CN111589859A - 一种纯钛板的轧制生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种纯钛板的轧制生产方法，通过对坯料尺寸预先进行计算设计，并通过合理的加热及展宽换向轧制方式，将现有技术中需要两个火次的换向轧制整合为一个火次，再通过成品退火、表面处理等工序，最终获得表面质量、综合性能良好，且性能各向异性低的成品板材，各项指标满足GB/T 3621相关技术标准，与现有技术相比，首次通过展宽换向的工艺设计，将纯钛板需两火次完成的换向轧制成型工艺缩短为一个火次成型，缩短了工艺流程，降低了生产成本，提高了生产效率，并且工艺适用性强，无需增加新设备，设备及操作简单，可实现批量生产。

Description

一种纯钛板的轧制生产方法
技术领域
本发明涉及钛板生产方法领域，尤其涉及一种纯钛板的轧制生产方法。
背景技术
钛及钛合金具备比强度高、成型性好、耐高温、耐腐蚀等优良特性，因此在化工、航空航天、舰船等领域有着广泛的应用。钛为密排六方金属，滑移系少，塑性差，在轧制变形过程中极易形成轧制织构，造成板材性能的各向异性。为降低各向异性，目前常采用的方法有交叉轧制、异步轧制以及非对称轧制等。换向轧制不仅能弱化织构强度，降低各向异性，而且实现板材强塑性的良好匹配，提升板材综合性能。因此，工业生产中为弱化钛板的各向异性，并保证成品板材具有良好的强塑性及表面质量，钛板轧制过程一般需进行至少一次的换向轧制，一般做法是在某个火次轧制后，进行表面处理，然后再进行下一火次的换向轧制，如公开号为CN 104525567 A及CN 103230936 B中均是通过第二个火次的换向轧制来保证板材良好的强塑性及低的各向异性，但这种通过增加一个火次来实现钛板的换向轧制，生产工艺流程较长，能耗大，生产效率低。因此研究一种既能缩短生产流程、保证板材表面质量，但同时能降低板材各向异性的轧制方法具有非常重要的意义。
发明内容
为解决现有的钛板轧制中需要通过两个火次进行换向轧制，工艺流程较长，能耗大，生产效率低的问题，本发明提供了一种纯钛板的轧制生产方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种纯钛板的轧制生产方法，包括以下步骤：
步骤一、根据成品板材的尺寸和数量对坯料规格进行计算，然后制作所需规格的坯料，坯料满足如下要求：
H×W×L×k1 ≥ h1×w1×l1；
h1×w1×l1×k2 ≥ N×h×w×l；
w1 = w+ w0，40 mm ≤ w0 ≤ 80 mm；
x =（H - h1）/ H×100%，25% ≤ x ≤ 50%；
y =（h1 - h）/ h1×100%，30% ≤ y ≤ 65%
H为坯料厚度，W为坯料宽度，L为坯料长度；
h1为展宽轧制后的板材厚度，w1为展宽轧制后的板材宽度，l1为展宽轧制后的板材长度；
h为成品板材厚度，w为成品板材宽度，l为成品板材长度，N为成品板材数量；
k1和k2为有效系数，k1取值为0.94～0.98，k2取值为0.94～0.98；
w0为成品板材切边余量，x为展宽轧制变形率，y为换向轧制变形率；
步骤二、将步骤一所得的坯料置于加热炉内进行加热并保温，加热温度800～860℃，保温时间t1= H×C1，H为坯料厚度，C1为保温时间系数，C1取值为1.0～1.2 min/mm；
步骤三、将步骤二保温后的坯料送至轧机，以坯料宽度W方向为轧制方向对坯料进行展宽轧制，使坯料宽度W伸展至步骤一所计算的l1，保证展宽轧制速度不低于1.5m/s，展宽轧制后的板材温度不低于700℃，展宽轧制变形率控制为25% ≤ x ≤ 50%；
步骤四、在轧机上对步骤三展宽轧制后的板材进行90°水平旋转，对展宽轧制后的板材进行换向轧制，将展宽轧制后的板材厚度h1轧制为成品板材厚度h，保证换向轧制速度不低于1.5m/s，换向轧制后的板材温度不低于350℃，换向轧制变形率控制为30% ≤ y ≤ 65%；
步骤五、对步骤四换向轧制后的板材进行热处理，采用辊底炉大气退火方式，退火温度600～710℃，保温时间t2= h×C2，h为成品板材厚度，C2为保温时间系数，C2取值为2.0～5.0min/mm，保温完成后将板材出炉进行空冷；
步骤六、对步骤五热处理后的成品板材进行表面处理和定尺分切，得到N块所需尺寸的成品板材。
优选的，步骤二中，以坯料宽度W方向为坯料进出加热炉时的运动方向。
优选的，步骤六中的表面处理的方法包括碱酸洗或喷砂酸洗以及打磨处理，去除上下表面氧化皮及缺陷。
优选的，步骤六中的定尺分切的方法为根据预设规格尺寸，选取成品板材板型和表面质量良好的部位进行成品定尺。
根据上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明根据现有的轧机设备能力及成品钛板规格，对坯料尺寸进行了设计，通过合理的加热及展宽换向轧制方式，将现有技术中需要两个火次的换向轧制整合为一个火次，并通过成品退火、表面处理等工序，最终获得表面质量、综合性能良好，且性能各向异性低的成品板材，各项指标满足GB/T 3621相关技术标准，与现有技术相比，首次通过展宽换向的工艺设计，将纯钛板需两火次完成的换向轧制成型工艺缩短为一个火次成型，缩短了工艺流程，降低了生产成本，提高了生产效率，并且工艺适用性强，无需增加新设备，设备及操作简单，可实现批量生产。
具体实施方式
本发明提供了一种纯钛板的轧制生产方法，包括以下步骤：
步骤一、根据成品板材的尺寸和数量对坯料规格进行计算，然后制作所需规格的坯料，坯料满足如下要求：
H×W×L×k1 ≥ h1×w1×l1；
h1×w1×l1×k2 ≥ N×h×w×l；
w1 = w+ w0，40 mm ≤ w0 ≤ 80 mm；
x =（H - h1）/ H×100%，25% ≤ x ≤ 50%；
y =（h1 - h）/ h1×100%，30% ≤ y ≤ 65%
H为坯料厚度，W为坯料宽度，L为坯料长度；
h1为展宽轧制后的板材厚度，w1为展宽轧制后的板材宽度，l1为展宽轧制后的板材长度；
h为成品板材厚度，w为成品板材宽度，l为成品板材长度，N为成品板材数量；
k1和k2为有效系数，k1取值为0.94～0.98，k2取值为0.94～0.98；
w0为成品板材切边余量，x为展宽轧制变形率，y为换向轧制变形率。
步骤二、将步骤一所得的坯料置于加热炉内进行加热并保温，加热温度800～860℃，保温时间t1= H×C1，H为坯料厚度，C1为保温时间系数，C1取值为1.0～1.2 min/mm；转运坯料时，以坯料宽度W方向为坯料进出加热炉时的运动方向。
步骤三、将步骤二保温后的坯料送至轧机，以坯料宽度W方向为轧制方向对坯料进行展宽轧制，使坯料宽度W伸展至步骤一所计算的l1，保证展宽轧制速度不低于1.5m/s，展宽轧制后的板材温度不低于700℃，展宽轧制变形率控制为25% ≤ x ≤ 50%。
步骤四、在轧机上对步骤三展宽轧制后的板材进行90°水平旋转，对展宽轧制后的板材进行换向轧制，将展宽轧制后的板材厚度h1轧制为成品板材厚度h，保证换向轧制速度不低于1.5m/s，换向轧制后的板材温度不低于350℃，换向轧制变形率控制为30% ≤ y ≤65%。
步骤五、对步骤四换向轧制后的板材进行热处理，采用辊底炉大气退火方式，退火温度600～710℃，保温时间t2= h×C2，h为成品板材厚度，C2为保温时间系数，C2取值为2.0～5.0 min/mm，保温完成后将板材出炉进行空冷。
步骤六、对步骤五热处理后的成品板材进行表面处理和定尺分切，得到N块所需尺寸的成品板材。表面处理的方法包括碱酸洗或喷砂酸洗以及打磨处理，去除上下表面氧化皮及缺陷；定尺分切的方法为根据预设规格尺寸，选取成品板材板型和表面质量良好的部位进行成品定尺。
实施例1：
步骤一、坯料设计：TA1成品板需求25*1200*3000mm，数量1张。经计算设计坯料规格：140*800*1180mm。
步骤二、坯料加热：以坯料宽度800mm方向入炉，加热温度800℃±10℃，保温时间t1=168min，保温时间系数C1取1.2 min/mm，入炉后到温计时。
步骤三、坯料展宽轧制：坯料出炉后，迅速开至轧机，对坯料宽度800mm方向展宽至1260mm，切边余量w0取60mm，轧制速度1.5m/s，展宽后坯料温度725℃，展宽轧制变形率控制为45%。
步骤四、换向轧制：将坯料在轧机上旋转90°进行换向轧制，轧至目标厚度25mm，轧制速度1.5m/s，轧制后坯料温度486℃，换向轧制变形率控制为37%。
步骤五、成品热处理及矫形：采用辊底炉大气退火方式，退火温度600℃±10℃，保温时间t2=90min，保温时间系数C2取3.6 min/mm，到温计时，出炉空冷。
步骤六、表面处理：板材成品热处理后，进行喷砂酸洗及打磨处理去除上下表面氧化皮及缺陷。
步骤七、定尺分切：选取板型和表面质量良好的部位进行火割定尺。成品板材表面质量及性能见表1。
实施例2：
步骤一、坯料设计：TA2成品板需求20*1100*2100mm，数量2张。经计算设计坯料规格：110*800*1180mm。
步骤二、坯料加热：以坯料宽度800mm方向入炉，加热温度830℃±10℃，保温时间t1=110min，保温时间系数C1取1.0 min/mm，入炉后到温计时。
步骤三、坯料展宽轧制：坯料出炉后，迅速开至轧机，对坯料宽度800mm方向展宽至1160mm，切边余量w0取60mm，轧制速度1.6m/s，展宽后坯料温度750℃，展宽轧制变形率控制为31%。
步骤四、换向轧制：将坯料在轧机上旋转90°进行换向轧制，轧至目标厚度20mm，轧制速度1.6m/s，轧制后坯料温度505℃，换向轧制变形率控制为51%。
步骤五、成品热处理及矫形：采用辊底炉大气退火方式，退火温度650℃±10℃，保温时间t2=60min，保温时间系数C2取3.0 min/mm，到温计时，出炉空冷。
步骤六、表面处理：板材成品热处理后，进行喷砂酸洗及打磨处理去除上下表面氧化皮及缺陷。
步骤七、定尺分切：选取板型和表面质量良好的部位进行火割定尺。成品板材表面质量及性能见表1。
实施例3：
步骤一、坯料设计：TA2成品板需求10*1000*2100mm，数量2张。经计算设计坯料规格：60*800*980mm。
步骤二、坯料加热：以坯料宽度800mm方向入炉，加热温度850℃±10℃，保温时间t1=60min，保温时间系数C1取1.0 min/mm，入炉后到温计时。
步骤三、坯料展宽轧制：坯料出炉后，迅速开至轧机，对坯料宽度800mm方向展宽至1060mm，切边余量w0取60mm，轧制速度1.5m/s，展宽后坯料温度783℃，展宽轧制变形率控制为25%。
步骤四、换向轧制：将坯料在轧机上旋转90°进行换向轧制，轧至目标厚度10mm，轧制速度1.5m/s，轧制后坯料温度550℃，换向轧制变形率控制为58%。
步骤五、成品热处理及矫形：采用辊底炉大气退火方式，退火温度700℃±10℃，保温时间t2=45min，保温时间系数C2取4.5 min/mm，到温计时，出炉空冷。
步骤六、表面处理：板材成品热处理后，进行喷砂酸洗及打磨处理去除上下表面氧化皮及缺陷。
步骤七、定尺分切：选取板型和表面质量良好的部位进行定尺剪定尺。成品板材表面质量及性能见表1。
对比例1：
步骤一、坯料设计：TA2成品板需求10*1000*2100mm，数量2张。纯钛坯料规格：60*1060*750mm。
步骤二、坯料加热：以坯料长度850mm方向入炉，加热温度850℃±10℃，保温时间60min，保温时间系数取1.0 min/mm，入炉后到温计时。
步骤三、坯料轧制：坯料出炉后，迅速开至轧机，对坯料进行单向轧至目标厚度10mm，轧制速度1.5m/s，轧制后坯料温度682℃，变形率83%。
步骤四、表面处理：板材成品热处理后，进行喷砂酸洗及打磨处理去除上下表面氧化皮及缺陷。
步骤五、定尺分切：选取板型和表面质量良好的部位进行定尺剪定尺。成品板材表面及性能具体见表1。
对比例2：
步骤一、坯料设计：TA2成品板需求10*1000*2100mm，数量2张。纯钛坯料规格：60*800*980mm。
步骤二、坯料加热：以坯料宽度800mm方向入炉，加热温度850℃±10℃，保温时间60min，保温时间系数取1.0 min/mm，入炉后到温计时。
步骤三、坯料一火轧制：坯料出炉后，迅速开至轧机，对坯料宽度800mm方向展宽至1060mm，切边余量取60mm，目标厚度45mm，轧制速度1.5m/s，展宽后坯料温度780℃，变形率25%。
步骤四、表面处理：半成品轧制后，进行喷砂酸洗及打磨处理去除上下表面氧化皮及缺陷。
步骤五、二火加热：以坯料宽度980mm方向入炉，加热温度850℃±10℃，保温时间45min，保温时间系数取1.0 min/mm，入炉后到温计时。
步骤六、二火轧制：坯料出炉后，迅速开至轧机，对坯料进行换向轧至目标厚度10mm，轧制速度1.5m/s，轧制后坯料温度735℃，变形率78%。
步骤七、成品热处理及矫形：采用辊底炉大气退火方式，退火温度700℃±10℃，保温时间45min，保温时间系数取4.5，到温计时，出炉空冷。
步骤八、表面处理：板材成品热处理后，进行喷砂酸洗及打磨处理去除上下表面氧化皮及缺陷。
步骤九、定尺分切：选取板型和表面质量良好的部位进行定尺剪定尺。成品板材表面质量及性能见表1。
表1 实施例及对比例所获得板材性能
Figure DEST_PATH_IMAGE001
通过表1性能对比可知，本发明实施例1、2、3所获得板材性能良好，横纵向均满足GB/T3621国家标准，且性能富裕量较大。与对比例1相比，本发明实施例1、2、3所获得板材横纵向差异较小，性能各向异性均显著降低。与对比例2相比，本发明实施例1、2、3所获得板材横纵向差异水平较好，并且减少了加热轧制及表面处理两个工序，工艺流程短，能耗小，生产效率高。

Claims (4)

1.一种纯钛板的轧制生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、根据成品板材的尺寸和数量对坯料规格进行计算，然后制作所需规格的坯料，坯料满足如下要求：
H×W×L×k1 ≥ h1×w1×l1；
h1×w1×l1×k2 ≥ N×h×w×l；
w1 = w+ w0，40 mm ≤ w0 ≤ 80 mm；
x =（H - h1）/ H×100%，25% ≤ x ≤ 50%；
y =（h1 - h）/ h1×100%，30% ≤ y ≤ 65%
H为坯料厚度，W为坯料宽度，L为坯料长度；
h1为展宽轧制后的板材厚度，w1为展宽轧制后的板材宽度，l1为展宽轧制后的板材长度；
h为成品板材厚度，w为成品板材宽度，l为成品板材长度，N为成品板材数量；
k1和k2为有效系数，k1取值为0.94～0.98，k2取值为0.94～0.98；
w0为成品板材切边余量，x为展宽轧制变形率，y为换向轧制变形率；
步骤二、将步骤一所得的坯料置于加热炉内进行加热并保温，加热温度800～860℃，保温时间t1= H×C1，H为坯料厚度，C1为保温时间系数，C1取值为1.0～1.2 min/mm；
步骤三、将步骤二保温后的坯料送至轧机，以坯料宽度W方向为轧制方向对坯料进行展宽轧制，使坯料宽度W伸展至步骤一所计算的l1，保证展宽轧制速度不低于1.5m/s，展宽轧制后的板材温度不低于700℃，展宽轧制变形率控制为25% ≤ x ≤ 50%；
步骤四、在轧机上对步骤三展宽轧制后的板材进行90°水平旋转，对展宽轧制后的板材进行换向轧制，将展宽轧制后的板材厚度h1轧制为成品板材厚度h，保证换向轧制速度不低于1.5m/s，换向轧制后的板材温度不低于350℃，换向轧制变形率控制为30% ≤ y ≤ 65%；
步骤五、对步骤四换向轧制后的板材进行热处理，采用辊底炉大气退火方式，退火温度600～710℃，保温时间t2= h×C2，h为成品板材厚度，C2为保温时间系数，C2取值为2.0～5.0min/mm，保温完成后将板材出炉进行空冷；
步骤六、对步骤五热处理后的成品板材进行表面处理和定尺分切，得到N块所需尺寸的成品板材。
2.根据权利要求1所述的一种纯钛板的轧制生产方法，其特征在于：步骤二中，以坯料宽度W方向为坯料进出加热炉时的运动方向。
3.根据权利要求1所述的一种纯钛板的轧制生产方法，其特征在于：步骤六中的表面处理的方法包括碱酸洗或喷砂酸洗以及打磨处理，去除上下表面氧化皮及缺陷。
4.根据权利要求1所述的一种纯钛板的轧制生产方法，其特征在于：步骤六中的定尺分切的方法为根据预设规格尺寸，选取成品板材板型和表面质量良好的部位进行成品定尺。
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