本发明属于钛及钛合金板材制备技术领域，具体涉及一种ta17钛合金板材的制备方法。
背景技术：
ta17合金是由前苏联普罗米修斯中央结构材料研究院研制的一种近α钛合金，名义成分为ti-4al-2v，α/β相转变温度约为890℃，少量的al(α稳定元素)提高合金的强度和耐热性，对合金的塑性无明显影响，少量的v(β稳定元素)可起到细化晶粒和改善工艺塑性的作用。该合金具有中等强度、良好焊接性能、优良的抗海水腐蚀性能以及较高的静力和循环强度等性能特点，主要用于制造舰船的管道、阀门、蒸发器、冷凝器和航空发动机的压气机盘、叶片和鼓筒等零部件。
因该钛合金板材为单相钛合金，热轧中形成的织构对后续的冷轧方向有强烈的影响，若热轧过程中换方向轧制则会导致冷轧中出现崩料、掉渣，甚至伤人现象。国内目前对ta17合金的轧制方法为：(1)在第一火内采用展宽换向后一直延该方向轧制，这样保证热轧与后续冷轧方向一致，从而避免热轧换方向带来的织构变化；(2)为充分利用第一火开坯轧制的高温(后续热轧为保证组织与性能，在较低温度轧制)，采用较大变形量，多道次轧制；(3)采用三火次轧制完成热轧(轧至4mm左右)，其中第二火与第三火变形量较小。
该方法存在问题为：(1)不适用于生产多种宽度规格的ta17板材，因为第一火展宽换向只能形成一个固定的宽度规格，而后续不可换方向则造成一个板坯只能生产一个规格(宽度)的板材，而该合金板材的应用为多种宽度规格，这给生产方造成了大量的物料堆积及库存；(2)该合金板材易于开裂，第一火轧制时组织还停留在具有粗大晶粒的板坯组织阶段，即便是高温大变形也容易造成表面及边部开裂严重，造成成品率低下，表面处理过程复杂、困难。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种ta17钛合金板材的制备方法。该方法可在避免换向织构对冷轧的影响情况下用一块板坯生产多种宽度规格的ta17合金板材，并减少轧制过程中的开裂情况，提高成品率。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种ta17钛合金板材的制备方法，所述ta17钛合金板材的制备工艺包括以下步骤：
s1、采用厚度为130～180mm，宽度为800～1100mm，长度为1000～1300mm的ta17板坯，将ta17板坯置于两张钢板之间并夹紧，置于加热炉中加热；
s2、将加热处理后的钛板与上下不锈钢垫板分离；
s3、板坯进行第一火次轧制，始轧温度≥1000℃，轧制速率为3～4m/s，共轧制6～9道次，道次加工率按照传统轧制原则“小大小”，小道次加工率范围为3％～5％，大道次加工率范围为6％～15％，第一火次轧制总变形量为50～65％，轧制长度控制为几种所需宽度规格的总和，轧制完成后板坯尺寸为：厚度50～75mm，宽度800～1100mm，长度2000～3800mm；
s4、一火次轧制完成后，沿长度方向按成品板材所需要宽度进行分切下料，切割后的钛合金板坯长度为上一火次板坯的宽度，即为800～1100mm，切割后的钛合金板坯宽度取值范围为750～1500mm；
s5、将切割后得到的多个规格钛合金板坯进行第二火次轧制，始轧温度≥1000℃，且与第一火次轧制温度相同，轧制速率为3～4m/s，共轧制6～9道次，道次加工率按照传统轧制原则“小大小”，小道次加工率范围为4％～7％，大道次加工率范围为9％～16％，轧制方向垂直于上一火轧制方向，第二火次轧制总变形量为50～70％，与上一火次变形量之差控制在8％以内，轧制完成后板坯尺寸为：厚度20～28mm，宽度750～1500mm，长度3000～6000mm；
s6、将板坯沿长度方向进行分切下料，分切后长度为800～2000mm，分切后的板坯在相变点以下50～80℃进行第三火次轧制，轧制速率为3～4m/s，共轧制8～12道次，道次加工率按照“先大后小”的原则，大道次加工率范围为10％～20％，小道次加工率范围为5％～8％，轧制总变形量为60～80％，轧制完成后板坯尺寸为：厚度4～8mm，宽度750～1500mm，长度2000～4000mm。
优选的，所述步骤s1中的钢板为304不锈钢板，包括上不锈钢垫板和下不锈钢垫板，且上不锈钢垫板面积应大于或者等于钛板面积，上不锈钢垫板的长度应大于钛板的长度0mm～10mm，上不锈钢垫板的宽度应大于钛板的宽度0mm～10mm；下不锈钢垫板面积应大于或者等于钛板面积，下不锈钢垫板的长度应大于钛板的长度20mm～100mm，下不锈钢垫板的宽度应大于钛板的宽度20mm～100mm。
优选的，所述上不锈钢垫板厚度为3～5mm，下不锈钢垫板厚度为20～30mm，上不锈钢垫板上面焊接有两个拉环，以便于钢板与钛板的分离。
优选的，所述步骤s2中的分离过程控制在20s以内，先用天车夹具将上不锈钢垫板和钛板坯整体与下不锈钢垫板快速分离，用时6～10s，再用长度大于3米的铁钩勾住上不锈钢垫板上焊接的拉环迅速将上不锈钢垫板与ta17板坯分离，用时0～5s。
优选的，所述ta17板坯的开轧温度≥1000℃，终轧温度≥950℃
优选的，所述ta17板坯在每火次轧制前均涂覆有玻璃基耐高温防氧化涂层，涂层厚度为1～2mm。
本发明的技术效果和优点：1、本发明利用在高温下加工形成的组织遗传性可以在相同温度下改变的原理，采用第二火轧制与第一火轧制温度相同，在一火轧制后的板坯沿长度上进行剪切，切出成品宽度进行换向轧制，实现了一个ta17板坯生产多种规格ta17板材的工艺，同时避免了换向后因单相钛合金强烈的加工织构引起轧制过程中的崩料、开裂现象；另外，第三火次采取在相变点以下进行轧制，可调节板材性能使板材性能满足要求。
2、本发明操作工艺简单、迅速，加热过程中采用上下垫板保护，保证ta17开坯轧制温度，减少了传统工艺中因温降导致ta17的明显开裂现象，同时也减少了后期的打磨量，而且上下垫板可反复使用，节约成本。
3、本发明可在保证ta17生产工艺的基础上，采用一块板坯生产不同宽度、多种规格的成品板材，可充分利用板坯，减少了传统工艺中一块板坯只可生产一种规格的产品板，提高ta17板材的供货速度并明显减少了原料囤积量。
4、本发明利用金属学相同温度、相似变形量条件下换向轧制，织构、加工流线可明显转变的原理，实现了一块板坯生产不同宽度、多种规格的ta17成品板材，并保证后期易加工。
具体实施方式
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。
实施例1
一种ta17钛合金板材的制备方法，所述ta17钛合金板材的制备工艺包括以下步骤：
s1、采用规格为(厚×宽×长)180×1100×1300mm的ta17板坯，为保证ta17板材的加工温度，防止从加热炉至轧机过程中散热，在加热时采用两张钢板夹住ta17板坯进行保温作用；下不锈钢垫板尺寸为25×1300×1500m，上不锈钢垫板尺寸为4×1110×1310m，上不锈钢垫板上面焊接有两个拉环，以便于钢板与钛板的分离；
s2、第一火次采用1140℃加热，轧制前先将ta17板坯与上下不锈钢垫板分离，先用天车夹具将上不锈钢垫板和钛板坯整体与下不锈钢垫板快速分离，用时6～10s，再用长度大于3米的铁钩勾住上不锈钢垫板上焊接的拉环迅速将上不锈钢垫板与ta17板坯分离，用时0～5s；
s3、一火次轧制总变形量为58％，轧制完成后的ta17板坯规格为75×1100×3120mm，延长度方向切出成品板材所需要宽度：1100mm和810mm(75×1100×1100mm和75×810×1100mm)；
s4、第二火次轧制温度同样为1140℃，一块ta17板坯宽度方向为1100mm，另一块宽度方向为810mm，轧制总变形量为63％，轧至28mm厚(规格为28×1200×2946mm和28×810×2946mm)。该变形量与一火次变形量(58％)接近，温度相同，可明显去除上一火残留加工流线与织构，改善ta17板材后期加工性；
s5、二火轧制完成后，将规格为28×1200×2946mm和28×810×2946mm板材分别剪切为2张28×1200×1000mm及2张28×810×1000mm板坯，然后采用相变点以下温度，即840℃进行轧制。轧制总变形量为76％，轧至7mm厚，即成为2张7×1200×4000mm和2张7×1200×4000mmta17板材。
采用实施例1方法制备的ta17板材的微观组织均匀性良好，平均晶粒尺寸约为30～40μm，本实施例制备的ta17板材的抗拉强度为876mpa，屈服强度为820mpa，断后伸长率为14.0％。
实施例2
一种ta17钛合金板材的制备方法，所述ta17钛合金板材的制备工艺包括以下步骤：
s1、采用规格为(厚×宽×长)150×900×1200mm的ta17板坯，为保证ta17板材的加工温度，防止从加热炉至轧机过程中散热，在加热时采用两张钢板夹住ta17板坯进行保温作用；下不锈钢垫板尺寸为20×1300×1500m，上不锈钢垫板尺寸为3×910×1210m，上不锈钢垫板上面焊接有两个拉环，以便于钢板与钛板的分离；
s2、第一火采用1130℃加热，轧制前先将ta17板坯与上下不锈钢垫板分离，先用天车夹具将上不锈钢垫板和钛板坯整体与下不锈钢垫板快速分离，用时6～10s，再用长度大于3米的铁钩勾住上不锈钢垫板上焊接的拉环迅速将上不锈钢垫板与ta17板坯分离，用时0～5s；
s3、一火次轧制总变形量为57％，轧制完成后的ta17板坯规格为65×900×2769mm，延长度方向切出成品板材所需要宽度：1100mm和860mm(65×1100×900mm和65×860×900mm)；
s4、第二火次轧制温度同样为1130℃，一块ta17板坯宽度方向为1100mm，另一块宽度方向为860mm，轧制总变形量为62％，轧至25mm厚(规格为25×1100×2340mm和25×860×2340mm)。该变形量与一火次变形量(57％)接近，温度相同，可明显去除上一火残留加工流线与织构，改善ta17板材后期加工性；
s5、二火轧制完成后，将规格为25×1100×2340mm和25×860×2340mm板材分别剪切为2张25×1100×800mm及2张25×810×800mm板坯，然后采用相变点以下温度，即840℃进行轧制。轧制总变形量为80％，轧至5mm厚，即成为2张5×1200×4000mm和2张5×1200×4000mmta17板材。
采用实施例2方法制备的ta17板材的微观组织均匀性良好，平均晶粒尺寸约为20～40μm，本实施例制备的ta17板材的抗拉强度为866mpa，屈服强度为816mpa，断后伸长率为16.5％。
实施例3
一种ta17钛合金板材的制备方法，所述ta17钛合金板材的制备工艺包括以下步骤：
s1、采用规格为(厚×宽×长)130×850×1300mm的ta17板坯，为保证ta17板材的加工温度，防止从加热炉至轧机过程中散热，在加热时采用两张钢板夹住ta17板坯进行保温作用，下不锈钢垫板尺寸为30×1000×1500m，上不锈钢垫板尺寸为4×850×1300m，上不锈钢垫板上面焊接有两个拉环，以便于钢板与钛板的分离；
s2、第一火采用1150℃加热，轧制前先将ta17板坯与上下不锈钢垫板分离，先用天车夹具将上不锈钢垫板和钛板坯整体与下不锈钢垫板快速分离，用时6～10s，再用长度大于3米的铁钩勾住上不锈钢垫板上焊接的拉环迅速将上不锈钢垫板与ta17板坯分离，用时0～5s；
s3、一火次轧制总变形量为62％，轧制完成后的ta17板坯规格为50×850×3900mm，延长度方向切出成品板材所需要宽度：1100mm，860mm和810mm(50×1100×850mm、50×860×850mm和50×810×850mm)；
s4、第二火次轧制温度同样为1130℃，一块ta17板材为50×1100×850mm，一块为50×860×850mm，另一块为50×810×850mm，轧制总变形量为60％，轧至20mm厚(规格为20×1100×2125mm、20×860×2125mm和20×810×2125mm)。该变形量与一火次变形量(62％)相近，温度相同，可明显去除上一火残留加工流线与织构，改善ta17板材后期加工性。
s5、二火轧制完成后，将规格为20×1100×2125mm、20×860×2125mm和20×810×2125mm的ta17板材分别剪切为2张20×1100×800mm、2张20×860×800mm和2张20×810×800mm的ta17板材，然后采用相变点以下温度，即840℃进行轧制。轧制总变形量为80％，轧至4mm厚，即成为2张4×1100×4000mm、2张4×860×4000mm和2张4×810×4000mmta17板材。
采用实施例3方法制备的ta17板材的的微观组织均匀性良好，平均晶粒尺寸约为20～30μm，本实施例制备的ta17板材的抗拉强度为838mpa，屈服强度为763mpa，断后伸长率为19.0％。
对比实施例1
s1、采用规格为(厚×宽×长)180×1100×1300mm的ta17合金板坯，为保证ta17板材的加工温度，防止从加热炉至轧机过程中散热，在加热时采用两张钢板夹住ta17板坯进行保温作用；下不锈钢垫板尺寸为25×1300×1500m，上不锈钢垫板尺寸为4×1110×1310m，上不锈钢垫板上面焊接有两个拉环，以便于钢板与钛板的分离；
s2、第一火次采用1140℃加热，轧制前先将ta17板坯与上下不锈钢垫板分离，先用天车夹具将上不锈钢垫板和钛板坯整体与下不锈钢垫板快速分离，用时6～10s，再用长度大于3米的铁钩勾住上不锈钢垫板上焊接的拉环迅速将上不锈钢垫板与ta17板坯分离，用时0～5s；
s3、一火次轧制总变形量为58％，轧制完成后的ta17板坯规格为75×1100×3120mm，延长度方向剪切成3张75×1100×1000mm的板材；
s4、第二火次轧制温度同样为1140℃，依然沿一火次长度方向进行轧制，轧制总变形量为63％，轧至28mm厚(规格为28×1100×2678mmm)；
s5、二火轧制完成后，将规格为28×1100×2678mm板材剪切为2张28×1100×1000mm板坯，然后采用相变点以下温度，即840℃进行轧制。轧制总变形量为76％，轧至7mm厚，即成为2张7×1100×4000mmta17板材。
采用对比实施例1方法制备的ta17板材的微观组织均匀性一般，平均晶粒尺寸约为30～60μm，本对比例制备的ta17板材的抗拉强度为863mpa，屈服强度为820mpa，断后伸长率为13.0％。
对比分析实施例1-3和对比实施例1制备的ta17板材的力学性能测试结果，说明采用本发明换向轧制制备的ta17板材不仅能在一块板坯上制备多种宽度规格的板材，而且所制备的ta17板材微观组织均匀性更好，综合力学性能匹配更佳。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。