CN102553946A - 一种近等温轧制主动式保温的热轧机 - Google Patents

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徐磊
王刚
于德军
刘�东
崔玉友
杨锐
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Abstract

本发明的目的在于提供一种近等温轧制主动式保温的热轧机，其特征在于：在热轧机传输轨道上安装主动式保温罩，所述主动式保温罩是倒置的凹槽形状，由四部分组成：内层为热能反射层，中间层为耐高温绝热保温层，外层为耐高温、防氧化保护层，在中间层和外层以及中间层和内层之间有凹槽形状框架。

Description

一种近等温轧制主动式保温的热轧机
技术领域
 本发明涉及板材的轧制，特别提供一种近等温轧制主动式保温的热轧机。
背景技术
TiAl基合金因其低密度、高比强度、良好的抗氧化性等优异的性能在航空、航天、等领域有着广泛的应用。例如，作为结构材料可应用于可返回式航天器(RLV)的回转体、导弹壳体尾翼、弹体蒙皮等重要部件。TiAl基合金板材制备是拓展TiAl基合金应用领域的一个重要研究方向，航天航空领域对满足一定工程要求的较大尺寸TiAl基合金板材需求迫切。在TiAl基合金轧制过程中，工艺参数的选择很重要，这些参数必须与TiAl基合金的加工性能以及轧制的设备相适应。轧制的主要参数包括：轧制的应变速率、每道次变形量和轧制温度，而其中轧制温度是需要严格控制的。TiAl基合金轧制温度必须控制在一个较窄的范围内(其温度范围为150℃)，否则会出现宏观开裂和晶间断裂等失稳现象造成材料制备的失败。因此实现近等温轧制是TiAl基合金板材加工关键技术。然而对于大尺寸的TiAl基合金板材的轧制，即使采用成熟的包套包覆轧制工艺，在坯料传输过程中仍会有大量的热量通过辐射和对流而损失掉。热量的损失会造成板坯温度的下降，从而在板坯中沿轧制方向形成了明显的温度梯度，使得整个板坯区域温度场分布不均匀，在热轧过程中会引起组织不均匀、性能分散甚至引起板材开裂的现象。因此，在TiAl基合金的轧制过程中必须采取主动式的防降温保护措施，严格的控制坯料热轧温度场分布，从而实现近等温轧制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种近等温轧制主动式保温的热轧机，根据大尺寸TiAl基合金轧制的工艺难点，在热轧机传输轨道上安装主动式保温罩。在TiAl基合金热轧过程中，将轧件与周围空气相隔绝，将坯料温度维持在热轧窗口温度之上，改善坯料温度场分布，从而实现大尺寸TiAl基合金板材的近等温轧制关键技术的突破。
本发明具体提供了一种近等温轧制主动式保温的热轧机，其特征在于：在热轧机传输轨道上安装主动式保温罩，所述主动式保温罩是倒置的凹槽形状，由四部分组成：内层为热能反射层，中间层为耐高温绝热保温层，外层为耐高温、防氧化保护层，在中间层和外层以及中间层和内层之间有凹槽形状框架；
其中内层采用具有低导热系数（导热系数小于0.05W/m.K）的耐1000℃以上高温的材料涂层（优选Al2O3陶瓷涂层、硅铝纤维涂层）、中间层采用对热流有较强阻抗作用的绝热材料（优选石墨耐火棉、高铝陶瓷纤维棉）、外层采用耐1000℃以上高温的防氧化涂料或涂层（优选耐高温防氧化石墨涂料、镍铬合金涂层）、凹槽形状框架采用耐1000℃以上高温环境的耐热钢（优选Cr28Ni48W5Si2耐高热钢、SUS310不锈耐热钢）。
在热轧机的传输轨道上放置主动式保温罩，能够减少在传输过程中所轧制板材通过辐射和对流而损失的热量，从而达到近等温轧制的目的。
本发明提供的近等温轧制主动式保温的热轧机，其特征在于：主动式保护罩内表面距离热轧坯料外表面不超过300mm，目的是提高保温效率。
本发明提供的近等温轧制主动式保温的热轧机，其特征在于：内层的厚度大于200μm，中间层的厚度为30-50mm，外层的厚度大于2mm，凹槽形状框架宽度与所用轧机导轨尺寸相吻合。
采用本发明提供的近等温轧制主动式保温的热轧机轧制板材，以大尺寸TiAl基合金板材为例，其工艺流程如下：
(1)  TiAl基合金坯料制备：采用无坩埚感应熔炼气体雾化法，制备洁净的TiAl基合金预合金粉末，然后对预合金粉末进行热等静压处理，后经过机械加工得到长方形合金坯料。
(2)  TiAl基合金坯料表面处理：将长方形坯料表面经过车加工后，使用磨床对其表面进行光洁处理。应用耐高温防氧化材料对其表面进行喷涂，以防止其在高温加工过程中氧化。
(3)  包套封焊：使用耐高温合金加工成包套。将TiAl基合金坯料放置于中间，采用氩弧焊将坯料封制包套内。
(4)  TiAl基合金与主动式保温罩的加热：将TiAl基合金和主动式保温罩加热到相应温度，保温一定时间。
(5)  TiAl基合金的轧制：首先将达到预设温度的主动式保温罩放入导轨上，然后将轧件快速出炉，轧件在导轨上运行过程中，始终处于主动式保温罩内，减少了轧件向周围的热量辐射，从而达到近等温轧制的目的。
本发明的优点：在热轧机传输轨道上安装的主动式保温罩，在热轧过程中稳定可靠，保温效果良好，操作方便，节约能源，降低成本，达到了近等温轧制大尺寸TiAl基合金的工艺要求。也可推广应用到其它大型板材的轧制工艺中。
附图说明
图1  主动式保温罩的结构示意图（其中1为热能反射层，2为耐高温绝热保温层，3为凹槽形状框架，4为耐高温、防氧化保护层）；
图2  热轧粉末冶金TiAl基合金板材实物图；
图3  未应用主动式保温装置条件下，得到的热轧粉末冶金TiAl基合金板材实物图。
具体实施方式
采用无坩埚感应熔炼气体雾化法制备TiAl基预合金粉末，然后对预合金粉末进行热等静压处理。将得到的合金坯料经过车削加工后，使用磨床对其表面进行光洁处理。应用氧化铝+玻璃润滑剂对其表面进行喷涂。应用耐高温不锈钢加工成包套，将TiAl基合金坯料放置于中间，采用氩弧焊将坯料封制包套内。将TiAl基合金加热到1250℃，保温30-40分钟。将主动式保温罩温度加热到1000℃，保温1小时。
实施例1
主动式保温罩内层应用Al2O3陶瓷涂层；应用耐高热钢Cr28Ni48W5Si2加工成凹槽形状框架；中间的耐高温绝热保温层为石墨耐火棉；外层为ZrO2陶瓷热障涂层。实际热轧结果良好，获得变形均匀无宏观和微观缺陷的板材，得到的热轧粉末冶金TiAl基合金板材实物图如图2所示，图3是未应用主动式保温装置条件下，得到的热轧粉末冶金TiAl基合金板材。在没有应用主动式保温装置条件下，轧制后轧件表面存在明显的宏观裂纹。
实施例2
主动式保温罩内层应用Y2O3陶瓷涂层；应用SUS310不锈耐热钢加工成凹槽形状框架；中间的耐高温绝热层使用布状碳纤维；外层喷涂镍铬合金涂层。实际热轧结果良好，获得变形均匀无宏观和微观缺陷的板材。
实施例3
主动式保温罩内层硅铝纤维涂层；应用SUS314不锈耐热钢加工成凹槽形状框架；中间的耐高温绝热层使用高铝陶瓷纤维棉；外层喷涂耐高温防氧化石墨涂料。实际热轧结果良好，获得变形均匀无宏观和微观缺陷的板材。

Claims (7)

1. 一种近等温轧制主动式保温的热轧机，其特征在于：在热轧机传输轨道上安装主动式保温罩，所述主动式保温罩是倒置的凹槽形状，由四部分组成：内层为热能反射层，中间层为耐高温绝热保温层，外层为耐高温、防氧化保护层，在中间层和外层以及中间层和内层之间有凹槽形状框架；
其中内层为导热系数小于0.05W/m.K、耐1000℃以上高温的材料涂层，中间层采用对热流有阻抗作用的绝热材料，外层采用耐1000℃以上高温的防氧化涂料或涂层，凹槽形状框架采用耐1000℃以上高温环境的耐热钢。
2.按照权利要求1所述近等温轧制主动式保温的热轧机，其特征在于：主动式保护罩内表面距离热轧坯料外表面不超过300mm。
3.按照权利要求1所述近等温轧制主动式保温的热轧机，其特征在于：所述内层的厚度大于200μm，中间层的厚度为30-50mm，外层的厚度大于2mm，凹槽形状框架宽度与所用轧机导轨尺寸相吻合。
4.按照权利要求1所述近等温轧制主动式保温的热轧机，其特征在于：内层为Al2O3陶瓷涂层或硅铝纤维涂层。
5.按照权利要求1所述近等温轧制主动式保温的热轧机，其特征在于：中间层采用石墨耐火棉或高铝陶瓷纤维棉。
6.按照权利要求1所述近等温轧制主动式保温的热轧机，其特征在于：外层采用耐高温防氧化石墨涂料或镍铬合金涂层。
7.按照权利要求1所述近等温轧制主动式保温的热轧机，其特征在于：凹槽形状框架采用Cr28Ni48W5Si2耐高热钢或SUS310不锈耐热钢。
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SU1217515A1 (ru) * 1984-09-29 1986-03-15 Донецкий научно-исследовательский институт черной металлургии Способ гор чей прокатки металлов с узким температурным интервалом пластичности и устройство дл регулировани тепловых потерь металла при гор чей прокатке
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