[发明专利]一种TC4钛合金板的短流程制备方法及应用

说明书

本发明公开一种TC4钛合金板的短流程制备方法，步骤如下：EB板坯制备、焊接包覆、根据成品板厚度选择1~3火次轧制目标厚度，焊接包覆具体为在板坯上下表面均焊接一层纯钛覆板，采用自动点焊机将覆板分别焊接在板坯上下表面，采用手工氩弧焊加焊丝进行封边焊接；当1火次或2火次轧制制得为半成品坯料时，先对其进行表面处理在进行下次轧制，当选择1火次、2火次或3火次轧制制得的为成品板时，先对一火、二火或三火轧制的板材进行大气退火，退火温度700~870℃，保温时间≥30min，退火后再进行表面处理，本发明通过对焊缝强度、轧制温度、轧制火次变形率的改进，缩短生产流程，降低生产成本，提高得料率，制备出组织与性能良好的TC4钛合金板材。

技术领域

本发明涉及钛合金板材制备技术领域，具体的说是一种TC4钛合金板的短流程制备方法及应用。

背景技术

TC4钛合金比强度高、加工性能好、工业制造及工程应用成熟，在化工、航空航天、舰船、体育、医疗等领域应用广泛，是全球应用量最大的钛合金牌号，占钛合金市场用量的50%以上。目前国内工业生产主要采用真空自耗电弧炉2~3次熔炼制备钛合金铸锭，并经多火次锻造、修磨得到轧制用板坯，存在生产流程长、材料损耗大等缺点。由于生产成本较高，限制了其在化工、装甲、体育休闲、医疗、建筑、生活日用等领域的进一步应用。据统计TC4板坯成本占板材生产总成本60 %以上，变形加工成本占总成本的26 %，因此降低板坯成本和加工成本是降低TC4板材成本的有效途径。采用电子束冷床炉(EBCHM，简称EB)一次熔炼获得TC4大规格扁锭，不经锻造可直接进行热轧，省去一次熔炼、多火次锻造和修磨工序，大幅缩短生产流程，降低材料损耗，且可以大量使用条状、屑状等各种形式的回收料，最大添加比例可以达到100 %，大幅降低原料成本，实现钛及钛合金板坯的短流程、低成本制备。

美国的ATI和Timet公司对EB炉单次熔炼TC4扁锭直轧板材进行研究，成功制备出了厚度12.7~76.2mm的板材，室温拉伸、断裂韧性、抗弹性能，满足装甲防护和航空领域要求，节约加工成本20%~40%，目前已经应用于装甲和航空领域，并形成了EB单次熔炼TC4板带材相关标准。国内EB炉单次熔炼纯钛扁锭及板带材产品近10年来已经大批量应用于化工、电力、海水淡化等领域，产品质量稳定。但EB炉熔炼TC4钛合金由于存在Al元素易烧损控制难度大及生产质量稳定性不足的问题，目前此项技术仍停留在试验阶段，还未实现工业化生产、供货及成熟应用。由于各EB炉厂家型号、熔炼功率、设备结构不同，熔炼技术及控制参数差异较大，各钛材生产厂家均需根据自有EB炉特点、配套产线能力、用途，来研发适宜的TC4钛合金EB熔炼及板材制备技术；

另外现有技术中有的制备TC4合金板，在扁锭表面一火轧制前涂覆抗氧化保护涂料，中间火次进行着色探伤，通过至少三火轧制制备出力学性能符合相关标准要求的板材，但是在制备过程中其一火开坯温度1000~1100℃超过相变点，无法通过一火轧制制备出组织与性能良好的板材，且EB扁锭组织粗大，一火表面轧制裂纹控制困难，抗氧化涂料不能有效解决一火开坯表面裂纹，造成一火轧制后表面裂纹较深，打磨量增加，材料无形损耗较多，无法在相变点以下进行大变形量轧制，不能有效控制一火板材的显微组织与力学性能；另外轧制火次多，生产流程长，轧制温度和轧制火次变形率有待进一步优化；

且有的现有技术在制备钛合金板材时，将覆板分别点焊在基板的表面，覆板与基板的边部缝焊，虽然轧制时可以有效减少表面裂纹裂边，减少表面打磨量，但是存在焊接包覆效率较低、作业环境要求高、焊接质量对人员技术依赖大等问题，无法满足大批量生产的要求，当采用自动焊接技术时克服了人工对金属薄板与厚板焊接效率低、成本高和质量不稳定的问题，但是边部自动缝焊不添加焊丝，熔焊后覆板与板坯的焊缝结合强度不高、气密性不佳，当板坯较厚或重量较大时，一火开坯加热时间长，加热温度高，板坯上下表面覆板与板坯边部焊缝在加热过程中吸气，与板坯会发生局部分离，且下表面受摩擦力更大，覆板更容易与板坯分离，造成轧制过程中覆板局部脱落或大面积脱落，损伤轧辊，表面轧制裂纹较深，包覆效果较差，且容易在板材表面造成轧制压坑。