一种厚规格钛板的约束控制冷轧及退火加工方法及成品钛板

技术领域

本公开涉及钛及钛合金材料加工技术领域，具体涉及一种厚规格钛板的约束控制冷轧及退火加工方法及成品钛板。

背景技术

钛及钛合金材料由于热塑性加工温度窗口较窄，冷变形加工能力有限，在塑性变形过程一般采用高温热锻或热轧，更小几何尺寸的材料，需进行反复热处理再结晶及应力消除，制品的加工工艺流程较为复杂、效率低、成材率低，带来最终钛材的生产成本高。

目前，工业上商用钛及钛合金板材，除4.0mm及以下薄板采用冷轧加工外，4.0mm厚度规格以上的板材，均采用热轧加工成型，热轧加工需将板材加热至再结晶温度以上，轧制并退火晶粒度有限，难以获得细晶粒组织，材料强韧性受到局限；另外，板材热轧表面较为粗糙，且有一定轧制压坑等缺陷存在，采用大气热处理校平后，再进行碱酸洗处理。

可见，现有的采用热轧的工艺中，其工序流程较长，加工成本高，板材性能和表面质量均不太理想。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种厚规格钛板的约束控制冷轧及退火加工方法及成品钛板，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的现有的采用热轧的工艺中，其工序流程较长，加工成本高，板材性能和表面质量均不太理想的情况。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的第一方面，提供了一种厚规格钛板的约束控制冷轧及退火加工方法，包括：

获取坯料；

对所述坯料进行多道次冷轧成型，制得冷轧后板材；

对所述冷轧后板材进行隔离氧气退火校型处理，制得成品钛板。

可选的，获取坯料包括：

获取中间钛板坯，并对中间钛板坯进行打磨；

对打磨后的中间钛板坯的两端焊接在过渡引带上，以制得所述坯料；其中，坯料的厚度范围为：10-25mm。

可选的，对中间钛板坯进行打磨包括：

使用千叶轮推磨所述中间钛板坯的表面；

对中间钛板坯进行打磨之后，所述方法还包括：

使用高压水冲洗打磨后的中间钛板坯的表面。

可选的，对所述坯料进行多道次冷轧成型，制得冷轧后板材包括：

选用具有凸度辊的轧机，其中，所述凸度辊的中间曲面凸起，所述凸度辊的辊径为380-460mm；

利用所述轧机对所述坯料进行多道次冷轧成型，制得冷轧后板材。

可选的，利用所述轧机对所述坯料进行多道次冷轧成型，制得冷轧后板材包括：

将坯料两端的过渡引带分别连接在轧机前后的张力牵引机上固定；

启动冷轧机和张力牵引机，设置预张力，让板坯处于绷紧状态，张力牵引机拽动坯料，在轧机的辊道上往复行进，进行多道次冷轧成型，制得冷轧后板材。

可选的，对所述冷轧后板材进行隔离氧气退火校型处理，制得成品钛板包括：

将冷轧后板材置于盒式板材加热装置中；

将装有冷轧后板材的盒式板材加热装置置于电炉加热装置中加热并保温预定时长；

将保温后的盒式板材加热装置从电炉加热装置取出冷却至室温；

开启冷却后的盒式板材加热装置，获得退火态的钛板，即得成品钛板。

可选的，所述盒式板材加热装置包括：

壳体，在所述壳体上开设有燃气入口以及排气口；

盒式板材加热装置置于电炉加热装置中加热包括：

盒式板材加热装置置于电炉加热装置中，经由所述燃气入口向壳体内充入可燃气体进行预热燃烧，以对所述盒式板材加热装置进行加热。

可选的，获得退火态的钛板之后，所述方法还包括：

对退火态的钛板进行抛光处理，以用于制得具有预定表面光洁度的成品钛板；其中，所述预定表面光洁度Ra为0.1-0.2μm。

可选的，对所述坯料进行多道次冷轧成型中，冷轧变形量的范围为：35％-62％。

根据本公开的第二方面，提供了一种成品钛板，采用上述的厚规格钛板的约束控制冷轧及退火加工方法制得。

本公开提供了一种厚规格钛板的约束控制冷轧及退火加工方法及成品钛板，其中，方法包括：获取坯料；对所述坯料进行多道次冷轧成型，制得冷轧后板材；对所述冷轧后板材进行隔离氧气退火校型处理，制得成品钛板。本申请通过冷轧加工制得成品钛板，材料轧制过程获得较大的畸变能，退火后获得更多的形核和再结晶，晶粒得到充分细化，晶粒尺寸为常规工艺的1/2以下。钛板经过冷塑型变形工艺和隔离氧气退火工艺，可获得高尺寸精度高表面质量及高强韧的质量水平和技术特点，较常规热轧工艺的性能显著高。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性示出本公开示例性实施例中一种材质为TA3、厚度为δ6.25mm的冷轧成型钛板(b)与传统工艺制作的厚度为δ6.25mm热轧成型钛板(a)的金相比对示意图；

图2示意性示出本公开示例性实施例中一种材质为TA3、厚度为δ9.5mm的冷轧成型钛板(b)与传统工艺制作的厚度为δ9.5mm热轧成型钛板(a)的金相比对示意图；

图3示意性示出本公开示例性实施例中一种材质为TC20、厚度为δ4.2mm的冷轧成型钛板(b)与传统工艺制作的厚度为δ4.2mm热轧成型钛板(a)的金相比对示意图；

图4示意性示出本公开示例性实施例中一种材质为TC20、厚度为δ4.2mm的IPF图和极图；

图5示意性示出本公开示例性实施例中一种材质为TA3、厚度为δ9.5mm的IPF图和极图；

图6示意性示出本公开示例性实施例中一种材质为TA3、厚度为δ6.25mm的IPF图和极图；

图7示意性示出本公开示例性实施例中一种钛板约束冷轧及退火装置及工艺示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

工业上商用钛及钛合金板材，除4.0mm及以下薄板采用冷轧加工外，4.0mm厚度规格以上的板材，均采用热轧加工成型，热轧加工需将板材加热至再结晶温度以上，轧制并退火晶粒度有限，难以获得细晶粒组织，材料强韧性受到局限；另外，板材热轧表面较为粗糙，且有一定轧制压坑等缺陷存在，采用大气热处理校平后，再进行碱酸洗处理，工序流程较长，加工成本高，板材性能和表面质量均不太理想。

为解决这个问题，本申请通过采用冷轧工艺轧制厚规格钛板，在钛板加工技术领域鲜有报道。本发明针对以上工业生产较厚规格(一般指4-10mm为主)存在的诸多弊端和问题，采用一种新颖的冷塑性成型工艺和隔离氧气退火工艺，制备高尺寸精度高表面质量高性能钛板。

实施例1

根据本公开的第一方面，提供了一种厚规格钛板的约束控制冷轧及退火加工方法，包括：步骤S110-步骤S130。

步骤S110.获取坯料。

本示例实施方式中，获取坯料可以采用以下二个步骤：

(1)经过锻造和热轧的中间钛板坯，表面需进行整体千叶轮推磨干净，采用高压水冲洗，表面不留砂粒等残留物。坯料厚度10-25mm。

(2)将钛板坯两头焊接在过渡引带上。

步骤S120.对所述坯料进行多道次冷轧成型，制得冷轧后板材。

本示例实施方式中，具体可以采用以下三个步骤执行：

(1)辊径的特定选择：选用大尺寸辊径380-460mm的粗规格，并制成凸度辊，即中间曲面凸起，保证冷轧变形是宽度方向边部与中间厚度基本一致；选用大辊径，是为了增加被轧制板坯与辊面保持较大的接触面积，提高轧制板型平整度，避免轧制折痕和波浪弯问题。

(2)轧制准备：将中间钛板坯穿过轧机辊道，并将两端头的引带，分别连接在轧机前后的张力牵引机上固定住。

(3)启动冷轧机和张力牵引机，设置预张力，让板坯处于绷紧状态，张力牵引机拽动板坯，在轧机辊道上来回反复行进，进行多道次冷轧减薄加工，整个过程张力处于前后动态平衡状态，避免在轧制过程中因塑性变形发生板坯侧向偏离和上下卷起现象，确保在轧制减薄过程金属平稳流动。

步骤S130.对所述冷轧后板材进行隔离氧气退火校型处理，制得成品钛板。

本示例实施方式中，参见图7所示：图7示出了本发明的钛板约束冷轧及退火装置及工艺示意图，从图7可见：隔离氧气退火校型处理具体可以是：在线隔离氧气退火：一套电炉加热装置(带前后传送机构)，一套盒式板材加热装置，盒式加热装置有两个出气孔，一侧通可燃气体，另一侧为排气口。工作时，经过轧制并定尺裁切的板材，多片堆积整齐，放置于盒式加热装置内，密闭装置，置于电炉内，加热盒体，同时，一侧充可燃气体，预热燃烧，燃烧形成的CO

在一种具体实施方式中，获取坯料包括：获取中间钛板坯，并对中间钛板坯进行打磨；对打磨后的中间钛板坯的两端焊接在过渡引带上，以制得所述坯料；其中，坯料的厚度范围为：10-25mm。

在一种具体实施方式中，对中间钛板坯进行打磨包括：使用千叶轮推磨所述中间钛板坯的表面；对中间钛板坯进行打磨之后，所述方法还包括：使用高压水冲洗打磨后的中间钛板坯的表面。

在一种具体实施方式中，对所述坯料进行多道次冷轧成型，制得冷轧后板材包括：选用具有凸度辊的轧机，其中，所述凸度辊的中间曲面凸起，所述凸度辊的辊径为380-460mm；利用所述轧机对所述坯料进行多道次冷轧成型，制得冷轧后板材。

在一种具体实施方式中，利用所述轧机对所述坯料进行多道次冷轧成型，制得冷轧后板材包括：将坯料两端的过渡引带分别连接在轧机前后的张力牵引机上固定；启动冷轧机和张力牵引机，设置预张力，让板坯处于绷紧状态，张力牵引机拽动坯料，在轧机的辊道上往复行进，进行多道次冷轧成型，制得冷轧后板材。

在一种具体实施方式中，对所述冷轧后板材进行隔离氧气退火校型处理，制得成品钛板包括：将冷轧后板材置于盒式板材加热装置中；将装有冷轧后板材的盒式板材加热装置置于电炉加热装置中加热并保温预定时长；将保温后的盒式板材加热装置从电炉加热装置取出冷却至室温；开启冷却后的盒式板材加热装置，获得退火态的钛板，即得成品钛板。

在一种具体实施方式中，所述盒式板材加热装置包括：壳体，在所述壳体上开设有燃气入口以及排气口；盒式板材加热装置置于电炉加热装置中加热包括：盒式板材加热装置置于电炉加热装置中，经由所述燃气入口向壳体内充入可燃气体进行预热燃烧，以对所述盒式板材加热装置进行加热。

在一种具体实施方式中，获得退火态的钛板之后，所述方法还包括：对退火态的钛板进行抛光处理，以用于制得具有预定表面光洁度的成品钛板；其中，所述预定表面光洁度Ra为0.1-0.2μm。

在一种具体实施方式中，对所述坯料进行多道次冷轧成型中，冷轧变形量的范围为：35％-62％。

根据本公开的第二方面，提供了一种成品钛板，采用上述的厚规格钛板的约束控制冷轧及退火加工方法制得。

本示例实施方式中，本发明打破钛板的传统轧制工艺路线，采用冷轧替代热轧，轧制厚规格板坯。轧制时采用约束张力控制，避免常规自由状态下塑性变形时材料发生侧偏等问题，确保在整个轧制有效长度范围内，板材轧制板型一致，全板面的厚度公差精确控制在较小范围内，冷轧表面光滑。

本示例实施方式中，经过冷轧后，再进行隔离氧气退火，避免退火加热过程板材表面形成厚氧化层。退火后进行抛光处理，即可获得高表面质量的镜面板材，光洁度高达0.2μm以内。

本示例实施方式中，钛板采用冷轧加工，材料轧制过程获得较大的畸变能，退火后获得更多的形核和再结晶，晶粒得到充分细化，晶粒尺寸为常规工艺的1/2以下。钛板经过冷塑型变形工艺和隔离氧气退火工艺，可获得高尺寸精度高表面质量及高强韧的质量水平和技术特点，较常规热轧工艺的性能显著高，这是常规加工技术无法实现的技术指标。

本示例实施方式中，本公开提供了一种厚规格钛板的约束控制冷轧及退火加工方法及成品钛板，其中，方法包括：获取坯料；对所述坯料进行多道次冷轧成型，制得冷轧后板材；对所述冷轧后板材进行隔离氧气退火校型处理，制得成品钛板。本申请通过冷轧加工制得成品钛板，材料轧制过程获得较大的畸变能，退火后获得更多的形核和再结晶，晶粒得到充分细化，晶粒尺寸为常规工艺的1/2以下。钛板经过冷塑型变形工艺和隔离氧气退火工艺，可获得高尺寸精度高表面质量及高强韧的质量水平和技术特点，较常规热轧工艺的性能显著高。

实施例2

在上述实施例1的基础上，本实施例结合实际生产对本申请的技术方案做进一步详细说明：

产品1：选用TA3材质的坯料厚度δ12.5mm，按照本发明的工艺流程进行坯料准备，冷轧成型，制备δ6.25mm，冷轧变形量50％，轧制厚度公差6.25+0.11mm，轧制后进行隔离氧气退火校型处理，加热温度650℃，保温45min，获得平整度1.1mm/m、表面Ra＝0.14μm。

产品2：选用TA3材质的坯料厚度δ25mm，按照本发明的工艺流程进行坯料准备，冷轧成型，制备δ9.5mm，冷轧变形量62％，轧制厚度公差9.5+0.15mm，轧制后进行隔离氧气退火校型处理，加热温度680℃，保温60min，获得平整度1.7mm/m、表面Ra＝0.19μm。

产品3选用TC20材质的坯料厚度δ6.5mm，按照本发明的工艺流程进行坯料准备，冷轧成型，制备δ4.2mm，冷轧变形量35％，轧制厚度公差4.2+0.09mm，轧制后进行隔离氧气退火校型处理，加热温度720℃，保温45min，获得平整度0.8mm/m、表面Ra＝0.12μm。

比较例

结合实施例1和实施例2，本实施例对实施例2中的产品1-产品3进行性能比较，参见表1所示：

表1

表1为不同材质及厚度钛板的机械性能。结合附图1-图6，结合附图可见：图1TA3，δ6.25mm钛板金相形貌(a)常规热轧工艺；(b)本发明；图2TA3，δ9.5mm钛板金相形貌(a)常规热轧工艺；(b)本发明；图3TC20，δ4.2mm钛板金相形貌(a)常规热轧工艺；(b)本发明；图4TC20，δ4.2mm的IPF图和极图，织构为{10-10}<11-20>；图5TA3，δ9.5mm的IPF图和极图，织构为{0001}∥轧面，织构为{10-10}<11-20>；图6TA3，δ6.25mm的IPF图和极图，织构为{0001}∥轧面，织构为{10-10}<11-20>；结合表1以及附图1-附图6，本申请提供的厚规格钛板的约束控制冷轧及退火加工方法制作的成品钛板，其机械性能远远优于现有的采用热轧成型的工艺制备的钛板，并形成较为典型的板织构，织构强度较小。钛板经过冷塑型变形工艺和隔离氧气退火工艺，可获得高尺寸精度高表面质量及高强韧的质量水平和技术特点，较常规热轧工艺的性能显著高。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。