CN116197241A - 一种宽幅tc4冷轧带卷的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽幅TC4冷轧带卷的加工方法，包括如下步骤：板坯制备，对板坯上下表面进行纯钛层爆炸复合；将板坯加热至1050‑1150℃，控制开轧温度为945‑955℃，然后经多道次粗轧轧至30‑45mm切头；经多道次精连轧轧至3‑5mm进行收卷，收卷温度为840‑860℃；在接近相变点温度条件下进行卧式连续大气热处理，然后快速急冷至室温；抛丸、酸洗、切边，其中切边工艺为将带卷边部加热至200‑300℃后进行圆盘剪裁切，然后对带卷边部进行冷却；进行多轧程冷轧，获得厚度为0.5‑3.2mm，宽度大于1000mm的冷轧带卷，其中单轧程变形量小于30％；成品热处理。本发明提供的宽幅TC4冷轧带卷的加工方法，加工效率高，成材率高，获得的产品性能可满足国标要求，表面质量优良。

Description

一种宽幅TC4冷轧带卷的加工方法
技术领域
本发明涉及钛合金加工技术领域，特别涉及一种宽幅TC4冷轧带卷的加工方法。
背景技术
TC4钛合金(Ti-6Al-4V)具有良好的室温、高温机械性能，优异的抗疲劳和抗裂纹扩展能力，广泛用于制造压力容器，火箭发动机壳体，飞机蒙皮、肋和腹板等，是宇航、航空国防工业的重要材料。TC4钛合金是钛合金中用量最大的合金，其产量占到钛合金总产量的50％，占到全部钛合金加工件的95％。TC4钛合金作为典型的α+β型合金，含有6％的α相稳定元素Al及4％的β相稳定元素V。TC4钛合金相变温度为980～1010℃，熔点为1667℃左右，在退火状态下，合金中含有7％的β相，当从临界淬火温度Tk(～850℃)淬火时可以保留约25％β相，保留的β相在时效的过程中析出弥散的α相，使合金能够通过热处理强化。
TC4冷轧带卷，由于产品强度高，加工难度大，目前主要以片式生产工艺为主，片式生产工艺在轧制过程中可采用切宽换向等方法来改善各向异性，组织和性能虽然可满足相关标准要求，但批次生产量小，且一般多火次，工序多，成材率偏低，生产周期长。目前，国内外针对卷式生产工艺，也主要是热轧黑皮带卷，而对于冷轧加工、甚至加工至较薄规格的宽幅带材(1000mm以上)目前还没有相关报道。
鉴于此，本发明的目的在于提供一种新的宽幅TC4冷轧带卷的加工方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种宽幅TC4冷轧带卷的加工方法，加工效率高，成材率高，获得的产品性能可满足国标要求，表面质量优良。
为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：
一种宽幅TC4冷轧带卷的加工方法，包括如下步骤：
步骤S1，板坯制备：板坯预处理，对板坯上下表面进行纯钛层爆炸复合，再次对爆炸复合后的板坯进行表面处理；
步骤S2，粗轧：将板坯加热至1050-1150℃，控制开轧温度为945-955℃，然后经多道次粗轧轧至30-45mm切头；
步骤S3，精轧：经多道次精连轧轧至3-5mm进行收卷，收卷温度为840-860℃；
步骤S4，半成品热处理：在接近相变点温度条件下进行卧式连续大气热处理，然后快速急冷至室温；
步骤S5，抛丸、酸洗、切边，其中切边工艺为将带卷边部加热至200-300℃后进行圆盘剪裁切，然后对带卷边部进行冷却；
步骤S6，冷轧：进行多轧程冷轧，获得厚度为0.5-3.2mm，宽度大于1000mm的冷轧带卷，其中单轧程变形量小于30％；
步骤S7，成品热处理。
进一步地，步骤S1中，裁切2-4mm厚的纯钛整板，长宽各留出余量，对板坯上下表面进行纯钛层爆炸复合。
进一步地，对爆炸复合后的板坯进行表面处理包括抛光、缺陷检查、缺陷点修磨、抛光大面、侧棱刷耐高温涂层步骤。
进一步地，步骤S2中，经5道次粗轧，每道次变形量依次为：13％→15％→17.5％→21.1％→30.74％。
进一步地，步骤S3中，经7道次精轧，开轧温度为900-920℃，每道次变形量依次为平板形→11.33％→15.79％→11.72％→15％→19％→20％。
进一步地，步骤S4中，半成品热处理工艺中，带卷的运行线速度为3-4m/min。
进一步地，步骤S4中，快速急冷采用三级风冷方式，整个冷却过程时间为2-3min。
进一步地，一级风冷进行强制预冷却，使带卷温度快速降低至280-320℃，二级风冷使带卷温度降低至80℃以下，三级风冷使带卷温度降低至室温。
进一步地，成品热处理工艺采用立式在线惰性气体保护热处理，热处理温度为860-880℃，退火速度为3-6m/min。
相较于现有技术，本发明提供的宽幅TC4冷轧带卷的加工方法，有益效果在于：
本发明提供的宽幅TC4冷轧带卷的加工方法，实现了卷式生产，加工效率高，成材率高，获得的产品性能可满足国标要求，表面质量优良；可以满足超长产品的使用，同时解决了TC4箔材一直所采取的片式焊接、带式轧制的带式原料问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中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为本发明中板坯的热模拟曲线图；
图2为本发明的带卷成品金相组织图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
一种宽幅TC4冷轧带卷的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，板坯制备：板坯预处理，对板坯上下表面进行纯钛层爆炸复合，再次对爆炸复合后的板坯进行表面处理；
具体的，板坯预处理工艺为：锻造后的板坯经刨铣→抛光→缺陷检查标记→缺陷点修磨→渗透探伤→缺陷标记→缺陷点修磨、抛光处理；
爆炸复合工艺为：裁切2-4mm厚的纯钛整板，长宽各留出5mm余量，对板坯上下表面进行纯钛层爆炸复合；其中纯钛整板的厚度可以为2mm、3mm或4mm，也可以为该范围内的其他厚度值；
爆炸复合后板坯表面处理工艺为：抛光→缺陷检查→缺陷点修磨、抛光大面、侧棱刷耐高温涂层(静置直至干燥不脱落)；
在板坯表面爆炸复合纯钛层，再结合表面涂层，可充分保护板坯加热过程中的深层氧化，解决了加热过程中板坯表面氧化层过深而造成带卷热轧过程中表面开裂的问题，从而有效提升热卷表面质量。
步骤S2，粗轧：将板坯加热至1050-1150℃，控制开轧温度为945-955℃，然后经多道次粗轧轧至30-45mm切头；
粗轧前温度的控制，确保板坯粗大组织的充分破碎，为后续产品性能指标提供保证。本发明通过开展热模拟试验，确定板坯加热温度。具体的，在板坯端头，锯切片层，线切割并机加成圆柱样，开展热模拟试验，结果请参阅图1的热模拟曲线图，其中图1(a)表示0.01s-1-50％条件下的热模拟曲线，图1(b)表示0.1s-1-50％条件下的热模拟曲线，图1(c)表示1s-1-50％条件下的热模拟曲线，图1(d)表示10s-1-50％条件下的热模拟曲线。通过热模拟曲线，结合该锭号相变点960℃可以看出，随试验温度升高变形抗力下降，超过相变点后变形抗力的变化基本持平，该合金变形符合金属应力应变曲线的变化趋势，塑性变形中各阶段非常明显。
再结合热轧机设备能力，同时结合粗轧开轧温度必须在相变点以下的要求，根据出炉口至粗轧机入口物料转运距离，最终确定出，加热温度选择1050-1150℃，待板坯出炉后，由于需要进行天车吊起去除下部垫板的操作，同时需要自出炉口部位辊道运输至轧机入口，转运时间耽搁较长，因此，需要充分留足温降台阶，1100℃为最优。待转运至轧机入口处，切记不进行高压水/高压风除磷，避免由于在除磷过程中，表面温降过快，造成粗轧后板形翘曲/下扣，甚至撕裂的现象。
具体的，粗轧道次为4-6道次，如可以是4道次、5道次或6道次，轧至板坯厚度为30-45mm；例如，经5道次粗轧，每道次变形量依次为：13％→15％→17.5％→21.1％→30.74％。
步骤S3，精轧：经多道次精连轧轧至3-5mm进行收卷，收卷温度为840-860℃；
具体的，精轧道次可以为6-8道次，如可以是6道次、7道次或8道次；收卷温度可以为840℃、850℃或860℃，也可以为该范围内的其他温度值。例如，经7道次精轧，开轧温度为900-920℃，每道次变形量依次为平板形→11.33％→15.79％→11.72％→15％→19％→20％。收卷温度优选为850℃，该温度条件下，带卷屈服强度为100Mpa左右，有利于收卷。
轧制完成后，在较高温度下利用开平线裁切热卷尾部，进行取样检测，对比室温状态下与片式轧制性能指标的差异，检测结果如表1：
Figure BDA0004070495840000051
通过控制精轧厚度、收卷温度，既能保证高强度带卷的顺利卷曲，同时为后续热带卷的开卷提供先决条件，避免由于卷取力过大，带卷温度过低，无法收卷，或者带卷温度过高，可轻松收卷，但组织粗大，强度过高，卷取力大于开卷力，造成无法开卷的问题。
步骤S4，半成品热处理：在接近相变点温度条件下进行卧式连续大气热处理，然后快速急冷至室温；
具体的，选取接近相变点的950℃，运行线速度3-4m/min在线卧式连续大气热处理，采用下面电阻带上面电辐射管的加热方式，使热卷表面形成一层疏松的氧化层，便于后续抛丸破碎，有利于提升抛丸去除氧化皮的效率，并进一步为后续酸洗去除深层污染提供条件。其中，热处理速度可以为3m/min、3.5m/min或4m/min，也可以为该范围内的其他值。
热处理后快速急冷至室温，以保证热轧组织的有效改善，便于后续冷轧、成品性能。本发明中，快速急冷采用三级风冷方式，整个冷却过程时间为2-3min；其中一级风冷进行强制预冷却，使带卷温度快速降低至280-320℃，二级风冷使带卷温度降低至80℃以下，三级风冷使带卷温度降低至室温。其中，一级风冷可以降温至280℃、290℃、300℃、310℃或320℃，也可以为该范围内的其他温度值。
步骤S5，抛丸、酸洗、切边；
具体的，抛丸、酸洗、切边在联合酸洗线进行。选取较高下沙量及抛头速度，有效疏松带卷表面氧化皮，再通过漂洗去除表面残留钢丸灰，然后进入混酸槽进行酸洗，确保单面下道量0.03-0.05mm。
切边工艺为将带卷边部加热至200-300℃后进行圆盘剪裁切，然后对带卷边部进行冷却；具体的，在原始圆盘剪前部，增加感应加热装置，在带卷运行过程中，实时进行边部补热，使边部10mm内材料温度达到200-300℃，再进行圆盘剪裁切。由于卷带强度较高，采用温切工艺，一方面用温度抵抗其强度的方法，解决常温下切边，对刀盘材制、带卷厚度限制、带卷平直度的要求极高，刀盘硬度不够，材料无法切碎，刀盘硬度稍微提高两个点，又会产生边部压碎的大毛刺现象等问题；另一方面，对带卷边部进行加热，加热后无需开卷裁切，对产品表面质量可有效防护，并能实现卷式连续生产的方式。
同时，为避免边部预热造成胶辊的损伤，在切边完成后，增加风箱，对带卷边部进行冷却，确保室温状态下通过张力胶辊。
步骤S6，冷轧：进行多轧程冷轧，获得厚度为0.3-2mm，宽度大于1000mm的冷轧带卷，其中单轧程变形量小于30％；
具体的，采取小张力，单轧程<30％变形量，以不裂边为主要控制点，可充分节约因为重复切边造成的金属损失，同时可实现良性工序循环；
经中间连续消应力热处理后，进行表面抛丸酸洗，提升表面质量，反复进行多轧程冷轧，最终生产0.5-3.2mm厚，宽度大于1000mm冷轧带卷。
步骤S7，成品热处理；
具体的，成品热处理采用立式在线惰性气体保护热处理，热处理温度为860-880℃；退火速度为3～6m/min，热处理后通过快速多级充氩冷却的方式冷却至室温。从微观而言，通过高温热处理、快速多级充氩冷却的方式保证良好的组织和性能需求，同时可保证整卷热处理均匀一致性；从宏观而言，充分利用带材自重，保证成品良好的板形，为后续精整工艺减负。
请参阅图2，为本发明的带卷成品金相组织图(横向0.5mm热处理后金相组织500x)，根据GJB/2505A-2008进行组织评级，其符合1级标准，初生α相尺寸4.7um，初生α含量75％。
通过上述工艺，生产出成品卷单重≧3吨，规格为0.5-3.2mm×1000mm×C的宽幅TC4冷轧带卷。生产效率高，成材率高，产品性能满足国标、美标要求，加工流程简便，过程稳定，表面质量优良。
采用本发明的宽幅TC4冷轧带卷的加工方法，生产δ3.2mm、δ1.68mm、δ0.55mm的TC4冷轧带卷，并对其退火态性能进行检测，检测结果如下：
表2：不同厚度TC4冷轧带卷退火性能
规格(mm) Rm(MPa) Rp0.2(MPa) A5(％)
3.2 1000 925 13.5
1.68 1020 910 16
0.35 1090 1000 17.5
从表2可以看出，热处理后，产品性能指标均可满足GB/T3621-2007的要求(Rm≥895MPa；Rp0.2≥830MPa；A5≥10％)。
对比相近规格片式生产TC4板材退火态性能，见表3：
表3：相近规格片式生产TC4退火态性能
规格(mm) Rm(MPa) Rp0.2(MPa) A5(％)
1.6 1080 1060 16
0.4 1060 1020 11
由上结果表面，本发明制备的宽幅TC4冷轧带卷，其产品指标完全满足国标要求，与相近规格片式生产的TC4板材性能相当，且涵盖产品规格系列广泛，对于当下仅能以片式生产方式制备TC4板材、箔材的常规技术，提出了一种新的技术思路。
本发明所生产的宽幅TC4带卷，满足了多个领域对TC4带卷的需求，可提升生产效率、节省工序，进而在节约加工成本方面，实现了较大突破。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。
以上对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种宽幅TC4冷轧带卷的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，板坯制备：板坯预处理，对板坯上下表面进行纯钛层爆炸复合，再次对爆炸复合后的板坯进行表面处理；
步骤S2，粗轧：将板坯加热至1050-1150℃，控制开轧温度为945-955℃，然后经多道次粗轧轧至30-45mm切头；
步骤S3，精轧：经多道次精连轧轧至3-5mm进行收卷，收卷温度为840-860℃；
步骤S4，半成品热处理：在接近相变点温度条件下进行卧式连续大气热处理，然后快速急冷至室温；
步骤S5，抛丸、酸洗、切边，其中切边工艺为将带卷边部加热至200-300℃后进行圆盘剪裁切，然后对带卷边部进行冷却；
步骤S6，冷轧：进行多轧程冷轧，获得厚度为0.5-3.2mm，宽度大于1000mm的冷轧带卷，其中单轧程变形量小于30％；
步骤S7，成品热处理。
2.根据权利要求1所述的宽幅TC4冷轧带卷的加工方法，其特征在于，步骤S1中，裁切2-4mm厚的纯钛整板，长宽各留出余量，对板坯上下表面进行纯钛层爆炸复合。
3.根据权利要求1所述的宽幅TC4冷轧带卷的加工方法，其特征在于，对爆炸复合后的板坯进行表面处理包括抛光、缺陷检查、缺陷点修磨、抛光大面、侧棱刷耐高温涂层步骤。
4.根据权利要求1所述的宽幅TC4冷轧带卷的加工方法，其特征在于，步骤S2中，经5道次粗轧，每道次变形量依次为：13％→15％→17.5％→21.1％→30.74％。
5.根据权利要求1所述的宽幅TC4冷轧带卷的加工方法，其特征在于，步骤S3中，经7道次精轧，开轧温度为900-920℃，每道次变形量依次为平板形→11.33％→15.79％→11.72％→15％→19％→20％。
6.根据权利要求1所述的宽幅TC4冷轧带卷的加工方法，其特征在于，步骤S4中，半成品热处理工艺中，带卷的运行线速度为3-4m/min。
7.根据权利要求1所述的宽幅TC4冷轧带卷的加工方法，其特征在于，步骤S4中，快速急冷采用三级风冷方式，整个冷却过程时间为2-3min。
8.根据权利要求7所述的宽幅TC4冷轧带卷的加工方法，其特征在于，一级风冷进行强制预冷却，使带卷温度快速降低至280-320℃，二级风冷使带卷温度降低至80℃以下，三级风冷使带卷温度降低至室温。
9.根据权利要求1所述的宽幅TC4冷轧带卷的加工方法，其特征在于，成品热处理工艺采用立式在线惰性气体保护热处理，热处理温度为860-880℃，退火速度为3-6m/min。
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