专利名称：一种钛板坯的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种钛板坯的制备方法。
背景技术：
钛及钛合金加工材中，钛板/卷产量占总加工量的80%左右，广泛应用于航空、航天、兵器、石化、制盐、氯碱、湿法冶金、医疗、造纸、电镀和电解等工业领域。目前国内生产钛(或钛卷)板坯的方法有两种一是采用锻造，该方法主要是先将海绵钛或回收废钛料压制成电极块，然后将电极块拼装焊接成电极棒，将焊接好的钛电极棒在真空自耗电弧熔炼炉内经过2-3次熔炼最后形成圆柱形钛锭，钛锭经过多个火次加热和锻造，最后制备成截面为长方形的板坯。二是采用模铸，即采用真空自耗凝壳熔炼或电子 冷炉床熔炼然后直接浇注成钛板坯的生产方法，该方法是将海绵钛或者旧钛料挤压或焊接成柱状电极，然后在真空自耗凝壳炉内对钛电极进行熔炼，再将钛溶液浇注钛板坯铸造模具内，冷却后开模即可得到钛板坯。采用锻造方式是目前国内最主要的钛板坯生产方式。采用锻造方式方法生产的钛板坯时，板坯厚度公差控制困难，使得后续钛板或者钛卷的热轧时，板型和尺寸精度控制比较困难。同时，锻造过程产生的褶皱、裂纹等缺陷也会严重影响后续热轧板卷的表面质量，使热轧板卷表面出现压入、凹坑、木纹、擦伤、重皮等严重表面质量缺陷。此外，由于板坯厚度差异大和表面锻造缺陷存在，也使得板坯表面清理时铣削量大，严重降低了板坯成材率；加之锻造火次多，能耗大，生产效率低，降低了经济效益。采用模铸方式虽然可以减少板坯锻造环节，但是由于投资大，且受技术装备条件要求高，使得模铸方式生产钛板坯的方法在国内尚不成熟，很少使用。
发明内容
本发明的目的是克服现有板坯制备方法的不足，提供一种钛板坯的制备方法。该方法操作方便，且得到的钛板坯厚度公差小，表面质量好。本发明的发明人经过研究发现，将该圆柱形钛电极采用真空自耗电弧熔炼后，将得到圆柱形铸锭经过一个火次锻拔后锻造成截面为长方形的中间坯，并将中间坯进行热轧开坯，能够得到钛板坯厚度公差小，表面质量好的钛板坯，从而完成了本发明S卩，本发明提供一种钛板坯的制备方法，其中，该方法包括以下步骤I)将海绵钛压制成电极块，或者将海绵钛和作为合金元素的中间合金和/或金属混合均匀后压制成电极块，将压制的电极块焊接成圆柱形电极，将该圆柱形电极采用真空自耗电弧熔炼，得到圆柱形铸锭；2)将步骤I)中得到的圆柱形铸锭经过扒皮后在800°C _850°C保温90-180分钟，再升温至950°C -1050°C后保温180-420分钟，然后经过一个火次锻拔后锻造成截面为长方形的中间坯；3)将步骤2)中得到的中间坯进行热轧开坯，得到钛板坯。
在本发明中，通过“锻造+开坯轧制”的方法生产钛板坯，得到的板坯厚度公差小，表面质量好，并且该方法具有生产效率高、操作简单、生产成本低等优点。
具体实施例方式本发明提供一种钛板坯的制备方法，其中，该方法包括以下步骤I)将海绵钛压制成电极块，或者将海绵钛和作为合金元素的中间合金和/或金属混合均匀后压制成电极块，将压制的电极块焊接成圆柱形电极，将该圆柱形电极采用真空自耗电弧熔炼，得到圆柱形铸锭；2)将步骤I)中得到的圆柱形铸锭经过扒皮后在800°C _850°C保温90-180分钟，再升温至950°C -1050°C后保温180-420分钟，然后经过一个火次锻拔后锻造成截面为长方形的中间坯；3)将步骤2)中得到的中间坯进行热轧开坯，得到钛板坯。根据本发明的方法，所述海绵钛可以为本领域常用的海绵钛。优选的情况下，所述海绵钛为O级和/或I级的海绵钛。该O级和I级的海绵钛为本领域所公知。根据本发明的方法，所述海绵钛的粒径可以在宽的范围内选择，优选的情况下，所述海绵钛的粒径范围为O. 83-25. 4mm，更优选为O. 83-12. 7mm。根据本发明的方法，所述作为合金元素的中间合金和/或金属的种类和用量为本领域所公知。本领域技术人员可以根据所要得到产品，决定作为合金元素的中间合金和/或金属的种类和用量，根据各成分的重量百分比进行配比。根据本发明的方法，所述将海绵钛压制成电极块的方法，或者将海绵钛和作为合金元素的中间合金和/或金属混合均匀后压制成电极块的方法，可以采用本领域所公知的各种方法。例如可以在液压机上压制成电极块。根据本发明的的方法，将该圆柱形电极采用真空自耗电弧熔炼的条件包括熔炼电压30-50V，熔炼电流10-40KA，搅拌电流5-25A，真空度小于3Pa ;优选为熔炼电压32-38V，熔炼电流15-35KA，搅拌电流8-20A，真空度小于2Pa。根据本发明的的方法，优选的情况下，将该圆柱形电极采用真空自耗电弧熔炼的次数为多次；更优选将该圆柱形电极采用真空自耗电弧熔炼的次数为2-3次；进一步优选将该圆柱形电极采用真空自耗电弧熔炼的次数为2次。真空自耗电弧熔炼的具体方法已为本领域技术人员所公知，本发明在此不再赘述。根据本发明的的方法，优选的情况下，将步骤I)中得到的圆柱形铸锭经过扒皮后在800°C -850°C保温100-150分钟，再升温至980°C -1050°C后保温240-360分钟，然后经过一个火次锻拔后锻造成截面为长方形的中间坯。上述一次锻拔可以将保温后的圆柱形铸锭置于锻造机上进行。所述锻造机为本领域所公知的各种锻造机。根据本发明的方法，该方法包括将步骤2)中得到的中间坯进行热轧开坯，得到钛板坯。将步骤2)中得到的中间坯可以在开坯轧机上进行热轧，热轧的温度可以在宽的范围内选择。一般情况下，热轧温度可以为900-100(TC ;优选的情况下，热轧温度可以为920-960。。。根据本发明的方法，步骤2)中所述扒皮为本领域所公知，是指去除中间坯表面的杂质层如氧化层。一般情况下，所述扒皮厚度小于5_ ;优选的情况下，所述扒皮厚度为2-4mm。根据本发明的方法，该方法还包括将步骤3)中得到的钛板坯冷却后，去除坯头和坯尾。根据本发明的方法，该方法还可以包括将上述去除坯头和坯尾后的钛板坯用铣床铣去除氧化皮后，制成规定尺寸的钛板坯。以下通过实施例对本发明进行详细地说明，但本发明并不仅限于下述实施例。实施例1(I)将O级海绵钛(购于遵义钛业公司，粒度范围为O. 83-25. 4mm)在80丽液压机上压制成截面为扇形的电极块，电极块单重为126公斤；在等离子焊箱中焊接成直径为835mm的圆柱形钛电极；然后经过二次真空自耗电弧熔炼；其中，一次熔炼电压36V，熔炼电流26. 5KA，搅拌电流18A，真空度为2Pa ;二次熔熔炼电压33V，熔炼电流32KA，搅拌电流20A，真空度为IPa。熔炼成一支直径为1000mm、重量为9. 8吨的圆柱形铸锭。经检测，铸锭的成分的重量百分比为 Fe :0. 03%, C :0. 010%, N :0. 005%, H :0. 004%, O :0. 063%，余量为钛。(2)将步骤(I)中得到的圆柱形铸锭经过扒皮(扒皮厚度为3mm)后在800°C保温150分钟，再升温至1050°C后保温360分钟后，在4500吨锻造机上进行一个火次锻拔，锻拔的开锻温度为970°C，终锻温度815°C ;单向拔长到坯料断面长宽尺寸为1000mmX400mm的中间坯。(3)将步骤⑵中得到的中间坯在开坯轧机上进行热轧，轧制加热温度为950°C，保温200分钟后，轧制成截面长宽尺寸为1060mmX200mm的钛板坯。(4)将步骤(3)中热轧好的钛板坯冷却至室温后，钛板坯经过锯切去除坯头和坯尾，然后用铣床去除氧化皮，加工成截面尺寸为1050mmX 192mm的钛板坯。得到的钛板坯厚度公差为±3mm。实施例2(I)将I级海绵钛(购于洛阳双瑞万基钛业公司，粒度范围为O. 83-25. 4mm)在80丽液压机上压制成截面为半圆形的电极块，电极块单重为76公斤；在等离子焊箱中焊接成直径为470mm的圆柱形商业纯钛钛电极，然后经过二次真空自耗电弧熔炼；其中，一次熔炼电压36V，熔炼电流15kA，搅拌电流8A，真空度为2Pa ;二次熔熔炼电压37V，熔炼电流22KA，搅拌电流8A，真空度为IPa。熔炼成一支直径为660mm、重量为3吨的圆柱形铸锭。经检测，铸锭的成分的重量百分比为Fe :0. 043%, C :0. 015%, N :0. 004%, H :0. 007%, O O. 067%、余量为钛。(2)将步骤⑴中得到的圆柱形铸锭经过扒皮(扒皮厚度为4mm)后在850°C保温120分钟，再升温至1000°C后保温240分钟后，在4500吨锻造机上进行一个火次锻拔，锻拔的开锻温度965°C，终锻温度803°C;单向拔长到断面长宽尺寸为1000mmX200mm的中间坯。(3)将步骤⑵中得到的中间坯在开坯轧机上进行热轧，轧制加热温度为920°C，保温120分钟，轧制成截面长宽尺寸为1060mmX IOOmm的钛板坯。(4)将步骤(3)中热轧好的钛板坯冷却至室温后，钛板坯经过锯切去除坯头和坯尾，然后用铣床去除氧化皮，加工成截面尺寸为1050mmX92mm的钛板坯。得到的钛板坯厚度公差为±3mm。实施例3(I)将O级海绵钛(购于遵义钛业公司，粒度范围为O. 83-25. 4mm)、Ti_32Mo合金(购于嘉诚稀有金属材料有限公司，平均粒度< 3mm)和镍屑(购于华星实业有限公司，杂质< O. 1%,长度< 15mm)混合均勻后,在80MN液压机上压制成截面为半圆形的电极块，电极块单重61公斤；在等离子焊箱中焊接成直径为470mm的圆柱形TAlO合金电极，然后经过二次真空自耗电弧熔炼；其中，一次熔炼电压35. 5V，熔炼电流15. 5kA，搅拌电流8A，真空度为2Pa ;二次熔炼电压36V，熔炼电流22KA，搅拌电流10A，真空度为IPa。熔炼成一支直径为660mm、重量为3吨的铸锭。经检测，铸锭的成分的重量百分比为Mo :0. 28%,N1:0. 78%,Fe 0. 07%,C 0. 008%,N 0. 007%,H 0. 005%, O 0. 053%、余量为钛。(2)将步骤⑴中得到的圆柱形铸锭经过扒皮(扒皮厚度为4mm)后在850°C保温120分钟，再升温至980°C后保温360分钟后，在4500吨锻造机上进行一个火次锻拔，锻拔的开锻温度960°C，终锻温度81 (TC;单向拔长到断面长宽尺寸为1000mm X 200mm的中间坯。(3)将步骤⑵中得到的中间坯在开坯轧机上进行热轧，轧制加热度为980°C，保温120分钟，轧制成截面长宽尺寸为1060mmX IOOmm的钛板坯。(4)将步骤(3)中热轧好的钛板坯冷却至室温后，钛经过锯切去除坯头和坯尾，然后用铣床去除氧化皮，加工成截面尺寸为1050mmX92mm的钛板坯。得到的钛板坯厚度公差为 ±3mm。对比例I按照实施例1中的方法进行，不同的是，步骤(3)的开坯热轧由另一火次的锻拔代替，具体步骤如下(I)将O级海绵钛(购于遵义钛业公司，粒度范围为O. 83-25. 4mm)在80丽水压机上压制成截面为扇形的电极块，电极块单重为126公斤；在等离子焊箱中焊接成直径为835mm的圆柱形钛电极；然后经过二次真空自耗电弧熔炼；其中，一次熔炼电压36V，熔炼电流26. 5KA，搅拌电流18A，真空度为2Pa ;二次熔熔炼电压33V，熔炼电流32KA，搅拌电流20A，真空度为IPa。熔炼成一支直径为1000mm、重量为9. 8吨的圆柱形铸锭。经检测，铸锭的成分的重量百分比为 Fe :0. 03%, C :0. 010%, N :0. 005%, H :0. 004%, O :0. 063%，余量为钛。(2)将步骤⑴中得到的圆柱形铸锭经过扒皮(扒皮厚度为3mm)后在800°C保温150分钟，再升温至1050°C后保温360分钟后，在4500吨锻造机上进行一个火次锻拔，锻拔的开锻温度为970°C，终锻温度815°C ;单向拔长到坯料断面长宽尺寸为1000mmX400mm的中间坯。(3)将步骤(2)中得到的中间坯送回加热炉进行再次加热，加热温度970°C，保温200分钟，在4500吨锻造机上进行锻造，开锻温度为956°C、终锻温度为800°C，最后锻拔为截面尺寸为1070mmX210mm的钛板坯。(4)将步骤(3)中热轧好的钛板坯冷却至室温后，钛板坯经过锯切去除坯头和坯尾，然后用铣床去除氧化皮，加工成截面尺寸为1050mmX 192mm的钛板坯。得到的钛板坯厚度公差为±8mm。通过实施例1以及对比例I可以看出，采用本发明的方法得到的钛板坯的厚度公差明显要小于对比例I中得到的钛板坯的厚度公差，且表面质量要好于对比例I中得到的钛板还。
权利要求
1.一种钛板坯的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 1)将海绵钛压制成电极块，或者将海绵钛和作为合金元素的中间合金和/或金属混合均匀后压制成电极块，将压制的电极块焊接成圆柱形电极，将该圆柱形电极采用真空自耗电弧熔炼，得到圆柱形铸锭； 2)将步骤I)中得到的圆柱形铸锭经过扒皮后在800°C_850°C保温90-180分钟，再升温至950°C -1050°C后保温180-420分钟，然后经过一个火次锻拔后锻造成截面为长方形的中间坯； 3)将步骤2)中得到的中间坯进行热轧开坯，得到钛板坯。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤I)中的真空自耗电弧熔炼的条件包括熔炼电压30-50V，熔炼电流10-40KA，搅拌电流5-25A，真空度小于3Pa。
3.根据权利要求1所述的方法,其中，步骤I)中的海绵钛的粒径范围为O.83-25. 4mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤I)中将该圆柱形电极采用真空自耗电弧熔炼的次数为2-3次。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤3)中的热轧温度为900-1000°C。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，该方法还包括，将步骤3)中得到的钛板坯冷却后，去除坯头、坯尾和进行去除氧化皮处理。
全文摘要
本发明提供一种钛板坯的制备方法，该方法包括将海绵钛压制成电极块，或者将海绵钛和作为合金元素的中间合金和/或金属混合均匀后压制成电极块，将压制的电极块焊接成圆柱形电极，将该圆柱形电极采用真空自耗电弧熔炼，得到圆柱形铸锭；将得到的圆柱形铸锭经过扒皮后在800℃-850℃保温90-180分钟，再升温至950℃-1050℃后保温180-420分钟，然后经过一个火次锻拔后锻造成截面为长方形的中间坯；将得到的中间坯进行热轧开坯，得到钛板坯。根据本发明的方法，其操作方便，并且得到的钛板坯厚度公差小，表面质量好。
文档编号B23P15/00GK103008978SQ20111028190
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者黄德明, 杨雄飞, 韦青峰, 陈永, 郭华 申请人:攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司