一种舰船用TA5钛合金中厚板材的短流程制备方法技术

一种舰船用TA5钛合金中厚板材的短流程制备方法，采用全流程工艺设计理念，从板坯选用、展宽换向轧制、热处理工艺设计等方面，综合控制TA5中厚板材的边部裂纹、板形、组织和性能，该方法生产中厚板使用的板坯较小，生产方便灵活，对设备能力要求较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种板材制备方法，尤其是涉及一种舰船用TA5钛合金中厚板材的短流程制备方法。
技术介绍
钛及钛合金具有强度高、耐热、耐腐蚀等优良特性，因此在航空、化工、海洋工程中得到广泛应用。TA5 钛合金名义成分为Ti-4Al-0.005B，是一种全α型钛合金。TA5 钛合金具有良好的焊接及耐蚀性能，可用做海水腐蚀环境下的结构材料，目前已成功的用于造船业。TA5的铝当量5.0，是单相密排六方结构（HCP），与面心立方（FCC）和体心立方（BCC）结构相比，其滑移系少，塑性较差，轧制过程中极易产生裂纹。尤其是板材边部降温快裂纹较深，容易导致成板材修磨薄尺。目前钛合金轧制减少裂纹的途径有三个：一、增加火次、减少火次变形率；二、板坯涂覆防氧化涂层；三、板坯包覆塑性较好的纯钛层。而现有的方法，不是流程长，生产效率低下，就是使用效果欠佳，难以实现大规模生产。此外，TA5中厚板材轧制板形控制困难，尤其是板材长度较短的时候很容易出现轧制板形不良，而一旦板形不良，需要使用高耗能的、周期长的压矫形处理板形，对生产效率和交期造成不利影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决TA5中厚板材轧制板形控制困难，尤其是板材长度较短的时候很容易出现轧制板形不良，而一旦板形不良，需要使用高耗能的、周期长的压矫形处理板形，对生产效率和交期造成不利影响的问题，提供一种舰船用TA5钛合金中厚板材的短流程制备方法。本专利技术为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种舰船用TA5钛合金中厚板材的短流程制备方法，包括如下步骤：步骤一、板坯选用：取TA5钛合金板坯，定义TA5钛合金板坯的长度为 ，TA5钛合金板坯的宽度为，TA5钛合金板坯的厚度为，TA5钛合金板坯的尺寸符合如下标准： （1） （2）其中公式（1）中mm为长度单位毫米，公式（2）中为成品TA5钛合金板材的厚度；步骤二、检验板坯：将步骤一中获得TA5钛合金板坯进行检验：定义成品TA5钛合金板材的板形不良余量为； （3）公式（3）中分别为步骤一中确定的TA5钛合金板坯的厚度、宽度和长度尺寸，分别为成品TA5钛合金板材的厚度、宽度和长度尺寸，为成品TA5钛合金板材的切边预留量，为有效长度系数；取轧机最小可轧板坯长度并定义为，将与对比，如果，则重复步骤一重新确定TA5钛合金板坯尺寸，直至，则确定TA5钛合金板坯待用；步骤三、确定板坯展宽方向和轧机下压程度：定义TA5钛合金板材的展宽变形量为，且，取一值，并确定一个与对应的标准TA5钛合金板坯的宽度和一个与对应的展宽后的TA5钛合金板材的厚度，并根据展宽后的TA5钛合金板材的厚度确定轧机在展宽过程中的下压程度； （4） （5）公式（4）中为成品TA5钛合金板材的宽度、为成品TA5钛合金板材的切边预留量；取步骤二中确定的TA5钛合金板坯的长度和TA5钛合金板坯的宽度，分别与标准TA5钛合金板坯的宽度进行对比，如果TA5钛合金板坯的长度满足，则对TA5钛合金板坯的长度进行展宽，如果TA5钛合金板坯的宽度满足，则对TA5钛合金板坯的宽度进行展宽；步骤四：展宽与轧制成型：步骤a、定义TA5钛合金板实测β转变温度为，TA5钛合金板坯展宽温度为；，取步骤二中确定的TA5钛合金板坯加热至，持续加热时间，，公式中为保温时间系数单位为：min/mm；为TA5钛合金板坯的厚度单位为mm；取值为0.6-1.5min/mm，加热完成后按照步骤三中确定的轧机下压程度以及展宽方向进行展宽，控制展宽轧制的道次数不大于3次，展宽完成；步骤b、接步骤a将展宽后的TA5钛合金板坯转动90°角进行轧制，持续轧制直至板坯厚度等于成品厚度；轧制过程中控制轧制温度≥750℃，轧制过程中控制轧制道次变形率≤30%，最末两个道次轧制变形率≤25%,定义轧制总变形量为，；步骤五、定尺分切：将步骤四中得到板材中的板形不良预留量切除，选取板形和表面质量良好的部位对成品板材进行定尺分割；步骤六、热处理：取步骤六中处理后的板材进行单张退火，先将板材加热至600～800℃，然后持续加热时间为 ，，其中为保温时间系数单位为：min/mm；为成品TA5钛合金板材的厚度单位为mm，其中取值为2.0-5.0 min/mm；加热完成后进行空冷；步骤七、表面处理：取不准六处理过的TA5钛合金板材采用扒皮、抛光进行表面处理，去除表面氧化层及缺陷，加工完成。所述的步骤二中有效长度系数有效长度/轧制总长度，有效长度=轧制总长度-轧制板材头尾圆头部分不可用的褶皱区域长度，取值为0.88～0.95。所述的步骤四中步骤b内检测到轧制温度<750℃时，将板材进行回炉加热至温度≥750℃，并持续加热时间 ；；其中为保温时间系数单位为：min/mm；为TA5钛合金板材的实时厚度，单位为mm，其中取值为0.4-1.0 min/mm。①为便于轧制过程中长宽尺寸辨识和提供足够的工艺设计灵活性，板坯长宽尺寸差距须满足②为保证成品性能和控制轧制板材裂纹，成品变形率（）在50~90%之间，板坯厚度须满足③板坯的长度或者板坯的宽度须与设计的展宽变形量（） 相匹配当满足时，对板坯的长度进行展宽当满足时，对板坯的宽度进行展宽④中厚板材轧制过程中容易出现翘头、扣头等板形不良，须预留足够的板材板形不良余量（），板材板形不良余量须满足 ，为轧机最小可轧板坯长度。可以在板材的一侧留足板形不良余量，也可以在两侧均留下一定的板形不良余量。此外，通过增设板形不良余量，增加了轧制板材的总长度，一定程度上也改善了TA5合金中厚板的轧制板形。根据，确定所选板坯是否符合要求，控制展宽变形量，过小的展宽变形量则对边部裂纹和板材组织改善有限，过大的展宽变形量则容易形成较大的圆头（舌头），展宽后换向轧制对中困难，容易轧斜。③展宽轧制的道次数应不大于3个，道次数过多则板形和轧制圆头难以控制。④轧制道次变形率≤30%，最末两个道次轧制变形率≤25%，过大的道次变形率则容易导致较深裂纹生成，造成板材报废。⑤轧制总变形量。⑦控制轧制采用快节奏轧制，可以在板材温度满足要求下完成轧制避免回炉，控制终轧温度≥750℃。接上一步骤，将板形不良预留量分切，选取板形和表面质量良好的部位对成品板材进行定尺。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用全流程工艺设计理念，通过合理的板坯选用、展宽换向轧制设计以及随后的热处理工艺设计等，生产的TA5中厚板材，热轧退火后板材的表面裂纹较少较浅，修磨深度≤1.0mm。室温力学性能方面，抗拉强度700～850MPa，屈服强度600～820MPa，伸长率12～24%，不平度≤7mm/m，满足GB/T 3621-2007标准和客户的要求。其综合力学性能优异，各方面性能指标均衡，富裕量较大。本专利技术解决TA5中厚板短流程生产的技术难题，并可实现大批量稳定生产，满足了舰船用板的使用需求。本专利技术具有以下创新点及优点：①工艺路线新颖，首次采用全流程工艺设计理念，从板坯选用（设计）、展宽换向轧制设计、热处理工艺设计等方面，综合控制TA5中厚板材的边部裂纹、板形、组织和性能；②板坯选用（设计）使得展宽换向具有较大的工艺灵活本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种舰船用TA5钛合金中厚板材的短流程制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、板坯选用：取TA5钛合金板坯，定义TA5钛合金板坯的长度为，TA5钛合金板坯的宽度为，TA5钛合金板坯的厚度为，TA5钛合金板坯的尺寸符合如下标准：（1）（2）其中公式（2）中为成品TA5钛合金板材的厚度；步骤二、检验板坯：将步骤一中获得TA5钛合金板坯进行检验：定义成品TA5钛合金板材的板形不良余量为；（3）公式（3）中分别为步骤一中确定的TA5钛合金板坯的厚度、宽度和长度尺寸，分别为成品TA5钛合金板材的厚度、宽度和长度尺寸，为成品TA5钛合金板材的切边预留量，为有效长度系数；取轧机最小可轧板坯长度并定义为，将与对比，如果，则重复步骤一重新确定TA5钛合金板坯尺寸，直至，则确定TA5钛合金板坯待用；步骤三、确定板坯展宽方向和轧机下压程度：定义TA5钛合金板材的展宽变形量为，且，取一值，并确定一个与对应的标准TA5钛合金板坯的宽度和一个与对应的展宽后的TA5钛合金板材的厚度，并根据展宽后的TA5钛合金板材的厚度确定轧机在展宽过程中的下压程度；（4）（5）公式（4）中为成品TA5钛合金板材的宽度、为成品TA5钛合金板材的切边预留量；取步骤二中确定的TA5钛合金板坯的长度和TA5钛合金板坯的宽度，分别与标准TA5钛合金板坯的宽度进行对比，如果TA5钛合金板坯的长度满足，则对TA5钛合金板坯的长度进行展宽，如果TA5钛合金板坯的宽度满足，则对TA5钛合金板坯的宽度进行展宽；步骤四：展宽与轧制成型：步骤a、定义TA5钛合金板实测β转变温度为，TA5钛合金板坯展宽温度为；，取步骤二中确定的TA5钛合金板坯加热至，持续加热时间，，公式中为保温时间系数单位为：min/mm；为TA5钛合金板坯的厚度单位为mm；取值为0.6‑1.5 min/mm，加热完成后按照步骤三中确定的轧机下压程度以及展宽方向进行展宽，控制展宽轧制的道次数不大于3次，展宽完成；步骤b、接步骤a将展宽后的TA5钛合金板坯转动90°角进行轧制，持续轧制直至板坯厚度等于成品厚度；轧制过程中控制轧制温度≥750℃，轧制过程中控制轧制道次变形率≤30%，最末两个道次轧制变形率≤25%,定义轧制总变形量为，；步骤五、定尺分切：将步骤四中得到板材中的板形不良预留量切除，选取板形和表面质量良好的部位对成品板材进行定尺分割；步骤六、热处理：取步骤六中处理后的板材进行单张退火，先将板材加热至600～800℃，然后持续加热时间为，，其中为保温时间系数单位为：min/mm；为成品TA5钛合金板材的厚度单位为mm，其中取值为2.0‑5.0 min/mm；加热完成后进行空冷；步骤七、表面处理：取步骤六处理过的TA5钛合金板材采用扒皮、抛光进行表面处理，去除表面氧化层及缺陷，加工完成。...

【技术特征摘要】
1.一种舰船用TA5钛合金中厚板材的短流程制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、板坯选用：取TA5钛合金板坯，定义TA5钛合金板坯的长度为，TA5钛合金板坯的宽度为，TA5钛合金板坯的厚度为，TA5钛合金板坯的尺寸符合如下标准： （1） （2）其中公式（2）中为成品TA5钛合金板材的厚度；步骤二、检验板坯：将步骤一中获得TA5钛合金板坯进行检验：定义成品TA5钛合金板材的板形不良余量为； （3）公式（3）中 分别为步骤一中确定的TA5钛合金板坯的厚度、宽度和长度尺寸， 分别为成品TA5钛合金板材的厚度、宽度和长度尺寸，为成品TA5钛合金板材的切边预留量，为有效长度系数；取轧机最小可轧板坯长度并定义为，将与对比，如果，则重复步骤一重新确定TA5钛合金板坯尺寸，直至，则确定TA5钛合金板坯待用；步骤三、确定板坯展宽方向和轧机下压程度：定义TA5钛合金板材的展宽变形量为，且，取一值，并确定一个与对应的标准TA5钛合金板坯的宽度和一个与对应的展宽后的TA5钛合金板材的厚度，并根据展宽后的TA5钛合金板材的厚度确定轧机在展宽过程中的下压程度； （4） （5）公式（4）中为成品TA5钛合金板材的宽度、为成品TA5钛合金板材的切边预留量；取步骤二中确定的TA5钛合金板坯的长度和TA5钛合金板坯的宽度，分别与标准TA5钛合金板坯的宽度进行对比，如果TA5钛合金板坯的长度满足，则对TA5钛合金板坯的长度进行展宽，如果TA5钛合金板坯的宽度满足，则对TA5钛合金板坯的宽度进行展宽；步骤四：展宽与轧制成型：步骤a、定义TA5钛合金板实测β转变温度为，TA5钛合金板坯展宽温度为；，...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪大伟，陈涛，刘茵琪，贾祥亚，张逸，刘喜波，
申请(专利权)人：洛阳双瑞精铸钛业有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41