[发明专利]一种TC4ELI钛合金宽幅厚板的轧制方法

说明书

本发明公开了一种钛合金宽幅厚板的轧制方法，包括以下步骤：步骤一、将钛合金板坯置于加热炉中加热,在β相变点以下30℃～80℃保温总保温时间的三分之二，在β相变点以上30℃～50℃的条件下保温时间为总保温时间的三分之一进行第一加热处理；步骤二、将步骤一中经第一加热处理后的钛合金板坯送入热轧机中进行第一轧制，终轧温度不低于900℃，所述第一轧制的总变形量为50％～80％；步骤三、采用在线水喷淋冷却然后将半成品板坯在温度为β相变点以下30℃～60℃的条件下保温50min～120min进行第二加热处理；步骤四、将步骤三中经第二加热处理后的半成品板坯送入热轧机中进行第二轧制，终轧温度不低于800℃；所述第二轧制的总变形量为50％～80％。

技术领域

本发明属于钛合金材料制备技术领域，具体涉及一种TC4ELI钛合金宽幅厚板的轧制方法。

背景技术

钛合金因其密度低，比强度高等优点，广泛应用于航空、航天、舰船等领域。由于钛合金屈服强度高、弹性模量低，导致板材加工时变形抗力大、回弹性高，加工难度增加。随着海洋工程技术的不断发展，材料设计要求板材的幅宽越来越宽，对材料组织类型和均匀性要求越来越高，在TC4ELI板材使用过程中发现，板材经过热成型焊接后，焊缝处的组织为片层状组织，为了保证焊接质量，就必须使基体和焊缝组织结构尽量的接近，需要一种组织细小均匀网篮组织，强度和断裂韧性匹配较好的TC4ELI板材来保证焊接工件的工况要求，来达到了材料使用环境损伤容限性设计目标。

轧制是一种可同时提高金属材料强度和韧性的有效的方法。但钛合金导热性差，加工窗口窄，工艺塑性较差，易在轧件的表面及边角处易产生裂纹；而且在较低温度下发生大变形的工艺将大大提高轧制的设备负荷，对设备能力提出了更高的要求，从而限制了轧制在钛合金板材轧制上的应用。

目前钛合金板材常规工艺路线的特点是“抢温快轧”，钛合金加工在高于相变点温度为高温，低于相变点温度为低温，一般采用低温轧制，即在相变点以下进行轧制，最终得到的组织为等轴或双态组织，在轧制过程中严格控制变形量及所产生的温升，以免出现过热组织；在相变点以下变形存在变形抗力大的问题，对轧制设备加工能力提出了较高的要求，增加了整个轧制过程的能耗；而且终轧温度过高以及不匹配的轧制变形对于板材组织均匀、细化、综合性能的提高等都将产生不利影响。

现有的常规轧制方法如两相区加工得到的等轴或双态组织，具有强度和性能匹配较好，不易产生裂纹的优点，但是板材焊缝与母材组织差异较大，容易产生裂纹，且扩展速率较大，不能实现损伤容限设计要求；β加工板材能得到网篮组织，各项性能优良，但是加热温度高于相变点β晶粒长大速度过快(见图2)，加热温度、变形量、变形速度三者匹配较为严格，工艺操作起来难度较大，不利于工业化大批量生产。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，提供一种工艺控制简单，易实现工业化大规模批量生产，具有网篮组织、强度和韧性匹配较好的TC4ELI钛合金宽幅厚板轧制方法，本发明所采用的技术方案是：

一种TC4ELI钛合金宽幅厚板的轧制方法，包括以下步骤：

步骤一、将厚度为200mm～400mm，长度和宽度均为800mm～1200mm的钛合金板坯置于加热炉中加热,采用阶梯式加热制度：根据板坯厚度，总加热保温时间按照0.5～0.8min/mm计算，其中在β相变点以下30℃～80℃保温总保温时间的三分之二，在β相变点以上30℃～50℃的条件下保温时间为总保温时间的三分之一进行第一加热处理；

步骤二、将步骤一中经第一加热处理后的TC4ELI钛合金板坯送入热轧机中进行第一轧制，第一轧制采用单向轧制，终轧温度不低于900℃，得到厚度为60mm～150mm，宽度为800mm～1200mm的半成品板坯；所述第一轧制的总变形量为50％～80％；加热变形温度和变形量匹配关系符合图5要求(关系量化表达)；