本發(fā)明屬于鈦合金生產(chǎn)，具體涉及寬幅鈦卷及其制備方法。

背景技術：

1、鈦作為最輕的金屬結構材料之一，其密度為鋼鐵的2/3，具有良好的耐海水和氯環(huán)境腐蝕，廣泛應用于航空、航天、醫(yī)療和高端工業(yè)應用。但是，鈦及其合金的大規(guī)模應用受到了其成型性差，單卷寬幅小，卷重小、價格昂貴等的限制。

2、由于純α及近α鈦合金的密排六方結構的對稱性，六方密排(hcp)金屬中<a>型滑移只有四個獨立的滑移系，根據(jù)vonmises準則，多晶體至少需要5個獨立的滑移系才能通過獨立的位錯滑移實現(xiàn)均勻塑性變形，hcp金屬需要開動<c+a>錐面滑移或孿生以協(xié)調(diào)變形。對于商業(yè)純鈦，基面<a>滑移和錐面<c+a>滑移系開動的臨界剪切應力比柱面滑移高約4～5倍，難以開動，導致鈦及鈦合金室溫塑性較差。經(jīng)過多輥冷軋+退火處理后的鈦板仍然具有較強的各向異性，為了控制鈦及鈦合金的性能，再經(jīng)循環(huán)相變處理后，各向異性得到了明顯降低，其織構組成類型也發(fā)生了明顯變化，其板帶橫、縱向屈服強度差異仍然達到30mpa以上?？棙媽冣伒牧W性能有著非常大的影響，導致成型過程中難以保持均勻變形，廢品率較高。

3、純鈦中的α相是一種滑移系較少、對稱性較差的密排六方結構金屬，在加工或形變過程中不可避免地要產(chǎn)生晶體擇優(yōu)取向；另一方面，鈦的織構又是一般工藝方法難以消除的。為了進一步改善變形鈦及鈦合金塑性，提高變形鈦材在生活、化工領域的應用，需激活更多的非柱面滑移參與塑性變形，而激活非柱面滑移的有效措施是降低柱面與非柱面滑移系的臨界剪切應力差值，促使非柱面滑移的臨界剪切應力趨近于柱面滑移。因此，通過添加微量合金元素激活非柱面滑移，并依靠中間退火方法，提高寬幅鈦卷的組織均勻性，提高純鈦和近α鈦合金的塑性。激活非柱面滑移促進更多的變形模式參與協(xié)調(diào)變形，對提高鈦及鈦合金的成型性，從而促進和擴大鈦的應用具有非常重要的意義。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有卷式法生產(chǎn)的鈦及鈦合金板帶板幅窄、卷重小和α型合金力學性能各向異性強烈造成的下游用戶加工成型性差的問題，本發(fā)明提供一種寬幅鈦卷及其制備方法。該寬幅鈦卷提高了鈦及鈦合金卷帶的性能均勻性，使得各向異性低，很大程度上提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了成本，具有良好的經(jīng)濟效益。

2、為實現(xiàn)上述申請目的，本申請采用的技術方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供寬幅鈦卷，其化學成分按質(zhì)量百分比計，包括mn：0.02～0.25％，al：0.02～0.25％，fe、c、n、o、h的總和≤0.34％；其余為純鈦和熔煉過程中不可避免的雜質(zhì)。

4、進一步地，所述的寬幅鈦卷，化學成分按質(zhì)量百分比計，包括mn：0.02～0.25％，al：0.02～0.25％，fe、c、n、o、h的總和≤0.34％；其余為純鈦和熔煉過程中不可避免的雜質(zhì)；其中，o元素含量≤0.1％，fe、c、n、h含量均≤0.06％。

5、第二方面，本發(fā)明提供寬幅鈦卷的制備方法，包括以下步驟：

6、s1：根據(jù)設定的化學成分將原料熔煉后鍛造開坯，板坯熱連軋為熱軋卷，酸洗后得到冷軋原料；

7、s2：將冷軋原料兩次軋制，每次軋制6～8個道次，得到鈦卷；

8、其中，一次軋制累計變形量50～70％，單道次變形量5～15％，通過中間連續(xù)式退火后進行二次軋制；退火時，采用中部預熱邊部保溫的退火方法；

9、二次軋制累計變形量50～70％，單道次變形量5～15％，通過真空退火后得到寬幅鈦卷成品。

10、進一步地，步驟s1中，鍛造開坯通過3～5火次完成，第一火次始鍛溫度為870～970℃，后續(xù)火次始鍛溫度為780～880℃。

11、進一步地，步驟s1中，鍛造采用半砧送進，送進量為截面高度方向的10％～50％，單道次壓下量大于截面高度的10％，小于截面高度的20％。

12、進一步地，步驟s2中，一次軋制時，采用升速軋制，頭部100m由0升至150～200m/min，尾部100m由150～200m/min降至0，中間段為恒定速率軋制。

13、進一步地，步驟s2中，一次軋制時，連續(xù)退火溫度620～820℃，均溫區(qū)長度20m，卷曲線速度為0.02～0.05m/s,，均溫爐區(qū)張力1.0～2.5kn。

14、進一步地，步驟s2中，一次軋制時，前10m布置對稱熱電偶進行鈦帶中部預熱，預熱區(qū)布置于板寬中心位置，并向兩側延伸1/2板寬的50～70％；程序設定預熱溫度梯度，溫度梯度系數(shù)為10～20℃/m，預熱起始溫度控制區(qū)間為500～600℃。

15、進一步地，步驟s2中，一次軋制時，后10m布置對稱熱電偶進行鈦帶邊部保溫措施，保溫區(qū)布置于板寬邊部，并由邊部向內(nèi)延伸1/2板寬的10～30％；程序設定溫度保溫梯度，溫度梯度系數(shù)為10～20℃/m，爐區(qū)張力1.0～2.5kn；邊部保溫結束后吹氣冷卻小于500～600℃后進行卷曲。

16、進一步地，步驟s2中，二次軋制時，采用升速軋制，頭部100m由0升至300～400m/min，尾部100m由300～400m/min降至0，中間段為恒定速率軋制。

17、進一步地，步驟s2中，二次軋制時，真空退火采用微正壓氬氣保護和高真空退火方式進行。

18、更進一步地，真空退火方式包括：裝爐、通氬氣、升溫1段、保溫1段、抽真空、升溫2段、保溫2段、升溫3段、保溫3段、吹氬、控溫冷卻、卸真空和出爐。

19、具體參數(shù)滿足以下至少一項：

20、氬氣壓力為110～120kpa；

21、升溫1段升溫速率為20～50℃/h，保溫溫度為200～300℃，時間為2～5h；

22、升溫2段升溫速率為20～35℃/h，保溫溫度為500℃，保溫時間根據(jù)卷徑差設定，具體為[(外徑-內(nèi)徑)/2]*(0.6～0.8)min，內(nèi)外徑以mm計；

23、升溫3段升溫速率為10℃/h，保溫溫度為570～630℃，保溫時間根據(jù)卷徑差設定，具體為[(外徑-內(nèi)徑)/2]*(1.8～2.5)min，內(nèi)外徑以mm計。

24、有益效果：本發(fā)明利用低成本元素al合金化提高α-ti中的柱面滑移臨界剪切應力，促進柱面滑移和基面滑移同時開動，利用低成本元素mn合金化降低α-ti中的錐面滑移臨界剪切應力，促進錐面滑移和基面滑移同時開動，并通過控制軋制道次壓下量，退火過程中部預熱和邊部保溫的方法，最終制備單卷重超10t，寬度1500～2200mm，厚度0.3～1.5mm，表面質(zhì)量良好的寬幅鈦卷。本發(fā)明制備的鈦卷，其帶頭、帶中、帶尾晶粒度按照gb/t6394-2017評晶粒度可控制級差在1級。按照gb/t228.1-2021進行薄板拉伸試樣檢測，頭尾屈服強度波動小于15mpa，橫縱向力學性能差異小于15mpa。

技術特征：

1.寬幅鈦卷，其特征在于：化學成分按質(zhì)量百分比計，包括mn：0.02～0.25％，al：0.02～0.25％，fe、c、n、o、h的總和≤0.34％；其余為純鈦和不可避免的雜質(zhì)。

2.根據(jù)權利要求1所述的寬幅鈦卷，其特征在于：化學成分按質(zhì)量百分比計，包括mn：0.02～0.25％，al：0.02～0.25％，fe、c、n、o、h的總和≤0.34％；其余為純鈦和不可避免的雜質(zhì)；其中，o元素含量≤0.1％，fe、c、n、h含量均≤0.06％。

3.權利要求1或2所述的寬幅鈦卷的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

4.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于：步驟s1中，

5.根據(jù)權利要求3或4所述的制備方法，其特征在于：步驟s2中，

6.根據(jù)權利要求3～5任一項所述的制備方法，其特征在于：一次軋制時，連續(xù)退火溫度620～820℃，均溫區(qū)長度20m，卷曲線速度為0.02～0.05m/s，均溫爐區(qū)張力1.0～2.5kn。

7.根據(jù)權利要求3～6任一項所述的制備方法，其特征在于：一次軋制時，前10m布置對稱熱電偶進行鈦帶中部預熱，預熱區(qū)布置于板寬中心位置，并向兩側延伸1/2板寬的50～70％；程序設定預熱溫度梯度，溫度梯度系數(shù)為10～20℃/m，預熱起始溫度控制區(qū)間為500～600℃；

8.根據(jù)權利要求3～7任一項所述的制備方法，其特征在于：步驟s2中，

9.根據(jù)權利要求3～8任一項所述的制備方法，其特征在于：二次軋制時，真空退火采用微正壓氬氣保護和高真空退火方式進行；真空退火方式包括：裝爐、通氬氣、升溫1段、保溫1段、抽真空、升溫2段、保溫2段、升溫3段、保溫3段、吹氬、控溫冷卻、卸真空和出爐。

10.根據(jù)權利要求9所述的制備方法，其特征在于：滿足以下至少一項：

技術總結
本發(fā)明屬于鈦合金生產(chǎn)技術領域，具體涉及寬幅鈦卷及其制備方法。為了解決現(xiàn)有卷式法生產(chǎn)的鈦及鈦合金板帶板幅窄、卷重小和α型合金力學性能各向異性強烈的問題，本發(fā)明利用低成本元素Al合金化提高αTi中的柱面滑移臨界剪切應力，促進柱面滑移和基面滑移同時開動，利用低成本元素Mn合金化降低αTi中的錐面滑移臨界剪切應力，促進錐面滑移和基面滑移同時開動，并通過控制軋制道次壓下量，退火過程中部預熱和邊部保溫的方法，最終制備表面質(zhì)量良好的寬幅鈦卷。該寬幅鈦卷提高了鈦及鈦合金卷帶的性能均勻性，使得各向異性低，很大程度上提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了成本，具有良好的經(jīng)濟效益。

技術研發(fā)人員：曾澤瑤,白于良,羅許,陳容
受保護的技術使用者：攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/21