CN113751637B - 一种提高大规格钛板坯成品率的锻造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钛及钛合金产品制造技术领域，具体涉及一种提高大规格钛板坯成品率的锻造方法，主要通过第一火加热、第一火展宽锻造、收边整形、端部近成品锻压、热料回炉或第二火加热、板舌和板型控制、板坯机加等步骤实现。本发明不仅能够有效控制板型，从而减少机加损耗，而且能显著提高锻造板坯的成品率，同时也不需增加锻造火次，适于工业化生产。

Description

一种提高大规格钛板坯成品率的锻造方法

技术领域

本发明涉及钛及钛合金产品制造技术领域，具体涉及一种提高大规格钛板坯成品率的锻造方法。

背景技术

随着我国钛工业的快速发展，“大卷重钛带制备技术研究及产业化”被列入中国钛工业“十一五”发展规划中的重要开发技术，特别是对于宽钛板带的研究、应用和生产也越来越广泛。而生产高宽度、大卷重的钛带卷必然需要相应的钛板坯，所以钛板坯的生产、交易量也随之增加，如何降低钛板坯的生产成本成为一项重要研究课题。

国内外目前生产轧制用大规格钛板坯主要有两种方法：一种是常规的VAR熔炼出圆形铸锭+快锻机锻造获得板坯；一种是采用EB炉直接熔炼出扁锭（即板坯），必要时再用扁锭锻造获得板坯。其中EB炉熔炼还存在化学成分均匀性控制的难题，限制了其在钛板坯生产上的应用范围；其次采用EB炉生产，需要投入大量成本用于这种熔炼炉的采购和安装，而国内有EB炉的厂家并不多，远不能满足国内外市场对于钛板坯的需求。而常规的熔炼+锻造方法，采用VAR真空自耗熔炼获得铸锭，其成分均匀性控制较好，适用于纯钛板坯和各牌号的合金板坯，但因铸锭熔炼和板坯锻造后都涉及机加损耗，成品率较EB炉直接熔炼生产扁锭略低。为获得成分均匀性优良的轧制用板坯，采用常规VAR铸锭熔炼+板坯锻造的方式生产时，若能减小锻造板舌和板坯机加铣削损耗，就能有效提高锻造板坯的成品率、降低生产成本、提升产品竞争优势。

在现有的VAR铸锭熔炼+板坯锻造的生产中，为减小锻造板舌提高成品率，经常采用的锻造方法是镦粗展宽+拔长成型。然而，这种锻造方法对于10吨左右的大规格坯料而言，存在以下几个主要缺点：（1）增加了锻造火次，镦粗过程容易产生折叠开裂等缺陷；（2）坯料长度对锻造设备镦粗净空间要求也较高，相应生产成本较高，成品率不可控。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种提高大规格钛板坯成品率的锻造方法，这种方法可通过优化板型质量、减小机加损耗，提高锻造板坯的成品率，并能降低常规“VAR铸锭熔炼+板坯锻造”生产模式的生产成本，从而实现规模化稳定生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种提高大规格钛板坯成品率的锻造方法，其特征在于，主要通过如下步骤来实现：

（1）铸锭两端机加处理：将钛铸锭头部倒角≥30mm×45°、底部倒角≥R50mm，铸锭底部端面从边部至R/2处车削掉≥10mm疏松层；倒角的目的在于防止铸锭底部在锻造成板坯后因不倒角或倒角过小造成板坯两端折叠开裂，有利于大幅减小板坯端部的机加损耗；底部车削的目的在于提前清除疏松层，防止锻造成板坯后疏松层延伸覆盖在板坯表面造成板坯端部机加浪费；

（2）第一火加热：将钛铸锭表面涂抹一层高温防护涂层，防止加热时高温氧化，然后将铸锭送进燃气加热炉或电加热炉进行第一火加热，加热温度为1000~1100℃；

（3）第一火展宽锻造：经过加热后的铸锭出炉，然后沿钛铸锭的长度方向对铸锭进行展宽锻压，每次压下量在30~100mm范围内；通过展宽锻压，将坯料宽度锻至比成品板坯宽度大100~500mm后，在后续板坯成型锻造时，板坯宽度方向有足够的收边量，在整形锻造时，板舌边部能优先发生变形，从而减小板舌，提高成品率；

（4）收边整形：用平砧将已经展宽的板坯进行收边整形处理，其目的在于将展宽后的毛坯板宽度方向的弧边减小，以便于减小板坯沿长度方向的棱角角度；

（5）端部近成品锻压：用平砧将板坯两端约800mm范围内压至接近成品厚度H+（0~50）mm，其目的是在一火锻造快结束时（二火锻造之前）将端部厚度压至接近成品厚度，使得二火锻造时板坯端部主要进行宽度收边变形，可以有效减小板坯两端心部变形并增加边部金属流动，从而减小板舌；

（6）热料回炉或第二火加热：经过步骤（5）处理后的板坯若无明显裂纹时进行热料回炉，而若有明显裂纹时，经空冷后打磨干净，再进行第二火加热，第二火加热温度为850~1000℃；

（7）板舌和板型控制：使用上下平砧将回炉后的板坯锻至工艺要求的尺寸，然后采用“固定方向90°翻转+从板坯中部往两端锻压整形”的方式控制板舌和板型，锻至所需成品尺寸，根据板型情况，对锻好的板坯进行校平及校直，完成板坯锻造；

（8）板坯机加：先采用铣床进行粗铣，以去除板坯表面氧化皮，铣削量为1~10mm，粗铣后的板坯用锯床或火焰切割的方式切除板舌，切除板坯后的板坯用铣床进行精铣、倒角，其中精铣量为0.5~3mm，完成板坯机加。

优选地，上述步骤（3）中展宽锻压中采用的是操作机夹持直径为Φ300~Φ600mm的圆形擀棒，且展宽锻压次数大于2次，并保证展宽锻压后板坯宽度尺寸较成品板坯宽度大100~500mm。

优选地，上述步骤（5）中，在板坯第一火锻造趋于结束时，将板坯两端在800mm长度范围内的厚度锻压至接近成品厚度H+（0~50）mm。

优选地，上述步骤（7）中“固定方向90°翻转”的具体操作为：在板坯厚度方向完成一次压下后必需固定方向翻转90°，进行板坯宽度方向的锻压，随后再沿之前的方向往回翻转90°，进行板坯厚度方向的锻压。固定方向指根据操作习惯“顺时针”或“逆时针”翻转。目的在于：一是固定方向翻转可避免出现某一方向固定接触下砧，因板坯单重较大，下砧的摩擦力大于上砧，避免出现楔形板舌，二是每压下一面即翻转90°，有利于厚度方向和宽度方向在相近温度下先后发生塑性变形，金属流动趋于一致，有利于减小板舌弧度，且能减小板坯沿长度方向的棱边弧度（即减小棱角角度），可有效减小板坯厚度和宽度方向的机加损耗，从而提高板坯成品率。

优选地，上述步骤（7）中，除每完成一面压下需固定方向翻转90°外，还需采用“从板坯中部往两端锻压整形”的方式进行成型锻造，具体锻造方法为：无论是厚度锻压还是宽度收边锻压，每道次均从板坯中部往两边锻造；每锤送进量控制在50~300mm范围内，每锤压下量控制在10~50mm范围内。其目的在于，通过从中部往两端锻压成型，增加板坯端部的边部金属流动，从而使端部趋于平齐，减小板舌，从而提高板坯成品率。

与现有技术相比，本发明具备的有益效果是：

（1）本发明通过采用“一火擀棒展宽锻压+端部近成品锻压”和“二火固定方向90°翻转+从板坯中部往两端锻压整形”的锻造方式，不仅能够有效控制板型，从而减少机加损耗，而且能显著提高锻造板坯的成品率，同时也不需增加锻造火次，适于工业化生产；

（2）本发明不会因常规的VAR熔炼+拔长锻造方式生产板坯工艺中镦粗折叠而增加打磨成本，因而生产成本相对较低。

附图说明

图1为采用现有中的“VAR铸锭熔炼+板坯锻造”工艺锻造的板舌；

图2为本发明锻造的板舌。

具体实施方式

现结合附图及具体实施例，来对本发明作进一步的阐述。以下仅为本发明的优选实施例，并非用于限制本发明的保护范围。任何在不脱离本发明构思前提下的相同或相似方案均应落在本发明的保护范围内。且下文中：“□”指代的是横截面为方形的坯料的高度，“Φ”指代的是横截面为圆形的坯料的直径。

实施例一

本实施例中提高大规格钛板坯成品率的锻造方法，主要通过如下步骤来实现：

（1）铸锭两端机加处理：采用申请人公司生产的直径为Φ1080mm的纯钛铸锭，锭重约为10~11吨；将钛铸锭头部倒角≥30mm×45°、底部倒角≥R50mm，铸锭底部端面从边部至R/2处车削掉≥10mm疏松层；

（2）第一火加热：将经过步骤（1）处理的钛铸锭表面涂抹一层高温防护涂层，然后将铸锭送进燃气加热炉或电加热炉进行第一火加热，加热温度为1050℃，保温系数为0.5；

（3）第一火展宽锻造和端部近成品锻造：用申请人公司40/45MN快锻机的操作机夹持圆形擀棒（直径Φ400mm），沿钛铸锭的长度方向对铸锭进行展宽锻压，先压两边再压中间， 每次压下量在30~100mm范围内，共锻压4次，宽度展至1550~1600mm，随后用平砧对已经展宽的板坯进行收边整形，整形尺寸为□350×1400×L，最后将板坯两端约700mm范围的厚度压至250mm；此步骤中涉及到的锻造变形过程为：Φ1080×L→□350×1400×L（两端约700mm范围内厚度为250mm）；

（4）第二火加热：将收边整形后的板坯回炉进行第二火加热，加热温度为950℃，保温系数为0.4；

（5）第二火锻造：使用上下平砧将回炉后的板坯锻至□215×1285×Lmm，然后采用“固定方向90°翻转+从板坯中部往两端锻压整形”的方式控制板舌和板型（如图2所示），锻至所需成品尺寸，每锤送进量控制在50~300mm范围内，每锤压下量控制在10~50mm范围内。根据板型情况，对锻好的板坯进行校平及校直，完成板坯锻造；此步骤中涉及到的锻造变形过程为□350×1400×L→□215×1285×L；

（6）板坯机加：先采用铣床进行粗铣，以去除板坯表面氧化皮，铣削量约3~10mm，粗铣后的板坯用锯床或火焰切割的方式去除板舌。切除板坯后的板坯用铣床进行精铣、倒角，精铣量为1~5mm，即完成了板坯机加，机加后的板坯成品尺寸为□200+10 -5×1260+15 0×L（L≥6500mm）。注：□200+10 -5×1260+15 0×L表示名义尺寸为□200×1260×L的板坯，厚度尺寸公差为-5~+10mm，宽度尺寸公差为0~+15mm，长度不定尺。

经过上述步骤生产的板坯，其板舌和板型能得到有效控制，采用本方法生产前后的板舌对比图片见图1和图2。经统计，采用本方法生产的□200×1260×L板坯成品率高达91%以上。而在采用本方法以前，我公司生产的板坯成品率基本在85~89%之间。由此可见，本方法说明的一种提高板坯成品率的制备方法是非常有效的，在不增加火次和能耗的基础上大幅度提高了板坯成品率，降低了生产成本，提高了企业经济效益。

Claims (5)

1.一种提高大规格钛板坯成品率的锻造方法，其特征在于，主要通过如下步骤来实现：

（1）第一火加热：将钛铸锭表面涂抹一层高温防护涂层，然后将铸锭进行第一火加热，加热温度为1000 ~ 1100℃；

（2）第一火展宽锻造：经过加热后的铸锭出炉，然后沿钛铸锭的长度方向对铸锭进行展

宽锻压，每次压下量在30 ~ 100mm范围内；

（3）收边整形：用平砧将已经展宽的板坯进行收边整形处理；

（4）端部锻压：在第一火趋于结束时用平砧将板坯两端压至接近成品厚度；

（5）热料回炉或第二火加热：经过步骤（4）处理后的板坯若无明显裂纹时进行热料回炉，而若有明显裂纹时，经空冷后打磨干净，再进行第二火加热，第二火加热温度为850 ~1000℃；

（6）板舌和板型控制：使用上下平砧将回炉后的板坯锻至工艺要求的尺寸，然后采用“固定方向90°翻转+从板坯中部往两端锻压整形”的方式控制板舌和板型，锻至所需成品尺寸，根据板型情况，对锻好的板坯进行校平及校直，完成板坯锻造；上述“固定方向90°翻转”的具体操作为：在板坯厚度方向完成一次压下后必需固定方向翻转90°，进行板坯宽度方向的锻压，随后再沿之前的方向往回翻转90°，进行板坯厚度方向的锻压；

（7）板坯机加：先采用铣床进行粗铣，以去除板坯表面氧化皮，铣削量为1 ~ 10mm，粗铣后切除板舌，切除板舌后的板坯用铣床进行精铣、倒角，其中精铣量为0 .5 ~ 3mm，完成板坯机加。

2.根据权利要求1所述的提高大规格钛板坯成品率的锻造方法，其特征在于，上述步骤（3）中展宽锻压中采用的是操作机夹持直径为Φ300 ~Φ600mm的圆形擀棒，且展宽锻压次数大于2次，并保证展宽锻压后板坯宽度尺寸较成品板坯宽度大100 ~ 500mm。

3.根据权利要求1或2所述的提高大规格钛板坯成品率的锻造方法，其特征在于，上述步骤（4）中，在第一火锻造趋于结束时，将板坯两端在800mm长度范围内的厚度锻压至接近成品厚度H+（0 ~ 50）mm。

4.根据权利要求3所述的提高大规格钛板坯成品率的锻造方法，其特征在于，上述步骤（7）中，除每完成一面压下需固定方向翻转90°外，还需采用“从板坯中部往两端锻压整形”的方式进行成型锻造，具体锻造方法为：无论是厚度锻压还是宽度收边锻压，每道次均从板坯中部往两边锻造；每锤送进量控制在50 ~ 300mm范围内，每锤压下量控制在10 ~ 50mm范围内。

5.根据权利要求1所述的提高大规格钛板坯成品率的锻造方法，其特征在于，还包括在第一火加热之前对铸锭两端进行机加工处理，即将铸锭头部倒角≥30mm×45°，铸锭底部倒角≥R50mm，铸锭底部端面从边部至R/2处车削掉≥10mm疏松层。