EA029618B1

EA029618B1 - Титановое литое изделие для горячей прокатки, имеющее превосходные поверхностные свойства после горячей прокатки даже при отсутствии стадии обжатия и стадии чистовой обработки, и способ его производства

Info

Publication number: EA029618B1
Application number: EA201790499A
Authority: EA
Inventors: Томонори Куниеда; Йосицугу Тацудзава; Кенити Мори; Хидеки Фудзии
Original assignee: Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2018-04-30
Also published as: KR101953042B1; UA115957C2; KR20170047332A; WO2016051511A1; EP3178584A1; CN106715005B; JPWO2016051511A1; US20170283928A1; US10570492B2; EA201790499A1; CN106715005A; EP3178584A4; JP5888432B1

Abstract

Предлагается титановое литое изделие для горячей прокатки, изготовленное из товарного чистого титана или титанового сплава, причем данное титановое литое изделие включает на поверхности, служащей в качестве поверхности прокатки, мелкозернистый слой, который составляет игольчатая структура, образующаяся на наружной поверхности в результате обработки посредством плавления и повторного затвердевания, и который имеет толщину, составляющую более чем или равную 5 мм и менее чем 9 мм в глубину. В титановом литом изделии для горячей прокатки согласно настоящему изобретению поверхность является плоской, число мельчайших полостей во внутреннем пространстве непосредственно под поверхностью является небольшим и наружная поверхность имеет в значительной степени тонкую структуру. Когда титановое литое изделие подвергается горячей прокатке, возникновение вогнутостей на поверхности на ранней стадии горячей прокатки и возникновение поверхностных дефектов на горячекатаном листе могут устойчиво предотвращаться на практическом уровне.

Description

Настоящее изобретение предлагает титановое литое изделие для горячей прокатки и способ его производства и предлагает, в частности, титановое литое изделие, которое может сохранять удовлетворительные поверхностные свойства после горячей прокатки даже при отсутствии стадии обжатия и стадии чистовой обработки, а также способ его производства.

Уровень техники

Как правило, коммерчески чистый титан обычно обрабатывают таким образом, что в качестве материала для плавления используется губчатый титан, получаемый методом Кроля (Кго11), или титановый лом, этот материал плавится посредством переплавки в вакуумной дуговой печи (ПВД), переплавки электронным пучком (ПЭП) или другим методом и превращается в крупногабаритное литое изделие (слиток). Здесь, что касается формы литого изделия, только литое изделие в форме круглого цилиндра (круглый слиток) оказывается возможным в случае переплавки в вакуумной дуговой печи, в то время как литье прямоугольного литого изделия, т.е. плоской заготовки, оказывается возможным в случае переплавки электронным пучком.

Когда такое крупногабаритное литое изделие используется в качестве материала для производства титанового материала, такого как титановый тонкий лист, это крупногабаритное литое изделие подвергается поверхностному фрезерованию по мере необходимости, а затем подвергается обжатию или ковке в горячем состоянии, и в результате этого получаются плоские заготовки, имеющие форму и размеры, подходящие для последующей горячей прокатки. Стадия деформации в горячем состоянии посредством обжатия или ковки в настоящем документе называется термином "стадия обжатия". В таком случае, как правило, после того как поверхность подвергается фрезерованию, глубина которого составляет приблизительно несколько миллиметров, в целях удаления оксидного слоя или слоя с повышенным содержанием кислорода, который образуется на поверхности плоской заготовки после обжатия, получаемое в результате изделие подвергают горячей прокатке.

Однако в таком традиционном обычном способе требуется большое количество времени и средств для стадии обжатия посредством обжатия или ковки для придания крупногабаритному литому изделию формы и размеров, подходящих для горячей прокатки, и это представляет собой серьезное ограничение для повышения скорости производства тонколистового титана и сокращения расходов.

В качестве способа литья литого изделия в форме плоской заготовки в последнее время используется способ бесслиткового литья плоских заготовок (способ бесслиткового литья (БЛ)), в котором вместо литья крупногабаритных слитков, которое описывается выше, жидкий металлический титан, расплавляемый в тигле посредством переплавки электронным пучком, непрерывно выливается в охлаждаемый водой медный кристаллизатор, который находится под вакуумом, причем часть, которая затвердевает в охлаждаемом водой медном кристаллизаторе, непрерывно извлекается со стороны нижнего торца кристаллизатора, и, таким образом, получается литое изделие в форме плоской заготовки, имеющее заданную длину. Посредством способа бесслиткового литья плоских заготовок обеспечивается технология производства относительно тонкого литого изделия в форме плоской заготовки, т.е. титанового литого изделия, имеющего форму и размеры, которые позволяют подвергать его горячей прокатке в состоянии после получения.

Когда используются такой способ переплавки электронным пучком и бесслитковое литье плоских заготовок в вакууме, может отсутствовать стадия обжатия, которая ранее была необходимой, и в результате этого становится возможным повышение скорости производства тонколистового титана и снижение производственных расходов. Однако также и в плоской заготовке, получаемой посредством бесслиткового литья плоских заготовок в вакууме, поверхностный слой литого изделия в состоянии после получения имеет значительные вогнутости и выпуклости и многочисленные дефекты. Если такое литое изделие подвергается горячей прокатке в состоянии после получения, ухудшаются поверхностные свойства, которые имеет лист после горячей прокатки (горячекатаный лист); таким образом, дело заключается в том, что, как и в том случае, где используется стадия обжатия, начинающаяся от крупногабаритного слитка, как описывается выше, получаемое в результате изделие может подвергаться горячей прокатке только после того, как осуществляется фрезерование поверхности. Таким образом, уменьшается выход материала, а также требуются время, усилия и средства для фрезерования; следовательно, существует значительная потребность в дополнительном улучшении. Кроме того, даже в том случае, когда плоская заготовка, получаемая посредством использования способа переплавки электронным пучком и бесслиткового литья плоских заготовок в вакууме таким образом, как описывается выше (стадия обжатия отсутствует), подвергается горячей прокатке после того, как осуществляется фрезерование на поверхности плоской заготовки, существует проблема, заключающаяся в том, что поверхностные свойства горячекатаного листа после горячей прокатки необязательно являются удовлетворительными. Таким образом, существует проблема, заключающаяся в том, что на поверхности горячекатаного листа возникают многочисленные большие и мелкие перекрывающиеся царапины, длина которых составляет приблизительно от нескольких миллиметров до 10 мм. Такие многочисленные перекрывающие поверхность царапины в настоящем документе называются термином "поверхностные дефекты". Предполагается, что такие поверхностные дефекты горячекатаного листа возникают в результате крупнозернистой литой структуры литой плоской

- 1 029618

заготовки. Таким образом, предполагается, что плоская заготовка, которая не подвергается стадии обжатия, которая представляет собой деформацию в горячем состоянии, имеет литую структуру, которую образуют крупные кристаллические зерна и которая существует в состоянии после литья; и даже когда осуществляется поверхностное фрезерование, в поверхностным слое после фрезерования существует крупнозернистая структура, и поверхностные дефекты возникают в горячекатаном листе вследствие такой крупнозернистой поверхностной литой структуры.

Здесь в качестве специфического фактора, посредством которого возникают поверхностные дефекты в горячекатаном листе вследствие крупнозернистой литой структуры, предполагается, что вогнутости и выпуклости образуются на поверхности под влиянием деформационной анизотропии в зернах и между кристаллическими зернами вследствие крупных кристаллических зерен, и в процессе последующей горячей прокатки металл укладывается поверх вогнутостей, и образуются поверхностные дефекты. Кроме того, в титановом сплаве образуется α-фаза (α-фаза на границах зерен) вблизи границ зерен между предшествующими зернами кристаллической β-фазы в процессе превращения. В системе сплава, содержащего в большом количестве один или несколько стабилизирующих α-фазу элементов, таких как А1 или О, которые обычно используются в титановых сплавах, сопротивления горячей деформации α-фазы и β-фазы различаются в значительной степени, и это различие может вызывать образование исходную точки трещины в процессе обработки в горячем и холодном состоянии, которое осуществляется далее.

В случае титановой плоской заготовки для горячей прокатки, получаемой без осуществления стадии обжатия, уже были предложены несколько способов осуществления кодификационной обработки поверхностного слоя плоской заготовки перед горячей прокаткой, чтобы предотвращалось возникновение поверхностных дефектов на поверхности горячекатаного листа после горячей прокатки.

Например, патентный документ 1 предлагает способ, в котором по поверхности титановой плоской заготовки для горячей прокатки ударяют стальным инструментом, имеющим форму наконечника, у которого радиус кривизны составляет от 3 до 30 мм, или стальным шариком, у которого радиус составляет от 3 до 30 мм, в холодном состоянии (подвергнутый пластической обработке), и в результате этого образуются углубления, где средняя высота профильных элементов волнистости составляет от 0,2 до 1,5 мм и средняя длина профильных элементов волнистости составляет от 3 до 15 мм. В предлагаемом способе, когда создается поверхностный слой титановой плоской заготовки в заданном пластической деформацией в холодном состоянии с помощью стального инструмента или стального шарика, аналогичных тем, которые были описаны выше, поверхностный слой рекристаллизуется в процессе последующей горячей прокатки, и, таким образом, образуется тонкая (мелкозернистая) структура. В результате этого, может предотвращаться возникновение вогнутостей вследствие крупнозернистой структуры, аналогичной той, которая описывается выше, и, таким образом, количество поверхностных дефектов горячекатаной плиты может уменьшаться, даже когда отсутствует стадия обжатия.

Патентный документ 2 предлагает способ, в котором осуществляется высокоэнергетическое воздействие на поверхность титановой плоской заготовки для горячей прокатки, в частности на поверхность на стороне, которая служит в качестве поверхности прокатки в процессе горячей прокатки, посредством высокочастотного индукционного нагрева, дугового нагрева, плазменного нагрева, нагрева электронным пучком, лазерного нагрева и аналогичного воздействия, и в результате этого только поверхностный слой плавится до глубины, которая составляет более чем или равняется 1 мм, и непосредственно после этого осуществляется быстрое охлаждение и повторное отверждение. В случае осуществления предлагаемого способа, поскольку температура плавления титана, естественно, составляет более чем температура β-превращения (температура полного полиморфного превращения, выше которой в структуре сплава отсутствует α-фаза и сплав состоит из стабильного β-твердого раствора) или равняется ей, в связи с плавлением поверхности, также слой зоны термического воздействия (ЗТВ) на нижней стороне (матричной стороне) расплавленного слоя поверхности нагревается до температуры полного полиморфного превращения или более высокой температуры и превращается в β-фазу. В предлагаемом способе поверхность сглаживается посредством плавления поверхностного слоя титановой плоской заготовки для горячей прокатки, затем расплавленный слой быстро охлаждается и затвердевает посредством теплоотвода со стороны материла матрицы, и в то же самое время слой ЗТВ (β-фаза) на нижней стороне быстро охлаждается; следовательно, расплавленный слой и слой ЗТВ образуют тонкую преобразованную (обычно тонкую игольчатую структуру).

Поверхностный слой, который приобретает тонкую структуру таким способом, рекристаллизуется на ранней стадии последующей горячей прокатки и превращается в тонкозернистую структуру со случайными ориентациями (равноосную зернистую структуру). Таким образом, становится возможным в некоторой степени предотвращение возникновения вогнутостей вследствие крупнозернистой структуры, а также устранение поверхностных дефектов горячекатаного листа после горячей прокатки. Однако в изобретении, описанном в патентном документе 2, существует случай, в котором поверхностные дефекты горячекатаного листа не могут предотвращаться на практическом уровне, и соответствующая причина остается неясной; таким образом, оказывается желательным соответствующее улучшение.

- 2 029618

Список цитируемой литературы

Патентная литература.

Патентный документ 1: \УО 2010/090352.

Патентный документ 2: ΙΡ 2007-332420А.

Сущность изобретения Техническая проблема

Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить титановое литое изделие для горячей прокатки, для которого не требуется модифицирующая обработка поверхностного слоя, аналогичная той, которая описывается в патентном документе 1, и дополнительно усовершенствовать изобретение, которое описывается в патентном документе 2, таким образом, чтобы исключалась стадия обжатия и предотвращалось возникновение поверхностных дефектов на поверхности горячекатаного листа после дальнейшей горячей прокатки на практическом уровне, в результате чего становится возможным повышение скорости производства горячекатаного листового титана и достижение сокращения расходов, а также предложить способ его производства.

Решение проблемы

Для решения описанной выше задачи были проведены всесторонние эксперименты и исследования технологии модифицирования поверхностного слоя, представленной в описанном выше патентном документе 2, и были обнаружены следующие факты.

Так, охлаждение, осуществляемое после того, как поверхность литого изделия нагревается и только поверхностный слой плавится под действием нагревания, означает, что воздействие с высокой плотностью энергии, такое как электронный пучок, обычно осуществляется при теплоотводе со стороны матрицы. При этом, по мере того как толщина расплавленного слоя уменьшается, скорость охлаждения непосредственно после нагревания увеличивается, потому что уменьшается количество тепла на единицу площади поверхности литого изделия (далее, единица площади по отношению к количеству поступающего тепла означает 1 см²), и, соответственно, охлаждаемый и затвердевающий поверхностный слой (расплавляемый и повторно затвердевающий слой) приобретает более мелкозернистую структуру, а также измельчается структура поверхностного слоя, который подвергается последующему нагреванию для горячей прокатки, и, следовательно, оказывается возможным надежное подавление возникновения вогнутостей на ранней стадии горячей прокатки и возникновения поверхностных дефектов горячекатаного листа.

Однако было обнаружено, что, когда является малой толщина расплавленного слоя, возникают следующие проблемы.

(1) Когда глубина проплавления является небольшой, могут не исчезать дефекты, такие как полости и складки, которые возникают в процессе литья и присутствуют в местах на некоторой глубине от поверхности. Таким образом, было экспериментально обнаружено, что в целях получения достаточно мелкозернистой структуры поверхностного слоя посредством повторного затвердевания после плавления, оказывается необходимым установление глубины плавления, составляющей приблизительно несколько миллиметров, и структурно-модифицированный слой на глубине плавления и β-ЗТВ, который включает мелкозернистый слой (слой β-ЗТВ), образующийся ниже расплавленной части посредством плавления вследствие нагревания до температуры, которая составляет более чем или является такой же, как температура β-области, и менее чем температура плавления, образуется с толщиной, составляющей более чем или равной 5 мм. Таким образом, было сделано предположение, что, когда глубина плавления является небольшой, полости не исчезают; следовательно, в процессе горячей прокатки возникают трещины, для которых полости представляют собой исходные точки, а после этого на поверхности образуются вогнутости, и возникают поверхностные дефекты.

(2) Поскольку нагревается поверхность литого изделия и только поверхностный слой плавится посредством применения высокоэнергетического воздействия, такого как электронный пучок, причем данный электронный пучок перемещается в одном направлении, глубина плавления является очень малой вокруг границы между облучаемой частью и матричной частью (краевая часть расплавленных зерен). Было обнаружено, что, когда присутствует часть, имеющая небольшую глубину плавления, несмотря на то, что структура на глубине плавления и β-ЗТВ, вероятно, превращается в мелкие зерна, помимо проблемы (1), существует проблема, заключающаяся в том, что за счет вогнутостей, которые образуются из крупнозернистой литой структуры, существующей под структурно-модифицированным слоем в качестве исходных точек, возникают трещины, которые вызывают поверхностные дефекты горячекатаного листа. Было обнаружено, что данное явление может предотвращаться посредством образования структурномодифицированного слоя на глубине плавления и β-ЗТВ с толщиной, составляющей более чем или равной 5 мм.

(3) С другой стороны, было обнаружено, что требуются огромные затраты в целях полной модификации структуры всей подлежащей прокатке поверхности литого изделия. Однако было также обнаружено, что возникновение на некотором уровне поверхностных дефектов в процессе горячей прокатки может быть устранено посредством осуществления обработки поверхности горячекатаного листа, и может

- 3 029618

быть использовано в достаточной степени преимущество сокращения расходов за счет обжатия или ковки.

С другой стороны, было также обнаружено, что, когда устанавливается большая глубина плавления, возникает следующая проблема.

Когда делается попытка установления большой глубины плавления, оказывается необходимым плавление поверхностного слоя посредством воздействия с повышенной плотностью энергии. Однако в этом случае, в отличие от случая, описанного выше, увеличивается количество поступающего тепла на единицу площади и уменьшается скорость охлаждения посредством теплоотвода со стороны матрицы непосредственно после нагревания. Следовательно, структура охлаждаемого и затвердевающего поверхностного слоя (расплавляемого и повторно затвердевающего слоя) не становится достаточно мелкозернистой, и структура поверхностного слоя, который подвергается последующему нагреванию для горячей прокатки, также не становится достаточно мелкозернистой; следовательно, не уменьшается в достаточной степени количество вогнутостей, которые возникают на ранней стадии горячей прокатки, и поверхностных дефектов горячекатаного листа. Было обнаружено, что для предотвращения этого явления толщина структурно-модифицированного слоя на глубине плавления и β-ЗТВ должна уменьшаться и составлять менее чем или равняться 9 мм.

Авторы настоящего изобретения провели всесторонние эксперименты и исследования на основании этих новых обнаруженных фактов, проблемы технологии поверхностной модификации, представленной в патентном документе 2, и обнаружили, что посредством дальнейшего усовершенствования данной технологии могут в достаточной степени подавляться вогнутости, которые возникают на ранней стадии горячей прокатки, и поверхностные дефекты горячекатаного листа, а также обнаружили, что вогнутости, возникающие на ранней стадии горячей прокатки, и поверхностные дефекты горячекатаного листа могут подавляться на практическом уровне.

Таким образом, было обнаружено, что вогнутости, возникающие на ранней стадии горячей прокатки, и поверхностные дефекты горячекатаного листа могут надежно предотвращаться на практическом уровне, и возникновение поверхностных дефектов на горячекатаном листе после дальнейшей горячей прокатки может надежно подавляться, когда осуществляется плавление поверхностного слоя литого изделия, служащего в качестве плоской заготовки для горячей прокатки, под действием облучения электронным пучком и повторное затвердевание поверхностного слоя, регулирование мощности облучения электронным пучком и условий облучения (способ перекрывания расплавленных зерен и т.д.), и в результате этого осуществляется плавление поверхности плоской заготовки для горячей прокатки таким образом, что форма всего мелкозернистого слоя, который образуется под действием облучения электронным пучком, находится в заданных пределах; и, таким образом, было выполнено настоящее изобретение.

Сущность настоящего изобретения заключается в следующем.

(1) Титановое литое изделие для горячей прокатки, материал которого имеет на поверхности, служащей в качестве поверхности прокатки, мелкозернистый слой, состоящий из зерен меньшего размера, чем зерна слоя матрицы, причем данный мелкозернистый слой образуется посредством плавления и повторного затвердевания, причем мелкозернистый слой имеет толщину, составляющую более чем или равную 5 мм и менее чем 9 мм в глубину, и доля кристаллических зерен, каждое из которых имеет размер, составляющий более чем или равный 1 мм в положении на половине средней толщины мелкозернистого слоя, составляет менее чем 15%.

(2) Титановое литое изделие для горячей прокатки по п. (1), которое изготовлено из коммерчески чистого титана или титанового сплава.

(3) Способ производства титанового литого изделия для горячей прокатки по п. (1) или (2), причем данный способ содержит

стадию термической обработки наружного слоя посредством нагревания поверхности, служащей в качестве поверхности прокатки при горячей прокатке материала титанового литого изделия, под действием облучения электронным пучком, в результате которого нагревается область, составляющая более чем или равная 5 мм и менее чем 9 мм в глубину от поверхности, до температуры полного полиморфного превращения или более высокой температуры; и

стадию охлаждения после стадии термической обработки наружного слоя, причем охлаждение осуществляют до температуры, меньшей, чем упомянутая температура полного полиморфного превращения.

(4) Способ производства титанового литого изделия для горячей прокатки по п. (3), в котором на стадии термической обработки наружного слоя облучение электронным пучком осуществляется в то время, когда пушка для облучения электронным пучком непрерывно перемещается в направлении, параллельном по отношению к поверхности материала титанового литого изделия.

(5) Способ производства титанового литого изделия для горячей прокатки по п. (3), в котором стадия охлаждения осуществляется посредством теплоотвода со стороны матрицы материала титанового литого изделия.

- 4 029618

(6) Способ производства титанового литого изделия для горячей прокатки по п. (3), в котором материал титанового литого изделия отливается способом бесслиткового литья плоских заготовок.

(7) Способ производства титанового литого изделия для горячей прокатки по п. (3), в котором материал титанового литого изделия имеет литую поверхность в состоянии непосредственно после литья.

Согласно настоящему изобретению, как описывается выше, значительные вогнутости и выпуклости, которые присутствуют на литой поверхности после литья, устраняются посредством плавления и сглаживаются, и в то же самое время исчезают дефекты, такие как внутренние полости, которые возникают в процессе литья, а также исчезает крупнозернистая литая структура. Кроме того, на наружной поверхности образуется мелкозернистый слой посредством повторного нагревания и быстрого охлаждения. Таким образом, когда титановое литое изделие для горячей прокатки согласно настоящему изобретению подвергается горячей прокатке, может предотвращаться возникновение поверхностных дефектов вследствие складок и внутренних полостей, которые образуются в процессе литья, и в то же самое время может надежно предотвращаться также возникновение вогнутостей на ранней стадии горячей прокатки и возникновение поверхностных дефектов горячекатаного листа вследствие недостаточности тонкой структуры.

Таким образом, в случае внутреннего мелкозернистого слоя, который плавится и нагревается до температуры полного полиморфного превращения или более высокой температуры в процессе плавления и повторного затвердевания, мелкозернистый слой имеет толщину, составляющую более чем или равную 5 мм и менее чем 9 мм, а также имеет достаточную толщину даже между расплавленными зернами, и в достаточной степени устраняются полости, которые присутствуют в области, находящейся от поверхности на расстоянии, составляющем приблизительно несколько миллиметров.

С другой стороны, за счет того, что глубина плавления не является чрезмерно большой, мелкозернистый слой превращается в слой, имеющий достаточно тонкую структуру за счет эффекта высокой скорости быстрого охлаждения посредством теплоотвода от матрицы. Таким образом, может надежно предотвращаться также возникновение вогнутостей на ранней стадии горячей прокатки и возникновение поверхностных дефектов горячекатаного листа вследствие недостаточности тонкой структуры.

Эффекты, описанные выше, могут быть получены даже в случае литого изделия в состоянии без осуществления стадии пластической деформации, такого как обжатие или ковка, которая представляет собой деформацию в горячем состоянии, после литья, и, кроме того, они могут быть получены даже в случае так называемого чернового литого изделия в состоянии непосредственно после литья, для которого не осуществляется предварительное фрезерование поверхности.

В способе производства титанового литого изделия для горячей прокатки согласно настоящему изобретению вышеупомянутый материал литого изделия может представлять собой изделие, отлитое способом бесслиткового литья плоских заготовок, в том числе изделие, изготовленное в процессе, в котором расплавленный металл, получаемый способом переплавки электронным пучком, отливается способом бесслиткового литья плоских заготовок, и может присутствовать изделие, имеющее литую поверхность в состоянии непосредственно после литья. Такое прямоугольное литое изделие получается без осуществления стадии деформации путем обжатия или ковки; и способ плавления не ограничивается конкретным вариантом, но может использоваться способ переплавки электронным пучком, плазменнодуговое плавление или аналогичный способ. Поскольку в способе переплавки электронным пучком плавление осуществляется в высоком вакууме, внутренние пространства полостей, которые остаются вблизи поверхности плоской заготовки, превращаются в вакуум после плавления; таким образом, существует преимущество, заключающееся в том, что эти полости могут соединяться под давлением в процессе горячей прокатки и могут легко нейтрализоваться. С другой стороны, поскольку в способе плазменно-дуговое плавления это плавление может осуществляться в условиях низкого вакуума, существует преимущество, заключающееся в том, что, когда производится титановый сплав, может легко добавляться легирующий элемент, имеющий высокое давление пара; таким образом, оптимальный способ плавления может выбираться надлежащим образом в соответствии с компонентами системы, подлежащей плавлению.

Полезные эффекты изобретения

В титановом литом изделии для горячей прокатки согласно настоящему изобретению поверхность является плоской, присутствуют немногочисленные мельчайшие полости во внутреннем пространстве непосредственно под поверхностью, и наружная поверхность представляет собой в значительной степени тонкую структуру. Таким образом, когда титановое литое изделие подвергается горячей прокатке, возникновение вогнутостей на поверхности на ранней стадии горячей прокатки и возникновение поверхностных дефектов на горячекатаном листе может устойчиво предотвращаться на практическом уровне. Такие эффекты могут быть получены даже в том случае, когда литое изделие, для которого не осуществлялась стадия деформации, такая как обжатие или ковка, используется в качестве материала литого изделия в целях производства титанового литого изделия для горячей прокатки. Таким образом, становится возможным исключение стадии деформации, а также становится возможным достижение значительного сокращения расходов по сравнению с предшествующим уровнем техники.

- 5 029618

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет схематическую диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс способа производства титанового литого изделия для горячей прокатки согласно варианту осуществления настоящему изобретению.

Фиг. 2 представляет схематическое перспективное изображение, иллюстрирующее общее изображение примерного материала (прямоугольного титанового литого изделия), используемого в способе производства титанового литого изделия для горячей прокатки согласно варианту осуществления настоящему изобретению, а также положение для облучения материала электронным пучком.

Фиг. 3 представляет схематическое изображение поперечного сечения, иллюстрирующее стадии примерного изменения поверхностного слоя материала прямоугольного титанового литого изделия в способе производства титанового литого изделия для горячей прокатки согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4 представляет схематическую диаграмму, иллюстрирующую поперечное сечение примерной структуры в направлении, перпендикулярном по отношению к направлению облучения электронным пучком, вокруг поверхности титанового литого изделия для горячей прокатки согласно настоящему изобретению.

Фиг. 5 представляет фотографию, иллюстрирующую результаты наблюдения поперечного сечения и показывающую мелкозернистый слой и отливку и затвердевшую структуру в части наружного слоя титанового литого изделия для горячей прокатки согласно настоящему изобретению.

Описание вариантов осуществления

Далее варианты осуществления настоящего изобретения подробно описываются со ссылкой на чертежи.

Фиг. 1 схематически представляет стадии общего процесса в способе производства титанового литого изделия для горячей прокатки согласно варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг. 1 также представлен пример процесса производства прямоугольного титанового литого изделие, служащего в качестве материала, как предварительный процесс.

Фиг. 2 представляет общее изображение материал (прямоугольного титанового литого изделия), используемого в способе производства титанового литого изделия для горячей прокатки согласно варианту осуществления настоящего изобретения и в то же самое время представляет положение для облучения электронным пучком прямоугольного титанового литого изделия.

Фиг. 3 представляет изменение состояния поперечного сечения вокруг поверхности прямоугольного титанового литого изделия, изготовленного посредством стадий способа производства согласно варианту осуществления, представленному на фиг. 1.

Предварительный процесс.

Когда производится титановое литое изделия для горячей прокатки согласно настоящему изобретению, как представлено на фиг. 1, в качестве предварительного процесса заданное количество материала для плавления, представляющего собой коммерчески чистый титан, такой как губчатый титан, получаемый методом Кроля, или титановый лом, или вспомогательный сплав для введения легирующих элементов, служащий в качестве исходного материала титанового сплава и состоящий из соединений титана и одного или нескольких дополнительных элементов, плавится в тигле посредством переплавки электронным пучком. Получаемый в результате расплавленный металлический титан непрерывно разливается в охлаждаемый водой медный кристаллизатора для бесслиткового литья плоских заготовок, т.е. в охлаждаемый водой медный кристаллизатор, в котором верх и низ являются открытыми и горизонтальное поперечное сечение имеет прямоугольную форму (включая случай, в котором закругление образуется в угловой части). После этого литое изделие, затвердевшее в кристаллизаторе, непрерывно вытягивается вниз; в результате этого получается прямоугольное (имеющее форму плиты) титановое литое изделие, которое имеет непосредственно после литья форму и размеры, включая толщину, ширину и длину, которые являются подходящими для горячей прокатки. Аналогичным образом, также случай, в котором закругление присутствует в угловой части литого изделия, в широком смысле называется термином "прямоугольный". В процессе плавления в тигле при вышеупомянутом нагревании электронным пучком и литье поддерживается состояние вакуума.

Здесь коммерчески чистый титан представляет собой коммерчески чистый титан, относящийся к классам 1-4 согласно японскому промышленному стандарту (Л8), а также соответствующий коммерчески чистый титан, относящийся к сортам 1-4 согласно стандарту ΑδΤΜ и стандарту ΌΙΝ 3-7025. Таким образом, можно сказать, что коммерчески чистый титан, который рассматривается в настоящем изобретении, представляет собой коммерчески чистый титан, содержащий (мас.%): С - не более чем 0,1; Н - не более чем 0,015; О - не более чем 0,4; N - не более чем 0,07; Ре - не более чем 0,5; остальная масса - Τι. Кроме того, также имеющие высокую устойчивость к коррозии сплавы, представляющие собой модифицированный (улучшенный) чистый титан, в котором некоторые количества одного или нескольких элементов платиновой группы добавляются в вышеупомянутые материалы (сорта 7, 11, 16, 26, 13, 30 и 33 согласно стандарту ΑδΤΜ или соответствующие классы согласно стандарту ΙΙδ, и титановые материалы, в которых дополнительно содержатся разнообразные элементы в небольших количествах), рассматрива- 6 029618

ются в качестве материалов, определяемых как коммерчески чистый титан согласно настоящему изобретению.

Титановый сплав обычно подвергается формованию и превращается в листовой материал посредством горячей прокатки и/или холодной прокатки, а также производится в форме изделий, представляющих собой проволочный материал, стержневой материал и т.д. Здесь в качестве титанового сплава может использоваться α-титановый сплав, α+β-титановый сплав или β-титановый сплав. Таким образом, согласно настоящему изобретению, состав титанового сплава не ограничивается конкретным вариантом.

Когда производится титановое литое изделие для горячей прокатки согласно настоящему изобретению, прямоугольное титановое литое изделие, служащее в качестве материала, может представлять собой в основном изделие, получаемое произвольным способом плавления и произвольным способом литья. Титановое литое изделие, в котором может в максимальной степени проявляться эффект настоящего изобретения, представляет собой титановое литое изделие, получаемое посредством плавления исходного материала, такого как губчатый титан или титановый лом, в вакууме способом переплавки электронным пучком или способом плазменно-дугового плавления, и литья расплавленного металлического титана в вакууме способом бесслиткового литья плоских заготовок в прямоугольную форму, имеющую удлиненное прямоугольное поперечное сечение (форма сляба). Таким способом бесслиткового литья плоских заготовок может быть легко получено прямоугольное титановое литое изделие, имеющее прямоугольное поперечное сечение, форма и размеры которого являются подходящими для горячей прокатки, и, таким образом, может отсутствовать стадия горячей деформации, такая как обжатие или ковка.

Размеры прямоугольного титанового литого изделия не ограничиваются определенным образом при том условии, что они представляют собой размеры, которые могут использоваться для горячей прокатки в состоянии после получения. Когда прокатка рулонным способом используется в качестве горячей прокатки для производства горячекатаного рулонного листа средней толщины, которая составляет приблизительно от 3 до 8 мм, размеры прямоугольного титанового литого изделия могут устанавливаться таким образом, что толщина составляет приблизительно от 150 до 280 мм, длина составляет приблизительно от 3 до 10 м и ширина составляет приблизительно от 600 до 1500 мм. Кроме того, в случае круглой заготовки (биллета), квадратной заготовки или другой заготовки, которая подвергается горячей прокатке, аналогичные эффекты проявляются посредством осуществления термической обработки и горячей прокатки в отношении части, соответствующей поверхности прокатки способом согласно настоящему изобретению. Титановое литое изделие, служащее в качестве материала, не ограничивается прямоугольной формой (формой сляба) и включает также круглые заготовки и квадратные заготовки. Прямоугольное титановое литое изделие, получаемое в процессе бесслиткового литья плоских заготовок (ОС). таким образом, как описывается выше, направляется, в состоянии после получения, на стадию термической обработки наружного слоя и стадию охлаждения, осуществляемые в такой последовательности, как представлено на фиг. 1. Здесь выражение "прямоугольное титановое литое изделие в состоянии после получения направляется на стадии" означает, что изделие, которое представляет собой материал для производства плоских заготовок для производства горячекатаный титановый лист, направляется на стадии в состоянии непосредственно после литья материала без осуществления стадии деформации в горячем состоянии, такой как обжатие или ковка. Таким образом, обычное прямоугольное титановое литое изделие, служащее в качестве материала титанового литого изделия для горячей прокатки, имеет в качестве поверхностного свойства грубые вогнутости и выпуклости, которые образуются в процессе литья, и то же самое время имеет крупнозернистую литую структуру, в которой присутствуют многочисленные дефекты, такие как полости, которые образуются в процессе литья, в части, находящейся на расстоянии, составляющем приблизительно несколько миллиметров в глубину от поверхностной части. Кроме того, является приемлемым, разумеется, способ, в котором поверхность плавится после осуществления стадии фрезерования для выравнивания поверхности плоской заготовки, и это упрощает получение более гладкой поверхности. Стадии, которые описываются ниже, осуществляются на четырех поверхностях, исключая переднюю торцевую поверхность (нижнюю торцевую поверхность, соответствующую поверхности начала литья) и заднюю торцевую поверхность (верхнюю торцевую поверхность, соответствующую поверхности окончания литья) в процессе бесслиткового литья плоской заготовки, из наружных поверхностей прямоугольного титанового литого изделия, но по меньшей мере на двух поверхностях (т.е. двух поверхностях с большой шириной), которые служат в качестве поверхностей прокатки (поверхностей, с которыми вступают в контакт горячие валки) на стадии горячей прокатки. В случае прямоугольного литого изделия, имеющего закругление, поверхность закругления образует часть двух вышеупомянутых поверхностей с большой шириной.

В частности, например, как представлено на фиг. 2, в прямоугольном титановом литом изделии 10, имеющем закругления 11, из четырех поверхностей 10Л-100, которые располагаются в направлении литья Ώ (направление, в котором извлекается литое изделие в процессе бесслиткового литья плоских заготовок), две поверхности 10А и 10В с большой шириной (поверхности, включающие закругление 11) служат в качестве поверхностей прокатки в процессе горячей прокатки. Таким образом, стадии осуществляются по меньшей мере на двух поверхностях 10А и 10В с большой шириной, включающих закругление 11. Кроме того, стадии могут также осуществляться из четырех поверхностей 10Л-100, которые рас- 7 029618

полагаются в направлении литья Ό, в отношении двух поверхностей 10С и 10Ό, имеющих малую ширину (поверхности, которые служат в качестве краевых сторон в процессе горячей прокатки), а также двух поверхностей 10А и 10В с большой шириной (поверхности, которые служат в качестве поверхностей прокатки в процессе горячей прокатки). Стадии в отношении двух поверхностей 10С и 10Ό на краевой стороне в этом случае могут осуществляться после того, как завершаются стадии в отношении двух поверхностей 10А и 10В, имеющих большую ширину и служащих в качестве поверхностей для горячей прокатки. Согласно варианту осуществления, стадии в отношении двух поверхностей 10С и 10Ό на краевой стороне исключаются из описания для простоты.

От стадии термической обработки наружного слоя до стадии охлаждения.

Прямоугольное титановое литое изделие, получаемое посредством переплавки электронным пучком и бесслиткового литья плоских заготовок описанным выше способом, направляется на стадию термической обработки наружного слоя в состоянии после получения. Стадия термической обработки наружного слоя представляет собой, как представлено на фиг. 2, стадию, на которой из наружных поверхностей прямоугольного титанового литого изделия 10 по меньшей мере две поверхности 10А и 10В, имеющие большую ширину и служащие в качестве поверхностей прокатки на стадия горячей прокатки (поверхности, с которыми должны находиться в контакте горячие валки) облучаются электронным пучком и плавятся только поверхностные слои поверхностей. Согласно настоящему изобретению стадия сначала осуществляется на одной поверхности 10А из двух поверхностей 10А и 10В.

Здесь, как представлено на фиг. 2, площадь облучаемой области 14 на поверхности 10А прямоугольного литого изделия 10, которая облучается электронным пучком с помощью одной пушки для облучения электронным пучком 12, обычно оказывается значительно меньше, чем полная площадь поверхность 10А, которая подлежит облучению; таким образом, на практике, обычно вся поверхность 10А, которая подлежит облучению, облучается электронным пучком, в то время как пушка для облучения электронным пучком 12 непрерывно перемещается или прямоугольное литое изделие 10 непрерывно перемещается. Форма и площадь облучаемой области могут регулироваться посредством регулирования фокуса электронного пучка или посредством использования электромагнитной линзы в целях колебания небольшого пучка с высокой частотой для образования плотности пучка. Следующее описание варианта осуществления составлено в предположении того, что пушка для облучения электронным пучком 12 непрерывно перемещается, как показывает стрелка на фиг. 2. Направление перемещения пушки для облучения электронным пучком не ограничивается конкретным вариантом; но, как правило, пушка непрерывно перемещается в направлении длины (обычно это направление литья Ό) или в направлении ширины (обычно это направление, перпендикулярное по отношению к направлению литья Ό) прямоугольного литого изделия 10, и в результате этого облучение непрерывно осуществляется в форме полосы, имеющей ширину А (в случае круглого пучка или плотности пучка, диаметр А), вышеупомянутой облучаемой области 14. Кроме того, необлучаемая область в форме полосы, которая прилегает к облучаемой области, облучается электронным пучком в форме полосы, в то время как облучающая пушка 12 непрерывно перемещается в противоположном направлении (или в том же направлении). В зависимости от обстоятельств, может использоваться множество облучающих пушек в целях одновременного облучения множества областей электронными пучками. На фиг. 2 представлен случай, в котором прямоугольный пучок непрерывно перемещается в направлении длины (обычно это направление литья Ό) прямоугольного литого изделия 10.

Когда поверхность прямоугольного титанового литого изделия 10 (поверхность 10А) облучается электронным пучком посредством такой стадии термической обработки наружного слоя, и в результате этого поверхность нагревается до более высокой или такой же температуры, как температура плавления титана (обычно составляющая приблизительно 1670°С), как представлено на левой от центра стороне фиг. 3, поверхностный слой на поверхности 10А прямоугольного титанового литого изделия 10 плавится до максимальной глубины в соответствии с количеством поступающего тепла. Однако, как представлено на фиг. 4(а), глубина от направления, перпендикулярного по отношению к направлению облучения электронным пучком, не является однородной; и образуется выпуклая вниз искаженная форма, в которой центральная часть облучения электронным пучком имеет наибольшую глубину, и толщина уменьшается по направлению к краевой части формы полосы.

Кроме того, в области на внутренней поверхности литого изделия по отношению к расплавленному слою 16, температура увеличивается вследствие теплового эффекта под действием облучения электронным пучком, и часть, в которой достигается итана (слой зоны термического воздействия, слой ЗТВ) преобразуется в β-фазу. Кроме того, область, которая преобразуется в β-фазу за счет теплового эффекта под действием облучения электронным пучком на стадии термической обработки наружного слоя, таким образом, принимает выпуклую вниз искаженную форму, аналогичную форме расплавленного слоя 16.

Если глубина плавления уменьшается по направлению к краевой части формы полосы, аналогичной этой, не могут быть устранены полости, которые находятся на месте, находящемся в нескольких миллиметрах от наружного слоя; следовательно, возникают трещины, для которых полости представляют собой исходные точки в процессе горячей прокатки, после этого на поверхности образуются вогнутости и возникают поверхностные дефекты. Кроме того, вследствие того что глубина плавления является не- 8 029618

большой, срабатывает эффект нижележащей крупнозернистой литой структуры, и это является причиной возникновения поверхностных дефектов в процессе горячей прокатки. Таким образом, когда облучается соседняя необлучаемая область в форме полосы, оказывается необходимым определение соответствующего пути перекрытия электронного пучка с уже облученной областью. Когда облучается соседняя необлученная часть в противоположном направлении (или в таком же направлении) от расплавленной части или области в форме полосы, перекрывание электронного пучка осуществляется посредством непрерывного перемещения облучающей пушки и применения электронного пучка в форме полосы и одновременного сдвига центрального положения электронного пучка на необходимое расстояние. Величина перекрытия выражается как расстояние между соседней частью в форме полосы и электронным пучком, и предпочтительно она составляет более чем или равняется 5 мм и составляет менее чем 20 мм. Если величина перекрытия составляет менее чем 5 мм, форма расплавленной части сглаживается, и плавление осуществляется до достаточной глубины даже в краевой части формы полосы, и, таким образом, полости могут устраняться; но когда соседняя необработанная часть плавится, основная площадь уже облученной части нагревается до высокой температуры вследствие теплового эффекта. Следовательно, мелкозернистая структура, которая образуется в процессе обработки посредством плавления и повторного затвердевания, становится крупнозернистой, и увеличивается количество кристаллических зерен, у которых размеры составляют более чем или равняются 1 мм. С другой стороны, если величина перекрытия составляет более чем или равняется 20 мм, объем перекрытия является малым, и полости в краевой части формы полосы удаляются в недостаточной степени и сохраняются. Если величина перекрытия составляет более чем или равняется 5 мм и составляет менее чем 20 мм, как представлено на фиг. 4(Ь), может обеспечиваться достаточная глубина плавления, и полости могут удаляться даже в краевой части формы полосы (наименьшая часть). Однако, если глубина плавления становится чрезмерно большой, скорость охлаждения посредством теплоотвода от матрицы уменьшается, и не может быть изготовлена достаточно тонкая структура, которая описывается далее. Если полная глубина расплавленного слоя 16 и β-преобразованного слоя 18, получаемого посредством стадии термической обработки наружного слоя, составляет от не менее чем 5 до менее чем 9 мм в направлении, перпендикулярном по отношению к направлению облучения электронным пучком, может достигаться одновременное устранение полостей в краевой части формы полосы и подавление образования крупнозернистой структуры центральной части формы полосы. Толщина (глубина) расплавленного слоя 16 не ограничивается определенным образом. Оказывается достаточным, если полная глубина расплавленного слоя 16 и β-преобразованного слоя 18 представляет собой вышеупомянутую глубину, и обычно оказывается предпочтительным, что толщина расплавленного слоя 16 находится в интервале от 2 до 3 мм.

Поскольку глубина плавления, получаемая под действием облучения электронным пучком, связана, главным образом, с количеством поступающего тепла, условия облучения электронным пучком выбираются таким образом, чтобы обеспечивалось количество поступающего тепла, которое обеспечивает вышеупомянутую глубину плавления. Поскольку на практике необходимое количество поступающего тепла изменяется в зависимости от толщины (теплоемкости) литого изделия, температуры матрицы, условий охлаждения на стороне матрицы и других факторов, количество поступающего тепла, которое обеспечивает вышеупомянутую глубину плавления, не может определяться произвольно; но обычно количество поступающего тепла на единицу площади (на 1 см²) может составлять приблизительно от 30 до 150 Дж. Здесь в качестве условий облучения электронным пучком, которые воздействуют на количество поступающего тепла на единицу площади, задаются мощность и диаметр пучка облучающей пушки, скорость перемещения пушки (скорость перемещения облучаемого положения) в случае осуществления облучения при одновременном непрерывном перемещении облучающей пушки, как описывается выше, и другие условия, причем эти условия могут устанавливаться соответствующим образом, чтобы обеспечивалось вышеупомянутое количество поступающего тепла.

Хотя это не проиллюстрировано определенным образом, когда облучается поверхность прямоугольного титанового литого изделия электронным пучком для осуществления стадии термической обработки наружного слоя, а затем осуществляется стадия охлаждения, прямоугольное титановое литое изделие устанавливается на охлаждаемое водой основание, изготовленное из теплопроводящего материала (металла), такого как нержавеющая сталь, медь или алюминий, чтобы предотвращалось общее увеличение температуры прямоугольного титанового литого изделия вследствие облучения электронным пучком. Затем, непосредственно после того, как осуществляется стадия термической обработки наружного слоя, обеспечивается быстрое протекание теплоотвода со стороны матрицы, и в результате этого осуществляется стадия охлаждения. Таким образом, может дополнительно усиливаться эффект настоящего изобретения.

В процессе от стадии термической обработки наружного слоя до стадии охлаждения, аналогично тому, что описывается выше, поверхность прямоугольного титанового литого изделия, расплавленная под действием облучения электронным пучком, становится плоской вследствие поверхностного натяжение, и устраняются крупные вогнутости и выпуклости на литой поверхности. Кроме того, полости, которые образуются в процессе литья и присутствуют на поверхности, исчезают вследствие плавления по- 9 029618

верхности. Таким образом, расплавленный и повторно затвердевший слой, получаемый в результате охлаждения и затвердевания расплавленного слоя, превращается в слой, имеющий немногочисленные поверхностные вогнутости и выпуклости и немногочисленные внутренние полости. Кроме того, крупнозернистая литая структура исчезает вследствие плавления, и тонкая структура образуется в результате затвердевания на последующей стадия охлаждения и последующего превращения из β-фазы в α-фазу. Охлаждение и затвердевание осуществляются посредством теплоотвода с матричной стороны, и скорость охлаждения посредством теплоотвода с матричной стороны оказывается весьма высокой; таким образом, получается тонкая структура после затвердевания и превращения.

β-преобразованный слой нагревается до более высокой температуры, чем температура полного полиморфного превращения, а затем охлаждается при высокой скорости охлаждения посредством теплоотвода со стороны матрицы, чтобы обратно преобразоваться в α-фазу, превращаться в слой ЗТВ. Соответственно, слой ЗТВ также приобретает тонкую структуру.

Однако вышеупомянутые расплавленный слой и слой ЗТВ могут неоднородно образовываться на всей поверхности расплавленного и повторно затвердевшего литого изделия, и может частично сохраняться крупнозернистая структура. Кроме того, в этом случае, когда пропорция кристаллических зерен, у которых размеры составляют не менее чем 1 мм в части на половине средней толщины расплавленного слоя и слоя ЗТВ, составляет менее чем 15%, количество любых возможных поверхностных дефектов, которые возникают после горячей прокатки, является очень малым и сохраняется на таком уровне, что они могут быть полностью устранены посредством поверхностной обработки.

Здесь доля кристаллических зерен, у которых размеры составляют более чем или равняются 1 мм, представляет собой долю числа в части на половине средней толщины расплавленного слоя и слоя ЗТВ. Таким образом, эта доля может быть измерена, после осуществление модифицирующей обработки, посредством наблюдения поперечного сечения с помощью оптического микроскопа для измерения размеров зерен и числа кристаллических зерен в части на половине средней толщины расплавленного слоя и слоя ЗТВ.

Причина, по которой сохраняется вышеупомянутая крупнозернистая структура, остается неясной, но может быть сделано следующее предположение.

Размер структуры, которая образуется в расплавленном и повторно затвердевшем слое, определяют поступление тепла расплавленной части и теплоотвод из матрицы. Поскольку многочисленные вогнутости и выпуклости, такие как складки, присутствуют в наружном слое плоской заготовки в состоянии непосредственно после литья, когда плавится часть наружного слоя, имеющая такое вогнутости и выпуклости, изменяется состояние теплоотвода от плоской заготовки, и в зависимости от обстоятельств возникают части, содержащие относительно крупные кристаллические зерна. Кроме того, после плавления часть может, в процессе плавления другой части, нагреваться до высокой температуры, составляющей не более чем температура полного полиморфного превращения, вследствие теплового воздействия от другой части. Следовательно, относительно крупные кристаллические зерна могут продолжать рост зерен и образовывать крупные кристаллические зерна, у которых размеры составляют более чем или равняются 1 мм.

На фиг. 5 представлена фотография, иллюстрирующая результаты наблюдения поперечного сечения и показывающая мелкозернистый слой, внутреннюю часть мелкозернистого слоя и расплавленную и затвердевшую структуру в части наружного слоя титанового литого изделия для горячей прокатки, получаемого описанным выше способом, т.е. титанового литого изделия для горячей прокатки, получаемого посредством осуществления модифицирующей обработки прямоугольного титанового литого изделия.

Когда фактически используется получаемое таким способом титановое литое изделие для горячей прокатки, данное изделие подвергается горячей прокатке, и получается горячекатаный лист, имеющий желательную толщину листа. Тип горячей прокатки не ограничивается конкретным вариантом; но когда делается попытка изготовления тонкого горячекатаного листового изделия, обычно используется прокатка рулонным способом. Толщина листа после горячей прокатки в этом случае не ограничивается конкретным вариантом, но она обычно составляет приблизительно от 3 до 8 мм. Условия горячей прокатки не ограничиваются определенным образом, но аналогично обычной горячей прокатке титана нагревание может осуществляться до температуры от 720 до 920°С в случае коммерчески чистого титана и непосредственно до температуры ниже температуры полного полиморфного превращения в случае α- или α+β-титанового сплава в течение приблизительно от 60 до 420 мин, горячая прокатка может начинаться при температуре в соответствующих пределах, и горячая прокатка может завершаться при комнатной температуре или более высокой температуре в соответствии с эксплуатационными характеристиками прокатного стана.

Согласно вышеупомянутому варианту осуществления прямоугольное титановое литое изделие, получаемое посредством переплавки электронным пучком и бесслиткового литья плоских заготовок, в качестве материала в целях производства титанового литого изделия для горячей прокатки, направляется на стадии обработки в состоянии после получения, т.е. в состоянии непосредственно после литья материала без осуществления стадии обжатия посредством деформации в горячем состоянии, такой как об- 10 029618

жатие или ковка. Таким образом, используется материал, имеющий литую поверхность в состоянии непосредственно после литья (литая поверхность, которая представляет собой поверхность в так называемом черновом состоянии, в котором значительные вогнутости и выпуклости, образующиеся в процессе литья, присутствуют на поверхности, и многочисленные дефекты литья, такие как полости, присутствуют в части наружного слоя). Эффект настоящего изобретения может проявляться в наибольшей степени, когда настоящее изобретение применяется к такому литому изделию в состоянии непосредственно после литья; но настоящее изобретение может также применяться, в зависимости от обстоятельств, в случае, в котором слой, находящийся от наружной поверхности на расстоянии, составляющем приблизительно несколько миллиметров, удаляется посредством фрезерования в целях устранения вогнутостей и выпуклостей на литой поверхности и полостей вблизи поверхности, т.е. к литому изделию в так называемом чистовом состоянии поверхности. Кроме того, настоящее изобретение может применяться также к литому изделию в так называемом получистовом состоянии поверхности, в котором посредством фрезерования удаляется полностью или частично обогащенный кислородом слой, максимальная толщина которого составляет приблизительно 1 мм, и который образуется на поверхности, потому что при открывании плавильной печи или охлаждения реактора после литья литое изделие выносится на воздух при высокой температуре.

Примеры

Далее будут описаны примеры настоящего изобретения на основании экспериментов, имеющих кодовые номера 1-7, которые представляет табл. 1А и 1В, кодовые номера 8-21, которые представляет табл. 2А и 2В, и кодовые номера 22-24, которые представляет табл. 3А и 3В, а также справочный пример, основу которого составляет традиционный способ (т.е. плоская заготовка, получаемая посредством обжатия), и сравнительные примеры (сравнительный пример, в котором совершенно не осуществляется обработка согласно настоящему изобретению, и сравнительные примеры, в которых осуществляется обработка в условиях, отклоняющихся от условий настоящего изобретения).

Таблица 1А

Кодовый номер	Термическая обработка наружного слоя
Размер прямоугольного электронного пучка (см)	Мощность (кВт)	Скорость нанесения (см/с)	Количество поступающего тепла на 1 см² (Дж)	Расстояние между соседней частью в форме полосы и электронным пучком
1	1	15	150	100	7
2	1,5	15	150	67	10
3	1,5	20	200	67	10
4	3	22	100	73	15
5	2	22	100	110	10
6	2,5	25	60	167	15
7	2	20	150	67	22

- 11 029618

Таблица 1В

- 12 029618

Таблица 2А

Кодовый

номер

Термическая обработка наружного слоя на первой стадии

	Размер	Мощность	Скорость	Количество	Расстояние между
	прямоугольного электронного пучка (см)	(кВт)	нанесения (см/с)	поступающего тепла на 1 см (Дж)	соседней частью в форме полосы и электронным пучком
8	1	15	150	100	7
9	1,5	15	125	80	7
10	1	15	150	100	7
11	1,5	15	125	80	10
12	1	15	150	100	10
13	2	20	100	100	10
14	2	20	100	100	10
15	2	20	100	100	10
16	2	20	100	100	10
17	2	15	100	75	10
18	1	15	100	150	7
19	1,5	15	100	100	7
20	2	20	100	100	10
21	1,5	20	150	89	10

Таблица 2В

Кодовый номер	Толщина мелкозернистого слоя	Доля кристаллических зерен, каждое из которых имеет размеры, составляющие более чем или равные 1 мм (%)	Результат поверхностных дефектов после травления горячекатаного листа (число на 1 м²)	Примечания
	наибольшая часть	наименьшая часть
8	7,5	6, 8	5	0,12	Л5 класс 2
9	6,7	6, 0	3	0,10	Л5 класс 3
10	7,5	6, 8	3	0,11	Л5 класс 4
11	6,7	6, 0	2	0,11	Τί-ООбРб (АЗТМ сорт 17)
12	7,5	6, 8	1	0,09	Τί-0,5Νί-0,05Ки (АЗТМ сорт 13)
13	7,4	6, 0	0,8	0,21	Т1-1Ге-0,350
14	7,3	6, 0	0,5	0,22	Т1-5А1-1Ге
15	7,5	6, 0	0,3	0,18	Τί-5Α1Γθ-0,253ί
16	7,4	6, 0	0,7	0,20	ΊΊ-3Α1-2,5ν
17	7,5	6, 0	0,3	0,20	Τί-4,5А1-2МО-1,6ν0,5Ре-0,33ί-0,03С (АЗТМ сорт 35)
18	7,0	5,0	0,5	0,22	Τί-45Α1-2Γθ-2Μο-3ν

19	6, 9	5,7	2	0,22	Τί-Юи
20	7,5	б, 8	3	0,25	Τί-Юи-О, 5Ν6
21	б, 7	б, 0	2	0,23	Т1-1Си-13п-0,ЗЗг-0,2Ν6

- 13 029618

Таблица ЗА

Кодовый номер	Термическая обработка наружного слоя на первой	стадии
Размер прямоугольного электронного пучка (см)	Мощность (кВт)	Скорость нанесения (см/с)	Количество поступающего тепла на 1 см² (Дж)	Расстояние между соседней частью в форме полосы и электронным пучком
22	1,5	20	150	89	10
23	1	15	150	100	10
24	1	15	150	100	10

Таблица ЗВ

Чистый титан класса 1 стандарта Л8 подвергали бесслитковому литью посредством переплавки электронным пучком и методом бесслиткового литья получали плоские заготовки из чистого титана класса 1 стандарта Л8, каждая из которых имела поперечное сечение шириной 1220 мм и толщиной 270 мм и длину 7000 мм, и стадию возвратно-поступательного движения плоской заготовки для ее облучения электронным пучком в продольном направлении повторяли для осуществления полного облучения электронным пучком поверхностей прокатки. Облучение осуществляли также на боковых поверхностях плоской заготовки.

Каждую из этих плоских заготовок помещали в печь при температуре 820°С, а затем нагревали в течение приблизительно 240 мин, получаемое в результате изделие подвергали непрерывной горячей прокатке на полосовом прокатном стане и получали рулон горячекатаного листа толщиной 5 мм, лист подвергали непрерывному травлению на линии, используя смесь азотной и фтористо-водородной кислот, и получаемое в результате изделие плавили на глубину, составляющую приблизительно 50 мкм от каждой поверхности. После этого обе поверхности листа визуально наблюдали, чтобы измерить число поверхностных дефектов. Число возникающих поверхностных дефектов в квадрате со стороной 1 м наблюдали в 10-15 полях зрения, и среднее значение принимали в качестве числа поверхностных дефектов. Когда ширина или длина листа не достигала 1 м, осуществляли пересчет таким образом, что площадь поверхность наблюдаемого горячекатаного листа составляла 1 м², и получаемое в результате значение принимали в качестве числа поверхностных дефектов на 1 м².

Здесь в качестве критерия оценки поверхностных дефектов горячекатаного листа случай, в котором число поверхностных дефектов составляло менее чем или равнялось 0,З на 1 м², оценивали как удовлетворительный, а случай, в котором, в котором данное число составляло более чем 0,З на 1 м², оценивали как неудовлетворительный. Данный критерий оценки распространяется также на кодовые номера 8-22, описанные далее.

Кодовые номера 1, 2, 3, 4 и 5 представляют собой примеры настоящего изобретения, и, как представлено в табл. 1А и 1В, каждый из них имел форму части наружного слоя согласно настоящему изобретению (разность между максимальной и минимальной толщиной мелкозернистого слоя), проявлял структуру с размером кристаллических зерен согласно настоящему изобретению после термической обработки, эквивалентной нагреванию посредством горячей прокатки и содержал немногочисленные поверхностные дефекты после горячей прокатки, превышая удовлетворительную оценку.

С другой стороны, кодовые номера 6 и 7 представляют собой сравнительные примеры, которые не удовлетворяют всем параметрам в части наружного слоя и технологическим условиям согласно настоящему изобретению; они содержали многочисленные поверхностные дефекты после горячей прокатки, как представлено в табл. 1А и 1В, и соответствующее состояние поверхности горячекатаного листа было оценено как неудовлетворительное.

- 14 029618

Кодовые номера 8-21 (табл. 2А и табл. 2В).

Для кодовых номеров 8-12 чистый титан класса 1 стандарта Л8 подвергали бесслитковому литью посредством переплавки электронным пучком и методом бесслиткового литья получали плоские заготовки коммерчески чистого титана или модифицированного чистого титана (низколегированного титана) различных сортов по стандарту Л8 или сортов по стандарту Ά8ΤΜ, каждая из которых имела поперечное сечение шириной 1220 мм и толщиной 270 мм и длину 7000 мм, и стадию возвратно-поступательного движения плоской заготовки для ее облучения электронным пучком в продольном направлении повторяли для осуществления полного облучения электронным пучком поверхностей прокатки. Облучение осуществляли также на боковых поверхностях плоской заготовки.

Для кодовых номеров 13-18 методом бесслиткового литья изготавливали плоские заготовки из титановых сплавов, каждая из которых имела поперечное сечение шириной 950 мм и толщиной 220 мм и длину 5000 мм, посредством переплавки электронным пучком, и стадию возвратно-поступательного движения плоской заготовки для ее облучения электронным пучком в продольном направлении повторяли для осуществления полного облучения электронным пучком поверхностей прокатки. Облучение осуществляли также на боковых поверхностях плоской заготовки.

Для кодовых номеров 19-21 методом бесслиткового литья изготавливали плоские заготовки из титановых сплавов, каждая из которых имела поперечное сечение шириной 950 мм и толщиной 250 мм и длину 4500 мм, посредством плазменно-дугового плавления, и стадию возвратно-поступательного движения плоской заготовки для ее облучения электронным пучком в продольном направлении повторяли для осуществления полного облучения электронным пучком поверхностей прокатки. Облучение осуществляли также на боковых поверхностях плоской заготовки.

Кодовый номер 8 представляет собой чистый титан класса 2 стандарта Л8, кодовый номер 9 представляет собой чистый титан класса 3 стандарта Л8, кодовый номер 10 представляет собой чистый титан класса 4 стандарта Л8, кодовый номер 11 представляет собой титановый сплав сорта 17 стандарта Α8ΤΜ, и кодовый номер 12 представляет собой титановый сплав сорта 13 стандарта Α8ΤΜ. Каждый из кодовых номеров 11 и 12 представляет собой титановый сплав, который содержит один или несколько легирующих элементов, но количество этих легирующих элементов является небольшим, и данные сплавы представляют собой модифицированный чистый титан, обработанный аналогично чистому титану.

Кодовый номер 13 представляет собой титановый сплав Т1-1Ре-0,350, кодовый номер 14 представляет собой титановый сплав Т1-5А1-1Ре, кодовый номер 15 представляет собой титановый сплав Т1-5А1-1Ре-0,2581, кодовый номер 16 представляет собой титановый сплав Τί-3Α1-2,5ν, кодовый номер 17 представляет собой титановый сплав Τί-4,5Α1-2Μο-1, 6ν-0.5^-0.38ί-0.03ί'.’ (сорт 35 стандарта Α8ΤΜ), кодовый номер 18 представляет собой Τ^-4,5Α1-2Ρе-2Μο-3V, кодовый номер 19 представляет собой П-Юг кодовый номер 20 представляет собой П-1Си-0,5№, и кодовый номер 21 представляет собой Τί-1^-18η-0,38ί-0,2ΝΚ

Термическую обработку наружного слоя осуществляли на передней поверхности каждой из этих плоских заготовок, затем плоскую заготовку переворачивали, и термическую обработку наружного слоя осуществляли на задней поверхности. После этого облучение электронным пучком осуществляли на боковых поверхностях аналогичным образом.

Каждую из этих плоских заготовок помещали в печь при температуре 820°С, а затем нагревали в течение приблизительно 240 мин, получаемое в результате изделие подвергали непрерывной горячей прокатке на полосовом прокатном стане и получали рулон горячекатаного листа толщиной 5 мм, лист подвергали непрерывному травлению на линии, используя смесь азотной и фтористоводородной кислот, и получаемое в результате изделие плавили на глубину, составляющую приблизительно 50 мкм от каждой поверхности. После этого обе поверхности листа визуально наблюдали, чтобы измерить число поверхностных дефектов.

Примеры этих кодовых номеров 8-21 представляют собой примеры настоящего изобретения, и, как представлено в табл. 2А и 2В, каждый из них имел форму части наружного слоя согласно настоящему изобретению, проявлял структуру с размером кристаллических зерен согласно изобретению настоящей заявки после термической обработки, эквивалентной нагреванию посредством горячей прокатки, и содержал немногочисленные поверхностные дефекты после горячей прокатки, достигая удовлетворительной оценки.

Кодовые номера 22-24 (табл. 3А и 3В).

Кодовый номер 22 представляет собой литое изделие из чистого титана класса 1 стандарта Л8, имеющее поперечное сечение шириной 950 мм и толщиной 220 мм и длину 5000 мм, изготовленное методом бесслиткового литья плоской заготовки посредством переплавки электронным пучком; кодовый номер 23 представляет собой литое изделие из чистого титана класса 1 стандарта Л8, имеющее поперечное сечение шириной 950 мм и толщиной 165 мм и длину 4500 мм, изготовленное методом бесслиткового литья плоской заготовки посредством переплавки электронным пучком; и кодовый номер 24 представляет собой литое изделие, имеющее такие же размеры, как для кодового номера 22, и изготовленное методом бесслиткового литья плоской заготовки посредством плазменно-дугового плавления.

- 15 029618

Термическую обработку наружного слоя осуществляли на передней поверхности каждой из этих плоских заготовок, затем плоскую заготовку переворачивали, и термическую обработку наружного слоя на первой стадии осуществляли на задней поверхности. После этого облучение электронным пучком осуществляли на боковых поверхностях аналогичным образом. При этом условия облучения подвергали разнообразным изменениям.

В этих кодовых номерах 22-24 размеры составляют менее чем размеры в кодовом номере 1 и т.д., и, соответственно, также уменьшается теплоемкость, и, таким образом, скорость охлаждения также уменьшается; но в этих кодовых номерах проявлялась структура, имеющая размеры кристаллических зерен согласно изобретению настоящей заявки, а также присутствовало немногочисленные поверхностные дефекты после горячей прокатки, что обеспечивало удовлетворительную оценку.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Титановое литое изделие для горячей прокатки, материал которого имеет на поверхности, служащей в качестве поверхности прокатки, мелкозернистый слой структуры, состоящий из зерен меньшего размера, чем зерна слоя матрицы, причем мелкозернистый слой образован посредством плавления и повторного затвердевания, причем мелкозернистый слой структуры имеет толщину более чем или равную 5 мм и менее чем 9 мм в глубину, и доля кристаллических зерен, каждое из которых имеет размер, составляющий более чем или равный 1 мм, в положении на половине средней толщины мелкозернистого слоя составляет менее чем 15%.
2. Титановое литое изделие для горячей прокатки по п.1, которое изготовлено из коммерчески чистого титана или титанового сплава.
3. Способ производства титанового литого изделия для горячей прокатки по п.1 или 2, содержащий стадию термической обработки наружного слоя посредством нагревания поверхности, служащей в

качестве поверхности прокатки при горячей прокатке материала титанового литого изделия, под действием облучения электронным пучком, в результате которого нагревается область, составляющая более чем или равная 5 мм и менее чем 9 мм в глубину от поверхности, до температуры полного полиморфного превращения или более высокой температуры;

стадию охлаждения после стадии термической обработки наружного слоя, причем охлаждение осуществляют до температуры, меньшей, чем упомянутая температура полного полиморфного превращения.
4. Способ по п.3, в котором на стадии термической обработки наружного слоя облучение электронным пучком осуществляют в то время, когда пушка для облучения электронным пучком непрерывно перемещается в направлении, параллельном по отношению к поверхности материала титанового литого изделия.
5. Способ по п.3, в котором стадию охлаждения осуществляют посредством теплоотвода со стороны материала матрицы титанового литого изделия.
6. Способ по п.3, в котором материал титанового литого изделия отливают способом бесслиткового литья плоских заготовок.
7. Способ по п.3, в котором материал титанового литого изделия имеет литую поверхность в состоянии непосредственно после литья.

- 16 029618