分享：“全能金屬”鈦的軋制工藝研究——以本鋼工業(yè)純鈦TA1為例

鈦憑借比重輕、高低溫強度好、耐蝕性好、具有超導(dǎo)、貯氫、記憶等優(yōu)良的性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事工業(yè)、海洋開發(fā)、石油化工、發(fā)電、超導(dǎo)等領(lǐng)域，擁有“全能金屬”“海洋金屬”“第三金屬”“現(xiàn)代金屬”等美譽[1]。我國雖是鈦材生產(chǎn)的大國[2]，但目前其冷軋軋制一般采用四輥或六輥軋機，由于其軋制能力受限，故在總壓下率較高的情況下一般需要進行多次中間退火，才可軋制到目標(biāo)厚度。生產(chǎn)0.5 mm及以下厚度薄規(guī)格產(chǎn)品時，其生產(chǎn)成本更高，板形控制難度更大。

本鋼不銹鋼冷軋丹東有限責(zé)任公司為進一步拓展品種結(jié)構(gòu)，增強市場競爭力，利用其二十輥森吉米爾軋機的設(shè)備優(yōu)勢，對工業(yè)純鈦TA1進行試軋制，以達到大幅降低TA1冷軋生產(chǎn)成本、提高板形質(zhì)量和厚度精度，本次試軋制的原料厚度為1.3 mm、目標(biāo)厚度為0.5 mm，結(jié)合前期生產(chǎn)經(jīng)驗及對TA1特性的研究，制定試軋制方案，軋制后成品的厚度精度、板形及表面質(zhì)量良好，滿足用戶的要求。

1.   軋制工藝

1.1   原料規(guī)格及軋制目標(biāo)厚度

原料規(guī)格及軋制目標(biāo)厚度見表1。

1.2   輥系配比

為保證正常軋制，避免軋制過程中出現(xiàn)“打滑”等異?，F(xiàn)象，輥系配比及軋輥要求見表2。

工作輥上機前，對工作輥輥面進行檢查，以保證輥面質(zhì)量；在軋制過程中，如果由于工作輥造成表面質(zhì)量缺陷，及時更換工作輥。

1.3   軋制規(guī)程制定

本鋼二十輥森吉米爾軋機采用第一中間輥竄輥、ADEH側(cè)輥偏心調(diào)節(jié)、BC輥板形調(diào)整等功能，該軋機在板形控制和厚度控制等方面更具有優(yōu)越性。第一中間輥和“AS-U”輥調(diào)整與板形輥相聯(lián)組成閉環(huán)控制，在軋機入口側(cè)和出口側(cè)有2個測厚儀進行厚度測量，并與壓下控制和張力控制連鎖，實行厚度自動控制；ADEH側(cè)輥偏心調(diào)節(jié)；BC輥板形調(diào)整；從而能夠軋制出厚度精度和平直度很高的薄帶材。

工業(yè)純鈦TA1具有以下冷加工性能：（1）熱導(dǎo)率低；（2）在冷變形過程中，沒有明顯的屈服點，其屈服強度和抗拉強度接近，屈強比較高，導(dǎo)致在冷變形過程中有產(chǎn)生裂紋的傾向；（3）具有極高的冷加工硬化效應(yīng)（圖1），當(dāng)變形量大于30%時，強度增加速度減慢，塑性幾乎不會降低；（4）由于其彈性模量小，大約是鐵的54%，成型加工時回彈大，冷成型困難。

圖  1  純鈦的加工硬化曲線

為達到良好的板形和厚度精度，在軋制過程中嚴格控制帶鋼的張力、軋制力、道次壓下量以及軋制速度等工藝參數(shù)。鑒于TA1的特性及保證軋制穩(wěn)定性，第一道次規(guī)定壓下率一般在20%左右，在隨后各道次壓下量逐步減少，最后一道次的壓下量一般在10%左右，在各道次內(nèi)保持帶鋼對軋輥壓力趨于一致，從而有利于保證最終成品板形。

通過前期軋制不銹鋼的經(jīng)驗以及對TA1特性的研究，制定軋制規(guī)程，具體見表3。

由于純鈦的熱導(dǎo)率差，所以在軋制過程中要求潤滑和冷卻效果要好，同時軋制速度不能過快，以防止純鈦溫度過高而出現(xiàn)粘輥現(xiàn)象，導(dǎo)致鈦材表面粗糙，表面質(zhì)量不良。

1.4   其他注意事項

（1）軋制前做好測厚儀標(biāo)定工作。

（2）軋制前清理輥道，同時檢查設(shè)備情況，以保證設(shè)備的穩(wěn)定運行。

（3）每道次后對帶鋼表質(zhì)量進行檢查，發(fā)現(xiàn)缺陷及時更換工作輥。

（4）軋制過程中在1、2、5、6道次后對厚度進行測量，如果實測厚度與測厚儀顯示厚度存在較大偏差，及時修定軋制目標(biāo)設(shè)定值。

（5）在軋制到末道次時，進行墊紙。

2.   試制情況及結(jié)果分析

2.1   測厚儀標(biāo)定情況

為保證厚度精度以及軋制過程中的壓下及厚度自動控制的準確性，軋制前用TA1樣片對測厚儀進行標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)果見表4。

樣片厚度經(jīng)測厚儀測量后，與實際樣片厚度基本相符，誤差均在0.01 mm以內(nèi)，滿足軋制要求。

2.2   軋制情況

軋制前對準備上機的粗軋工作輥輥面質(zhì)量進行檢查，在第5道次后更換精軋輥并檢查輥面質(zhì)量。在軋制過程中前滑值在0.8%～3.7%，跑偏值在−3～7 mm，標(biāo)準偏差（STD）值沒超過4.5I（I=10−5，為相對長度差），從上述主要參數(shù)實際數(shù)據(jù)反饋，軋制效果良好，且板形較好。各道次軋制力變化情況見圖2。從圖2中得知，各道次軋制力變化呈逐漸均勻降低，軋制規(guī)程設(shè)定比較合理。

2.3   厚度檢查情況

在軋制過程中對1、2、5、6道次后的厚度進行測量并于測厚儀顯示厚度進行對比，具體見表5。

從上表可知，軋制后實際厚度與規(guī)程設(shè)定及測厚儀顯示厚度相符，且最終實際目標(biāo)厚度與設(shè)定值在±0.01 mm以內(nèi)，滿足公差要求。

2.4   表面質(zhì)量

第一道次軋制完成后對表面進行檢查，未發(fā)現(xiàn)軋機輥印缺陷，中間道次在測量厚度時或在升速前對帶鋼表面進行檢查，在軋制最后一道次頭部時，對最終表面進行檢查，均未發(fā)現(xiàn)缺陷，符合客戶要求。

3.   結(jié)論

（1）本鋼二十輥森吉米爾軋機軋制的TA1工業(yè)純鈦，其軋制后的厚度精度、板形及表面質(zhì)量均良好，各項指標(biāo)達到預(yù)期目標(biāo)，滿足客戶需求。

（2）采用二十輥森吉米爾軋機軋制工業(yè)純鈦TA1，可避免中間退火而大大降低了軋制生產(chǎn)成本，同時也可大幅提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

（3）工業(yè)純鈦TA1的試軋制成功，為拓展本鋼品種結(jié)構(gòu)、增強市場競爭力，同時也為實現(xiàn)鋼鈦聯(lián)合奠定堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]張喜燕, 趙勇慶, 白晨光. 鈦合金及其應(yīng)用 . 1版. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2005

[2]聶文林,陽小勇,賀紫菲,等. 世界鈦資源分布及利用現(xiàn)狀. 金屬世界,2022(3):14

文章來源——金屬世界