CN117443935A - 一种钛板的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钛板的生产方法。该生产方法采用海绵钛直接轧制成钛板,通过将高纯海绵钛块用钛包套进行真空焊接密封,制成钛坯;将钛坯进行第一加热处理、热轧处理和第二加热处理,得到钛板。其中,本发明选取高纯海绵钛直接轧制成钛板,不需要熔炼,避免了熔炼过程的组织不均匀和成分偏析等熔炼缺陷。经测试,采用所述生产方法得到的钛板,板形和表面质量良好,且力学性能优异,屈服强度不低于190MPa,抗拉强度大于290MPa,断后伸长率不低于49%。
Description
技术领域
本发明属于钛板的生产技术领域,具体涉及一种钛板的生产方法。
背景技术
钛材具有比强度高、成形性好、耐高温、耐腐蚀等优良特性,在化工、航空航天、舰船等领域有着广泛的应用,其中,钛板用量可以达到钛材总量的一半以上,市场前景非常广阔。然而,由于钛的冶炼、加工成本较高,导致钛材的价格较高,高达10~15万元/吨,远远高于钢板的价格(0.4~0.6万元/吨),严重限制了钛材的应用领域。
目前,钛板的生产流程包括:钛矿熔炼成高钛渣、克劳尔法制备成海绵钛、海绵钛真空自耗熔炼成钛锭、钛锭锻造,最后轧制成板材。钛板的生产成本主要包括原料成本和加工成本,其中加工成本包含熔炼成本、塑性加工成本和热处理成本等,共占50%。其中熔炼成本占20%,塑性加工成本占27%。因此,为了降低钛板的生产成本,针对熔炼成本和塑性加工成本的降低十分必要,有研究报道采用电子束冷床熔炼的方法,该方法不需要锻造,熔炼的钛锭可以直接轧制成钛板,但是熔炼设备投资较大,钛材加工成本的降低有限。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种钛板的生产方法。该生产方法可以省略熔炼、锻造工序,可显著降低钛板的生产成本。
为达到此目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供一种钛板的生产方法,包括以下步骤:
将高纯海绵钛块用钛包套进行真空焊接密封,制成钛坯;将钛坯进行第一加热处理、热轧处理和第二加热处理,得到钛板;
所述高纯海绵钛块中的化学成分满足:Ti≥99.90wt.%、Fe≤0.010wt.%、O≤0.030wt.%、Cl≤0.030wt.%;
所述高纯海绵钛块的密度>3.2g/cm3。
优选地,所述第一加热处理的温度为1000~1200℃,时间为2~5h。
优选地,所述热轧处理的总压下量>90%。
优选地,所述第二加热处理的温度为800~1000℃,时间为0.5~1h。
优选地,所述第二加热处理完成后还包括酸洗步骤。
优选地,所述钛包套由厚度0.4~0.6mm的钛板焊接而成。
优选地,所述钛包套的尺寸与高纯海绵钛块相同。
优选地,所述钛板的厚度为3~6mm。
优选地,所述第二加热处理完成后还包括冷轧和退火步骤。
优选地,所述冷轧的总压下量>90%。
优选地,所述退火的温度为600~750℃,时间为0.5~1h。
优选地,所述钛板的厚度<1mm。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明提供了一种钛板的生产方法,该方法采用海绵钛直接轧制成钛板,通过将高纯海绵钛块用钛包套进行真空焊接密封,制成钛坯;将钛坯进行第一加热处理、热轧处理和第二加热处理,得到钛板。其中,本发明选取高纯海绵钛直接轧制成钛板,不需要熔炼,避免了熔炼过程的组织不均匀和成分偏析等熔炼缺陷,同时通过控制高纯海绵钛块的密度,可以保证热轧后的钛板组织致密性,不会出现贯穿性孔洞。另外,通过第一加热处理,不仅使得高纯海绵钛块发生元素扩散,使其更致密化;同时可以使海绵钛软化,为热轧变形提供条件。然后,通过第二加热处理,使热轧的钛板发生再结晶,促进组织进一步致密化;同时消除热轧变形应力,促进内部元素扩散,提高组织均匀性。与钛板常规的生产方法相比,由于本发明采用高纯海绵钛块作为原料,省略了熔炼、锻造工序,通过高纯海绵钛压块封装、加热和轧制直接制备获得钛板,具有流程短、低成本的优势。
经测试,采用上述生产方法得到的钛板,板形和表面质量良好,且力学性能优异,屈服强度不低于190MPa,抗拉强度大于290MPa,断后伸长率不低于49%。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
针对现有技术中针对钛板成本较高的问题,本发明提供了一种钛板的生产方法,包括以下步骤:
将高纯海绵钛块用钛包套进行真空焊接密封,制成钛坯;将钛坯进行第一加热处理、热轧处理和第二加热处理,得到钛板。
在本发明中,首先将高纯海绵钛块用钛包套进行真空焊接密封,制成钛坯。其中,所述高纯海绵钛块优选采用高纯海绵钛压制而成,所述压制在压块机中进行即可。在本发明中,所述高纯海绵钛的化学成分需要满足:Ti≥99.90wt.%、Fe≤0.010wt.%、O≤0.030wt.%、Cl≤0.030wt.%。为了保证钛板的致密化,本发明优选将压制得到的高纯海绵钛块的密度控制在>3.2g/cm3,甚至>3.3g/cm3。在本发明中,所述压制后高纯海绵钛块的形状可以根据实际需要选择,本发明优选为矩形高纯海绵钛块。同样地,所述矩形高纯海绵钛块的厚度也可以根据实际需要选择,本发明优选矩形高纯海绵钛块的高度为80~100mm,宽度为100~150mm,长度为200~300mm。
在本发明中,所述钛包套的作用是为了防止后续加热过程中高纯海绵钛块被氧化,所述钛包套优选采用钛板焊接而成,所述钛板的厚度优选为0.4~0.6mm,更优选为0.5mm。本发明优选,按照高纯海绵钛块的尺寸将钛板焊接成矩形包套,将海绵钛块放入包套中真空焊接密封,制成矩形钛坯。
制成矩形钛坯后,优选将其进行第一加热处理,以使得高纯海绵钛块发生元素扩散,使其更致密化;同时可以使海绵钛软化,为热轧变形提供条件。在本发明的一些实施方案中,优选所述第一加热处理的温度为1000~1200℃,更优选为1100℃,时间优选为2~5h,更优选为3~4h。所述第一加热处理优选在加热炉中进行。
第一热处理完成后,按照本发明,将得到的钛坯进行热轧处理,以得到钛板。在本发明的一些实施方案中,优选对得到的钛坯进行多道次热轧,热轧的总压下量>90%,获得的热轧钛板,其厚度优选在3~6mm。所述热轧的道次分配,可以根据钛板的厚度需要进行调整。
然后,按照本发明,将热轧后的钛板进行第二加热处理,使热轧的钛板发生再结晶,促进组织进一步致密化;同时消除热轧变形应力,促进内部元素扩散,提高组织均匀性。在本发明的一些实施方案中,优选所述第一加热处理的温度为800~1000℃,更优选为900℃,时间优选为0.5~1h,更优选为0.6~0.8h。所述第二加热处理优选在加热炉中进行。
在本发明的一些优选实施方案中,可以将第二加热处理得到的钛板进行酸洗,以去除表面的氧化皮。本发明对酸洗步骤没有特别的限制,按照本领域技术人员熟知的手段进行即可。
在本发明的一些优选实施方案中,所述第二加热处理完成后还包括冷轧和退火步骤。其中,所述冷轧的总压下量>90%;所述退火的温度优选为600~750℃,更优选为680~700℃,时间优选为0.5~1h,更优选为0.6~0.8h。通过上述冷轧和退火步骤,所得到的的钛板的厚度一般<1mm。
本发明提供的上述方法,采用高纯海绵钛块作为原料,省略了钛板常规的生产方法中的熔炼、锻造工序,通过高纯海绵钛压块封装、加热和轧制直接制备获得钛板,具有流程短、低成本的优势。
经测试,采用上述生产方法得到的钛板,板形和表面质量良好,且力学性能优异,屈服强度不低于190MPa,抗拉强度大于290MPa,断后伸长率不低于49%。
为了进一步说明本发明,下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例中所用的实验原料均为一般市售品。
下述涉及的屈服强度、抗拉强度以及断后伸长率可按照国标GB/T228.1-2021测试得到。
实施例1
本实施例所用的海绵钛原料的化学成分为Ti:99.92wt.%、Fe:0.008wt.%、O:0.030wt.%、Cl:0.030wt.%。首先将海绵钛送入压块机中压制成高80mm、宽100mm、长200mm的矩形海绵钛块,海绵钛块密度为3.6g/cm3。然后用厚度0.4mm的钛板按照海绵钛块的尺寸焊接成矩形包套,将海绵钛块放入包套中真空焊接密封,制成矩形钛坯。再将矩形钛坯放入加热炉中,在1000℃保温2h后多道次热轧,热轧总压下量92%,获得热轧钛板。接着,将热轧的钛板放入加热炉中,在800℃保温0.5h后酸洗去除表面氧化皮。然后,对酸洗的钛板多道次冷轧,冷轧总压下量93%。最后,对冷轧钛板真空退火,退火温度600℃,保温时间0.5h,获得钛板成品。
钛板成品的板形和表面质量良好,屈服强度210MPa,抗拉强度306MPa,断后伸长率49%。
对比例1
本对比例所用的海绵钛原料的化学成分为Ti:99.80wt.%、Fe:0.060wt.%、O:0.075wt.%、Cl:0.050wt.%。首先将海绵钛送入压块机中压制成高80mm、宽100mm、长200mm的矩形海绵钛块,海绵钛块密度为2.8g/cm3。然后用厚度0.4mm的钛板按照海绵钛块的尺寸焊接成矩形包套,将海绵钛块放入包套中真空焊接密封,制成矩形钛坯。再将矩形钛坯放入加热炉中,在1000℃保温2h后多道次热轧,热轧总压下量92%,获得热轧钛板。接着,将热轧的钛板放入加热炉中,在800℃保温0.5h后酸洗去除表面氧化皮。然后,对酸洗的钛板多道次冷轧,冷轧总压下量93%。最后,对冷轧钛板真空退火,退火温度600℃,保温时间0.5h,获得钛板成品。
与实施例1相比,由于该对比例中海绵钛的纯度和压制海绵钛块的密度较低,热轧后的钛板组织致密性较差,冷轧时钛板出现贯穿性孔洞,钛板成品的力学性能也较差,屈服强度105MPa,抗拉强度140MPa,断后伸长率12%。
实施例2
本实施例所用的海绵钛原料的化学成分为Ti:99.93wt.%、Fe:0.006wt.%、O:0.025wt.%、Cl:0.028wt.%。首先将海绵钛送入压块机中压制成高100mm、宽150mm、长300mm的矩形海绵钛块,海绵钛块密度为3.3g/cm3。然后用厚度0.6mm的钛板按照海绵钛块的尺寸焊接成矩形包套,将海绵钛块放入包套中真空焊接密封,制成矩形钛坯。再将矩形钛坯放入加热炉中,在1200℃保温5h后多道次热轧,热轧总压下量95%,获得热轧钛板。接着,将热轧的钛板放入加热炉中,在1000℃保温1h后酸洗去除表面氧化皮。然后,对酸洗的钛板多道次冷轧,冷轧总压下量92%。最后,对冷轧钛板真空退火,退火温度750℃,保温时间1h,获得钛板成品。
钛板成品的板形和表面质量良好,屈服强度205MPa,抗拉强度300MPa,断后伸长率52%。
对比例2
本对比例所用的海绵钛原料的化学成分为Ti:99.72wt.%、Fe:0.085wt.%、O:0.105wt.%、Cl:0.068wt.%。首先将海绵钛送入压块机中压制成高100mm、宽150mm、长300mm的矩形海绵钛块,海绵钛块密度为2.3g/cm3。然后用厚度0.6mm的钛板按照海绵钛块的尺寸焊接成矩形包套,将海绵钛块放入包套中真空焊接密封,制成矩形钛坯。再将矩形钛坯放入加热炉中,在800℃保温1h后多道次热轧。
与实施例2相比,由于该对比例中海绵钛的纯度和压制海绵钛块的密度较低,且加热温度较低、保温时间较短,压制的海绵钛块在热轧时出现大量横向裂缝,无法进行后续轧制。
实施例3
本实施例所用的海绵钛原料的化学成分为Ti:99.94wt.%、Fe:0.008wt.%、O:0.020wt.%、Cl:0.020wt.%。首先将海绵钛送入压块机中压制成高100mm、宽100mm、长250mm的矩形海绵钛块,海绵钛块密度为3.4g/cm3。然后用厚度0.5mm的钛板按照海绵钛块的尺寸焊接成矩形包套,将海绵钛块放入包套中真空焊接密封,制成矩形钛坯。再将矩形钛坯放入加热炉中,在1100℃保温3h后多道次热轧,热轧总压下量91%,获得热轧钛板。接着,将热轧的钛板放入加热炉中,在900℃保温0.5h后酸洗去除表面氧化皮。然后,对酸洗的钛板多道次冷轧,冷轧总压下量92%。最后,对冷轧钛板真空退火,退火温度700℃,保温时间0.5h,获得钛板成品。
钛板成品的板形和表面质量良好,屈服强度190MPa,抗拉强度292MPa,断后伸长率54%。
对比例3
本对比例所用的海绵钛原料的化学成分为Ti:99.94wt.%、Fe:0.008wt.%、O:0.020wt.%、Cl:0.020wt.%。首先将海绵钛送入压块机中压制成高100mm、宽100mm、长250mm的矩形海绵钛块,海绵钛块密度为3.4g/cm3。然后用厚度0.5mm的钛板按照海绵钛块的尺寸焊接成矩形包套,将海绵钛块放入包套中真空焊接密封,制成矩形钛坯。再将矩形钛坯放入加热炉中,在1100℃保温3h后多道次热轧,热轧总压下量91%,获得热轧钛板。接着,将热轧的钛板酸洗去除表面氧化皮。然后,对酸洗的钛板多道次冷轧,冷轧总压下量75%。最后,对冷轧钛板真空退火,退火温度700℃,保温时间0.5h,获得钛板成品。
与实施例3相比,由于该对比例中没有对热轧钛板进行第二加热处理,导致钛板加工硬化严重,难以达到90%以上的冷轧变形量,最终钛板成品边部和表面出现裂纹。钛板成品的力学性能也较差,屈服强度135MPa,抗拉强度189MPa,断后伸长率21%。
所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种钛板的生产方法,其特征在于,包括以下步骤:
将高纯海绵钛块用钛包套进行真空焊接密封,制成钛坯;将钛坯进行第一加热处理、热轧处理和第二加热处理,得到钛板;
所述高纯海绵钛块中的化学成分满足:Ti≥99.90wt.%、Fe≤0.010wt.%、O≤0.030wt.%、Cl≤0.030wt.%;
所述高纯海绵钛块的密度>3.2g/cm3。
2.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于,所述第一加热处理的温度为1000~1200℃,时间为2~5h。
3.根据权利要求1或2所述的生产方法,其特征在于,所述热轧处理的总压下量>90%。
4.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于,所述第二加热处理的温度为800~1000℃,时间为0.5~1h。
5.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于,所述第二加热处理完成后还包括酸洗步骤。
6.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于,所述钛包套由厚度0.4~0.6mm的钛板焊接而成;
所述钛包套的尺寸与高纯海绵钛块相同。
7.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于,所述钛板的厚度为3~6mm。
8.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于,所述第二加热处理完成后还包括冷轧和退火步骤。
9.根据权利要求8所述的生产方法,其特征在于,所述冷轧的总压下量>90%;
所述退火的温度为600~750℃,时间为0.5~1h。
10.根据权利要求8或9所述的生产方法,其特征在于,所述钛板的厚度<1mm。
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