一种医用高性能TA3G纯钛板材及其制备方法与流程

本发明属于医用钛板制备方法
技术领域：
，具体涉及一种医用高性能ta3g纯钛板材及其制备方法。
背景技术：
：传统纯钛板材采用片式轧制，需要多个火次热轧和冷轧，中间火次的打磨及板边裁切损耗大，生产效率低，导致生产成本高，产能受限。钛，尤其钛合金，由于其变形塑性较差，难以实现超大变形量的热加工，对于纯钛板材来说，采用传统片式轧制加工方式，一般单火次热塑性量极限不超过85％，大大限制了高效获得板材，且传统片式生产的板材表面质量一般，多存在表面坑点、麻点现象，厚度公差大，对于医用高精度要求的ta3g纯钛板材，其后续精整加工的损耗大、效率低，成本高，不适合大批量化的工业生产。为解决以上难题，本发明引入了卷式轧制，采用超大变形卷式热轧及卷式冷轧加工制备高性能高表面质量高尺寸精度的医用ta3g纯钛板材。技术实现要素：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种医用高性能ta3g纯钛板材及其制备方法，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本发明实施例提供了一种医用高性能ta3g纯钛板材的制备方法，包括以下步骤：获取钛板坯。对所述钛板坯进行加热，得到加热钛板坯；其中，加热温度为850-900℃，加热持续时间220-240min。对所述加热钛板坯进行轧制，得到热轧卷，所述热轧卷的厚度范围为4-10mm，所述热轧卷的宽度为1220mm。对所述热轧卷进行开卷、在线退火、在线抛丸酸洗、收卷，得到酸洗热轧卷坯料。其中，在线退火的温度为700-750℃，退火时间为20-30min。对所述酸洗热轧卷坯料进行开卷、定尺裁切、地炉压校平、表面精整加工，获得热轧退火态的精抛板材成品。利用卷式冷轧机，对所述酸洗热轧卷坯料进行轧制，得到冷轧卷，所述冷轧卷的厚度范围为1-4mm，宽度为1220mm。对所述冷轧卷进行开卷、在线退火、在线抛丸酸洗、收卷，得到酸洗冷轧卷坯料；其中，在线退火的温度为700-750℃，退火时间为20-30min。对所述酸洗冷轧卷坯料进行开卷、定尺裁切、地炉压校平、表面精整加工，获得冷轧退火态的精抛板材成品。所述热轧退火态的精抛板材成品或所述冷轧退火态的精抛板材成品即为纯钛钛板。可选的，获取钛板坯包括：获取0级海绵钛；其中，所述0级海绵钛中，c≤0.03wt％，n≤0.01wt％。获取添加原料；所述添加原料包括：tio2和tife30在所述0级海绵钛中添加tio2，添加标准为氧在0级海绵钛中的重量百分率范围为(0.13-0.18)wt％。在所述0级海绵钛中添加tife30，添加标准为铁在0级海绵钛中的重量百分率范围为(0.15-0.20)wt％。得到混合原料。对所述混合原料进行两次真空自耗熔炼获得铸锭。将所述铸锭经锻造、机机加后获得钛板板坯。可选的，所述钛板板坯的厚度为200mm，宽度为1220mm，长度为7000mm。可选的，对所述热处理钛板进行轧制，得到热轧卷包括：通过卷式热轧机对所述热处理钛板进行第一次轧制，得到一次轧制件，所述一次轧制件的厚度为60-70mm，宽度为1220，长度为7000。通过卷式热轧机对所述一次轧制件进行第二次轧制，在所述第二次轧制的过程中，利用在线补温装置对所述卷式热轧机的入口侧进行补温；第二次轧制完成后，得到热轧卷。可选的，所述表面精整加工步骤为平磨、砂光、抛光。可选的，对地炉压校平后的酸洗冷轧卷坯料依次进行平磨、砂光、抛光包括以下步骤：预先将真空吸盘固定于平磨基准平台，并确保真空吸盘的上基准面保持水平，再将真空密封胶条按照接近板材长宽的尺寸，长方形一圈铺设在吸盘上基准面的田字格缝隙带里。将地炉压校平后的酸洗冷轧卷坯料，放置于真空吸盘的基准面上，保证全部覆盖密封胶条，四边保持等距离，启动真空吸盘工作抽空至最大吸附力，至地炉压校平后的酸洗冷轧卷坯料与基准面完全吸附紧实。启动平磨磨床工作，砂轮对地炉压校平后的酸洗冷轧卷坯料的表面进行平磨切削加工，磨削过程根据不同材质消耗速率，采取磨床砂轮进刀的自动补偿，保证地炉压校平后的酸洗冷轧卷坯料每个表面的每遍平磨磨削的实际磨削量一致，磨削量为0.3-0.4mm，单次磨削量0.04mm，磨削次数不超过10次，磨削速度1min/次，得到平磨后的冷轧卷坯料。预先将砂带机间隙调至所述纯钛钛板的厚度。依次按照(240目-320目)-(400目-600目)-(800目-1000目)-(1200目-2000目)的顺序进行砂光，对平磨后的冷轧卷坯料的每个表面采用同一砂带砂光两次，所述砂光标准为：表面光洁度达到ra≤0.3μm。一种医用高性能ta3g纯钛板材，由上述的医用高性能ta3g纯钛板材的制备方法制得，其中，所述医用高性能ta3g纯钛板材为热轧退火态的精抛板材成品或冷轧退火态的精抛板材成品。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、热轧环节：虽是借用传统不锈钢板材轧机进行卷带热轧，考虑钛的热塑性加工温度范围窄，为防止轧制减薄过程中因板材表面温降导致轧制撕裂问题，在热轧机进口侧增加了一个补温装置，温度参数设置与加热温度一致，在板材轧制减薄到原始板坯厚度1/3左右时，通过机械升降装置将补温装置定位在卷带平台，卷带来回轧制时通过补温装置进行补温，实现动态消除加工硬化，材料塑性提升，继续实现热塑性轧制变形，ta3g纯钛板材实际最大热轧塑性变形量可达98％，超大塑性加工变形能有效地细化板材晶粒尺寸，提高材料综合性能。200mm厚的板坯经过一个火次的热轧加工，即可获得4-10mm卷带，一火成型效率高，加工损耗极小，火损约0.5％，综合成材率较传统片式轧制提高了5％，大大降低加工成本。2、板材采用在线退火进行热处理，ta3g纯钛板材可获得头尾完全一致的晶粒度和力学性能，确保产品内在品质一致性，避免了传统堆垛式退火不能完全退火均匀的问题。3、经过热轧或冷轧后的退火态卷带，表面质量好，同卷带的厚度公差范围小，4-10mm热轧卷厚度公差可控制在0.2mm以内，1-4mm冷轧卷厚度公差可控制在0.1mm以内，较传统片式轧制方式的板材公差带提高1倍；这样小厚度公差带的卷带坯料通过开卷、定尺裁切下料、压校平和精整加工，即可获得高性能高表面质量的医用ta3g纯钛板材成品，由于卷带板材表面没有明显坑点缺陷、厚度公差小，板材精整过程的磨/砂/抛加工余量小，效率高。综上所述，采用本发明制备的板材，不仅获得高的性能和一致性，且具有高表面质量高尺寸精度，生产效率高，其成本远远低于传统片式轧制加工的板材，这种方法是对医用高性能ta3g纯钛板材加工的一次革命。附图说明以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。图1是本发明实施例提供的一种医用高性能ta3g纯钛板材的制备方法流程图；图2是本发明实施例提供的卷式轧制加工δ6.0ta3g纯钛板材的纵截面金相图2(a)和横截面金相图2(b)；图3是本发明实施例提供的传统片式轧制加工δ6.0ta3g纯钛板材的纵截面金相图3(a)和横截面金相图3(b)。具体实施方式为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。请参见图1。本发明实施例提供了一种医用高性能ta3g纯钛板材的制备方法，包括以下步骤：s110.获取钛板坯。s120.对所述钛板坯进行加热，得到加热钛板坯；其中，加热温度为850-900℃，加热持续时间220-240min。s130.对所述加热钛板坯进行轧制，得到热轧卷，所述热轧卷的厚度范围为4-10mm，所述热轧卷的宽度为1220mm。具体的，对所述热处理钛板进行轧制，虽是借用传统不锈钢板材轧机进行卷带热轧，考虑钛的热塑性加工温度范围窄，为防止轧制减薄过程中因板材表面温降导致轧制撕裂问题，在热轧机进口侧增加了一个补温装置，温度参数设置与加热温度一致，在板材轧制减薄到原始板坯厚度1/3左右时，通过机械升降装置将补温装置定位在卷带平台，卷带来回轧制时通过补温装置进行补温，实现动态消除加工硬化，材料塑性提升，继续实现热塑性轧制变形，ta3g纯钛板材实际最大热轧塑性变形量可达98％，超大塑性加工变形能有效地细化板材晶粒尺寸，提高材料综合性能。200mm厚的板坯经过一个火次的热轧加工，即可获得4-10mm卷带，一火成型效率高，加工损耗极小，火损约0.5％，综合成材率较传统片式轧制提高了5％，大大降低加工成本。s140.对所述热轧卷进行开卷、在线退火、在线抛丸酸洗、收卷，得到酸洗热轧卷坯料；其中，在线退火的温度为700-750℃，退火时间为20-30min；s150.对所述酸洗热轧卷坯料进行开卷、定尺裁切、地炉压校平、表面精整加工，获得热轧退火态的精抛板材成品。s160.利用卷式冷轧机，对所述酸洗热轧卷坯料进行轧制，得到冷轧卷，所述冷轧卷的厚度范围为1-4mm，宽度为1220mm。s170.对所述冷轧卷进行开卷、在线退火、在线抛丸酸洗、收卷，得到酸洗冷轧卷坯料；其中，在线退火的温度为700-750℃，退火时间为20-30min。s180.对所述酸洗冷轧卷坯料进行开卷、定尺裁切、地炉压校平、表面精整加工，获得冷轧退火态的精抛板材成品。s190.所述热轧退火态的精抛板材成品或所述冷轧退火态的精抛板材成品即为纯钛钛板。进一步的，获取钛板坯包括：获取0级海绵钛。其中，所述0级海绵钛中，c≤0.03wt％，n≤0.01wt％；获取添加原料。所述添加原料包括：tio2和tife30在所述0级海绵钛中添加tio2，添加标准为氧在0级海绵钛中的重量百分率范围为(0.13-0.18)wt％。在所述0级海绵钛中添加tife30，添加标准为铁在0级海绵钛中的重量百分率范围为(0.15-0.20)wt％，得到混合原料。对所述混合原料进行两次真空自耗熔炼获得铸锭。将所述铸锭经锻造、机机加后获得钛板板坯。具体的，本发明引入了大变形连续卷式轧制加工纯钛板。为解决超大变形量的热加工，及医用ta3g纯钛板材要求获得高强度高塑性(抗拉强度rm≥500mpa，延伸率a≥20％)，因此对ta3g纯钛的元素进行了特定设计，主要体现在o和fe微合金化调控，以及ta3g纯钛铸锭所用原料海绵钛级别和杂质c、n含量进行限定范围，这是ta3g纯钛板材能实现超大变形量卷式轧制的关键所在。进一步的，所述钛板板坯的厚度为200mm，宽度为1220mm，长度为7000mm。进一步的，对所述热处理钛板进行轧制，得到热轧卷包括：通过卷式热轧机对所述热处理钛板进行第一次轧制，得到一次轧制件，所述一次轧制件的厚度为60-70mm，宽度为1220，长度为7000。通过卷式热轧机对所述一次轧制件进行第二次轧制，在所述第二次轧制的过程中，利用在线补温装置对所述卷式热轧机的入口侧进行补温；第二次轧制完成后，得到热轧卷。进一步的，所述表面精整加工步骤为平磨、砂光、抛光。进一步的，对地炉压校平后的酸洗冷轧卷坯料依次进行平磨、砂光、抛光包括以下步骤：预先将真空吸盘固定于平磨基准平台，并确保真空吸盘的上基准面保持水平，再将真空密封胶条按照接近板材长宽的尺寸，长方形一圈铺设在吸盘上基准面的田字格缝隙带里。将地炉压校平后的酸洗冷轧卷坯料，放置于真空吸盘的基准面上，保证全部覆盖密封胶条，四边保持等距离，启动真空吸盘工作抽空至最大吸附力，至地炉压校平后的酸洗冷轧卷坯料与基准面完全吸附紧实。启动平磨磨床工作，砂轮对地炉压校平后的酸洗冷轧卷坯料的表面进行平磨切削加工，磨削过程根据不同材质消耗速率，采取磨床砂轮进刀的自动补偿，保证地炉压校平后的酸洗冷轧卷坯料每个表面的每遍平磨磨削的实际磨削量一致，磨削量为0.3-0.4mm，单次磨削量0.04mm，磨削次数不超过10次，磨削速度1min/次，得到平磨后的冷轧卷坯料。预先将砂带机间隙调至所述纯钛钛板的厚度。依次按照(240目-320目)-(400目-600目)-(800目-1000目)-(1200目-2000目)的顺序进行砂光，对平磨后的冷轧卷坯料的每个表面采用同一砂带砂光两次，所述砂光标准为：表面光洁度达到ra≤0.3μm。一种医用高性能ta3g纯钛板材，由上述的医用高性能ta3g纯钛板材的制备方法制得，其中，所述医用高性能ta3g纯钛板材为热轧退火态的精抛板材成品或冷轧退火态的精抛板材成品。实施例2在上述实施例的基础上，本实施例以制作厚度为6mm的热轧退火态的精抛ta3g纯钛板材。1、选用0级海绵钛作为主要原料，0级海绵钛要求c≤0.03wt％,n≤0.01wt％，微量元素添加原料为tio2和tife30。2、ta3g纯钛成分设计：o＝(0.13-0.18)wt％,fe＝(0.15-0.20)wt％。在0级海绵钛中添加o至目标值(0.13-0.18)wt％(以tio2形式添加)、添加fe至目标值(0.15-0.20)wt％(以tife30形式添加)，原料经过两次真空自耗熔炼获得铸锭，铸锭经锻造、机机加后获得板坯尺寸为δ200×1220×7000mm。3.将δ200×1220×7000板坯装炉，步进式加热，加热温度850-900℃，持续220-240min，出炉后，通过卷式热轧机轧制减薄，δ200×1220×7000→δ6×1220×l，轧制到60-70厚度时，在入口侧，在线补温装置介入工作，继续轧制至厚度δ6(厚度为6)，获得δ6×1220×l热轧卷。4.开卷、在线退火、在线抛丸酸洗、收卷，获得酸洗热轧卷坯料，其中在线退火工艺制度为：加热温度(700-750)℃，持续(20-30)min。5.开卷、定尺裁切、地炉压校平、表面精整加工(磨/砂/抛)，获得热轧退火态的精抛板材成品，即厚度为6的热轧退火态的精抛ta3g纯钛板材。请参见图2、图3，本发明卷式轧制加工的ta3g纯钛板材的金相、综合性能及成材率与传统片式轧制加工板材的比较。对厚度为6的热轧退火态的精抛ta3g纯钛板材进相评价本发明卷式轧制加工δ6.0ta3g纯钛板材的纵截面金相图2(a)和横截面金相图2(b)。传统片式轧制加工δ6.0ta3g纯钛板材的纵截面金相图3(a)和横截面金相图3(b)。比较得知，采用本发明制备的板材，不仅获得高性能及其一致性，且具有高表面质量高尺寸精度，生产效率高，其成本远远低于传统片式轧制加工的板材，这种方法是对医用高性能ta3g纯钛板材加工的一次革命。对厚度为6的热轧退火态的精抛ta3g纯钛板材进行综合性能及成材率评价。请参见下表。本发明卷式轧制传统片式轧制抗拉强度rm(mpa)611589屈服强度rp0.2(mpa)510508延伸率(％)3025晶粒度(级)108成材率(％)97％90％由上表可知，采用本发明实施例提供的一种医用高性能ta3g纯钛板材的制备方法制备的热轧退火态的精抛ta3g纯钛板材，相较于传统片式轧制，在抗拉强度rm(mpa)、屈服强度rp0.2(mpa)、延伸率(％)、晶粒度(级)、成材率(％)上，均优于传统片式轧制制备的厚度为6的热轧退火态的精抛ta3g纯钛板材。由上述实施例1以及实施例2可知，本发明实施例所提供的医用高性能ta3g纯钛板材及其制备方法具有以下优点：1、热轧环节：虽是借用传统不锈钢板材轧机进行卷带热轧，考虑钛的热塑性加工温度范围窄，为防止轧制减薄过程中因板材表面温降导致轧制撕裂问题，在热轧机进口侧增加了一个补温装置，温度参数设置与加热温度一致，在板材轧制减薄到原始板坯厚度1/3左右时，通过机械升降装置将补温装置定位在卷带平台，卷带来回轧制时通过补温装置进行补温，实现动态消除加工硬化，材料塑性提升，继续实现热塑性轧制变形，ta3g纯钛板材实际最大热轧塑性变形量可达98％，超大塑性加工变形能有效地细化板材晶粒尺寸，提高材料综合性能。200mm厚的板坯经过一个火次的热轧加工，即可获得4-10mm卷带，一火成型效率高，加工损耗极小，火损约0.5％，较传统片式轧制提高了5％，大大降低加工成本。2、板材采用在线退火进行热处理，ta3g纯钛板材可获得头尾完全一致的晶粒度和力学性能，确保产品内在品质一致性，避免了传统堆垛式退火不能完全退火均匀的问题。3、经过热轧或冷轧后的退火态卷带，表面质量好，同卷带的厚度公差范围小，4-10mm热轧卷厚度公差可控制在0.2mm以内，1-4mm冷轧卷厚度公差可控制在0.1mm以内，较传统片式轧制方式的板材公差带提高1倍；这样小厚度公差带的卷带坯料通过开卷、定尺裁切下料、压校平和精整加工，即可获得高性能高表面质量的医用ta3g纯钛板材成品，由于卷带板材表面没有明显坑点缺陷、厚度公差小，板材精整过程的磨/砂/抛加工余量小，效率高。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。当前第1页12