本发明属于钛及钛合金板材热轧加工领域，具体涉及一种利用钛及钛合金热轧料头提高热轧板材得料率的方法。
背景技术：
钛及钛合金具有高强、质轻、耐高温、耐腐蚀、无磁等优良性能，因此被广泛应用于航空航天、舰船、兵器、化工等领域。单片热轧是钛及钛合金板材主要的生产方式，但生产过程中需要进行扒皮抛光、切边等，产生大量重量大而长宽尺寸小的料头，造成了原材料的严重浪费，通常从板坯至成品板得料率仅为55%～65%。
目前提高板材得料率的方法一般有两种：一、涂防氧化涂料减少打磨量。此种方法可以有效减少一火后扒皮量，但得料率提升有限，一般不足2%。二、卷式生产，避免切边料头损失。公开号为cn105018872a的专利中正是通过卷式热轧得到了6mm纯钛热卷，有效的提高了板材得料率。但此种方法局限性较大，对于大规格纯钛板及高强度钛合金板不易通过卷轧实现。
技术实现要素：
本发明的目的是针对上述钛及钛合金热轧加工中成品板材得料率偏低的问题，提供了一种利用钛及钛合金热轧料头提高热轧板材得料率的方法。本发明通过对料头拼焊处理，成功的将尺寸过小的料头喂入了轧机，并通过成品退火、表面处理等后工序，最终获得了板型及性能良好的成品板材，各项指标满足相关标准，有效的提高了板材得料率。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种利用钛及钛合金热轧料头提高热轧板材得料率的方法，使用板坯在单边热轧制作钛及钛合金板的过程中切边所得的料头，以提高从板坯至成品钛及钛合金板材的得料率，包括以下步骤：
步骤一、料头筛选：
根据成品板材尺寸对料头规格进行计算并筛选，料头满足如下要求：
h为料头厚度；w为料头宽度；l为料头长度；k为有效系数，k取值为0.68～0.95；
h为成品板材厚度；w为成品板材宽度；l为成品板材长度；
h1为成品板材最后一次轧制前的最小板材厚度；ε为成品变形率；
wdmin为轧机设计最小轧制宽度；ldmin为轧机设计最小轧制长度；
步骤二、对步骤一筛选得到的料头进行扒皮抛光或喷砂酸洗表面处理；
步骤三、料头拼焊：
（1）、选取塑性优于料头的钛板作为拼焊板，拼焊板规格尺寸满足如下要求：
（2）、以步骤二得到的料头与拼焊板的长×宽的面为底面，将料头与拼焊板放置于同一平台上，料头与拼焊板的宽×厚的面相对，且拼焊板沿宽度方向的两端不超出料头沿宽度方向的两端，然后将料头与拼焊板沿长度方向拼焊成一体；
步骤四、料头轧制：
定义w0=w+w1，w为成品板材宽度，w1为成品板宽度切边余量，取料头原始宽度w与w0进行对比，当w=w0，将步骤三得到的拼焊料头沿长度方向轧制至成品板材尺寸，然后去除拼焊板，当w<w0，对步骤三得到的拼焊料头进行两火次换向轧制，一火轧制以料头长度方向为轧制方向，使料头原始长度l伸展至l1=w0，然后去除拼焊板，对料头的焊接部位进行喷砂酸洗或打磨抛光以去除表面缺陷，二火轧制以料头伸展后的长度l1为成品板材宽度方向，以料头原始宽度w方向为成品板材长度方向，将料头沿料头原始宽度w方向轧制至成品板材尺寸；
步骤五、成品板材热处理：
采用辊道炉大气退火方式，控制退火温度t=tβ-δt，tβ为钛及钛合金的β转变温度，δt取值为20～250℃，保温时间t=h×c，h为成品板材厚度，c为保温时间系数，c取值为2.0～8.0min/mm，保温完成后将成品板材出炉进行空冷；
步骤六、对步骤五热处理后的成品板材进行表面处理和定尺分切，得到合格的成品钛及钛合金板材。
优选的，所述步骤三中的拼焊板采用纯钛ta1/ta2钛板。
优选的，所述步骤三中的拼焊的焊接方式采用手工氩弧焊加焊丝，利用双面对接焊接的方式，控制焊接参数如下：焊接电流150～180a，氩气保护气流5～15l/min，焊接坡口采用带钝边单边v型坡口，焊接坡口角度α取值为30º～60º，焊接坡口与底面距离c取值为2～4mm，拼焊板与料头间距b取值为3～5mm。
优选的，所述步骤四中成品板宽度切边余量w1取值为30～60mm。
优选的，所述步骤四中得到的热轧板整板不平度20mm/m。
优选的，所述步骤六中的表面处理的方法包括碱酸洗或喷砂酸洗以及打磨处理，去除上下表面氧化皮及缺陷。
优选的，所述步骤六中的定尺分切的方法为根据预设规格尺寸，选取成品板材板型和表面质量良好的部位进行成品定尺。
根据上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种利用钛及钛合金热轧料头提高热轧板材得料率的方法，根据轧机设备能力，首次利用拼焊的方式将料头尺寸进行扩大化处理，实现了尺寸不满足轧机轧制要求的料头的再次轧制加工，使板坯至成品板的得料率提高了5%～10%；拼焊采用常见的手工氩弧焊，操作简单，便于实现；拼焊板要求低、规格小，ta1/ta2边角料均可使用，易于获得；本发明使热轧产生的切边料头可通过换向轧制得到预设成品尺寸的板材，工艺适用性强，提高板坯得料率的同时，也提高了选择板坯投料时的可选择性；工艺方法适用范围广泛，可用于各种牌号钛及钛合金。
附图说明
图1为本发明的料头拼焊示意图。
图中标记：1、料头，2、拼焊板。
具体实施方式
实施例1：一种利用钛及钛合金热轧料头提高热轧板材得料率的方法，包括以下步骤：
步骤一、料头筛选：
选用ta2纯钛一火切割料头，规格尺寸：23×1055×550mm，以尺寸1055mm为料头宽度，尺寸550mm为料头长度，料头宽度大于轧机设计最小轧制宽度，料头长度比轧机设计最小轧制长度小200mm左右，通过重量计算预设轧制成品板尺寸6×1000×2000mm；
步骤二、料头表面处理：
采用扒皮抛光及修磨的方式去除上火次轧制后的表面残留氧化皮、压入等缺陷；
步骤三、料头拼焊：
（1）、选用ta1拼焊板，尺寸为20×1030×250mm，拼焊板表面抛光以确保轧制过程中不出现掉料而影响成品板材表面质量；
（2）、以料头与拼焊板的长×宽的面为底面，将料头与拼焊板放置于同一平台上，将拼焊板沿料头宽度方向居中摆放，保证拼焊板下表面与料头下表面平齐，以便于拼焊后料头顺利通过轧机的加热辊道，避免出现卡板情况；然后将料头与拼焊板沿长度方向拼焊成一体，为降低轧制过程中拼焊板脱落的概率，保证拼焊强度，采用手工氩弧焊加焊丝，利用双面对接焊接的方式，焊接电流150a，氩气保护气流6l/min，焊接坡口采用带钝边单边v型坡口，焊接坡口角度α取值为40º，焊接坡口与底面距离c取值为3mm，拼焊板与料头间距b取值为3mm；
步骤四、料头轧制：
料头宽度1055mm，比成品板宽度1000mm大55mm，料头宽度满足预留成品板切边余量的要求，将料头沿长度方向加热轧制至未定尺尺寸6×1055×2100mm，加热温度800℃±10℃，保温系数1.3mm/min±2min，轧辊温度50℃±5℃，道次压下量≤25%，火次变形量74%左右，然后去除拼焊板，通过对辊温、压下量等关键参数控制，保证热轧板整板不平度≤16mm/m，无翘头、边浪等不良情况；
步骤五、成品板材热处理：
采用辊道炉大气退火方式，控制退火温度650℃±10℃，保温时间45min±3min，具体参数根据料头的牌号而定，保温完成后将成品板材出炉进行空冷，成品板材退火后整板不平度≤12mm/m，对板型不良的板材进行冷矫形处理；
步骤六、对步骤五热处理后的成品板材进行喷砂酸洗及打磨去除表面氧化皮及缺陷，然后选取板型和表面质量良好的部位进行成品定尺，得到合格的成品钛板。
实施例2：一种利用钛及钛合金热轧料头提高热轧板材得料率的方法，包括以下步骤：
步骤一、料头筛选：
选用ta5钛合金一火切割料头，规格尺寸：28×800×605mm，以尺寸800mm为料头宽度，尺寸605mm为料头长度，料头宽度大于轧机设计最小轧制宽度，料头长度比轧机设计最小轧制长度小150mm左右，通过重量计算预设轧制成品板尺寸6×1000×2000mm；
步骤二、料头表面处理：
采用喷砂酸洗及修磨的方式去除上火次轧制后的表面残留氧化皮、压入等缺陷；
步骤三、料头拼焊：
（1）、选用ta2拼焊板，尺寸为20×800×200mm，拼焊板表面酸洗以确保轧制过程中不出现掉料而影响成品板材表面质量，
（2）、以料头与拼焊板的长×宽的面为底面，将料头与拼焊板放置于同一平台上，将拼焊板沿料头宽度对齐摆放，保证拼焊板下表面与料头下表面平齐，以便于拼焊后料头顺利通过轧机的加热辊道，避免出现卡板情况；然后将料头与拼焊板沿长度方向拼焊成一体，为降低轧制过程中拼焊板脱落的概率，保证拼焊强度，采用手工氩弧焊加焊丝，利用双面对接焊接的方式，焊接电流170a，氩气保护气流8l/min，焊接坡口采用带钝边单边v型坡口，焊接坡口角度α取值为60º，焊接坡口与底面距离c取值为4mm，拼焊板与料头间距b取值为5mm；
步骤四、料头轧制：
料头宽度800mm，比成品板宽度1000mm小，料头宽度不满足预留成品板切边余量的要求，对料头进行两火次换向轧制，一火轧制以料头原始长度605mm方向为轧制方向，将料头原始长度605mm展宽至1050mm左右，厚度轧至16±0.4mm，加热温度960℃±10℃，保温系数1.3mm/min±2min，轧辊温度50℃±5℃，道次压下量≤25%，火次变形量43%左右，然后去除拼焊板，对料头的焊接部位进行喷砂酸洗或打磨抛光以去除表面缺陷，接着进行二火轧制，二火轧制以料头原始宽度800mm方向为轧制方向，将料头轧制至未定尺尺寸6×1056×2050mm，火次变形量62%左右，其它工艺参数与一火轧制一致，通过对辊温、压下量等关键参数控制，保证热轧板整板不平度≤20mm/m，无翘头、边浪等不良情况；
步骤五、成品板材热处理：
采用辊道炉大气退火方式，控制退火温度620℃±10℃，保温时间40min±3min，具体参数根据料头的牌号而定，保温完成后将成品板材出炉进行空冷，成品板材退火后整板不平度≤6mm/m，对板型不良的板材进行热压矫形处理；
步骤六、对步骤五热处理后的成品板材进行喷砂酸洗及打磨去除表面氧化皮及缺陷，然后选取板型和表面质量良好的部位进行成品定尺，得到合格的成品钛合金板。
采用实施例1及实施例2的方法所制得的钛及钛合金板材的板材尺寸、板型及得料率提升见表1，板材性能见表2：
表1采用本发明获得板材尺寸及板型
得料率提升为料头制得成品板重m除以料头原属板坯总重m
表2采用本发明获得板材性能
由表1及表2可知，采用本发明实施例1、2的方法利用料头拼焊后轧制得到的钛及钛合金板材的成品板材规格尺寸、板型及性能均满足gb/t3621-2007标准要求，板材成品得料率分别提升5.5%与7.8%。