一種V-5Cr-5Ti軋制板材的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種V-5Cr-5Ti軋制板材的制備方法。本發(fā)明采用二次真空自耗電弧熔煉＋鍛造＋溫軋＋退火處理的工藝制備了V-5Cr-5Ti合金材料，該合金晶粒尺寸在100um以內(nèi)，合金具有較好的力學(xué)性能，屈服強(qiáng)度為350-365MPa，抗拉強(qiáng)度為440-460MPa，伸長(zhǎng)率為30-33％，斷面收縮率約為70-73％。
【專利說(shuō)明】—種V-5Cr-5Ti軋制板材的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及釩合金制備領(lǐng)域，具體涉及一種V-5Cr-5Ti軋制板材的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]釩合金因其優(yōu)良的高溫性能，良好的加工性以及與液態(tài)鋰的良好相容性而被認(rèn)為是聚變堆第一壁包層的首選低活化結(jié)構(gòu)材料。
[0003]20世紀(jì)60年代以來(lái)，國(guó)外就開(kāi)始了釩合金的制備及基礎(chǔ)研究工作，制備方法主要有電子束精煉十電弧熔煉、磁懸浮熔煉和粉末冶金，并以電子束精煉十電弧熔煉的雙聯(lián)方法為主。該雙聯(lián)方法首先將釩原料進(jìn)行多次精煉提純，然后制備自耗電極進(jìn)行真空電弧熔煉，可規(guī)模生產(chǎn)低雜質(zhì)含量的優(yōu)質(zhì)合金鑄錠。美國(guó)采用這種雙聯(lián)工藝制備出了 1200kg的V-5Cr-5Ti合金鑄錠。
[0004]國(guó)內(nèi)從20世紀(jì)90年代后期開(kāi)始了釩合金的熔煉制備研究以及多種釩合金的性能研究，主要制備方法為磁懸浮熔煉和電弧熔煉，也有將電子束熔煉方法應(yīng)用于釩合金制備上的，但未公開(kāi)報(bào)道。通過(guò)磁懸浮熔煉可制備出性能較好的多種釩基合金材料，但實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的磁懸浮熔煉很難滿足聚變堆的應(yīng)用需求。
[0005]電弧熔煉制備可實(shí)現(xiàn)釩合金的規(guī)模生產(chǎn)，并且通過(guò)擠壓、鍛造及軋制等工藝手段，可生產(chǎn)出強(qiáng)度高、塑性好的變形釩合金產(chǎn)品，以滿足結(jié)構(gòu)件的需求。因此，釩合金材料的電弧熔煉制備具有非常重要的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種V-5Cr_5Ti軋制板材的制備方法。所述方法或的軋制板材具有較好的力學(xué)性能，屈服強(qiáng)度為350-365MPa，抗拉強(qiáng)度為440-460MPa，伸長(zhǎng)率為30-33%，斷面收縮率約為70-73%。
[0007]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0008]一種V-5Cr_5Ti軋制板材的制備方法，包括:
[0009](I)電弧熔煉
[0010]采用冷等靜壓(CIP)將混合后的原料壓制成的棒料(致密度約為85%)，再進(jìn)行真空除氣。冷等靜壓壓力為260-300MPa，保壓時(shí)間為8-12min。除氣溫度為730_770°C，保溫時(shí)間為4-6min，真空度為5Xl(T3Pa。
[0011]將除氣后的棒料在真空自耗電弧爐內(nèi)焊接成一次自耗電極并進(jìn)行一次真空自耗電弧熔煉，再經(jīng)二次電弧熔煉后制備成電弧鑄錠。電弧熔煉均以純fL板作為引弧板，厚度為5mm。二次熔煉時(shí)，一次熔煉鑄錠的底部作為二次熔煉電極的上部，在停止熔煉前l(fā)_2min逐步降低熔煉電流以減輕縮孔。
[0012]第一次電弧熔煉時(shí)電流為2-2.4kA、電壓25-28V、電弧焊電流3-5A、真空度
0.5-1.3Pa。
[0013]第二次電弧熔煉時(shí)電流為3.2-3.6kA、電壓30-34V、電弧焊電流4-6A、真空度0.2_0.9Pa。
[0014](2)壓力加工
[0015]將二次電弧鑄錠經(jīng)車床整形后采用包套真空封裝，再進(jìn)行鍛造開(kāi)坯。包套材料為不銹鋼(lCrl8Ni9Ti)，壁厚為10mm，電子束焊接封裝，真空度為0.5Pa。鍛造開(kāi)坯的始鍛溫度約為1100-1200°C，變形量約為45-55%，鍛造完成后水淬。
[0016]去除包套后對(duì)鍛造坯料進(jìn)行950-1050°C X Ih真空退火，真空度為5X 10_3Pa。
[0017]退火后的合金坯料進(jìn)行溫軋，采用硅碳棒加熱爐加熱坯料。開(kāi)軋溫度為400-500°C，道次壓下量為10-14%，總變形量為60-70%。
[0018]將軋板在950_1050°C X Ih進(jìn)行再結(jié)晶退火處理，真空度為5X l(T3Pa。
[0019]所述金屬釩原料為電解枝晶釩，粒度為2_7mm ;鈦為99.7%的海綿鈦顆粒，粒度為
3-5mm ;鉻選用99.9%的鉻片，粒度為2_7mm。
[0020]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021](I)在二次電弧熔煉時(shí)采用一次電弧鑄錠的底部作為二次自耗電極的上半，在一定程度上減輕了合金鑄錠的宏觀偏析。
[0022](2)采用二次真空自耗電弧熔煉，可制備出成分均勻的V-5Cr_5Ti合金鑄錠，合金中O雜質(zhì)可控制在500_600ug/g。
[0023](3)合金鑄錠經(jīng)鍛造開(kāi)坯、溫軋及再結(jié)晶退火細(xì)化合金晶粒后，晶粒尺寸可控制在10um以內(nèi)。
[0024](4)合金具有較好的力學(xué)性能，屈服強(qiáng)度為350_365MPa，抗拉強(qiáng)度為440_460MPa，伸長(zhǎng)率為30-33%，斷面收縮率約為70-73%。

【具體實(shí)施方式】
[0025]為便于理解本發(fā)明，本發(fā)明列舉實(shí)施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實(shí)施例僅僅是幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的具體限制。
[0026]實(shí)施例一
[0027]一種V-5Cr_5Ti軋制板材的制備方法，包括:
[0028]( I)電弧熔煉
[0029]采用冷等靜壓(CIP)將混合后的原料壓制成的棒料(致密度約為85%)，再進(jìn)行真空除氣。冷等靜壓壓力為260MPa，保壓時(shí)間為8min。除氣溫度為730°C，保溫時(shí)間為4min，真空度為5X10_3Pa。
[0030]將除氣后的棒料在真空自耗電弧爐內(nèi)焊接成一次自耗電極并進(jìn)行一次真空自耗電弧熔煉，再經(jīng)二次電弧熔煉后制備成電弧鑄錠。電弧熔煉均以純fL板作為引弧板，厚度為5mm。二次熔煉時(shí)，一次熔煉鑄錠的底部作為二次熔煉電極的上部，在停止熔煉前Imin逐步降低熔煉電流以減輕縮孔。
[0031]第一次電弧熔煉時(shí)電流為2kA、電壓25V、電弧焊電流3A、真空度0.5Pa。
[0032]第二次電弧熔煉時(shí)電流為3.2kA、電壓30V、電弧焊電流4A、真空度0.2Pa。
[0033](2)壓力加工
[0034]將二次電弧鑄錠經(jīng)車床整形后采用包套真空封裝，再進(jìn)行鍛造開(kāi)坯。包套材料為不銹鋼(lCrl8Ni9Ti)，壁厚為10mm，電子束焊接封裝，真空度為0.5Pa。鍛造開(kāi)坯的始鍛溫度約為1100°C，變形量約為45%，鍛造完成后水淬。
[0035]去除包套后對(duì)鍛造坯料進(jìn)行950°C X Ih真空退火，真空度為5X 10_3Pa。
[0036]退火后的合金坯料進(jìn)行溫軋，采用硅碳棒加熱爐加熱坯料。開(kāi)軋溫度為400°C，道次壓下量為10%，總變形量為60%。
[0037]將軋板在950°C X Ih進(jìn)行再結(jié)晶退火處理，真空度為5X 10_3Pa。
[0038]所述金屬釩原料為電解枝晶釩，粒度為2_7mm ;鈦為99.7%的海綿鈦顆粒，粒度為
3-5mm ;鉻選用99.9%的鉻片，粒度為2_7mm。
[0039]室溫拉伸力學(xué)性能測(cè)試按GB/T228-2002取樣和試驗(yàn)，試樣標(biāo)距為17mm，直徑為3mm，在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上測(cè)量。屈服強(qiáng)度為356MPa，抗拉強(qiáng)度為449MPa，伸長(zhǎng)率為31.5%,斷面收縮率約為71.5%。
[0040]實(shí)施例二
[0041]一種V-5Cr_5Ti軋制板材的制備方法，包括:
[0042]( I)電弧熔煉
[0043]采用冷等靜壓(CIP)將混合后的原料壓制成的棒料(致密度約為85%)，再進(jìn)行真空除氣。冷等靜壓壓力為300MPa，保壓時(shí)間為12min。除氣溫度為770°C，保溫時(shí)間為6min，真空度為5X10_3Pa。
[0044]將除氣后的棒料在真空自耗電弧爐內(nèi)焊接成一次自耗電極并進(jìn)行一次真空自耗電弧熔煉，再經(jīng)二次電弧熔煉后制備成電弧鑄錠。電弧熔煉均以純fL板作為引弧板，厚度為5mm。二次熔煉時(shí)，一次熔煉鑄錠的底部作為二次熔煉電極的上部，在停止熔煉前2min逐步降低熔煉電流以減輕縮孔。
[0045]第一次電弧熔煉時(shí)電流為2.4kA、電壓28V、電弧焊電流5A、真空度1.3Pa。
[0046]第二次電弧熔煉時(shí)電流為3.6kA、電壓34V、電弧焊電流6A、真空度0.9Pa。
[0047](2)壓力加工
[0048]將二次電弧鑄錠經(jīng)車床整形后采用包套真空封裝，再進(jìn)行鍛造開(kāi)坯。包套材料為不銹鋼(lCrl8Ni9Ti)，壁厚為10mm，電子束焊接封裝，真空度為0.5Pa。鍛造開(kāi)坯的始鍛溫度約為1200°C，變形量約為55%，鍛造完成后水淬。
[0049]去除包套后對(duì)鍛造坯料進(jìn)行1050°C X Ih真空退火，真空度為5X 10_3Pa。
[0050]退火后的合金坯料進(jìn)行溫軋，采用硅碳棒加熱爐加熱坯料。開(kāi)軋溫度為500°C，道次壓下量為14%，總變形量為70%。
[0051]將軋板在1050°C X Ih進(jìn)行再結(jié)晶退火處理，真空度為5X 10_3Pa。
[0052]所述金屬釩原料為電解枝晶釩，粒度為2_7mm ;鈦為99.7%的海綿鈦顆粒，粒度為
3-5mm ;鉻選用99.9%的鉻片，粒度為2_7mm。
[0053]室溫拉伸力學(xué)性能測(cè)試按GB/T228-2002取樣和試驗(yàn)，試樣標(biāo)距為17mm，直徑為3mm,在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上測(cè)量。屈服強(qiáng)度為350MPa，抗拉強(qiáng)度為440MPa，伸長(zhǎng)率為30%，斷面收縮率約為70%。
[0054]實(shí)施例三
[0055]一種V-5Cr_5Ti軋制板材的制備方法，包括:
[0056]( I)電弧熔煉
[0057]采用冷等靜壓(CIP)將混合后的原料壓制成的棒料(致密度約為85%)，再進(jìn)行真空除氣。冷等靜壓壓力為280MPa，保壓時(shí)間為lOmin。除氣溫度為750°C，保溫時(shí)間為5min，真空度為5X10_3Pa。
[0058]將除氣后的棒料在真空自耗電弧爐內(nèi)焊接成一次自耗電極并進(jìn)行一次真空自耗電弧熔煉，再經(jīng)二次電弧熔煉后制備成電弧鑄錠。電弧熔煉均以純fL板作為引弧板，厚度為5mm。二次熔煉時(shí)，一次熔煉鑄錠的底部作為二次熔煉電極的上部，在停止熔煉前1.5min逐步降低熔煉電流以減輕縮孔。
[0059]第一次電弧熔煉時(shí)電流為2.2kA、電壓27V、電弧焊電流4A、真空度IPa。
[0060]第二次電弧熔煉時(shí)電流為3.4kA、電壓32V、電弧焊電流5A、真空度0.6Pa。
[0061](2)壓力加工
[0062]將二次電弧鑄錠經(jīng)車床整形后采用包套真空封裝，再進(jìn)行鍛造開(kāi)坯。包套材料為不銹鋼(lCrl8Ni9Ti)，壁厚為10mm，電子束焊接封裝，真空度為0.5Pa。鍛造開(kāi)坯的始鍛溫度約為1150°C，變形量約為50%，鍛造完成后水淬。
[0063]去除包套后對(duì)鍛造坯料進(jìn)行1000°C X Ih真空退火，真空度為5X 10_3Pa。
[0064]退火后的合金坯料進(jìn)行溫軋，采用硅碳棒加熱爐加熱坯料。開(kāi)軋溫度為450°C，道次壓下量為12%，總變形量為65%。
[0065]將軋板在1000°C X Ih進(jìn)行再結(jié)晶退火處理，真空度為5X l(T3Pa。
[0066]所述金屬釩原料為電解枝晶釩，粒度為2_7mm ;鈦為99.7%的海綿鈦顆粒，粒度為
3-5mm ;鉻選用99.9%的鉻片，粒度為2_7mm。
[0067]室溫拉伸力學(xué)性能測(cè)試按GB/T228-2002取樣和試驗(yàn)，試樣標(biāo)距為17mm，直徑為3mm,在電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上測(cè)量。屈服強(qiáng)度為365MPa，抗拉強(qiáng)度為460MPa，伸長(zhǎng)率為33%，斷面收縮率約為73%。
[0068] 申請(qǐng)人:聲明，本發(fā)明通過(guò)上述實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開(kāi)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種V-5Cr-5Ti軋制板材的制備方法，包括: (O電弧熔煉 采用冷等靜壓(CIP)將混合后的原料壓制成的棒料(致密度約為85%)，再進(jìn)行真空除氣，冷等靜壓壓力為260-300MPa，保壓時(shí)間為8_12min，除氣溫度為730_770°C，保溫時(shí)間為4_6min,真空度為 5 X 10 3Pa ； 將除氣后的棒料在真空自耗電弧爐內(nèi)焊接成一次自耗電極并進(jìn)行一次真空自耗電弧熔煉，再經(jīng)二次電弧熔煉后制備成電弧鑄錠；電弧熔煉均以純fL板作為引弧板，厚度為5mm ;二次熔煉時(shí)，一次熔煉鑄錠的底部作為二次熔煉電極的上部，在停止熔煉前l(fā)_2min逐步降低熔煉電流以減輕縮孔； (2)壓力加工 將二次電弧鑄錠經(jīng)車床整形后采用包套真空封裝，再進(jìn)行鍛造開(kāi)坯；包套材料為不銹鋼(lCrl8Ni9Ti)，壁厚為10mm，電子束焊接封裝，真空度為0.5Pa ;鍛造開(kāi)坯的始鍛溫度約為1100-1200°C，變形量約為45-55%，鍛造完成后水淬； 去除包套后對(duì)鍛造坯料進(jìn)行950-1050°C X Ih真空退火，真空度為5 X KT3Pa ； 退火后的合金坯料進(jìn)行溫軋，采用硅碳棒加熱爐加熱坯料；開(kāi)軋溫度為400-500°C，道次壓下量為10-14%，總變形量為60-70% ； 將軋板在950-1050°C X Ih進(jìn)行再結(jié)晶退火處理，真空度為5X 10_3Pa。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，所述金屬釩原料為電解枝晶釩，粒度為2-7mm;鈦為99.7%的海綿鈦顆粒，粒度為3-5mm ;鉻選用99.9%的鉻片，粒度為2_7mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，所述第一次電弧熔煉時(shí)電流為2-2.4kA、電壓25-28V、電弧焊電流3-5A、真空度0.5-1.3Pa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，所述第二次電弧熔煉時(shí)電流為3.2-3.6kA、電壓30-34V、電弧焊電流4-6A、真空度0.2-0.9Pa。
【文檔編號(hào)】C22B9/20GK104233142SQ201310234245
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月13日
【發(fā)明者】華兆紅 申請(qǐng)人:無(wú)錫市森信精密機(jī)械廠