一种钛及钛合金小规格棒材连续轧制加工方法与流程

本发明属于钛及钛合金加工技术领域，涉及一种钛及钛合金小规格棒材连续轧制加工方法。

背景技术：
钛及钛合金由于比强度高、耐蚀性好、生物相容性优良等性能，广泛在航空航天、医疗、民用(眼镜架、手机等)等领域应用，尤其小规格棒材需求量也越来越多，很多后续需要进行拉拔工序的都对单重提出要求(≥60kg)，以提高拉拔的生产效率。目前，小规格太合金棒材坯料生产仍然采用传统的横列式轧制方法进行加工：坯料(方坯100～130mm)-打磨-火次轧制(Φ50mm～Φ60)-打磨-二火次轧制(Φ8mm～Φ22mm)。首先传统方法加工工序多，需要两火次加工，效率低下；其次每个工序之间要保证坯料表面无氧化皮、裂纹等缺陷，需要进行打磨，物料浪费，造成成品率低；另外一火次轧制到二火次轧制物料要定尺下断，单重最大15kg，不能满足单重要求；还有横列式轧制每道次之间是人工喂料，受到人工操作影响棒材金相组织不够均匀，外观质量也不稳定。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种钛及钛合金小规格棒材连续轧制加工方法，解决了现有小规格棒材加工方法中存在的轧制火次多、效率低、单重小、组织不均匀的问题。本发明所采用的技术方案是，一种钛及钛合金小规格棒材连续轧制加工方法，具体包括以下步骤：步骤1，对钛及钛合金表面进行预处理并加热保温；步骤2，将步骤1预处理后的钛及钛合金锻坯放入粗轧机组进行粗轧，经过9道次加工，得到端面边长为40mm～50mm的方料；步骤3，将步骤2所得的端面边长为40mm～50mm的方料送入中精轧机机组进行中精轧，经过6～16道次加工，得到直径为Φ7.5mm～Φ24mm的小规格棒材。本发明的特点还在于，其中步骤1的预处理过程为：将钛及钛合金锻造至尺寸为100～130×1000～1300mm方坯，将坯料表面打磨干净，装入加热炉中加热至800℃～1050℃，并保温80min～100min。其中步骤1中针对α型钛合金：在加热炉中加热至800～880℃，保温时间80～100min；针对α+β型钛合金，在加热炉中加热至930～980℃，保温时间80～100min；针对β型钛合金，在加热炉中加热至950～1050℃，保温时间80～100min。其中步骤2中的粗轧机组是将450三辊可逆粗轧机组孔型进行调整后的机组，轧制速度为2m/s～3m/s。其中步骤2中9道次加工的孔型变化顺序依次为：坯料→椭圆孔型→椭圆孔型→方孔型→方孔型→椭圆孔型→椭圆孔型→方孔型→椭圆孔型→方孔型。其中步骤3中的精轧机机组是将300中轧机组和250精轧机组孔型进行调整后的机组。其中步骤3的各道次的孔型变化顺序依次为：边长为40mm～50mm的方料→椭圆孔型→圆孔型→椭圆孔型→圆孔型→椭圆孔型→圆孔型→椭圆孔型→圆孔型→椭圆孔型→圆孔型→椭圆孔型→圆孔型→椭圆孔型→圆孔型→椭圆孔型→圆孔型。其中步骤3的具体加工过程如下：经过六道次加工，得到直径为Φ20mm～Φ24mm的棒料；经过八道次加工，得到直径为Φ17mm～Φ20mm的棒料；经过十道次加工，得到直径为Φ14mm～Φ17mm的棒料；经过十二道次加工，得到直径为Φ10.5mm～Φ14mm得到棒料；当经过十四道次加工，得到直径为Φ8.5mm～Φ10.5mm得到棒料；当经过十六道次加工，得到直径为Φ7.5mm～Φ8.5mm得到棒料。步骤3中第1道次至第6道次轧制速度为0.2～0.9米/秒，第7道次至第12道次轧制速度为0.95～3米/秒，第13道次至第16道次轧制速度为3～6米/秒。本发明的有益效果是，本发明提供的棒材连续轧制技术方法，一火次完成轧制，加工过程减少一个工序，效率提高2～3倍；减少一次打磨工序，成品率提高5％左右；直接从端面尺寸为100～130mm方料进料，轧制过程不需要下断，单重可达到60kg以上，较传统横列式轧机提高近3倍；轧机全线电气控制表面尺寸公差可控制在±0.2mm，且组织完全破碎细化，均匀性良好。附图说明图1是本发明一种钛及钛合金小规格棒材连续轧制加工方法实施例1中的TC4合金Φ7.5mm轧条金相组织图；图2是本发明一种钛及钛合金小规格棒材连续轧制加工方法实施例2中的TA2纯钛Φ24mm轧条金相组织图；图3是本发明一种钛及钛合金小规格棒材连续轧制加工方法实施例3中的T422合金Φ9.5mm轧条金相组织图；图4是本发明一种钛及钛合金小规格棒材连续轧制加工方法实施例4中的TC4合金Φ13.5mm轧条金相组织图；图5是本发明一种钛及钛合金小规格棒材连续轧制加工方法实施例5中的TA2纯钛Φ15.5mm轧条金相组织图；图6是本发明一种钛及钛合金小规格棒材连续轧制加工方法实施例6中的T422合金Φ18.5mm轧条金相组织图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本发明一种钛及钛合金小规格棒材连续轧制加工方法，具体包括以下步骤：步骤1，对钛及钛合金表面进行预处理，预处理的过程如下：将钛及钛合金锻造至尺寸为100～130(端面边长)×1000～1300mm(坯料长度)方坯，将坯料表面打磨干净，装入加热炉中加热至800℃～1050℃，并保温80～100min；其中α型钛合金(如TA1、TA2)加热温度为800～880℃，保温时间80～100min；α+β型钛合金(如TC4、TC4ELI、TC20)，加热温度为930～980℃，保温时间80～100min；β型钛合金(如T422)加热温度950～1050℃，保温时间80～100min；步骤2，将步骤1预处理后的钛及钛合金锻坯放入粗轧机组进行粗轧，此粗轧机组是将450三辊可逆粗轧机组孔型进行调整后的机组，经过九道次加工变形，得到端面边长为40mm～50mm的方料，轧制速度为2～3米/秒；其中九道次工序的孔型变化依次为：坯料→椭圆孔型→椭圆孔型→方孔型→方孔型→椭圆孔型→椭圆孔型→方孔型→椭圆孔型→方孔型；步骤3，将步骤2所得的端面边长为40mm～50mm的方料送入中精轧机机组进行中精轧，此中精轧机组是将300中轧机组和250精轧机组孔型进行调整后的机组，经过6～16道次加工变形，得到直径为Φ7.5mm～Φ24mm的小规格棒料，具体过程如下：当经过六道次加工时，得到直径为Φ20mm～Φ24mm的棒料；当经过八道次加工时，得到直径为Φ17mm～Φ20mm(这里不包括Φ20mm)的棒料；当经过十道次加工时，得到直径为Φ14mm～Φ17mm(这里不包括Φ17mm)的棒料；当经过十二道次加工时，得到直径为Φ10.5mm～Φ14mm(这里不包括Φ14mm)得到棒料；当经过十四道次加工时，得到直径为Φ8.5mm～Φ10.5mm(这里不包括Φ10.5mm)得到棒料；当经过十六道次加工时，得到直径为Φ7.5mm～Φ8.5mm(这里不包括Φ8.5mm)得到棒料；步骤3中第1道次至第6道次轧制速度为0.2～0.9米/秒，第7道次至第12道次轧制速度为0.95～3米/秒，第13道次至第16道次轧制速度为3～6米/秒。实施例1步骤1，将TC4合金锻造至尺寸为120mm(端面边长)×1200mm(料长)坯料，表面打磨干净后，装入箱式电阻炉加热炉随炉升温至930℃后保温90min。步骤2：将步骤1处理的TC4合金锻坯放入粗轧机组进行粗轧，经过九道次加工变形，轧制速度为2.5米/秒，孔型变化为：方孔型100mm→椭圆孔型121mm→椭圆孔型119mm→方孔型(此处为长方形)76mm×106mm→方孔型(此处为长方形)78mm×88mm→椭圆孔型(长轴)83mm→椭圆孔型(长轴)110mm→方孔型60mm→椭圆孔型(长轴)79mm→方孔型45±5mm。步骤3：将步骤2得到的端面边长为45mm的方坯料送入中精轧机机组进行中精轧，经过十六道次加工变形得到Φ7.5mm的小规格棒料，孔型变化为：方孔型45mm→椭圆孔型(长轴)60mm→圆孔型40.2mm→椭圆孔型51.8mm→圆孔型33mm→椭圆孔型(长轴)41mm→圆孔型22mm→椭圆孔型33mm→圆孔型18.5mm→椭圆孔型27mm→圆孔型14.5mm→椭圆孔型22.5mm→圆孔型11.5mm→椭圆孔型17mm→圆孔型9.5mm→椭圆孔型13.8mm→Φ8.0±0.5mm棒料，轧制速度为：45mm的方坯→0.2m/s→0.3m/s→0.4m/s→0.55m/s→0.81m/s→0.90m/s→0.95m/s→1.11m/s→1.42m/s→1.81m/s→2.26m/s→2.84m/s→3m/s→3.5m/s→5m/s→6m/s。经测试，实施例1加工得到的TC4钛合金Φ7.5mm轧条成品率为96％，表面无明显宏观缺陷，尺寸控制在7.48～7.65mm之间，内部金相组织如图1所示，为细小弥散两相组织，头尾组织性能均匀一致，单卷盘重75kg。实施例2步骤1，将TA2纯钛锻造至端面尺寸为100mm(端面边长)×1300mm(料长)方坯料，表面打磨干净后，装入箱式电阻炉加热炉随炉升温至800℃后保温80min。步骤2：将步骤1处理的TA2纯钛锻坯放入粗轧机组进行粗轧，轧制速度为2米/秒，经过九道次加工变形，得到端面边长为40mm的方料，孔型变化为：方孔型120mm→椭圆孔型121mm→椭圆孔型119mm→方孔型(此处为长方形)76mm×106mm→方孔型(此处为长方形)78mm×88mm→椭圆孔型83mm→椭圆孔型110mm→方孔型60mm→椭圆孔型79mm→方孔型45±5mm。步骤3：将步骤2所得的端面边长为40mm的方料送入中精轧机机组进行中精轧，经过六道次加工变形得到直径为Φ24mm棒料，孔型变化为方孔型45mm→椭圆孔型60mm→圆孔型40.2mm→椭圆孔型51.8mm→圆孔型33mm→椭圆孔型41mm→圆孔型22±2mm，轧制速度为：端面边长为40mm的方料→0.2m/s→0.3m/s→0.4m/s→0.55m/s→0.81m/s→0.90m/s。经测试，实施例2加工得到的TA2纯钛Φ24mm轧棒成品率为98％，表面无明显宏观缺陷，尺寸控制在23.90～24.15mm之间，内部金相组织如图2所示，为细小等轴单相组织，头尾组织性能均匀一致。实施例3步骤1，将T422钛合金锻造至尺寸为100mm(端面边长)×1300mm(料长)方坯，表面打磨干净后，装入箱式电阻炉加热炉随炉升温至1050℃后保温100min。步骤2：将步骤1处理的TC4合金锻坯放入粗轧机组进行粗轧，轧制速度为3米/秒，经过九道次加工变形，得到端面边长为50mm的方坯，孔型变化为：方孔型130mm→椭圆孔型121mm→椭圆孔型119mm→方孔型(此处为长方形)76mm×106mm→方孔型(此处为长方形)78mm×88mm→椭圆孔型83mm→椭圆孔型110mm→方孔型60mm→椭圆孔型79mm→方孔型45±5mm。步骤3：将步骤2所得的端面边长为50mm的方坯送入中精轧机机组进行中精轧，经过十四道次加工变形得到直径为Φ9.5mm的棒材，孔型变化为：圆孔型45mm→椭圆孔型(长轴)60mm→圆孔型Φ40.2mm→椭圆孔型51.8mm→圆孔型Φ33mm→椭圆孔型41mm→圆孔型Φ22mm→椭圆孔型33mm→圆孔型Φ18.5mm→椭圆孔型27mm→圆孔型Φ14.5mm→椭圆孔型22.5mm→圆孔型Φ11.5mm→椭圆孔型17mm→圆孔型Φ9.5±1.0mm，轧制速度为：端面边长为50mm的方坯→0.2m/s→0.3m/s→0.4m/s→0.55m/s→0.81m/s→0.90m/s→0.95m/s→1.11m/s→1.42m/s→1.81m/s→2.26m/s→2.84m/s→3.5m/s→5m/s。经测试，实施例3加工得到的T422钛合金Φ9.5mm轧棒成品率为96.5％，表面无明显宏观缺陷，尺寸控制在9.35～9.55mm之间，内部金相组织如图3所示，为细小等轴单相组织，头尾组织性能均匀一致，单卷盘重60kg。实施例4步骤1，将TC4合金锻造至尺寸为端面尺寸为100mm(端面边长)×1200mm(端面边长)方坯料，表面打磨干净后，装入箱式电阻炉加热炉随炉升温至980℃后保温90min。步骤2：将步骤1处理的TC4合金锻坯放入粗轧机组进行粗轧，经过九道次加工变形，轧制速度为2.5米/秒，孔型变化为坯料→椭圆孔型(长轴)121mm→椭圆孔型(长轴)119mm→方孔型(此处为长方形)76mm×106mm→方孔型(此处为长方形)78mm×88mm→椭圆孔型(长轴)115mm→椭圆孔型(长轴)110mm→方孔型60mm→椭圆孔型(长轴)79mm→方孔型45±5mm。步骤3：将步骤2得到的端面边长为45mm的方坯料送入中精轧机机组进行中精轧，经过12道次加工变形得到Φ13.5mm的小规格棒料，孔型变化为：方孔型45mm→椭圆孔型(长轴)60mm→圆孔型40.2mm→椭圆孔型51.8mm→圆孔型33mm→椭圆孔型(长轴)41mm→圆孔型22mm→椭圆孔型33mm→圆孔型18.5mm→椭圆孔型27mm→圆孔型14.5mm→椭圆孔型22.5mm→圆孔型11.5±2.0mm棒料，轧制速度为：45mm的方坯→0.2m/s→0.3m/s→0.4m/s→0.55m/s→0.81m/s→0.90m/s→0.95m/s→1.11m/s→1.42m/s→1.81m/s→2.26m/s→3m/s。经测试，实施例4加工得到的TC4钛合金Φ13.5mm轧条成品率为97％，表面无明显宏观缺陷，尺寸控制在13.35～13.65mm之间，内部金相组织如图4所示，为细小弥散两相组织，头尾组织性能均匀一致，单卷盘重70kg。实施例5步骤1，将TA2纯钛锻造至端面尺寸为100mm(端面边长)×1300mm(料长)方坯料，表面打磨干净后，装入箱式电阻炉加热炉随炉升温至880℃后保温80min。步骤2：将步骤1处理的TA2纯钛锻坯放入粗轧机组进行粗轧，轧制速度为2米/秒，经过九道次加工变形，得到端面边长为40mm的方料，孔型变化为：坯料→椭圆孔型(长轴)121→椭圆孔型(长轴)119→方孔型(此处为长方形)76×106→方孔型(此处为长方形)78×88→椭圆孔型(长轴)115→椭圆孔型(长轴)110→方孔型60→椭圆孔型(长轴)79→方孔型45±5mm。步骤3：将步骤2所得的端面边长为40mm的方料送入中精轧机机组进行中精轧，经过十道次加工变形得到直径为Φ15.5mm棒料，孔型变化为方孔型45mm→椭圆孔型60mm→圆孔型40.2mm→椭圆孔型51.8mm→圆孔型33mm→椭圆孔型41mm→圆孔型22mm→椭圆孔型33mm→圆孔型Φ18.5mm→椭圆孔型27mm→圆孔型Φ14.5±2.5mm，轧制速度为：端面边长为40mm的方料→0.2m/s→0.3m/s→0.4m/s→0.55m/s→0.81m/s→0.90m/s→0.95m/s→1.11m/s→1.42m/s→1.81m/s。经测试，实施例5加工得到的TA2纯钛Φ15.5mm轧棒成品率为97.8％，表面无明显宏观缺陷，尺寸控制在15.28～15.52mm之间，内部金相组织如图5所示，为细小等轴单相组织，头尾组织性能均匀一致。实施例6步骤1，将T422钛合金锻造至端面尺寸为100mm(端面边长)×1300mm(料长)方坯料，表面打磨干净后，装入箱式电阻炉加热炉随炉升温至950℃后保温100min。步骤2：将步骤1处理的TC4合金锻坯放入粗轧机组进行粗轧，轧制速度为3米/秒，经过九道次加工变形，得到端面边长为50mm的方坯，孔型变化为：坯料→椭圆孔型(长轴)121mm→椭圆孔型(长轴)119mm→方孔型(此处为长方形)76mm×106mm→方孔型(此处为长方形)78mm×88mm→椭圆孔型(长轴)115mm→椭圆孔型(长轴)110mm→方孔型60mm→椭圆孔型(长轴)79mm→方孔型45±5mm。步骤3：将步骤2所得的端面边长为50mm的方坯送入中精轧机机组进行中精轧，经过八道次加工变形得到直径为Φ18.5mm的棒材，孔型变化为：圆孔型45mm→椭圆孔型(长轴)60mm→圆孔型Φ40.2mm→椭圆孔型51.8mm→圆孔型Φ33mm→椭圆孔型41mm→圆孔型Φ22mm→椭圆孔型33mm→圆孔型Φ18.5±2mm，轧制速度为：端面边长为50mm的方坯→0.2m/s→0.3m/s→0.4m/s→0.55m/s→0.81m/s→0.90m/s→0.95m/s→1.11m/s。经测试，实施例6加工得到的T422钛合金Φ18.5mm轧棒成品率为98.5％，表面无明显宏观缺陷，尺寸控制在18.35～18.55mm之间，内部金相组织如图6所示，为细小等轴单相组织，头尾组织性能均匀一致。本发明一种钛及钛合金小规格棒材连续轧制加工方法的特点为：通过采用连续轧制的方式，一火次完成从锻坯到轧条的加工，增加了材料的一火次加工变形量，更有利于材料组织充分破碎，细化了晶粒，同时避免了两火次轧制，提高了生产效率，成品率及材料质量稳定性，还增加了盘卷料的单重。本发明所采用的连续轧制方法在经过粗轧机组九道次加工后，经过大变形量会产生一定变形热，材料温度能够保持在720～850℃，且加工组织已经得到一定破碎，材料变形抗力低，具备直接进入中精轧机组的条件，完成中精轧，加工过程中充分发挥变形热的作用，大变形量使组织破碎完全，最终得到组织性能一致性好，外观尺寸精度高的钛及钛合金轧条。