一種tc16鈦合金棒材控溫連軋方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種TC16鈦合金棒材控溫連軋方法。在鈦合金棒材連軋生產(chǎn)線上增加電磁感應(yīng)加熱設(shè)備和冷卻風箱裝置分別對鈦棒材進行適時在線補償加熱和噴吹冷卻，對連軋生產(chǎn)中的軋件進行有效地控溫軋制；通過對TC16鈦合金棒材連軋工藝過程中各項參數(shù)的優(yōu)化和設(shè)定，采用控速連續(xù)軋制工藝，合理降低鈦棒材軋制過程變形抗力引起的大變形熱，保證軋制出的鈦棒材滿足組織和性能要求。本發(fā)明通過對整個連軋過程溫度場的合理控制，能軋制出Φ6～Φ30mm所有規(guī)格鈦合金棒材，且產(chǎn)品組織和性能均達到所需要求，此控溫連軋方法適應(yīng)于小規(guī)模TC16鈦合金棒材工業(yè)化生產(chǎn)，能有效降低TC16鈦棒材深加工成本。
【專利說明】一種TC16鈦合金棒材控溫連軋方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鈦合金加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種TC16鈦合金棒材控溫連軋方法，特別適合高品質(zhì)緊固件用TC16鈦合金棒材的連軋生產(chǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦合金棒材軋制過程溫度的作用重大，掌握溫度場變化對鈦棒材軋制質(zhì)量的影響規(guī)律，對改善軋制工藝、提高軋制質(zhì)量有重要意義。國內(nèi)鈦棒材軋制加工技術(shù)在軋制過程溫度場的控制方面還沒發(fā)展成熟，其產(chǎn)品難以實現(xiàn)熱連軋生產(chǎn)。國內(nèi)外高端市場對優(yōu)質(zhì)緊固件用鈦合金棒材提出了更高要求，其典型性能要求如下:剪切強度:τ =860MPa ;抗拉強度:Rm=1536MPa ;屈服強度:Rp a2=1520MPa ;延伸率:A=7%。由于鈦合金特有的原子和晶體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致鈦合金的力學性能呈現(xiàn)顯著的各向異性，屬于難變形、難加工金屬合金，具有較高的屈服極限，軋制阻力大，切削性能差?，F(xiàn)有鈦合金棒線材熱連軋技術(shù)主要通過對現(xiàn)有鋼鐵軋制設(shè)備的改造和對初軋用鈦棒坯生產(chǎn)工藝的調(diào)整來實現(xiàn)，其本質(zhì)還是采用傳統(tǒng)二輥或三輥橫列式軋機軋制技術(shù)，傳統(tǒng)軋制技術(shù)的溫度場不易控制，不能實現(xiàn)大單重軋制生產(chǎn)，且產(chǎn)品存在質(zhì)量差，尺寸精度低等問題。鈦合金導(dǎo)熱性差，軋制過程中變形抗力引起的變形熱使整個軋制過程溫度場的波動較大，且軋件表面和心部有較大的溫度梯度，這直接影響了鈦棒材的組織性能，最終導(dǎo)致軋件組織內(nèi)部不均勻，表面易產(chǎn)生裂紋，難以得到合格的鈦棒材。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種TC16鈦合金棒材控溫連軋方法，該方法通過對連軋過程中的鈦棒材進行適時在線補償加熱和風箱噴吹氣體冷卻，對連軋生產(chǎn)中的軋件進行有效地控溫軋制，采用控速連續(xù)軋制工藝，連軋出Φ6?Φ30πιπι所有規(guī)格TC16鈦合金棒材，并實現(xiàn)了 TC16鈦合金棒材的高效生產(chǎn)，有效降低了 TC16鈦棒材深加工成本。
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案:一種TC16鈦合金棒材控溫連軋方法，該方法包括以下步驟:
[0005]步驟1:將Φ 100?Φ 160mmTC16鈦合金坯料在750°C?1050°C下均勻加熱60?120分鐘；
[0006]步驟2:將步驟I加熱后的圓形坯料采用縱列式軋機進行粗軋，開軋溫度控制在750°C?850°C之間，軋制成Φ45?Φ IOOmm鈦棒坯，用切頭剪切頭后，送入中軋機組軋制；
[0007]步驟3:將步驟2進入中軋機組的鈦棒坯進行軋制，軋制成Φ18?Φ60πιπι鈦棒坯，在中軋機組后設(shè)立電磁感應(yīng)加熱設(shè)備對鈦棒坯進行適時在線補償加熱，溫度控制在800°C?850°C之間后，用切頭剪切頭，送入預(yù)精軋機組軋制；
[0008]步驟4:將步驟3進入預(yù)精軋機組的鈦棒坯進行軋制，軋制成Φ 12?Φ 30mm鈦棒材，在預(yù)精軋機組后設(shè)立冷卻風箱裝置，噴吹氣體對鈦棒材進行冷卻，溫度控制在750°C?800°C之間后，用切頭剪切頭，送入精軋機組軋制；
[0009]步驟5:將步驟4進入預(yù)精軋機組的控溫鈦棒坯進行軋制，軋制成Φ6?Φ 14_小規(guī)格鈦棒材，用切頭剪切定尺寸和矯直機矯直后，經(jīng)鈦棒輸送輥道送入棒材冷床進行冷卻，即可得到所要求規(guī)格尺寸的產(chǎn)品。
[0010]本發(fā)明還具有以下其他技術(shù)特點:步驟I所述加熱爐選用推鋼式加熱爐，加熱時間為20?30分鐘，均熱保溫時間為40?90分鐘。
[0011]進一步地，步驟2的軋制速度控制在2?3m/s，軋制道次為6?10道次；所述步驟3的軋制速度控制在2.5?6m/s，軋制道次為6?8道次；步驟4的軋制速度控制在6?10m/s，軋制道次為5?8道次；步驟5的軋制速度控制在15?30m/s，軋制道次為8?12道次。
[0012]進一步地，步驟3在中軋機組后設(shè)立電磁感應(yīng)加熱設(shè)備，該電磁感應(yīng)加熱設(shè)備為由中頻電源和兩個感應(yīng)器組成，即1#感應(yīng)器、2#感應(yīng)器，兩個感應(yīng)器依次串接固定在鈦棒輸送輥道支架上，且位于縱列兩輥中軋機組與縱列兩輥預(yù)精軋機組之間，兩個感應(yīng)器之間間隔1.5?2.0m，其中一個感應(yīng)器的尾端距預(yù)精軋機組前的切頭剪入口為1.0?1.5m。根據(jù)TC16鈦合金棒坯表面實時溫度是否接近800°C的理想開軋溫度，選擇是否選用兩個感應(yīng)器進行適時在線補償加熱，以達到控制鈦棒坯表面實時溫度在800°C?850°C之間的目的。
[0013]進一步地，所述步驟4在預(yù)精軋機組后設(shè)立風箱冷卻裝置，該風箱冷卻裝置由單層套管氣體冷卻器和氣體流量控制器組成，兩個冷卻器依次串接固定在鈦棒輸送輥道支架上，且位于縱列兩輥預(yù)精軋機組與頂交懸臂輥精軋機組之間，氣體流量控制器固定在進氣管道上，且位于鈦棒輸送輥道下方，兩個冷卻器之間間隔1.0?1.5m，其中一個冷卻器的尾端距精軋機組前的切頭剪入口為1.5?2.0m。測溫位置3位于距1#冷卻器入口 0.3?0.5m處，測溫位置4位于1#和2#冷卻器的中間位置處，測溫位置5位于距2#冷卻器出口
0.5?0.Sm處，通過三個測溫位置反饋的溫度數(shù)據(jù)，利用氣體流量控制器合理控制噴吹冷卻氣體的流量，以達到將鈦棒坯表面實時溫度控制在750°C?800°C之間的目的。
[0014]進一步地，所述步驟3中兩個感應(yīng)器由同一個中頻電源控制，單個感應(yīng)器不能進行獨立加熱；所述步驟4兩個冷卻器中噴吹氣體的流量分別由兩個獨立的氣體流量控制器控制，單個冷卻器也可進行獨立冷卻。整個軋制控溫過程可根據(jù)鈦棒坯實時溫度變化情況，適當選擇電磁感應(yīng)加熱設(shè)備和冷卻風箱裝置配合使用。
[0015]進一步地，步驟3利用電磁感應(yīng)線圈加熱，補償加熱溫度區(qū)間為100°C?150°C，溫升速度控制在30?50°C /s，加熱時間為3?5秒；所述步驟4鈦棒材噴吹氣體進行冷卻，噴吹冷卻溫度區(qū)間為100°C?200°C，溫降速度控制在30?40°C /s,降溫時間為2?4秒；所用噴吹氣體為不易與TC16鈦合金強烈反應(yīng)的氮氣或氬氣、氦氣等惰性氣體。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點和效果:
[0017]1.本發(fā)明將推鋼式加熱爐、縱列式兩輥粗軋機組、短應(yīng)力線縱列式兩輥中軋機組、短應(yīng)力縱列式兩輥預(yù)精軋機組、電磁感應(yīng)加熱設(shè)備、噴氣冷卻風箱和摩根V代45°頂交懸臂輥精軋機組縱向依次連接組成高品質(zhì)緊固件用TC16鈦合金棒材的連軋生產(chǎn)線，采用控速連續(xù)軋制工藝，合理降低軋制過程變形抗力引起的大變形熱，軋制出了滿足組織和性能要求的鈦棒材。
[0018]2.本發(fā)明將連軋過程的溫度場控制在一個相對穩(wěn)定的水平，避免了鈦棒坯連軋過程溫降引發(fā)的設(shè)備事故和變形抗力產(chǎn)生的大變形熱引發(fā)的軋制過程溫度場較大波動所造成的產(chǎn)品組織、性能差等問題。
[0019]3.本發(fā)明采用冷卻風箱合理控溫，利用噴吹氣體冷卻速度慢的特點，控制溫降，避免了噴水冷卻速度過快使軋件溫度過低，延伸性變差，形成裂紋等問題，有效地實現(xiàn)了 TC16鈦合金棒材高效連軋生產(chǎn)。
[0020]4.本發(fā)明冷卻裝置中噴吹的氣體由兩個獨立的冷卻氣體流量控制器控制，每個冷卻器可獨立進行冷卻，在保證軋件冷卻要求的前提下，能有效降低能源消耗。
[0021]5.本發(fā)明能軋制出Φ6~Φ30mm所有規(guī)格TC16鈦合金棒材，適應(yīng)于小規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，有效降低了其深加工成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
[0023]圖2為本發(fā)明補償感應(yīng)加熱設(shè)備結(jié)構(gòu)及布局示意圖
[0024]圖3為本發(fā)明噴吹冷卻風箱設(shè)備位置示意圖
[0025]圖4為本發(fā)明噴吹冷卻風箱設(shè)備結(jié)構(gòu)及布局示意圖
[0026]圖5為本發(fā)明Φ8mm鈦棒控溫連軋過程測溫位置1、2、3、4、5處鈦棒坯表面實時測控溫度曲線。
[0027]圖6為本發(fā)明控溫連軋與普通軋制獲得的Φ12πιπι鈦棒相同退火處理后的金相組織對比(退火制度:800±10°C，30min，2~4°C /min冷卻至550°C，空冷)
[0028]圖7為本發(fā)明控溫連軋獲得的Φ 12mm鈦棒不同固溶溫度處理后的金相組織對比(固溶溫度依次為 700°C、780°C、80(rC、85(rC、90(rC，30min，爐冷)
[0029]圖8為本發(fā)明控溫連軋獲得的Φ 12mm鈦棒不同固溶溫度處理后的力學性能對比(固溶溫度依次為 700°C、780°C、80(rC、85(rC、90(rC，30min，爐冷)
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖1、2、3、4、5、6、7、8描述本發(fā)明的實施例。
[0031]控溫連軋所用材料為TC16鈦合金圓形坯料，其具體化學成分(wt%)見表1。
[0032]表1TC16鈦合金化學成分(wt%)
【權(quán)利要求】
1.一種TC16鈦合金棒材控溫連軋方法，其特征在于:該方法包括以下步驟: 步驟1:將Φ100?0160mmTC16鈦合金坯料在750°C?1050°C下均勻加熱60?120分鐘； 步驟2:將步驟I加熱后的圓形坯料采用縱列式軋機進行粗軋，開軋溫度控制在750°C?850°C之間，軋制成Φ45?Φ IOOmm鈦棒坯，用切頭剪切頭后，送入中軋機組軋制； 步驟3:將步驟2進入中軋機組的鈦棒坯進行軋制，軋制成Φ18?Φ 60mm鈦棒坯，在中軋機組后設(shè)立電磁感應(yīng)加熱設(shè)備對鈦棒坯進行適時在線補償加熱，溫度控制在800°C?850°C之間后，用切頭剪切頭，送入預(yù)精軋機組軋制； 步驟4:將步驟3進入預(yù)精軋機組的鈦棒還進行軋制,軋制成Φ12?Φ 30mm鈦棒材,在預(yù)精軋機組后設(shè)立冷卻風箱裝置，噴吹氣體對鈦棒材進行冷卻，溫度控制在750°C?800°C之間后，用切頭剪切頭，送入精軋機組軋制； 步驟5:將步驟4進入預(yù)精軋機組的控溫鈦棒坯進行軋制，軋制成Φ6?Φ 14mm小規(guī)格鈦棒材，用切頭剪切定尺寸和矯直機矯直后，經(jīng)鈦棒輸送輥道送入棒材冷床進行冷卻，即可得到所要求規(guī)格尺寸的TC16鈦合金棒材產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TC16鈦合金棒材控溫連軋方法，其特征在于:步驟I所述加熱爐選用推鋼式加熱爐，加熱時間為20?30分鐘，均熱保溫時間為40?90分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TC16鈦合金棒材控溫連軋方法，其特征在于:所述步驟2的軋制速度控制在2?3m/s，軋制道次為6?10道次；所述步驟3的軋制速度控制在2.5?6m/s,軋制道次為6?8道次；步驟4的軋制速度控制在6?10m/s，軋制道次為5?8道次；步驟5的軋制速度控制在15?30m/s，軋制道次為8?12道次。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TC16鈦合金棒材控溫連軋方法，其特征在于:所述步驟3在中軋機組后設(shè)立電磁感應(yīng)加熱設(shè)備，該電磁感應(yīng)加熱設(shè)備由中頻電源和兩個感應(yīng)器組成，兩個感應(yīng)器依次串接固定在鈦棒輸送輥道支架上，且位于縱列兩輥中軋機組與縱列兩輥預(yù)精軋機組之間，兩個感應(yīng)器之間間隔1.5?2.0m，其中一個感應(yīng)器的尾端距預(yù)精軋機組前的切頭剪入口為1.0?1.5m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TC16鈦合金棒材控溫連軋方法，其特征在于:所述步驟4在預(yù)精軋機組后設(shè)立風箱冷卻裝置，該風箱冷卻裝置由單層套管氣體冷卻器和氣體流量控制器組成，兩個冷卻器依次串接固定在鈦棒輸送輥道支架上，且位于縱列兩輥預(yù)精軋機組與頂交懸臂輥精軋機組之間，氣體流量控制器固定在進氣管道上，且位于鈦棒輸送輥道下方，兩個冷卻器之間間隔1.0?1.5m，其中一個冷卻器的入口端距預(yù)精軋機組出口的距離為2.0?2.5m，另一個冷卻器的出口端距精軋機組前的切頭剪入口為1.5?2.0m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TC16鈦合金棒材控溫連軋方法，其特征在于:所述步驟3利用電磁感應(yīng)線圈加熱，補償加熱溫度區(qū)間為100°C?150°C，溫升速度控制在30?50°C/s，加熱時間為3?5秒；所述步驟4鈦棒材噴吹氣體進行冷卻，噴吹冷卻溫度區(qū)間為100°C?200°C，溫降速度控制在30?40°C /s，降溫時間為2?4秒；所用噴吹氣體為不易與TC16鈦合金強烈反應(yīng)的氮氣、氬氣或氦氣。
【文檔編號】B21B37/74GK103736727SQ201310744413
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】張朝暉, 劉全明, 劉世鋒, 楊海瑛 申請人:西安建筑科技大學