本发明属于有色金属加工技术领域，涉及钛及钛合金丝加工，具体涉及一种紧固件用大单重高性能钛及钛合金光亮盘丝的加工制备方法。
背景技术：
在焊接领域，随着中国成为了世界上第一大船舶生产国，钛及钛合金在船舶领域的应用越来越广泛，对钛焊丝、焊条的要求越来越高，特别是光亮型钛焊丝、焊条由于其焊缝质量好，将会替代原来产品而得到广泛应用。在航空航天领域，近年来国内大飞机项目的实施，给国内钛丝材市场带来新的生机，在焊丝、结构丝应用领域将会有较大的增长。在电子工业领域，由于钛材料具有耐腐性、记忆性、无磁等优良特性，已在仪器、仪表是得到大量应用，钛材在这一领域的新应用正在被越来越重视。
目前，国外需要的大单重高精度光亮型钛及钛合金丝(以下简称“钛丝”)大约需要3000吨以上，其主要生产于美国、德国、巴西、俄罗斯、日本等发达国家。他们不仅垄断国际市场，而且在国际上也因为是高科技材料而被限制出口，其生产工艺不详。目前在标准件、紧固件专用大单重高精度光亮型钛及钛合金丝需求方面受制于人的局面依然没有改变。随着我国大飞机项目的开展，国内对大单重高精度光亮型钛及钛合金丝材的质量要求更高，国内大单重丝材生产已经成为限制我国高技术产业蓬勃发展，使我们的产品挤进国际市场，参与国际竞争的瓶颈。因此研发先进的高质量的钛丝制造新技术，新工艺，扩大产能迫在眉睫。
国内生产3mm以下钛丝材产量350吨，国内市场需求量为540吨。与此同时仪器、仪表中结构件、零部件的需求也对钛及钛合金光亮型超细丝品质提出了更高的严格要求。
通常大单重的钛棒料决定着可拉拔钛丝成品盘料的总长度。该总长度越长的钛丝盘料其质量的一致性更好，这对下游加工者实现无人高速连续化生产起到决定性作用。例如，将超长钛丝盘料利用数控车床加工钛螺钉或螺母时，可实现长时间加工，不易中断，生产效率显著高，因此质量技术指标一致性好。这对于航空零部件或自动车床大规模连续生产则是十分重要的。而在现有技术中，钛丝制备主要工艺为扒皮、修磨、拉拔(采用石墨润滑)、氧化、拉拔、碱酸洗、成品退火3～4次、整盘、真空或大气退火。该工艺存在的缺点，一是只限单重低于10kg的盘重钛丝，2人操控一台设备，效率低下，表面光洁度不高，无法生产出大单重超长钛丝，无法满足数控加工设备的高速长时间连续加工的需要。特别是无法满足无人化自动生产。二是碱酸洗工艺步骤危害环境不环保、性能也不稳定、表面光洁度不高。因此对于大单重高性能钛及钛合金光亮盘丝的生产目前还是难题，产品处于空白。
技术实现要素：
本发明针对上述问题，我们经过研究试验，对大单重圆坯料在锻压、热连轧之后采用多模多道次连续滚动冷拉、在线直接采用一次性氩气保护热处理退火、连续调直新工艺来解决技术难题。本发明采用新工艺技术方案具体为：
大单重高性能钛及钛合金光亮盘丝的加工制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：原料准备，将单重大于150kg的钛及钛合金锭，用锻压机锻压成边长115mm～120mm矩形坯料，修磨残余缺陷，裂纹、沟条等缺陷；
步骤2：热连轧，将坯料加热至700～900℃，使用棒线材连轧机将坯料轧至棒线材盘条；
步骤3：修磨，盘条扒皮后修磨，修磨残余缺陷，裂纹、沟条；
步骤4：对修磨后的盘条棒料采用多道次滚动模连续冷拉拉拔，即在线生产的每道次中，是将棒料在至少两对串联的轧辊间高速滚动轧制，最终形成2mm～5mm光亮钛丝，所述冷拉拉拔速度控制在2m/min～300m/min，该速度控制优选为5、10、30、55、105、135或205m/min；
步骤5：在线热处理，即2mm～5mm光亮钛丝的拉拔过程中，每道次均是在线退火热处理，该处理环境控制为充满氩气保持正压，温度控制在600℃～850℃，温度控制优选为655、685、725或805℃；
步骤6：所述步骤4与步骤5道次拉拔可至少4个道次，优选为5、6或7次；
步骤7：检验入库，采用连续在线涡流探伤、超声探伤分别对光亮钛丝表面及内部进行检测，表面粗糙度Ra为0.4～1.2，检验合格后入库。
进一步的，所述步骤一修磨残余缺陷，裂纹、沟条等缺陷后，对棒料扒除氧化皮，其中扒皮过程采用水溶性润滑剂润滑。
与现有技术比，本发明的技术效果是：
1、实现了大单重盘圆坯料生产。本发明突破了对单重大于150公斤的盘圆坯料进行生产加工技术。在线冷拉拉拔速度是2m/min～300m/min，比现有工艺显著提高，生产效率提高10～30倍。此外，因为采用冷拉拉拔，区别于现有技术的热拉，所以钛丝不会生产氧化膜，实现盘条全流程光亮表面精加工。
2、连续冷拉生产技术。采用多模多道次连续拉制工艺加工效率、成材率、节能郊果得到大幅度提升，前期对棒料扒除氧化皮扒皮过程采用水溶性润滑剂润滑，放弃现有采用石墨剂润滑，因此对环境无损害，满足国家环保要求。
3、退火热处理工艺路线，由于采用了在线拉拔一次性退火热处理使丝材经真空退火后理化性能满足使用要求，节省了多道工艺，显著降低了成本。
4、大单重实现下游生产效率提高，对连续化数控加工产生重大影响，性能均匀性好、稳定，性能变化率不足3％。
具体实施方式
下面对本发明的实施例进行详细说明。
为了制备大单重高性能的钛及钛合金光亮盘丝，本发明的加工制备方法包括以下步骤：
步骤1：原料准备，将单重大于150kg的钛及钛合金锭，用锻压机锻压成边长115mm～120mm矩形坯料，修磨残余缺陷，裂纹、沟条；
步骤2：热连轧，将坯料加热至700～900℃，使用棒线材连轧机将坯料轧至棒线材盘条；
步骤3：修磨，盘条扒皮后修磨，修磨残余缺陷，裂纹、沟条；
步骤4：对修磨后的盘条棒料采用多道次滚动模连续冷拉拉拔，即在线生产的每道次中，是将棒料在至少两对串联的轧辊间高速滚动轧制，最终形成2mm～5mm光亮钛丝；所述冷拉拉拔速度控制在2m/min～300m/min；
步骤5：在线热处理，即2mm～5mm光亮钛丝的拉拔过程中，每道次均是在线退火热处理，该处理环境控制为充满氩气保持正压，温度控制在600℃～850℃；
步骤6：所述步骤4与步骤5道次拉拔可重复多次；
进一步的改进在于，所述拉拔至少4个道次；
步骤7：检验入库，采用连续在线涡流探伤、超声探伤分别对光亮钛丝表面及内部进行检测，粗糙度Ra为0.4～1.2，检验合格后入库。
本实施例是经过大量研究和试验，对多模多道次冷拉技术进行了科学总结，找到了适合钛及钛合金丝的连续冷拉技术。该技术采用多模次多道次连续拉制。运用这种技术加工效率、成材率、节能郊果都得到大幅度提升，满足国家环保要求，实现了生产大单重光亮型钛及钛合金丝的需求。在钛及钛合金性能检测技术方法方面，研发了宏观检验法、显微镜法、激光测径仪等多种办法解决对钛合金丝材物理、化学性能进行检测，使产品质量得到有效控制。
本发明采用大单重盘圆坯料、连续冷拉、热处理退火、连续调直等技术，解决大单重高精度钛合金丝材制造难题。摈弃原热拉制和酸碱洗加工丝材表面的工艺，降低了能耗，消除了丝材加工过程中对环境的影响。
因此，通过本发明改变了过去传统丝材生产模式，减少了生产道次，减少了能源消耗。使标准件、紧固件专用大单重高精度光亮型钛及钛合金丝生产效率和成品率大幅提高，无形损失降低。同时通过加强生产过程控制使产品质量、稳定性和一致性得以提高，满足更多客户需求。