[发明专利]一种钒铬钛合金板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低成本钒铬钛合金板及其制备方法，属于金属塑性加工技术领域。

背景技术

钒铬钛合金因其具有长期稳定的低放射性、低的衰变热，并可回收利用；抗辐照肿胀、温度可达到850℃的耐热性、高热导、低热膨胀，低热应力、高的温度适用极限、在液态锂回路中有良好的相容性，以及良好的可加工性能，可轧成薄片、挤成管状，可焊接性好等特点，而被选作为聚变堆V-Li包层的结构材料，其中又以V4Cr4Ti及V5Cr5Ti合金最具代表性。

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。目前制备方法主要有电子束熔炼、真空自耗电极电弧熔炼、磁悬浮熔炼和粉末冶金。进入九十年代，在国际热核实验堆(ITER)国际合作项目的推动下，越来越多的国家和研究机构开始研究钒铬钛合金体系，但研究成果大多处于保密状态，关于该合金的详细加工参数更是鲜见报道。美国采用电子束熔炼+真空自耗电极电弧熔炼的双联方法，制备出了1200kg的V-5Cr-5Ti合金铸锭，并在1996年将其应用到DIII-D Tokamak装置中。我国关于该类合金的制备技术和理论研究起步比较晚，规模较小(几十克～一百千克)且不够系统，主要在实验室中进行研究测试，且研究成果报道极少。

这些制备方法大多使用V、Cr、Ti纯金属作为原材料，成本极高。例如纯度99.9％的V，市场价格约为2500元/kg，要配置一炉该合金(20kg，V4Cr4Ti)所需的费用约为5万元，经过熔炼、压力加工、热处理后所获合金板材的价格非常高，限制了该合金的推广应用。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种具有晶粒细小、成分均匀、表面质量好、性能优异且成本低廉的钒铬钛合金板。

本发明一种钒铬钛合金板，由以下重量百分比组分组成：V 88～94％，Cr 2.9～6％，Ti 2.6～6％，余量为不可避免杂质；其中，所述杂质元素Ni、Mo、Nb、Cu、Al、Fe、Si、P、W、Zr、S、N、C、O的总质量≤0.5％。

进一步的，作为更优选的技术方案，所述一种钒铬钛合金板由以下重量百分比组分组成：V 90～92％，Cr 4～5％，Ti 3.5～5％，余量为不可避免杂质。

上述所述一种钒铬钛合金板，其特征在于：合金板的屈服强度≥390MPa，抗拉强度≥500MPa，伸长率≥28％，断面收缩率≥65％。

上述所述钒铬钛合金板的厚度为0.5～10mm。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种钒铬钛合金板的制备方法，具体为提供一种以金属热还原法+真空感应精炼法制备的合金铸锭为坯料，先后进行铸锭均匀化退火、包套锻造开坯、包套热轧、冷轧及固溶+时效处理+随炉充氩冷却等工序制备钒铬钛合金板材的工艺路线。

本发明一种钒铬钛合金板的制备方法，包括以下步骤：

a、按照合金板的原料组成的重量百分比，准备V 88～94％，Cr 2.9～6％，Ti 2.6～6％，余量为总质量≤0.5％不可避免的杂质；

b、将a步骤准备好的原料采用金属热还原法制得V-Cr-Ti合金粗品，在真空环境下熔炼成标准要求的V-Cr-Ti合金铸锭，在真空炉中以3～20℃/min的速率升温至1000～1350℃，保温0.5～8h，真空下随炉冷却至室温；

该步骤将合金原料以金属热还原法+真空感应精炼法制备得到标准要求下的合金铸锭，在真空加热炉中热处理，可消除铸造应力及使组织结构均匀化；

c、在b步骤冷却后的铸锭上切取坯料，倒角，打磨，放入包套，并对包套抽真空，以3～20℃/min的速率升温至750～850℃，保温1～3h后，将包套封口焊接，得到合金锻造包套体；

该步骤中对包套抽真空，以及将包套封口焊接，获得合金锻造包套体，是为了实现对该合金在热锻过程中的防氧化保护；

d、将c步骤得到的合金锻造包套体在电阻炉中以5～20℃/min的速率升温至1050～1350℃，保温0.5～4h后，在1～3吨空气锤上进行锻造开坯，水淬，降至室温并去除包套，清洗，加工成长方形或正方形截面的热轧用板坯；

其中，锻造开坯的开锻温度为1050～1350℃，终锻温度为1000～1300℃，道次变形量为5～20％，总变形量为40～80％，道次间同炉保温为1～30min；