CN101628297A - 钛板卷的可逆式热轧工艺 - Google Patents

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史亚鸣
杨奇
陈育生
曹占元
杨豪
黄远凤
尹丽琼
陈伟
崔茂祥
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Abstract

本发明提供一种制造钛板卷的热轧工艺，包括如下步骤：将钛板坯加热到出炉温度；用模型计算模块根据已知参数和预定的目标参数自动生成轧制该钛板坯的工艺参数；用炉卷轧机并按照所述工艺参数对钛板坯进行往复轧制，其中该钛板坯具有800℃至950℃的开轧温度和500℃至695℃的终轧温度；用卷取机对轧制出的钛板带进行卷取，从而制成钛板卷。

Description

钛板卷的可逆式热轧工艺
技术领域
本发明属于金属压力加工技术领域，特别是，本发明涉及制造钛板卷的热轧工艺。
背景技术
由于钛表面在空气中高温加热和轧制时易发生氧化或与氧、氮、碳、铁、硅等杂质元素化合形成污染层，并且在轧制时易产生裂纹、微观组织粗大和表面污染层难以去除等质量问题，因而需要特殊的加热和轧制温度。钛还具有导热率低、屈强比高、低温硬化快等特点，从而增加了热轧钛板卷的生产难度。现今常采用二辊轧机或四辊轧机来生产单张热轧钛板。采用这种技术不能生产钛板卷，并且生产效率较低，钛板产品的长度和宽度受到极大限制，产品的平坦度和表面质量也不理想。
中国专利申请200810032041.3提出一种采用中宽带热轧机组生产金属钛板的方法。该专利申请采用现有的CSP薄板坯连铸连轧工艺对钛板坯进行轧制，在经过七机架的七道次轧制后实行冷却，用卷取机进行卷取，从而实现了金属钛板卷的生产。然而，在该专利申请中采用的是连铸连轧工艺及相应设备，因而在轧制过程中较薄的钛板坯的保温是需要关注的问题，较薄的钛板坯在低温时延伸变形不均导致的平坦度问题难以避免。此外，连铸连轧工艺产能太高，在正常生产几千吨至万吨以上的大批量生产中转而生产小批量钛板，需要付出更多的消耗。
对此，人们希望采用能适应品种灵活和小批量钛板卷生产的热轧工艺。人们仍希望制成的钛板卷获得更大宽度的同时获得更好的平坦度，表面质量、强度和塑性的改进。还存在着这样的需要：在轧制工艺中能根据不同的产品参数和目标参数制定不同的工艺参数，使得制成的钛板卷具有接近目标参数的参数值。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种钛板卷的热轧工艺，其能灵活地生产多规格品种、几十至几百吨小批量的钛板卷，并在较大宽度时获得满意的平坦度，有效提高改善钛板卷的强度和塑性，可以根据不同钛板坯原料参数和产品目标参数制定不同的工艺参数，从而提高生产效率，降低消耗，提高产品质量。
为此，本发明提供一种制造钛板卷的热轧工艺，包括如下步骤：A.将钛板坯加热到出炉温度；B.用模型计算模块根据已知参数和预定的目标参数自动生成轧制该钛板坯的工艺参数；C.用炉卷轧机并按照所述工艺参数对钛板坯进行往复轧制，其中该钛板坯具有800℃至950℃的开轧温度和500℃至695℃的终轧温度；D.用卷取机对轧制出的钛板带进行卷取，从而制成钛板卷。
进一步地，可以使用步进梁式板坯加热炉对钛板坯进行加热。根据本发明的优选实施例，为了防止轧制过程中出现裂纹、微观组织粗大，优选以0.55至0.9mm/min的加热速度将所述钛板坯加热到范围在870℃至980℃的所述出炉温度。
根据优选的实施例，步骤C中的所述往复轧制包括粗轧道次和精轧道次，其中在粗轧道次中所述钛板坯在辊道上用轧辊往复平轧；而当钛板坯厚度小于25mm时进行精轧，在精轧道次中所述钛板坯缠绕在炉卷轧机的卷取炉卷筒上往复卷轧，其中卷取炉炉温为550℃至980℃。
根据炉卷轧机的结构，在精轧道次中被轧制的钛板材的两端均缠绕在炉卷轧机的卷取炉卷筒上，而在轧制过程中卷取炉具有对卷起的钛板材进行保温甚至加热的功能。因而，采用炉卷轧机对钛板坯进行往复轧制的方法能够很容易地克服较薄钛板连轧工艺需要关注的保温问题，以及由此导致的变形延伸不均和平坦度问题。此外，采用炉卷轧机使得钛板坯能具有500℃至695℃的较低终轧温度，较低的终轧温度提高了产品的强度和塑性。
根据进一步的实施例，所述轧辊具有工作辊型曲线，所述工作辊型曲线具有以中部为凹点并向两端延伸的圆弧凹面，所述圆弧凹面的中心凹点与辊面水平面的高度为0.005至0.3mm。
根据本发明，所述已知参数包括钛板坯的热性能参数和尺寸参数，以及所述炉卷轧机的已知参数。根据本发明的实施例，工艺参数包括工作辊的辊型曲线、轧制道次、以及在各道次中的轧制力、压下量和轧制速度。此外，所述预定的目标参数包括开轧温度、终轧温度、卷取温度以及钛板卷的目标厚度和目标宽度。
优选地，步骤B还包括对模型计算模块进行调整修改设置来达到预期质量要求的钛板卷，所述对数学计算模型的调整修改设置包括，修改不同温度下的变形抗力曲线，温度损失系数，轧制压下速率，卷轧控制厚度。
此外，在轧制出所述钛板带之后直接卷取成钛板卷，其中该钛板卷具有500℃至695℃的卷取温度。
上述术语“直接”是指经过步骤C之后，钛板带无需冷却处理而直接进行卷取。因为减少了轧制之后的冷却工序，这对提高生产效率是有益的。
作为替代，在轧制之后也可以对钛板带进行控制冷却。
优选的是，在本发明的热轧工艺中，轧制钛板坯的轧制速度小于12.6mm/min。
优选的是，所述钛板坯具有100至200mm的厚度、1000至1520mm的宽度和5730至10400mm的长度，所述钛板带具有2至16mm的厚度和1000至1500mm的宽度。
本发明还涉及将炉卷轧机用于根据本发明的钛板卷可逆式热轧工艺的用途。
根据本发明，用于制造钛板卷的热轧设备可以包括：用于加热钛板坯的加热炉；设在加热炉后面的炉卷轧机，炉卷轧机包括具有圆弧凹面的轧辊和设置在轧辊两端的卷取炉卷筒；以及设置在炉卷轧机后面的卷取机；和模型计算模块，其中该模型计算模块配置用于根据钛板坯的已知参数和预定的目标参数自动生成工艺参数，其中所述炉卷轧机被配置用于根据所述工艺参数往复轧制所述钛板坯。
根据进一步的实施例，该热轧设备还可以包括设置在炉卷轧机与卷取机之间的层流冷却装置。
本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：采用上述方案，可使热轧制成的钛板卷平坦度、尺寸、表面质量、力学性能达到现行钛及钛合金板材的国家标准GB/T3621-2007规定的要求，可满足用户和后工序冷轧原料的要求。本发明还具有生产自动化程度和生产效率较高、能充分利用现有的轧制设备、以及有效地改进了产品的表面质量和力学性能等优点。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：
图1是根据本发明的钛板卷热轧工艺的实施例的流程图。
具体实施方式
在图1中示出了根据本发明的钛板卷热轧工艺的实施例的流程图。首先，用步进梁式板坯加热炉并以混合煤气为燃料，在炉膛压力为微正压且炉内气氛为弱氧化性气氛的条件下，以0.55至0.9mm/min的加热速度将钛板坯加热到870至980℃，确保钛板坯加热质量和温度满足轧制要求。其中，钛板坯可以具有如下的原料规格(厚度×宽度×长度)100-200mm×1000-1520mm×5730-10400mm。
然后，将已知参数和目标参数送入模型计算模块进行模型计算，从而自动生成预定的工艺参数。预定的工艺参数优选是轧制数据表，用于自动控制轧制过程。在这里，模型计算是一个精确和连续的物理过程的数学计算过程，其具体的工作方式如下：1)根据每块钛板坯的原料信息如尺寸和热性能参数和已知的炉卷轧机的参数、以及目标参数，针对从上料开始至加热出炉、轧制和成卷送出的整个过程的坯料温度、每道次的压下量和轧制力、锥形轧制、板带长度、控冷参数、轧制速度，该模型例如包括压下量分配模型、轧制力模型、温降模型、轧辊模型、板形控制模型、CTC(层流)冷却温度控制等热轧数学模型等，最终算出预定的轧制数据表，用于自动控制轧制过程，其中轧制数据表包含炉卷轧机轧制过程的所有物理控制量(速度、压下量、轧制力或力矩、道次)；2)针对钛板坯，优选在每次进行模型计算时根据以前获得的参数来调整、完善数学计算模型，以获得预期要求的钛板卷，修改不同温度下的变形抗力曲线，温度损失系数，轧制压下速率，卷轧控制厚度，达到需要的目标产品。
上文所说的锥形轧制是指，为了使温度相对较低的钛带头尾在轧制后具有与温度相对较高的带中部相同的厚度，轧制时轧机的辊缝在带头尾的端部位置为最小值，以类似锥形的形状逐渐增大，直到带中部时相对稳定在一个固定值。锥形轧制力往往比带中部时相对稳定轧制时轧制力要大得多。对于宽度，也是类似的。
然后将加热后的钛板坯送到炉卷轧机进行往复轧制，通常钛板坯具有800℃至950℃的开轧温度和500℃至695℃的终轧温度。轧制包括粗轧和精轧，在粗轧道次中，钛板坯在辊道上用轧辊往复平轧。优选的是，轧辊具有工作辊型曲线，工作辊型曲线具有以中部为凹点并向两端延伸的圆弧凹面，所述圆弧凹面的中心凹点与辊面水平面的高度差为0.005至0.3mm。该圆弧凹面自中心凹点对称地向两端延伸后，形成均匀的凹面圆弧。
当钛板坯的厚度小于25mm时，进行精轧。在精轧道次中，钛板坯缠绕在炉卷轧机的卷取炉卷筒上做往复轧制，其中卷取炉炉温为550℃至980℃。这种缠绕在卷取炉卷筒上的精轧很容易克服较薄的钛板连轧工艺需要关注的保温问题、以及由此导致的变形延伸不均和平坦度问题。
当按照预定的轧制数据表轧制出钛板带后，可以直接用卷取机对钛板带进行卷取，这对于节省工艺步骤是有利的。通常，钛板卷具有500℃至695℃的卷取温度。或者，也可以对轧制出的钛板带进行冷却，例如为此采用层流冷却方式。结果，可以根据本发明的轧制工艺制造出质量优良的成品钛板卷。
下面，结合各例子对本发明做进一步描述。
例1
将规格为123mm×1290mm×6347mm(厚度×宽度×长度)的钛板坯装入加热炉，以0.75mm/min的加热速度进行加热，出炉温度为880℃，开轧温度为843℃，终轧温度为521℃，轧制目标厚度3.8mm，用模型计算模块计算出各道次轧制力、速度及压下量分配如下：
  道次   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14
  轧制力(Mt)   10   9   8.6   9.5   9.5   10.6   10.6   12.3   15.5   16.3   13.3   14   16.3   12.9
  速度(m/min)   1.5   1.7   1.4   1.8   1.5   1.7   2.3   3.2   3.4   4.9   1.4   1.9   1.6   2
  压下量(mm)   14.78   14.23   12.79   12.45   11.8   10.51   9.4   8.63   8.69   5.88   3.51   2.21   1.46   0.81
经14道次轧制后，成品的实际厚度为3.74-3.81mm，平均厚度为3.77mm，接近3.8mm的目标厚度，宽度为1283-1298mm，平均宽度为1288mm，表面质量达到相应标准。
例2
将规格为135mm×1285mm×6413mm(厚度×宽度×长度)的钛板坯装入步进梁式加热炉，以0.77mm/min的加热速度进行加热，出炉温度为900℃，开轧温度为880℃，终轧温度为695℃，轧制目标厚度3.2mm，用模型计算模块计算出各道次轧制力、速度及压下量分配如下：
  道次   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14
  轧制力(Mt)   11.2   11   10.6   11.4   10.6   11.5   11.1   12.5   17.7   17.8   14.3   13.8   9.6   7.5
  速度(m/min)   1.5   1.7   1.4   1.8   1.5   1.7   2.7   3.7   3.2   4.9   5.2   7.6   6.3   7.7
  压下量(mm)   18.01   17.23   15.83   14.99   13.04   1135   9.57   8.22   9.13   5.88   3.29   2.01   1.3   0.77
经14道次轧制后，成品厚度3.13-3.25mm，平均厚度3.19mm，接近3.2mm的目标厚度，平均宽度为1279mm，平坦度和表面质量良好，达到相应标准。
例3
将规格为117mm×1005mm×5227mm(厚度×宽度×长度)的钛板坯装入加热炉，以0.55mm/min的加热速度进行加热，出炉温度为880℃，开轧温度为860℃，终轧温度为689℃，轧制目标厚度3.5mm，用模型计算模块计算出各道次轧制力、速度及压下量分配如下：
  道次   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14
  轧制力(Mt)   5.4   5.2   5.2   5.7   4   47   5.3   6.3   10   11   9.2   9.4   7.8   6.7
  速度(m/min)   1.5   1.7   1.3   1.8   1.5   1.7   1.5   1.9   3.1   4.7   4.9   6.9   4.9   6
  压下量(mm)   17.5   16.03   14.02   13.02   7.72   6.91   7.78   7.01   8.8   5.83   3.5   2.13   1.41   0.82
经14道次轧制后，成品厚度3.41-3.56mm，平均厚度3.46mm，接近3.5mm的目标厚度，平均宽度为1013mm，平坦度和表面质量良好，达到相应标准。
例4
将规格为200mm×1275mm×10400mm(厚度×宽度×长度)的工业纯钛板坯装入加热炉，以0.75mm/min的加热速度进行加热，出炉温度为970℃，开轧温度为930℃，终轧温度为521℃，轧制目标轧制厚度设定为2mm。用模型计算出各道次轧制力、速度及压下量分配如下：
道次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
  轧制力(Mt)   10   9   9.5   8.6   9.5   10.6   12.3   10.6   15.5   16.3   14   13.3   16.3   13.9   11.9   10   9   7.4
  速度(m/min)   1.4   1.6   1.3   1.6   2.6   3.2   3.8   5.1   4.5   6.3   7.0   9.7   6.7   9.3   7.3   9.7   8.0   9.8
  压下量(mm)   24.21   22.45   22.52   21.46   18.45   16.51   16.48   14.26   13.61   8.40   6.01   4.29   3.07   2.19   1.52   1.01   0.74   0.44
经18道次轧制后，轧制出的热轧钛板卷达到2mm的目标厚度。除板卷头10米左右有微浪形外，其余部份板形正常，成品实际厚度1.92至2.01mm，平均厚度为1.97mm，宽度为1278至1288mm，平均宽度1284mm，表面质量正常，达到相应标准。

Claims (10)

1.一种钛板卷的可逆式热轧工艺，包括如下步骤：
A.将钛板坯加热到出炉温度；B.用模型计算模块根据已知参数和预定的目标参数自动生成轧制钛板坯的工艺参数；C.按照所述工艺参数，用炉卷轧机对钛板坯进行往复轧制，其中该钛板坯具有800℃至950℃的开轧温度和500℃至695℃的终轧温度；D.用卷取机对轧制出的钛板带进行卷取，从而制成钛板卷。
2.根据权利要求1所述的热轧工艺，其特征在于，以0.55至0.9mm/min的加热速度将所述钛板坯加热到870℃至980℃的出炉温度。
3.根据权利要求1所述的热轧工艺，其特征在于，在步骤C中的往复轧制包括粗轧道次和精轧道次，其中在粗轧道次中，所述钛板坯在辊道上用轧辊往复平轧，而当钛板坯厚度小于25mm时进行精轧，在精轧道次中，钛板坯被缠绕在炉卷轧机的卷取炉卷筒上做往复轧制，其中卷取炉炉温为550℃至980℃。
4.根据权利要求3所述的热轧工艺，其特征在于，所述轧辊具有工作辊型曲线，所述工作辊型曲线具有以中部为凹点并向两端延伸的圆弧凹面，所述圆弧凹面的中心凹点与辊面水平面的高度差为0.005至0.3mm。
5.根据权利要求1所述的热轧工艺，其特征在于，所述已知参数包括钛板坯的热性能参数和尺寸参数以及炉卷轧机的已知参数。
6.根据权利要求1所述的热轧工艺，其特征在于，所述预定的目标参数包括开轧温度、终轧温度、卷取温度以及钛板卷的目标厚度和目标宽度。
7.根据权利要求1所述的热轧工艺，其特征在于，所述工艺参数包括工作辊型曲线、轧制道次以及在各道次中的轧制力、压下量和轧制速度。
8.根据权利要求1所述的热轧工艺，其特征在于，所述步骤B还包括对所述模型计算模块进行调整修改设置来达到预期质量要求的钛板卷，所述对数学计算模型的调整修改设置包括，修改不同温度下的变形抗力曲线、温度损失系数、轧制压下速率、卷轧控制厚度。
9.根据权利要求1所述的热轧工艺，其特征在于，在轧制出所述钛板带之后直接卷取成钛板卷，该钛板卷具有500℃至695℃的卷取温度。
10.一种将炉卷轧机用于根据权利要求1至9中任一项所述工艺中的用途。
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