纯钛板材及箔材生产工艺现状.pdf

第6 2 卷第4 期 2010 年11 月 有色金属 N o n f e r r o a sM e t a l s V 0 1 ．6 2 ．N o ．4 N o v ．2010 纯钛板材及箔材生产工艺现状 程挺宇1 ，郑锋2 1 ．中国重型机械总公司，北京1 0 0 0 3 6 ；2 ．上海宝钢工程技术有限公司，上海2 0 1 9 0 0 摘要介绍纯钛板材及箔材的生产工艺及相关生产设备。采用7 5 0 ～8 4 0 。C 的热轧温度，多辊轧机冷轧工艺并于6 0 0 ～ 7 5 0 “ C 进行真空退火可获得各种成品钛材。热轧、退火、除鳞、冷轧、清洗、真空退火等后续处理工艺是制备纯钛板材及箔材的可行 工艺。 关键词金属材料；钛材；综述；热轧；冷轧；退火 中图分类号T G l 4 6 ．2 3文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 1 0 0 4 0 0 0 9 0 3 钛的工业用途包括航空航天、石油化工、发电、 制药和医疗器械、海水淡化装置及其他消费品等。 钛加工材料中，由热轧卷经冷轧制造的产品主要用 于发电站冷凝器、板式换热器、化工、建筑等方面，产 量约占加工材的8 0 ％。 钛材的品种主要有热轧、冷轧板带、焊管及棒线 材。钛材生产特点是采用钢铁加工设备进行，根据 钛材固有的特性，在设备、工艺上不断改进，以提高 生产效率、加工材的尺寸精度及表面质量，满足不同 用途的使用要求⋯。近几年来，热轧带卷的生产技 术、冷轧板的退火工艺技术、厚度精度及形状控制技 术等都取得了长足的进步- z - 。 l 热轧带卷 钛的热轧带卷是采用与厚板同样的板坯作为原 材料。热轧时，通常采用两辊轧机或四辊炉卷轧机， 为消除热轧产生的表面氧化扩散层，热轧带卷加热 温度的设定应在保证稳定轧制并可卷制成带的情况 下，尽可能低。一般钛在炉卷轧机的轧制温度为 7 5 0 ～8 4 0 ℃，道次压下量为2 5 ％一5 0 ％，控制终轧 温度在6 6 0 7 3 0 。C ，卷曲温度为6 4 0 6 9 0 ℃。 热轧卷由于不均匀的残余应力以及热滞后使板 形不良，为此要进行退火，以消除应力。退火后的带 卷表面不仅有热轧和退火的氧化皮，还残存着热轧 时的表面缺陷及坯料加热时氧扩散引起的表面硬化 层，这些是造成冷轧板表面缺陷的根源，所以在除鳞 工序中务必彻底去除。。 收稿日期2 0 0 8 0 8 ～l l 作者简介程挺宇 1 9 7 8 一 。男，江苏常州市人，工程师，硕士，主要 从事金属轧制工艺等方面的研究。 热轧时的表面缺陷或表面硬化层，当用酸洗不 能完全去除时，可采用机械打磨方式去除，一次打磨 量约1 0 1 L L m ，根据表面缺陷情况进行2 3 次打磨。 另外，当对带卷的平整度有要求时，有时还在打磨前 进行少量压下的冷轧。由于钛的活性高，打磨时在 砂带上附着打磨屑，堵塞孔眼，使打磨效率下降或容 易发生烧损，因此要选择合适的打磨条件和砂带，另 外，打磨形成的粉末有着火的危险，可采用水或水溶 性油等冷却措施。 2冷轧板 冷轧板是采用热轧带卷 厚度为3 6 r a m 、宽为 6 0 0 1 6 0 0 m m ，单卷质量在1 0 t 以下 为原材料，一 般的生产流程是退火、除鳞、冷轧、清洗、真空退火、 平整轧制、拉矫，精整 分条、板剪切等 。 去除热轧时的氧扩散层，一般采用喷丸处理等 机械方法和酸洗相结合，去除量约为几十微米。若 减少去除量，有时就会使氧扩散层去除不干净，残留 的表面会使后续工序的成品率下降。因此，正确测 定氧扩散层的厚度，准确检查出热轧表面氧化层是 控制除鳞量的关键。 钛的各向异性显著，用普通两辊及四辊轧机难 于进行钛合金薄板、薄带材及箔材的冷轧，因为单位 压力高，引起轧辊极大的弹性变形及压扁，所以要采 用较小直径工作辊的轧机 森吉米尔型 或在垂直 方向配以多个辊的多辊轧机 如U C 轧机 进行轧 制。森吉米尔轧机采用短立柱的整体牌坊和刚性结 构，轧机模数高，工作辊直径小，并具有塔形支撑辊 系，第一中间辊端头有锥度并可轴向移动，轧辊的辊 形调整是通过偏心机构和支撑轴承来实现，轧制时 万方数据 1 0 有色金属第6 2 卷 带材有较大的张力，同时给予大量工艺润滑油，可极 大地降低金属作用于轧辊的压力，减少轧辊弹性变 形及轧辊弯曲，获得良好的表面H 1 。 钛材冷轧时，由于钛是活性金属，在轧辊咬入区 内，若道次压下量大或轧制速度快，表面光洁度就降 低，难以达到电子材料对表面的要求，这就是轧辊和 材料的热粘现象，这时生成的微小磨损粉附着在轧 辊或板材表面上，使表面粗糙，因此，与相同尺寸的 不锈钢相比，压下量、轧制速度都要低些，道次数也 要多些，轧制油黏度要高。此外，为了防止辊面粘 附，还有采用陶瓷轧辊“ - 。 冷轧引起的加工硬化，必须经退火处理以得到 所需的力学性能，纯钛的再结晶温度因杂质成分及 冷加工率的不同而有若干差异，约为4 5 0 ～5 5 0 ℃， 一般在6 0 0 ～8 0 0 。C 的范围退火，退火温度高或退火 时间长就会因晶粒长大而软化，提高了成形加工性， 但也因此出现了表面粗糙等弊端旧一。 冷轧带卷可在连续退火机组上进行退火，或在 真空炉中进行退火。目前，冷轧板的退火方式有两 种方式。 1 真空退火。冷轧后，先经清洗除去轧 制油等油脂类，一般用碱洗脱脂，洗净的冷轧卷在 4 0 0 5 0 0 ℃真空状态下进行处理，升温要分阶段进 行，以缓和带卷内部和外部的温差，在真空排气若干 时间后用氩气置换，并用强制风扇搅拌，使之产生对 流热传导而均温，在6 0 0 7 5 0 。C 下保温，使带卷内 温度均匀，控制晶粒度。该方法退火后的产品表面 比酸洗面平滑。 2 真空气氛连续退火。在连续生 产线上进行真空退火，对板材表面的平滑性、晶粒度 的均匀性等都有利，但该退火方式设备费用、作业费 用大。 退火工序决定了钛的表面特性和材质特性。近 年来，随着建筑用钛的迅速发展，对钛材的表面颜色 提出了越来越高的要求。因此，改进退火工艺方法 是不可或缺的。 最终退火后的材料要根据需要进行冷轧或矫 形，再送至纵横切机组进行切边、分条、切板，为防止 带材表面通过剪切机时的划伤，在机列与带材的接 触部分均衬以橡胶。由于钛的热传导系数小，反应 活性大，钛板剪切时对工具的磨损也大，易产生毛 边，因此必须设定特有的工艺条件。当需要均匀的 力学性能或高强度时可进行平整冷轧。矫形采用光 整冷轧、张力辊式矫直或辊式矫直。光整冷轧的平 轧道次主要对波浪边等局部延伸有效，张力矫直或 辊式矫直主要对反弹有效。为了抑制钛的反弹，钛 板的拉矫变形要比普通钢和不锈钢大1 。 3箔材 钛薄带及箔材的生产工艺过程由主要工序 热 轧、冷轧带坯、多辊轧机轧制薄带材 及辅助工序 酸洗、脱脂、热处理、剪切 组成。经冷轧的带坯是 轧制薄带和箔材的原始坯料，带坯在酸洗及退火后 进行数次冷轧，每道次冷轧的总变形量为2 0 ％一 4 0 ％，中间经过脱脂及真空退火，需要时可用圆盘剪 切机切边旧3 。 近年来，通过在多辊轧机油压下系统的活塞上 安装位置检出器，来提高压下系统的灵敏度，从而控 制钛箔材的厚度精度。目前，轧制厚度为0 ．0 4 m m 的钛箔厚度精度可控制在4 - 0 ．0 0 1 m m 内。 对于箔材的形状控制，一般多辊轧机采用自动 形状控制的中间辊横移以及凸度调整机构等。形状 控制还应进行板凸度的控制，以抑制卷带时的折皱。 另外，使中间辊端部的形状适合轧制条件，达到最佳 化‘9 1 。 薄带材及箔材主要用二十辊轧机轧制，用矿物 油作为工艺润滑剂。在真空退火炉中退火，真空度 为0 ．0 1 P a ，温度为6 0 0 7 5 0 ℃。 4结语 近年来，钛材的热轧带卷生产技术、冷轧板带的 轧制技术、薄带材的厚度精度控制都取得了很大提 高，产品质量也得到很大提升，后续的主要工作是如 何生产大卷重的钛材以及根据钛的特性，在设备、工 艺上不断改进，提高生产效率、材料尺寸精度和表面 质量，以满足不同用途的使用要求。 参考文献 [ 1 ] 吴全兴．钛棒线材的生产[ J ] ．钛工业进展，1 9 9 8 ， 1 2 0 一2 1 ． [ 2 ] S c h u t zRW ，W a t k i n sHB ．R e c e n td e v e l o p m e n t si nt i t a n i u ma l l o ya p p l i c a t i o ni nt h ee n e r g yi n d u s t r y [ J ] ．M a t e r i a l sS c i e n c ea n d E n g i n e e r i n gA ，1 9 9 8 ，2 4 3 1 ／2 3 0 5 3 1 5 ． [ 3 ] 秦伯祥，徐芗明，杨昭．大卷重纯钛高速线材热连轧工艺研究[ J ] ．上海钢研，2 0 0 6 ， 1 2 6 2 8 ． [ 4 ] 吴全兴．日本钛J J n I 材生产现状及展望[ J ] ．稀有金属快报，2 0 0 4 ，2 3 1 1 1 一1 4 ． 万方数据 第4 期程挺宇等纯钛板材及箔材生产工艺现状 [ 5 ] V l a d i m i rV ，S t o l y a r o vY ，T h e o d o r eZ h u ，e ta 1 ．G r a i nr e f i n e m e n ta n dp r o p e r t i e so fp u r eT ip r o c e s s e db yw a r mE C A Pa n dc o l d r o l l i n g [ J ] ．M a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n gA ，2 0 0 3 ，3 4 3 1 ／2 4 3 5 0 ． [ 6 ] 蔡学章．冷轧纯钛晶界脆化和应力腐蚀[ J ] ．钛工业进展，1 9 9 5 ， 5 3 3 ． [ 7 ] H a y a m aA OF ，S a n d i mH RZ ．A n n e a l i n gb e h a v i o ro fc o a r s e g r a i n e dt i t a n i u md e f o r m e db yc o l dr o l l i n g [ J ] ．M a t e r i a l sS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n gA ，2 0 0 6 ，4 1 8 1 ／2 1 8 2 1 9 2 ． [ 8 ] 刘雅庭．钛合金板材及箔材的带卷轧制[ J ] ．稀有金属材料与工程，1 9 9 5 ，2 4 1 7 5 7 8 ． [ 9 ] J e r r yW i t t e n a u e r ，B r u n oW a l s e r ．P r o c e s s i n ga n dp r o p e r t i e so ft i t a n i u mf o i l s [ J ] ．M a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n gA ，1 9 9 0 ， 1 2 3 1 4 5 5 2 ． R e v i e w0 1 1 1M a n u f a L c t u r eP r o c e s so fP u r eT i t a n i u mP l a t e sa n dF o i I s C H E N GT i n g ．y u l ，Z H E N GF e n 9 2 1 ．C h i n aN a t i o n a lH e a v yM a c h i n e r yC o r p o r a t i o n ，B e 析n g10 0 0 3 6 ，C h i n a ； 2 ．S h a n g h a iB a o s t e e lE n g i n e e r i n g ＆T e c h n o l o g yC o ．L t d ，S h a n g h a i2 0 1 9 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r o c e s sa n dr e l a t e de q u i p m e n t so fp u r e ‘t i t a n i u mp l a t e sa n df o i l sa r ei n t r o d u c e d ．T h et i t a n i u mp r o d u c t sc a n b ep r e p a r e db y7 5 0 ～8 4 0 。Ch o tr o l l i n ga n dc o l dr o l l i n gw i t hm u l t i - r o l lm i l la n dv a c u u ma n n e a l i n ga t6 0 0 7 5 0 。C ． T h et e c h n o l o g yo fh o tr o l l i n g ，a n n e a l i n g ，p i c k l i n g ，c o l dr o l l i n g ，c l e a n i n g ，v a c u u ma n n e a l i n ga n do t h e rp r o c e s si s t h ef e a s i b l ep r o c e s sf o rp r e p a r a t i o no ft i t a n i u ms h e e ta n df o i l ． K e y w o r d s m e t a lm a t e r i a l ；t i t a n i u mm a t e r i a l ；r e v i e w ；h o tr o l l i n g ；c o l dr o l l i n g ；a n n e a l i n g 中国无机分析化学} 2 0 11 年征稿征订启事 中国无机分析化学 刊号C N l l - - 6 0 0 5 ／0 6 是由中国无机分析化学文摘变更而成的。 中国无机分析化学是由北京矿冶研究总院主办的无机分析化学专业性学术期刊，本刊设有岩矿分 析、冶金分析、材料分析、环境分析、化工分析、生物医药分析、食品分析、仪器研制、综述评论、技术交流、信息 之窗等栏目。读者对象为从事无机分析化学及相关技术的广大科研人员、工程技术人员、管理人员、大专院 校师生、相关公司及企事业单位。本刊也是相关图书、情报等部门必不可少的信息来源。 中国无机分析化学为季刊，大1 6 开国内外公开发行，单价1 0 ．0 0 元，全年4 0 ．0 0 元。由编辑部发行。 订阅和投稿请直接与编辑部联系。 联系人章连香电话 0 1 0 6 3 2 9 9 7 5 9 传真 0 1 0 6 3 2 9 9 7 5 4 地址北京市丰台区南四环西路1 8 8 号总部基地十八区2 3 号楼9 0 4 ， 北京矿冶研究总院中国无机分析化学编辑部邮政编码1 0 0 0 7 0 E m a i l z g w j f x h x b g r i m m ．c o r n ，z g w j f x h x 16 3 ．c o r n 万方数据