CN103409642B - 一种低屈强比的高强度换热器用钛卷板的加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种低屈强比的高强度换热器用钛卷板加工方法，所述钛卷板的加工方法包括板坯制备、热卷轧制、热卷退火、热卷表面处理、冷轧、脱脂、退火后获取低屈强比的高强度换热器用钛卷板；本发明通过对钛铸锭成分控制，采用钛带卷加工工艺后钛板抗拉强度约在385±15MPa，屈强比不高于70%，由于换热器用钛板抗拉强度的提高，钛板设计厚度可降低10%以上，可以制备出0.5～1.2mm厚度换热器用钛板，本发明相对于现有技术的钛卷板强度高，屈强比低，深冲性能优良，生产成本也得到大幅度的降低。
Description
技术领域
本发明涉及钛卷板生产工艺，具体地说本发明涉及一种低屈强比的高强度换热器用钛卷板加工方法。
背景技术
公知的，换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、航空及其他许多工业部门广泛使用的一种通用工艺设备，而板壳式换热器集中了传统的板式换热器和壳式换热器的优点，尤其是钛制焊接板壳式换热器具有耐腐蚀、压降低、占地小、换热效率高等优点，但因为钛金属是滑移系较少、对称性较差的密排六方金属，且屈服强度与抗拉强度差异较小，即屈强比较高，屈强比绝大部分都在80%以上，而常用的304不锈钢得屈强比约为42%，所以钛金属的塑韧性和深冲性能较不锈钢差很多，这就限制了钛金属结合不锈钢时在换热器行业更广泛的应用。
发明人选择市场主流的换热器用板，将日本不同厂家生产和国内不同厂家生产的换热器用钛板片进行横向力学性能测试，结果表明国内外生产换热器用钛板片抗拉强度普遍不高于340MPa，具体见附图中表1所示，考虑到焊接板壳换热器高压下运行的安全性，就要求钛板具有较大的厚度，针对具备低屈强比的高强度换热器用钛卷板，国内的文献和专利还没有报道。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种低屈强比的高强度换热器用钛卷板加工方法，本发明通过对钛铸锭成分控制，采用钛带卷加工工艺后钛板抗拉强度约在385±15MPa，屈强比不高于70%，由于换热器用钛板抗拉强度的提高，钛板设计厚度可降低10%以上，可以制备出0.5～1.2mm厚度换热器用钛板，本发明相对于现有技术的钛卷板强度高，屈强比低，深冲性能优良，生产成本也得到大幅度的降低。
实现本发明的技术方案如下：
一种低屈强比的高强度换热器用钛卷板加工方法，包括以下步骤：
1)板坯制备：
选用布氏硬度不高于110HB的0级或1级海绵钛和二氧化钛进行混料，采用电子束冷床熔炼纯钛铸锭；
2)热卷轧制：
板坯加热温度840～880℃，保温时间为4～5小时；经5～7个道次热粗轧轧制厚度为20～25mm，再经5或7个道次热精轧厚度为2.5～4.0mmm；
3）热卷退火：
采用悬链式空气退火炉进行在线退火，退火温度为720～760℃，单位长度的退火时间控制在3～5min；
4)热卷表面处理：
将上一步骤的获取热卷采用喷丸酸洗去除热卷表面氧化皮，钢丸粒度0.30～0.50mm，钢丸硬度:45～50HV，投射速度：55～80m/s，投射密度：60～100kg/m2,酸液为12～15%硝酸和2～3%氢氟酸加剩余水混合均匀，酸洗温度控制在40～55℃，单位长度酸洗时间为3～5min；
5)冷轧：
采用多辊可逆轧机或多机架冷连轧机经一个轧程将热卷轧制至0.5～1.0mm，其中冷轧变形率不低于60%；
6)脱脂：
选用碱性清洗液去除冷轧钛带卷表面残留的轧制油脂；
7）退火：
将清洗后的冷轧带卷装入真空退火炉，真空排气至（1～5）×10-2Pa后以5～10℃/min的速率升温至400～500℃，真空保温3～4小时，然后再以0.8～2℃/min的速率升温至650～720℃，保温时间按t=（5.6～6.2）×10-4×（D-d）×B min计算，式中D为钛带卷外径，d为钛带卷内径，B为钛带卷宽度，单位均为mm。
所述的低屈强比的高强度换热器用钛卷板加工方法，在步骤1)中所选用海绵钛的批次化学成分进行配料计算，使混料后的海绵钛原料：O含量为0.05～0.08%，Fe含量不大于0.05%，C含量不大于0.03%，N含量不大于0.01%，氧当量[O]控制在0.095～0.12%之间，氧当量定义为 [O]=O+0.5Fe +0.7C +2.5N；采用电子束冷床熔炼纯钛铸锭，铸锭氧含量较海绵钛约增加0.01%，Fe、C、N杂质元素含量熔炼过程中基本不会增加，熔炼后的钛铸锭成分符合：O含量为0.05～0.08%，Fe含量不大于0.05%，C含量不大于0.03%，N含量不大于0.01%，氧当量位于0.10～0.13%之间。
所述的低屈强比的高强度换热器用钛卷板加工方法，在步骤4)中对喷丸酸洗后热卷上下表面显现出的局部缺陷采用100#千叶轮沿轧制方向去除干净。
所述的低屈强比的高强度换热器用钛卷板加工方法，在步骤4)中清洗液由脱脂剂和脱盐水进行混合，脱脂剂比例为2～4%，脱盐水电导率＜10us，脱脂剂为含量25%以上的NaOH溶液，Cl含量不大于100ppm，Si含量不大于100ppm。
所述的低屈强比的高强度换热器用钛卷板加工方法，在步骤7)中保温结束后炉冷至600℃开启风冷，风冷至300℃开启水冷，水冷至120℃以下出炉。
所述的低屈强比的高强度换热器用钛卷板加工方法，铸锭出炉后双面铣面各3～5mm后按照JB/T 4730.5进行着色渗透，着色渗透检测出的裂纹、气孔、缩孔等缺陷通过不低于60#的手动砂轮修磨去除，修磨部位需圆滑过渡，宽深比不小于10，修磨深度不超过铸锭厚度的5%；板坯规格为（190±10）×(840~1350) ×(5500±200)mm。
所述的低屈强比的高强度换热器用钛卷板加工方法，在退火后钛带卷的头部、中部和尾部分别取样测试晶粒度，晶粒度均在5～8级。
通过上述公开内容，本发明的有益效果是：
本发明所述的低屈强比的高强度换热器用钛卷板加工方法，通过采用电子束冷床炉熔炼出特定成分含量的钛铸锭，经带钛卷加工工艺后钛板抗拉强度约在385±15MPa，屈强比不高于70%，由于换热器用钛板抗拉强度的提高，钛板设计厚度可降低10%以上，可以制备出0.5～1.2mm厚度换热器用钛板，本发明相对于现有技术的钛卷板强度高，屈强比低，深冲性能优良，生产成本也得到大幅度的降低。
说明书附图
图 1 为现有技术的钛板力学性能测试结果；
图2 为本发明的铸锭成分测试结果；
图3 为本发明的铸锭成分测试结果；
图 4为本发明的钛板力学性能测试结果。
具体实施方式
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进。
实施例1：
1)板坯制备：选用布氏硬度105HB的1级海绵钛，海绵钛成分测试结果为Fe=0.034%，C=0.02%,O=0.05%,N=0.007%,氧当量[O]=0.05%+0.5×0.034%+0.7×0.02%+2.5×0.007%≌0.099%。根据电子束冷床纯钛锭熔炼经验，铸锭氧含量较海绵钛约增加0.01%，Fe、C、N杂质元素含量熔炼过程中基本不会增加，熔炼后的钛锭成分符合：O含量为0.05～0.08%，Fe含量不大于0.05%，C含量不大于0.03%，N含量不大于0.01%，氧当量位于0.10～0.13%之间。按照专利文献1所述的[004]～[016]段熔炼铸锭，距铸锭头尾各500mm及铸锭中部取样测试，化学成分测试结果如图3所示。铸锭双面铣面6～10mm后按照JB/T 4730.5进行着色渗透，着色渗透检测出的裂纹、气孔、缩孔等缺陷通过修磨去除，采用不低于60#的手动砂轮修磨，修磨部位圆滑过渡，宽深比不小于10，修磨深度不超过铸锭厚度的5%。板坯规格为190×1270 ×5300mm。
结合图2的铸锭成分测试结果：
2)热卷轧制：板坯加热温度840~880℃，保温时间为4.5小时。经5个道次热粗轧轧制至20.5mm，再经7个道次热精轧至3.0mmm。
3）热卷退火：采用悬链式空气退火炉进行在线退火，退火温度为720℃，单位长度的退火时间为5min。
4)热卷表面处理：采用喷丸酸洗去除热卷表面氧化皮，钢丸粒度0.30～0.50mm，钢丸硬度:45～50HV，投射速度：55～80m/s，投射密度：60～100kg/m2,酸液为（12～15）%硝酸和（2～3）%氢氟酸加剩余水混合均匀，酸洗温度控制在40～55℃，单位长度的酸洗时间为4min。对喷丸酸洗后热卷上下表面显现出的局部缺陷采用100#的千叶轮沿轧制方向去除干净。
5)冷轧：采用多辊可逆轧机或多机架冷连轧机经一个轧程将热卷轧制至0.6mm，冷轧变形率为80%。
6)脱脂：选用碱性清洗液去除冷轧钛带卷表面残留的轧制油脂。清洗液由脱脂剂和脱盐水进行混合，脱脂剂比例为3%，脱盐水电导率＜10us，脱脂剂为含量25%以上的NaOH溶液，Cl含量不大于100ppm，Si含量不大于100ppm。
7）退火：将清洗后的冷轧带卷(规格参数D=1270mm，d=610mm，B=1250mm)装入真空退火炉，真空排气至3.2×10-2Pa后以5℃/min的速率升温至450℃，真空保温4小时，然后再以0.8℃/min的速率升温至680℃，保温时间按t=6.0×10-4×（D-d）×B min计算为8小时15分钟，保温结束后炉冷至600℃开启风冷，风冷至300℃开启水冷，水冷至120℃以下出炉。在退火后钛带卷的头部、中部和尾部依次取样测试晶粒度，晶粒度依次为5.5级、6.5级和5.5级。力学性能和杯突值测试结果如图4中实施例1所示。
实施例2：
1)板坯制备：选用布氏硬度98HB的0级海绵钛，海绵钛成分测试结果为Fe=0.04%，C=0.008%,O=0.042%,N=0.004%,氧当量[O]=0.042%+0.5×0.04%+0.7×0.008%+2.5×0.004%≌0.078%。根据电子束冷床纯钛锭熔炼经验，铸锭氧含量较海绵钛约增加0.01%，Fe、C、N杂质元素含量熔炼过程中基本不会增加，要使熔炼后的钛锭成分符合：O含量为0.05～0.08%，氧当量位于0.10～0.13%之间，需添加二氧化钛。氧当量按目标值0.115设计，添加二氧化钛增氧值为0.115%-0.01%-0.078%=0.027%，经计算100公斤海绵钛中加入二氧化钛的重量m=0.027÷0.45×1000=60g，海绵钛与二氧化钛经德国OAS自动配料线混料仓完成规定时间的旋转、摇匀后倒入输送辊道进入电子束冷床炉加料室。按照专利文献1所述的[004]～[016]段熔炼铸锭，距铸锭头尾各500mm及铸锭中部取样测试，化学成分测试结果如图4所示。铸锭双面铣面6～10mm后按照JB/T 4730.5进行着色渗透，着色渗透检测出的裂纹、气孔、缩孔等缺陷通过修磨去除，采用不低于60#的手动砂轮修磨，修磨部位圆滑过渡，宽深比不小于10，修磨深度不超过铸锭厚度的5%。板坯规格为192×1270 ×5300mm。
结合图3的铸锭成分测试结果：
2)热卷轧制：板坯加热温度840~880℃，保温时间为4.5小时。经5个道次热粗轧轧制至22mm，再经7个道次热精轧至4.0mmm。
3）热卷退火：采用悬链式空气退火炉进行在线退火，退火温度为760℃，单位长度的退火时间为4min。
4)热卷表面处理：采用喷丸酸洗去除热卷表面氧化皮，钢丸粒度0.30～0.50mm，钢丸硬度:45～50HV，投射速度：55～80m/s，投射密度：60～100kg/m2,酸液为（12～15）%硝酸和（2～3）%氢氟酸加剩余水混合均匀，酸洗温度控制在40～55℃，单位长度的酸洗时间为4min。对喷丸酸洗后热卷上下表面显现出的局部缺陷采用100#的千叶轮沿轧制方向去除干净。
5)冷轧：采用多辊可逆轧机或多机架冷连轧机经一个轧程将热卷轧制至0.8mm，冷轧变形率为80%。
6)脱脂：选用碱性清洗液去除冷轧钛带卷表面残留的轧制油脂。清洗液由脱脂剂和脱盐水进行混合，脱脂剂比例为3%，脱盐水电导率＜10us，脱脂剂为含量25%以上的NaOH溶液，Cl含量不大于100ppm，Si含量不大于100ppm。
7）退火：将清洗后的冷轧带卷(规格参数D=1250mm，d=610mm，B=1250mm)装入真空退火炉，真空排气至3.2×10-2Pa后以5℃/min的速率升温至450℃，真空保温4小时，然后再以0.8℃/min的速率升温至700℃，保温时间按t=6.0×10-4×（D-d）×B min计算为8小时，保温结束后炉冷至600℃开启风冷，风冷至300℃开启水冷，水冷至120℃以下出炉。在退火后钛带卷的头部、中部和尾部依次取样测试晶粒度，晶粒度依次为5.5级、6.5级和6级。力学性能和杯突值测试结果如图4中实施例2所示。
通过图4可以看出利用本发明所述的低屈强比的高强度换热器用钛卷板加工方法加工出的换热器用钛卷板比现有技术加工出的换热器用钛卷板的屈强比低，减少了钛卷板的厚度，大大降低了生产成本。
本发明未详述部分为现有技术。
Claims (6)
1.一种低屈强比的高强度换热器用钛卷板加工方法，其特征是：钛卷板的加工方法包括以下步骤：
1)板坯制备：
选用布氏硬度不高于110HB的0级或1级海绵钛和二氧化钛进行混料，所选用海绵钛的批次化学成分进行配料计算，使混料后的海绵钛原料：O含量为0.05～0.08%，Fe含量不大于0.05%，C含量不大于0.03%，N含量不大于0.01%，氧当量[O]控制在0.095～0.12%之间，氧当量定义为 [O]=O+0.5Fe +0.7C +2.5N；采用电子束冷床熔炼纯钛铸锭，铸锭氧含量较海绵钛约增加0.01%，Fe、C、N杂质元素含量熔炼过程中基本不会增加，熔炼后的钛铸锭成分符合：O含量为0.05～0.08%，Fe含量不大于0.05%，C含量不大于0.03%，N含量不大于0.01%，氧当量位于0.10～0.13%之间，采用电子束冷床熔炼纯钛铸锭；
2)热卷轧制：
板坯加热温度840～880℃，保温时间为4～5小时；经5～7个道次热粗轧轧制厚度为20～25mm，再经5或7个道次热精轧厚度为2.5～4.0mmm；
3）热卷退火：
采用悬链式空气退火炉进行在线退火，退火温度为720～760℃，单位长度的退火时间控制在3～5min；
4)热卷表面处理：
将上一步骤的获取热卷采用喷丸酸洗去除热卷表面氧化皮，钢丸粒度0.30～0.50mm，钢丸硬度:45～50HV，投射速度：55～80m/s，投射密度：60～100kg/m2,酸液为12～15%硝酸和2～3%氢氟酸加剩余水混合均匀，酸洗温度控制在40～55℃，单位长度酸洗时间为3～5min；
5)冷轧：
采用多辊可逆轧机或多机架冷连轧机经一个轧程将热卷轧制至0.5～1.0mm，其中冷轧变形率不低于60%；
6)脱脂：
选用碱性清洗液去除冷轧钛带卷表面残留的轧制油脂；
7）退火：
将清洗后的冷轧带卷装入真空退火炉，真空排气至“1～5”×10-2Pa后以5～10℃/min的速率升温至400～500℃，真空保温3～4小时，然后再以0.8～2℃/min的速率升温至650～720℃，保温时间按t=“5.6～6.2”×10-4דD-d”×B min计算，式中D为钛带卷外径，d为钛带卷内径，B为钛带卷宽度，单位均为mm。
2.根据权利要求1所述的低屈强比的高强度换热器用钛卷板加工方法，其特征是：在步骤4)中对喷丸酸洗后热卷上下表面显现出的局部缺陷采用100#千叶轮沿轧制方向去除干净。
3.根据权利要求1所述的低屈强比的高强度换热器用钛卷板加工方法，其特征是：在步骤4)中清洗液由脱脂剂和脱盐水进行混合，脱脂剂比例为2～4%，脱盐水电导率＜10us，脱脂剂为含量25%以上的NaOH溶液，Cl含量不大于100ppm，Si含量不大于100ppm。
4.根据权利要求1所述的低屈强比的高强度换热器用钛卷板加工方法，其特征是：在步骤7)中保温结束后炉冷至600℃开启风冷，风冷至300℃开启水冷，水冷至120℃以下出炉。
5.根据权利要求1所述的低屈强比的高强度换热器用钛卷板加工方法，其特征是：铸锭出炉后双面铣面各3～5mm后按照JB/T 4730.5进行着色渗透，着色渗透检测出的裂纹、气孔、缩孔的缺陷通过不低于60#的手动砂轮修磨去除，修磨部位需圆滑过渡，宽深比不小于10，修磨深度不超过铸锭厚度的5%；板坯规格为“190±10”ד840～1350” ד5500±200”mm。
6.根据权利要求1所述的低屈强比的高强度换热器用钛卷板加工方法，其特征是：在退火后钛带卷的头部、中部和尾部分别取样测试晶粒度，晶粒度均在5～8级。
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