TA15鈦合金薄板平直度控制工藝初探

任 輝，張海深，陳國財，陳 蘇，楊文甲，張文琦

(1.撫順特鋼股份有限公司，遼寧 撫順 113000)

(2.沈陽市亨運達鈦業開發有限公司，遼寧 沈陽 110102)

(3.沈陽卓越鈦業有限公司，遼寧 沈陽 110102)

TA15鈦合金薄板平直度控制工藝初探

任 輝1，張海深1，陳國財2，陳 蘇2，楊文甲3，張文琦3

(1.撫順特鋼股份有限公司，遼寧 撫順 113000)

(2.沈陽市亨運達鈦業開發有限公司，遼寧 沈陽 110102)

(3.沈陽卓越鈦業有限公司，遼寧 沈陽 110102)

根據長期積累的鈦及鈦合金軋制經驗以及TA15鈦合金的性能特點，設計了TA15鈦合金薄板的1#軋制方案，并按照1#軋制方案試制了140 kg TA15鈦合金薄板。分析影響薄板板形的主要因素為:①熱軋工作輥的冷卻;②單向軋制。提出了解決薄板平直度的2#軋制方案，并按照2#軋制方案又試制了205 kg TA15鈦合金薄板。結果表明，改進后的2#軋制方案制備出的TA15鈦合金薄板，滿足18 mm/m平直度要求，板形的一次檢驗合格率為94%，且各項性能指標達到標準要求。

TA15鈦合金;軋輥凸度;道次變形量;薄板

1 前言

TA15合金(Ti-6Al-2Zr-1V-1Mo)屬近 α型鈦合金，具有抗蠕變性能好、使用溫度高、可焊性好等優點，并具有良好的壓力加工成形性能，可通過適當的壓力加工方法生產出管、棒、型、線、板等產品。

目前TA15鈦合金已在國內得到了大量應用，其中以板材的應用最為廣泛。但由于TA15鈦合金存在強度高、塑性差、冷軋變形量小等特點，薄板生產難度較大，特別是成品板材的平直度很難控制，經常因板形不符合要求而報廢。而TA15鈦合金板材的性能相對來說較易控制，所以TA15鈦合金薄板生產的關鍵是通過對軋制過程中工藝參數的控制，來保證板材的平直度。本研究通過改進軋制工藝，改善工序節點控制，探索TA15鈦合金薄板平直度的影響因素，為實際生產提供參考。

2 實驗材料及設備

實驗材料為撫順特鋼股份有限公司三煉分廠經三次真空自耗電弧熔煉得到的TA15鈦合金鑄錠，其化學成分見表1，滿足XJ/BS 5259—2003標準要求。鑄錠經開坯鍛造、機加工制成尺寸為75 mm×335 mm×920 mm的板坯，板坯厚度公差小于1.0 mm、表面光潔度達到▽4。制備TA15鈦合金薄板的加工設備包括:1 200、1 400二輥不可逆熱軋機，1 200、1 400四輥可逆式冷軋機，直通輥底退火爐，板材真空退火爐，冷、熱矯直機等。

表1 TA15鈦合金鑄錠的化學成分(w/%)Table 1 Chemical composition of TA15 titanium alloy ingot

3 實驗過程及結果分析

根據長期積累的鈦及鈦合金軋制經驗及TA15鈦合金性能的特點，設計了TA15鈦合金薄板的1#軋制方案和各工序控制節點，并按照1#軋制方案試制了190 kg坯料，制備了140 kg TA15鈦合金薄板，檢驗了板材的成品率。再在1#軋制方案試制結果的基礎上，對1#軋制方案進行了調整，制定了2#軋制方案，并按照2#軋制方案又試制了280 kg坯料，制備了205 kg TA15鈦合金薄板，取樣觀察金相組織，測試力學性能，檢驗板材的成品率。

3.1 1#軋制方案及試制結果分析

1#軋制方案見圖1。初軋前，板坯表面需均勻刷涂一層玻璃涂層，然后加熱到960℃、保溫120 min進行初軋。初軋共11個道次，軋制過程中加冷卻水冷卻工作輥，且前4個道次的變形量控制在20%以內。第一次精軋為單向軋制，加熱溫度為930℃，道次變形量在25%以內。第二次精軋加熱溫度為900℃，采用大變形量軋制。一次冷軋在1 400四輥可逆式軋機上進行，選用凸度為0.25 mm的工作輥。成品冷軋在1 200四輥可逆式軋機上進行，選用凸度為0.30 mm的工作輥。成品板材真空退火制度為800℃ ×50 min。

圖1 TA15鈦合金薄板1#軋制方案Fig.1 1#rolling process of TA15 titanium alloy sheets

按照1#軋制方案制備出140 kg的TA15鈦合金薄板，經檢驗，滿足18 mm/m平直度要求的板材只有43 kg，合格率僅為31%。

圖2為按照1#軋制方案軋制出的薄板實物照片。從圖2可以看出，按照1#方案軋制出的成品薄板板形較差，呈瓢曲狀。分析其原因可能是:板材在初軋前雖然刷涂了玻璃涂層，有一定的保溫效果，但在軋制過程中用冷卻水對軋輥進行了冷卻，導致板坯各部位的溫度有了差距，使板坯變形不均，橫斷面公差較大;接下來的精軋又為單向軋制，未能消除橫斷面的公差，橫向延伸均勻性差，中間延伸大，邊部延伸小;后經幾次冷軋、退火、平整、矯直等工序處理，也仍然很難消除，最終導致成品板材形狀出現了山形、船形、瓢形等。

圖2 1#軋制方案試制的TA15鈦合金薄板照片Fig.2 Photo of TA15 titanium alloy sheets made by 1#rolling process

3.2 2#軋制方案及試制結果分析

由于TA15鈦合金對不均勻變形較敏感，因此對1#軋制方案試制結果進行了仔細分析，找出影響板形的關鍵點，對工序進行優化［1］，設計了2#軋制方案，見圖3。

2#軋制方案與1#軋制方案的軋制道次、火次及道次變形量相同。不同的是:2#軋制工藝初軋過程中的前5個道次不加冷卻水冷卻工作輥;第一次精軋時采取換向軋制代替單向軋制。

圖3 TA15鈦合金薄板2#軋制方案Fig.3 2#rolling process of TA15 titanium alloy sheets

按照2#軋制方案試制了205 kg的TA15鈦合金薄板，經檢驗，滿足18 mm/m平直度要求的板材達到193 kg，合格率提高至94%。圖4為按照2#軋制方案軋制出的薄板實物照片。

圖4 2#軋制方案試制的TA15鈦合金薄板照片Fig.4 Photo of TA15 titanium alloy sheets made by 2#rolling process

從圖4可以看出，按照2#方案軋制出的成品薄板平直度較好，表明2#軋制方案中的兩項改進措施十分有效。初軋過程中的前5道次不加冷卻水冷卻工作輥，防止了板坯不同部位溫差過大。在整個軋制過程中實際測量每一張板材同板溫度差不超過15℃，使得各區域的延伸均勻，減少了初軋半成品板材橫斷面的尺寸公差。精軋工序換向軋制，進一步降低了熱軋半成品的同板變形差。2#軋制方案保證板形質量的另一個重要措施是控制好軋輥曲線。由于本實驗所使用的冷軋機沒有控制軋輥曲線的AGC彎輥裝置，需預先準確推算出本批薄板軋制所用工作輥的凸度，再根據推算出的工作輥凸度把工作輥修磨到要求的凸度。2#軋制方案根據成品薄板的尺寸和板形要求，進一步準確計算了工作輥的凸度值，并嚴格按照推算值磨輥，保證了軋制出的TA15鈦合金薄板板形，板形合格率提高到94%。

2#方案軋制的板材經真空退火處理后，金相組織見圖5，室溫拉伸性能測試結果見表2。

圖5 TA15鈦合金薄板的金相照片Fig.5 Metallograph of TA15 titanium alloy sheet

表2 TA15鈦合金薄板室溫拉伸性能Table 2 Tensile properties of TA15 titanium alloy sheets at room temperature

由圖5可以看出，α相的體積分數約占40%。表2表明，采用2#軋制方案軋制出的TA15鈦合金薄板橫向和縱向性能差別較小，各項性能均滿足XJ/BS 5259—2003標準要求。500℃高溫拉伸實驗表明，拉伸強度和持久性能均滿足GB/T 2965—2007標準要求，其中拉伸強度為600～650 MPa。

4 結論

(1)軋制TA15鈦合金薄板時初軋板坯刷涂玻璃涂料，并在初軋的前5個道次不用冷卻水冷卻工作輥，可明顯降低軋制時同板坯不同部分的溫度差，改善板坯不均勻變形程度。

(2)軋制TA15鈦合金薄板時，精軋工序采用換向軋制，可進一步降低熱軋半成品的橫斷面變形差。

(3)改進后的2#軋制方案可軋制出板形滿足18 mm/m平直度要求且性能滿足標準要求的TA15鈦合金薄板。

［1］稀有金屬材料加工手冊編寫組.稀有金屬材料加工手冊［M］.北京:冶金工業出版社，1984:781.

［2］肖紀美.材料的應用與發展［M］.北京:宇航出版社，1988:13.

Research on Flatness Control Process of TA15 Titanium Alloy Sheets

Ren Hui1，Zhang Haishen1，Chen Guocai2，Chen Su2，Yang Wenjia3，Zhang Wenqi3
(1.Fushun Special Steel Shares Co.，Ltd.，Fushun 113000，China)
(2.Shenyang Hengyunda Titanium Development Co.，Ltd.，Shenyang 110102，China)
(3.Shenyang Zhuoyue Titanium Industry Co.，Ltd.，Shenyang 110102，China)

Based on rolling experience and properties of TA15 titanium alloy，1#rolling scheme was made and TA15 titanium alloy sheets of 140 kg were produced.And the main influence factors like cooling of working roll and singledirection rolling were also investigated.It was found that cooling rolls and rolling in single direction during hot rolling affected the flatness of sheets.Then 205 kg sheets were produced successfully by improved 2#rolling scheme，and results show that the ratio which meets the 18 mm/m flatness requirement is 94%，and properties meet the requirements.

TA15 titanium alloy;roll profile;reduction per pass;sheets

2012－10－29

任輝(1968—)，男，工程師。