高品質(zhì)TA8-1合金薄板的卷式生產(chǎn)方法

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(qiáng)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(yīng)用于石油、化工及冶金領(lǐng)域[1]。

本文研究的TA8-1合金薄板主要應(yīng)用于化工行業(yè)?？蛻魧Ρ砻尜|(zhì)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(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)難度較大，主要體現(xiàn)在表面質(zhì)量控制（與其良好的耐蝕性有關(guān)）方面；另外，由于鈀金屬屬于鉑族金屬，價(jià)格昂貴，原材料投入較大，出現(xiàn)質(zhì)量異常會造成重大損失，因此要求生產(chǎn)過程中需達(dá)到盡可能高的良品率，減少廢品數(shù)量，進(jìn)一步增加了卷式生產(chǎn)難度。目前國內(nèi)關(guān)于鈦鈀合金薄板的卷式生產(chǎn)尚未見報(bào)道。本文通過對鈦鈀合金生產(chǎn)過程進(jìn)行合理的工藝設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制，針對容易出現(xiàn)質(zhì)量問題的工序制定相應(yīng)的控制預(yù)防措施，實(shí)現(xiàn)了鈦鈀合金薄板的卷式生產(chǎn)，表面質(zhì)量、板型、工藝性能均能滿足要求。

1 產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)

（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(xiàn)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(qiáng)度140Mpa～310Mpa；抗拉強(qiáng)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(chǎn)工藝難點(diǎn)

鈦卷生產(chǎn)流程較長，需要經(jīng)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(diǎn)主要有兩方面：一是鈦鈀合金本身耐蝕性極強(qiáng)，熱卷階段容易形成起皮、壓入等表面質(zhì)量缺陷；另外，鈦彈性模量低回彈大，矯直難度遠(yuǎn)大于帶鋼，卷式開平時(shí)不平度控制也是一個難點(diǎn)。因此，需要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制及周密的工藝設(shè)計(jì)，最終生產(chǎn)出高品質(zhì)的鈦鈀合金薄板。

3 卷式生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

3.1 板坯制備

3.1.1 板坯供應(yīng)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(shù)為2次以保證成分均勻，且一次錠需進(jìn)行扒皮去除表面氧化層；熔煉后進(jìn)行鍛造，鍛造后板坯六個面均需進(jìn)行銑面；銑面后四條長邊進(jìn)行倒角，以滿足軋制要求。

3.1.2 板坯成分設(shè)計(jì)

鈀元素屬于置換固溶元素，對于力學(xué)性能影響較小，因此，鈦鈀合金成分設(shè)計(jì)中主要控制的雜質(zhì)元素為Fe、C、N、H、O，其成分設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 TA8-1鑄錠的化學(xué)成分（wt%）

3.1.3 板坯表面及內(nèi)部質(zhì)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(jìn)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(nèi)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(jī)上進(jìn)行多道次軋制，軋制目標(biāo)厚度3mm～4.5mm。熱卷軋制前需對輥道進(jìn)行清理，防止軋制時(shí)出現(xiàn)剮蹭壓入。軋制后需進(jìn)行退火酸洗，以獲得性能均勻的白皮卷。

TA8-1卷耐蝕性強(qiáng)，經(jīng)過退火酸洗后容易出現(xiàn)表面發(fā)黑缺陷殘留情況，如圖1a）所示；純鈦TA1卷一般經(jīng)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(zhì)量產(chǎn)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(shí)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(jìn)行修磨，去除干凈表面缺陷。

3.3.2 軋程變形量設(shè)計(jì)

由于產(chǎn)品需要進(jìn)行折彎，對塑性要求較高，因此軋程變形量需設(shè)置大一些，以充分破碎晶粒，在退火后獲得均勻細(xì)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(xiàn)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(shè)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(jìn)行脫脂，去除表面殘留乳化液。

采用真空罩式退火爐進(jìn)行卷材退火，根據(jù)性能需求，TA8-1退火保溫溫度設(shè)置在再結(jié)晶溫度以上30～50℃間即可，目標(biāo)是獲得均勻細(xì)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?？v剪、橫剪時(shí)均需進(jìn)行覆紙保護(hù)防止劃傷。其中關(guān)鍵工序在于橫剪。

橫剪時(shí)矯直至關(guān)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(shí)鈦卷不同位置存在溫度差異導(dǎo)致的熱應(yīng)力，退火后一般有拱形；卷材軋制過程中也可能會出現(xiàn)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(jī)進(jìn)行，即使卷材發(fā)生反復(fù)彈塑性彎曲，使得殘余曲率最終減小，并趨于一致，最終達(dá)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(dǎo)致其使用輥式矯直機(jī)矯直時(shí)難度遠(yuǎn)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(jī)，工作輥輥數(shù)一般需在17輥以上；對于拱形即C形彎曲，主要通過調(diào)節(jié)矯直輥出入口間隙進(jìn)行調(diào)節(jié)；對于浪形的調(diào)節(jié)，則主要通過調(diào)節(jié)工作輥輥型進(jìn)行。

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

圖5 矯直機(jī)工作輥輥型示意圖

4 實(shí)施結(jié)果

4.1 表面質(zhì)量情況

采用以上工藝進(jìn)行生產(chǎn)，最終得到表面光亮、良品率在95%以上的TA8-1卷，如圖6所示。

圖6 TA8-1成品卷表面質(zhì)量

4.2 組織性能情況

退火后TA8-1卷晶粒度為7.5級，截面金相為均勻細(xì)小的等軸組織，如圖7所示。

圖7 成品截面金相

成品卷力學(xué)性能及工藝性能測試結(jié)果如表2所示。

表2 成品卷力學(xué)性能和工藝性能

由表2可知，力學(xué)性能、工藝性能均滿足要求。

4.3 成品板合格率情況

卷材頭尾10m～20m一般表面質(zhì)量、板型均相對較差，另外卷材開平時(shí)需進(jìn)行矯直參數(shù)調(diào)試，因此一般頭尾10m～20m所切板材不良品比率會相對較高，主要是表面質(zhì)量不良及板型不良。某TA8-1卷共分切1.0＊1000＊2000mm板材515張，其成品檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 成品板檢驗(yàn)情況

成品板照片如圖8所示。

圖8 成品板照片

5 結(jié)論

（1）采用卷式生產(chǎn)方法，可以得到成分、性能、表面質(zhì)量、板型均滿足要求的高品質(zhì)TA8-1薄板。

（2）通過對卷式生產(chǎn)過程進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制，最終得到的TA8-1薄板良品率可達(dá)95%以上。