CN105886983A - 一种钛钯合金的卷式生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钛钯合金的卷式生产方法，通过熔炼合格铸锭、热轧和退火酸洗获得良好热轧卷，利用卷式冷轧法生产钛钯合金，使耐蚀钛钯合金的生产效率更高、品质更好、成本也更低；所得产品成分合格、生产效率高、产品外观和板形好，板坯的成分合格、合金元素的波动较小，单卷重量不低于4t、可生产厚度范围0.5~3mm的耐蚀钛钯合金板或卷，钛材成品宽度可实现≥900mm，轧程变形量大，生产效率高、外观质量好、成本较低，整板（厚度×1000×2000mm）不平度可实现≤5mm/m。

Description

一种钛钯合金的卷式生产方法

技术领域

本发明涉及钛钯钛材的生产技术领域，具体的说是一种钛钯合金的卷式生产方法。

背景技术

工业纯钛具有比强度高、耐蚀性好等优点，在海水、氧化性酸介质中具有良好的耐蚀性，但是在盐酸、硫酸等还原性介质中耐蚀性较差，容易发生活性溶解、并发生明显的腐蚀。在工业纯钛中添加低含量的钯（Pd）后，既在氧化性介质中具有优良的耐蚀性，也可显著提高钛在还原性介质中的耐蚀性，同时对缝隙腐蚀具有更大的抵抗能力，钛钯合金还具有吸氢能力小、不易产生氢脆的特点。

在钛中添加氢过电位小的钯后，钛被腐蚀时能在钛表面高浓度沉积富集，可使钛在还原性酸环境中钝化，从而抑制或阻隔钛被进一步侵蚀。纯钛中添加少量Pd，既保持了纯钛材的性能、具有工业纯钛的冷热加工性能和较高的塑性，同时显著提高了耐蚀性，能够抗缝隙腐蚀、抗还原性酸，同时晶粒会得到一些细化，因此钛钯合金广泛应用于选矿、石油精制、化工和耐蚀设备等领域。

Pd的价格较贵，Pd元素的密度为12.02g/cm³、比Ti的密度（4.5g/cm³）大得多，Pd的熔点为1552℃、比Ti的熔点稍低些。钯的比重大，获得大规格且成分均匀的铸锭有困难，因此工业化批量生产还较少。

国标GB/T3620.1-2007中，商业化的常见含钯钛合金是TA8/TA8-1和TA9/TA9-1，TA8和TA9合金中Fe、O含量分别不超过0.3%和0.25%，而TA8-1/TA9-1中Fe、O含量分别是不超过0.2%和0.18%，低Fe、低O含量的TA8-1和TA9-1耐蚀性会更好些。TA9/TA9-1合金是纯钛中添加0.2%左右的钯，耐蚀性良好，用途广泛，但由于钯的价格较高，成本是常见TA2、TA3钛材的两倍左右；而TA8/TA8-1含钯0.05%左右、成本比TA9/TA9-1约低20%，但是耐蚀性差异较小，因此TA8/TA8-1在选矿、化工和石油等领域的应用也很广泛。TA8/TA8-1和TA9/TA9-1这几种合金的抗缝隙腐蚀性能较高，可用于深加工的耐蚀部件、密封面等易产生缝隙腐蚀和结垢的部件。

TA8/TA8-1物理和力学性能与TA1接近，TA9/TA9-1的物理和力学性能与TA2接近，这几种合金都是采用热轧单张板的方式生产、薄板采用冷轧单张板的方式生产，生产效率低、批量小、成本高。因为钯是高密度元素、熔炼时容易引起铸锭成分不均匀，以大板坯卷式方法生产，存在很大风险和一些技术难题，国内还没有见到采用卷式冷轧法连续生产的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种钛钯合金的卷式生产方法，通过熔炼合格铸锭、热轧和退火酸洗获得良好热轧卷，利用卷式冷轧法生产钛钯合金，使耐蚀钛钯合金的生产效率更高、品质更好、成本也更低。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种钛钯合金的卷式生产方法，包括以下步骤：

1）使用不低于0级的海绵钛，与钯粉或钯箔混合后压制电极，混料时在层状海绵钛颗粒上均匀撒上纯度不低于99.9%的钯粉或钯箔，压制后在真空环境下焊接为电极；然后进行熔炼，获得重量不低于4t、成分均匀的铸锭，铸锭扒皮车光获得合格板坯，超声探伤不低于B级；锻造和整形后得到铸态组织破碎、组织均匀的钛钯合金板坯，所得板坯厚度120~200mm、宽度900~1300mm；

2）将步骤1）所得板坯置于步进炉中加热，于860~910℃保温，加热时间的设定保证充分均热，加热保温后进行多道次粗轧和精轧，终轧温度不低于500℃，粗轧时展宽10~20mm，精轧至最终厚度，获得3~5mm厚度的热轧卷；热轧卷在炉内连续退火，退火温度680~760℃、时间5~30min，退火后进行抛丸和酸洗；

3）将步骤2）所得热轧卷进行多道次轧制，道次变形量≤12%、轧程变形量不超过60%，轧程之间对表面缺陷修磨抛光处理，卷式半成品采用真空罩式炉退火、保温时间根据公式t(min)=1.4×10^-3min/mm²×卷宽×卷壁厚计算得出，成品采用卷式真空罩式炉退火或分切成板块成摞压矫形大气退火，退火温度650~720℃；

4）真空罩式炉退火后，进行平整和辊式矫直机矫形后分切，板块成摞压矫形退火后进行碱酸洗或喷砂酸洗，实现整板不平度≤5mm/m。

所述步骤1）中海绵钛为3~12.7mm小颗粒钛。

所述步骤2）中，酸洗采用硝酸和氢氟酸混合酸浸渍法，温度35~60℃。

所述步骤2）中，板坯置于步进炉中用天然气加热。

所述步骤1）中熔炼使用真空自耗电弧炉。

所述步骤3）中热轧卷采用可逆轧机AGC方式、在张力作用下进行多道次轧制。

本发明的有益效果：

本发明提供的钛钯合金的卷式生产方法，混料时在层状海绵钛颗粒上均匀撒上纯度不低于99.9%的钯粉或钯箔，然后进行熔炼；板坯的成分合格、合金元素的波动较小，单卷重量不低于4t，可生产厚度范围0.5~3mm的耐蚀钛钯合金板或卷，钛材成品宽度可实现≥900mm，轧程变形量大，生产效率高、外观质量好、成本较低，整板（厚度×1000×2000mm）不平度可实现≤5mm/m；所得产品成分合格、生产效率高、产品外观和板形好；

本发明提供的钛钯合金的卷式生产方法，所得产品尺寸精度高、批次稳定性好、质量一致性好，同批次板材的力学性能和微观组织的均匀一致程度较高，厚度公差精度高、同板差小，通常可实现GB/T 3621-2007中要求厚度偏差的一半，同批次产品性能稳定性和一致性好。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述。

一种钛钯合金的卷式生产方法，包括以下步骤：

1）使用不低于0级的海绵钛，与钯粉或钯箔混合后压制电极，混料时在层状海绵钛颗粒上均匀撒上纯度不低于99.9%的钯粉或钯箔，压制后在真空环境下焊接为电极；然后进行熔炼，获得重量不低于4t、成分均匀的铸锭，铸锭扒皮车光获得合格板坯，超声探伤不低于B级；锻造和整形后得到铸态组织破碎、组织均匀的钛钯合金板坯，所得板坯厚度120~200mm、宽度900~1300mm；

2）将步骤1）所得板坯置于步进炉中加热，于860~910℃保温，加热时间的设定保证充分均热，加热保温后进行多道次粗轧和精轧，终轧温度不低于500℃，粗轧时展宽10~20mm，精轧至最终厚度，获得3~5mm厚度的热轧卷；热轧卷在炉内连续退火，退火温度680~760℃、时间5~30min，退火后进行抛丸和酸洗；

3）将步骤2）所得热轧卷采用可逆轧机AGC方式、在张力作用下进行多道次轧制，道次变形量≤12%、轧程变形量不超过60%，轧程之间对表面缺陷修磨抛光处理，卷式半成品采用真空罩式炉退火、保温时间根据公式t(min)=1.4×10^-3min/mm²×卷宽×卷壁厚计算得出，成品采用卷式真空罩式炉退火或分切成板块成摞压矫形大气退火，退火温度650~720℃；

4）真空罩式炉退火后，进行平整和辊式矫直机矫形后分切，板块成摞压矫形退火后进行碱酸洗或喷砂酸洗，实现整板不平度≤5mm/m。

实施例1：

选用粒度3~12.7mm 0级海绵钛，挑选去除外观明显异常的颗粒，使用布料设备层状平铺海绵钛、在上面均匀撒纯Pd粉（纯度大于99.95%），然后压制和焊接电极；采用德国ALD真空自耗电弧炉进行二次熔炼，制备TA8-1合金，板坯多处测试Pd含量为0.06~0.08%、O含量0.05~0.06%，成分合格、Pd元素没有明显偏析现象。经过锻造、整形和铣面后得到探伤级别达到A级的合格TA8-1板坯，板坯名义尺寸为180×1050×6000mm、重量5.1t。

经天然气加热和880±20℃保温后，通过粗轧和精轧，制备出4.5mm厚TA8-1热轧钛卷，随后进行730℃±20℃退火、抛丸除氧化皮和酸洗，酸洗重复进行两次，酸洗失重率约1.5%，钛卷表面质量良好、氧化皮去除干净、缺陷很少。热轧TA8-1卷晶粒度8级，抗拉强度363MPa、屈服强度286MPa、延伸率36%。

对热轧卷表面局部缺陷修磨后，进行两轧程的冷轧，半成品轧程变形率约55%、道次变形率≤12%，获得2mm厚冷轧钛卷；去除表面轧制油，进行罩式真空炉卷式退火，退火温度660℃、保温时间约8h。随后进行成品轧制变形，变形量约50%，获得1mmTA8-1钛卷，脱脂除油后，进行650℃罩式真空炉卷式退火、保温约8h，出炉后进行变形量不超过1.5%的平整，进行切边分条和23辊矫直机矫直，然后分切为需要规格的板材，如1×1000×2000mm，板材不平度≤5mm/m、表面质量良好。成品板材的性能和尺寸公差等见表1。

表1中延伸率标距为A15mm。卷式生产分切的成品钛板，公差基本相当于GB/T3621-2007的一半、同板差小，钛板的性能良好、横纵向差异较小。

表1 1mm厚成品TA8-1板性能和组织

实施例2：

采用与实施例1相同的方法制备TA8板坯、锻造和制备4.5mm热轧卷，退火酸洗态，板坯Pd含量0.05~0.08%、O含量0.05~0.065%。

对热轧卷表面修磨后进行多道次冷轧，轧程变形率约54%、道次变形率≤12%，获得厚度2mm冷轧钛卷；轧制后进行脱脂去除轧制油，接着进行真空罩式炉退火，退火温度650℃、保温时间约8h。退火后冷却到200℃以下，出炉空冷；冷却到室温后，可进行变形量≤1.5%的平整轧制，改善板形、减小不平度；随后利用矫直机进行矫直，然后分切成2×1000×2000mm成品板材，不平度达到≤5mm/m。

分切少量冷轧态2mm板进行大气压矫形退火，5张TA8板压50mm钢板进行650℃大气退火，然后进行碱酸洗，钛板不平度达到≤5mm/m。

冷轧卷真空炉罩式退火，优点是表面光亮、粗糙度低（≤2μm）、退火效率高、成本低；缺点是退火后卷材头尾位置性能和组织会有一些差异、板形不太好，多适用于厚度较薄的成品卷退火。成品卷材的厚度≤1mm时多用罩式炉退火，成品卷材的厚度＞1mm时，可以用罩式炉退火、也可以分切成板块成摞退火或单张退火+成摞压矫形退火；罩式炉退火一般适用于厚度≤2mm成品板，厚度更厚的钛板矫直较困难、也难以实现良好的平直度，因此厚度大于2mm的成品板多用成摞压矫形退火方式、退火和矫形同时进行。

罩式炉真空退火，可实现光亮表面，但是若有缺陷存在，需要修磨去除，此时的表面会有明显色差，需要喷砂+酸洗或碱酸洗方法处理。真空退火态和大气成摞退火态2mm厚TA8板性能和组织见表2。

表2 2mm厚TA8板性能和组织（横向）

表2中拉伸试样延伸率测试时为A50mm标距。大气压矫形退火传热快、均热效率高，退火后钛板的强度稍低些、晶粒稍粗些。

实施例3：

采用与实施例1相似的方法制备TA9铸锭、三次熔炼、锻造和制备5mm热轧卷、退火酸洗态，板坯的Pd含量0.15~0.23%、O含量0.05~0.07%。

对热轧卷表面修磨后进行多道次冷轧，轧程变形率约40%、道次变形率≤10%，获得厚度3mm冷轧钛卷；轧制后进行脱脂去除轧制油，接着分切成3×1000×2000mm板材，25张为一摞、压50mm钢板进行650℃成摞压矫形退火，随后进行喷砂+酸洗处理，钛板不平度达到≤5mm/m。

大气退火态3mm厚TA9板性能和组织见表3。

表3 3mm厚TA9板性能和组织（横向）

表3中拉伸试样延伸率测试时为A50mm标距。

Claims (6)

1.一种钛钯合金的卷式生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）使用不低于0级的海绵钛，与钯粉或钯箔混合后压制，压制后在真空环境下焊接为电极，混料时在层状海绵钛颗粒上均匀撒上纯度不低于99.9%的钯粉或钯箔；然后进行熔炼，获得重量不低于4t、成分均匀的铸锭，铸锭扒皮车光获得合格板坯，超声探伤不低于B级；锻造和整形后得到铸态组织破碎、组织均匀的钛钯合金板坯，所得板坯厚度120~200mm、宽度900~1300mm；

2）将步骤1）所得板坯置于步进炉中加热，于860~910℃保温，加热时间的设定保证充分均热，加热保温后进行多道次粗轧和精轧，终轧温度不低于500℃，粗轧时展宽10~20mm，精轧至最终厚度，获得3~5mm厚度的热轧卷；热轧卷在炉内连续退火，退火温度680~760℃、时间5~30min，退火后进行抛丸和酸洗；

3）将步骤2）所得热轧卷进行多道次轧制，道次变形量≤12%、轧程变形量不超过60%，轧程之间对表面缺陷修磨抛光处理，卷式半成品采用真空罩式炉退火、保温时间根据公式t(min)=1.4×10^-3min/mm²×卷宽×卷壁厚计算得出，成品采用卷式真空罩式炉退火或分切成板块成摞压矫形大气退火，退火温度650~720℃；

4）真空罩式炉退火后，进行平整和辊式矫直机矫形后分切，板块成摞压矫形退火后进行碱酸洗或喷砂酸洗，实现整板不平度≤5mm/m。

2.如权利要求1所述的钛钯合金的卷式生产方法，其特征在于：所述步骤1）中海绵钛为3~12.7mm小颗粒钛。

3.如权利要求1所述的钛钯合金的卷式生产方法，其特征在于：所述步骤2）中，酸洗采用硝酸和氢氟酸混合酸浸渍法，温度35~60℃。

4.如权利要求1所述的钛钯合金的卷式生产方法，其特征在于：所述步骤2）中，板坯置于步进炉中用天然气加热。

5.如权利要求1所述的钛钯合金的卷式生产方法，其特征在于：所述步骤1）中熔炼使用真空自耗电弧炉。

6.如权利要求1所述的钛钯合金的卷式生产方法，其特征在于：所述步骤3）中热轧卷采用可逆轧机AGC方式、在张力作用下进行多道次轧制。