一种超宽幅TA15(B类)钛合金长厚板的短流程制备方法与流程

本发明属于钛合金板材制备，具体涉及一种超宽幅ta15(b类)钛合金长厚板的短流程制备方法。

背景技术：

1、钛及钛合金具有密度小、比强度高、耐蚀等优点。近年来，我国钛工业取得了快速发展，钛及钛合金制备加工技术不断提高，钛及钛合金板材也大量的应用于航空、航天、船舶、石化、电子、医疗、海洋工程、制冷工程等领域。ta15钛合金属于中等强度钛合金，特别适合制造飞机大型整体框、梁、接头等关键承力构件，广泛应用于航空航天领域。

2、目前随着航空航天对成本控制的要求下，采用厚规格板材代替锻件节约成本的趋势越来越明显，且板材要求的宽度与长度范围都是历史新高度的水平。而宽幅ta15(b类)钛合金长厚板前还难以实现在同时满足板型尺寸的同时，又能够做到内部组织形貌合格、尺寸精度高、表面质量良好的多要求。目前ta15宽幅板生产的专利有以下两项：公开号为cn111085546a的专利《一种超大宽幅合金板材的制备方法》中采用2800mm四辊可逆轧机，经热轧和换向轧制、β淬火工艺，得到尺寸为1.2mm×1200mm×2500mm的超大宽幅ta15钛合金板材。公开号为cn106925612a的专利《一种高尺寸精度ta15钛合金宽幅中厚板材的加工方法》中采用前两火次为大变形换向轧制、最后火次为较小变形的三火轧制方法。由于板材采用三火次成材，成材率相对较低，同时板材轧制过程中为了完成多次换向轧制需要进行剪切下料处理，以上多种因素的作用影响了成品板材的尺寸。最终成品板材宽度达到最大值2500mm时，长度仅为3250mm；当长度达到最大值4995mm时，宽度仅为1500mm。

3、目前ta15钛合金板材在宽度放大的情况下，长度尺寸难以进一步突破，尤其是宽度达2000mm以上后很难获得长度大于4000mm的板材，同时也很难兼顾ta15钛合金板材的形貌组织达到综合性能匹配最佳的等轴状态且板型尺寸精度高、表面质量良好。

4、在宽幅板生产过程中对于设备加工能力要求较高，目前在轧制过程中因温降损失的差别，其头尾、宽度方向上的温度不均匀性加大，造成板材组织、性能差异性较大；此外，板材越宽，板形越难控制，对于轧制精度要求更高，板材校形较为困难。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种超宽幅ta15(b类)钛合金长厚板的短流程制备方法。该方法通过在板坯表面涂覆防氧化涂层，采用梯度升温加热处理以控制合金组织形貌，避免较厚氧化层生成，并采用单火次变形结合换向恒温轧制的方法，结合控制轧制道次数和变形率，增加中间回炉补温和引入喷淋系统措施，实现近恒温轧制，获得高性能板材，提升了板材的表面质量，同时结合轧制过程中agc厚度自动控制、板形控制以及轧后余热轧机校形较大压力、矫直机校形处理，从而获得具有高尺寸精度及良好板形的板材，解决了现有技术中板材组织、性能差异性较大且校形较为困难的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种超宽幅ta15(b类)钛合金长厚板的短流程制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

3、步骤一、将ta15(b类)钛合金板坯表面涂覆防氧化涂层，然后进行凉炉装料梯度升温加热处理；所述ta15(b类)钛合金板坯的厚度为220mm～260mm，宽度为1200mm～1600mm，长度为1000mm～2000mm；

4、步骤二、将步骤一中经加热处理后的ta15(b类)钛合金板坯进行一火次轧制，且轧制过程中引入喷淋系统控温，得到ta15(b类)钛合金板材；所述一火次轧制为换向轧制，具体过程为：先将经加热处理后的ta15(b类)钛合金板坯进行换向前轧制，换向前轧制的道次变形率为5％～12％，道次数为3～5道次，轧制速率为3m/s～4m/s，得到厚度为160mm～200mm、宽度为1600mm～2000mm的第一轧制板坯，将第一轧制板坯在920℃～940℃的条件下进行在线回炉补温，然后进行两轧程的换向轧制，其中，第一轧程的道次变形率为5％～20％，道次数为5～8道次，轧制速率为3m/s～4m/s，经第一轧程的换向轧制后得到厚度为80mm～100mm、宽度为1600mm～2000mm的第二轧制板坯，将第二轧制板坯在920℃～940℃的条件下进行在线回炉补温，再进行第二轧程的换向轧制，第二轧程的道次变形率为8％～20％，道次数为5～6道次，轧制速率为3m/s～4m/s，且两轧程的轧制方向相同，轧制过程中采用agc厚度自动控制，得到厚度为30mm～50mm、宽度为1600mm～2000mm、长度为4000mm～7000mm的ta15(b类)钛合金板材，且ta15(b类)钛合金板材的不平度小于3mm/m，各角距平台的间距不大于5mm；

5、步骤三、将步骤二中得到的ta15(b类)钛合金板材依次快速经过轧机进行2～4道次往复矫直、经过矫直机进行6～8道次往复矫直，随后进行快速风冷却，得到矫直ta15(b类)钛合金板材；

6、步骤四、将步骤三中得到的矫直ta15(b类)钛合金板材进行热处理，然后经矫直机进行6～8道次往复矫直，随后经风冷却至室温，得到厚度为30mm～50mm、宽度为1600mm～2000mm、长度为4000mm～7000mm的超宽幅ta15(b类)钛合金长厚板。

7、本发明在ta15(b类)钛合金板坯表面交叉涂覆防氧化涂层，然后依次进行凉炉装料梯度升温加热处理、轧制、全程轧制喷淋、中间回炉加热、换向轧制、中间回炉加热、轧制、在线矫直、成品热处理，得到超宽幅ta15(b类)钛合金长厚板。该制备过程中，首先通过在原料ta15(b类)钛合金板坯表面涂覆防氧化涂层，以提升保温与防氧化效果，改善板材表面质量，并采用凉炉装料梯度升温加热，一方面凉炉使得板坯充分受热，另一方面防止板坯长时间在相变点以下高温加热导致其内部组织形貌转变过大，两者协同作用有效防止高温加热产生较厚的氧化层；通过采用“单火次变形”+“换向轧制”的方法，保证了板材厚度截面上显微组织的均匀性、性能一致，结合适时在线中间回炉补温措施从而达到“近恒温”轧制，并在轧制过程中引入喷淋系统以及时降低轧制设备工作辊及轧制板坯的温度，实现低温轧制，避免板坯经过轧辊下压塑性变形后产生过量的温升现象、导致板坯组织形貌因温升转变，从而保证轧制过程中板材温度均匀性以及保证后续产品组织性能的均匀性，有效强化板材，提高板材强度性能；同时结合轧制过程中agc厚度自动控制、板形控制以及轧后余热轧机校形、矫直机校形处理，从而获得高尺寸精度及良好的板形；通过在矫直后风冷加快冷却速度，保证矫直后板型能够固定在合理的执行度范围内，抑制板材内部晶粒尺寸的长大。最终，本发明制备的超宽幅ta15(b类)钛合金长厚板的板材性能、尺寸公差均满足标准要求，同时减少了传统工艺中因温降导致钛合金的明显开裂现象，进而减少了后期的打磨量，缩短了生产流程，节约了生产成本。

8、上述的一种超宽幅ta15(b类)钛合金长厚板的短流程制备方法，其特征在于，步骤一中在ta15(b类)钛合金板坯表面交叉涂覆ti-89防氧化涂层，且最后一次涂覆沿轧制方向进行；所述加热处理的温度为920℃～940℃，保温时间为4h～6h。通过在ta15(b类)钛合金板坯涂覆防氧化涂层起到保护作用，以避免板坯经热处理后表面出现较厚的防氧化涂层，同时采用避免交叉涂覆的方式，且最后一次涂覆沿轧制方向进行，使得防氧化涂层在轧制过程中起保温作用，并有效避免轧制时板坯打滑现象和防氧化涂层脱落现象，提升轧制后板材表面质量。

9、上述的一种超宽幅ta15(b类)钛合金长厚板的短流程制备方法，其特征在于，步骤二中所述一火次轧制的开轧温度不低于900℃，终轧温度不低于780℃，所述换向前轧制的总变形率为20％～30％，所述两轧程的换向轧制中，第一轧程的总变形率为40％～55％，第二个轧程的总变形率为50％～65％。本发明通过限定一火次轧制的开轧、终轧温度，一方面在指定加工温度区间轧制变形，获得高的成品性能，确保大批量生产时产品性能稳定性，另一方面能够确保板材在较高温度变形，提升板材表面质量，减少板材表面修磨量，提升成材率，缩短生产周期。同时，本发明通过控制三次轧制总变形率以获得较好的综合性能。

10、上述的一种超宽幅ta15(b类)钛合金长厚板的短流程制备方法，其特征在于，步骤三中所述ta15(b类)钛合金板材矫直前的温度不低于780℃，矫直后的温度不低于600℃，且往复矫直的速度均为1m/s～2m/s。基于本发明制备的ta15(b类)钛合金长厚板的板幅较大，故通过控制矫直前后的温度，利用余温进行快速往复矫直避免热量浪费，先利用热轧后具有较高余温以及轧机提供的较大压力进行往复矫直，提高了矫直效率，然后通过矫直机往复矫直获得所需的平直度和较小的残余应力，从而保证超宽幅ta15(b类)钛合金板材的板形。

11、上述的一种超宽幅ta15(b类)钛合金长厚板的短流程制备方法，其特征在于，步骤四中所述热处理的温度为800℃～850℃，保温时间为70min～120min，退火后风冷却至室温。本发明通过控制热处理的温度和保温时间，并采用风冷加快冷却速度，抑制板材内部晶粒尺寸的长大，保证了热处理后板材的板形能够固定在合理的执行度范围内，进而保证了产品超宽幅ta15(b类)钛合金长厚板的质量。

12、本发明与现有技术相比具有以下优点：

13、1、本发明在热处理前对ta15(b类)钛合金板坯表面进行交叉防氧化涂层防护，且最后一次涂覆沿轧制方向进行，有效防止板坯加热后出现较厚的氧化层，该防氧化涂层还在轧制过程中起到保温作用，有效避免了轧制时板坯打滑现象和防氧化涂层脱落现象，有效提升了板材表面质量，减少打磨时表面修磨量，缩短生产周期。

14、2、本发明对加热制度进行调整，采用凉炉装料梯度升温加热处理，促进板坯充分受热，避免板坯长时间高温加热导致其内部组织形貌转变过大，同时有效防止高温加热产生较厚的氧化层。

15、3、本发明通过有效控制加工窗口，采用“单火次变形”+“换向轧制”的方法，并控制轧制道次数和最大道次变形率，保证了板材厚度截面上显微组织的均匀性、性能一致，结合适时在线中间回炉补温措施从而达到“近恒温”轧制，从而保证轧制过程中板材温度均匀性以及保证后续产品组织性能的均匀性，同时确保板材在较高温度变形，提升板材表面质量，减少板材表面修磨量，提升成材率。

16、4、本发明的轧制过程中引入喷淋系统，降低轧制设备工作辊及轧制板坯的温度，实现低温轧制，避免板坯经过轧辊下压塑性变形后产生过量的温升现象、导致板坯组织形貌因温升转变，从而有效强化板材，提高板材强度性能。

17、5、本发明在轧制后依次进行轧机矫直机和往复矫直，充分利用轧制后板材较高余温，结合轧制过程中agc厚度自动控制、板形控制以及轧后余热轧机校形较大压力、矫直机校形处理，从而获得高尺寸精度及良好的板形，避免宽幅板材反复校形处理；同时采用风冷却加快冷却速度，保证矫直后板型能够固定在合理的执行度范围内，抑制板材内部晶粒尺寸的长大。

18、6、本发明制备的超宽幅ta15(b类)钛合金长厚板的宽度高达1600mm～2000mm，长度可达4000mm～7500mm，且长厚板表面质量良好，尺寸公差符合要求范围，长厚板的内部缺陷少，稳定性好，成材率大大提高，同时减少了传统工艺中因温降导致钛合金的明显开裂现象，进而减少了后期的打磨量，缩短了生产流程，节约了生产成本。

19、下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。