微细晶粒纯钛及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种微细晶粒纯钛及其制备方法，其特征在于，所述微细晶粒纯钛的等轴微细组织(纵横比(长轴的长度/短轴的长度)小于3的微细组织)的分数为90％以上，并且平均晶粒尺寸为15μm以下。寸为15μm以下。寸为15μm以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微细晶粒纯钛及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种纯钛及其制备方法，所述纯钛应用轧制工艺以使晶粒细化。

技术介绍

[0002]钛合金是具有低密度、高强度、优异的比强度和耐蚀性的结构材料用合金，近年来作为发电用叶片和热交换器等需要轻量化的工业用材料的需求正在增加。
[0003]其中，工工业纯钛(commercially pure titanium，以下本说明书中的钛或纯钛表示工业纯钛)具有优异的抗腐蚀性和生物相容性。
[0004]但是，纯钛由于密排六方(hexagonal close packed，HCP)单相(single phase)晶体结构的特性，具有低屈服强度，因此工业应用受限。
[0005]特别地，为了将纯钛用作工业用材料，需要高强度化。这是因为作为工业用材料的纯钛主要用作结构用材料，并且结构用材料基本上对强度有要求。
[0006]为了增加所述纯钛的强度，以往主要应用晶粒细化(grain refinement)方法。这是因为，在纯钛的情况下，不同于其它合金，不能应用通过添加合金元素的固溶强化机制或利用析出物的析出的析出强化机制。
[0007]因此，以往通过拉拔、挤压、轧制或等径弯曲通道挤压(equal channel angular pressing，ECAP)等塑性加工来开发纯钛的高强度化。但是，所述现有的塑性加工方法大部分引发在塑性加工方向上晶粒伸长的问题。如上所述，具有包含沿特定方向伸长的晶粒的微细组织的钛存在机械特性具有各向异性的问题。此外，当晶粒被伸长时，沿着伸长的方向容易发生诸如竹裂等断裂。
[0008]因此，为了制造具有等轴晶粒微细组织的纯钛，应用一种通过塑性加工和后热处理获得微细的等轴晶粒组织并由此提高纯钛的强度的方法。
[0009]等轴(equiaxed)晶粒是指具有不沿任何特定方向伸长的形状的晶粒。因此，等轴晶粒具有不同于包含沿特定方向伸长的晶粒的所述伸长的晶粒或柱状(columnar)晶粒的形状。
[0010]微细组织是否对应于等轴晶粒或伸长的晶粒的定义可以通过纵横比(aspect ratio，长轴的长度/短轴的长度)来定义。
[0011]以下，在本专利技术中，当用光学显微镜或扫描电子显微镜等观察微细组织时，如果纵横比小于3，则分类为对应于等轴晶粒，如果所述纵横比为3以上，则分类为伸长的晶粒或柱状晶粒。
[0012]另外，在包含纯钛的通常的金属的情况下，塑性加工温度越低，通过塑性加工在金属内部积累的内部储能越增加。在后热处理过程中所述积累的内能成为后热处理期间发生的再结晶的驱动力。因此，已知积累的内能越多，后处理时的再结晶越活跃，因此可以很好地形成微细的等轴晶粒组织。
[0013]因此，以往广泛使用通过冷加工来增加材料中积累的应变能并进行后热处理的方法。
[0014]但是，在纯钛的情况下，存在可通过所述冷加工和后热处理方法控制的晶粒尺寸依然很大的问题。特别地，具有等轴晶粒的平均尺寸为10μm左右的微细组织的纯钛具有即使通过冷加工和后热处理也难以实现的问题。
[0015]此外，所述冷加工和后热处理方法在冷加工期间可应用于材料的每一次(道次(pass))的压下量是有限的，因此具有生产性不优异的本质的问题。
[0016]此外，所述冷加工和所述后热处理方法在冷加工期间可施加于材料的总压下量是有限的，因此存在难以提高总压下量或冷加工时容易发生断裂的问题。

技术实现思路

[0017]要解决的技术问题
[0018]本专利技术用于解决上述现有的纯钛的问题，目的在于提供一种纯钛及其制备方法，其中，所述纯钛通过新型轧制工艺和后续的加工热处理工艺设计而具有微细的等轴晶粒微细组织。
[0019]此外，本专利技术的目的是提供一种具有15μm以下的平均晶粒尺寸的纯钛及其制备方法。
[0020]此外，本专利技术的目的是提供一种纯钛及其制备方法，所述纯钛通过提高每一次的变形量，具有优异的生产性的同时具有微细晶粒微细组织。
[0021]技术方案
[0022]根据用于实现上述目的的本专利技术的一个实施方案的纯钛的特征在于，等轴微细组织的分数为90％以上，并且平均晶粒尺寸为15μm以下。
[0023]此时，所述纯钛中的氧的浓度优选为0.25
‑
0.45重量％。
[0024]此时，所述纯钛优选为板材形状。
[0025]根据用于实现上述目的的本专利技术的一个实施方案的制备钛板材的方法的特征在于，包括：(a)准备纯钛，所述纯钛的氧浓度范围为0.25
‑
0.45重量％且包含其它不可避免的杂质；(b)在400
‑
550℃的温度范围内，将所述纯钛以基于断面减缩率的50％以上的加工率进行温加工；(c)在所述温加工后，在400
‑
570℃的范围内进行后热处理。
[0026]此时，在所述后热处理后，所述纯钛的等轴微细组织的分数优选为90％以上。
[0027]此时，在所述后热处理后，所述纯钛的平均晶粒尺寸优选为15μm以下。
[0028]此时，所述纯钛优选为板材形状。
[0029]有益效果
[0030]根据本专利技术，即使不利用特殊的工艺，也可以通过常规的工艺，提供一种等轴微细组织的分数为90％以上且平均晶粒尺寸为15μm以下的纯钛及其制备方法。由此，可以提供一种具有优异的机械特性的同时在各种工业中可用作结构用材料的商业性优异的纯钛及其制备方法。
[0031]此外，根据本专利技术的制备纯钛的方法，与ECAP等其它制备方法相比，可以以低廉的成本制备生产性优异且机械特性优异的纯钛。
[0032]此外，在根据本专利技术的制备纯钛的方法中，可以通过利用温轧来制造棒材、板材等各种形状的纯钛。
[0033]除了上述效果之外，在说明实施本专利技术的具体内容的同时描述本专利技术的具体效
果。
附图说明
[0034]图1是通过现有的冷加工和后热处理制备的(对应于下述本专利技术的比较例1)纯钛的微细组织。
[0035]图2是对应于本专利技术的比较例2的纯钛的微细组织。
[0036]图3是对应于本专利技术的比较例4的纯钛的微细组织。
[0037]图4是对应于本专利技术的实施例4的纯钛的微细组织。
具体实施方式
[0038]以下，通过参考附图，对本专利技术的实施方案进行详细的说明，以使本领域技术人员可以容易实施。本专利技术可以以各种不同的形式实现，不限于其中说明的实施方案。
[0039]为了明确说明本专利技术，省略了与说明无关的部分，在整个说明书中相同的附图标记指代相同或相似的构成要素。此外，通过参考附图来详细地说明本专利技术的一部分实施方案。当对各附图的构成要素添加附图标记时，即使在不同的附图中显示相同的构成要素，也可以具有尽可能相同的附图标记。此外，在说明本专利技术的过程中，当判断相关的公知构成或功能的具体的说明模糊本专利技术的主旨时，可以省略其详细的说明。
[0040]在说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种微细晶粒纯钛，所述微细晶粒纯钛的等轴微细组织的分数为90％以上，并且平均晶粒尺寸为15μm以下。2.根据权利要求1所述的微细晶粒纯钛，其中，所述纯钛中的氧的浓度为0.25
‑
0.45重量％。3.根据权利要求1所述的微细晶粒纯钛，其中，所述纯钛是板材形状。4.一种制备微细晶粒纯钛的方法，其包括以下步骤：准备纯钛，所述纯钛的氧浓度范围为0.25
‑
0.45重量％且包含其它不可避免的杂质；在400
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴赞熙，廉宗泽，洪在根，
申请(专利权)人：韩国材料研究院，
类型：发明
国别省市：