CN115369284A - 一种制作双极板用钛带的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制作双极板用钛带的制备方法，属于钛带卷材技术领域。该制备方法包括：制备厚度为3～5mm的热轧钛带后连续退火酸洗，得到钛带TA1‑a；将钛带TA1‑a进行一轧程冷轧至1.5～2.5mm后连续退火酸洗，得到钛带TA1‑b；将钛带TA1‑b进行两轧程冷轧至0.2～0.5mm后依次进行修磨脱脂、罩式退火、拉矫和切边，得到的钛带TA1‑c；将钛带TA1‑c进行三轧程冷轧至0.12mm后依次进行脱脂、连续退火和平整，即得制作双极板用钛带成品。该制备方法不仅实现了多轧程、多道次、小压下轧制模式下制作双极板用钛带，而且提高了钛带产品组织和晶粒度的均匀性，实现了钛带产品力学性能和厚度均衡度的提高。
Description
技术领域
本发明涉及钛带卷材制备技术领域，尤其涉及一种制作双极板用钛带的制备方法。
背景技术
随着化石燃料的紧缺与经济发展之间的矛盾，以及化石燃料在使用中产生的有害气体造成温室效应和环境污染等问题日益凸显，探索和应用绿色环保、高效可再生的新型能源资源成为研究热点。氢燃料电池以无污染、无噪声以及高效率等特点引起了人们的广泛关注，特别引人瞩目的是氢燃料电池中的质子交换膜具有工作温度适中、功率密度高以及启动速率快等特点，用作发电装置具有很高的利用价值。
双极板作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的重要组成部分，其体积占电池组50％左右，重量占70％以上。目前双极板根据材料主要分为石墨双极板、复合材料双极板、金属双极板三类，其中石墨双极板具有质量轻、耐腐蚀、导热导电性能良好但脆性大、流场加工成本高的特点；复合材料双极板具有成形性好、机械性能强度高但导电性能差、加工成本高的特点；金属双极板不仅具有厚度薄、导热导电性能良好、机械性能高以及气体隔绝性好(有利于电池比功率密度的提升)的特点，而且金属材料制备工艺成熟，可利用冲压、压铸和激光成形等方式加工高精度的复杂流场，容易实现量化生产，已成为制备质子交换膜燃料电池双极板的主要材料。
金属双极板根据材料一般分为不锈钢、铝合金和钛合金，其中钛的耐蚀性优于不锈钢和铝合金，且其比强度高，能够进一步降低双极板的重量、提高比功率和体积功率的密度，同时在使用过程产生的腐蚀产物对质子交换膜和催化剂的毒性较小，可保证质子交换膜燃料电池的运行稳定性和长使用寿命，所以钛极板在质子交换膜燃料电池的金属双极板中具有很高的研究和使用价值。用于制备双极板的钛带卷材一般要求表面状态好、板厚均匀、力学性能良好，而国内生产钛带卷材通常采用单张往复式轧制模式且厚度一般为0.5mm左右，虽然能够满足双极板的导电和强度要求，但普遍存在厚度公差大、组织不均匀、力学性能差的问题，从而造成刻蚀不稳定、涂层不均匀等而不能满足市场需求及深开发利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制作双极板用钛带的制备方法，采用多轧程、多道次、小压下的轧制模式并在不同的轧制厚度时结合不同的退火方式，从而解决了目前双极板用钛带卷材厚度公差大、组织不均匀、力学性能差等技术问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
本发明提供了一种制作双极板用钛带的制备方法，包括以下步骤：
制备厚度为3～5mm的热轧钛带之后，将所述热轧钛带进行连续退火酸洗，得到钛带TA1-a；
将所述钛带TA1-a进行一轧程冷轧至厚度为1.5～2.5mm之后连续退火酸洗，得到钛带TA1-b；
将所述钛带TA1-b进行两轧程冷轧至厚度为0.2～0.5mm之后依次进行修磨脱脂、罩式退火、拉矫和切边，得到的钛带TA1-c；
将所述钛带TA1-c进行三轧程冷轧至厚度为0.12mm之后依次进行脱脂、连续退火和平整，即得制作双极板用钛带成品。
作为本发明的优选实施方式，所述制备厚度为3～5mm的热轧钛带的方法包括：
将海绵钛进行真空自耗电弧熔炼成板坯之后机加处理，得到钛板坯；
将所述钛板坯依次进行加热、保温、粗轧和精轧，得到所述热轧钛带。
作为本发明的进一步优选实施方式，所述钛板坯包括以下元素：
O≤0.05％；Fe≤0.03％；C≤0.03％；N≤0.01％；H≤0.007％；余量的Ti和不可避免的杂质。
作为本发明的进一步优选实施方式，
所述板坯加热的温度为880℃，保温时间为3～5h；
所述粗轧的次数为7～9道次，轧制目标厚度控制为29±2mm；
所述精轧的次数为10～12道次，轧制目标厚度控制为3～5±0.1mm；
所述连续酸洗退火加热过程依次包括八个阶段，具体为：650±10℃；680±10℃；710±10℃；710±10℃；735±10℃；740±10℃；755±10℃和755±10℃。
作为本发明的优选实施方式，所述一轧程冷轧的次数为8道次，每道次变形量为5～15％，总压下率为50％。
作为本发明的优选实施方式，所述二轧程冷轧的次数为13道次，每道次变形量为5～15％，总压下率为85％。
作为本发明的进一步优选实施方式，所述罩式退火工艺为阶梯式升温过程控制，具体过程为：0～200℃，温升时间为2h，200℃保温2h；200～450℃，温升时间为2.5h，450℃保温4h；450～620℃温升时间为10h，620℃保温8h；随后更换冷却罩降温至100℃后，出炉自然冷却。
作为本发明可能的优选实施方式，所述三轧程冷轧的次数为11道次，每道次变形量为5～15％，总压下率为60％。
作为本发明的进一步优选实施方式，所述连续退火工艺为700～800℃/2～10m。
作为本发明的优选实施方式，所述制作双极板用钛带成品的平直度≤3mm/m。
与现有技术相比，本发明实施例的优点或有益效果至少包括：
本发明提供的制作双极板用钛带的制备方法，将3～5mm厚的热轧钛带在连续退火酸洗后进行分段式轧制，轧制过程依次是冷轧至厚度为1.5～2.5mm之后连续退火酸洗；冷轧至厚度为0.2～0.5mm之后依次进行修磨脱脂、罩式退火、拉矫和切边；以及冷轧至厚度为0.12mm依次进行脱脂、连续退火和平整，从而实现了多轧程、多道次、小压下的轧制生产制作双极板用钛带。鉴于此，该制备方法一方面在不同冷轧的厚度阶段进行不同方式的退火处理，从而在消除加工硬化的同时提高了退火效率，有利于提高钛带卷材的组织和晶粒度的均匀性；另一方面随着钛带厚度随着多轧程、多道次、小压下的轧制，不仅在减薄过程中使钛带表面的氧化层得到充分破碎，而且使轧制变形区域内的金属质点均匀流动，解决了钛带卷材组织均匀、力学性能优异；并且在冷轧后增加了酸洗、修磨、平整、拉矫等工序，不仅消除了卷材表面的轻起皮，而且增加了表面粗糙度，从而保证各个减薄轧制阶段都能有效控制板型和浪型，解决了钛带卷材厚度尺寸公差大的问题，从而实现双极板用钛带卷材的稳定生产。
实施例测试结果表明，本发明实施例制备的双极板用钛带成品在室温下的横向抗拉强度为294～311MPa，横向屈服强度为206～236MPa，板型平直度≤3mm/m；横向延伸率A50为24.8～32.0％，厚度范围控制为0.112～0.118mm，粗糙度Ra范围为0.16～0.18um；具有良好的力学性能和厚度均匀性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的制作双极板用钛带的制备方法流程示意图；
图2为本发明实施例1提供的200倍金相图；
图3为本发明实施例2提供的200倍金相图；
图4为本发明实施例3提供的200倍金相图；
图5为本发明实施例4提供的200倍金相图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明作进一步详细阐述，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能或方法上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
为了解决目前双极板用钛带卷材厚度公差大、组织不均匀、力学性能差的技术问题，本实施例提供了一种制作双极板用钛带的制备方法，请一并参照图1至图5。其中，图1为本实施例提供的制作双极板用钛带的制备方法的流程示意图；图2为实施例1提供的200倍金相图；图3为实施例2提供的200倍金相图；图4为实施例3提供的200倍金相图；图5为实施例4提供的200倍金相图。
如图1所示，该制作双极板用钛带的制备方法包括步骤S101-S104。
S101：制备厚度为3～5mm的热轧钛带之后，将热轧钛带进行连续退火酸洗，得到钛带TA1-a。
需要说明的是，在步骤S101中进行所述连续加热酸洗工序的设备机组包括加热炉段、破鳞机段、抛丸机段和酸洗段，其中，所述加热炉段分为八区进行连续加热保温程序，依次是：一区650±10℃；二区680±10℃；三区710±10℃；四区710±10℃；五区735±10℃；六区740±10℃；七区755±10℃；以及八区755±10℃。所述破鳞机段压下量为30～50mm；所述抛丸机段抛速为50～90m/s；所述酸洗段工艺控制为HNO3和HF的混酸，温度控制在30～50℃，工艺速度为15～25m/min，本步骤S101优选的工艺速度为15m/min。
S102：将所述钛带TA1-a进行一轧程冷轧至厚度为1.5-2.5mm之后连续退火酸洗，得到钛带TA1-b。
需要说明的是，在步骤S102中进行所述连续加热酸洗工序的设备机组包括加热炉段、破鳞机段、抛丸机段和酸洗段，其中，所述加热炉段分为八区进行连续加热保温程序，依次是：一区650±10℃；二区680±10℃；三区710±10℃；四区710±10℃；五区735±10℃；六区740±10℃；七区755±10℃；以及八区755±10℃。所述破鳞机段压下量为30～50mm；所述抛丸机段抛速为50～90m/s；所述酸洗段工艺控制为HNO3和HF的混酸，温度控制在30～50℃，工艺速度为15～25m/min，本步骤S102优选的工艺速度为18m/min。
S103：将所述钛带TA1-b进行两轧程冷轧至厚度为0.2～0.5mm之后依次进行修磨脱脂、罩式退火、拉矫和切边，得到的钛带TA1-c。
需要说明的是，在步骤S103中对钛带进行表面修磨处理，一方面起到去除钛带表层轻起皮的作用，从而有效去除钛带表面缺陷，实现钛带表面质量的提升；另一方面起到增加钛带表面粗糙度的作用，从而增加后期冷轧过程中钛带与轧辊之间的摩擦系数，有效防止薄规格钛带在轧制过程中板型、浪型等缺陷，实现宽幅薄规格钛带的稳定生产。其中，本实施例基于降低生产成本和钛带产品表面质量研究，选择240#砂带对钛带进行表面修磨，以及在修磨后利用皂化液对钛带进行表面脱脂以去除油污，不仅在较低的生产成本下能够有效去除钛带表面缺陷，提高钛带表面质量，而且能够增加钛带表面粗糙度以及保证高效的生产效率。但本领域技术人员应当理解，本实施例对修磨脱脂的工艺过程没有特殊限定，以满足去除钛带表面缺陷、改善钛带表面质量为准，因而采用本领域常规的修磨脱脂工艺及参数控制即可。同时，本实施例对所述皂化液的组分配比及使用量没有特殊的要求，以满足去除钛带表面油污要求为准。
需要说明的是，在步骤S103中进行两轧程冷轧至厚度为0.2～0.5mm之后进行拉矫和切边处理，既能降低薄规格钛带边裂等缺陷，又能消除切边应力，因而有利于在轧制过程中控制板型，从而起到降低冷轧断带风险的作用。其中，本实施例对所述拉矫和切边没有特殊的要求，可以是利用连续拉伸弯曲矫直机单边切除10～20mm的边丝。
S104：将所述钛带TA1-c进行三轧程冷轧至厚度为0.12mm之后依次进行脱脂、连续退火和平整，即得制作双极板用钛带成品。其中，所述连续退火的工艺速度为700～800℃/2～10m。
需要说明的是，在步骤S104中进行三轧程冷轧至厚度为0.12mm之后进行平整处理，能够起到消除内应力和控制板型的作用。具体地，本实施例在所述平整处理中利用平整辊进行较小的压下量、多道次的平整处理，从而能够使钛带成品表面的氧化层得到均匀的破碎，为后期钛带的蚀刻、涂镀层、复合板提供了更为一致的条件。其中，平整后钛带成品的平直度≤3mm/m。
步骤S104在脱脂工序中没有特殊的要求，以满足去除钛带成品表面的油污为准，其中，步骤S104对所述皂化液的组分配比及使用量没有特殊的要求，以满足去除钛带表面油污要求为准。
基于以上描述可知，本实施例在不同厚度阶段的轧制中选用不同的退火方式，起到提高钛带深冲性能和降低退火过程中易出现表面擦划伤等风险的作用。具体地，在厚度为0.2～0.5mm的钛带轧制后进行罩式退火，罩式退火炉装置有强对流风机，可对炉内温度进行快速循环交换，并且退火时间长、炉内温度更均匀，因此在罩退后钛带退透性更好、深冲性更佳；罩式退火时是整卷堆垛式装炉退火，表面擦划伤、色差印等缺陷更少。而在厚度0.12mm的钛带待成品轧制后进行连续退火，整卷为开卷式匀速连续退火，生产效率更高，退火后钛带能够获得均匀的组织。
本实施例提供的制作双极板用钛带的制备方法，将热轧钛带依次冷轧至1.5～2.5mm的厚度后进行连续退火酸洗、冷轧至0.2～0.5mm的厚度后进行罩式退火以及冷轧至0.12mm的厚度后进行连续退火，从而在保证薄带材的深冲性能同时，也提高了退火效率、钛带组织和晶粒度的均匀性，实现了钛带表面粘结、擦划伤、色差印等缺陷的减少。同时，随着钛带厚度的逐渐减薄，冷轧工艺采用多轧程、多道次、小压下轧制模式，从而在减薄过程中使得钛带表面的氧化层得到充分破碎以及使变形区域内的金属质点均匀流动，有利于降低钛带内应力和切边应力，从而使钛带在多道次冷轧过程中的板型和浪型得到有效控制，解决了钛带卷厚度尺寸公差大的问题；并且在减薄轧制过程中进行表面修磨、板型拉矫及平整，不仅能够消除钛带表层的轻起皮，而且增加了钛带表面的粗糙度，进一步增强在各个减薄轧制阶段对钛带板型和浪型的控制，实现制作双极板用钛带的稳定、高效生产。
因此，本实施例不仅实现了分段轧制模式下制作双极板用钛带的制备，而且使制作双极板用钛带产品的组织和晶粒度的均匀性得到明显提高，实现了制作双极板用钛带产品力学性能和厚度均衡度的提高。
在本实施例中，所述制备厚度为3～5mm的热轧钛带的制备方法包括：
步骤一：将海绵钛进行真空自耗电弧熔炼成板坯之后机加处理，得到钛板坯，其中，所述海绵钛优选为0级海绵钛或0A级海绵钛，本实施例对其来源没有特殊的限定；真空自耗电弧炉的规格为220mm×1250mm×8000mm。
需要说明的是，本实施例以海绵钛为原料进行三次真空自耗电弧熔炼，既能制备出成分均匀的板坯，而且能够明显降低杂质元素导致的冷轧成品卷表面夹杂、穿孔、裂纹缺陷等。其中，所述真空自耗电弧熔炼的电流为16～30kA，优选为19～27kA；电压为28～38V，优选为32～36V；熔前真空度(Pa)≤5.0×100；所述真空自耗电弧熔炼的次数为三次，且每次熔炼的顺序为上次锭调头熔炼。同时，本实施例在真空自耗电弧熔炼获得板坯后进行机加处理，所述机加处理包括控制单边机加量为6～8mm，且要保证最小加工深度≥3.0mm，以及机加后精铣钛板坯表面粗糙度Ra≤6.3μm，板坯的倒角宽度控制在15～20mm×45°，从而能够明显地改善由于板坯尺寸不均导致的缩宽不齐、同板差、浪型等问题，降低了后续冷轧过程中板型的调控难度，提高了钛带产品的表面质量。
步骤二：将所述钛板坯依次进行加热、保温、粗轧和精轧，得到所述热轧钛带。
需要说明的是，本实施例所述粗轧的次数优选为7～9道次，轧制总量优选为29±2mm；所述精轧的次数优选为10～12道次，轧制总量优选为4±0.1mm。
在本实施例中，所述钛板坯包括以下元素：
O≤0.05％；Fe≤0.03％；C≤0.03％；N≤0.01％；H≤0.007％；余量的Ti和不可避免的杂质。
本实施例选择杂质含量低的钛板坯为原料制备双极板用钛带，能够减少冷轧钛带表面夹杂、穿孔、裂纹缺陷等。
在本实施例中，所述一轧程冷轧的次数优选为8道次，每道次变形量优选为5～15％，总压下率优选为50％。
在本实施例中，所述二轧程冷轧的次数优选为13道次，每道次变形量优选为5～15％，总压下率优选为85％。
在本实施例中，所述三轧程冷轧的次数优选为11道次，每道次变形量优选为5～15％，总压下率优选为60％。
需要说明的是，本实施例实施所述一轧程冷轧、所述二轧程冷轧和所述三轧程冷轧的设备均为二十辊可逆式轧机。
在本实施例中，所述罩式退火的温度优选为620℃，时间优选为10+8h，具体为阶梯式升温过程，其中，0～200℃，温升时间为2h，200℃保温2h；200～450℃，温升时间为2.5h，450℃保温4h；450～620℃温升时间为10h，620℃保温8h；随后更换冷却罩降温至100℃后，出炉自然冷却。
在本实施例中，所述连续退火的温度优选为700～800℃/2～10m。
在本实施例中，所述制作双极板用钛带成品的平直度≤3mm/m。
下面将结合具体实施例对本发明作进一步阐述，以便于本领域技术人员的理解和实施。
实施例1
设计钛板坯的化学成分为：O≤0.05％，Fe≤0.03％，C≤0.03％，N≤0.01％，H≤0.007％，余量的Ti和不可避免的杂质；
按所述设计钛板坯的化学成分将海绵钛混合压制电极后，使用真空自耗电弧炉在真空度＜5Pa条件下进行三次熔炼，形成规格为220mm×1250mm×8000mm的钛板坯，其中，第一次熔炼设定的电流为22KA，电压为28V，第二次熔炼设定的电流为26kA，电压为30V，第三次熔炼设定的电流为28kA，电压为33V；然后将所述钛板坯进行整体机加处理，其中，单边机加量为5～7mm，机加后表面粗糙度Ra≤6.3μm；
将机加处理的钛板坯连续升温至880℃后保温3～5h，然后依次经四辊轧机粗轧、炉卷轧机四辊可逆精轧至厚度为4.0mm的热轧钛带，最后经连续酸洗退火后得到钛带TA1-a，其中，所述粗轧的次数为7～9道次，轧制总量为29±2mm；所述精轧的次数为10～12道次，轧制总量为4±0.1mm；
将所述钛带TA1-a在二十辊可逆轧机上进行一轧程轧制至厚度为2.0mm，再次进行连续退火酸洗，得到钛带TA1-b，其中，所述一轧程冷轧的次数为8道次，每道次变形量为5～15％，总压下率为50％；
将所述钛带TA1-b在二十辊可逆轧机上进行二轧程轧制至厚度为0.3mm后，依次进行修磨脱脂、罩式退火、拉矫板型和切除边丝，得到钛带TA1-c，其中，所述二轧程冷轧的次数为13道次，每道次变形量为5～15％，总压下率为85％；所述罩式退火为阶梯式升温，具体过程为：0～200℃，温升时间为2h，200℃保温2h；200～450℃，温升时间为2.5h，450℃保温4h；450～620℃温升时间为10h，620℃保温8h；随后更换冷却罩降温至100℃后，出炉自然冷却；
将所述钛带TA1-c在二十辊可逆轧机上进行三轧程轧制至厚度为0.12mm后，依次进行脱脂、连续退火(工艺速度为725℃/4m)、平整板型，即得制作双极板用钛带成品，其中所述三轧程冷轧的次数为11道次，每道次变形量为5～15％，总压下率为60％，力学性能如表1所示，不平度≤3mm/m，微观组织见图2，晶粒组织的平均尺寸在10～40um。
实施例2
设计钛板坯的化学成分为：O≤0.05％，Fe≤0.03％，C≤0.03％，N≤0.01％，H≤0.007％，余量的Ti和不可避免的杂质；
按所述设计钛板坯的化学成分将海绵钛混合压制电极后，使用真空自耗电弧炉在真空度＜5Pa条件下进行三次熔炼，形成规格为220mm×1250mm×8000mm的钛板坯，其中，第一次熔炼设定的电流为22KA，电压为28V，第二次熔炼设定的电流为26kA，电压为30V，第三次熔炼设定的电流为28kA，电压为33V；然后将所述钛板坯进行整体机加处理，其中，单边机加量为5～7mm，机加后表面粗糙度Ra≤6.3μm；
将机加处理的钛板坯连续升温至880℃后保温3～5h，然后依次经四辊轧机粗轧、炉卷轧机四辊可逆精轧至厚度为4.0mm的热轧钛带，最后经连续酸洗退火后得到钛带TA1-a，其中，所述粗轧的次数为7～9道次，轧制总量为29±2mm；所述精轧的次数为10～12道次，轧制总量为4±0.1mm；
将所述钛带TA1-a在二十辊可逆轧机上进行一轧程轧制至厚度为2.0mm，再次进行连续退火酸洗，得到钛带TA1-b，其中，所述一轧程冷轧的次数为8道次，每道次变形量为5～15％，总压下率为50％；
将所述钛带TA1-b在二十辊可逆轧机上进行二轧程轧制至厚度为0.3mm后，依次进行修磨脱脂、罩式退火、拉矫板型和切除边丝，得到钛带TA1-c，其中，所述二轧程冷轧的次数为13道次，每道次变形量为5～15％，总压下率为85％；所述罩式退火为阶梯式升温，具体过程为：0～200℃，温升时间为2h，200℃保温2h；200～450℃，温升时间为2.5h，450℃保温4h；450～620℃温升时间为10h，620℃保温8h；随后更换冷却罩降温至100℃后，出炉自然冷却；
将所述钛带TA1-c在二十辊可逆轧机上进行三轧程轧制至厚度为0.12mm后，依次进行脱脂、连续退火(工艺速度为755℃/4m)、平整板型，即得制作双极板用钛带成品，其中所述三轧程冷轧的次数为11道次，每道次变形量为5～15％，总压下率为60％，力学性能如表1所示，不平度≤3mm/m，微观组织见图3，晶粒组织的平均尺寸在10～40um。
实施例3
设计钛板坯的化学成分为：O≤0.05％，Fe≤0.03％，C≤0.03％，N≤0.01％，H≤0.007％，余量的Ti和不可避免的杂质；
按所述设计钛板坯的化学成分将海绵钛混合压制电极后，使用真空自耗电弧炉在真空度＜5Pa条件下进行三次熔炼，形成规格为220mm×1250mm×8000mm的钛板坯，其中，第一次熔炼设定的电流为22KA，电压为28V，第二次熔炼设定的电流为26kA，电压为30V，第三次熔炼设定的电流为28kA，电压为33V；然后将所述钛板坯进行整体机加处理，其中，单边机加量为5～7mm，机加后表面粗糙度Ra≤6.3μm；
将机加处理的钛板坯连续升温至880℃后保温3～5h，然后依次经四辊轧机粗轧、炉卷轧机四辊可逆精轧至厚度为4.0mm的热轧钛带，最后经连续酸洗退火后得到钛带TA1-a，其中，所述粗轧的次数为7～9道次，轧制总量为29±2mm；所述精轧的次数为10～12道次，轧制总量为4±0.1mm；
将所述钛带TA1-a在二十辊可逆轧机上进行一轧程轧制至厚度为2.0mm，再次进行连续退火酸洗，得到钛带TA1-b，其中，所述一轧程冷轧的次数为8道次，每道次变形量为5～15％，总压下率为50％；
将所述钛带TA1-b在二十辊可逆轧机上进行二轧程轧制至厚度为0.3mm后，依次进行修磨脱脂、罩式退火、拉矫板型和切除边丝，得到钛带TA1-c，其中，所述二轧程冷轧的次数为13道次，每道次变形量为5～15％，总压下率为85％；所述罩式退火为阶梯式升温，具体过程为：0～200℃，温升时间为2h，200℃保温2h；200～450℃，温升时间为2.5h，450℃保温4h；450～620℃温升时间为10h，620℃保温8h；随后更换冷却罩降温至100℃后，出炉自然冷却；
将所述钛带TA1-c在二十辊可逆轧机上进行三轧程轧制至厚度为0.12mm后，依次进行脱脂、连续退火(工艺速度为755℃/6m)、平整板型，即得制作双极板用钛带成品，其中所述三轧程冷轧的次数为11道次，每道次变形量为5～15％，总压下率为60％，力学性能如表1所示，不平度≤3mm/m，微观组织见图4，晶粒组织的平均尺寸在30～50um。
实施例4
设计钛板坯的化学成分为：O≤0.05％，Fe≤0.03％，C≤0.03％，N≤0.01％，H≤0.007％，余量的Ti和不可避免的杂质；
按所述设计钛板坯的化学成分将海绵钛混合压制电极后，使用真空自耗电弧炉在真空度＜5Pa条件下进行三次熔炼，形成规格为220mm×1250mm×8000mm的钛板坯，其中，第一次熔炼设定的电流为22KA，电压为28V，第二次熔炼设定的电流为26kA，电压为30V，第三次熔炼设定的电流为28kA，电压为33V；然后将所述钛板坯进行整体机加处理，其中，单边机加量为5～7mm，机加后表面粗糙度Ra≤6.3μm；
将机加处理的钛板坯连续升温至880℃后保温3～5h，然后依次经四辊轧机粗轧、炉卷轧机四辊可逆精轧至厚度为4.0mm的热轧钛带，最后经连续酸洗退火后得到钛带TA1-a，其中，所述粗轧的次数为7～9道次，轧制总量为29±2mm；所述精轧的次数为10～12道次，轧制总量为4±0.1mm；
将所述钛带TA1-a在二十辊可逆轧机上进行一轧程轧制至厚度为2.0mm，再次进行连续退火酸洗，得到钛带TA1-b，其中，所述一轧程冷轧的次数为8道次，每道次变形量为5～15％，总压下率为50％；
将所述钛带TA1-b在二十辊可逆轧机上进行二轧程轧制至厚度为0.3mm后，依次进行修磨脱脂、罩式退火、拉矫板型和切除边丝，得到钛带TA1-c，其中，所述二轧程冷轧的次数为13道次，每道次变形量为5～15％，总压下率为85％；所述罩式退火为阶梯式升温，具体过程为：0～200℃，温升时间为2h，200℃保温2h；200～450℃，温升时间为2.5h，450℃保温4h；450～620℃温升时间为10h，620℃保温8h；随后更换冷却罩降温至100℃后，出炉自然冷却；
将所述钛带TA1-c在二十辊可逆轧机上进行三轧程轧制至厚度为0.12mm后，依次进行脱脂、连续退火(工艺速度为780℃/6m)、平整板型，即得制作双极板用钛带成品，其中所述三轧程冷轧的次数为11道次，每道次变形量为5～15％，总压下率为60％，力学性能如表1所示，不平度≤3mm/m，微观组织见图5，晶粒组织的平均尺寸在40～80um。
对实施例1～4的钛带进行室温力学性能和杯突值等测试，测试结果与GB/T3621、ASTM B265标准要求相对比，结果如表1所示。
表1-实施例制备的钛带成品性能
根据表1可以看出，实施例1～4生产的钛带卷材性能均能满足GB/T 3621、A STMB265标准要求。根据图2～5可知，随着加热温度的不断升高变化，获得的钛带卷的晶粒大小及均匀性也在不断长大及变化中；结合霍尔-佩奇(Hall-petch)关系：σys＝σ0+kyd-1/2,(其中，σys表示材料屈服强度，d为晶粒的平均直径，ky为直线的斜率)晶粒的平均直径直接影响着单相材料的屈服强度，即晶粒越粗，材料的强度越低；其中，实施例3制备的钛带卷在对应工艺退火后，晶粒平均尺寸在30～50um，获得了较低的屈服强度，达到206Mpa，而断后延伸率和杯突值较高，分别达到32％和7.64mm。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (10)
1.一种制作双极板用钛带的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备厚度为3～5mm的热轧钛带之后，将所述热轧钛带进行连续退火酸洗，得到钛带TA1-a；
将所述钛带TA1-a进行一轧程冷轧至厚度为1.5～2.5mm之后连续退火酸洗，得到钛带TA1-b；
将所述钛带TA1-b进行两轧程冷轧至厚度为0.2～0.5mm之后依次进行修磨脱脂、罩式退火、拉矫和切边，得到的钛带TA1-c；
将所述钛带TA1-c进行三轧程冷轧至厚度为0.12mm之后依次进行脱脂、连续退火和平整，即得制作双极板用钛带成品。
2.根据权利要求1所述的制作双极板用钛带的制备方法，其特征在于，所述制备厚度为3～5mm的热轧钛带的方法包括：
将海绵钛进行真空自耗电弧熔炼成板坯之后机加处理，得到钛板坯；
将所述钛板坯依次进行加热、保温、粗轧和精轧，得到所述热轧钛带。
3.根据权利要求2所述的制作双极板用钛带的制备方法，其特征在于，所述钛板坯包括以下元素：
O≤0.05％；Fe≤0.03％；C≤0.03％；N≤0.01％；H≤0.007％；余量的Ti和不可避免的杂质。
4.根据权利要求2所述的制作双极板用钛带的制备方法，其特征在于，所述钛卷连续酸洗退火的加热过程依次包括八个阶段，具体为：
650±10℃；680±10℃；710±10℃；710±10℃；735±10℃；740±10℃；755±10℃和755±10℃；
所述板坯加热温度为880℃，保温时间为3～5h；
所述粗轧的次数为7～9道次，轧制目标厚度为29±2mm；
所述精轧的次数为10～12道次，轧制目标厚度为3～5±0.1mm。
5.根据权利要求1所述的制作双极板用钛带的制备方法，其特征在于，所述一轧程冷轧的次数为8道次，每道次变形量为5～15％，总压下率为50％。
6.根据权利要求1所述的制作双极板用钛带的制备方法，其特征在于，所述二轧程冷轧的次数为13道次，每道次变形量为5～15％，总压下率为85％。
7.根据权利要求6所述的制作双极板用钛带的制备方法，其特征在于，所述罩式退火工艺为阶梯式升温过程控制，具体过程为：0～200℃，温升时间为2h，200℃保温2h；200～450℃，温升时间为2.5h，450℃保温4h；450～620℃温升时间为10h，620℃保温8h；随后更换冷却罩降温至100℃后，出炉自然冷却。
8.根据权利要求1所述的制作双极板用钛带的制备方法，其特征在于，所述三轧程冷轧的次数为11道次，每道次变形量为5～15％，总压下率为60％。
9.根据权利要求8所述的制作双极板用钛带的制备方法，其特征在于，所述步骤S104中的连续退火工艺为700～800℃/2～10m。
10.根据权利要求1所述的制作双极板用钛带的制备方法，其特征在于，所述制作双极板用钛带成品的平直度≤3mm/m。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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