Способ изготовления плит из титановых сплавов

 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к термомеханической обработке титановых сплавов, и применяется при изготовлении плит из штампованного или кованого в β-области сляба методом горячей продольной или продольно-поперечной прокатки. Сущность изобретения: в способе изготовления плит из титановых сплавов осуществляют предварительную прокатку в две стадии, на первой из которых сляб нагревают до температуры на 30-40°С ниже температуры полиморфного превращения и прокатывают с обжатиями 3-6% до суммарной степени деформации 20-30%, на второй стадии прокатку проводят до суммарной степени деформации 15-90%, нагревая раскат перед началом деформации до температуры на 60-130°С выше температуры полиморфного превращения, а окончательную прокатку осуществляют в (α+β)-области за 2-4 приема с суммарной степенью деформации в одном направлении не более 75% при температуре раската перед каждой прокаткой на 30-200°С ниже температуры полиморфного превращения. Перед окончательной прокаткой проводят отжиг раската при температуре на 30-50°С ниже температуры полиморфного превращения. Технический результат изобретения заключается в возможности получения плит высочайшего качества с однородной мелкозернистой макро- и микроструктурой, обеспечивающей высокие стабильные показатели механических и служебных свойств, а также их минимальную анизотропию. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к термомеханической обработке псевдо-α- и (α+β)-титановых сплавов, и может быть использовано при изготовлении плит из штампованного или кованого в β-области сляба методом горячей продольной или продольно-поперечной прокатки.

Известно, что структура и ее однородность оказывают решающее влияние на уровень и стабильность механических свойств толстых листов и плит. Поэтому при разработке технологического процесса изготовления плит возникает необходимость тщательного изучения особенностей формирования структуры при горячем деформировании титановых сплавов.

Известен способ изготовления плит из α- и (α+β)-титановых сплавов, заключающийся в совмещении горячей и теплой прокатки с одного нагрева сляба путем захолаживания и последующей деформации по режиму теплой прокатки (Бюллетень ВИЛСа "Технология легких сплавов" N 12, 1975, с. 50-52).

Микроструктура плит данного способа улучшается благодаря более высокой степени деформации при низких температурах (α+β)-области и более полной последующей рекристаллизации металла, протекающей в процессе нагрева плит под термообработку.

Однако прокатка с захолаживанием имеет существенные недостатки: нет возможности провести контроль температуры металла при захолаживании и возникает температурный градиент по толщине плиты вследствие низкой теплопроводности.

Типовая схема технологии производства горячекатанных плит включает в себя следующие операции: нагрев сляба, горячую прокатку, резку на мерную длину, отжиг и отделочные операции (Титановые сплавы. Полуфабрикаты из титановых сплавов. Ответств. редакторы: H.Ф.Аношкин, М.З.Ерманок, М., ОНТИ ВИЛС, 1996, с. 207-210).

Недостатком типовой схемы изготовления горячекатанных плит является нестабильность механических свойств с высокой их анизотропией и неоднородность структуры металла.

Прототипом выбран способ изготовления горячекатанных плит из титановых сплавов, включающий два нагрева с охлаждением металла до комнатной температуры, последующий нагрев полосы при температуре (α+β)-области и прокатку металла до требуемых размеров с обжатием не менее 40% (Бюллетень ВИЛСа "Технология легких сплавов" N 12, 1975, с. 52, 53).

Такая технология позволила улучшить микроструктуру плит и повысить уровень таких показателей механических свойств, как относительное удлинение и сужение.

Основным недостатком прототипа является то, что изготовление горячекатанных плит из титановых сплавов по данному способу не обеспечивает получения необходимого уровня механических свойств в продольном и поперечном направлениях при их значительной анизотропии и не позволяет получить однородную структуру металла, что не удовлетворяет требованиям международных стандартов, предъявляемых к изготавливаемой продукции.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является получение высокого стабильного уровня механических свойств при их минимальной анизотропии и обеспечение однородной макро- и микроструктуры плит в соответствии с требованиями международных стандартов.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления плит из титановых сплавов, включающем нагрев сляба до температуры прокатки, предварительную прокатку, нагрев раската до температуры прокатки и окончательную прокатку, предварительную прокатку осуществляют в две стадии, на первой из которых сляб нагревают до температуры на 30...40^oC ниже температуры полиморфного превращения (Тп. п. ) и прокатывают с обжатиями 3...6% до суммарной степени деформации 20...30%, на второй стадии прокатку проводят до суммарной степени деформации 15...90%, нагревая раскат перед началом деформации до температуры на 60...130^oC выше температуры полиморфного превращения, а окончательную прокатку осуществляют в (α+β)-области за 2...4 приема с суммарной степенью деформации в одном направлении не более 75% при температуре раската перед каждой прокаткой на 30...200^oC ниже температуры полиморфного превращения. Кроме того, перед окончательной прокаткой проводят отжиг раската при температуре на 30...50^oC ниже температуры полиморфного превращения.

Плиты изготавливают из штампованного или кованого в β-области сляба.

В процессе предварительной деформации происходит формирование однородной, мелкозернистой макроструктуры. На первой стадии предварительной деформации сляба в (α+β)-области с температуры нагрева на 30...40^oC ниже Тп.п. металлу сообщается достаточное количество скрытой энергии, так называемого "полугорячего наклепа", являющейся движущей силой процесса рекристаллизации β-фазы при последующем нагреве до температуры β-области.

При прокатке в (α+β)-области с суммарной степенью деформации менее 20% количество скрытой энергии "полугорячего наклепа" оказывается недостаточной для прохождения процесса рекристаллизации β-фазы при последующем нагреве в β-области, что приводит к образованию полосчатой структуры металла. Увеличение степени деформации выше 30% приводит к появлению поверхностных трещин.

Деформация с частными обжатиями менее 3% не обеспечивает достаточной проработки структуры в центральных областях заготовки и приводит к неоднородности структуры по высоте плиты. Увеличение разовых обжатий более 6% вызывает дополнительную нагрузку на стан.

Деформация с температуры нагрева выше чем (Тп.п. - 30)^oC не обеспечивает достаточного наклепа металла и приводит к формированию неоднородной структуры. Деформация с температуры нагрева ниже чем (Тп.п. - 40)^oC приводит к росту сопротивления деформации и к появлению трещин.

Нагрев раската до температуры ниже (Тп. п. - 60)^oC на второй стадии предварительной прокатки приводит к появлению полосчатой структуры и снижению пластических характеристик сплава. Нагрев выше (Тп.п. + 130)^oC вызывает развитие процесса собирательной рекристаллизации и приводит к образованию крупного зерна и появлению трещин в результате образования большого газонасыщенного слоя на поверхности раската. В процессе окончательной деформации в α+β)-области с температуры ниже Тп.п. на 30...200^oC за 2...4 нагрева раската и суммарной степенью деформации в одном направлении не более 75% происходит формирование микроструктуры. Прокатка с суммарной степенью деформации в одном направлении больше 75% увеличивает анизотропию механических свойств, что в свою очередь приводит к снижению показателей механических свойств в одном из направлений.

Нагрев раската выше (Тп. п. - 30)^oC приводит к огрублению структуры с возможными случаями перегрева металла и нестабильности механических свойств. Нагрев раската ниже (Тп.п. - 200)^oC вызывает захолаживание металла, затрудняет прокатку и может привести к появлению на поверхности раската трещин, возникающих вследствие ограниченной пластичности металла.

Отжиг раската при температуре Тп.п. - (30...50)^oC перед окончательной прокаткой благоприятно сказывается на формировании однородной глобулярной микроструктуры плит и получении высоких показателей механических и служебных (вязкость разрушения) свойств.

В предлагаемом способе изготовления плит используют штампованный или кованый в β-области сляб, получаемый по определенным технологиям.

Предлагаемый способ был опробован в условиях листопрокатного цеха предприятия-заявителя при изготовлении опытной партии плит размерами 30х1000х2000 мм и размерами 16х850х3830 мм из титанового сплава TA6V. Температура полного полиморфного превращения сплава Тп.п. = 990^oC.

Пример 1.

Сляб нагревали в электрической печи до температуры 950^oC (на 40^oC ниже Тп. п. ), прокатку проводили на стане кварто 2000 с разовыми обжатиями 5% до суммарной степени деформации 30%. Далее раскат нагревали до 1080^oC (на 90^oC выше Тп.п.) и прокатывали с суммарной степенью деформации 20%. Окончательную прокатку осуществляли за два приема. Сначала раскат нагревали до 960^oC (на 30^oC ниже Тп.п.) и прокатывали со степенью деформации 50%, затем раскат нагревали до 950^oC (на 40^oC ниже Тп.п.) и прокатывали также со степенью деформации 50%.

Пример 2.

Сляб нагревали в электрической печи до температуры 950^oC (на 40^oC ниже Тп. п. ), прокатку проводили на стане кварто 2000 с разовыми обжатиями 5% до суммарной степени деформации 30%. Далее раскат нагревали до 1090^oC (на 100^oC выше Тп. п. ) и прокатывали с суммарной степенью деформации 40%. Прокатку в (α+β)-области осуществляли за три приема с промежуточным отжигом перед последней прокаткой. Сначала раскат нагревали до 950^oC (на 40^oC ниже Тп.п.) и прокатывали со степенью деформации 35%, затем раскат нагревали снова до 950^oC и прокатывали в поперечном направлении со степенью деформации 63%. После чего осуществляли отжиг раската по режиму: нагрев до 950^oC, выдержка 3 час 30 мин, охлаждение до 800^oC, далее охлаждение на воздухе и перед последней прокаткой металл нагревали также при 950^oC и прокатывали со степенью деформации 28%.

В том и другом случае прокатка проходила устойчиво, без деформационных разогревов, без макро- и микродефектов. Полученные плиты характеризовались однородной мелкой структурой, высокой точностью геометрических размеров, стабильностью механических свойств и отсутствием поверхностных дефектов.

Микроструктура плит показана на фиг. 1, где: а - изготовленных по заявленному способу; б - изготовленных по прототипу.

Макроструктура плит приведена на фиг. 2, где: а - изготовленных по заявленному способу: б - изготовленных по прототипу.

Механические и служебные свойства плит приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления плит из титановых сплавов позволяет получать плиты высочайшего качества, которое удовлетворяет всем требованиям международных стандартов. Изготовленные плиты имеют однородную мелкозернистую макро- и микроструктуру, обеспечивающую высокие стабильные показатели механических и служебных свойств, а также их минимальную анизотропию.

Формула изобретения

1. Способ изготовления плит из титановых сплавов, включающий нагрев сляба до температуры прокатки, предварительную прокатку, нагрев раската до температуры прокатки и окончательную прокатку, отличающийся тем, что предварительную прокатку осуществляют в две стадии, на первой из которой сляб нагревают до температуры на 30 - 40^oC ниже температуры полиморфного превращения и прокатывают с обжатиями 3 - 6% до суммарной степени деформации 20 - 30%, на второй стадии прокатку проводят до суммарной степени деформации 15 - 90%, нагревая раскат перед началом деформации до температуры на 60 - 130^oC выше температуры полиморфного превращения, а окончательную прокатку осуществляют в (α+β) - области за 2 - 4 приема с суммарной степенью деформации в одном направлении не более 75% при температуре раската перед каждой прокаткой на 30 - 200^oC ниже температуры полиморфного превращения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед окончательной прокаткой проводят отжиг раската при температуре на 30 - 50^oC ниже температуры полиморфного превращения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3