CN102989768A - 一种有效降低冷轧钛带卷各向异性的加工方法 - Google Patents

一种有效降低冷轧钛带卷各向异性的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明介绍了一种有效降低冷轧钛带卷各向异性的加工方法，将冷轧至目标厚度或接近目标厚度的GR1或GR2冷轧钛卷进行完全再结晶退火，退火后钛卷不同部位的晶粒直径依次控制在GR1冷轧钛卷40～65um和GR2冷轧钛卷10～20um；将该钛带卷送入普通冷轧机，在轧制速度15～50m/min，开卷单位张力2～10kg/mm2，收卷单位张力3～15kg/mm2，通过恒轧制力控制模式，采用普通冷轧机上的工作辊直接对纯钛带卷进行干平整，并控制压下量。本发明可使钛带卷各向异性明显减小，GR1横向纵向的屈强比差值由26.8%下降至11.1%，GR2横向纵向的屈强比差值由16.2%下降至3.8%，另外平整后钛板的平整度较退火前有了明显提升，不平度可达到3mm/m，钛板加工成型性良好。

Description

一种有效降低冷轧钛带卷各向异性的加工方法
技术领域
本发明涉及一种材料加工技术，特别是一种有效降低冷轧钛卷各向异性的加工方法。
背景技术
我国钛工业起步较晚,钛的开发和应用较之国外有很大差距。我国目前虽已建立起比较完整的钛工业体系,但钛卷生产尚未形成规模性生产，钛卷生产技术掌握不完全、设备不配套、轧制工艺自控程度低、生产能力和产量低，生产工艺相对落后。国外钛卷生产一般都是在特殊钢厂利用热连轧机开坯轧制到2~3mm厚的钛卷，再经冷轧机或其他形式的轧机轧制至到成品尺寸(冷轧薄带材)，该生产方式效率高,产品质量好，成本低。因钛的产量较铜、铝等有色金属的产量低很多，要建立完整的钛卷生产线设备一次性投资过大，而铜、铝等有色加工企业又缺乏钛的加工技术，所以国内一直以来无法实现钛卷的规模化生产。目前国内已经成功的试轧出了热轧钛卷和冷轧钛卷，是我国钛卷生产技术的重大突破，标志着我国钛卷步入了工业化生产的进程，接下来，提高钛卷材料性能和生产技术水平则成为重要课题。
钛是一种滑移系较少、对称性较差的密排六方结构金属, 在加工或形变过程中不可避免地要产生晶体择优取向，且钛卷在整个的轧制过程中无法实现换向轧制，这直接导致冷轧纯钛卷在加工过程中沿着轧制方向（纵向）、垂直于轧制方向（横向）所产生的变形差异巨大，轧制板材具有较明显的各向异性，即使经过良好的退火，板材横向和纵向力学性能还是存在明显的差异，使得钛板的加工成型性能降低，如出现制耳或深冲性能不好等质量问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种有效降低冷轧钛卷各向异性的加工方法，使冷轧钛卷退火平整后的各向异性明显减小，GR1钛卷横向纵向的屈强比差值由26.8%下降至11.1%，GR2钛卷横向纵向的屈强比差值由16.2%下降至3.8%，另外平整后钛板的平整度较退火前有了明显提升，不平度可达到3mm/m，钛板加工成型性良好。
为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明的一种有效降低冷轧钛卷各向异性的加工方法，包括：
将冷轧至目标厚度或接近目标厚度的GR1冷轧钛卷进行完全再结晶退火，控制退火后钛卷不同部位的晶粒直径，使其大小均在40～65um，晶粒度为5～6.5级；将该钛卷送入普通冷轧机，在轧制速度15～50m/min，开卷单位张力2～10kg/mm2，收卷单位张力3～15 kg/mm2，轧制力为100～200吨的条件下，通过恒轧制力控制模式，采用普通冷轧机上的工作辊直接对纯钛卷进行干平整，压下量不大于5um。
将冷轧至目标厚度或接近目标厚度的GR2冷轧钛卷进行完全再结晶退火，控制退火后钛卷不同部位的晶粒直径，使其大小均在10～20um，晶粒度约为8.5～10.5级；将该钛卷送入普通冷轧机，在轧制速度15～50m/min，开卷单位张力2～10kg/mm2，收卷单位张力3～15 kg/mm2，轧制力为200～400吨的条件下，通过恒轧制力控制模式，采用普通冷轧机上的工作辊直接对纯钛卷进行干平整，压下量为钛卷厚度的1～5%。
所述的普通冷轧机为现有技术的冷轧机。
所述的普通冷轧机上的工作辊采用平辊或凸度辊，其中凸度辊的辊面设为以中部为凸点并向两端延伸的正弦曲线，凸度值为0.01～0.05mm，表面粗糙度为0.3～0.6um。
所述的将冷轧至目标厚度或接近目标厚度的钛卷进行了完全再结晶退火，退火后钛卷不同部位的晶粒直径依次控制在GR1冷轧钛卷40～65um和GR2冷轧钛卷10～20um，具体方法为：
对于控制晶粒直径为4 0～65um的 GR1冷轧钛卷，具体控制方法为：
（1）将GR1钛卷轧制至目标厚度或接近目标厚度，轧程变形量为80±10%，钛卷进行紧卷退火，退火温度为720±10℃，保温时间t=5.6×10-4×（D-d）×B min，式中D为钛卷外径，d为钛卷内径，B为钛卷宽度，单位均为mm。
（2）将GR1钛卷轧制至目标厚度或接近目标厚度，轧程变形量为50±10%，钛卷进行紧卷退火，退火温度为650±10℃，保温时间t=6.2×10-4×（D-d）×B min，式中D为钛卷外径，d为钛卷内径，B为钛卷宽度，单位均为mm。
对于控制晶粒直径为10～20um的GR2冷轧钛卷，具体控制方法为：
（1）将GR2钛卷轧制至目标厚度或接近目标厚度，轧程变形量为70±10%，钛卷进行紧卷退火，退火温度为620±10℃，保温时间t=5.2×10-4×（D-d）×B min，式中D为钛卷外径，d为钛卷内径，B为钛卷宽度，单位均为mm。
（2）将GR2钛卷轧制至目标厚度或接近目标厚度，轧程变形量为40±10%，钛卷进行紧卷退火，退火温度为650±10℃，保温时间t=5.6×10-4×（D-d）×B min，式中D为钛卷外径，d为钛卷内径，B为钛卷宽度，单位均为mm。
针对冷轧钛卷的轧制，两次退火之间的轧制变形量即为轧程变形量，如钛卷退火后厚度为3.0mm，轧制至目标厚度0.6mm，其轧程变形量即为（3.0-0.6）/3.0=80%。
平整前后的力学性能如表1所示。
                 表1  平整前后的力学性能
Figure 2012105187320100002DEST_PATH_IMAGE001
备注：GR1延伸率测试标距为15mm，GR2延伸率测试标距为50mm。
其主要特征有两点：一是将冷轧至目标厚度或接近目标厚度的钛卷进行了完全再结晶退火，并通过退火工艺的调整，使钛卷不同部位的晶粒大小均在设定要求之内，TA1(美标为GR1)钛卷晶粒大小控制在40～65um，TA2(美标为GR2)钛卷晶粒大小控制在10～20um；二是将完全再结晶退火后的钛卷进行了一定压下量的平整。结果表明，冷轧钛卷退火平整后的各向异性明显减小，GR1横向纵向的屈强比差值由26.8%下降至11.1%，GR2横向纵向的屈强比差值由16.2%下降至3.8%，另外平整后钛板的平整度较退火前有了明显提升，不平度可达到3mm/m，钛板加工成型性良好。
这些技术方案也可以互相组合或者结合，从而达到更好的技术效果。
通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：
本发明可使钛带卷各向异性明显减小，GR1横向纵向的屈强比差值由26.8%下降至11.1%，GR2横向纵向的屈强比差值由16.2%下降至3.8%，另外平整后钛板的平整度较退火前有了明显提升，不平度可达到3mm/m，钛板加工成型性良好。
具体实施方式
下面结合实施例对本专利进一步解释说明。但本专利的保护范围不限于具体的实施方式。
本专利的实施例的普通冷轧机上的工作辊辊采用平辊或凸度辊，其中凸度辊的辊面设为以中部为凸点并向两端延伸的正弦曲线，凸度值为0.01～0.05mm，表面粗糙度为0.3～0.6um。
实施例1
a将经轧程变形量为80%的0.6*1250*C mm冷轧GR1钛卷进行完全再结晶退火，退火温度720℃，保温时间计算为7小时20分钟，退火后钛卷的晶粒尺寸约为53.4um。
b将该钛卷送入普通冷轧机，工作辊凸度为0.03mm，在轧制速度15～50m/min，开卷单位张力2～10kg/mm2，收卷单位张力3～15kg/mm2，轧制力为100～200吨的条件下，通过恒轧制力控制模式，采用普通冷轧机上的工作辊直接对纯钛卷进行干平整，压下量不大于5um。
c.按上述要求退火后钛卷的横向纵向屈强比差值约为27%，平整后钛卷的横向纵向屈强比差值约为11%，且性能满足GB/T 14845-2007要求。
实施例2
a将经轧程变形量为80%的0.5*1250*C mm冷轧GR1钛卷进行完全再结晶退火，退火温度720℃，保温时间计算为7小时10分钟，退火后钛卷的晶粒尺寸约为53.4um。
b将该钛卷送入普通冷轧机，工作辊凸度为0.03mm，在轧制速度15～50m/min，开卷单位张力2～10kg/mm2，收卷单位张力3～15kg/mm2，轧制力为100～200吨的条件下，通过恒轧制力控制模式，采用普通冷轧机上的工作辊直接对纯钛卷进行干平整，压下量不大于5um。
c.按上述要求退火后钛卷的横向纵向屈强比差值约为29%，平整后钛卷的横向纵向屈强比差值约为12%，且性能满足GB/T 14845-2007要求。
实施例3
a将经轧程变形量为50%的1.01*1250*C mm冷轧GR1钛卷进行完全再结晶退火，退火温度650℃，保温时间计算为7小时40分钟，退火后钛卷的晶粒尺寸约为44.9um。
b将该钛卷送入普通冷轧机，工作辊凸度为0.03mm，在轧制速度15～50m/min，开卷单位张力2～10kg/mm2，收卷单位张力3～15kg/mm2，轧制力为100～200吨的条件下，通过恒轧制力控制模式，采用普通冷轧机上的工作辊直接对纯钛卷进行干平整，压下量不大于15um。
c.按上述要求退火后钛卷的横向纵向屈强比差值约为23%，平整后钛卷的横向纵向屈强比差值约为8%，且性能满足ASTM B265-2010要求。
实施例4
a将经轧程变形量为70%的0.73*1250*C mm冷轧GR2钛卷进行完全再结晶退火，退火温度620℃，保温时间计算为6小时20分钟，退火后钛卷的晶粒尺寸约为10～20um。
b将该钛卷送入普通冷轧机，工作辊凸度为0.01mm，在轧制速度15～50m/min，开卷单位张力2～10kg/mm2，收卷单位张力3～15kg/mm2，轧制力为200～400吨的条件下，通过恒轧制力控制模式，采用普通冷轧机上的工作辊直接对纯钛卷进行干平整，压下量约为来料厚度的3%。
c.按上述要求退火后钛卷的横向纵向屈强比差值约为17%，平整后钛卷的横向纵向屈强比差值约为4%，且性能满足ASTM B265-2010要求。
实施例5
a将将经轧程变形量为45%的1.04*1250*C mm的GR2钛卷进行完全再结晶退火，退火温度650℃，保温时间计算为7小时，退火后钛卷的晶粒尺寸约为15.9um。
b将该钛卷送入普通冷轧机，在轧制速度15～50m/min，开卷单位张力2～10kg/mm2，收卷单位张力3～15kg/mm2，轧制力为200～400吨的条件下，通过恒轧制力控制模式，采用普通冷轧机上的工作辊直接对纯钛卷进行干平整，压下量约为来料厚度的1%。
c.按上述要求退火后钛卷的横向纵向屈强比差值约为15%，平整后钛卷的横向纵向屈强比差值约为6%，且性能满足ASTM B265-2010要求。
对比例：
将冷轧至目标厚度或接近目标厚度的钛卷进行了完全再结晶退火， TA1(美标为GR1)钛卷晶粒大小为134.5～160um，退火后进行压下量为来料厚度1%左右的平整，TA2(美标为GR2)钛卷晶粒大小为5.0～7.1um，退火后进行压下量为来料厚度2%左右的平整。
结果如表2所示。
由表2可以看出，GR1横向纵向的屈强比差值由19%下降至16.7%，GR2横向纵向的屈强比差值由11.8%下降至9.1%，各向异性改善不明显。
                表2  平整前后的力学性能
Figure 2012105187320100002DEST_PATH_IMAGE002

Claims (4)

1.一种有效降低冷轧钛带卷各向异性的加工方法，其特征是具体过程为：将冷轧至目标厚度或接近目标厚度的GR1冷轧钛卷进行完全再结晶退火，控制退火后钛卷不同部位的晶粒直径，使其大小均在40～65um，晶粒度为5～6.5级；将该钛卷送入普通冷轧机，在轧制速度15～50m/min，开卷单位张力2～10kg/mm2，收卷单位张力3～15 kg/mm2，轧制力为100～200吨的条件下，通过恒轧制力控制模式，采用普通冷轧机上的工作辊直接对纯钛卷进行干平整，压下量不大于5um。
2.种有效降低冷轧钛带卷各向异性的加工方法，其特征是具体过程为：将冷轧至目标厚度或接近目标厚度的GR2冷轧钛卷进行完全再结晶退火，控制退火后钛卷不同部位的晶粒直径，使其大小均在10～20um，晶粒度约为8.5～10.5级；将该钛卷送入普通冷轧机，在轧制速度15～50m/min，开卷单位张力2～10kg/mm2，收卷单位张力3～15 kg/mm2，轧制力为200～400吨的条件下，通过恒轧制力控制模式，采用普通冷轧机上的工作辊直接对纯钛卷进行干平整，压下量为钛卷厚度的1～5%。
3.根据权利要求1或2任一项所述有效降低冷轧钛带卷各向异性的加工方法，其特征是：所述的普通冷轧机上的工作辊采用平辊或凸度辊，其中凸度辊的辊面设为以中部为凸点并向两端延伸的正弦曲线，凸度值为0.01～0.05mm，表面粗糙度为0.3～0.6um。
4.根据权利要求1所述有效降低冷轧钛带卷各向异性的加工方法，其特征是：所述的将冷轧至目标厚度或接近目标厚度的钛卷进行了完全再结晶退火，退火后钛卷不同部位的晶粒直径依次控制在GR1冷轧钛卷40～65um和GR2冷轧钛卷10～20um，具体方法为：
对于控制晶粒直径为4 0～65um的 GR1冷轧钛卷：
（1）将GR1钛卷轧制至目标厚度或接近目标厚度，轧程变形量为80±10%，钛卷进行紧卷退火，退火温度为720±10℃，保温时间t=5.6×10-4×（D-d）×B min，式中D为钛卷外径，d为钛卷内径，B为钛卷宽度，单位均为mm；
（2）将GR1钛卷轧制至目标厚度或接近目标厚度，轧程变形量为50±10%，钛卷进行紧卷退火，退火温度为650±10℃，保温时间t=6.2×10-4×（D-d）×B min，式中D为钛卷外径，d为钛卷内径，B为钛卷宽度，单位均为mm；
对于控制晶粒直径为10～20um的GR2冷轧钛卷，具体控制方法为：
（1）将GR2钛卷轧制至目标厚度或接近目标厚度，轧程变形量为70±10%，钛卷进行紧卷退火，退火温度为620±10℃，保温时间t=5.2×10-4×（D-d）×B min，式中D为钛卷外径，d为钛卷内径，B为钛卷宽度，单位均为mm；
（2）将GR2钛卷轧制至目标厚度或接近目标厚度，轧程变形量为40±10%，钛卷进行紧卷退火，退火温度为650±10℃，保温时间t=5.6×10-4×（D-d）×B min，式中D为钛卷外径，d为钛卷内径，B为钛卷宽度，单位均为mm。
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