随着我国航空航天、核电、海洋工程、化工等行业的发展,对钛/钛合金板材的需求日益增加。虽然我国的钛工业取得了长足的进步,但是中低端产品严重过剩,高技术含量的深加工产品不能满足需求。例如厚度0.5~3.5mm、宽度800~1500mm、长度2000~6000mm的优质宽幅钛/钛合金板材,高精度、高性能钛/钛合金薄板,焊管用钛卷等,大部分产品需要从国外进口,国内还没有实现大批量生产。
某企业拥有板带材生产设备,创建了我国“钢-钛”结合生产钛板卷的生产技术新模式,研究采用从美国TIPPINS公司引进、具有现代化水平的双机架四辊可逆式串列炉卷轧机轧制钛板卷,为炉卷轧机生产热轧钛板卷积累理论和实际经验。
炉卷轧机生产钛板卷的牌号为TA1,板坯规格为:200mm×1250mm×6500mm。生产设备采用双机架卷轧机生产线。炉卷轧机一般采用的轧制方式是先在四辊(或二辊)粗轧机上进行粗轧,然后进入单机架炉卷轧机进行精轧,而某企业的双机架紧凑式炉卷轧机,粗轧、中轧和精轧均在双机架炉卷轧机上完成。由于钛/钛合金的导热系数小、弹性模量低、化学活性高、塑性变形温度范围较窄,变形抗力对变形温度和变形速率很敏感,导致成形困难。因此,就要求在工艺制定上充分考虑设备特点,选择合理的热变形工艺参数,获得理想的显微组织及力学性能。
主要的生产工艺流程:钛坯→表面防氧化处理→步进式加热炉加热→双机架紧凑式炉卷轧机轧制→卷取→空冷、取样、打捆。
研究了生产工艺技术控制,钛坯加热工艺控制和轧制工艺控制。轧制工艺控制包括轧制温度控制、道次变形量控制,以及厚度、宽度、精度控制、板形控制。轧制过程中除轧辊冷却水以外,轧机除鳞水、Frit水及层流冷却水全部关闭,并轧后空冷处理。重点分析了在试验轧制工艺参数下轧制钛板卷的尺寸精度、力学性能、微观结构、断面形貌。结果如下:
(1)采用钛坯加热温度900℃,终轧温度800℃,卷取温度620℃的温度控制技术,炉卷轧机轧制的钛板卷获得了较高强度,平均屈服强度和抗拉强度达到300MPa与366MPa以上。
(2)轧制宽度为1250mm的钛板卷时,采用厚度、宽度控制技术,辊型曲线1500mm,辊型凸度-0.16mm的工作辊,其厚度、宽度和板形都达到了标准要求,性能波动不大,整卷性能控制比较稳定。
(3)多道次,小压下轧制工艺,钛板卷在轧制过程中发生动态再结晶,细小的再结晶晶粒在晶界处形成,发挥了晶粒细化的作用。
(4)钛板卷断裂方式为典型穿晶韧性断裂,较大尺寸韧窝存在,材料韧性较好,延伸率达到40%以上。