CN109317518B - 一种钛板热连轧规模化制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛板热连轧规模化制备方法，包括以下步骤：1)加热，2)粗轧，3)精轧，4)卷曲，5)焊接，6)酸洗退火。本发明在传送辊上设置了保温罩，保证了钛板轧制所需的温度，钛锭加热前，对钛锭边部进行切角，切角减小了钛板边部的鼓形变形，保证了钛板轧制成型的板型。
Description
技术领域
本发明属于热轧技术领域，特别涉及一种钛板热连轧规模化制备方法。
背景技术
金属钛具有轻质、高强、耐腐蚀、高温性能好等优点，具有重要的应用价值和广阔的应用前景，因为被称为“第三金属”和“21世纪的金属”；板带材是钛及钛合金加工材的主要产品，占钛加工材消费量的60％以上，主要应用在国防军工、航空航天、石油化工、制盐制碱、冶金、船舶海滨电站、医疗和体育等行业；由于钛及钛合金热轧温度范围窄，变形抗力大，在高温下金属活泼，容易氧化；
在钛的生产工艺流程中，热轧工艺技术和装备是钛及钛合金板带材生产过程中的重点和难点，相比于钢铁、铜铝等金属板带的生产，钛及钛合金板带的生产需考虑以下特性:
(1)钛的晶体结构为密排六方，力学性能呈现出显著的各向异性，常温下仅有三个滑移面(基面、棱锥面、棱柱面)和一个滑移方向(钛有两种同质异晶体:882℃以下为密排六方的α钛，882℃以上为体心立方的β钛)，钛晶体变形难度大，具有较高的屈服极限；
(2)钛在高温下与氧亲和力强，加热初期，金属表面会形成一层致密的氧化膜，可阻止氧进一步向基体扩散；当加热到500℃以上时，钛氧化膜成为多孔状，变厚且易剥落，氧元素通过膜中的小孔不断向基体扩散，在钛内部形成硬脆层，使其塑性降低；加热到650℃以上时，钛与氧反应强烈；加热到700℃以上时，开始与氮发生反应，形成表面吸气层，会恶化钛的变形性能；另外，在还原性气氛中加热时，钛的吸氢效应特别强烈，会使氢扩散到金属内部，降低其塑性；
(3)钛的热轧温度范围窄，金属温降快，轧制时的变形抗力大，加工硬化显著，另外，如果轧制时的道次压下率过大或轧制速度过高，不仅热轧坯料咬入困难，而且容易出现轧制开裂，产品表面质量差，坯料与轧辊出现粘结等现象。
现有的钛板轧制时，由于钛板开坯轧制时属于高轧件轧制变形，变形区几何形状系数很小，变形后钛板侧面成双鼓型，表现为钛板上下表层的金属宽展系数要大于中部的宽展系数，即β表＞β中，由于β＝b/B(B、b为变形前后宽度，β为宽展系数)，影响钛板的成型板型，从而影响钛板的成型质量。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中不足，提供一种钛板热连轧规模化制备方法，在传送辊上设置了保温罩，保证了钛板轧制所需的温度，钛锭加热前，对钛锭边部进行切角，切角减小了钛板边部的鼓形变形，保证了钛板轧制成型的板型。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种钛板热连轧规模化制备方法，包括以下步骤：
1)加热
钛锭加热前，对钛锭边部进行切角，切角尺寸为(20～30)mm×45°，然后将钛锭送入加热炉内进行加热，所述钛锭厚度为150mm～260mm，加热炉采用连续步进式加热炉，其中预热段温度为450℃～500℃，加热时间为90min～108min，一加段温度为700℃～760℃，加热时间为40min～48min，二加段温度为860℃～960℃，加热时间为30min～36min，均热段温度为860℃～960℃，加热时间为30min～36min；总加热时间控制在190min～220min，加热炉内炉压控制在5～15Pa，防止加热炉外部的冷空气吸入炉内造成热量损失；加热炉内各段的残氧量≤5％，防止钛锭生成氧化渣；
2)粗轧
加热后的钛锭通过传送辊运送至粗轧机，在侧导板上设置保温罩，避免了钛板在轧制过程中温降过快，造成轧制硬化，影响钛板的轧制效果，粗轧机采用循环可逆轧机，粗轧时对钛锭进行循环5道次轧制，首道次压下率小于等于8％，二道次压下率控制在25％～28％之间，三道次压下率控制在30％～35％之间，四道次压下率控制在40％～42％之间，五道次压下率控制在43％～45％，粗轧总压下率控制在82％～87％之间；侧导板开口度(即侧导板间的距离)为钛板成型宽度的1.02～1.06倍；
3)精轧
粗轧后的钛板通过传送辊运送至精轧机组，精轧采用8架轧机组成，精轧总压下率控制在50％～92.3％；精轧入口温度≥750℃，终轧温度≥650℃；
4)卷曲
钛板精轧后送入卷曲机进行卷带，并保证卷曲温度控制在580℃～700℃之间；
5)焊接
将钛板带卷开平并将相邻带卷的首尾连接并满焊；
6)酸洗退火
将开平并焊接后的钛板转运至酸洗退火线，退火采用步进式加热，其中预热段温度≤500℃，一加段、二加段、均热段按照600～900℃呈阶梯状布置，炉内张力控制在20～35KN/cm2；
钛板退火后通入酸洗池内进行酸洗，酸洗速度控制在3～5m/s，将钛板表面的氧化皮除掉，保证了钛板的成型的质量；酸洗液采用硫酸和浓硝酸与氢氟酸组成的混酸。
优选的，步骤6)中，酸洗液中硫酸的浓度为100mg/L～200mg/L，浓硝酸的浓度为80mg/L～200mg/L，氢氟酸的浓度为5mg/L～35mg/L。
优选的，步骤5)中，钛板焊接采用搭接焊，钛板首尾满焊后，在焊缝上对接的钛板上设置若干搭板，并将搭板与钛板满焊，搭板由废钛板制成，搭板增强了钛板连接的强度，避免了钛板在输送过程中开裂造成停机。
优选的，精轧机一侧设有吹扫装置，所述吹扫装置位于粗轧机与精轧机之间且靠近精轧机一侧；吹扫装置将钛板表面的杂质吹落，避免了杂质被精轧机压入钛板表面，造成钛板表面凹坑等缺陷。
优选的，所述吹扫装置包括U型架、进气管、分气管、出气管、喷头、托板、安装板，两侧的侧导板一侧均设有U型架，U型架一侧设有进气管，进气管与空气压缩机连通，所述进气管一侧设有两根对称布置的分气管，分气管固定在U型架内侧，且分气管与进气管通过三通连接，分气管末端设有若干均匀布置的出气管，出气管一端设有喷头；所述U型架下部一侧设有托板，U型架通过连杆Ⅰ与托板固定连接，托板下部一侧设有对称布置的凸耳，一侧的凸耳设有内螺纹，另一侧的凸耳上设有光孔，所述托板下部一侧设有双头螺柱，双头螺柱两端的螺纹旋向相反，双头螺柱安装在设有内螺纹的凸耳内；所述双头螺柱一侧设有导轨，导轨安装在设有光孔的凸耳内，双头螺柱与导轨两端安装在安装板上，其中，双头螺柱与安装板通过轴承活动连接，且双头螺柱一端设有手轮；根据钛板的宽度摇动手轮调节U型架间距离，适用于不同规格的钛板制备过程中的吹扫；压缩空气通过喷头对钛板表面的杂质进行喷吹，避免了杂质被精轧机压入钛板表面，造成钛板表面凹坑等缺陷。
优选的，所述出气管为万向竹节管，便于调整喷头的角度。
优选的，所述喷头为扇形喷头，且钛板两侧的喷头呈伞状布置，喷头的吹扫方向向钛板的边部倾斜，伞状布置的喷头将钛板表面的杂质由钛板中部逐级向钛板边部吹扫，增强了钛板的吹扫效果。
优选的，所述传送辊一侧设有打磨装置，所述打磨装置包括横梁、连杆Ⅱ、油石，传送辊下部的立柱间设有横梁，横梁上部一侧设有连杆Ⅱ，连杆Ⅱ上部一侧设有油石，油石上表面为弧形且半径与传送辊的外径相等；传送辊在电机的带动下转动时，油石将传送辊表面的灰尘、氧化渣清理掉，避免了传送辊表面的杂质对钛板表面划伤，保证了钛板的表面质量。
优选的，所述连杆Ⅱ外部设有套筒，套筒固定安装在横梁上，所述套筒内部设有弹簧，弹簧一端与横梁固定连接，另一端与连杆Ⅱ底部固定连接，弹簧保证了油石始终与传送辊接触，从而保证了打磨装置对传送辊的清理效果，减少了钛板表面的划伤。
本发明与现有技术相比较有益效果表现在：
1)在传送辊上设置了保温罩，保证了钛板轧制所需的温度，钛锭加热前，对钛锭边部进行切角，切角减小了钛板边部的鼓形变形，保证了钛板轧制成型的板型；
2)钛板焊接采用搭接焊，钛板首尾满焊后，在焊缝上对接的钛板上设置若干搭板，并将搭板与钛板满焊，搭板由废钛板制成，搭板增强了钛板连接的强度，避免了钛板在输送过程中开裂造成停机；
3)精轧机一侧设有吹扫装置，吹扫装置位于粗轧机与精轧机之间且靠近精轧机一侧；吹扫装置将钛板表面的杂质吹落，避免了杂质被精轧机压入钛板表面，造成钛板表面凹坑等缺陷；
4)出气管为万向竹节管，便于调整喷头的角度；喷头为扇形喷头，且钛板两侧的喷头呈伞状布置，喷头的吹扫方向向钛板的边部倾斜，伞状布置的喷头将钛板表面的杂质由钛板中部逐级向钛板边部吹扫，增强了钛板的吹扫效果；
5)传送辊在电机的带动下转动时，油石将传送辊表面的灰尘、氧化渣清理掉，避免了传送辊表面的杂质对钛板表面划伤，保证了钛板的表面质量；
6)弹簧保证了油石始终与传送辊接触，从而保证了打磨装置对传送辊的清理效果，减少了钛板表面的划伤。
附图说明
附图1是本发明一种钛板热连轧规模化制备方法中钛锭结构示意图；
附图2是本发明一种钛板热连轧规模化制备方法中A局部放大图；
附图3是本发明一种钛板热连轧规模化制备方法中精轧生产线结构示意图；
附图4是本发明一种钛板热连轧规模化制备方法中吹扫装置结构示意图；
附图5是本发明一种钛板热连轧规模化制备方法中打磨装置结构示意图；
附图6是本发明一种钛板热连轧规模化制备方法中打磨装置剖面图；
附图7是本发明一种钛板热连轧规模化制备方法中焊接示意图；
附图8是本发明一种钛板热连轧规模化制备方法中喷头位置布置及吹扫方向示意图；
图中：1-钛锭，2-切角，3-粗轧机，4-钛板，5-精轧机，6-吹扫装置，7-打磨装置，8-保温罩，9-侧导板，61-U型架，62-进气管，63-分气管，64-出气管，65-喷头，66-连杆Ⅰ，67-托板，68-安装板，69-双头螺柱，70-导轨，71-手轮，72-凸耳，73-传送辊，74-立柱，75-横梁，76-套筒，77-连杆Ⅱ，78-弹簧，79-油石，80-焊缝，81-搭板，82-吹扫方向。
具体实施方式
为方便本技术领域人员的理解，下面结合附图1-8，对本发明的技术方案进一步具体说明。
实施例1
一种钛板热连轧规模化制备方法，包括以下步骤：
1)加热
钛锭牌号采用TA1，钛锭1加热前，对钛锭1边部进行切角，切角2尺寸为25mm×45°，然后将钛锭1送入加热炉内进行加热，所述钛锭1厚度为200mm，宽度为1200mm，加热炉采用连续步进式加热炉，其中预热段温度为470℃，加热时间为100min，一加段温度为750℃，加热时间为45min，二加段温度为950℃，加热时间为35min，均热段温度为950℃，加热时间为35min；总加热时间为215min，加热炉内炉压控制在5～15Pa，防止加热炉外部的冷空气吸入炉内造成热量损失；加热炉内各段的残氧量≤5％，防止钛锭1生成氧化渣；
2)粗轧
加热后的钛锭1通过传送辊73运送至粗轧机3，在侧导板9上设置保温罩8，避免了钛板在轧制过程中温降过快，造成轧制硬化，影响钛板4的轧制效果，粗轧机3采用循环可逆轧机，粗轧时对钛锭1进行循环5道次轧制，首道次压下率为7.5％，首道次压下量为15mm，二道次压下率控制为26％，三道次压下率为30.7％，四道次压下率为42％，五道次压下率为45％；粗轧总压下量为170mm，侧导板9开口度(即侧导板9间的距离)为1300mm；
3)精轧
粗轧后的钛板4通过传送辊73运送至精轧机组，精轧采用8架轧机组成，精轧总压下率为83.3％，终轧成型宽度为1250mm，厚度为3mm；精轧入口温度为820℃，终轧温度740℃；
4)卷曲
钛板精轧后送入卷曲机进行卷带，卷曲温度为650℃；
5)焊接
将钛板4带卷开平并将相邻带卷的首尾连接并满焊；
6)酸洗
将开平并焊接后的钛板4转运至酸洗退火线，退火采用步进式加热，其中预热段温度500℃，一加段、二加段、均热段按照600～900℃呈阶梯状布置，炉内张力控制在20～35KN/cm2；
钛板4退火后通入酸洗池内进行酸洗，酸洗速度控制在3m/s～5m/s，将钛板4表面的氧化皮除掉，保证了钛板4的成型的质量；酸洗液采用硫酸和浓硝酸与氢氟酸组成的混酸；
步骤6)中，酸洗液中硫酸的浓度为100mg/L～200mg/L，浓硝酸的浓度为80mg/L～200mg/L，氢氟酸的浓度为5mg/L～35mg/L。
步骤5)中，钛板4焊接采用搭接焊，钛板4首尾满焊后，在焊缝80上对接的钛板4上设置若干搭板81，并将搭板81与钛板4满焊，搭板81由废钛板制成，搭板81增强了钛板4连接的强度，避免了钛板4在输送过程中开裂造成停机。
精轧机5一侧设有吹扫装置6，所述吹扫装置6位于粗轧机3与精轧机5之间且靠近精轧机5一侧；吹扫装置6将钛板4表面的杂质吹落，避免了杂质被精轧机5压入钛板4表面，造成钛板4表面凹坑等缺陷。
所述吹扫装置6包括U型架61、进气管62、分气管63、出气管64、喷头65、托板67、安装板68，两侧的侧导板9一侧均设有U型架61，U型架61一侧设有进气管62，进气管62与空气压缩机连通，所述进气管62一侧设有两根对称布置的分气管63，分气管63固定在U型架61内侧，且分气管63与进气管62通过三通连接，分气管63末端设有若干均匀布置的出气管64，出气管64一端设有喷头65；所述U型架61下部一侧设有托板67，U型架61通过连杆Ⅰ66与托板67固定连接，托板67下部一侧设有对称布置的凸耳72，一侧的凸耳72设有内螺纹，另一侧的凸耳72上设有光孔，所述托板67下部一侧设有双头螺柱69，双头螺柱69两端的螺纹旋向相反，双头螺柱69安装在设有内螺纹的凸耳72内；所述双头螺柱69一侧设有导轨70，导轨70安装在设有光孔的凸耳72内，双头螺柱69与导轨70两端安装在安装板68上，其中，双头螺柱69与安装板68通过轴承活动连接，且双头螺柱69一端设有手轮71；根据钛板4的宽度摇动手轮71调节U型架61间距离，适用于不同规格的钛板4制备过程中的吹扫；压缩空气通过喷头65对钛板4表面的杂质进行喷吹，避免了杂质被精轧机5压入钛板4表面，造成钛板4表面凹坑等缺陷。
所述出气管64为万向竹节管，便于调整喷头的角度。
所述喷头65为扇形喷头，且钛板4两侧的喷头65呈伞状布置，喷头65的吹扫方向82向钛板4的边部倾斜，伞状布置的喷头65将钛板4表面的杂质由钛板4中部逐级向钛板4边部吹扫，增强了钛板4的吹扫效果。
所述传送辊73一侧设有打磨装置7，所述打磨装置7包括横梁75、连杆Ⅱ77、油石79，传送辊73下部的立柱74间设有横梁75，横梁75上部一侧设有连杆Ⅱ77，连杆Ⅱ77上部一侧设有油石79，油石79上表面为弧形且半径与传送辊73的外径相等；传送辊73在电机的带动下转动时，油石79将传送辊73表面的灰尘、氧化渣清理掉，避免了传送辊73表面的杂质对钛板4表面划伤，保证了钛板4的表面质量。
所述连杆Ⅱ77外部设有套筒76，套筒76固定安装在横梁75上，所述套筒76内部设有弹簧78，弹簧78一端与横梁75固定连接，另一端与连杆Ⅱ77底部固定连接，弹簧78保证了油石79始终与传送辊73接触，从而保证了打磨装置7对传送辊73的清理效果，减少了钛板4表面的划伤。
根据GB/T 13810-2007的检验规则和试验方法对实施例1轧成的TA1钛板进行检测，检验结果如下：
轧成的钛板表面质量良好，板型方正，边部整齐无卷边，抗拉强度(Rm)为309MPa，屈服强度(Rel)为247MPa，洛氏硬度(HRB)为70，断后伸长率为66.5％。
实施例2
与实施例1所不同的是，精轧终轧成型厚度为5mm，根据GB/T 13810-2007的检验规则和试验方法对实施例2轧成的TA1钛板进行检测，检验结果如下：
轧成的钛板表面质量良好，板型方正，边部整齐无卷边，抗拉强度(Rm)为310MPa，屈服强度(Rel)为246MPa，洛氏硬度(HRB)为70，断后伸长率为68.2％。
实施例3
与实施例1所不同的是，精轧终轧成型厚度为15mm，根据GB/T 13810-2007的检验规则和试验方法对实施例3轧成的TA1钛板进行检测，检验结果如下：
轧成的钛板表面质量良好，板型方正，边部整齐无卷边，抗拉强度(Rm)为309MPa，屈服强度(Rel)为246MPa，洛氏硬度(HRB)为70，断后伸长率为72.4％。
实施例4
与实施例1所不同的是，加热时加热炉预热段温度为450℃，加热时间为105min，一加段温度为700℃，加热时间为40min，二加段温度为900℃，加热时间为30min，均热段温度为900℃，加热时间为30min；总加热时间为205min，加热炉内炉压控制在5～15Pa；
根据GB/T 13810-2007的检验规则和试验方法对实施例4轧成的TA1钛板进行检测，检验结果如下：
轧成的钛板表面质量良好，板型方正，边部整齐无卷边，抗拉强度(Rm)为315MPa，屈服强度(Rel)为252MPa，洛氏硬度(HRB)为72，断后伸长率为65.4％。
实施例5
与实施例1所不同的是，加热时加热炉预热段温度为500℃，加热时间为105min，一加段温度为760℃，加热时间为40min，二加段温度为960℃，加热时间为30min，均热段温度为960℃，加热时间为30min；总加热时间为205min，加热炉内炉压控制在5～15Pa；
根据GB/T 13810-2007的检验规则和试验方法对实施例5轧成的TA1钛板进行检测，检验结果如下：
轧成的钛板表面质量良好，板型方正，边部整齐无卷边，抗拉强度(Rm)为305MPa，屈服强度(Rel)为243MPa，洛氏硬度(HRB)为69，断后伸长率为66.7％。
以上内容仅仅是对本发明的结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种钛板热连轧规模化制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）加热
钛锭加热前，对钛锭边部进行切角，切角尺寸为（20～30）mm×45°，然后将钛锭送入加热炉内进行加热，所述钛锭厚度为150mm～260mm，加热炉采用连续步进式加热炉，其中预热段温度为450℃～500℃，加热时间为90min～108min，一加段温度为700℃～760℃，加热时间为40min～48min，二加段温度为860℃～960℃，加热时间为30min～36min，均热段温度为860℃～960℃，加热时间为30min～36min；总加热时间控制在190min或205min，加热炉内炉压控制在5～15Pa；加热炉内各段的残氧量≤5%；
2）粗轧
加热后的钛锭通过传送辊运送至粗轧机，在侧导板上设置保温罩，粗轧机采用循环可逆轧机，粗轧时对钛锭进行循环5道次轧制，首道次压下率小于等于8%，二道次压下率控制在25%～28%之间，三道次压下率控制在30%～35%之间，四道次压下率控制在40%～42%之间，五道次压下率控制在43%～45%，粗轧总压下率控制在82%～87%之间；侧导板开口度（即侧导板间的距离）为钛板成型宽度的1.02～1.06倍；
3）精轧
粗轧后的钛板通过传送辊运送至精轧机组，精轧采用8架轧机组成，精轧总压下率控制在50%～92.3%；精轧入口温度≥750℃，终轧温度≥650℃；
4）卷曲
钛板精轧后送入卷曲机进行卷带，并保证卷曲温度控制在580℃～700℃之间；
5）焊接
将钛板带卷开平并将相邻带卷的首尾连接并满焊；
6）酸洗退火
将开平并焊接后的钛板转运至酸洗退火线，退火采用步进式加热，其中预热段温度≤500℃，一加段、二加段、均热段按照600～900℃呈阶梯状布置，炉内张力控制在20～35KN/cm2；
钛板退火后通入酸洗池内进行酸洗，酸洗速度控制在3～5m/s；酸洗液采用硫酸和浓硝酸与氢氟酸组成的混酸；
步骤3）精轧时，精轧机一侧设有吹扫装置，所述吹扫装置位于粗轧机与精轧机之间且靠近精轧机一侧；所述吹扫装置包括U型架、进气管、分气管、出气管、喷头、托板、安装板，两侧的侧导板一侧均设有U型架，U型架一侧设有进气管，进气管与空气压缩机连通，所述进气管一侧设有两根对称布置的分气管，分气管固定在U型架内侧，且分气管与进气管通过三通连接，分气管末端设有若干均匀布置的出气管，出气管一端设有喷头；所述U型架下部一侧设有托板，U型架通过连杆Ⅰ与托板固定连接，托板下部一侧设有对称布置的凸耳，一侧的凸耳设有内螺纹，另一侧的凸耳上设有光孔，所述托板下部一侧设有双头螺柱，双头螺柱两端的螺纹旋向相反，双头螺柱安装在设有内螺纹的凸耳内；所述双头螺柱一侧设有导轨，导轨安装在设有光孔的凸耳内，双头螺柱与导轨两端安装在安装板上，其中，双头螺柱与安装板通过轴承活动连接，且双头螺柱一端设有手轮；
所述传送辊一侧设有打磨装置，所述打磨装置包括横梁、连杆Ⅱ、油石，传送辊下部的立柱间设有横梁，横梁上部一侧设有连杆Ⅱ，连杆Ⅱ上部一侧设有油石，油石上表面为弧形且半径与传送辊的外径相等。
2.根据权利要求1所述的一种钛板热连轧规模化制备方法，其特征在于步骤6）中，酸洗液中硫酸的浓度为100mg/L～200mg/L，浓硝酸的浓度为80mg/L～200mg/L，氢氟酸的浓度为5mg/L～35mg/L。
3.根据权利要求1所述的一种钛板热连轧规模化制备方法，其特征在于步骤5）中，钛板焊接采用搭接焊，钛板首尾满焊后，在焊缝上对接的钛板上设置若干搭板，并将搭板与钛板满焊。
4.根据权利要求1所述的一种钛板热连轧规模化制备方法，其特征在于所述出气管为万向竹节管。
5.根据权利要求1所述的一种钛板热连轧规模化制备方法，其特征在于所述喷头为扇形喷头，且钛板两侧的喷头呈伞状布置，喷头的吹扫方向向钛板的边部倾斜。
6.根据权利要求1所述的一种钛板热连轧规模化制备方法，其特征在于所述连杆Ⅱ外部设有套筒，套筒固定安装在横梁上，所述套筒内部设有弹簧，弹簧一端与横梁固定连接，另一端与连杆Ⅱ底部固定连接。
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