一種大規格鈦合金中間坯棒材的生產方法技術

大規格鈦合金中間坯棒材的生產方法，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℃，常規保溫時間；（３）鍛壓機一火鍛造是常規的“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。生產的大規格（尺寸大于φ３００ｍｍ）鈦合金中間坯棒材，具有生產組織方便、現場可操作性強的特點，有效解決了微氧化性加熱氣氛下，大規格鈦合金中間坯棒材鐓粗、拔長鍛造時易產生裂紋的難題，產品質量穩定（性能、組織和超聲波探傷達到技術要求），生產效率高，經濟效益和社會效益顯著。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及冶金行業鈦及鈦合金的生產方法，尤其是指鈦合金中間坯棒材的生產方法。
技術介紹
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(目前最高可達到700℃多)、強度高、塑性好等許多優點，廣泛地應用于航空、航天、海洋、建筑、汽車、高爾夫球頭等軍工重要部件、高檔民用產品。鈦合金產品的基本生產工藝流程是(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，為保證產品質量，鈦合金必須在真空狀態下熔煉，國外先進國家也有采用電子束或等離子冷床熔煉方法，但爐批次小，不能滿足工業化生產)，經若干次冶煉，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中間坯棒材進一步軋制成小規格的棒材，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，利用鍛壓機將圓柱體合金錠鍛造成φ200～φ400mm中間坯棒材)過程中，大規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，稱之為大規格鈦合金棒材；大規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，以確保大規格棒材的性能、組織和超聲波探傷達到相應的技術要求)”是不可缺少的生產流程(受設備、技術等方面的影響，國內大部分鈦合金生產企業的合金錠為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不到技術要求，造成最終成品的性能大部分達不到技術要求。對于φ200mm以下的小規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φ200mm的小規格鈦合金棒材中間坯，總變形量可達到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要求。)。目前，大規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(大多數鈦合金生產企業使用的加熱爐，是成本較低的煤氣爐；若調整加熱氣氛，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，對于企業來說經濟效益差)，中間坯棒材熱加工時容易產生裂紋(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，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，合金錠在進行“鐓粗”變形時會產生嚴重裂紋，在隨后的“拔長”鍛造過程中，合金鍛件的裂紋進一步延伸和擴展，有時必須中斷生產，清理裂紋，嚴重影響了正常生產和產品的最終成材率。為了避免大規格鈦合金中間坯棒材鐓粗、拔長鍛造工序中的裂紋出現，常見的措施有(1)少數企業以犧牲經濟效益為代價，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，裂紋現象仍時有發生。(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。
技術實現思路
本專利技術開發一種大規格鈦合金中間坯棒材的生產方法，它采用鈦合金鑄錠表面涂層的技術，不改變現有的技術裝備，將微氧化性氣氛煤氣爐加熱的涂層圓柱體合金鑄錠，利用鍛壓機鍛造成大規格(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)時易產生裂紋的技術難題，產品質量穩定，保證了正常的生產需要。本專利技術提供的大規格鈦合金中間坯棒材的生產方法，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下，不熔化；涂層與鈦合金的粘合性比較好，經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熱處理保護涂層，含Si、Al、K、Mg、B等元素。合金錠表面涂層前準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確保周邊環境整潔(避免涂層涂抹時，帶入其它雜質，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，不能立即進入爐子加熱，需要在干燥的環境下晾干，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，常規加熱溫度1050～1120℃；涂層有效溫度可以達到1200℃，因此，表面涂層的合金錠加熱時間可以比常規加熱溫度提高100℃)，加熱保溫時間6～10小時(常規的加熱保溫時間)；(3)鍛壓機鍛造加熱后的涂層合金錠，出爐轉移至鍛壓機鍛造工位(轉移過程中，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)；鍛壓機鍛造工藝是常規的“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10小時以上。)；然后將鐓粗坯拔長鍛造(將錠型擴大，提高鍛造變形量，以確保大規格棒材的性能、組織和超聲波探傷達到相應的技術要求。)。若合金錠鐓粗后，溫度較低，可以回爐加熱保溫1～3小時，再進行拔長鍛造。與現有技術相比，本技術具有下列優點(1)工藝簡單、可操作性強； (2)生產組織便捷，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生；(5)提高了產品的成材率；(6)生產結束后無需對涂層做處理。具體實施方案某鋼鐵公司實施本專利技術，利用4000噸鍛壓機，將若干爐φ580～φ860的圓柱體合本文檔來自技高網...

【技術保護點】
大規格鈦合金中間坯棒材的生產方法，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下，不熔化；涂層與鈦合金的粘合性比較好，經過幾個小時的加熱后，不會脫落；　　　　合金錠表面涂層前準備：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：應確保周邊環境整潔，避免涂層涂抹時，帶入其它雜質；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，不能立即進入爐子加熱，需要在干燥的環境下晾干，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的６～１０小時；　　　　（３）鍛壓機鍛造　　　　　加熱后的涂層合金錠，出爐轉移至鍛壓機鑄造工位；　　　　鍛壓機鍛造工藝是常規的“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。...

【技術特征摘要】
1.大規格鈦合金中間坯棒材的生產方法，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下，不熔化；涂層與鈦合金的粘合性比較好，經過幾個小時的加熱后，不會脫落；合金錠表面涂層前準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確保周邊環境整潔，避免涂層涂抹時，帶入其它雜質；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...

【專利技術屬性】
技術研發人員：閔新華，計波，朱益藩，金鑫，
申請(專利權)人：寶鋼集團上海五鋼有限公司，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]