钒铬钛合金板及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钒铬钛合金板及其制备方法，属于金属塑性加工技术领域。本发明专利技术钒铬钛合金板，由以下重量百分比组分组成：V 75～94％，Cr 2.9～15％，Ti 2.6～10％，余量为总质量≤0.5％不可避免的杂质。本发明专利技术钒铬钛合金板以熔炼铸锭为坯料，先后进行铸锭均匀化退火、包套锻造开坯、包套热轧、冷轧及固溶+时效处理+随炉充氩冷却等工序制备而成。本发明专利技术获得的V-Cr-Ti合金板材晶粒细小、成分均匀、表面质量好、性能优异。

【技术实现步骤摘要】
钒铬钛合金板及其制备方法
本专利技术涉及一种钒铬钛合金板及其制备方法，属于金属塑性加工

技术介绍
钒铬钛合金因其具有最好的综合性能，如长期稳定的低放射性、低的衰变热，并可回收利用；抗辐照肿胀、温度可达到850℃的耐热性、高热导、低热膨胀，低热应力、高的温度适用极限、在液态锂回路中有良好的相容性，以及良好的可加工性能，可轧成薄片、挤成管状，可焊接性好等，被业内公认为是热核聚变堆第一壁/包壳的首选低活化结构材料。20世纪60年代以来，国外就开始了钒合金的制备及基础研究工作。目前制备方法主要有电子束熔炼、真空自耗电极电弧熔炼、磁悬浮熔炼和粉末冶金。美国采用电子束熔炼+真空自耗电极电弧熔炼的双联方法，制备出了1200kg的V-5Cr-5Ti合金铸锭，并在1996年将其应用到DIII-DTokamak装置中。随后，我国开始着重研究开发此类合金，主要制备方法为真空自耗电极电弧熔炼和磁悬浮熔炼，但仍处于实验室研究阶段；也有采用电子束熔炼方法进行熔炼，但未见公开报道。针对V-Cr-Ti合金这种敏感合金材料，国际上一些科研机构虽有研究，但研究成果多数处于保密状态，关于该合金的详细加工参数鲜见报道。我国关于该类合金的制备技术和理论研究起步比较晚，规模较小(几十克～一百千克)且不够系统，主要在实验室中进行研究测试，且研究成果报道极少。采用真空自耗电极电弧熔炼方法可实现V-Cr-Ti合金的规模生产，并且通过锻造、轧制、热处理等可控工艺手段，能制备出晶粒细小、成分均匀、表面质量好、性能优异的V-Cr-Ti合金板材。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种具有晶粒细小、成分均匀、表面质量好、性能优异的钒铬钛合金板。本专利技术钒铬钛合金板，由以下重量百分比组分组成：V75～94％，Cr2.9～15％，Ti2.6～10％，余量为不可避免杂质；其中，所述杂质元素Ni、Mo、Nb、Cu、Al、Fe、Si、P、W、Zr、S、N、C、O的总质量≤0.5％。进一步，作为更优选的技术方案，上述所述钒铬钛合金板，由以下重量百分比组分组成：V80～89％，Cr6～10％，Ti4.5～8％，余量为不可避免杂质。上述所述钒铬钛合金板屈服强度≥390MPa，抗拉强度≥500MPa，伸长率≥25％，断面收缩率≥65％。上述所述钒铬钛合金板的厚度为0.5～6mm。本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种钒铬钛合金板的制备方法，具体为提供一种以熔炼铸锭为坯料，先后进行铸锭均匀化退火、包套锻造开坯、包套热轧、冷轧及固溶+时效处理+随炉充氩冷却等工序制备钒铬钛合金板材的工艺路线。本专利技术钒铬钛合金板的制备方法，包括以下步骤：a、按照合金板的原料组成的重量百分比，准备V75～94％，Cr2.9～15％，Ti2.6～10％，余量为总质量≤0.5％不可避免的杂质；b、将a步骤准备好的原料熔炼，得到V-(2.9～15wt％)Cr-(2.6～10wt％)Ti合金铸锭，在真空炉中以3～20℃/min的速率升温至1000～1350℃，保温0.5～8h，真空下随炉冷却至室温；该步骤将合金原料熔炼后得到合金铸锭，在真空加热炉中热处理，可消除铸造应力及使组织结构均匀化；c、在b步骤冷却后的铸锭上切取坯料，倒角，打磨，放入包套，并对包套抽真空，以3～20℃/min的速率升温至750～850℃，保温1～3h后，将包套封口焊接，得到合金锻造包套体；该步骤中对包套抽真空，以及将包套封口焊接，获得合金锻造包套体，是为了实现对该合金在热锻过程中的防氧化保护；d、将c步骤得到的合金锻造包套体在电阻炉中以5～20℃/min的速率升温至1050～1350℃，保温0.5～4h后，在1～3吨空气锤上进行锻造开坯，水淬，降至室温并去除包套，清洗，加工成长方形或正方形截面的热轧用板坯；其中，锻造开坯的开锻温度为1050～1350℃，终锻温度为1000～1300℃，道次变形量为5～20％，总变形量为40～80％，道次间同炉保温为1～30min；e、将d步骤得到的热轧用板坯按照c步骤制造合金锻造包套体的方法制得热轧包套体，即将热轧用板坯放入包套并置入真空加热炉中，抽真空至3～10×10-3Pa，然后以3～20℃/min的速率升温至750～850℃，保温时间1～3h；保温结束后，将包套封口焊接，获得合金热轧包套体，以便实现对该合金在热轧过程中的防氧化保护；再在电阻炉中以5～20℃/min的速率升温至1050～1350℃，在该温度下保温0.5～4h，然后在二辊轧机上进行热轧加工，热轧完成后对轧制包套体进行水淬处理降至室温并去除包套，清洗合金并切除微裂纹等缺陷部位，切边加工成规则截面的板坯；其中，热轧加工的开轧温度为1050～1350℃，终轧温度为1000～1300℃，轧制速度为0.1～5m/min，道次变形量为2～20％，总变形量为40～80％，道次间同炉保温为1～30min；f、将e步骤得到的板坯在真空炉中以5～20℃/min的速率升温至900～1250℃，保温0.5～4h，真空退火，真空度为3～10×10-3Pa，随炉冷却至室温，得到冷轧用板坯；g、将f步骤得到的冷轧用板坯在室温空气气氛下，使用二辊轧机对冷轧用板坯进行冷轧加工，冷轧完成后清洗合金，切边加工成规则的截面的板料，得到特定厚度的冷轧板；其中，冷轧加工的轧制速度为0.1～5m/min，道次变形量为1～10％，总变形量为40～95％；h、将g步骤获得的冷轧板在真空炉中以5～20℃/min的速率升温至900～1250℃，保温0.5～4h后固溶处理，随炉冷却至500～850℃，保温1～24h后进行时效处理，随后采用随炉充氩冷却方式降至室温，清洗，即得。上述所述钒铬钛合金板的制备方法，其中所述b步骤中对原料进行熔炼选用真空自耗电弧熔炼炉、电子束熔炼炉或感应悬浮炉中一种。上述所述钒铬钛合金板的制备方法，其中对包套抽真空或真空炉中的真空度均为3～10×10-3Pa。上述钒铬钛合金板的制备方法，所述包套的材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢、TA1纯钛或TC4钛合金中的一种，厚度为1～20mm；其内部结构为：坯料的上下受力端面与包套面之间夹有石墨导热垫片，坯料侧边与包套壁之间填充有硅酸铝纤维毡。上述钒铬钛合金板的制备方法，所述清洗为清洗合金并切除微裂纹等缺陷部位，使得得到的合金表面更加规则、更加完整。本专利技术钒铬钛合金板及其制备方法具有以下有益效果：(1)本专利技术获得的V-Cr-Ti合金板材晶粒细小、成分均匀、表面质量好、性能优异；(2)本专利技术制备钒铬钛合金板的方法，采用真空包套，热处理得到合金锻造包套体，实现了对该合金在热锻过程中的防氧化保护，且包套内部结构使用耐高温的硅酸铝纤维毡填充到包套中对坯料侧面进行保温，效果较好；坯料的上下受力端面与包套面之间使用导热系数高的石墨垫片，有利于坯料端面加热升温和温度均匀，也起到了压力加工过程中端面摩擦润滑的作用，减少加工表面裂纹发生的几率。附图说明图1为包套的设计结构示意图：1为合金坯料，2为硅酸铝纤维毡，3为包套，4为石墨垫片。具体实施方式本专利技术钒铬钛合金板，由以下重量百分比组分组成：V75～94％，Cr2.9～15％，Ti2.6～10％，余量为不可避免杂质；其中，所述杂质元素Ni、Mo、Nb、Cu、Al、本文档来自技高网...

【技术保护点】
钒铬钛合金板，其特征在于：所述合金板由以下重量百分比组分组成：V 75～94％，Cr 2.9～15％，Ti 2.6～10％，余量为不可避免杂质；其中，所述杂质元素Ni、Mo、Nb、Cu、Al、Fe、Si、P、W、Zr、S、N、C、O的总质量≤0.5％。

【技术特征摘要】
1.钒铬钛合金板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：a、按照合金板的原料组成的重量百分比，准备V80～89％，Cr6～10％，Ti4.5～8％，余量为总质量≤0.5％不可避免的杂质；b、将a步骤准备好的原料熔炼，得到V-(6～10wt％)Cr-(4.5～8wt％)Ti合金铸锭，在真空炉中以3～20℃/min的速率升温至1000～1350℃，保温0.5～8h，真空下随炉冷却至室温；c、在b步骤冷却后的铸锭上切取坯料，倒角，打磨，放入包套，并对包套抽真空，以3～20℃/min的速率升温至750～850℃，保温1～3h后，将包套封口焊接，得到合金锻造包套体；d、将c步骤得到的合金锻造包套体在电阻炉中以5～20℃/min的速率升温至1050～1350℃，保温0.5～4h后，在1～3吨空气锤上进行锻造开坯，水淬，降至室温并去除包套，清洗，加工成长方形或正方形截面的热轧用板坯；其中，锻造开坯的开锻温度为1050～1350℃，终锻温度为1000～1300℃，道次变形量为5～20％，总变形量为40～80％，道次间同炉保温为1～30min；e、将d步骤得到的热轧用板坯按照c步骤制造合金锻造包套体的方法制得热轧包套体，在电阻炉中以5～20℃/min的速率升温至1050～1350℃，保温0.5～4h，热轧加工，水淬，降至室温并去除包套，清洗，切边加工成规则截面的板坯；其中，热轧加工的开轧温度为1050～1350℃，终轧温度为1000～1300...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢东，贺同正，孙朝晖，马坪，钟兵，毛凤娇，尹丹凤，
申请(专利权)人：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51