一种高冲击韧性的Ti80中厚板及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及材料加工技术领域，具体涉及一种高冲击韧性的Ti80中厚板及其制备方法与应用。本发明专利技术通过对铸锭成分、板坯锻造、板材轧制等工艺的优化，制得了一种高冲击韧性的Ti80中厚板，该Ti80中厚板抗拉强度≥920Mpa，冲击功KV2≥52J，具有“初生α相+片层转变β相”微观组织，其中初生α相组织比例≤20％，片层转变β相基体组织比例>80％，表现出了较高拉伸性能强度及冲击韧性，综合性能优异。

A Ti80 Plate with High Impact Toughness and Its Preparation Method and Application

The invention relates to the technical field of material processing, in particular to a high impact toughness Ti80 plate and its preparation method and application. By optimizing the process of ingot composition, slab forging and plate rolling, the Ti80 medium-thick plate with high impact toughness is prepared. The tensile strength of the Ti80 medium-thick plate is more than 920 Mpa and the impact energy KV2 is more than 52J. The Ti80 medium-thick plate has the micro-structure of \primary alpha phase + lamellar transformation beta phase\, in which the proportion of primary alpha phase is less than 20%, and the proportion of matrix structure of lamellar transformation beta phase is more than 80%, showing a high degree of impact toughness. Tensile strength and impact toughness, excellent comprehensive performance.

【技术实现步骤摘要】
一种高冲击韧性的Ti80中厚板及其制备方法与应用
本专利技术涉及材料加工
，具体涉及一种高冲击韧性的Ti80中厚板及其制备方法与应用。
技术介绍
钛合金具有耐海水及海洋气候腐蚀、比强度高、无磁、可加工性好等优点，可延长设备寿命及大幅减重，是船用理想金属材料。其中Ti80合金具有合适的强度以及良好的塑性，综合力学性能优异，在深潜器和船舰装备上应用广泛。为承受装备在海洋服役过程中受海浪及漂浮物冲刷撞击力，并具备一定抗爆性，需要其具有良好强度、塑性和冲击韧性的良好匹配，以保障材料使用安全，其中冲击韧性可用冲击功表示。按照设计要求，Ti80板材抗拉强度需≥880Mpa，冲击功需≥47J，而实际对于Ti80板材，特别是对于10～24mm中厚板，冲击韧性整体都较低，冲击功仅为42～48J，不能充分满足设计要求。因此，为保证船体具备足够高的安全余量，制备一种高冲击韧性的优质Ti80板材具有非常重要的意义。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足和缺点，本专利技术的首要目的在于提供一种高冲击韧性的Ti80中厚板的制备方法，该方法通过对铸锭成分、板坯锻造、板材轧制等工艺的优化，制得了一种高冲击韧性的Ti80中厚板。本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的高冲击韧性的Ti80中厚板，该板材抗拉强度≥920Mpa，冲击功KV2≥52J，综合性能优良的Ti80中厚板材，充分满足了设计要求，并大大提升了船体结构件的安全余量。本专利技术的再一目的在于提供上述高冲击韧性的Ti80中厚板的应用。本专利技术的的目的通过下述技术方案实现：一种高冲击韧性的Ti80中厚板的制备方法，包含如下步骤：(1)铸锭熔炼：选用零级小颗粒海绵钛、海绵锆、铝钼中间合金、铝铌中间合金、铝豆、纯铁以及二氧化钛粉进行配料并压制成电极块，然后熔炼，得到Ti80铸锭，切除铸锭冒口并扒皮；(2)板坯锻造：将步骤(1)制得的Ti80铸锭进行一火开坯锻造与半成品及成品锻造，充分破碎粗大铸态组织，其中，一火开坯锻造坯料加热温度为Tβ+(50～180)℃(相变点以上50～180℃)，并进行两次及以上镦粗和拔长，变形量60～80％，终锻温度≥900℃；半成品及成品锻造坯料加热温度为Tβ-(20～50)℃(相变点以下20～50℃)，并进行两次及以上镦粗和拔长，总变形量65～80％，终锻温度≥850℃；然后经整形、铣面，得到方形板坯，其中，板坯组织细小均匀，为等轴和拉长α相+转变β相组织；(3)一火轧制：将步骤(2)制得的方形板坯进行一火轧制，得到一火板；其中，一火加热温度为Tβ-(15～50)℃，保温时间系数为1.0min/mm±10min，道次变形率为5～30％，一火轧程变形率为45～90％，经5～12道次轧至一火目标厚度；(4)中间修磨：将步骤(3)制得的一火板进行修磨；(5)成品轧制：将步骤(4)修磨后的一火板换向轧制，其中，二火加热温度为Tβ-(50～120)℃，保温时间系数为1.0min/mm±10min，道次变形率为5～25％，二火轧程变形率为45～85％，经4～10道次轧至目标厚度；(6)热处理：在大气气氛下，对步骤(5)制得的二火板进行退火处理；出炉后热矫形，冷却，得到热处理后的板材；该板材具有“初生α相+片层转变β相”微观组织，其中初生α相组织比例≤20％，片层转变β相基体组织比例>80％；(7)表面处理：对步骤(6)热处理后的板材进行表面处理，得到高冲击韧性的Ti80中厚板；步骤(1)中所述的二氧化钛粉的纯度优选为大于99.8wt.％；步骤(1)中所述的熔炼优选为：经过三次真空自耗电弧炉熔炼；步骤(1)中所述的Ti80铸锭的氧含量优选为0.070～0.11wt.％；步骤(1)中所述的半成品及成品锻造的火次数优选为2～5火次；步骤(4)中所述的修磨的具体操作优选为：一火板经扒皮、抛光去除表面缺陷(例如：裂纹、压入等)，修磨方向垂直于一火轧制方向；步骤(6)中所述的退火处理的条件优选为退火温为Tβ-(10～60)℃，保温时间为30～120min；步骤(6)中所述的退火处理优选在辊底式退火炉中进行；步骤(6)中所述的热矫形优选在矫直机中进行热矫形；步骤(6)中所述的冷却优选为强制风冷；步骤(7)中所述的表面处理优选为：采用扒皮、抛光，以去除上下表面氧化皮及缺陷；一种高冲击韧性的Ti80中厚板，通过上述制备方法制备得到；所述的高冲击韧性的Ti80中厚板在深潜器和船舰装备领域中的应用；本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本专利技术采用全过程综合控制理念，从板坯成分、锻造、轧制及热处理全流程工序工艺调控，制得一种抗拉强度≥920Mpa，冲击功KV2≥52J的Ti80中厚板材，提高了强度和冲击韧性综合性能，充分满足了设计要求，并大大提升了船身结构件的安全余量。(2)成分配比在满足强度条件下，本专利技术采用合理低O成分范围，提高了冲击韧性。(3)本专利技术采用三次熔炼提高成分均匀性，同时采用相变点以下多火次锻造及轧制变形，获得均匀细小的热轧态组织，为成品热处理提供组织基础。(4)本专利技术采用近β辊底炉高温退火，并强制冷却，可获得“初生α相+片层转变β相”理想组织，>80％片层转变β相组织可显著提高冲击韧性，低于相变点热处理，并采用出炉后强制冷却，有利于提高板材强度。(5)本专利技术设备及工艺简单，可实现大批量稳定生产。附图说明图1是实施例1制得的10mm规格Ti80中厚板材金相组织形貌图。图2是实施例2制得的24mm规格Ti80中厚板材金相组织形貌图。图3是对比实施例1制得的10mm规格Ti80中厚板材金相组织形貌图。图4是对比实施例2制得的24mm规格Ti80中厚板材金相组织形貌图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1(1)铸锭熔炼：选用零级小颗粒海绵钛、海绵锆、铝钼中间合金、铝铌中间合金、铝豆、纯铁以及纯度大于99.8wt％的二氧化钛粉进行配料并压制成电极块，经过三次真空自耗电弧炉熔炼成Ti80铸锭，切除铸锭冒口并扒皮，铸锭氧含量0.085％，实测相变点(Tβ)995℃；(2)开坯锻造：将步骤(1)制得的Ti80铸锭进行一火开坯锻造与半成品及成品锻造，充分破碎粗大铸态组织，其中，一火开坯锻造坯料加热温度为1100℃，并进行两墩两拔，总变形量78％，终锻温度908℃；半成品及成品锻造坯料加热温度为970℃，经3火次，并进行两墩两拔，总变形量80％，终锻温度860℃，然后经整形、铣面，得到厚度为150mm厚的方形板坯，板坯组织细小均匀，为等轴和拉长α相+转变β相组织；(3)一火轧制：将步骤(2)制得的方形板坯进行一火轧制，得到一火板；其中，一火加热温度为970℃，保温时间系数为1.0min/mm，到温计时，经8个道次轧至厚度为37mm，道次变形率分别为7.3％、8.6％、15.6％、19.4％、19.5％、18.6％、19.3％、19.6％，一火轧程变形率为75.3％；(4)中间修磨：步骤(3)制得的一火板经扒皮、抛光去除表面裂纹、压入等缺陷，修磨方向垂直于一火轧制方向；(5)成品轧制：将步骤(4)修磨后的一火板换向轧制，其中，二火加热温度为940℃，保温时间系数为1.0min/mm，到温计时，经6个道次本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高冲击韧性的Ti80中厚板的制备方法，其特征在于包含如下步骤：(1)铸锭熔炼：选用零级小颗粒海绵钛、海绵锆、铝钼中间合金、铝铌中间合金、铝豆、纯铁以及二氧化钛粉进行配料并压制成电极块，然后熔炼，得到Ti80铸锭，切除铸锭冒口并扒皮；(2)板坯锻造：将步骤(1)制得的Ti80铸锭进行一火开坯锻造与半成品及成品锻造，充分破碎粗大铸态组织，其中，一火开坯锻造坯料加热温度为Tβ+(50～180)℃，并进行两次及以上镦粗和拔长，变形量60～80％，终锻温度≥900℃；半成品及成品锻造坯料加热温度为Tβ‑(20～50)℃，并进行两次及以上镦粗和拔长，总变形量65～80％，终锻温度≥850℃；然后经整形、铣面，得到方形板坯，其中，板坯组织细小均匀，为等轴和拉长α相+转变β相组织；(3)一火轧制：将步骤(2)制得的方形板坯进行一火轧制，得到一火板；其中，一火加热温度为Tβ‑(15～50)℃，保温时间系数为1.0min/mm±10min，道次变形率为5～30％，一火轧程变形率为45～90％，经5～12道次轧至一火目标厚度；(4)中间修磨：将步骤(3)制得的一火板进行修磨；(5)成品轧制：将步骤(4)修磨后的一火板换向轧制，其中，二火加热温度为Tβ‑(50～120)℃，保温时间系数为1.0min/mm±10min，道次变形率为5～25％，二火轧程变形率为45～85％，经4～10道次轧至目标厚度；(6)热处理：在大气气氛下，对步骤(5)制得的二火板进行退火处理；出炉后热矫形，冷却，得到热处理后的板材；该板材具有“初生α相+片层转变β相”微观组织，其中初生α相组织比例≤20％，片层转变β相基体组织比例>80％；(7)表面处理：对步骤(6)热处理后的板材进行表面处理，得到高冲击韧性的Ti80中厚板；步骤(1)中所述的Ti80铸锭的氧含量为0.070～0.11wt.％；步骤(6)中所述的退火处理的条件为退火温为Tβ‑(10～60)℃，保温时间为30～120min。...

【技术特征摘要】
1.一种高冲击韧性的Ti80中厚板的制备方法，其特征在于包含如下步骤：(1)铸锭熔炼：选用零级小颗粒海绵钛、海绵锆、铝钼中间合金、铝铌中间合金、铝豆、纯铁以及二氧化钛粉进行配料并压制成电极块，然后熔炼，得到Ti80铸锭，切除铸锭冒口并扒皮；(2)板坯锻造：将步骤(1)制得的Ti80铸锭进行一火开坯锻造与半成品及成品锻造，充分破碎粗大铸态组织，其中，一火开坯锻造坯料加热温度为Tβ+(50～180)℃，并进行两次及以上镦粗和拔长，变形量60～80％，终锻温度≥900℃；半成品及成品锻造坯料加热温度为Tβ-(20～50)℃，并进行两次及以上镦粗和拔长，总变形量65～80％，终锻温度≥850℃；然后经整形、铣面，得到方形板坯，其中，板坯组织细小均匀，为等轴和拉长α相+转变β相组织；(3)一火轧制：将步骤(2)制得的方形板坯进行一火轧制，得到一火板；其中，一火加热温度为Tβ-(15～50)℃，保温时间系数为1.0min/mm±10min，道次变形率为5～30％，一火轧程变形率为45～90％，经5～12道次轧至一火目标厚度；(4)中间修磨：将步骤(3)制得的一火板进行修磨；(5)成品轧制：将步骤(4)修磨后的一火板换向轧制，其中，二火加热温度为Tβ-(50～120)℃，保温时间系数为1.0min/mm±10min，道次变形率为5～25％，二火轧程变形率为45～85％，经4～10道次轧至目标厚度；(6)热处理：在大气气氛下，对步骤(5)制得的二火板进行退火处理；出炉后热矫形，冷却，得到热处理后的板材；该板材具有“初生α相+片层转变β相”微观组织，其中初生α相组织比例≤20％，片层转变β相基体组织比例>8...

【专利技术属性】
技术研发人员：李渤渤，郝晓博，张强，刘茵琪，裴腾，毛人杰，
申请(专利权)人：洛阳双瑞精铸钛业有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41