專利名稱：一種大規(guī)格鈦合金中間坯棒材的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金行業(yè)鈦及鈦合金的生產(chǎn)方法，尤其是指鈦合金中間坯棒材的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
鈦合金是一種含鈦85％以上的新型金屬材料，具有比重輕(約4.5g/cm2，鋼鐵為7.8g/cm2)、耐腐蝕、使用溫度高(目前最高可達(dá)到700℃多)、強(qiáng)度高、塑性好等許多優(yōu)點，廣泛地應(yīng)用于航空、航天、海洋、建筑、汽車、高爾夫球頭等軍工重要部件、高檔民用產(chǎn)品。
鈦合金產(chǎn)品的基本生產(chǎn)工藝流程是(1)鈦合金電極制備；(2)熔煉采用真空自耗爐熔煉(由于鈦是一種活潑元素，鈦合金極易在高溫下與氧氣反應(yīng)，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，鈦合金必須在真空狀態(tài)下熔煉，國外先進(jìn)國家也有采用電子束或等離子冷床熔煉方法，但爐批次小，不能滿足工業(yè)化生產(chǎn))，經(jīng)若干次冶煉，將鈦合金電極變成φ580～φ860mm圓柱體合金錠(合金鑄錠)；(3)合金錠自由鍛造利用鍛壓機(jī)熱加工鍛造，將圓柱體合金錠鍛造成φ200～φ400mm中間坯棒材(供下一步的鍛造或軋制)；(4)成材采用軋制(將φ200～φ400mm中間坯棒材進(jìn)一步軋制成小規(guī)格的棒材，一般指φ100mm以下的成品棒材)或精模鍛的壓力加工方法，生產(chǎn)出鈦合金成品。
合金錠自由鍛造(合金鑄錠在加熱爐中加熱后，利用鍛壓機(jī)將圓柱體合金錠鍛造成φ200～φ400mm中間坯棒材)過程中，大規(guī)格鈦合金中間坯棒材(一般來說，截面尺寸大于φ300mm的鈦合金棒材，稱之為大規(guī)格鈦合金棒材；大規(guī)格鈦合金棒材是不可缺少的中間坯，這是因為有些鈦合金成品零件的最終尺寸比較大，為滿足合金壓縮比的技術(shù)要求，所需的中間坯棒材直徑也比較大)的鍛造時，“鐓粗、拔長(先將鑄錠鐓粗，提高拔長時的鍛造比，以確保大規(guī)格棒材的性能、組織和超聲波探傷達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)要求)”是不可缺少的生產(chǎn)流程(受設(shè)備、技術(shù)等方面的影響，國內(nèi)大部分鈦合金生產(chǎn)企業(yè)的合金錠為φ600mm，最大的合金錠為φ860mm。若不采用“鐓粗、拔長”工藝，將引起大規(guī)格鈦合金中間坯棒材的鍛造變形量不足，引起中間坯棒材的性能達(dá)不到技術(shù)要求，造成最終成品的性能大部分達(dá)不到技術(shù)要求。對于φ200mm以下的小規(guī)格鈦合金中間坯棒材，由于總變形量較大，如φ600mm的合金錠生產(chǎn)φ200mm的小規(guī)格鈦合金棒材中間坯，總變形量可達(dá)到80％，道次變形量分配充分，故合金錠不需“鐓粗”，直接“拔長”，即可滿足最終成品鍛造變形量的技術(shù)要求。)。
目前，大規(guī)格鈦合金中間坯棒材的“鐓粗、拔長”鍛造時，由于加熱爐是微氧化性氣氛的煤氣爐(大多數(shù)鈦合金生產(chǎn)企業(yè)使用的加熱爐，是成本較低的煤氣爐；若調(diào)整加熱氣氛，即加熱氣氛中無氧氣存在，將煤氣加熱爐改為電爐加熱，這種方法比較有效地阻止了鈦合金加熱時表面富氧層地生成，但使用電爐加熱，成本很高，對于企業(yè)來說經(jīng)濟(jì)效益差)，中間坯棒材熱加工時容易產(chǎn)生裂紋(鈦合金鑄錠在＞950℃的高溫加熱過程中，隨著加熱溫度的提高、加熱時間的延長，由于鈦易與氧氣反應(yīng)，氧氣快速滲透到加熱工件的表面，與鈦形成脆性的富氧層，從而使合金表面塑性下降，抗變應(yīng)力大大增加)；另外，“鐓粗”更是一個大變形的熱加工過程，合金錠在進(jìn)行“鐓粗”變形時會產(chǎn)生嚴(yán)重裂紋，在隨后的“拔長”鍛造過程中，合金鍛件的裂紋進(jìn)一步延伸和擴(kuò)展，有時必須中斷生產(chǎn)，清理裂紋，嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)和產(chǎn)品的最終成材率。
為了避免大規(guī)格鈦合金中間坯棒材鐓粗、拔長鍛造工序中的裂紋出現(xiàn)，常見的措施有(1)少數(shù)企業(yè)以犧牲經(jīng)濟(jì)效益為代價，采用成本很高的無氧化性氣氛的電加熱爐。(2)犧牲生產(chǎn)效率，降低鐓粗過程的變形速度(也就是多火次變形)。但是鈦合金的可鍛造溫度范圍比較窄，溫降50～100℃，其變形抗力增加2倍，裂紋現(xiàn)象仍時有發(fā)生。(3)合金錠包套。這種方法可以阻止氧化皮的生成，但是包套工藝復(fù)雜，并且鐓粗后鈦合金與套子粘在一起，必須解決除套子問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明開發(fā)一種大規(guī)格鈦合金中間坯棒材的生產(chǎn)方法，它采用鈦合金鑄錠表面涂層的技術(shù)，不改變現(xiàn)有的技術(shù)裝備，將微氧化性氣氛煤氣爐加熱的涂層圓柱體合金鑄錠，利用鍛壓機(jī)鍛造成大規(guī)格(截面尺寸大于φ300mm)的鈦合金中間坯棒材。避免了高溫加熱(微氧化性氣氛下)過程中的鈦合金鑄錠脆性富氧層的形成，解決了鈦合金中間坯棒材熱加工鍛造(鐓粗、拔長工序)時易產(chǎn)生裂紋的技術(shù)難題，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，保證了正常的生產(chǎn)需要。
本發(fā)明提供的大規(guī)格鈦合金中間坯棒材的生產(chǎn)方法，其特征是采用三步式工藝流程合金錠表面涂層；加熱爐加熱涂層的合金鑄錠；鍛壓機(jī)鐓粗、拔長鍛造；將φ580～φ860mm的圓柱體合金鑄錠熱加工鍛造成為截面尺寸大于φ300mm的大規(guī)格鈦合金中間坯棒材。
(1)合金錠表面涂層涂層材料采用的是特殊的高溫水玻璃涂層，其特點是1200℃以上的高溫使用狀態(tài)下，不熔化；涂層與鈦合金的粘合性比較好，經(jīng)過幾個小時的加熱后，不會脫落；特殊的高溫水玻璃涂層是上海硅酸鹽研究所公開銷售的RT-1200熱處理保護(hù)涂層，含Si、Al、K、Mg、B等元素。
合金錠表面涂層前準(zhǔn)備先將鈦合金鑄錠的黑皮和局部缺陷車光，并且光潔度要達(dá)到3.2以上，然后用酒精或丙酮將表面油漬或臟物弄干凈，并且吹干；然后將洗干凈的鑄錠在40～80℃的烘箱里烘干(這樣涂前鑄錠帶有一定的溫度有利于涂層和合金錠更好的粘牢)。
合金錠表面涂層時應(yīng)確保周邊環(huán)境整潔(避免涂層涂抹時，帶入其它雜質(zhì)，影響最終的效果)；涂層的厚度一般在0.5～1mm(太厚，易引起涂層脫落；太薄，保護(hù)作用差)；操作時，先將涂層攪拌均勻(如果涂層擱置時間較長，容易產(chǎn)生沉淀，影響涂層效果)，然后將涂層單方向抹在鈦合金鑄錠的表面，不能來回涂抹，覺得涂層不夠厚，可以多抹幾遍，但必須是單方向的；整個合金錠涂完后，不能立即進(jìn)入爐子加熱，需要在干燥的環(huán)境下晾干，晾干時間12～15小時，確保涂層和合金錠粘牢。
(2)加熱爐加熱涂層的合金錠加熱爐是微氧化性氣氛的煤氣爐(在鈦合金鑄錠加熱過程中，涂層將氧氣與鈦合金鑄錠隔離，阻止鈦合金鑄錠脆性氧化皮的生成，從而避免鈦合金鐓粗時變形抗力的下降，有效的控制裂紋的生成)；涂層后的合金錠加熱工藝是加熱溫度1150～1200℃(未涂層的合金錠，常規(guī)加熱溫度1050～1120℃；涂層有效溫度可以達(dá)到1200℃，因此，表面涂層的合金錠加熱時間可以比常規(guī)加熱溫度提高100℃)，加熱保溫時間6～10小時(常規(guī)的加熱保溫時間)；(3)鍛壓機(jī)鍛造加熱后的涂層合金錠，出爐轉(zhuǎn)移至鍛壓機(jī)鍛造工位(轉(zhuǎn)移過程中，涂層起到了保溫作用，減緩了鈦合金鑄錠出爐鐓粗時的溫降速度)；鍛壓機(jī)鍛造工藝是常規(guī)的“鐓粗、拔長”工藝先將涂層合金錠鐓粗至合金錠原始高度的0.5～0.6倍，此時涂層基本沒有脫落(涂層與合金錠有效粘牢時間可達(dá)10小時以上。)；然后將鐓粗坯拔長鍛造(將錠型擴(kuò)大，提高鍛造變形量，以確保大規(guī)格棒材的性能、組織和超聲波探傷達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)要求。)。
若合金錠鐓粗后，溫度較低，可以回爐加熱保溫1～3小時，再進(jìn)行拔長鍛造。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有下列優(yōu)點(1)工藝簡單、可操作性強(qiáng)；
(2)生產(chǎn)組織便捷，成本低廉；(3)有效阻止鈦合金高溫加熱表面氧化皮的生成；(4)減少脆性氧化皮引起的鍛造表面裂紋的產(chǎn)生；(5)提高了產(chǎn)品的成材率；(6)生產(chǎn)結(jié)束后無需對涂層做處理。
具體實施方案某鋼鐵公司實施本發(fā)明，利用4000噸鍛壓機(jī)，將若干爐φ580～φ860的圓柱體合金錠，鍛造成大規(guī)格(截面尺寸大于φ300mm)鈦合金中間坯棒材(選取的鈦合金牌號為Ti-6Al-4V鑄錠和Ti-6Al-1Mo-1V-2Zr鑄錠)(1)合金錠表面涂層涂層材料采用的是特殊的高溫水玻璃涂層，它是上海硅酸鹽研究所公開銷售的RT-1200熱處理保護(hù)涂層(含Si、Al、K、Mg、B等元素)，其特點是1200℃以上的高溫使用狀態(tài)下，不熔化；涂層與鈦合金的粘合性比較好，經(jīng)過幾個小時的加熱后，不會脫落。合金錠表面涂層前，先將鈦合金鑄錠的黑皮和局部缺陷車光，并且光潔度要達(dá)到3.2以上，然后用酒精或丙酮將表面油漬或臟物弄干凈，并且吹干；再將洗干凈的鑄錠在40～80℃的烘箱里烘干。合金錠表面涂層時，應(yīng)確保周邊環(huán)境整潔；涂層的厚度一般在0.5～1mm；操作時，先將涂層攪拌均勻，然后將涂層單方向抹在鈦合金鑄錠的表面，不能來回涂抹，覺得涂層不夠厚，可以多抹幾遍，但必須是單方向的；整個合金錠涂完后，需要在干燥的環(huán)境下晾干，晾干時間12～15小時。(2)加熱爐加熱涂層的合金錠加熱爐是微氧化性氣氛的煤氣爐；加熱工藝是，加熱溫度1150～1200℃，加熱保溫時間6～10小時；(3)鍛壓機(jī)鍛造加熱后的涂層合金錠，出爐轉(zhuǎn)移至鍛壓機(jī)鍛造工位；鍛壓機(jī)鍛造工藝是常規(guī)的“鐓粗、拔長”工藝先將涂層合金錠鐓粗至合金錠原始高度的0.5～0.6倍，然后將鐓粗坯拔長鍛造(若合金錠鐓粗后，溫度較低，可以回爐加熱保溫1～3小時，再進(jìn)行拔長鍛造。)。
實施本發(fā)明生產(chǎn)大規(guī)格(截面尺寸大于φ300mm)鈦合金中間坯棒材，具有生產(chǎn)組織方便、現(xiàn)場可操作性強(qiáng)、裝備通用性強(qiáng)的特點，有效解決了微氧化性氣氛加熱下，大規(guī)格鈦合金中間坯棒材鍛造(鐓粗、拔長工序)時易產(chǎn)生裂紋的技術(shù)難題，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定(大規(guī)格棒材的性能、組織和超聲波探傷達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)要求)，生產(chǎn)效率高，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。
權(quán)利要求
1.大規(guī)格鈦合金中間坯棒材的生產(chǎn)方法，其特征是采用三步式工藝流程合金錠表面涂層；加熱爐加熱涂層的合金鑄錠；鍛壓機(jī)鐓粗、拔長鍛造；將580～860mm的圓柱體合金鑄錠，熱加工鍛造成為截面尺寸大于300mm的大規(guī)格鈦合金中間坯棒材(1)合金錠表面涂層涂層材料采用的是特殊的高溫水玻璃涂層，其特點是1200℃以上的高溫使用狀態(tài)下，不熔化；涂層與鈦合金的粘合性比較好，經(jīng)過幾個小時的加熱后，不會脫落；合金錠表面涂層前準(zhǔn)備先將鈦合金鑄錠的黑皮和局部缺陷車光，并且光潔度要達(dá)到3.2以上，然后用酒精或丙酮將表面油漬或臟物弄干凈，并且吹干；然后將洗干凈的鑄錠在40～80℃的烘箱里烘干；合金錠表面涂層時應(yīng)確保周邊環(huán)境整潔，避免涂層涂抹時，帶入其它雜質(zhì)；涂層的厚度一般在0.5～1mm；操作時，先將涂層攪拌均勻，然后將涂層單方向抹在鈦合金鑄錠的表面，不能來回涂抹，覺得涂層不夠厚，可以多抹幾遍，但必須是單方向的；整個合金錠涂完后，不能立即進(jìn)入爐子加熱，需要在干燥的環(huán)境下晾干，晾干時間12～15小時；(2)加熱爐加熱涂層的合金錠加熱爐是微氧化性氣氛的煤氣爐；涂層后的合金錠加熱工藝是加熱溫度1150～1200℃，加熱保溫時間是常規(guī)的6～10小時；(3)鍛壓機(jī)鍛造加熱后的涂層合金錠，出爐轉(zhuǎn)移至鍛壓機(jī)鍛造工位；鍛壓機(jī)鍛造工藝是常規(guī)的“鐓粗、拔長”工藝先將涂層合金錠鐓粗至合金錠原始高度的0.5～0.6倍，此時涂層基本沒有脫落；然后將鐓粗坯拔長鍛造。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大規(guī)格鈦合金中間坯棒材的生產(chǎn)方法，其特征在于合金錠表面涂層時，采用的特殊高溫水玻璃涂層是上海硅酸鹽研究所公開銷售的RT-1200熱處理保護(hù)涂層，含Si、Al、K、Mg、B等元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大規(guī)格鈦合金中間坯棒材的生產(chǎn)方法，其特征在于鍛壓機(jī)鍛造時，若合金錠鐓粗后，溫度較低，可以回爐加熱保溫1～3小時，再進(jìn)行拔長鍛造。
全文摘要
大規(guī)格鈦合金中間坯棒材的生產(chǎn)方法，其特征是(1)涂層材料是特殊的高溫水玻璃涂層；合金錠表面涂層前，表面清潔、光潔度達(dá)到3.2級；涂層時單方向涂抹，厚度0.5～1mm，涂完后晾干；(2)加熱爐可以是微氧化性氣氛的煤氣爐；加熱溫度1150～1200℃，常規(guī)保溫時間；(3)鍛壓機(jī)一火鍛造是常規(guī)的“鐓粗、拔長”鍛造工藝，鐓粗至合金錠原始高度的1/2時，將鐓粗坯拔長鍛造。生產(chǎn)的大規(guī)格(尺寸大于φ300mm)鈦合金中間坯棒材，具有生產(chǎn)組織方便、現(xiàn)場可操作性強(qiáng)的特點，有效解決了微氧化性加熱氣氛下，大規(guī)格鈦合金中間坯棒材鐓粗、拔長鍛造時易產(chǎn)生裂紋的難題，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定(性能、組織和超聲波探傷達(dá)到技術(shù)要求)，生產(chǎn)效率高，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。
文檔編號B21J1/06GK1657197SQ20051002420
公開日2005年8月24日 申請日期2005年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者閔新華, 計波, 朱益藩, 金鑫 申請人:寶鋼集團(tuán)上海五鋼有限公司