[发明专利]卷式冷轧法生产薄TA4钛材的方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄TA4钛材的生产技术领域，具体的说是一种卷式冷轧法生产薄TA4钛材的方法。

背景技术

钛由于具有高比强度、高韧性、良好的耐蚀性、较低的弹性模量、良好的加工成形性和优良的生物相容性等特点，在化工、航空及医疗等领域得到广泛应用。工业纯钛TA4相当于国外Gr4纯钛（ASTM标准），具有较高的强度和良好的耐蚀性，不能进行热处理强化，成形性能较好、易于焊接和钎焊，广泛应用于各种化工石油设备、耐蚀结构件、宇航部件、外科医疗植入物部件、医疗器械、固定件和装配件等，长期工作温度在300℃以下。

世界和中国人口老龄化趋势明显，65岁以上高龄者占世界人口的1/4，每年因各种疾病需要更换人工关节的有5000万人以上，医疗器械产业的产值每年数千亿美元，其中生物医学材料及制品约占40~50%，每年的市场增长率约为15%~20%。2012年我国生产销售的医用纯钛和钛合金总量达到1000t以上，每年需求的医疗部件接骨板200万套以上、关节25万以上、脊柱装置40万个以上，市场规模120亿以上，应用市场巨大，中国已经成为世界上临床手术量仅次于美国的第二大国家。尽管我国目前已实现钛制骨螺钉、接骨板等常规产品国产化，但整体水平不高，由于质量等问题医疗钛部件仍需大量进口。在生物医用方面，钛材在临床医学中的应用主要包括骨科植入物、手术器械、血管外科、脑外科和口腔等；在骨科植入物方面，包括各种人工关节、人工骨、各种内外固定器械、矫形、创伤和脊柱产品等。钛及钛合金是制造骨科植入物的主要材料，由于良好的性能、高化学稳定性和良好生物相容性，在人体植入件方面的应用获得极大成功，用量不断增加，具有巨大的潜在市场。

外科植入物用纯钛材的相关标准主要有ASTM F67、ISO5832-2和GB/T 13810-2007（外科植入物用钛及钛合金加工材）等，医用TA4纯钛在口腔和骨科植入物等生物材料领域具有广泛的应用，在人体内受力较小的植入物部件可使用，杂质要求一般是Fe≤0.5%、O≤0.4%、N≤0.05%、C≤0.08%和H≤0.015%。Fe和O在TA4中是专门加进去的元素，含量越高则TA4的强度越高、但同时塑性和韧性降低、耐蚀性也有下降。随着医疗产品和器械使用要求的提高，对医疗用钛板的尺寸精度、性能和组织的要求也越来越高、越来越苛刻，对性能指标和波动范围限制越来越严格和精细化。

国标GB/T 13810-2007和GB/T 3621-2007中对TA4钛板的尺寸精度要求较宽松，例如，厚度＞0.8~1.1mm钛板厚度公差要求是±0.09mm、厚度＞1.1~1.5mm公差±0.11mm、厚度＞1.5~2mm公差±0.15mm、厚度＞2~3mm公差±0.18mm。但是，越来越多的医疗钛材企业对厚度公差的要求趋于严格，同时要求批量稳定性和组织均匀性良好，厚度公差要求较严格的是不超过国标的一半，若采用单张板热轧或冷轧时，厚度精度、板形和批次稳定性都难以达到要求，产品性能和组织波动性较大。

国标GB/T 13810-2007和GB/T 3621-2007中对TA4的性能要求是R_m≥580MPa、R_p0.2为485~655MPa、A≥20%，晶粒度要求不低于5级。TA4的强度和低合金含量的钛合金接近，因此，TA4钛材在化工、石油、结构件和耐蚀结构件方面也有广泛使用，高强度、高质量的TA4钛板能适应多领域的用途。

一般来说，TA4工业纯钛板的生产方法，采用锻造后单张轧制的方法生产，3mm以上板材用单张板热轧法生产，厚度公差最多能控制在±0.18mm范围、同板差最好水平控制在0.2mm以内；3mm以下的薄板材用单张板冷轧生产、最小厚度一般在1mm以上，厚度公差能满足国标、同板差至多控制在0.1mm以内。单张板轧制生产效率低、成本高、组织和性能波动明显，热轧精度差、表面质量差，冷轧板的板形差、批次间波动明显。

目前还没有见到卷式冷轧TA4产品的相关报道，由于TA4钛材的强度较高、塑性不太高，使用卷式冷轧法还有一些技术难关需要解决。

发明内容

本发明的目的是提供卷式冷轧法生产薄TA4钛材的方法，通过合理设计成分、优化轧制过程和生产工艺，生产厚度不超过3mm的高质量薄TA4钛材。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种卷式冷轧法生产薄TA4钛材的方法，该方法包括以下步骤：