高品質TA8-1合金薄板的卷式生產方法

2020-01-09 07:01:00陳令杰穆曉輝李渤渤劉喜波

世界有色金屬 2019年21期

陳令杰，穆曉輝，李渤渤，劉喜波

（洛陽雙瑞精鑄鈦業(yè)有限公司，河南洛陽 471023）

TA8-1合金屬于鈦鈀合金，重量輕，且具有極強的耐縫隙腐蝕性能及抗吸氫能力，是重要的耐蝕鈦合金，廣泛應用于石油、化工及冶金領域[1]。

本文研究的TA8-1合金薄板主要應用于化工行業(yè)?？蛻魧Ρ砻尜|量、板型方面、工藝性能均要求較高。鈦鈀合金薄板通過卷式方法進行大規(guī)模生產難度較大，主要體現在表面質量控制（與其良好的耐蝕性有關）方面；另外，由于鈀金屬屬于鉑族金屬，價格昂貴，原材料投入較大，出現質量異常會造成重大損失，因此要求生產過程中需達到盡可能高的良品率，減少廢品數量，進一步增加了卷式生產難度。目前國內關于鈦鈀合金薄板的卷式生產尚未見報道。本文通過對鈦鈀合金生產過程進行合理的工藝設計及質量控制，針對容易出現質量問題的工序制定相應的控制預防措施，實現了鈦鈀合金薄板的卷式生產，表面質量、板型、工藝性能均能滿足要求。

1 產品主要技術指標

（1）牌號TA8-1，規(guī)格1.0＊1000＊2000mm ；厚度公差±0.09mm，長寬公差（0,+2）mm；

（2）板材表面光潔，成金屬本色，板材表面不允許由裂紋、起皮、氧化皮、壓折、金屬與非金屬夾雜等宏觀缺陷及堿洗痕跡，允許出現局部的不超過其厚度允許偏差的劃傷、壓痕、凹坑等不影響使用的缺陷；

（3）不平度不大于5mm/m；

（4）屈服強度140Mpa～310Mpa；抗拉強度≥240MPa；延伸率≥25%；橫縱向正反面D=3T冷彎105°無裂紋；

2 卷式生產工藝難點

鈦卷生產流程較長，需要經歷板坯熔煉鍛造、熱卷軋制、冷軋軋制、罩式退火、開平等各工序，其難點主要有兩方面：一是鈦鈀合金本身耐蝕性極強，熱卷階段容易形成起皮、壓入等表面質量缺陷；另外，鈦彈性模量低回彈大，矯直難度遠大于帶鋼，卷式開平時不平度控制也是一個難點。因此，需要進行嚴格的質量控制及周密的工藝設計，最終生產出高品質的鈦鈀合金薄板。

3 卷式生產工藝設計

3.1 板坯制備

3.1.1 板坯供應狀態(tài)

采用純0級海綿鈦添加金屬鈀使用VAR爐熔煉，熔煉次數為2次以保證成分均勻，且一次錠需進行扒皮去除表面氧化層；熔煉后進行鍛造，鍛造后板坯六個面均需進行銑面；銑面后四條長邊進行倒角，以滿足軋制要求。

3.1.2 板坯成分設計

鈀元素屬于置換固溶元素，對于力學性能影響較小，因此，鈦鈀合金成分設計中主要控制的雜質元素為Fe、C、N、H、O，其成分設計如表1所示。

表1 TA8-1鑄錠的化學成分（wt%）

3.1.3 板坯表面及內部質量要求

為了減少軋制后帶材表面起皮、夾雜等缺陷，需要在板坯熔煉、鍛造后六個面進行銑面及修磨。

板坯橫截面不允許有縮孔、皮下氣泡、裂紋、成分偏析等其它影響軋制的缺陷，確保鈦板坯內部無影響使用的其他冶金缺陷。

3.2 熱卷軋制

板坯加熱至850℃～900℃后，在爐卷軋機上進行多道次軋制，軋制目標厚度3mm～4.5mm。熱卷軋制前需對輥道進行清理，防止軋制時出現剮蹭壓入。軋制后需進行退火酸洗，以獲得性能均勻的白皮卷。

TA8-1卷耐蝕性強，經過退火酸洗后容易出現表面發(fā)黑缺陷殘留情況，如圖1a）所示；純鈦TA1卷一般經退火拋丸酸洗后，表面較為光亮均勻，如圖1b）所示。

圖1 TA8-1熱卷酸洗后表面照片

如圖1所示，存在整面殘留缺陷。熱卷缺陷殘留會對后續(xù)卷材表面質量產生重大不良影響，如圖2所示。

圖2 缺陷殘留熱卷軋制至半成品時整面缺陷

3.3 冷卷軋制

3.3.1 熱卷修磨

鈦卷在熱軋拋丸酸洗制得白皮卷后，一般不可避免地會有些表面缺陷，如起皮、壓入等，如圖3所示。

圖3 熱卷表面缺陷示意圖

因此，一般需在熱卷階段進行修磨，去除干凈表面缺陷。

3.3.2 軋程變形量設計

由于產品需要進行折彎，對塑性要求較高，因此軋程變形量需設置大一些，以充分破碎晶粒，在退火后獲得均勻細小等軸組織，從而獲得較好的塑性。

另外鈦卷加工硬化程度較大，軋程變形量不可過大防止出現表面裂紋，另外軋程變形量過大也會造成軋制困難、板型及厚度精度控制能力變差。綜合考慮，TA8-1卷軋程變形量設置為20%以上為宜。

3.4 脫脂及退火

在真空退火前需對卷材表面進行脫脂，去除表面殘留乳化液。

采用真空罩式退火爐進行卷材退火，根據性能需求，TA8-1退火保溫溫度設置在再結晶溫度以上30～50℃間即可，目標是獲得均勻細小的等軸組織。

3.5 鈦卷開平

鈦卷開平包括兩個部分：縱剪和橫剪，縱剪主要是定尺寬度，橫剪主要是矯直板型并定尺長度。縱剪、橫剪時均需進行覆紙保護防止劃傷。其中關鍵工序在于橫剪。

橫剪時矯直至關重要，不單單影響成品交貨板型，還對板材長度公差、對角線差有影響。由于卷式退火時鈦卷不同位置存在溫度差異導致的熱應力，退火后一般有拱形；卷材軋制過程中也可能會出現浪形等板型不良缺陷，如圖4所示。

圖4 卷材板型缺陷示意圖

矯直一般采用輥式矯直機進行，即使卷材發(fā)生反復彈塑性彎曲，使得殘余曲率最終減小，并趨于一致，最終達到矯直的目的[2]。鈦由于彈性模量低回彈大，不易發(fā)生塑性變形，導致其使用輥式矯直機矯直時難度遠大于鋼卷。

因此，鈦卷開平首先要選擇剛度大、且配備支撐輥的矯直機，工作輥輥數一般需在17輥以上；對于拱形即C形彎曲，主要通過調節(jié)矯直輥出入口間隙進行調節(jié)；對于浪形的調節(jié)，則主要通過調節(jié)工作輥輥型進行。

調節(jié)工作輥輥型有兩方面：一是調節(jié)傾斜；二是調節(jié)支撐輥使工作輥發(fā)生彎曲。工作輥輥型調節(jié)的原則為[3]：調成工作輥橫向傾斜時，矯直單側的波浪彎；調成中間凸起時，矯直兩側的波浪彎；調成中間凹下時，矯直中間的波浪彎；凹凸混合時，矯直最外側和中心部的波浪彎。支撐輥調節(jié)輥型示意圖如圖5所示。