CN112718864A - 一种改善核电板式换热器用钛带卷深冲性能的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种改善核电板式换热器用钛带卷深冲性能的生产方法，本发明通过对钛铸锭化学成分进行调控，在冷轧生产中对成品道次轧辊采取毛化方式增加钛带卷表面粗糙度，钛带卷退火后再采用平整生产工艺得到成品(厚度为0.6‑1.0mm)。该产品的性能是：抗拉强度Rm＝290‑380MPa，屈服强度Rp0.2＝180‑300MPa，断后纵向延伸率(A50)≥33％，横向延伸率(A50)≥44％，屈强比≤0.74，杯突值≥11mm。本发明方法工艺参数容易控制且制备工艺精简，适于工业化生产；本发明方法能有效改善钛卷的深冲性能，完全满足核电板式换热器用钛带卷的要求。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料加工技术领域，特别是涉及一种改善核电板式换热器用钛带卷深冲性能的生产方法。
背景技术
纯钛由于其优异的耐蚀性能被广泛应用在板式热交换器中。
随着技术的不断升级，钛板式换热器作为核电设备冷却水系统热交换的核心设备，板幅逐渐增加，由此对钛板强度提出了更高的要求。由于板式换热器需要采用液压机将钛板冲压成一定深度的波纹板，所以还需要钛板具有较好的塑性，同时要求钛板具有较高的强度和较好的塑性，生产难度极大。多年来，国内核电板式换热器用钛带卷一直依赖进口。
现有技术中，也有一些改进钛卷深冲性能的方法，如下：
CN107723638A，一种深冲用钛板的制备方法，该发明专利主要介绍的是采用板坯拉拔和墩粗、钛卷中间过程分切成板再单张板换向轧制减少钛板各向异性，改善板材深冲性能，具有以下缺陷：一方面，生产效率不高；另一方面，板材生产厚度精度、板形控制、板幅方面与卷材生产相比，都存在一定局限性。
CN103409642A，一种低屈强比的高强度换热器用钛卷板的加工方法，该发明专利主要通过控制杂质元素含量在一定的水平提高钛卷的强度。该方法存在的缺陷是：(1)生产制备的钛卷杯突值较低，无法满足核电板换的深冲要求；(2)该工艺中未提及拉矫和平整工艺，钛卷直接真空退火后，板形一般比较差，无法满足客户直接以卷使用的要求。
因此，设计一种适于工业化生产且能改善核电板式换热器用钛带卷深冲性能的生产方法具有重大意义。
发明内容
本发明提供一种改善核电板式换热器用钛带卷深冲性能的生产方法，本发明通过对钛铸锭化学成分进行调控，在冷轧生产中对成品道次轧辊采取毛化方式增加钛带卷表面粗糙度(减少退火过程中钛卷层间粘接)，钛带卷退火后再采用平整生产工艺(使钛卷表面形貌进一步改善)得到成品(厚度为0.6-1.0mm)。该产品的性能是：抗拉强度Rm＝290-380MPa，屈服强度Rp0.2＝180-300MPa，断后纵向延伸率(A50)≥33％，横向延伸率(A50)≥44％，屈强比≤0.74，杯突值≥11mm。本发明方法工艺参数容易控制且制备工艺精简，适于工业化生产；本发明方法能有效改善钛卷的深冲性能，完全满足核电板式换热器用钛带卷的要求。
具体技术方案如下：
一种改善核电板式换热器用钛带卷深冲性能的生产方法，包括以下步骤：
步骤一、制备板坯，板坯中杂质化学成分重量含量如下：Fe为0.02-0.04％，O为0.03-0.08％，N＜0.01％，C≤0.02％；
步骤二、板坯热轧成卷，具体为：将步骤一所制备的板坯在840℃-900℃条件下保温5-7小时得到预热好的板坯；将预热好的板坯热轧成厚度为3.0-4.0mm的热轧钛卷；
步骤三、热轧钛卷在线退火，具体是：将步骤二所得热轧钛卷采用连续退火炉在720℃-860℃条件下进行在线退火，得到退火后的钛卷；
步骤四、将步骤三所得退火后的钛卷采用冷轧机经过2个轧程轧为成品厚度，得到成品厚度的冷轧卷，具体是：第1个轧程将退火后的钛卷轧到1.2-2.0mm厚度；将1.2-2.0mm厚度的钛卷经罩式退火后再进行第2个轧程的轧制，最后将钛卷冷轧到0.6-1.0mm成品厚度；所述第2个轧程的变形量为40-60％；冷轧机中轧辊的粗糙度为0.4-0.6μm；
步骤五、将步骤四所得钛卷进行退火处理得到退火后的钛卷，其中：退火保温温度为540℃-660℃；保温时间为10-16h；真空度不大于1.5×10-2Pa；
步骤六、将步骤五所得退火后的钛卷采用平整辊进行平整延伸处理得到成品，其中：平整辊粗糙度0.3-0.8μm；平整延伸率为0.4-0.7％。
优选的，所述步骤四之前还包括表面处理步骤，具体是：将退火后的钛卷采用抛丸机及酸洗线去除表面黑色氧化皮。
优选的，步骤四成品道次轧制时，道次变形量为7-9％。
优选的，所述步骤五之前还包括第一次脱脂除油处理，具体是：将成品厚度的冷轧卷采用碱性脱脂液清洗，以清除钛卷表面轧制油。
优选的，所述步骤六中，将步骤五所得退火后的钛卷采用平整辊进行平整延伸处理之后还包括第二次脱脂除油处理，具体是：将平整延伸后的钛卷进行脱脂除油后即为成品。
优选的，所述步骤四中冷轧机为20辊冷轧机。
优选的，所述步骤五中采用真空罩式退火炉进行退火处理。
附图说明
图1为实施例1中平整前的钛卷表面形貌图；
图2为实施例1中平整后的钛卷表面形貌图；
图3为实施例2的钛卷表面形貌图；
图4为实施例3的钛卷表面形貌图；
图5为对比例3的钛卷表面形貌图；
图6为对比例4的钛卷表面形貌图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1：
一种改善核电板式换热器用钛带卷深冲性能的生产方法，具体如下：
第一步、选用布氏硬度不高于95HB的0级海绵钛(此处优选布氏硬度92HB的0级海绵钛)进行混料、电极的压制及板坯的制备，压制焊接后的电极采用真空自耗炉熔炼成钛锭，然后将钛锭锻造成板坯，其中板坯中主要杂质质量含量的化学成分为：Fe含量为0.028％，O含量为0.056％，N含量为0.008％，C含量为0.01％；
第二步、将第一步所得板坯采用步进炉进行加热，加热温度为860℃，保温时间为6小时；将加热好的板坯出炉后经热轧机轧制成4.0mm厚度的热轧钛卷；
第三步、采用连续退火炉对第二步所得热轧钛卷进行在线退火得到退火后的钛卷，退火温度为820℃，带卷运行速度为2.0m/min，确保能去除钛卷应力以及改善钛卷组织均匀性；
第四步、将退火后的钛卷(4.0mm厚度)采用抛丸机及酸洗线去除表面黑色氧化皮(可参见现有技术)；
第五步、采用20辊冷轧机对第四步处理后的钛卷进行冷轧，具体是：
首先，将4.0mm厚度钛卷经过第1个轧程轧制到1.5mm厚度；
然后，对1.5mm钛卷进行罩式退火，660℃保温10小时；
最后，再将退火后的1.5mm厚度钛卷继续冷轧到0.7mm厚度成品卷；
此步骤中从1.5mm冷轧到0.7mm厚度即为第2个轧程，第2轧程变形量控制在50％；第2个轧程中的成品道次：冷轧变形量为8％，轧辊粗糙度为0.4μm；
第六步、将0.7mm厚度成品卷采用碱性脱脂液清洗(可参见现有技术)，清除钛卷表面轧制油；
第七步、将脱脂后的0.7mm厚度成品卷放置到真空罩式退火炉中进行退火处理，退火保温温度为620℃，保温时间14h，真空度不大于1.5×10-2Pa；
此步骤中：当炉温低于100℃时，成品卷(钛卷)出炉；
第八步、采用辊径为400mm的平整机对退火后的钛卷进行平整，平整辊粗糙度0.6μm，平整延伸率0.6％；此步骤中：由于工作辊辊径大，可实施比较小的压下变形，通过平整主要达到以下两个目的：1)通过小变形量轧制提升钛卷强度，改善卷材板形；2)采用大粗糙度的轧辊对钛卷进行平整，使鳞片状凸起物被碾压的平实，减少后续钛板冲压开裂的裂纹源，提升钛板深冲性能；本实施例中平整前的钛卷的表面形貌详见图1，平整后的钛卷的表面形貌详见图2，可见平整后的钛卷板形得到改善且表面更加平实(无明显的鳞片状凸起物)；
第九步、将平整后的钛卷脱脂处理后即为成品。
对本实施例所得钛卷进行取样检测，检测结果见表1。
实施例2：
本实施例与实施例1不同之处在于：
板坯中主要杂质质量含量的化学成分为：Fe含量0.026％，O含量0.058％，N含量0.008％，C含量0.01％；
第2个轧程中的成品道次：冷轧变形量为9％，轧辊粗糙度为0.5μm。
平整辊的粗糙度为0.7μm，平整延伸率0.5％。
对本实施例所得钛卷进行取样检测，检测结果见表1，钛卷的表面形貌详见图3。
实施例3：
本实施例与实施例1不同之处在于：
第一步中选用布氏硬度94HB的0级海绵钛；板坯主要杂质质量含量的化学成分为：Fe含量0.027％，O含量0.061％，N含量0.008％，C含量0.01％；
第二步中：加热温度900℃；加热好的板坯出炉后经热轧机轧制成3.5mm厚度的热轧钛卷；
第三步中：退火温度为780℃，带卷运行速度1.6m/min；
第五步中：
首先将3.5mm厚度钛卷经过第1个轧程轧制到1.4mm厚度，然后对1.4mm钛卷进行罩式退火，650℃保温12小时，再将退火后的1.4mm厚度钛卷继续冷轧到0.7mm厚度成品卷；
第2个轧程中的成品道次：冷轧变形量为7％，轧辊粗糙度为0.4μm；
第七步中：退火保温温度为620℃，保温时间12h，真空度不大于1.5×10-2Pa；
第八步中：平整辊粗糙度0.7μm，平整延伸率0.6％。
对本实施例所得钛卷进行取样检测，检测结果见表1，钛卷的表面形貌详见图4。
实施例4：
实施例4与实施例1不同之处在于：板坯中杂质化学成分重量含量如下：Fe为0.02％，O为0.03％，N为0.009％，C为0.02％。
所述第2个轧程的变形量为40％；成品道次轧制时，道次变形量为7％；冷轧机中轧辊的粗糙度为0.5μm；
平整辊粗糙度0.3μm；平整延伸率为0.4％。
对本实施例所得钛卷进行取样检测，检测结果见表1，钛卷的表面形貌与实施例3相似。
实施例5：
实施例5与实施例1不同之处在于：
板坯中杂质化学成分重量含量如下：Fe为0.04％，O为0.08％，N为0.001％，C为0.005％。
所述第2个轧程的变形量为60％；成品道次轧制时，道次变形量为9％；冷轧机中轧辊的粗糙度为0.6μm；
平整辊粗糙度0.8μm；平整延伸率为0.7％。
对本实施例所得钛卷进行取样检测，检测结果见表1，钛卷的表面形貌与实施例2相似。
对比例1：
采用与实施例1中相同的海绵钛原料和冷热轧生产流程获取0.7mm厚度成品钛卷，只是第2轧程变形量为30％。
对比例2：
采用与实施例1中相同的海绵钛原料和冷热轧生产流程获取0.7mm厚度成品钛卷，只是第2轧程变形量为70％。
对比例3：
采用与实施例1中相同的海绵钛原料和冷热轧生产流程获取0.7mm厚度成品钛卷，只是冷轧第2轧程中的成品道次有所区别：冷轧变形量为11％，轧辊粗糙度为0.25μm。对成品钛卷进行取样检测，检测结果见表1，钛卷的表面形貌详见图5。
对比例4：
采用与实施例1中相同的海绵钛原料和冷热轧生产流程获取0.7mm厚度成品钛卷，只是冷轧第2轧程中的成品道次有所区别：冷轧变形量为5％，轧辊粗糙度为0.7μm。对成品钛卷进行取样检测，检测结果见表1，钛卷的表面形貌详见图6。
对比例5：
采用与实施例中1相同的海绵钛原料和冷热轧生产流程获取0.7mm厚度成品钛卷，只是采用辊径为400mm的平整机对退火后的钛卷进行平整，其中：平整辊粗糙度0.2μm，平整延伸率0.3％。对成品钛卷进行取样检测，检测结果见表1。
对比例6：
选用布氏硬度102HB的0级海绵钛进行混料、电极的压制及板坯的制备，压制焊接后的电极采用真空自耗炉熔炼成钛锭，然后将钛锭锻造成板坯；板坯主要杂质质量含量的化学成分为：Fe含量0.032％，O含量0.085％，N含量0.01％，C含量0.02％。将该板坯最终生产为冷轧成品，除了无平整工艺，其他与实施例1一致。对成品钛卷进行取样检测，检测结果见表1。
表1实施例1-5及对比例1-6的检测结果
从表1中可知：
本发明的工艺(实施例1-5)相比对比例1-6，产品钛卷的强度基本相当，延伸率有轻微增加，同时杯突值提高了1mm以上，钛材深冲性能得到显著提升。
结合本发明实施例1和对比例1-2可知，第2轧程的变形量对钛卷的晶粒均匀性和延伸率具有较大影响，具体是：当轧程变形量低于40％时，钛卷成品退火后，易造成晶粒不均匀，延伸率偏低；轧程变形量高于60％后，钛卷各向异性增加，影响钛材深冲性能。
钛材由于自身特性，极易与金属粘接，在冷轧过程中，钛卷与钢材质轧辊之间由于粘接原因，形成反复撕扯，钛卷表面逐步形成凹凸不平的鳞片状机构。结合本实施例1、实施例2、实施例3和对比例3-4可知，详见图2-图6，将成品道次轧辊粗糙度增加后，在轧制过程中，通过小变形量轧制和增加轧辊粗糙度，钛卷表面与轧辊之间的接触面会减少，由此可以减弱钛卷与轧辊之间的粘接和撕扯，钛卷表面鳞片状结构可大大减少，同时表面鳞片状凸起的程度也会因为成品道次小变形量的轧制而降低。
结合实施例1-5及对比例6可知：对钛铸锭化学成分进行调控、冷轧生产中对成品道次轧辊采取毛化方式增加钛带卷表面粗糙度以及钛带卷退火后再采用平整生产工艺三大步骤相互关联，只有采用发明的方案，才能获得深冲性能的钛卷，满足核电板式换热器用钛带卷的要求，与现有技术比较，具有显著的效果。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种改善核电板式换热器用钛带卷深冲性能的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、制备板坯，板坯中杂质化学成分重量含量如下：Fe为0.02-0.04％，O为0.03-0.08％，N＜0.01％，C≤0.02％；
步骤二、板坯热轧成卷，具体为：将步骤一所制备的板坯在840℃-900℃条件下保温5-7小时得到预热好的板坯；将预热好的板坯热轧成厚度为3.0-4.0mm的热轧钛卷；
步骤三、热轧钛卷在线退火，具体是：将步骤二所得热轧钛卷采用连续退火炉在720℃-860℃条件下进行在线退火，得到退火后的钛卷；
步骤四、将步骤三所得退火后的钛卷采用冷轧机经过2个轧程轧为成品厚度，得到成品厚度的冷轧卷，具体是：第1个轧程将退火后的钛卷轧到1.2-2.0mm厚度；将1.2-2.0mm厚度的钛卷经罩式退火后再进行第2个轧程的轧制，最后将钛卷冷轧到0.6-1.0mm成品厚度；所述第2个轧程的变形量为40-60％；冷轧机中轧辊的粗糙度为0.4-0.6μm；
步骤五、将步骤四所得钛卷进行退火处理得到退火后的钛卷，其中：退火保温温度为540℃-660℃；保温时间为10-16h；真空度不大于1.5×10-2Pa；
步骤六、将步骤五所得退火后的钛卷采用平整辊进行平整延伸处理得到成品，其中：平整辊粗糙度0.3-0.8μm；平整延伸率为0.4-0.7％。
2.根据权利要求1所述的改善核电板式换热器用钛带卷深冲性能的生产方法，其特征在于，所述步骤四之前还包括表面处理步骤，具体是：将退火后的钛卷采用抛丸机及酸洗线去除表面黑色氧化皮。
3.根据权利要求1所述的改善核电板式换热器用钛带卷深冲性能的生产方法，其特征在于，步骤四成品道次轧制时，道次变形量为7-9％。
4.根据权利要求1所述的改善核电板式换热器用钛带卷深冲性能的生产方法，其特征在于，所述步骤五之前还包括第一次脱脂除油处理，具体是：将成品厚度的冷轧卷采用碱性脱脂液清洗，以清除钛卷表面轧制油。
5.根据权利要求1所述的改善核电板式换热器用钛带卷深冲性能的生产方法，其特征在于，所述步骤六中，将步骤五所得退火后的钛卷采用平整辊进行平整延伸处理之后还包括第二次脱脂除油处理，具体是：将平整延伸后的钛卷进行脱脂除油后即为成品。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的改善核电板式换热器用钛带卷深冲性能的生产方法，其特征在于，所述步骤四中冷轧机为20辊冷轧机。
7.根据权利要求6所述的改善核电板式换热器用钛带卷深冲性能的生产方法，其特征在于，所述步骤五中采用真空罩式退火炉进行退火处理。
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2020
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