CN104611658A (zh) | 一种卷式生产ta3钛板的退火方法 | |
| CN108441759B (zh) | 一种540MPa级热轧酸洗钢板及其制造方法 | |
| CN114589213B (zh) | 一种氢燃料电池双极板用超薄钛带材的制备方法 | |
| CN114045433B (zh) | 超低铁损无取向硅钢及其生产方法 | |
| CN112680663B (zh) | 超低温工程用9%Ni钢超大规格转子锻件及其制备方法 | |
| CN111944973A (zh) | 一种异质层状结构双相不锈钢的制备方法 | |
| CN111334731B (zh) | 一种α+β钛合金冷轧板带材控制各向异性方法 | |
| CN114653751A (zh) | 一种双相不锈钢冷轧带肋钢筋的制备方法 | |
| CN115739996B (zh) | 一种高强高塑性tc4钛合金薄板的制备方法 | |
| CN111647832B (zh) | 一种纯镁板材循环轧制退火的方法 | |
| CN115971249B (zh) | 一种超薄tc4钛合金板材的制备方法 | |
| CN113943907B (zh) | 一种梯度异构组织镁合金板带材的制备方法 | |
| CN111346920B (zh) | 一种Ti6Al7Nb钛合金薄板及其制备方法 | |
| CN114807551A (zh) | 一种奥氏体不锈钢冷变形板材的制备方法 | |
| CN114309116B (zh) | 一种宽幅超薄钛箔带材的制备方法 | |
| CN111321362A (zh) | 一种α+β钛合金板带材控制各向异性的方法 | |
| CN115612955B (zh) | 一种再结晶型高强韧超细晶纯钛及其制备方法 | |
| CN115961228B (zh) | 一种深拉伸用钛板的制备方法 | |
| CN115612956B (zh) | 一种高塑性亚稳β钛合金板材的冷成型制备方法 | |
| CN117821722B (zh) | 一种高强韧异质微观结构层状复合材料及其制备方法 | |
| CN112605122B (zh) | 一种改善硅钢热轧板边部质量的加工方法 | |
| CN111112342B (zh) | 模具钢的轧制工艺及模具钢 | |
| CN114351065B (zh) | 一种具备双极板基材力学性能的超薄钛带材的制备方法 | |
| CN114752734B (zh) | 一种X10CrAlSi18耐热不锈钢中厚板的热轧工艺方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |