一种超薄TC4钛合金板材的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种超薄TC4钛合金板材的制备方法，包括热轧开坯、热轧二火、淬火、热轧三火、双片叠轧、钢板包覆轧制、冷轧和阶梯退火处理。钛合金板材总体形变率达99％以上，可将多种厚度坯料成型为厚度低至0.4mm的超薄板材。通过多火次热轧、双片叠轧、钢板包覆轧制等组合热轧工艺，小变量多道次轧制板材，显著削弱板材各向异性，获得晶粒均匀、微观组织改善，宏观力学性能提升的效果，降低了板材裂纹、变形、破边等风险，有效缓解后续冷轧的生产压力。利用表面处理、冷轧工艺、在线阶梯退火等环节，提高了板材表面质量，有效控制板材公差及同板差，无需后续真空蠕变矫形等工艺即可得到质量稳定，综合性能优异的超薄TC4钛合金板材。综合性能优异的超薄TC4钛合金板材。

【技术实现步骤摘要】
一种超薄TC4钛合金板材的制备方法


[0001]本专利技术属于钛合金板材加工
，尤其涉及一种超薄TC4钛合金板材的制备方法。

技术介绍

[0002]随着汽车工业、航空工业、电子通信工业等行业的发展，人们对高性能钛合金板材的要求日益增强。作为新兴材料，钛合金具有比强度高、耐热、耐腐蚀性好等优点，在结构金属材料中占有重要地位。TC4钛合金材料的组成为Ti
‑
6Al
‑
4V，属于(α+β)型钛合金，具有良好的综合力学机械性能，是应用最广泛的钛合金。但TC4钛合金因热导率小和导热性能差等原因，在轧制过程中会形成较强的变形织构，织构的存在表现出强烈的各向异性，导致其轧制件出现塑性降低、变形不均、边部开裂以及表面裂纹等问题，极大地限制了TC4钛合金的发展和应用。应用形式方面，钛合金板材是钛合金产品使用最广泛的形式，板材的生产工艺是钛合金加工
的重点和难点，其中，超薄TC4钛合金板材的生产又是板材生产中最难的部分，受轧辊条件等限制，0.6mm厚度以下的薄板容易厚度不均，同板差控制难度大，且轧机过压还可能损坏轧辊。
[0003]采用钢板包覆轧制对多片叠置的钛合金板同时轧制，是目前降低单片板材厚度较为有效的方法。专利CN113333469B公开了一种TC4钛合金薄板热轧工艺，包括基板制备、轧包制备、首轧、复轧、退火和后处理工序，通过采用小变形量多火次轧制工艺生产TC4钛合金薄板，显著减小板材的各向异性，同时在制备轧包时，将基板一端焊接固定，防止在轧制过程中基板发生滑移错位，制备的TC4钛合金薄板同板差低；在轧包封边上设置充气口，首轧时从充气口通入氩气，复轧预热时向加热炉中通入氩气，使得基板在高热状态下始终被氩气保护，减轻钛合金氧化，消除多火次轧制造成氧化层过厚影响板材厚度及拉裂纹产生问题。但由于总体变形量较低，该专利适合对起始厚度较薄的钛合金板进行处理，难以对包覆轧制前厚度较大的钛合金板坯进行处理和调控；且其以8
‑
10℃/min的降温速率随加热炉等温退火至室温，处理效率较低。
[0004]专利CN113564500B提供了一种高强度超细晶TC4钛合板材制备方法，包括：(1)将TC4钛合金铸锭在1000℃
‑
1100℃加热后开坯锻造获得坯料；(2)在850℃
‑
920℃加热后，对坯料进行轧制；(3)在β相变点之上30℃
‑
50℃热处理后水淬冷却，得到板坯；(4)在850℃
‑
920℃加热后进行轧制；(5)将所得坯料进行组焊，获得钢板包覆轧制包；(6)在800℃
‑
850℃加热后，进行第四次轧制；(7)拆开轧制包，对坯料进行第二次组焊，获得钢板包覆轧制包；(8)在800℃
‑
850℃加热后，垂直于上次轧制方向进行轧制；(9)进行退火、蠕变校形、碱酸洗和砂光后，获得厚度为0.4mm的板材；之后还可制备钛合金箔材。该专利技术采用了两次钢板包覆轧制，成本较高；且退火后还需蠕变校形等处理才能够得到性能稳定的TC4薄板，不适合大规模流水线生产。
[0005]因此，通过增加板材片数的方式提高待轧厚度，利用现有设备通过包覆轧制完成单片超薄板材的制备，是获取超薄钛合金板的有效手段。而在包覆轧制前获得厚度适中且
均匀的板坯，拆包后对超薄单板有效后处理，是高质高效获得超薄TC4钛合金成品板的重要条件。如何设计工艺环节和调控成型参数条件，以获得厚度较薄、微观组织均匀且综合性能优异的TC4钛合金薄板，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于，提供一种超薄TC4钛合金板材的制备方法。通过对工艺流程各环节综合设计，整体采用五步大变形量热轧，结合各步内多道次换向热轧，达到细化晶粒、均匀组织的目的，有效获得微观晶粒破碎充分、组织均匀性好、宏观厚度较薄、综合性能优异的超薄TC4钛合金板材，且有效缩短制备时间，降低生产成本。
[0007]具体的，本专利技术提供了一种超薄TC4钛合金板材的制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤一：热轧开坯，将钛合金坯料在920
‑
1000℃加热120
‑
180min，热轧至厚度25
‑
35mm；裁剪为粗轧坯；
[0009]步骤二：热轧二火，将粗轧坯在900
‑
950℃加热30
‑
50min，换向热轧，得到厚度为8
‑
12mm的二火板坯；
[0010]步骤三：将二火板坯，在温度1040
±
20℃下加热20
‑
30分钟，水淬；
[0011]步骤四：热轧三火，将步骤三得到的板坯在900
‑
950℃加热20
‑
30min，换向热轧，得到厚度4
‑
5mm的三火板坯；
[0012]步骤五：双片叠轧，将三火板坯以两片一组叠放并焊接为叠轧包，轧制得到单片厚度2
‑
2.5mm的叠轧板坯；
[0013]步骤六：钢板包覆轧制，将多片所述叠轧坯叠放并焊接；用上层钢板和下层钢板进行包覆焊接得到包覆轧制包；将所述包覆轧制包在820
‑
880℃加热30
‑
40min，换向热轧，得到单板厚度0.4
‑
0.5mm的包轧板坯；
[0014]步骤七：冷轧，将包轧板坯进行1道次冷轧，得到变形率10％以下的冷轧板坯；
[0015]步骤八：阶梯退火处理。
[0016]本专利技术在冷轧前设计多个热轧环节，特别是多次换向热轧、双片叠轧、钢板包覆轧制，能够利用现有的轧制设备，通过热轧多火次大变形量轧制方式有效将钛合金坯料快速稳定地轧至较低厚度，显著缓解冷轧压力。由于双片叠轧和钢板包覆轧制都存在两片或以上板坯的厚度几乎同比例降低的特点，在双片叠轧和钢板包覆轧制步骤前，获得高质量和高尺寸均一性的单片板坯，是有效控制双片叠轧和钢板包覆轧制成果的重要条件，三火板坯的厚度控制在4
‑
5mm，优选控制在4
‑
4.5mm，更有利于双片叠轧步骤的进行。本专利技术双片叠轧和钢板包覆轧制最大的作用是克服了热轧机最小厚度的轧制极限，在优化组织的同时，大大提高了生产效率。
[0017]此外，考虑热轧开坯设备及条件，步骤一中，钛合金坯料的初始厚度优选100
‑
130mm。裁剪为较小尺寸的粗轧坯后，对粗轧坯优选进行砂轮打磨，以去除表面的氧化皮以及因轧制而显现的表层缺陷。由于TC4钛合金作为合金元素浓度较低的两相钛合金，在步骤三中，将二火板坯加热到相变温度以上保温，之后水淬，以获得马氏体亚稳相，有利于在后续加工过程转变为弥散的(α+β)相，获得最大的时效强化效果。
[0018]进一步的，对三火板坯、叠轧板坯、包轧板坯中的至少一个进行碱酸洗处理，其中，
碱酸洗处理包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超薄TC4钛合金板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：热轧开坯，将钛合金坯料在920
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1000℃加热120
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180min，热轧至厚度25
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35mm；裁剪为粗轧坯；步骤二：热轧二火，将粗轧坯在900
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950℃加热30
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50min，换向热轧，得到厚度为8
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12mm的二火板坯；步骤三：将二火板坯，在温度1040
±
20℃下加热20
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30分钟，水淬；步骤四：热轧三火，将步骤三得到的板坯在900
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950℃加热20
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30min，换向热轧，得到厚度4
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5mm的三火板坯；步骤五：双片叠轧，将三火板坯以两片一组叠放并焊接为叠轧包，轧制得到单片厚度2
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2.5mm的叠轧板坯；步骤六：钢板包覆轧制，将多片所述叠轧坯叠放并焊接；用上层钢板和下层钢板进行包覆焊接得到包覆轧制包；将所述包覆轧制包在820
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880℃加热30
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40min，换向热轧，得到单板厚度0.4
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0.5mm的包轧板坯；步骤七：冷轧，将包轧板坯进行1道次冷轧，得到变形率10％以下的冷轧板坯；步骤八：阶梯退火处理。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，对三火板坯、叠轧板坯、包轧板坯中的至少一个进行碱酸洗处理，其中，碱酸洗处理包括如下步骤：A.碱洗：将板坯浸泡在460～520℃的碱熔融液中，碱洗5～20min；所述碱熔融液由85～95wt％NaOH和5～15wt％NaNO3组成；B.一次酸洗：将薄板坯浸泡在60℃以下的第一酸液中，酸洗少于2min，水洗干燥；所述第一酸液含有：5～15wt％H2SO4且余量为水；C.二次酸洗：将薄板坯浸泡在60℃以下的第二酸液中，酸洗少于10min；所述第二酸液含有：30～40wt％HNO3、4～5％wtHF且余量为水。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，对经碱酸洗处理后的板坯进行砂轮打磨处理，采用金刚石砂轮，包括如下步骤：S1粗磨：粗磨砂轮的粒度100
‑
120目，转速1200
‑
1800r/min，进给量为每次0.02mm至0.05mm，金刚石砂轮的进给速度为800mm/min至1000mm/min；S2半精磨：半精磨砂轮的粒度120
‑
200目，转速1500r/min至2000r/min，进给量为每次0.01mm至0.02mm，进给速度为500mm/min至700mm/min；S3精磨：精磨砂轮的粒度200
‑
300目，转速为3500r/min至4000r/min，进给量为每次0.01mm以下，进给速度为300mm/min至450mm/min。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤二中，进行2道次垂直换向热轧，变形率60
‑
75％，包括：S2.1：沿板坯宽度方向单次轧制；S2.2：将板坯旋转板坯90
°
，沿板坯长度方向单次轧制。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤四中，进行2道次换向热轧，包括如下步骤：S4.1：采用异速异步轧机沿板...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，熊彬，沈飞飞，袁秦峰，
申请(专利权)人：浙江申吉钛业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：