一種Ti60合金薄板的制備方法
【專利摘要】一種Ti60合金薄板的制備方法，所述Ti60合金薄板的制備方法包括備料、熱軋、疊軋包制作、包覆疊軋、退火、表面砂光、酸洗、成品定尺剪后獲取Ti60合金薄板；本發明制備出大規格的Ti60合金薄板寬度≥800mm、厚度為1.0～3.0mm，其室溫強度可達1100MPa以上，在600℃高溫條件下抗拉強度可達700MPa以上；本發明性能優越、工藝路線新穎、制備成本低、工作效率高、還可制備出大規格材料并實現大批量生產。
【專利說明】一種Ti60合金薄板的制備方法
[0001]【【技術領域】】
本發明涉及一種合金薄板的制備方法，尤其是涉及一種Ti60合金薄板的制備方法。
[0002]【【背景技術】】
公知的，近年來，隨著科學技術快速發展，先進飛行器對機動性及飛行速度提出了更高的指標，這就要求發動機推重比要進一步提高，高推重比航空發動機對鈦合金的使用溫度要求已達60(TC，而常規鈦合金不能滿足這一要求，例如TC4服役溫度≤400℃，TA15服役溫度< 500°C ;因此，世界各國相續開展了高溫鈦合金的研制，并獲得了成功，例如:英國的頂1834、美國的TillOO、俄羅斯的BT36和中國的Ti60、Ti600鈦合金等，新型輕質耐高溫鈦合金結構材料的開發，大大促進了航空、航天等尖端科技產業的發展。
[0003]Τ?60合金是一種近α型高溫鈦合金，具有密度低、比強度高、熱穩定性好等優點，在600°C高溫條件下抗拉強度可達650MPa以上，高溫強度、高溫持久及蠕變性能優越，服役溫度可達600°C，能夠部分替代鎳基高溫合金等高密度結構材料，由于部分替代鎳基高溫合金等高密度結構材料，飛行器重量可以減重近40%，大大降低了飛行器重量，且提高了發動機的推重比和效率，是先進飛行器發動機重要部件及導彈殼體理想材料，但是，Τi60鈦合金屬于高合金含量、多元復雜鈦合金，具有強度高、工藝塑性差特性，加工制備1.0~3.0mm厚薄板困難，尤其對于制備寬度> 800mm大規格薄板更為困難。
[0004]【
【發明內容】
】
為了克服【背景技術】中的不足，本發明公開了一種Ti60合金薄板的制備方法，所述的Τi60合金薄板的制備方法制備出的大規格Ti60合金薄板寬度> 800mm、厚度為1.0~3.0mm，其室溫強度可達IlOOMPa以上，在600°C高溫條件下抗拉強度可達700MPa以上；本發明性能優越、工藝路線新穎、制備成本低、工作效率高、還可制備出大規格材料并實現大
批量生產。
[0005]為了實現上述發明的目的，本發明采用如下技術方案:
一種Ti60合金薄板的制備方法，所述方法具體操作步驟如下:
第一步、備料:先備好Ti60板坯，8~20mm厚的Q345鋼板、直徑為10~30mm的Q345鋼條和高溫隔離劑待用；
接上一步驟，第二步、熱軋:采用3~4個火次將Ti60板坯軋至厚度為4~6mm，為包覆疊軋提供半成品板材坯料；
接上一步驟，第三步、疊軋包制作:根據薄板的成品規格，對Ti60薄板及Q345鋼板進行分切，分切長寬精度均為(0，+5)mm，對角線偏差≤5mm，然后在Ti60板及Q345鋼板表面均勻涂覆高溫隔離劑，使用Q345鋼板作為覆板，覆板之間夾2~6張4~6mm厚Ti60芯板，然后用Q345鋼條對疊軋包四邊進行焊封；
接上一步驟，第四步、包覆疊軋:坯料裝爐溫度及保溫溫度均為900~1050°C，保溫時間以1.2±0.lmin/mm計算，道次變形率在8~25%，控制終軋溫度≥600°C，然后根據Ti60成品厚度規格不同，芯板/覆板變形系數為0.85~0.98，由變形系數、覆板厚度、Τ?60芯板總厚度確定包覆疊軋目標厚度，同時應為Ti60成品薄板預留0.05~0.20mm砂光厚度余量;
接上一步驟，第五步、退火:采用大氣氣氛進行退火，退火板材擺放整齊后，上方壓制30~IOOmm普碳鋼板起壓矯形作用，退火板材裝爐溫度≤650°C,在裝爐溫度下預熱I~3小時后，升溫至750~900°C退火溫度進行保溫，保溫時間為I~5小時，依退火板材總厚度計算;
接上一步驟，第六步、表面砂光:在張力作用下，采用砂光方法去除Ti60薄板表面氧化層，首先使用80~180#砂帶進行粗砂光，然后采用180~320#砂帶進行精砂光，最終使用320#以上粒度磨料進行精拋光；
接上一步驟，第七步、酸洗:酸洗液由氫氟酸、硝酸及水組成，氫氟酸(HF)質量濃度為
2.0~5.0%，硝酸(HNO3)質量濃度為10.0~35.0%，兩者之間的比例為HF =HNO3=I: (3~10)；
接上一步驟，第八步、成品定尺剪:將寬度及長度毛邊切除，得到成品規格Ti60薄板。
[0006]所述的Ti60合金薄板的制備方法，在第二步熱軋步驟中，其中一火軋制的裝爐溫度為700~1000°C，在裝爐溫度下預熱I~3h后，將爐溫升至1000~1120°C進行保溫，保溫時間以1.6±0.2min/mm計算，一火道次變形率在5~26%之間，一火軋程變形率50~90%,經6~16道次軋至一火目標厚度15~40mm ;其中二火軋制還料修磨:兩面全扒皮、拋光，將一火板材裂紋徹底清除干凈，坯料表面修磨應均勻，修磨凹坑深度<坯料厚度15%，深寬比> 1:10，最終拋光使用千葉輪應> 80# ;其中二火軋制:二火換向軋制，裝爐溫度600~900°C，在裝爐溫度下預熱0.5~Ih后，將爐溫升至900~1080°C進行保溫，保溫時間以1.3±0.2min/mm計算，二火軋制道次變形率在3~22%之間，二火軋程變形率40~80%，經4~10道次軋至二火目標厚度8.0~12mm ;其中三火軋制還料修磨:噴砂、酸洗后，檢查表面缺陷，并將缺陷清除干凈，修磨凹坑深度<坯料厚度10%，深寬比> 1:10，最終拋光使用千葉輪應> 100# ;其中三火軋制:坯料裝爐溫度及保溫溫度均為900~1050°C，保溫時間以1.2±0.lmin/mm計算，三火軋制道次變形率在2~20%之間，控制終軋溫度> 600°C，經6~12道次軋至三火目標厚度4~6mm ;其中四火軋制:當需要時，進行四火軋制，具體工藝同三火軋制；其中包覆疊軋坯料修磨:Ti60三火板半成品經噴砂、酸洗后進行局部修磨，將表面缺陷清除干凈，修磨凹坑深度<坯料厚度10%，深寬比氺1:10。
[0007]所述的Ti60合金薄板的制備方法，在步驟三疊軋包制作中，所述疊軋包四邊的每個邊預留三個30±5mm寬度排氣孔，分別位于每邊的中間及兩端，組焊前需使用液壓機壓制，使疊軋包貼合緊密。
[0008]所述的Ti60合金薄板的制備方法，在步驟六表面砂光處理中，根據砂帶及拋光磨料粒度不同，經砂光、拋光處理表面粗糙度可細至0.2~0.8 μ m。
[0009]所述的Ti60合金薄板的制備方法，在步驟七酸洗處理中，酸洗溫度控制在40~55°C,酸洗速度3~10mm/min。
[0010]由于采用上述技術方案，本發明具有如下有益效果:
①工藝路線新穎:首次采用包覆疊軋工藝直接生產1.0~3.0mm厚Ti60薄板，取代了傳統用冷軋工藝生產鈦合金薄板做法；
②制備成本低、效率高:采用疊軋取代多軋程冷軋直接生產Ti60薄板，可以省去2~4冷軋軋程及半成品退火工序，加工工序減少40%以上，并且每個疊軋包可生產2~6塊Ti60成品薄板，此種制備工藝具有高效、低成本優點；
③可制備大尺寸材料:由于傳統鈦合金板米用溫軋或冷軋工藝，軋制時Ti60板溫度低、軋制變形抗力大，難以實現寬幅大規格薄板制備，本發明包覆疊軋時，Τ?60芯板包于Q345覆板之內，有利于減少軋制過程中散熱，保證軋制過程中Ti60芯板溫度> 6000C，從而可以降低軋制變形抗力，實現寬度> 800_寬幅大規格板材制備；
④設備簡單:采用冷軋或溫軋方法制備大規格Ti60薄板需要具備大軋制力能力、設備昂貴的冷軋機，而本發明采用的技術在傳統熱軋機上即可實現制備；
⑤批量生產:本方法可在傳統的熱軋機上實現批量生產。
[0011]【【具體實施方式】】
通過下面的實施例可以更 詳細的解釋本發明，公開本發明的目的旨在保護本發明范圍內的一切變化和改進，本發明并不局限于下面的實施例:
本發明所述的Ti60合金薄板的制備方法,第一步、備料:先備好1160板還,8~20mm厚的Q345鋼板、直徑為10~30mm的Q345鋼條和高溫隔離劑待用；第二步、熱軋:采用3~4個火次將Ti60板坯軋至厚度為4~6mm，為包覆疊軋提供半成品板材坯料；在第二步熱軋步驟中，其中一火軋制的裝爐溫度為700~1000°C，在裝爐溫度下預熱I~3h后，將爐溫升至1000~1120°C進行保溫，保溫時間以1.6±0.2min/mm計算，一火道次變形率在5~26%之間，一火軋程變形率50~90%，經6~16道次軋至一火目標厚度15~40mm ;其中二火軋制坯料修磨:兩面全扒皮、拋光，將一火板材裂紋徹底清除干凈，坯料表面修磨應均勻，修磨凹坑深度<坯料厚度15%，深寬比氺1:10，最終拋光使用千葉輪應> 80# ;其中二火軋制:二火換向軋制，裝爐溫度600~900°C，在裝爐溫度下預熱0.5~Ih后，將爐溫升至900~1080°C進行保溫，保溫時間以1.3±0.2min/mm計算，二火軋制道次變形率在3~22%之間，二火軋程變形率40~80%，經4~10道次軋至二火目標厚度8.0~12mm ;其中三火軋制坯料修磨:噴砂、酸洗后，檢查表面缺陷，并將缺陷清除干凈，修磨凹坑深度<坯料厚度10%，深寬比> 1:10，最終拋光使用千葉輪應> 100# ;其中三火軋制:坯料裝爐溫度及保溫溫度均為900~1050°C，保溫時間以1.2±0.lmin/mm計算，三火軋制道次變形率在2~20%之間，控制終軋溫度> 600°C，經6~12道次軋至三火目標厚度4~6mm ;其中四火軋制:當需要時，進行四火軋制，具體工藝同三火軋制；其中包覆疊軋坯料修磨:Ti60三火板半成品經噴砂、酸洗后進行局部修磨，將表面缺陷清除干凈，修磨凹坑深度<坯料厚度10%，深寬比>1:10 ;第三步、疊軋包制作:根據薄板的成品規格，對Ti60薄板及Q345鋼板進行分切，分切長寬精度均為(0，+5)mm，對角線偏差≤5mm，然后在Ti60板及Q345鋼板表面均勻涂覆高溫隔離劑，使用Q345鋼板作為覆板，覆板之間夾2~6張4~6mm厚Ti60芯板，然后用Q345鋼條對疊軋包四邊進行焊封；在步驟三疊軋包制作中，所述疊軋包四邊的每個邊預留三個30±5mm寬度排氣孔，分別位于每邊的中間及兩端，組焊前需使用液壓機壓制，使疊軋包貼合緊密；第四步、包覆疊軋:坯料裝爐溫度及保溫溫度均為900~1050°C，保溫時間以
1.2±0.lmin/mm計算，道次變形率在8~25%，控制終軋溫度≥600°C，然后根據Ti60成品厚度規格不同，芯板/覆板變形系數為0.85~0.98，由變形系數、覆板厚度、Ti60芯板總厚度確定包覆疊軋目標厚度，同時應為Ti60成品薄板預留0.05~0.20mm砂光厚度余量；第五步、退火:采用大氣氣氛進行退火，退火板材擺放整齊后，上方壓制30~IOOmm普碳鋼板起壓矯形作用，退火板材裝爐溫度≤650 0C，在裝爐溫度下預熱I~3小時后，升溫至750~900°C退火溫度進行保溫，保溫時間為I-5小時，依退火板材總厚度計算；第六步、表面砂光:在張力作用下，采用砂光方法去除Ti60薄板表面氧化層，首先使用80-180#砂帶進行粗砂光，然后采用180-320#砂帶進行精砂光，最終使用320#以上粒度磨料進行精拋光，根據砂帶及拋光磨料粒度不同，經砂光、拋光處理表面粗糙度可細至0.2-0.8 μ m ;第七步、酸洗:酸洗液由氫氟酸、硝酸及水組成，氫氟酸(HF)質量濃度為2.0-5.0%，硝酸(HNO3)質量濃度為10.0-35.0%，兩者之間的比例為HF =HNO3=1: (3-10);酸洗溫度控制在40-55°C，酸洗速度3-10mm/min。第八步、成品定尺剪:將寬度及長度毛邊切除，得到成品規格Ti60薄板；本發明通過適當的調整Ti60合金的工藝方法，可制備出寬度<800mm的Ti60合金薄板；
實施例1:
第一步、備料:先備好Ti60板坯，15mm厚的Q345鋼板、直徑為IOmm的Q345鋼條和高溫隔離劑待用；
第二步、熱軋:采用3個火次將Ti60板坯軋至厚度為5mm，為包覆疊軋提供半成品板材坯料；在第二步熱軋步驟中，其中一火軋制的裝爐溫度為800°C，在裝爐溫度下預熱1.5h后，將爐溫升至1100°C進行保溫，保溫時間以1.5min/mm計算，經13道次軋至20mm，各道次變形率依次為 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%，其中一火軋程變形率83.3% ;對一火后Ti60板進行雙面扒皮、拋光修磨處理；其中二火換向軋制，裝爐溫度800°C，在裝爐溫度下預熱0.5h后，將爐溫升至980°C進行保溫，保溫時間以1.2min/mm計算，經4道次軋至10mm，各道次變形率依次為18.0%、16.0%、16.0%、13.8%，二火軋程變形率50% ;對二火后Ti60板材進行噴砂、酸洗及局部修磨拋光處理，將表面缺陷清除干凈；其中三火軋制的裝爐溫度為980°C，溫度穩定后在980°C后進行保溫，保溫時間以1.2min/mm計算，經8道次軋至5mm，各道次變形率依次為16.0%、14.3%、9.7%、6.5%、6.2%、5.3%、4.6%、3.9%，三火軋程變形率50%,三火終軋溫度720 °C ;對三火后Τ?60板材進行噴砂、酸洗及局部修磨拋光處理，將表面缺陷清除干凈；
第三步、疊軋包制作:Q 3 4 5鋼板定尺規格為
'20:! I X 940J* K 1080；*5mm，Τ.芯板定尺規格為
6*?'| X S60?5 X 1000? sHiir.，Q345 鋼板及 Ti6O 芯板對角線
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偏差< 5mm，然后在Ti60及Q345板雙面涂覆玻璃基高溫隔離劑，使用Q345鋼板作為覆板，覆板之間夾2張5mm厚Ti60芯板，然后用Q345鋼條對疊軋包四邊進行焊封，每個邊預留3個30±5mm寬度排氣孔，分別位于每邊的中間及兩端，組焊時需使用液壓機壓制，使疊軋包貼合緊密；
第四步、包覆疊軋:坯料裝爐溫度980°C，溫度到溫后進行加熱保溫，保溫時間以1.2mm/min進行計算，疊軋包保溫結束后經8道次軋至9.6mm目標厚度，各道次變形率依次為 17.5%、21.2%、18.5%、17.0%、16.5%、15.7%、12.9%、11.1%,疊軋終軋溫度 760°C，疊軋后將覆板掀開，得到平均厚度為1.55mm的Ti60薄板；
第五步、退火:Ti60薄板退火時，使用30mm厚普碳鋼板作為壓板起矯正板形作用，退火裝爐爐溫600°C，裝爐溫度下預熱I小時后，升至860°C退火溫度進行保溫，保溫2.5小時后出爐；
第六步、表面砂光:疊軋后Ti60薄板首先使用80#、120#砂帶進行粗砂光，然后使用180#,280#砂帶進行精砂光，最后使用320#磨料進行精拋光，砂光去除厚度約0.05mm。經拋光后表面平均粗糙度為0.42 μ m ;
第七步、酸洗:酸洗液由2.0~2.5%質量濃度氫氟酸(HF)、15.0~16.0%質量濃度硝酸(HN03)及水混合而成,酸洗溫度控制在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大規格Ti60薄板，薄板室溫拉伸及高溫拉伸性能見表I所示。
[0012]實施例2:
【權利要求】
1.一種Ti60合金薄板的制備方法，其特征是:所述方法具體操作步驟如下: 第一步、備料:先備好Ti60板坯，8~20mm厚的Q345鋼板、直徑為10~30mm的Q345鋼條和高溫隔離劑待用； 接上一步驟，第二步、熱軋:采用3~4個火次將Ti60板坯軋至厚度為4~6mm，為包覆疊軋提供半成品板材坯料； 接上一步驟，第三步、疊軋包制作:根據薄板的成品規格，對Ti60薄板及Q345鋼板進行分切，分切長寬精度均為(0，+5)mm，對角線偏差5mm，然后在Ti60板及Q345鋼板表面均勻涂覆高溫隔離劑，使用Q345鋼板作為覆板，覆板之間夾2~6張4~6mm厚Ti60芯板，然后用Q345鋼條對疊軋包四邊進行焊封； 接上一步驟，第四步、包覆疊軋:坯料裝爐溫度及保溫溫度均為900~1050°C，保溫時間以1.2±0.lmin/mm計算，道次變形率在8~25%，控制終軋溫度600°C，然后根據Ti60成品厚度規格不同，芯板/覆板變形系數為0.85~0.98，由變形系數、覆板厚度、Τ?60芯板總厚度確定包覆疊軋目標厚度，同時應為Ti60成品薄板預留0.05~0.20mm砂光厚度余量; 接上一步驟，第五步、退火:采用大氣氣氛進行退火，退火板材擺放整齊后，上方壓制30~IOOmm普碳鋼板起壓矯形作用，退火板材裝爐溫度650°C,在裝爐溫度下預熱I~3小時后，升溫至750~900°C退火溫度進行保溫，保溫時間為I~5小時，依退火板材總厚度計算; 接上一步驟，第六步、表面砂光:在張力作用下，采用砂光方法去除Ti60薄板表面氧化層，首先使用80~180#砂帶進行粗砂光，然后采用180~320#砂帶進行精砂光，最終使用320#以上粒度磨料進行精拋光； 接上一步驟，第七步、酸洗:酸洗液由氫氟酸、硝酸及水組成，氫氟酸(HF)質量濃度為2.0~5.0%，硝酸(HNO3)質量濃度為10.0~35.0%，兩者之間的比例為HF =HNO3=I: (3~10)； 接上一步驟，第八步、成品定尺剪:將寬度及長度毛邊切除，得到成品規格Ti60薄板。
2.根據權利要求1所述的Ti60合金薄板的制備方法，其特征是:在第二步熱軋步驟中，其中一火軋制的裝爐溫度為700~1000°C，在裝爐溫度下預熱I~3h后，將爐溫升至1000~1120°C進行保溫，保溫時間以1.6±0.2min/mm計算，一火道次變形率在5~26%之間，一火軋程變形率50~90%，經6~16道次軋至一火目標厚度15~40mm ;其中二火軋制坯料修磨:兩面全扒皮、拋光，將一火板材裂紋徹底清除干凈，坯料表面修磨應均勻，修磨凹坑深度<坯料厚度15%，深寬比氺1:10，最終拋光使用千葉輪應> 80# ;其中二火軋制:二火換向軋制，裝爐溫度600~900°C，在裝爐溫度下預熱0.5~Ih后，將爐溫升至900~1080°C進行保溫，保溫時間以1.3±0.2min/mm計算，二火軋制道次變形率在3~22%之間，二火軋程變形率40~80%，經4~10道次軋至二火目標厚度8.0~12mm ;其中三火軋制坯料修磨:噴砂、酸洗后，檢查表面缺陷，并將缺陷清除干凈，修磨凹坑深度<坯料厚度10%，深寬比> 1:10，最終拋光使用千葉輪應> 100# ;其中三火軋制:坯料裝爐溫度及保溫溫度均為900~1050°C，保溫時間以1.2±0.lmin/mm計算，三火軋制道次變形率在2~20%之間，控制終軋溫度> 600°C，經6~12道次軋至三火目標厚度4~6mm ;其中四火軋制:當需要時，進行四火軋制，具體工藝同三火軋制；其中包覆疊軋坯料修磨:Ti60三火板半成品經噴砂、酸洗后進行局部修磨，將表面缺陷清除干凈，修磨凹坑深度<坯料厚度10%，深寬比> 1:10。
3.根據權利要求1所述的Ti60合金薄板的制備方法，其特征是:在步驟三疊軋包制作中，所述疊軋包四邊的每個邊預留三個30±5mm寬度排氣孔，分別位于每邊的中間及兩端，組焊前需使用液壓機壓制，使疊軋包貼合緊密。
4.根據權利要求1所述的Ti60合金薄板的制備方法，其特征是:在步驟六表面砂光處理中，根據砂帶及拋光磨料粒度不同，經砂光、拋光處理表面粗糙度可細至0.2-0.8 μ m。
5.根據權利要求1所述的Ti60合金薄板的制備方法，其特征是:在步驟七酸洗處理中，酸洗溫度控制在 40-55°C,酸洗速度3-10mm/min。
【文檔編號】B21B37/74GK103447296SQ201310366220
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月21日 優先權日:2013年8月21日
【發明者】李渤渤, 劉茵琪, 陳志強, 王非, 郭朋, 王樹軍 申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所