[1]Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к способам изготовления листов методом холодной прокатки из псевдо-альфа титановых сплавов (псевдо-α титановых сплавов), которые могут быть использованы в машиностроительной, аэрокосмической, энергетической, химической и других областях народного хозяйства.
[2]Качество листов определяется взаимосвязанными между собой посредством режимов и приемов прокатки характеристиками: состоянием поверхности, точностью геометрических размеров и формы, механическими свойствами, обусловленными структурой, в том числе размером зерен, а также анизотропией или изотропией механических свойств, обусловленными типом образующейся при прокатке металлографической текстуры.
[3]Холоднокатаные листы характеризуются наличием ярко выраженной металлографической текстуры, приводящей к анизотропии его свойств. Анизотропия свойств листов в большинстве случаев является нежелательной. Исключение может быть отнесено разве что к электротехнической стали. Если листы в дальнейшем подвергаются деформации для получения изделия типа оболочки, то анизотропия их свойств не только нежелательна, а даже недопустима.
[4]Титановый лист при холодной прокатке в одном направлении испытывает анизотропию прочности и в результате имеет прочность в направлении прокатки ниже, чем прочность в поперечном направлении с низкой вязкостью. Когда этот титановый лист подвергается штамповке (прессованием), деформация протекает преимущественно в направлении прокатки с низкой прочностью.
[5]Деформация при прокатке приводит к вытягиванию зерен вдоль направления прокатки. Суммарное обжатие и процессы рекристаллизации в основном определяют текстуру деформированного металла.
[6]Текстура деформации в процессе стандартной термомеханической обработки листов из псевдо-α сплавов может сохраниться, усилиться, исчезнуть или возникнуть новая. Это создает основу для управления формированием анизотропии, хотя связи между текстурами деформации и условиями внешнего воздействия на металл чаще всего неоднозначные и могут быть оптимизированы опытным путем.
[7]Известен способ производства тонких листов и фольги из технически чистого титана, включающий горячую прокатку полосы толщиной 3-6 мм, отжиг в воздушной атмосфере, очистку поверхности от окалины, кислотное травление, шлифование, холодную прокатку, финишную отделку поверхности (Титан, 1995, т. 43, № 4, с. 239-246).
[8]Листы из прочных и высокопрочных сплавов толщиной менее 3 мм по предлагаемой технологии не производят. Способ не предусматривает управления формированием анизотропии.
[9]Известен способ изготовления листов из малолегированных титановых сплавов, включающий нагрев плоского слитка, его горячую прокатку на подкат, резку подката на заготовки, нагрев заготовки в (α+β)-области, прокатку их на листы, термообработку, травление, правку, резку листов на готовый размер (РФ №2198237, МПК C22F 1/18, публ. 10.02.2003).
[10]Предлагаемый способ позволяет получать качественные листы с хорошей поверхностью. Способ не предусматривает управления формированием анизотропии.
[11]Известен способ изготовления тонких листов из псевдо-альфа титановых сплавов, включающий деформацию слитка в сляб, механическую обработку сляба, многопроходную прокатку сляба на подкат, резку подката на листовые заготовки, их сборку в пакет и его прокатку и адъюстажные операции, сборку листовых заготовок в пакет осуществляют с укладкой таким образом, чтобы направление листов предыдущей прокатки было перпендикулярно направлению листов последующей прокатки (Патент РФ №2522252, МПК C22F 1/18, В21В 3/00, публ. 10.07.2014) - прототип.
[12]Предлагаемое изобретение позволяет получить из псевдо-альфа титановых сплавов тонкие листы, обладающие высоким уровнем механических свойств с минимальной анизотропией и однородной структурой, а также удовлетворительным качеством поверхности.
[13]Пакетный способ прокатки требует больших трудозатрат, неэкономичен и малопроизводителен.
[14]Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение технологичности изготовления и качества листов из псевдо-альфа титановых сплавов при снижении экономических затрат получения листов, методом холодной прокатки с использованием стандартного оборудования.
[15]Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в получении качественных листов с низкой анизотропией механических свойств листов и большой величиной угла загиба при комнатной температуре за счет управления формированием текстуры при прокатке.
[16]Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения листов из псевдо-альфа титановых сплавов, включающего деформацию слитка в сляб, механическую обработку сляба, многопроходную прокатку сляба на подкат, резку подката на листовые заготовки, многопроходную горячую прокатку заготовок, холодную прокатку, отжиг и адъюстажную обработку листов, многопроходную прокатку сляба на подкат проводят в β-области, с суммарной степенью деформации не менее 50%, горячую прокатку листовых заготовок проводят в два этапа, причем на первом этапе проводят продольную прокатку в (α+β)-области в интервале температур ниже температуры полиморфного превращения (ТПП) на 70-200°С, а на втором этапе проводят поперечную горячую прокатку с изменением направления прокатки на 90° в (α+β)-области в интервале температур ниже ТПП на 70-200°С с последующей холодной прокаткой с получением листов, при этом суммарная степень деформации при горячей и холодной прокатках на втором этапе составляет 60-90% при соотношении степеней деформации горячей к холодной прокатке от 0,8 до 1,2, отжиг листов производят при температуре 700-820°С в течение 0,5-1 часа, а затем осуществляют теплую прогладку при температуре 600±50°С.
[17]Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.
[18]Фиг. 1 - текстурное состояние подката после прокатки в β-области, где позиция 1 - β-кристалл, 2 - α-кристалл.
[19]Фиг. 2 - текстурное состояние подката после поперечной прокатки.
[20]Сущность изобретения заключается в следующем.
[21]Формирование текстуры начинается уже с горячей прокатки сляба в β-области, где в качестве преобладающей компоненты текстуры β-фазы сформировалась ориентировка плоскости куба в диагональном направлении (100) <011>, при этом необходимая суммарная степень деформации должна составлять не менее 50%.
[22]При β-α-превращении во время охлаждения металла псевдо-α-титановых сплавов наблюдается переход текстуры (001) <011> β-фазы в текстуру продольно-поперечной призмы α-фазы. Наглядное представление на фиг. 1, где представлено текстурное состояние подката после прокатки в β-области в виде положений кристаллитов - гексогонов, находящихся в плоскости прокатки.
[23]При последующей горячей продольной прокатке в α+β-области (диапазон оптимальных температур Тпп - (70-200°С) после горячей прокатки сляба в β-области главным механизмом деформации становится двойникование, потому что плоскости скольжения превращенной α-фазы заблокированы, поскольку не совпадают с направлением сдвиговых касательных напряжений. Кристаллиты, ориентированные в исходном состоянии направлением базиса <0001> вдоль направления прокатки (НП), уже после небольших степеней деформации поднимаются на угол, близкий к 60 град., к НП. Когда в деформацию вовлекается скольжение, то в поперечном направлении (ПН) увеличивается плотность выхода базиса и усиливается поперечная призма.
[24]Последующая поперечная прокатка проводится в два этапа (режимы прокатки подобраны опытным путем).
[25]На первом этапе в (α+β)-области при от температуры нагрева Тпп -70°÷200°С, на втором - осуществляется холодная деформация. Их суммарная деформация составляет 50-70% при соотношении величин горячей к холодной деформаций от 0,8 до 1,2. В НП (бывшем ПН) в результате двойникования исчезает базис, переходя к положению вблизи 10°-60°. От нормального направления (НН). В ПН базис при прокатке с Е=30% в этом температурном интервале не успевает сформироваться, остается ориентировка призмы 1-го рода <1010>. То же и в направлении НП, вследствие чего формируется текстура, обеспечивающая изотропность механических свойств в плоскости листа. Текстурное состояние листов после поперечной прокатки показано на фиг. 2.
[26]Соотношении величин горячей к холодной деформаций от 0,8 до 1,2 является оптимальным, при котором при горячей прокатки обеспечивается равномерность текстуры по всему объему листа, дальнейшая холодная прокатка гарантирует стабильную величину угла ориентации большинства α-кристаллов в направлении 10°-60° от НН. Последующий отжиг температуре 700-820°С в течение 0,5-1 часа необходим и достаточен для стабилизации свойств и снятия механических напряжений по всему объему листа. Для придания листам требуемой плоскостности производится их прогладка при температуре 600±50°С.
[27]Пример реализации предлагаемой технологии при изготовлении листов сплава Gr9 размерами 3×1000×2000 мм, Тпп 915°С, удовлетворяющих требованиям ASTM В 265.
[28]Горячая прокатка сляба на подкат подката температура нагрева (Туст)=1080°С, размер (Hi)=200-25+0.5×1100×1400 мм → абразивная зачистка и травление → горячая прокатка Туст=870°С, Hi=23,0-10+0.3×1100×3220 мм → раскрой на 2 заготовки Hi=10×1050×1610 мм → горячая прокатка Hi=10-7,0+0.2×1050×2300 мм → раскрой на заготовки 7,0×1050×1150 мм → горячая прокатка поперек оси горячей прокатки Туст=870°С, Hi=7,0-5,0+0.2×1100×1420 мм → холодная прокатка Hi=5-З.0+0.1 мм → отжиг Туст=780°C → прогладка Туст=600°C → отделка и приемка листов.
[29]| Механические свойства |
| № листа | Продольное направление | Поперечное направление |
| σ, МПа | σ, МПа | Δ, % | Угол загиба, град. | σ, МПа | σ, МПа | Δ, % | Угол загиба, град. |
| 1 | 581 | 631 | 23,4 | 105/105 | 608 | 631 | 21,6 | 105/105 |
| 2 | 617 | 653 | 22,0 | 105/105 | 624 | 644 | 22,0 | 105/105 |
| 3 | 616 | 644 | 23,6 | 105/105 | 633 | 651 | 22,0 | 105/105 |
| Требования ASTM В-265 | min 483 | min 620 | 15,0 | 105* | min 483 | min 620 | 15,0 | 105* |
| * Загиб листа производится на оправке, равной 6 толщинам листа. |
[30]Данный способ позволяет получить тонкие листы большого формата из труднодеформируемых титановых сплавов с низкой анизотропией механических свойств листов и увеличением угла загиба при комнатной температуре на стандартном оборудовании по известной хорошо освоенной технологии.
