ТИТАНОВЫЙ СЛЯБ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКЕ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК B22D7/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к титановому слябу для горячей прокатки, полученному из технически чистого титана, и к способу получения этого титанового сляба. В частности, оно относится к титановому слябу для горячей прокатки, который позволяет хорошо сохранить поверхностные свойства рулона полосы даже после горячей прокатки непосредственно слитка в форме блока, полученного способом электронно-лучевой плавки или плазменно-дуговой плавки, без проведения процесса разрушения первичной структуры, такого как обработка на блюминге, ковка или подобное, а также относится к способу его получения.

Уровень техники

Титан и сплавы титана обычно готовят в форме слитков, получаемых из губки титана или титанового лома путем плавки способом вакуумно-дуговой плавки с расходуемым электродом или способом электронно-лучевой плавки и затвердевания. Эти слитки подвергают обработке на блюминге, ковке, прокатке или другой горячей обработке и придают им форму слябов, которые можно прокатывать в стане горячей прокатки, и затем отделывают их поверхности, получая слябы для горячей прокатки.

В процессе плавки широко применяется способ вакуумно-дуговой плавки с расходуемым электродом, но дуговой разряд между электродом и изложницей должен осуществляться однородно, поэтому форма изложницы ограничена цилиндрической формой. В противоположность этому, в случае способа электронно-лучевой плавки, использующего под, или способа плазменно-дуговой плавки жидкий титан, который был расплавлен на поду, течет в изложницу, так что ограничения на форму изложницы отсутствуют. Можно получить слиток не только цилиндрической формы, но также в форме блока. Предполагается, что используя слиток в форме блока для получения плоского продукта, благодаря его форме можно будет при проведении горячей прокатки обойтись без обработки на блюминге, ковки и других способов горячего деформирования. Расходы можно сократить на количество, относимое на отсутствие этих процессов. Поэтому изучалась технология горячей прокатки, не применяющая горячую деформацию, использующая как есть титановый слиток в форме блока, отлитый в прямоугольной изложнице, в качестве титанового сляба для горячей прокатки. Здесь обработка на блюминге, ковка или другие способы горячего деформирования, которые проводятся перед горячей прокаткой, будут обобщенно называться "процессом разрушения".

В этой связи, в титановом слябе, произведенном в промышленности отливкой способом электронно-лучевой плавки или плазменно-дуговой плавки в изложнице, имеющей форму блока, сразу после отливки имеются кристаллические зерна размером несколько десятков миллиметров. Далее, технически чистый титан содержит некоторое количество Fe или других примесных элементов. В зависимости от ситуации, при температуре горячей прокатки иногда будут образовываться β-фазы. β-Фазы, которые образуются из крупных α-фаз, становятся крупными. β-фазы и α-фазы сильно отличаются по своей способности к деформации даже при высокой температуре, так что деформация между крупными β-фазами и α-фазами становится неоднородной, и результатом иногда являются большие поверхностные дефекты. Чтобы удалить поверхностные дефекты, которые образуются при горячей прокатке, необходимо увеличить количество материала, снимаемого с поверхности горячекатаного листа в процессе кислотного травления, поэтому выход снижается. Таким образом, как объяснялось выше, в случае титанового сляба в форме блока, который получен электронно-лучевой плавкой или плазменно-дуговой плавкой и для которого процесс разрушения первичной структуры можно пропустить, можно ожидать снижения производственных расходов, но проблемой станет снижение выхода.

Документ PLT 1 раскрывает способ получения толстого листа или сляба титана, в котором появление поверхностных дефектов предотвращается благодаря способу, включающему нагрев до температуры (точка β-превращения+50°C) или выше на стадии отливки слитка до горячей обработки, затем охлаждение до температуры (точка β-превращения-50°C) или ниже и измельчение крупной структуры кристаллических зерен отлитого слитка. Однако в PLT 1 предполагается, что отлитый слиток имеет столбчатую форму. Чтобы привести его к форме сляба, потребуется очень большое снижение выхода. Кроме того, важным также является процесс разрушения первичной структуры перед горячей прокаткой, так что по сравнению с титановым слитком в форме блока стоимость производства становится выше. Кроме того, вакуумно-дуговая плавильная печь с расходуемым электродом, в которой отливаются слитки столбчатой формы, по своей структуре не может непрерывно осуществлять вышеуказанную термообработку во время плавки. Добавляется этап термообработки, так что проблемой является повышение стоимости производства.

Документ PLT 2 раскрывает способ вытягивания титанового сляба, который был выплавлен в электронно-лучевой плавильной печи прямо из изложницы, причем в структуре сечения сляба, когда угол θ между направлением твердения от поверхностного слоя внутрь и направлением отливки сляба составляет от 45° до 90° или когда угол между c-осью гексагональной плотноупакованной решетки и направлением нормали к поверхностному слою сляба в распределении ориентаций кристалла у поверхностного слоя составляет от 35° до 90°, корка отливки хорошая, и образование поверхностных дефектов при горячей прокатке подавляется, и можно не проводить процесс горячего деформирования слитка, такой как обработка на блюминге, ковка, прокатка или подобное, то есть так называемый процесс разрушения. Таким образом, контролируя форму или ориентацию кристаллов кристаллических зерен у поверхности, можно подавить образование дефектов, вызванных такими крупными кристаллическими зернами. Однако документ PLT 2 не рассматривает возможность образования большого количества β-фаз во время нагрева при горячей прокатке. Можно думать, что действительно получены хорошие поверхностные свойства, но изменения в рабочих условиях и способе получения сляба склонны способствовать ухудшению поверхностных свойств.

Документ PLT 3 раскрывает способ прямой горячей прокатки слитка из титанового материала без проведения процесса обработки на блюминге, включающий плавку и повторное отверждение поверхностного слоя у поверхности, соответствующей поверхности прокатки слитка, посредством высокочастотного индукционного нагрева, дугового нагрева, плазменного нагрева, электронно-лучевого нагрева, лазерного нагрева и подобного, чтобы уменьшить размер частиц на глубине 1 мм или больше от поверхностного слоя и улучшить структуру поверхностного слоя после горячей прокатки. Это приводит к быстрому застыванию поверхностного слоя с образованием мелких затвердевших структур нерегулярной ориентации и, таким образом, предотвращает образование поверхностных дефектов. В качестве способа расплавления структуры поверхностного слоя титанового сляба можно упомянуть высокочастотный индукционный нагрев, дуговой нагрев, плазменный нагрев, электронно-лучевой нагрев и лазерный нагрев. Однако в процессе дуговой сварки вольфрамовым электродом в инертном газе при дуговом нагреве, который применяется в промышленности для титановых материалов, много времени занимает обработка поверхности. Кроме того, даже в способе плавки, отличном от дугового нагрева, много средств расходуется на внедрение оборудования для улучшения структуры поверхностного слоя сляба. Кроме того, электронно-лучевой нагрев и подобное обычно должен проводиться в вакууме 10^-5 Торр или около того, так что имеются большие ограничения в отношении оборудования. Таким образом, имеются опасения повышения себестоимости производства.

Список цитирования

Патентная литература

PLT 1: Японский патент, публикация 8-060317A.

PLT 2: WO 2010/090353A.

PLT 3: Японский патент, публикация 2007-332420A.

Сущность изобретения

Техническая проблема

Как пояснялось выше, если титановый слиток в форме блока, выплавленный способом электронно-лучевой плавки или способом плазменно-дуговой плавки, нагреть до температуры горячей прокатки, не проводя процесс разрушения, то в структуре вблизи поверхностного слоя, состоящей из крупных частиц, будут в большом количестве содержаться Fe и другие стабилизирующие β-фазу элементы, которые присутствуют в технически чистом титане. Иногда грубые β-фазы образуются вблизи поверхностного слоя сляба. В таком случае, поскольку грубые β-фазы и соседние грубые α-фазы отличаются по способности к деформации, происходит нерегулярная деформация, поэтому на поверхности сляба образуются рельефные формы и поверхностные свойства ухудшаются. Такие рельефные формы, как объяснялось выше, склонны развиваться в поверхностные дефекты и влекут снижение выхода горячекатаных листов.

Целью настоящего изобретения является разработать титановый сляб, который отливают в электронно-лучевой плавильной печи, причем даже если при горячей прокатке не проводятся обычно необходимые обработка на блюминге, ковка и другие процессы разрушения первичной структуры, затрудняется образование поверхностных дефектов и можно получить титановый сляб с хорошими поверхностными свойствами.

Решение проблем

Авторы изобретения предприняли интенсивные исследования для решения вышеуказанной проблемы и в результате обнаружили, что в титановом слябе из технически чистого титана, если его охладить до комнатной температуры или температурного диапазона α-фазы во время получения или после получения, и позднее повторно нагреть до точки β-превращения или выше и охладить, можно снизить концентрацию Fe в поверхностном слое и сохранить поверхностные свойства после горячей прокатки. Настоящее изобретение было сделано на основе этих сведений, а его сущность заключается в следующем:

(1) Титановый сляб для горячей прокатки, который получен из технически чистого титана, причем указанный титановый сляб для горячей прокатки отличается тем, что средняя концентрация Fe до глубины 10 мм в направлении толщины от поверхностного слоя поверхности, соответствующей прокатке, меньше или равна 0,01 масс.%.

(2) Титановый сляб для горячей прокатки по п.1, отличающийся тем, что в сечении, перпендикулярном продольному направлению титанового сляба для горячей прокатки, прежние β-зерна структуры являются равноосными.

(3) Способ получения титанового сляба для горячей прокатки, в котором применяется плавильная печь, использующая под для плавки технически чистого титана, чтобы получить титановый сляб, причем указанный способ получения титанового сляба для горячей прокатки характеризуется тем, что он включает плавку, затем охлаждение технически чистого титана, чтобы получить титановый сляб, во время которого поверхность титанового сляба охлаждают до точки β-превращения или ниже, и затем новый нагрев сляба до точки β-превращения или выше, после чего сляб постепенно охлаждают.

(4) Способ получения титанового сляба для горячей прокатки по п.3, отличающийся тем, что указанная плавильная печь, использующая под, является печью электронно-лучевой плавки.

(5) Способ получения титанового сляба для горячей прокатки по п.3, отличающийся тем, что указанная плавильная печь, использующая под, является печью плазменно-дуговой плавки.

Выгодные эффекты от изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает титановый сляб, который был отлит посредством электронно-лучевой плавильной печи, причем даже если при горячей прокатке не проводятся обычно необходимые обработка на блюминге, ковка или другие процессы разрушения, можно получить титановый сляб, стойкий к образованию поверхностных дефектов и имеющий хорошие поверхностные свойства. Пропуская процесс разрушения первичной структуры и тем самым снижая продолжительность нагрева и снижая степень растворения во время травления и, таким образом, повышая выход, можно значительно снизить себестоимость продукции. Эффекты для промышленности являются громадными.

Описание вариантов осуществления

Ниже настоящее изобретение будет объяснено более подробно.

[1] Средняя концентрация Fe на глубине до 10 мм от поверхностного слоя сляба в направлении толщины: 0,01 масс.% или меньше

Обычно чистый титан подвергают горячей прокатке при температуре меньше или равной точке β-превращения. Если диапазон температур от точки β-превращения или ниже является диапазоном только α-фазы, структура при горячей прокатке будет содержать только α-фазы. Однако технически чистый титан, используемый как сырье, неизбежно содержит Fe и другие элементы как примеси. Кроме того, для получения прочности в небольшом количестве могут добавляться Fe, O или другие элементы. В частности, стабилизирующий β-фазу элемент Fe в технически чистом титане низкой прочности (тип 1 согласно JIS) содержится в количестве 0,020 масс.%, а в технически чистый титан наивысшей прочности (тип 4 по JIS) его иногда добавляют в количестве до 0,500 масс.%. Таким образом, содержание Fe в технически чистом титане составляет 0,020 масс.% или больше. Поэтому в технически чистом титане при температуре β-превращения или ниже имеются двухфазные области с α-фазами и β-фазами.

Если стабилизирующий β-фазу элемент Fe содержится в большом количестве, то при нагреве до точки β-превращения или ниже температуры двухфазной области α+β, образуются β-фазы, и многие из них становятся более крупными. Выявлено, что если β-фазы присутствуют по меньшей мере в пределах 10 мм в направлении толщины сляба от поверхностного слоя поверхности, соответствующей прокатке, то, в частности, ухудшаются поверхностные свойства сляба. То есть β-фазы, образующиеся из крупных α-фаз, легко становятся крупными. Когда эти крупные β-фазы смешиваются, во время горячей прокатки возникает разница способности к деформации между кристаллическими зернами, и поверхностные свойства ухудшаются.

Обнаружилось, что для подавления появления β-фаз в пределах 10 мм в направлении толщины сляба от поверхностного слоя поверхности, соответствующей прокатке сляба, средняя концентрация Fe в этой области должна быть установлена меньше или равной 0,01 масс.%. Выгодный эффект достигается, если область, в которой средняя концентрация Fe равна 0,01 масс.% или меньше, находится до глубины 10 мм от поверхностного слоя поверхности, соответствующей поверхности прокатки сляба. Чтобы еще больше подавить образование поверхностных дефектов, более предпочтительно, чтобы область, в которой средняя концентрация Fe составляет 0,01 масс.% или меньше, располагалась в глубину до 20 мм от поверхностного слоя, соответствующего поверхности прокатки сляба. Более предпочтительно, если средняя концентрация Fe до глубины 10 мм от поверхностного слоя поверхности, соответствующей прокатке сляба, может быть установлена меньше или равной 0,06 масс.%, а средняя концентрация Fe до глубины 20 мм может быть установлена равной 0,09 масс.%.

Таким образом, настоящее изобретение дает, во-первых, титановый слиток в форме блока, полученный из титанового сляба, состоящего из технически чистого титана, причем средняя концентрация Fe на глубине до 10 мм в направлении толщины от поверхностного слоя поверхности, соответствующей прокатке сляба, меньше или равна 0,01 масс.%.

[2] В сечении, перпендикулярном направлению прокатки титанового сляба, прежние β-зерна в структуре являются равноосными.

Во-вторых, настоящее изобретение дает титановый сляб для горячей прокатки, у которого в структуре поперечного сечения прежние β-зерна являются равноосными. Прежние β-зерна являются крупными, поэтому их форму легко установить визуально. При этом указание, что кристаллические зерна являются равноосными, означает, что отношение длинной оси к короткой оси кристаллических зерен невелико и ограничено величиной меньше или равной 1,5. Далее, форма, у которой отношение длинной оси к короткой оси больше 1,5, определяется как вытянутое состояние. В настоящем изобретении, как пояснялось выше, необходимо сделать концентрацию Fe в поверхностном слое сляба меньше или равной 0,01 масс.%. По этой причине, как объясняется дальше, необходимо охлаждать до точки β-превращения или ниже, а затем снова повторно нагревать до точки β-превращения или выше.

Однако титан является очень активным металлом, поэтому разливка проводится в вакууме. Во время разливки сложно точно измерить температуру сляба. Далее, даже при повторном нагреве после разливки до температуры области β-фазы (точка β-превращения или выше), чтобы предотвратить чрезмерное укрупнение кристаллических зерен β-фаз и предотвратить однородное распределение Fe, температура должна быть как можно выше точки β-превращения. Таким образом, необходимо уметь обнаруживать, что титановый сляб был достаточно нагрет выше точки β-превращения.

Поэтому авторы изобретения сначала исследовали способ повторного нагрева до температуры образования β-фаз. В результате они обнаружили, что узнать температуру нагрева можно относительно легко из формы прежних β-зерен в структуре поперечного сечения. В титане β-фазы являются стабильными при высокой температуре, так что β-фазы увеличиваются во время затвердевания. В то же время отвердевшие зерна растут параллельно в направлении потока тепла и становятся очень крупными вытянутыми зернами. Затем, когда сляб охлаждается дальше до точки β-превращения или ниже, в β-фазах образуются α-фазы в форме иголок. По этой причине, если превращение из β-фаз в α-фазы происходит лишь один раз, прежние зерна β-фазы остаются вытянутыми.

С другой стороны, при охлаждении до области α-фазы, а затем при повторном нагреве до температуры области β-фазы (точка β-превращения или выше), на границах зерен α-фазы и границах прежних зерен β-фазы, β-фазы образуют зародыши. При температуре в области β-фазы β-фазы растут, становясь равноосными. В этом случае вытянутые зерна, которые были образованы во время застывания, полностью исчезают, и остаются только равноосные β-фазы, которые образованы при повторном нагреве. После этого, даже при повторном превращении в α-фазы и при образовании α-фаз в прежних β-фазах, границы прежних β-зерен остаются равноосными. Поэтому, если прежние β-зерна в структуре поперечного сечения являются равноосными, можно заключить, что сляб был повторно нагрет до температуры β-фазы. Таким образом, в титановом слябе, который получен с использованием технически чистого титана, имеющего относительно высокую концентрацию Fe, тот факт, что прежние β-зерна являются равноосными, показывает, что сляб был нагрет до точки β-превращения или выше и затем был охлажден, в результате чего произошло превращение β->α.

С другой стороны, если титановый сляб, который был охлажден один раз до температуры области α-фазы, снова нагреть до температуры области β-фазы и затем охладить до температуры области α-фазы, отношение длинной оси к короткой оси у прежних β-зерен (величина "длинная ось/короткая ось") в сечении сляба станет меньше или равным 1,5, то есть достигается равноосное состояние. Более предпочтительно, отношение длинная ось/короткая ось должно стать меньше или равным 1,3.

Как будет объяснено дальше, в области, где происходит такое превращение β->α, гарантируется, что концентрация Fe будет снижаться. Выло выявлено, что если в титановом слябе отношение длинной оси к короткой оси прежних β-зерен равно 1,5 или меньше, концентрация Fe у поверхности снижается в достаточной мере и обычно становится равной примерно 0,01 масс.% или меньше.

[3] Способ получения

Далее будет пояснен предлагаемый настоящим изобретением способ получения титанового сляба для горячей прокатки. В процессе выплавки титанового сляба в электронно-лучевой плавильной печи кристаллизация проходит от части поверхностного слоя сляба, контактирующей с изложницей, таким образом, для каждого элемента поверхностный слой сляба и его внутренняя часть немного различаются по составу из-за перераспределения растворенных веществ. Вышеуказанный стабилизирующий β-фазу элемент Fe является элементом, проявляющим положительную (прямую) ликвацию. Таким образом, во время застывания или во время превращения концентрация Fe в поверхностном слое сляба обычно снижается, и концентрация Fe обычно тем больше, чем дальше от поверхности сляба. Однако непосредственно в процессе застывания сложно удерживать концентрацию Fe вблизи поверхностного слоя на уровне 0,01 масс.%, согласно настоящему изобретению.

В отличие от этого, в настоящем изобретении авторы обнаружили, что повторно нагревая сляб до температуры области β-фазы от точки β-превращения или ниже, а затем воспользовавшись перераспределением растворенных веществ, которое образуется во время превращения из β-фаз в α-фазы, можно снизить концентрацию Fe вблизи поверхностного слоя сляба до концентрации, предписанной в настоящем изобретении. Таким образом, при нагреве сляба, который уже был однажды охлажден до точки β-превращения или ниже, до точки β-превращения или выше и затем при снижении температуры, начиная от поверхности сляба, превращение из β-фаз в α-фазы идет от поверхности сляба внутрь. В то же время, воспользовавшись перераспределением растворенных веществ, происходящим во время превращения из β-фаз в α-фазы, можно получить сляб с низкой концентрацией Fe в поверхностном слое. Одновременно, если сделать охлаждение постепенным посредством воздушного охлаждения или охлаждения в печи и подобного, чтобы способствовать перераспределению растворенного Fe, падение концентрации растворенного Fe у поверхностного слоя снижается.

Например, после электронно-лучевой плавки поверхностный слой охлаждается в изложнице. При этом область вблизи поверхностного слоя отверждается, температура поверхности становится меньше или равной точке β-превращения, и сляб извлекают из изложницы. В это время внутренний объем сляба все еще находится в расплавленном состоянии при высокой температуре. При ослаблении охлаждения сляба внутри изложницы ниже изложницы к слябу идет тепловой поток от центра сляба, и температура вблизи поверхностного слоя сляба может восстановиться до точки β-превращения или выше. Позднее параллельно движению затвердевания к центральной части сляба снижается также тепловой поток из центра сляба. Таким образом, температура сляба снижается, начиная от поверхности, а часть сляба с температурой β-превращения перемещается от поверхности сляба внутрь. Этот процесс можно осуществить, проводя охлаждение от поверхностного слоя сляба постепенно (скорость охлаждения ниже скорости воздушного охлаждения, 1°C/с или ниже) ниже конца изложницы.

В отличие от этого, в обычном способе сляб в достаточной степени охлаждается в изложнице, так что если даже титановый сляб получает тепловой поток из центра находящегося при высокой температуре титанового сляба под изложницей, температура поверхности титана не будет восстанавливаться до точки β-превращения или выше.

Как пояснялось выше, в предлагаемом настоящим изобретением способе получения титанового сляба для горячей прокатки, титановый сляб охлаждают до точки β-превращения или ниже, затем повторно нагревают до точки β-превращения или выше и постепенно охлаждают от поверхностного слоя сляба. При этом постепенное охлаждение означает охлаждение со скоростью воздушного охлаждения или ниже.

Охлаждение и повторный нагрев до точки β-превращения или выше (рекуперация), как объяснялось выше, могут проводиться непрерывно после того, как поверхность титанового сляба охладилась до точки β-превращения при получении титанового сляба. Альтернативно, можно также использовать титановый сляб, который был охлажден до комнатной температуры, или осуществить это охлаждение, если располагать достаточным временем. В этом случае тепловой поток от центра высокотемпературного сляба не вызовет восстановления температуры, и сляб будет нагреваться от поверхности.

Кроме того, термообработка, чтобы вызвать это превращение, эффективна, даже если ее провести всего один раз, но если ее провести несколько раз, можно будет еще больше снизить концентрацию Fe вблизи поверхностного слоя. Таким образом, даже если провести термообработку несколько раз, можно получить близкие эффекты. Отметим, что благодаря электронно-лучевой плавке, даже если получать сляб обычным способом получения, можно достичь близкого эффекта, используя дополнительную обработку для нагрева титанового сляба до точки β-превращения или выше, а затем охлаждая сляб от поверхностного слоя.

ПРИМЕРЫ

Приводимые ниже примеры используются для подробного объяснения настоящего изобретения. Примеры по изобретению и сравнительные примеры, приведенные в таблице 1, были получены с применением титановых слябов, полученных из технически чистого титана, тип 2 по JIS (используемый здесь материал имел среднюю концентрацию Fe в трех точках сляба от 0,04 до 0,06 масс.%). Титановые слябы отливали, затем разрезали у поверхности и подвергали горячей прокатке, применяя оборудование для горячей прокатки черных металлов, чтобы получить полосы в виде рулонов. Отметим, что поверхностные дефекты оценивали визуально, обследуя поверхностные слои листов после травления.

Таблица 1 № Материал   Предвари-тельная обработка перед горячей прокаткой Средняя концентрация Fe в пределах 10 мм от поверхностного слоя (масс.% ) Средняя концентрация Fe в пределах 20 мм от поверхностного слоя (масс.%) Форма кристаллических зерен Длинная ось/короткая ось Поверхностные дефекты Оценка Примечания Тип Концентрация Fe (масс.%) 1 Чистый титан, тип 2 по JIS 0,046 нет 0,030 0,036 вытянутая 2,4 грубые, большая частота дефектов плохо Ср. пр. 2 Чистый титан, тип 2 по JIS 0,052 нет 0,034 0,037 вытянутая 2,1 грубые плохо Ср. пр. 3 Чистый титан, тип 2 по JIS 0,054 Сляб, полученный обычным способом, повторно нагревают до β-области, затем постепенно охлаждают 0,004 0,008 равноосная 1,1 незначительные очень хорошо Пр. по изобрете-нию 4 Чистый титан, тип 2 по JIS 0,053 0,005 0,007 равноосная 1,3 незначительные очень хорошо Пр. по изобрете-нию 5 Чистый титан, тип 2 по JIS 0,047 0,010 0,015 равноосная 1,5 незначительные хорошо Пр. по изобрете-нию 6 Чистый титан, тип 2 по JIS 0,047 Сляб отливают, затем возвращают в β-область, затем постепенно охлаждают 0,005 0,008 равноосная 1,2 незначительные очень хорошо Пр. по изобрете-нию 7 Чистый титан, тип 2 по JIS 0,049 0,006 0,009 равноосная 1,2 незначительные очень хорошо Пр. по изобрете-нию 8 Чистый титан, тип 2 по JIS 0,053 0,008 0,012 равноосная 1,1 незначительные хорошо Пр. по изобрете-нию 9 Чистый титан, тип 2 по JIS 0,049 0,007 0,012 равноосная 1,3 незначительные хорошо Пр. по изобрете-нию

Измеряли среднюю концентрацию Fe до глубины 10 мм и 20 мм в направлении толщины от поверхностного слоя прокатанных поверхностей слябов, описанных в таблице 1. Эти измерения проводили, правя поверхности слябов, затем вырезая куски из участков до глубины 20 мм и 10 мм от поверхностного слоя в любых 50 точках прокатанных поверхностей и рассчитывая среднюю концентрацию Fe с помощью метода атомно-эмиссионной спектрофотометрии с индуктивно связанной плазмой.

Далее, оценивали равноосность кристаллических зерен, используя среднее значение отношения "длинная ось/короткая ось" по двадцати кристаллическим зернам, которые были выделены на каждом из различных сечений после вырезания любых пяти сечений в направлении ширины слябов.

Сравнительные примеры 1 и 2 соответствовали титановым слябам, полученным обычным способом в электронно-лучевой плавильной печи. При охлаждении внутри изложницы от поверхности сляба застывание продвигается от поверхности сляба к его центру. Fe обнаруживает прямую ликвацию, так что концентрация Fe мала у поверхностного слоя сляба, но средняя концентрация Fe до глубины 20 мм и 10 мм от поверхностного слоя сляба намного превышает 0,01 масс.%. Грубые дефекты наблюдались на поверхности сляба после горячей прокатки. Кроме того, в сечении были обнаружены кристаллические зерна с формой, вытянутой в направлении ширины сляба.

В примерах, указанных под номерами с 3 по 5, для получения титановых слябов электронно-лучевая плавильная печь применялась в обычном способе, затем слябы выдерживали однократно при комнатной температуре несколько недель и повторно нагревали в печи с воздушным отоплением до температуры выше точки β-превращения и медленно охлаждали от поверхностного слоя сляба в печи со скоростью 0,001-0,01°C/сек. В результате, эти примеры были получены как окончательные слябы.

Примеры под номерами 3 и 4 - оба являются слябами со средними концентрациями Fe на глубине 10 мм и 20 мм от поверхностного слоя всего 0,01 масс.% или меньше. Протравленные листы имели лишь незначительные поверхностные дефекты. Поверхностные свойства были исключительно хорошими. Кроме того, отношение длинная ось/короткая ось у кристаллических зерен также было меньше или равно 1,5, таким образом, зерна были равноосными.

Пример 5 имел среднюю концентрацию Fe на глубине 10 мм от поверхностного слоя меньше или равную 0,01 масс.%, но концентрация Fe на глубине 20 мм от поверхностного слоя была больше 0,01 масс.%. Протравленные листы имели лишь незначительные поверхностные дефекты, но по сравнению с примерами 3 и 4 поверхностных дефектов у листов было несколько больше. Пример 5 подвергали такой же термообработке, как примеры 3 и 4, так что отношение длинная ось/короткая ось у кристаллических зерен также составляло 1,5 или меньше, т.е. зерна были равноосными.

В примерах 3-5 было обнаружено, что чем больше средняя концентрация Fe на глубине 10 мм и 20 мм от поверхностного слоя сляба, тем сильнее тенденция, что поверхностных дефектов будет больше или что они будут крупнее по протяженности. Можно думать, что так как концентрация Fe вблизи поверхностного слоя сляба становится выше, количество β-фаз, образующихся вблизи поверхностного слоя во время горячей прокатки, становится больше, и разница между деформируемостями α-фаз и β-фаз приводит к образованию большего числа поверхностных дефектов.

Примеры, указанные под номерами 6-9, являются примерами, в которых в процессе отливки сляба из электронно-лучевой плавки сляб охлаждают в изложнице более постепенно, чем прежде, и температура поверхности сляба повышается до точки β-превращения или выше в результате рекуперации тепла. Сляб получали в условиях, когда структура вблизи поверхностного слоя сляба отверждается в изложнице, и поверхность сляба охлаждается до температуры не выше точки β-превращения, и затем, в результате поступления тепла из расплавленной фазы в центре сляба, температура поверхности сляба восстанавливается до значения не ниже точки β-превращения.

Примеры 6 и 7 соответствуют слябам, у которых обе средние концентрации Fe до глубины 10 мм и 20 мм от поверхностного слоя сляба составляют всего 0,01 масс.% или меньше. Протравленные листы имели лишь незначительные поверхностные дефекты. Поверхностные свойства были исключительно хорошими. Кроме того, значения отношения длинная ось/короткая ось у кристаллических зерен также были меньше или равны 1,5, т.е. зерна были равноосными.

Примеры 8 и 9 имели средние концентрации Fe до глубины 10 мм от поверхностного слоя меньше или равные 0,01 масс.%, но средние концентрации Fe до глубины 20 мм от поверхностного слоя превышали 0,01 масс.%. Поверхностные дефекты листов после травления были незначительными, но по сравнению с примерами 6 и 7 частота поверхностных дефектов листов стала несколько выше. Далее, отношение длинная ось/короткая ось у кристаллических зерен было меньше или равно 1,5, что дает частицы равноосного типа.

Из примеров 6-9 также следует, что чем больше средняя концентрация Fe до глубины 10 мм и 20 мм от поверхностного слоя, тем чаще наблюдается, что поверхностных дефектов становится больше или увеличивается их протяженность. Как и в примерах 3-5, при повышении концентрации Fe вблизи поверхностного слоя сляба количество β-фаз, образующихся вблизи поверхностного слоя во время горячей прокатки, становится больше. Считается, что из-за разницы способности к деформации α-фаз и β-фаз усиливается образование поверхностных дефектов.

В примерах, указанных под номерами 3-5, полученных отливкой слябов и последующим нагревом слябов в печи с воздушным отоплением до точки β-превращения или выше, а также в примерах 6-9, в которых слябы подвергали непрерывной термообработке во время отливки в электронно-лучевой плавильной печи, удалось получить хорошие поверхностные свойства у протравленных листов.

Таким образом, было установлено, что нагревая сляб, который уже был один раз охлажден до точки β-превращения или ниже, снова до точки β-превращения или выше и постепенно охлаждая его от поверхностного слоя, можно сделать среднюю концентрацию Fe до глубины 10 мм от поверхностного слоя поверхности прокатки сляба меньше или равной 0,01 масс.% и можно получить сляб с хорошими поверхностными свойствами после горячей прокатки.

Промышленная применимость

Настоящее изобретение может применяться для получения титанового сляба при использовании в качестве сырья технически чистого титана. Горячей прокаткой титанового сляба согласно настоящему изобретению можно получить титановый лист с малым числом дефектов и с хорошими поверхностными свойствами. Он может найти широкое применение в промышленности, использующей титановые листы.

Изобретение относится к области металлургии. Технически чистый титан выплавляют в плавильной подовой печи, охлаждают с получением титанового сляба и подвергают горячей прокатке. Титановый сляб содержит железо, стабилизирующее его β-фазу. При охлаждении поверхность титанового сляба охлаждают до точки β-превращения или ниже, снова нагревают до точки β-превращения или выше и постепенно охлаждают. После охлаждения средняя концентрация железа в направлении толщины сляба на глубину до 10 мм от его поверхности, соответствующей поверхности прокатки, меньше или равна 0,01 мас.%. Обеспечивается стойкость к образованию поверхностных дефектов. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Титановый сляб для горячей прокатки, выполненный из технически чистого титана, отличающийся тем, что средняя концентрация железа в направлении толщины сляба на глубину до 10 мм от его поверхности, соответствующей поверхности прокатки, меньше или равна 0,01 мас. %.

2. Титановый сляб по п. 1, отличающийся тем, что в сечении, перпендикулярном продольному направлению сляба для горячей прокатки, имеющиеся в структуре титанового сляба прежние β-зерна являются равноосными.

3. Способ получения титанового сляба для горячей прокатки по п.1 или 2, включающий плавку технически чистого титана в плавильной подовой печи, его охлаждение с получением титанового сляба и горячую прокатку, при этом в процессе охлаждения поверхность титанового сляба охлаждают до точки β-превращения или ниже, снова нагревают до точки β-превращения или выше и постепенно охлаждают.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве плавильной подовой печи используют печь электронно-лучевой плавки.

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве плавильной подовой печи используют печь плазменно-дуговой плавки.