一种Ti60合金薄板的制备方法
【专利摘要】一种Ti60合金薄板的制备方法，所述Ti60合金薄板的制备方法包括备料、热轧、叠轧包制作、包覆叠轧、退火、表面砂光、酸洗、成品定尺剪后获取Ti60合金薄板；本发明制备出大规格的Ti60合金薄板宽度≥800mm、厚度为1.0～3.0mm，其室温强度可达1100MPa以上，在600℃高温条件下抗拉强度可达700MPa以上；本发明性能优越、工艺路线新颖、制备成本低、工作效率高、还可制备出大规格材料并实现大批量生产。
【专利说明】一种Ti60合金薄板的制备方法
[0001]【【技术领域】】
本发明涉及一种合金薄板的制备方法，尤其是涉及一种Ti60合金薄板的制备方法。
[0002]【【背景技术】】
公知的，近年来，随着科学技术快速发展，先进飞行器对机动性及飞行速度提出了更高的指标，这就要求发动机推重比要进一步提高，高推重比航空发动机对钛合金的使用温度要求已达60(TC，而常规钛合金不能满足这一要求，例如TC4服役温度≤400℃，TA15服役温度< 500°C ;因此，世界各国相续开展了高温钛合金的研制，并获得了成功，例如:英国的頂1834、美国的TillOO、俄罗斯的BT36和中国的Ti60、Ti600钛合金等，新型轻质耐高温钛合金结构材料的开发，大大促进了航空、航天等尖端科技产业的发展。
[0003]Τ?60合金是一种近α型高温钛合金，具有密度低、比强度高、热稳定性好等优点，在600°C高温条件下抗拉强度可达650MPa以上，高温强度、高温持久及蠕变性能优越，服役温度可达600°C，能够部分替代镍基高温合金等高密度结构材料，由于部分替代镍基高温合金等高密度结构材料，飞行器重量可以减重近40%，大大降低了飞行器重量，且提高了发动机的推重比和效率，是先进飞行器发动机重要部件及导弹壳体理想材料，但是，Τi60钛合金属于高合金含量、多元复杂钛合金，具有强度高、工艺塑性差特性，加工制备1.0~3.0mm厚薄板困难，尤其对于制备宽度> 800mm大规格薄板更为困难。
[0004]【
【发明内容】
】
为了克服【背景技术】中的不足，本发明公开了一种Ti60合金薄板的制备方法，所述的Τi60合金薄板的制备方法制备出的大规格Ti60合金薄板宽度> 800mm、厚度为1.0~3.0mm，其室温强度可达IlOOMPa以上，在600°C高温条件下抗拉强度可达700MPa以上；本发明性能优越、工艺路线新颖、制备成本低、工作效率高、还可制备出大规格材料并实现大
批量生产。
[0005]为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案:
一种Ti60合金薄板的制备方法，所述方法具体操作步骤如下:
第一步、备料:先备好Ti60板坯，8~20mm厚的Q345钢板、直径为10~30mm的Q345钢条和高温隔离剂待用；
接上一步骤，第二步、热轧:采用3~4个火次将Ti60板坯轧至厚度为4~6mm，为包覆叠轧提供半成品板材坯料；
接上一步骤，第三步、叠轧包制作:根据薄板的成品规格，对Ti60薄板及Q345钢板进行分切，分切长宽精度均为(0，+5)mm，对角线偏差≤5mm，然后在Ti60板及Q345钢板表面均匀涂覆高温隔离剂，使用Q345钢板作为覆板，覆板之间夹2~6张4~6mm厚Ti60芯板，然后用Q345钢条对叠轧包四边进行焊封；
接上一步骤，第四步、包覆叠轧:坯料装炉温度及保温温度均为900~1050°C，保温时间以1.2±0.lmin/mm计算，道次变形率在8~25%，控制终轧温度≥600°C，然后根据Ti60成品厚度规格不同，芯板/覆板变形系数为0.85~0.98，由变形系数、覆板厚度、Τ?60芯板总厚度确定包覆叠轧目标厚度，同时应为Ti60成品薄板预留0.05~0.20mm砂光厚度余量;
接上一步骤，第五步、退火:采用大气气氛进行退火，退火板材摆放整齐后，上方压制30~IOOmm普碳钢板起压矫形作用，退火板材装炉温度≤650°C,在装炉温度下预热I~3小时后，升温至750~900°C退火温度进行保温，保温时间为I~5小时，依退火板材总厚度计算;
接上一步骤，第六步、表面砂光:在张力作用下，采用砂光方法去除Ti60薄板表面氧化层，首先使用80~180#砂带进行粗砂光，然后采用180~320#砂带进行精砂光，最终使用320#以上粒度磨料进行精抛光；
接上一步骤，第七步、酸洗:酸洗液由氢氟酸、硝酸及水组成，氢氟酸(HF)质量浓度为
2.0~5.0%，硝酸(HNO3)质量浓度为10.0~35.0%，两者之间的比例为HF =HNO3=I: (3~10)；
接上一步骤，第八步、成品定尺剪:将宽度及长度毛边切除，得到成品规格Ti60薄板。
[0006]所述的Ti60合金薄板的制备方法，在第二步热轧步骤中，其中一火轧制的装炉温度为700~1000°C，在装炉温度下预热I~3h后，将炉温升至1000~1120°C进行保温，保温时间以1.6±0.2min/mm计算，一火道次变形率在5~26%之间，一火轧程变形率50~90%,经6~16道次轧至一火目标厚度15~40mm ;其中二火轧制还料修磨:两面全扒皮、抛光，将一火板材裂纹彻底清除干净，坯料表面修磨应均匀，修磨凹坑深度<坯料厚度15%，深宽比> 1:10，最终抛光使用千叶轮应> 80# ;其中二火轧制:二火换向轧制，装炉温度600~900°C，在装炉温度下预热0.5~Ih后，将炉温升至900~1080°C进行保温，保温时间以1.3±0.2min/mm计算，二火轧制道次变形率在3~22%之间，二火轧程变形率40~80%，经4~10道次轧至二火目标厚度8.0~12mm ;其中三火轧制还料修磨:喷砂、酸洗后，检查表面缺陷，并将缺陷清除干净，修磨凹坑深度<坯料厚度10%，深宽比> 1:10，最终抛光使用千叶轮应> 100# ;其中三火轧制:坯料装炉温度及保温温度均为900~1050°C，保温时间以1.2±0.lmin/mm计算，三火轧制道次变形率在2~20%之间，控制终轧温度> 600°C，经6~12道次轧至三火目标厚度4~6mm ;其中四火轧制:当需要时，进行四火轧制，具体工艺同三火轧制；其中包覆叠轧坯料修磨:Ti60三火板半成品经喷砂、酸洗后进行局部修磨，将表面缺陷清除干净，修磨凹坑深度<坯料厚度10%，深宽比氺1:10。
[0007]所述的Ti60合金薄板的制备方法，在步骤三叠轧包制作中，所述叠轧包四边的每个边预留三个30±5mm宽度排气孔，分别位于每边的中间及两端，组焊前需使用液压机压制，使叠轧包贴合紧密。
[0008]所述的Ti60合金薄板的制备方法，在步骤六表面砂光处理中，根据砂带及抛光磨料粒度不同，经砂光、抛光处理表面粗糙度可细至0.2~0.8 μ m。
[0009]所述的Ti60合金薄板的制备方法，在步骤七酸洗处理中，酸洗温度控制在40~55°C,酸洗速度3~10mm/min。
[0010]由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果:
①工艺路线新颖:首次采用包覆叠轧工艺直接生产1.0~3.0mm厚Ti60薄板，取代了传统用冷轧工艺生产钛合金薄板做法；
②制备成本低、效率高:采用叠轧取代多轧程冷轧直接生产Ti60薄板，可以省去2~4冷轧轧程及半成品退火工序，加工工序减少40%以上，并且每个叠轧包可生产2~6块Ti60成品薄板，此种制备工艺具有高效、低成本优点；
③可制备大尺寸材料:由于传统钛合金板米用温轧或冷轧工艺，轧制时Ti60板温度低、轧制变形抗力大，难以实现宽幅大规格薄板制备，本发明包覆叠轧时，Τ?60芯板包于Q345覆板之内，有利于减少轧制过程中散热，保证轧制过程中Ti60芯板温度> 6000C，从而可以降低轧制变形抗力，实现宽度> 800_宽幅大规格板材制备；
④设备简单:采用冷轧或温轧方法制备大规格Ti60薄板需要具备大轧制力能力、设备昂贵的冷轧机，而本发明采用的技术在传统热轧机上即可实现制备；
⑤批量生产:本方法可在传统的热轧机上实现批量生产。
[0011]【【具体实施方式】】
通过下面的实施例可以更 详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进，本发明并不局限于下面的实施例:
本发明所述的Ti60合金薄板的制备方法,第一步、备料:先备好1160板还,8~20mm厚的Q345钢板、直径为10~30mm的Q345钢条和高温隔离剂待用；第二步、热轧:采用3~4个火次将Ti60板坯轧至厚度为4~6mm，为包覆叠轧提供半成品板材坯料；在第二步热轧步骤中，其中一火轧制的装炉温度为700~1000°C，在装炉温度下预热I~3h后，将炉温升至1000~1120°C进行保温，保温时间以1.6±0.2min/mm计算，一火道次变形率在5~26%之间，一火轧程变形率50~90%，经6~16道次轧至一火目标厚度15~40mm ;其中二火轧制坯料修磨:两面全扒皮、抛光，将一火板材裂纹彻底清除干净，坯料表面修磨应均匀，修磨凹坑深度<坯料厚度15%，深宽比氺1:10，最终抛光使用千叶轮应> 80# ;其中二火轧制:二火换向轧制，装炉温度600~900°C，在装炉温度下预热0.5~Ih后，将炉温升至900~1080°C进行保温，保温时间以1.3±0.2min/mm计算，二火轧制道次变形率在3~22%之间，二火轧程变形率40~80%，经4~10道次轧至二火目标厚度8.0~12mm ;其中三火轧制坯料修磨:喷砂、酸洗后，检查表面缺陷，并将缺陷清除干净，修磨凹坑深度<坯料厚度10%，深宽比> 1:10，最终抛光使用千叶轮应> 100# ;其中三火轧制:坯料装炉温度及保温温度均为900~1050°C，保温时间以1.2±0.lmin/mm计算，三火轧制道次变形率在2~20%之间，控制终轧温度> 600°C，经6~12道次轧至三火目标厚度4~6mm ;其中四火轧制:当需要时，进行四火轧制，具体工艺同三火轧制；其中包覆叠轧坯料修磨:Ti60三火板半成品经喷砂、酸洗后进行局部修磨，将表面缺陷清除干净，修磨凹坑深度<坯料厚度10%，深宽比>1:10 ;第三步、叠轧包制作:根据薄板的成品规格，对Ti60薄板及Q345钢板进行分切，分切长宽精度均为(0，+5)mm，对角线偏差≤5mm，然后在Ti60板及Q345钢板表面均匀涂覆高温隔离剂，使用Q345钢板作为覆板，覆板之间夹2~6张4~6mm厚Ti60芯板，然后用Q345钢条对叠轧包四边进行焊封；在步骤三叠轧包制作中，所述叠轧包四边的每个边预留三个30±5mm宽度排气孔，分别位于每边的中间及两端，组焊前需使用液压机压制，使叠轧包贴合紧密；第四步、包覆叠轧:坯料装炉温度及保温温度均为900~1050°C，保温时间以
1.2±0.lmin/mm计算，道次变形率在8~25%，控制终轧温度≥600°C，然后根据Ti60成品厚度规格不同，芯板/覆板变形系数为0.85~0.98，由变形系数、覆板厚度、Ti60芯板总厚度确定包覆叠轧目标厚度，同时应为Ti60成品薄板预留0.05~0.20mm砂光厚度余量；第五步、退火:采用大气气氛进行退火，退火板材摆放整齐后，上方压制30~IOOmm普碳钢板起压矫形作用，退火板材装炉温度≤650 0C，在装炉温度下预热I~3小时后，升温至750~900°C退火温度进行保温，保温时间为I-5小时，依退火板材总厚度计算；第六步、表面砂光:在张力作用下，采用砂光方法去除Ti60薄板表面氧化层，首先使用80-180#砂带进行粗砂光，然后采用180-320#砂带进行精砂光，最终使用320#以上粒度磨料进行精抛光，根据砂带及抛光磨料粒度不同，经砂光、抛光处理表面粗糙度可细至0.2-0.8 μ m ;第七步、酸洗:酸洗液由氢氟酸、硝酸及水组成，氢氟酸(HF)质量浓度为2.0-5.0%，硝酸(HNO3)质量浓度为10.0-35.0%，两者之间的比例为HF =HNO3=1: (3-10);酸洗温度控制在40-55°C，酸洗速度3-10mm/min。第八步、成品定尺剪:将宽度及长度毛边切除，得到成品规格Ti60薄板；本发明通过适当的调整Ti60合金的工艺方法，可制备出宽度<800mm的Ti60合金薄板；
实施例1:
第一步、备料:先备好Ti60板坯，15mm厚的Q345钢板、直径为IOmm的Q345钢条和高温隔离剂待用；
第二步、热轧:采用3个火次将Ti60板坯轧至厚度为5mm，为包覆叠轧提供半成品板材坯料；在第二步热轧步骤中，其中一火轧制的装炉温度为800°C，在装炉温度下预热1.5h后，将炉温升至1100°C进行保温，保温时间以1.5min/mm计算，经13道次轧至20mm，各道次变形率依次为 8.3%、9.1%、1 5.0%、16.8%、16.3%、15.2%、14.0%、13.9%、12.4%、12.3%、11.5%、
11.1%、11.1%，其中一火轧程变形率83.3% ;对一火后Ti60板进行双面扒皮、抛光修磨处理；其中二火换向轧制，装炉温度800°C，在装炉温度下预热0.5h后，将炉温升至980°C进行保温，保温时间以1.2min/mm计算，经4道次轧至10mm，各道次变形率依次为18.0%、16.0%、16.0%、13.8%，二火轧程变形率50% ;对二火后Ti60板材进行喷砂、酸洗及局部修磨抛光处理，将表面缺陷清除干净；其中三火轧制的装炉温度为980°C，温度稳定后在980°C后进行保温，保温时间以1.2min/mm计算，经8道次轧至5mm，各道次变形率依次为16.0%、14.3%、9.7%、6.5%、6.2%、5.3%、4.6%、3.9%，三火轧程变形率50%,三火终轧温度720 °C ;对三火后Τ?60板材进行喷砂、酸洗及局部修磨抛光处理，将表面缺陷清除干净；
第三步、叠轧包制作:Q 3 4 5钢板定尺规格为
'20:! I X 940J* K 1080；*5mm，Τ.芯板定尺规格为
6*?'| X S60?5 X 1000? sHiir.，Q345 钢板及 Ti6O 芯板对角线
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偏差< 5mm，然后在Ti60及Q345板双面涂覆玻璃基高温隔离剂，使用Q345钢板作为覆板，覆板之间夹2张5mm厚Ti60芯板，然后用Q345钢条对叠轧包四边进行焊封，每个边预留3个30±5mm宽度排气孔，分别位于每边的中间及两端，组焊时需使用液压机压制，使叠轧包贴合紧密；
第四步、包覆叠轧:坯料装炉温度980°C，温度到温后进行加热保温，保温时间以1.2mm/min进行计算，叠轧包保温结束后经8道次轧至9.6mm目标厚度，各道次变形率依次为 17.5%、21.2%、18.5%、17.0%、16.5%、15.7%、12.9%、11.1%,叠轧终轧温度 760°C，叠轧后将覆板掀开，得到平均厚度为1.55mm的Ti60薄板；
第五步、退火:Ti60薄板退火时，使用30mm厚普碳钢板作为压板起矫正板形作用，退火装炉炉温600°C，装炉温度下预热I小时后，升至860°C退火温度进行保温，保温2.5小时后出炉；
第六步、表面砂光:叠轧后Ti60薄板首先使用80#、120#砂带进行粗砂光，然后使用180#,280#砂带进行精砂光，最后使用320#磨料进行精抛光，砂光去除厚度约0.05mm。经抛光后表面平均粗糙度为0.42 μ m ;
第七步、酸洗:酸洗液由2.0~2.5%质量浓度氢氟酸(HF)、15.0~16.0%质量浓度硝酸(HN03)及水混合而成,酸洗温度控制在40~55°C,酸洗速度6mm/min ；
第八步、成品定尺剪:成品定尺后得到1.5X860X 2500mm大规格Ti60薄板，薄板室温拉伸及高温拉伸性能见表I所示。
[0012]实施例2:
【权利要求】
1.一种Ti60合金薄板的制备方法，其特征是:所述方法具体操作步骤如下: 第一步、备料:先备好Ti60板坯，8~20mm厚的Q345钢板、直径为10~30mm的Q345钢条和高温隔离剂待用； 接上一步骤，第二步、热轧:采用3~4个火次将Ti60板坯轧至厚度为4~6mm，为包覆叠轧提供半成品板材坯料； 接上一步骤，第三步、叠轧包制作:根据薄板的成品规格，对Ti60薄板及Q345钢板进行分切，分切长宽精度均为(0，+5)mm，对角线偏差5mm，然后在Ti60板及Q345钢板表面均匀涂覆高温隔离剂，使用Q345钢板作为覆板，覆板之间夹2~6张4~6mm厚Ti60芯板，然后用Q345钢条对叠轧包四边进行焊封； 接上一步骤，第四步、包覆叠轧:坯料装炉温度及保温温度均为900~1050°C，保温时间以1.2±0.lmin/mm计算，道次变形率在8~25%，控制终轧温度600°C，然后根据Ti60成品厚度规格不同，芯板/覆板变形系数为0.85~0.98，由变形系数、覆板厚度、Τ?60芯板总厚度确定包覆叠轧目标厚度，同时应为Ti60成品薄板预留0.05~0.20mm砂光厚度余量; 接上一步骤，第五步、退火:采用大气气氛进行退火，退火板材摆放整齐后，上方压制30~IOOmm普碳钢板起压矫形作用，退火板材装炉温度650°C,在装炉温度下预热I~3小时后，升温至750~900°C退火温度进行保温，保温时间为I~5小时，依退火板材总厚度计算; 接上一步骤，第六步、表面砂光:在张力作用下，采用砂光方法去除Ti60薄板表面氧化层，首先使用80~180#砂带进行粗砂光，然后采用180~320#砂带进行精砂光，最终使用320#以上粒度磨料进行精抛光； 接上一步骤，第七步、酸洗:酸洗液由氢氟酸、硝酸及水组成，氢氟酸(HF)质量浓度为2.0~5.0%，硝酸(HNO3)质量浓度为10.0~35.0%，两者之间的比例为HF =HNO3=I: (3~10)； 接上一步骤，第八步、成品定尺剪:将宽度及长度毛边切除，得到成品规格Ti60薄板。
2.根据权利要求1所述的Ti60合金薄板的制备方法，其特征是:在第二步热轧步骤中，其中一火轧制的装炉温度为700~1000°C，在装炉温度下预热I~3h后，将炉温升至1000~1120°C进行保温，保温时间以1.6±0.2min/mm计算，一火道次变形率在5~26%之间，一火轧程变形率50~90%，经6~16道次轧至一火目标厚度15~40mm ;其中二火轧制坯料修磨:两面全扒皮、抛光，将一火板材裂纹彻底清除干净，坯料表面修磨应均匀，修磨凹坑深度<坯料厚度15%，深宽比氺1:10，最终抛光使用千叶轮应> 80# ;其中二火轧制:二火换向轧制，装炉温度600~900°C，在装炉温度下预热0.5~Ih后，将炉温升至900~1080°C进行保温，保温时间以1.3±0.2min/mm计算，二火轧制道次变形率在3~22%之间，二火轧程变形率40~80%，经4~10道次轧至二火目标厚度8.0~12mm ;其中三火轧制坯料修磨:喷砂、酸洗后，检查表面缺陷，并将缺陷清除干净，修磨凹坑深度<坯料厚度10%，深宽比> 1:10，最终抛光使用千叶轮应> 100# ;其中三火轧制:坯料装炉温度及保温温度均为900~1050°C，保温时间以1.2±0.lmin/mm计算，三火轧制道次变形率在2~20%之间，控制终轧温度> 600°C，经6~12道次轧至三火目标厚度4~6mm ;其中四火轧制:当需要时，进行四火轧制，具体工艺同三火轧制；其中包覆叠轧坯料修磨:Ti60三火板半成品经喷砂、酸洗后进行局部修磨，将表面缺陷清除干净，修磨凹坑深度<坯料厚度10%，深宽比> 1:10。
3.根据权利要求1所述的Ti60合金薄板的制备方法，其特征是:在步骤三叠轧包制作中，所述叠轧包四边的每个边预留三个30±5mm宽度排气孔，分别位于每边的中间及两端，组焊前需使用液压机压制，使叠轧包贴合紧密。
4.根据权利要求1所述的Ti60合金薄板的制备方法，其特征是:在步骤六表面砂光处理中，根据砂带及抛光磨料粒度不同，经砂光、抛光处理表面粗糙度可细至0.2-0.8 μ m。
5.根据权利要求1所述的Ti60合金薄板的制备方法，其特征是:在步骤七酸洗处理中，酸洗温度控制在 40-55°C,酸洗速度3-10mm/min。
【文档编号】B21B37/74GK103447296SQ201310366220
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】李渤渤, 刘茵琪, 陈志强, 王非, 郭朋, 王树军 申请人:中国船舶重工集团公司第七二五研究所