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国内纯钛板、钛箔材的生产工艺现状

发布时间:2021-01-30 16:15:35 浏览次数 :

钛的工业用途包括航空航天、石油化工、发电、制药和医疗器械、海水淡化装置及其他消费品等。 钛加工材料中,由热轧卷经冷轧制造的产品主要用 于发电站冷凝器、板式换热器、化工、建筑等方面,产量约占加工材的80% 。

钛材的品种主要有热轧、冷轧板带、焊管及棒线材。钛材生产特点是采用钢铁加工设备进行,根据 钛材固有的特性,在设备、工艺上不断改进,以提高生产效率、加工材的尺寸精度及表面质量,满足不同用途的使用要求。 近几年来 ,热轧带卷的生产技术、冷轧板的退火工艺技术、厚度精度及形状控制技术等都取得了长足的进步。

钛板

1、热轧带卷

钛的热轧带卷是采用与厚板同样的板坯作为原材料。热轧时,通常采用两棍轧机或四辊炉卷轧机, 为消除热轧产生的表面氧化扩散层,热轧带卷加热温度的设定应在保证稳定轧制并可卷制成带的情况下,尽可能低。一般钛在炉卷轧机的轧制温度为750~840℃ , 道次压下 量为25% -50%, 控制终轧温度在660~730℃, 卷曲温度为 640~690℃ 。

热轧卷由于不均匀的残余应力以及热滞后使板形不良,为此要进行退火,以消除应力。退火后的带卷表面不仅有热轧和退火的氧化皮,还残存着热轧时的表面缺陷及坯料加热时氧扩散引起的表面硬化层,这些是造成冷轧板表面缺陷的根源,所以在除鳞工序中务必彻底去除。

热轧时的表面缺陷或表面硬化层,当用酸洗不 能完全去除时,可采用机械打磨方式去除,一次打磨量约10µm, 根据表面缺陷情况进行2~3 次打磨。另外,当对带卷的平整度有要求时,有时还在打磨前进行少匾压下的冷轧。由于钛的活性高,打磨时在砂带上附着打磨屑,堵塞孔眼,使打磨效率下降或容易发生烧损,因此要选择合适的打磨条件和砂带,另外,打磨形成的粉末有着火的危险,可采用水或水溶性油等冷却措施。

钛带

2、冷轧板

冷轧钛板是采用热轧带卷(厚度为3~6mm 、宽为600~1600mm, 单卷质量在lOt以下)为原材料,一般的生产流程是退火、除鳞、冷轧、清洗、真空退火、平整轧制、拉矫,精整(分条、板剪切等)。

去除热轧时的氧扩散层,一般采用喷丸处理等机械方法和酸洗相结合,去除量约为几十微米。若减少去除呈量,有时就会使氧扩散层去除不干净,残留的表面会使后续工序的成品率下降。因此,正确测定氧扩散层的厚度,准确检查出热轧表面氧化层是控制除鳞量的关键。

钛的各向异性显著,用普通两辊及四辊轧机难 于进行钛合金薄板、薄带材及箔材的冷轧,因为单位压力高,引起轧辊极大的弹性变形及压扁,所以要采用较小直径工作棍辊的轧机(森吉米尔型)或在垂直方向配以多个辊的多辊轧机(如UC轧机)进行轧制。森吉米尔轧机采用短立柱的整体牌坊和刚性结构,轧机模数高,工作辊直径小,并具有塔形支撑辊系,第一中间辊端头有锥度并可轴向移动,轧辊的辊形调整是通过偏心机构和支撑轴承来实现,轧制时带材有较大的张力,同时给予大量工艺润滑油,可极大地降低金属作用于轧辊的压力,减少轧辗弹性变形及轧辗弯曲,获得良好的表面。

钛材冷轧时,由于钛是活性金属,在轧辊咬入区内,若道次压下量大或轧制速度快,表面光洁度就降低,难以达到电子材料对表面的要求,这就是轧辊和材料的热粘现象,这时生成的微小磨损粉附若在轧辊或板材表面上 ,使表面粗糙 ,因此,与相同尺寸的不锈钢相比,压下量、轧制速度都要低些,道次数也要多些,轧制油黏度要高。此外,为了防止辗面粘 附,还有采用陶瓷轧辊。

冷轧引起的加工硬化,必须经退火处理以得到 所需的力学性能,纯钛的再结晶温度因杂质成分及冷加工率的不同 而有若干差异 ,约为 450~550℃ , 一般在600~800℃的范围退火,退火温度高或退火时间长就会因晶粒长大而软化,提高了成形加工性, 但也因此出现了表面粗糙等弊端。

冷轧带卷可在连续退火机组上进行退火,或在真空炉中进行退火。目前,冷轧板的退火方式有两种方式。

1)真空退火。冷轧后 ,先经清洗除去轧制油等油脂类,一般用碱洗脱脂,洗净的冷轧卷在400~5OO℃真空状态下进行处理,升温要分阶段进行,以缓和带卷内部和外部的温差,在真空排气若干时间后用氩气置换,并用强制风扇搅拌,使之产生对流热传导而均温,在600~750℃下保温 ,使带卷内温度均匀 ,控制品粒度 。该方法退火后的产品表面比酸洗面平滑。

2)真空气氛连续退火。 在连续生产线上进行真空退火,对板材表面的平滑性、晶粒度的均匀性等都有利,但该退火方式设备费用、作业费用大。

退火工序决定了钛的表面特性和材质特性。近年来.随者建筑用钛的迅速发展,对钛材的表面颜色提出了越来越高的要求。因此,改进退火工艺方法是不可或缺的。

最终退火后的材料要根据需要进行冷轧或矫 形,再送至纵横切机组进行切边、分条、切板,为防止带材表面通过剪切机时的划伤,在机列与带材的接触部分均衬以橡胶。由于钛的热传导系数小,反应活性大,钛板剪切时对工具的磨损也大,易产生毛边,因此必须设定特有的工艺条件。当需要均匀的力学性能或高强度时可进行平整冷轧。矫形采用光整冷轧、张力辊式矫直或辊式矫直。光整冷轧的平轧道次主要对波浪边等局部延伸有效,张力矫直或辊式矫直主要对反弹有效。为了抑制钛的反弹,钛板的拉矫变形要比普通钢和不锈钢大 。

3、箔材

钛薄带及箔材的生产工艺过程由主要工序(热轧、冷轧带坯、多辊轧机轧制薄带材)及辅助工序(酸洗、脱脂、热处理、剪切)组成。经冷轧的带坯是轧制薄带和箔材的原始还坯料,带坯在酸洗及退火后 进行数次冷轧 ,每道次 冷轧的总变形虽为20%~40%, 中间经过脱脂及真空退火,需要时可用圆盘剪切机切边 。

近年来,通过在多辊轧机油压下系统的活塞上 安装位置检出器,来提高压下系统的灵敏度,从而控制钛箔材的厚度精度。目前,轧制厚 度为0.04mm的钛箔厚度精度可控制在±0.001 mm内。

钛箔

对于箔材的形状控制,一般多辗轧机采用自动形状控制的中间辊横移以及凸度调整机构等 。形状控制还应进行板凸度的控制,以抑制卷带时的折皱。另外,使中间棍端部的形状适合轧制条件,达到最佳化。

薄带材及箔材主要用二十辊轧机轧制,用矿物 油作为工艺润滑剂 。在真空退火炉中退火 ,真空度为0.01Pa , 温度为600~750°C 。

4、结语

近年来,钛材的热轧带卷生产技术、冷轧板带的轧制技术、薄带材的厚度精度控制都取得了很大提高,产品质量也得到很大提升,后续的主要工作是如何生产大卷重的钛材以及根据钛的特性,在设备、工艺上不断改进,提高生产效率、材料尺寸精度和表面质很,以满足不同用途的使用要求。

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