CN109759443A - 热连轧生产大规格纯钛棒材的方法 - Google Patents

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CN109759443A CN201910020285.8A CN201910020285A CN109759443A CN 109759443 A CN109759443 A CN 109759443A CN 201910020285 A CN201910020285 A CN 201910020285A CN 109759443 A CN109759443 A CN 109759443A
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方强
王莹
陈鑫
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Abstract

本发明属于金属塑性加工技术领域，具体涉及热连轧生产大规格纯钛棒材的方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种热连轧生产大规格纯钛棒材的方法，包括以下步骤：在纯钛坯料表面喷涂一层涂层，然后对坯料进行加热、粗轧、中轧、冷却即可；所述涂层按质量百分比由SiO2 10±1％、MoS2 10±1％、K2O 20±4％，余量为(CH2OH)2组成。本发明方法操作简单、成本低，所得成品性能优良。

Description

热连轧生产大规格纯钛棒材的方法
技术领域
本发明属于金属塑性加工技术领域，具体涉及热连轧生产大规格纯钛棒材的方法。
背景技术
纯钛是一种重要的结构金属，具有低密度、合适强度和高疲劳强度以及优良生物相容性、耐腐蚀性、可加工性等特点，广泛应用于航空、宇航、医药、体育、电力、石化、冶金等领域，被称为“第三金属”和“全能金属”。随着科技和经济的飞速发展，纯钛棒材的需求也在不断增长，采用热连轧机生产钛材成为提高生产效率和产品质量、降低生产成本的有效方法。
CN103736727A公开了一种TC16钛合金棒材控温连轧方法，通过对连轧过程中的钛棒材进行适时在线补偿加热和风箱喷吹气体冷却，对连轧生产中的轧件进行有效的控温轧制，采用控速连续轧制工艺，连轧出Φ6～30mm的TC16钛合金棒材。该方法可实现TC16钛合金棒材的高效生产，但其需要特殊的设备进行，且需要多次补偿加热，其设备复杂，增加了生产成本，所得棒材尺寸较小，产品规格范围小。
目前，国内攀钢长城特钢热连轧棒生产线主要用于生产钢棒，由于纯钛特殊的理化性能，采用传统的热连轧机组生产大规格纯钛棒材的方法未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种热连轧生产大规格纯钛棒材的方法。所述纯钛为TA1纯钛。该方法包括以下步骤：在纯钛坯料表面喷涂一层涂层，然后对坯料进行加热、粗轧、中轧、冷却即可；所述涂层按质量百分比由SiO2 10±1％、MoS2 10±1％、K2O 20±4％，余量为(CH2OH)2组成。
具体的，上述热连轧生产大规格纯钛棒材的方法中，所述加热为先预热到600℃后，然后以5～15℃/min升温至600～700℃保温30～50min，再以3～5℃/min升温至860～870℃进行均热保温40～60min。
具体的，上述热连轧生产大规格纯钛棒材的方法中，所述粗轧至直径为100±5mm。
具体的，上述热连轧生产大规格纯钛棒材的方法中，所述粗轧的道次为4～6个道次。
具体的，上述热连轧生产大规格纯钛棒材的方法中，所述粗轧的轧制速度为0.1～0.8m/s。
具体的，上述热连轧生产大规格纯钛棒材的方法中，所述粗轧的道次延伸系数为1.2～1.5。
具体的，上述热连轧生产大规格纯钛棒材的方法中，所述中轧至直径为85±2.5mm。
具体的，上述热连轧生产大规格纯钛棒材的方法中，所述中轧的终轧温度为700～900℃。
具体的，上述热连轧生产大规格纯钛棒材的方法中，所述中轧的道次为2个道次。
具体的，上述热连轧生产大规格纯钛棒材的方法中，所述中轧的轧制速度为1～2m/s。
具体的，上述热连轧生产大规格纯钛棒材的方法中，所述中轧的道次延伸系数为1.2～1.3。
进一步的，上述热连轧生产大规格纯钛棒材的方法中，所述粗轧、中轧中，第1至4道次分别为箱、方、箱、方孔型，最后一个道次为圆孔型，其余道次分别为椭圆、圆、椭圆、圆孔型。
具体的，上述热连轧生产大规格纯钛棒材的方法中，所述冷却为先进行穿水冷却，然后在冷床进行冷却。
进一步的，上述热连轧生产大规格纯钛棒材的方法中，所述穿水冷却的水流量为5～15m3/s。所述冷却速度为10～20℃/s。优选15℃/s。
进一步的，上述热连轧生产大规格纯钛棒材的方法中，所述冷床进行冷却的冷却速度为5～15℃/s。优选10℃/s。
为了采用传统钢材热连轧机组生产纯钛棒材，本发明方法根据对纯钛材料的物理化学特性的研究，通过优化加热温度、轧制速度、孔型匹配等关键参数，在传统钢材热连轧机组上快速、高效的生产出了表面质量好、圆度好、组织性能均匀的纯钛棒材产品。本发明方法解决了现有大规格棒材加工方法中存在的轧制火次多、效率低、单重小、组织不均匀的问题。本发明方法操作简单、成本低，所得产品质量优异，晶粒尺寸小于50um。
附图说明
图1本发明所得产品金相组织
具体实施方式
本发明TA1纯钛大规格棒材连续轧制加工方法，包括以下步骤：
步骤1、按质量百分比计，将SiO2 10±1％、MoS2 10±1％、K2O 20±4％，余量为(CH2OH)2原料混匀得到浆料，将该浆料喷涂一层在纯钛坯料表面，然后进行干燥；将干燥后的上述坯料送入电阻式加热炉，采用分段加热方式进行加热，先从室温预热到600℃后，然后以5～15℃/min升温速率升温至600～700℃保温30～50min，再以3～5℃/min升温速率继续升温至860～870℃进行均热保温40～60min；
步骤2、将经步骤1处理后的纯钛锻坯放入粗轧机组进行粗轧，经过4～6道次轧制加工，得到直径为100±5mm的棒料；
步骤3、将步骤2所得直径为100±5mm棒料送入中轧机组进行中轧，经过2道次轧制加工，得到直径为85±2.5mm的大规格棒材；
步骤4、轧制完成后穿水速冷，利用飞剪进行倍尺分段，然后在齿条步进式冷床进行冷却，得到工业纯钛棒材成品，该成品的室温力学性能全面优于GB/T2965要求。
本发明方法步骤a中，所述坯料为熔炼工序得到的坯料。
本发明方法步骤a中，所述涂层可以防止加热过程中坯料氧化和吸收氢，还能够增加轧制过程中的轧辊表面和坯料的摩擦力，促进变形。对喷涂方法无特殊要求。
本发明方法中，全线所有轧机均为“红圈”轧机，呈平-立交替布置，均由交流变频调速电机单独传动，机架可整体更换，便于装卸轧辊更换孔型。采用计算机系统控制，控制水平先进，自动化程度高。轧线采用了轧件在粗、中轧机组间脱开轧制，在其余机组连续轧制的典型的特殊钢棒线材复合生产工艺，实现了全线微张力轧制，保证了产品的高精度和高质量。
本发明方法中，轧机的孔型系统的形状优选为：箱一方一箱一方一椭圆一圆一椭圆一圆，即轧制第1～4道次为箱-方孔型系统，最后一道次为圆孔型，其余道次为椭圆-圆孔型系统。
实施例1-3
本发明可采用本领域传统的热连轧棒生产线进行生产，下面对该生产线中加热、轧制、控冷水箱、冷床等关键设备进行说明。
加热：按表1、2参数进行加热，总加热时间180～230min，加热炉为侧装侧出步进梁式加热炉，设计钛坯加热能力为50t/h，最大加热能力60t/h，出炉温度为750～1200℃，加热炉燃料为天然气。
粗轧：将加热后的锻造方坯进行粗轧，在粗轧机组的最后一个机架之后，轧件经1#飞剪切头50～10mm后由辊道送往中轧机组轧制，辊道上设有保温罩，减少轧件的头尾温差，同时减少表面温降。
中轧：2架中轧机组均为二辊短应力线轧机，中轧机组两个机架建立连轧关系，采用连续无扭微张力轧制，经过2道次加工，得到大规格棒材。
冷却：穿水速冷，利用飞剪进行倍尺分段后，然后在齿条步进式冷床进行冷却，得到工业纯钛细晶大规格棒材成品。
表1
轧件规格 加工方法 表面状态 总加热时间
实施例1 150mm*150mm*6000mm 锻造 氧化皮、铣光、棱边倒角 180min
实施例2 175mm*175mm*6000mm 锻造 氧化皮、铣光、棱边倒角 205min
实施例3 200mm*200mm*6000mm 锻造 氧化皮、铣光、棱边倒角 230min
表2
实施例1 实施例2 实施例3
均热温度/℃ 870 860 865
均热时间/min 40 50 60
终轧速度/m/s 2 1.5 1
终轧温度/℃ 850 800 750
穿水流量/m<sup>3</sup>/s 15 10 5
冷却速度/℃/s 10 10 10
表3轧制温度设置(1-6机架为粗轧，7-8机架为中轧)
机架 1 2 3 4 5 6 7 8
温度/℃ 860±20 850±20 840±20 850±20 860±20 880±10 850±10 840±10

Claims (9)

1.热连轧生产大规格纯钛棒材的方法，其特征在于：包括以下步骤：在纯钛坯料表面喷涂一层涂层，然后对坯料进行加热、粗轧、中轧、冷却即可；所述涂层按质量百分比由SiO210±1％、MoS2 10±1％、K2O 20±4％，余量为(CH2OH)2组成。
2.根据权利要求1所述的热连轧生产大规格纯钛棒材的方法，其特征在于：所述加热为先预热到600℃后，然后以5～15℃/min升温至600～700℃保温30～50min，再以3～5℃/min升温至860～870℃进行均热保温40～60min。
3.根据权利要求1或2所述的热连轧生产大规格纯钛棒材的方法，其特征在于：所述粗轧至少满足以下任意一项：
所述粗轧至直径为100±5mm；
所述粗轧的道次为4～6个道次；
所述粗轧的轧制速度为0.1～0.8m/s；
所述粗轧的道次延伸系数为1.2～1.5。
4.根据权利要求1～3任一项所述的热连轧生产大规格纯钛棒材的方法，其特征在于：所述中轧至少满足以下任意一项：
所述中轧至直径为85±2.5mm；
所述中轧的终轧温度为700～900℃；
所述中轧的道次为2个道次；
所述中轧的轧制速度为1～2m/s；
所述中轧的道次延伸系数为1.2～1.3。
5.根据权利要求1～4任一项所述的热连轧生产大规格纯钛棒材的方法，其特征在于：所述粗轧、中轧中，第1至4道次分别为箱、方、箱、方孔型，最后一个道次为圆孔型，其余道次分别为椭圆、圆、椭圆、圆孔型。
6.根据权利要求1～5任一项所述的热连轧生产大规格纯钛棒材的方法，其特征在于：所述冷却为先进行穿水冷却，然后在冷床进行冷却。
7.根据权利要求6所述的热连轧生产大规格纯钛棒材的方法，其特征在于：所述穿水冷却的水流量为5～15m3/s。
8.根据权利要求6或7所述的热连轧生产大规格纯钛棒材的方法，其特征在于：所述穿水冷却速度为10～20℃/s；优选15℃/s。
9.根据权利要求6所述的热连轧生产大规格纯钛棒材的方法，其特征在于：所述冷床进行冷却的冷却速度为5～15℃/s；优选10℃/s。
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