一种钛合金盘卷的轧制方法与流程

1.本公开涉及钛合金轧制技术领域，尤其涉及一种钛合金盘卷的轧制方法。


背景技术：

2.目前，纯钛盘圆丝材主要应用在焊丝、航空紧固件以及医疗领域，这些领域在纯钛盘圆丝材都需要经过后续酸碱洗、人工捡伤、拉拔、抛磨等工序处理。目前市场上的纯钛盘圆丝材主要存在以下问题：第一、盘卷单重小，一般为10-30kg，钢厂生产的800kg的大盘卷在市面上使用率不高，且其卷内存在较多的深裂纹；第二、盘卷表面质量差、折叠、凹坑、麻点、掉肉裂纹等情况极为严重；第三、盘卷的微观组织不均匀，在钢厂轧制存在组织过热的情况、通卷一致性较差。由于上述缺点会造成后续工序繁琐、效率差、剥皮量大、人工成本高、后续加工生产中存在很多不确定因素，很难实现工业化大批量稳定生产。因此，有必要提出一种方案改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。
3.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

4.本公开实施例的目的在于提供一种钛合金盘卷的轧制方法，该方法包括以下步骤：
5.对钛合金坯料进行阶段式加热，所述阶段式加热包括预热阶段和加热阶段；得到待轧制钛合金坯料；
6.将所述待轧制钛合金坯料放入电阻炉中进行阶段式轧制，所述阶段式轧制包括一火轧制、二火轧制和三火轧制；得到钛合金线材；
7.将所述钛合金线材冷却和收卷，得到钛合金盘卷；
8.其中所述三火轧制包括粗轧制、中轧制和精轧制。
9.本公开的一示例性实施例中，所述对钛合金坯料进行阶段式加热的步骤中，所述预热阶段的温度为790～810℃，持续时间为110～130min；所述加热阶段包括加热至相变点以上100～200℃后，保温450～550min。
10.本公开的一示例性实施例中，所述一火轧制包括：将所述钛合金坯料放入所述电阻炉中进行一火轧制；再经空冷、锯切、打磨和检验后得到一火轧制件；
11.其中，所述一火轧制的总道次的轧制变形量为80％～90％；所述一火轧制的轧制速度为1～5mps；所述一火轧制的温度为加热至相变点以上100～200℃。
12.本公开的一示例性实施例中，所述二火轧制包括：将所述一火轧制件的表面均匀涂抹高温材料，干燥8～10小时后进行二火轧制；再经矫直、空冷、锯切、剥皮、打磨和检验后得到二火轧制件；
13.其中，所述二火轧制的总道次的轧制变形量为80％～90％；所述二火轧制的轧制速度为1～5mps；所述二火轧制的温度为加热至相变点以上50～60℃后保温100～200min。
14.本公开的一示例性实施例中，在所述二火轧制中，所述矫直的处理包括，在余热状态下进行所述矫直，所述矫直的直线度不大于5mm/m，无死弯。
15.本公开的一示例性实施例中，所述二火轧制中使用的轧制设备为φ1350型两辊可逆开坯轧机和φ850mm型两辊可逆开坯轧机；所述一火轧制中使用的轧制设备为φ1350mm型两辊可逆开坯轧机。
16.本公开的一示例性实施例中，所述三火轧制包括：
17.将所述二火轧制件送入φ600型两辊可逆开坯轧机中进行粗轧制，得到粗轧制件，并通过补热炉来控制所述粗轧制件的温度；
18.利用中轧机组对所述粗轧制件进行中轧制，得到符合规格的中轧制件，并对所述中轧制件进行剪切处理；
19.将经过所述剪切处理的中轧制件送入精轧机组进行精轧制，得到所述钛合金线材。
20.本公开的一示例性实施例中，所述三火轧制的总道次的轧制变形量为95％～99％；所述三火轧制的轧制速度为2～7mps；所述三火轧制的温度为加热至相变点以下20～50℃。
21.本公开的一示例性实施例中，所述将所述钛合金线材冷却和收卷，得到钛合金盘卷的步骤中，
22.所述冷却包括水冷或空冷；采用集卷机进行所述收卷，得到所述钛合金盘卷的内径为850～900mm；所述钛合金盘卷的外径为1000～1150mm；所述钛合金线材的直径为7.8～16.2mm；所述钛合金盘卷的不圆度不大于0.5mm。
23.本公开提供的技术方案可以包括以下有益效果：
24.本公开提出一种钛合金盘卷的轧制方法，通过采用阶段式加热和阶段式轧制相结合的方式，实现了单重大的钛合金盘卷的轧制，提高了后续工序加工的成材率和生产效率；之后将钛合金线材冷却和收卷，得到钛合金盘卷。通过整个工艺组合和调试大大提高了钛合金盘卷表面的质量，减少了钛合金盘卷表面的折叠、凹坑、麻点、掉肉裂纹等情况。
附图说明
25.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1示出本公开示例性实施例中一种钛合金盘卷的轧制方法的步骤示意图；
27.图2示出本公开示例性实施例中待轧制钛合金坯料的结构示意图；
28.图3示出本公开示例性实施例1中得到的钛合金盘卷的金相显微组织示意图；
29.图4示出本公开示例性实施例2中得到的钛合金盘卷的sem显微组织示意图；
30.图5示出本公开示例性实施例3中得到的钛合金盘卷的ebsd分析微观示意图。
具体实施方式
31.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形
式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
32.本示例实施方式中提供了一种钛合金盘卷的轧制方法，如图1所示，该方法可以包括以下步骤：
33.步骤s101：对钛合金坯料进行阶段式加热，所述阶段式预热包括预热阶段和加热阶段；得到待轧制钛合金坯料。
34.步骤s102：将所述待轧制钛合金坯料放入电阻炉中进行阶段式轧制，所述阶段式轧制包括一火轧制、二火轧制和三火轧制；得到钛合金线材。
35.步骤s103；将所述钛合金线材冷却和收卷，得到钛合金盘卷。
36.这里，该三火轧制包括了粗轧制、中轧制和精轧制。
37.本公开实施方式中提出一种钛合金盘卷的轧制方法，通过采用阶段式加热和阶段式轧制相结合的方式，实现了大单重钛合金盘卷的轧制，提高了后续工序加工的成材率和生产效率；之后将钛合金线材冷却和收卷，得到钛合金盘卷。通过整个工艺组合和调试大大提高了钛合金盘卷表面的质量，减少了钛合金盘卷表面的折叠、凹坑、麻点、掉肉裂纹等情况。
38.下面，对本示例实施例中的上述方法的各个步骤进行更详细的说明。
39.本公开实施例中，选用的钛合金坯料为ti6ai4v钛合金，这种钛合金包括α相和β相，铝是α相的稳定元素，钒是β相的稳定元素。这种钛合金具有密度小，耐腐蚀性强以及良好的强度，低温下具有高机械性能，主要应用在航天、航空、建筑、医疗等领域。
40.实施例1：
41.在步骤s101中，将ti6ai4v钛合金坯料放入全纤维台车式电阻炉中，进行阶段式加热。这种电阻炉的炉体气密性良好、收缩量小，导热系数小，保温性能好，因而比常规电阻炉更加节省电能。
42.进一步的，该阶段式加热包括了预热阶段和加热阶段。预热阶段的温度为790℃，持续时间为110min。加热阶段是将钛合金坯料加热至相变点以上100℃后，保温450min。
43.ti6ai4v钛合金坯料经过阶段式加热处理后，得到待轧制钛合金坯料。
44.由图2所示，所得的待轧制钛合金坯料由上至下依次包括了锡层、铝层、钛碳氮元素层和抗变形基底层。采用阶段式加热的方式能够有效解决钛合金加热过程中热导率低、截面温差大和长时间在高温下吸气严重的问题。
45.在步骤s102中，将待轧制钛合金坯料放入全纤维台车式电阻炉中进行阶段式轧制。该阶段式轧制依次包括了一火轧制、二火轧制和三火轧制三个轧制过程。具体子步骤为：
46.子步骤s1021：将钛合金坯料放入全纤维台车式电阻炉中进行一火轧制；之后，再经过空冷、锯切、打磨和检验后得到一火轧制件。
47.进一步的，一火轧制的总道次的轧制变形量为80％。一火轧制的轧制速度为1mps，一火轧制的温度为加热至相变点以上100℃。
48.子步骤s1022：将一火轧制件表面均匀涂抹高温材料，干燥8小时后进行二火轧制；再经矫直、空冷、锯切、剥皮、打磨和检验后，得到二火轧制件。
49.进一步的，二火轧制的总道次的轧制变形量为80％。二火轧制的轧制速度为1mps，二火轧制的温度为加热至相变点以上50℃后保温100min。
50.进一步的，在二火轧制中，进行矫直的步骤包括，在余热状态下进行矫直，矫直的直线度不大于5mm/m,无死弯。
51.更进一步的，二火轧制中使用的轧制设备为φ1350型两辊可逆开坯轧机和φ850mm型两辊可逆开坯轧机。一火轧制中使用的轧制设备为φ1350mm型两辊可逆开坯轧机。
52.子步骤s1023为三火轧制。传统的小规格棒材、线材的轧制工艺中，由于设备本身的局限性，存在轧制力不足、轧制速度不可调控，人为因素影响较大；且往往需要重复加热、轧制效率低、组织性能不均匀、单盘重量小等缺陷。本公开三火轧制步骤中采用了全自动控温控扎生产线，轧制速度和温度均可调节、可控制，可以在在线材轧制过程中进行在线控温补温，以及反复连续轧制，通过调整辊缝和轧制速度能够有效控制轧制过程中的温度场，生产出来的钛合金盘卷工艺稳定性好，产品一致性高、单重大。
53.全自动控温控轧生产线，包括了感应加热炉和感应补热炉。三火轧制具体包括了：
54.首先，将二火轧制件送入φ600型两辊可逆开坯轧机中进行粗轧制，得到粗轧制件，并通过补热炉来控制粗轧制件的温度。采用补热炉可以缩短加热时间，减少了打磨或剥皮过的二火轧制件产生的氧化层，相当于常规空气介质加热炉的1％～5％左右，基本杜绝了后续轧制中因为氧化夹杂导致的缺陷。对于一些易吸收氧、氢等气体的材料，例如钛合金，在极短的加热时间可以避免加热中产生的气粉污染。并且对于轧制过或锻造过，具有良好原始高倍组织的二火轧制件，快速加热可以阻止其再结晶区以上长期加热造成的原始组织恶化和长大，对后续轧制或锻造组织的改善极其有利，适合多批次稳定生产。
55.然后，利用中轧机组对粗轧制件进行中轧制，得到符合规格的中轧制件，并对中轧制件进行剪切处理，切除烂头烂尾部分。
56.最后，将经过剪切处理的中轧制件送入精轧机组进行精轧制，得到钛合金线材。
57.进一步的，三火轧制的总道次的轧制变形量为95％；三火轧制的轧制速度为2mps；三火轧制的温度为加热至相变点以下20℃。
58.在步骤s103中，将得到的钛合金线材进行冷却和收卷处理，得到最终的钛合金盘卷。冷却方式可以采用水冷，也可以采用空冷或其他方式。钛合金盘卷的内径为850mm，外径为1000mm，其不圆度不大于0.5mm。钛合金线材的直径为7.8mm。
59.实施例2
60.在步骤s101中，将ti6ai4v钛合金坯料放入全纤维台车式电阻炉中，进行阶段式加热。这种电阻炉的炉体气密性良好、收缩量小，导热系数小，保温性能好，因而比常规电阻炉更加节省电能。
61.进一步的，该阶段式加热包括了预热阶段和加热阶段。预热阶段的温度为800℃，持续时间为120min。加热阶段是将钛合金坯料加热至相变点以上150℃后，保温500min。
62.ti6ai4v钛合金坯料经过阶段式加热处理，得到待轧制钛合金坯料。
63.由图2所示，所得的待轧制钛合金坯料由上至下依次包括了锡层、铝层、钛碳氮元素层和抗变形基底层。采用阶段式加热的方式能够有效解决钛合金加热过程中热导率低、截面温差大和长时间在高温下吸气严重的问题。
64.在步骤s102中，将待轧制钛合金坯料放入全纤维台车式电阻炉中进行阶段式轧
制。该阶段式轧制依次包括了一火轧制、二火轧制和三火轧制三个轧制过程。具体子步骤为：
65.子步骤s1021：将钛合金坯料放入全纤维台车式电阻炉中进行一火轧制；之后，再经过空冷、锯切、打磨和检验后得到一火轧制件。
66.进一步的，一火轧制的总道次的轧制变形量为85％。一火轧制的轧制速度为3mps，一火轧制的温度为加热至相变点以上150℃。
67.子步骤s1022：将一火轧制件的表面均匀涂抹高温材料，干燥9小时后进行二火轧制；再经矫直、空冷、锯切、剥皮、打磨和检验后，得到二火轧制件。
68.进一步的，二火轧制的总道次的轧制变形量为85％。二火轧制的轧制速度为3mps，二火轧制的温度为加热至相变点以上55℃后保温150min。
69.进一步的，在二火轧制中，进行矫直的步骤包括，在余热状态下进行矫直，矫直的直线度不大于5mm/m,无死弯。
70.更进一步的，二火轧制中使用的轧制设备为φ1350型两辊可逆开坯轧机和φ850mm型两辊可逆开坯轧机。一火轧制中使用的轧制设备为φ1350mm型两辊可逆开坯轧机。
71.子步骤s1023为三火轧制。如实施例1中论述过的，三火轧制采用了全自动控温控轧生产线。
72.首先，将二火轧制件送入φ600型两辊可逆开坯轧机中进行粗轧制，得到粗轧制件，并通过补热炉来控制粗轧制件的温度。
73.然后，利用中轧机组对粗轧制件进行中轧制，得到符合规格的中轧制件，并对中轧制件进行剪切处理，切除烂头烂尾部分。
74.最后，将经过剪切处理的中轧制件送入精轧机组进行精轧制，得到钛合金线材。
75.进一步的，三火轧制的总道次的轧制变形量为97％；三火轧制的轧制速度为5mps；三火轧制的温度为加热至相变点以下35℃。
76.在步骤s103中，将得到的钛合金线材进行冷却和收卷处理，得到最终的钛合金盘卷。冷却方式可以采用水冷，也可以采用空冷或其他方式。钛合金盘卷的内径为900mm，外径为1100mm，其不圆度不大于0.5mm。钛合金线材的直径为12mm。
77.实施例3
78.在步骤s101中，将ti6ai4v钛合金坯料放入全纤维台车式电阻炉中，进行阶段式加热。这种电阻炉的炉体气密性良好、收缩量小，导热系数小，保温性能好，因而比常规电阻炉更加节省电能。
79.进一步的该阶段式加热包括了预热阶段和加热阶段。具体的，
80.预热阶段的温度为810℃，加热持续时间为130min。加热阶段是将钛合金坯料加热至相变点以上200℃后，保温550min。
81.ti6ai4v钛合金坯料经过阶段式加热处理，得到待轧制钛合金坯料。
82.由图2所示，所得的待轧制钛合金坯料由上至下依次包括了锡层、铝层、钛碳氮元素层和抗变形基底层。采用阶段式加热的方式能够有效解决钛合金加热过程中热导率低、截面温差大和长时间在高温下吸气严重的问题。
83.在步骤s102中，将待轧制钛合金坯料放入全纤维台车式电阻炉中进行阶梯式轧制。该阶梯式轧制依次包括了一火轧制、二火轧制和三火轧制三个轧制过程。具体子步骤
为：
84.子步骤s1021：将钛合金坯料放入全纤维台车式电阻炉中进行一火轧制；之后，再经过空冷、锯切、打磨和检验后得到一火轧制件。
85.进一步的，一火轧制的总道次的轧制变形量为90％。一火轧制的轧制速度为5mps，一火轧制的温度为加热至相变点以上200℃后。
86.子步骤s1022：将一火轧制件的表面均匀涂抹高温材料，干燥10小时后进行二火轧制；再经矫直、空冷、锯切、剥皮、打磨和检验后，得到二火轧制件。
87.进一步的，二火轧制的总道次的轧制变形量为90％。二火轧制的轧制速度为5mps，二火轧制的温度为加热至相变点以上60℃后保温200min。
88.进一步的，在二火轧制中，进行矫直的步骤包括，在余热状态下进行矫直，矫直的直线度不大于5mm/m,无死弯。
89.更进一步的，二火轧制中使用的轧制设备为φ1350型两辊可逆开坯轧机和φ850mm型两辊可逆开坯轧机。一火轧制中使用的轧制设备为φ1350mm型两辊可逆开坯轧机。
90.子步骤s1023为三火轧制。如实施例1中论述过的，三火轧制采用了全自动控温控轧生产线。
91.首先，将二火轧制件送入φ600型两辊可逆开坯轧机中进行粗轧制，得到粗轧制件，并通过补热炉来控制粗轧制件的温度。
92.然后，利用中轧机组对粗轧制件进行中轧制，得到符合规格的中轧制件，并对中轧制件进行剪切处理，切除烂头烂尾部分。
93.最后，将经过剪切处理的中轧制件送入精轧机组进行精轧制，得到钛合金线材。
94.进一步的，三火轧制的总道次的轧制变形量为99％；三火轧制的轧制速度为7mps；三火轧制的温度为加热至相变点以下50℃。
95.在步骤s103中，将得到的钛合金线材进行冷却和收卷处理，得到最终的钛合金盘卷。冷却方式可以采用水冷，也可以采用空冷或其他方式。得到的钛合金盘卷的内径为900mm，外径为1150mm，其不圆度不大于0.5mm。钛合金线材的直径为16.2mm。
96.得到的钛合金盘卷分别进行限位结构观察，如图3、图4和图5所示，依次为钛合金盘卷的金相显微组织、sem显微组织和ebsd晶粒尺寸分析，可以看到钛合金盘卷呈等轴α组织，晶粒大小约3～6um，无次生α生成，存在少许晶间β。可以看到，制得的钛合金盘卷均符合国家标准。
97.需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。另外，也易于理解的是，这些步骤可以是例如在多个模块/进程/线程中同步或异步执行。
98.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

技术特征：
1.一种钛合金盘卷的轧制方法，其特征在于，包括以下步骤：对钛合金坯料进行阶段式加热，所述阶段式加热包括预热阶段和加热阶段；得到待轧制钛合金坯料；将所述待轧制钛合金坯料放入电阻炉中进行阶段式轧制，所述阶段式轧制包括一火轧制、二火轧制和三火轧制；得到钛合金线材；将所述钛合金线材冷却和收卷，得到钛合金盘卷；其中所述三火轧制包括粗轧制、中轧制和精轧制。2.根据权利要求1所述钛合金盘卷的轧制方法，其特征在于，所述对钛合金坯料进行阶段式加热的步骤中，所述预热阶段的温度为790～810℃，持续时间为110～130min；所述加热阶段包括加热至相变点以上100～200℃后，保温450～550min。3.根据权利要求1所述钛合金盘卷的轧制方法，其特征在于，所述一火轧制包括：将所述钛合金坯料放入所述电阻炉中进行一火轧制；再经空冷、锯切、打磨和检验后得到一火轧制件；其中，所述一火轧制的总道次的轧制变形量为80％～90％；所述一火轧制的轧制速度为1～5mps；所述一火轧制的温度为加热至相变点以上100～200℃。4.根据权利要求3所述钛合金盘卷的轧制方法，其特征在于，所述二火轧制包括：将所述一火轧制件的表面均匀涂抹高温材料，干燥8～10小时后进行二火轧制；再经矫直、空冷、锯切、剥皮、打磨和检验后得到二火轧制件；其中，所述二火轧制的总道次的轧制变形量为80％～90％；所述二火轧制的轧制速度为1～5mps；所述二火轧制的温度为加热至相变点以上50～60℃后保温100～200min。5.根据权利要求4所述钛合金盘卷的轧制方法，其特征在于，在所述二火轧制中，所述矫直的处理包括，在余热状态下进行所述矫直，所述矫直的直线度不大于5mm/m，无死弯。6.根据权利要求1-5任一项所述钛合金盘卷的轧制方法，其特征在于，所述二火轧制中使用的轧制设备为φ1350型两辊可逆开坯轧机和φ850mm型两辊可逆开坯轧机；所述一火轧制中使用的轧制设备为φ1350mm型两辊可逆开坯轧机。7.根据权利要求4所述钛合金盘卷的轧制方法，其特征在于，所述三火轧制包括：将所述二火轧制件送入φ600型两辊可逆开坯轧机中进行粗轧制，得到粗轧制件，并通过补热炉来控制所述粗轧制件的温度；利用中轧机组对所述粗轧制件进行中轧制，得到符合规格的中轧制件，并对所述中轧制件进行剪切处理；将经过所述剪切处理的中轧制件送入精轧机组进行精轧制，得到所述钛合金线材。8.根据权利要求7所述钛合金盘卷的轧制方法，其特征在于，所述三火轧制的总道次的轧制变形量为95％～99％；所述三火轧制的轧制速度为2～7mps；所述三火轧制的温度为加热至相变点以下20～50℃。9.根据权利要求1所述钛合金盘卷的轧制方法，其特征在于，所述将所述钛合金线材冷却和收卷，得到钛合金盘卷的步骤中，所述冷却包括水冷或空冷；采用集卷机进行所述收卷，得到所述钛合金盘卷的内径为850～900mm；所述钛合金盘卷的外径为1000～1150mm；所述钛合金线材的直径为7.8～
16.2mm；所述钛合金盘卷的不圆度不大于0.5mm。

技术总结
本公开是关于一种钛合金盘卷的轧制方法，该方法包括：首先，对钛合金坯料进行阶段式加热，得到待轧制钛合金坯料；其次，对待轧制钛合金坯料进行阶段式轧制，得到钛合金线材；最后，将钛合金线材冷却和收卷，得到钛合金盘卷。本公开所提方法实现了单重大的钛合金盘卷的轧制，提高了后续工序加工的成材率和生产效率，并且提高了钛合金盘卷表面的品质。并且提高了钛合金盘卷表面的品质。并且提高了钛合金盘卷表面的品质。


技术研发人员：徐亮 许锦 李杏发 张恒 李妙 王航舵
受保护的技术使用者：陕西天成航空材料有限公司
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/9/14