[发明专利]一种V-5Cr-5Ti轧制板材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钒合金制备领域，具体涉及一种V-5Cr-5Ti轧制板材的制备方法。

背景技术

钒合金因其优良的高温性能，良好的加工性以及与液态锂的良好相容性而被认为是聚变堆第一壁包层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，制备方法主要有电子束精炼＋电弧熔炼、磁悬浮熔炼和粉末冶金，并以电子束精炼＋电弧熔炼的双联方法为主。该双联方法首先将钒原料进行多次精炼提纯，然后制备自耗电极进行真空电弧熔炼，可规模生产低杂质含量的优质合金铸锭。美国采用这种双联工艺制备出了1200kg的V-5Cr-5Ti合金铸锭。

国内从20世纪90年代后期开始了钒合金的熔炼制备研究以及多种钒合金的性能研究，主要制备方法为磁悬浮熔炼和电弧熔炼，也有将电子束熔炼方法应用于钒合金制备上的，但未公开报道。通过磁悬浮熔炼可制备出性能较好的多种钒基合金材料，但实验室规模的磁悬浮熔炼很难满足聚变堆的应用需求。

电弧熔炼制备可实现钒合金的规模生产，并且通过挤压、锻造及轧制等工艺手段，可生产出强度高、塑性好的变形钒合金产品，以满足结构件的需求。因此，钒合金材料的电弧熔炼制备具有非常重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种V-5Cr-5Ti轧制板材的制备方法。所述方法或的轧制板材具有较好的力学性能，屈服强度为350-365MPa，抗拉强度为440-460MPa，伸长率为30-33％，断面收缩率约为70-73％。

为了解决上述问题，本发明采用了以下技术方案：

一种V-5Cr-5Ti轧制板材的制备方法，包括：

（1）电弧熔炼

采用冷等静压（CIP）将混合后的原料压制成的棒料（致密度约为85％），再进行真空除气。冷等静压压力为260-300MPa，保压时间为8-12min。除气温度为730-770℃，保温时间为4-6min，真空度为5×10^-3Pa。

将除气后的棒料在真空自耗电弧炉内焊接成一次自耗电极并进行一次真空自耗电弧熔炼，再经二次电弧熔炼后制备成电弧铸锭。电弧熔炼均以纯钒板作为引弧板，厚度为5mm。二次熔炼时，一次熔炼铸锭的底部作为二次熔炼电极的上部，在停止熔炼前1-2min逐步降低熔炼电流以减轻缩孔。

第一次电弧熔炼时电流为2-2.4kA、电压25-28V、电弧焊电流3-5A、真空度0.5-1.3Pa。

第二次电弧熔炼时电流为3.2-3.6kA、电压30-34V、电弧焊电流4-6A、真空度0.2-0.9Pa。

（2）压力加工

将二次电弧铸锭经车床整形后采用包套真空封装，再进行锻造开坯。包套材料为不锈钢（1Cr18Ni9Ti），壁厚为10mm，电子束焊接封装，真空度为0.5Pa。锻造开坯的始锻温度约为1100-1200℃，变形量约为45-55％，锻造完成后水淬。

去除包套后对锻造坯料进行950-1050℃×1h真空退火，真空度为5×10^-3Pa。

退火后的合金坯料进行温轧，采用硅碳棒加热炉加热坯料。开轧温度为400-500℃，道次压下量为10-14％，总变形量为60-70％。

将轧板在950-1050℃×1h进行再结晶退火处理，真空度为5×10^-3Pa。

所述金属钒原料为电解枝晶钒，粒度为2-7mm；钛为99.7％的海绵钛颗粒，粒度为3-5mm；铬选用99.9％的铬片，粒度为2-7mm。

本发明具有以下优点：

（1）在二次电弧熔炼时采用一次电弧铸锭的底部作为二次自耗电极的上半，在一定程度上减轻了合金铸锭的宏观偏析。

（2）采用二次真空自耗电弧熔炼，可制备出成分均匀的V-5Cr-5Ti合金铸锭，合金中Ｏ杂质可控制在500-600ug/g。

（3）合金铸锭经锻造开坯、温轧及再结晶退火细化合金晶粒后，晶粒尺寸可控制在100um以内。

（4）合金具有较好的力学性能，屈服强度为350-365MPa，抗拉强度为440-460MPa，伸长率为30-33％，断面收缩率约为70-73％。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例一

一种V-5Cr-5Ti轧制板材的制备方法，包括：

（1）电弧熔炼