鈦帶薄板的軋制工藝研究

李曉軍 岳希星 牛蓉蓉 李有華 陳國華 鄭毅 容耀

摘? 要：測(cè)試了純鈦熱卷在不同軋制工藝下軋制薄帶的縱向、橫向同板差，板形及表面情況。結(jié)果表明，較大的入口張力是保證板形的必要條件，出口張力有助于大變形量的實(shí)現(xiàn)與厚度公差的穩(wěn)定，變形量越大，所獲的產(chǎn)品表面質(zhì)量越好。

關(guān)鍵詞：鈦帶;薄板;軋制工藝

中圖分類號(hào)：TG335? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）25-0111-03

Abstract： The longitudinal and transverse difference， shape and surface of the strip rolled by pure titanium hot coil under different rolling processes were tested. The results show that the larger inlet tension is the necessary condition to ensure the shape of the plate， and the outlet tension is helpful to the realization of large deformation and the stability of thickness tolerance， hence the greater the deformation， the better the surface quality of the product.

Keywords： titanium strip; thin plate; rolling process

1 概述

鈦因具有比強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航天、航空及船舶等領(lǐng)域，鈦帶有成品率高、厚度公差小、加工效率高等優(yōu)點(diǎn)，目前在純鈦產(chǎn)品中鈦帶已經(jīng)占很大比重。對(duì)于普通的鈦帶產(chǎn)品，生產(chǎn)工藝較為成熟，而鈦帶薄板受變形量大，軋制道次多，板形難以控制，易受抽料、斷帶等因素影響，軋制工藝比較復(fù)雜。需要在生產(chǎn)過程中對(duì)各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行微調(diào)探索，總結(jié)出各項(xiàng)參數(shù)對(duì)帶材軋制質(zhì)量的影響規(guī)律，從而制定出最合適的軋制工藝。鈦材各向異性顯著，軋制反彈力高，因此冷軋采用森德威軋機(jī)可進(jìn)行高變形阻力材料的高精度的多輥可逆式軋制。純鈦的拉伸強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度隨加工率的增加而增大，加工率達(dá)20%以上時(shí)，強(qiáng)度在500MPa以上，延伸率隨加工率的增加而降低，加工率達(dá)20%以上時(shí)，伸長率降至10%以下。鈦在冷軋時(shí)，若道次壓下量大或軋制速度快，表面光潔度就降低，這就是軋輥和材料的熱粘現(xiàn)象，這時(shí)生成的微小磨損粉附著在軋輥或板材表面上，使板材表面粗糙，因此與相同尺寸的不銹鋼相比，壓下量、軋制速度都要低些，道次數(shù)也要多些。

國內(nèi)0.5-0.7mm鈦加工制造，一直以來受到原材料和加工技術(shù)等多方面的制約，多年來一直掌握在日本、美國、法國、俄羅斯等國家的專業(yè)廠家手中。隨著國際社會(huì)對(duì)深沖成型鈦加工產(chǎn)品需求量的不斷增加，鈦帶卷材的用量也越來越大。特別是近年來板換用鈦帶、焊管用鈦帶、網(wǎng)板用鈦帶等產(chǎn)品應(yīng)用的日益廣泛，行情看漲，國內(nèi)雖已建成若干套完整的鈦帶生產(chǎn)線，但大多數(shù)僅停留在鈦帶產(chǎn)品的低端市場(chǎng)，0.5-0.7mm鈦帶的生產(chǎn)還均處于摸索階段。

2 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用原料是厚度為5mm的熱態(tài)帶卷，經(jīng)聯(lián)合酸洗線酸洗、切邊后，在森德威20輥軋機(jī)上軋至半成品厚度，然后經(jīng)脫脂、修磨、熱處理后返回森德威20輥軋機(jī)軋至成品規(guī)格。采用不同的道次變形量、軋制力、前后張力等工藝參數(shù)對(duì)大量帶卷的軋制情況進(jìn)行記錄總結(jié)，探索最佳的薄板軋制工藝。

選用2兩個(gè)卷，不同F(xiàn)e、O成分，進(jìn)行板換料生產(chǎn)，執(zhí)行同樣的生產(chǎn)工藝，對(duì)最終產(chǎn)品性能，成型性進(jìn)行對(duì)比分析;選用8個(gè)卷，進(jìn)行1.0mm，INEOS鈦帶生產(chǎn)，通過對(duì)比軋程變形量、最終道次變形量、軋制速度，分別進(jìn)行冷軋后、退火后（相同的退火制度）、拉矯后、矯直后、平整后板形跟蹤測(cè)量，進(jìn)行匯總分析;同時(shí)進(jìn)行產(chǎn)品晶粒尺寸、成品性能的跟蹤分析。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)采用的設(shè)備是森德威四柱式二十輥軋機(jī)，采用塔形輥系布置，軋制力從工作輥通過中間輥傳到支撐輥裝置，并最終傳到上下機(jī)架上。森德威軋機(jī)具有高壓下量的軋制構(gòu)造，是由外徑約60～85mm的工作輥等上下共20個(gè)輥組合而成?？梢蕴岣哕堉菩?，進(jìn)行高品質(zhì)、高強(qiáng)度材料的軋制。工作輥在整個(gè)長度方向有多點(diǎn)支撐，因此軋輥彎曲變形極小，在軋件的寬度方向上，可以獲得非常精確的厚度偏差。森德威四柱式二十輥軋機(jī)為開口機(jī)架，上機(jī)架可以和下機(jī)架產(chǎn)生相對(duì)傾斜，因此，具有軋輥傾斜調(diào)整功能，以適應(yīng)楔形軋件的軋制。但是，由于機(jī)架是分體結(jié)構(gòu)，軋制力最終由連接上下機(jī)架的4個(gè)立柱來承受，機(jī)架的整體剛性較整體機(jī)架的森吉米爾軋機(jī)稍差。

軋機(jī)的輥縫開口度大，達(dá)到150毫米。整體式軋機(jī)的開口度僅為5到7毫米。大開口度大大方便了穿帶及帶鋼尾部穿過軋機(jī)。特別是在帶鋼較厚時(shí)（4-6毫米），整體式軋機(jī)必須使用開卷機(jī)，否則穿帶極為困難。另外不使用開卷機(jī)時(shí)，可在軋制第一道次時(shí)即可使用大張力，這樣就助于壓下及控制板型，同時(shí)也節(jié)省輔助時(shí)間，提高產(chǎn)量。

SUNDWIG裝備了激光測(cè)速儀和張力計(jì)，速度和張力實(shí)測(cè)得到，四立柱液壓缸直接壓下，壓下位置及軋制力可直接檢測(cè)，壓下反應(yīng)時(shí)間快，只有20MS，有利于厚度精度的控制。SUNDWIG采用A、D輥凸度調(diào)節(jié)，頭部錐度的第1中間輥竄動(dòng)（推-推式），四立柱軋機(jī)的上半牌坊傾斜控制。SUNDWIG獨(dú)有的上半牌坊傾斜用于控制單邊浪的板形控制方法，板形控制能力強(qiáng)。串輥在軋制速度大于20MPM時(shí)就可開始中間輥竄動(dòng)，因此SUNDWIG軋機(jī)可在軋機(jī)剛剛啟動(dòng)時(shí)即進(jìn)行板型調(diào)整，提高滿足板型要求成品率，而且根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，軋機(jī)板形異常、引起斷帶的事故大部分發(fā)生在各道次剛啟動(dòng)的低速狀態(tài)時(shí)，因此SUNDWIG的板形控制系統(tǒng)有利于生產(chǎn)。SUNDWIG采用包膠板形輥，并且刮油器采用3M公司的FLEECE（非金屬）精刮油器用于BA板生產(chǎn)，保證帶鋼表面無任何輥印、輥痕、震痕等缺陷，保證產(chǎn)品表面質(zhì)量。SUNDWIG采用自動(dòng)換輥機(jī)器人（可選項(xiàng)），可以避免人工換輥造成的表面缺陷，減少停機(jī)時(shí)間。SUNDWIG軋機(jī)的軋制油噴射系統(tǒng)噴嘴設(shè)計(jì)合理，在同等條件下可提高冷卻能力30%，有利于提高軋制速度，提高產(chǎn)品產(chǎn)量。

3 結(jié)果及分析

3.1 初期半成品軋制工藝

來料規(guī)格為5.0mm×1140mm×C，狀態(tài)R，軋至半成品厚度為1.3mm，總變形量為74%，工藝參數(shù)如圖1所示：

由圖1可以看出整個(gè)軋程道次變形量相對(duì)平穩(wěn)下降，軋制力與軋制速度比較平穩(wěn)，背輥凸度值比較穩(wěn)定，軋后板形良好，后幾道次張力偏小所以表面產(chǎn)生橫紋。

3.2 初期成品軋制工藝

來料規(guī)格為1.3mm×1140mm×C，狀態(tài)M，有粘結(jié)，軋至成品厚度為0.4mm，總變形量為69.23%。工藝參數(shù)如圖2所示。

由圖2可以看出整個(gè)軋程道次變形量偏大，張力偏小，軋制力不穩(wěn)定，背輥凸度居高不下，軋后板形不良，出現(xiàn)席紋（如圖3所示），且第2、5道次抽料。

3.3 后期半成品軋制工藝

來料規(guī)格為5.0mm×1080mm×C，狀態(tài)R，軋至半成品厚度為1.6mm，總變形量為69.23%，工藝參數(shù)如圖4所示：

由圖4可以看出整個(gè)軋程道次變形量相對(duì)平穩(wěn)下降，軋制力比較平穩(wěn)，背輥凸度值比較穩(wěn)定，張力值較適宜，軋后板形良好。

3.4 后期成品軋制工藝

來料規(guī)格為1.6mm×1080mm×C，狀態(tài)M，局部有粘結(jié)，軋至成品厚度為0.47mm，總變形量為70.63%。工藝參數(shù)如圖5所示。

由圖5可以看出整個(gè)軋程道次變形量相對(duì)平穩(wěn)下降，末道次變形量較小，軋制力與軋制速度比較平穩(wěn)，背輥凸度值比較穩(wěn)定，張力值比前期實(shí)驗(yàn)增大，軋后板形良好（如圖6所示），表面良好。

4 結(jié)論

（1）入口張力是影響板形的重要因素，較大的入口張力能夠有效地減少席紋缺陷的產(chǎn)生，出口張力能夠使帶材迅速達(dá)到指定厚度，對(duì)軋制的穩(wěn)定有很大影響。

（2）修磨過的帶卷成品軋程變形量越大，帶材表面質(zhì)量越好。

（3）成品道次變形量過大使板形難以控制。

（4）二十輥軋機(jī)采用自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)測(cè)厚的優(yōu)點(diǎn)：具有較高的測(cè)量精度;被測(cè)帶材溫度的變化、表面乳化液或油的污染、機(jī)械跳動(dòng)等對(duì)測(cè)量結(jié)果影響不大;可以進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，并實(shí)時(shí)反饋測(cè)量結(jié)果。

（5）鈦帶軋制板形控制也是全自動(dòng)的電腦控制，它的板形控制系統(tǒng)中包括了板形測(cè)量輥、信號(hào)處理裝置、帶材應(yīng)力分布及板形曲線顯示器等板形檢測(cè)手段和支撐輥壓下、一間輥軸向移動(dòng)、工作輥凸度、以及軋機(jī)機(jī)架傾斜等調(diào)整系統(tǒng)。而且都是靠計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)，操作方便，板形儀反饋信息比較直觀，對(duì)操作手及其他人為因素影響較小。而且板形測(cè)量儀可以準(zhǔn)確地控制帶材的張力達(dá)到所需要的分布;控制計(jì)算機(jī)將測(cè)量的帶材的張力分布和軋制工藝所給定的帶材張力的設(shè)定分布進(jìn)行比較，通過輥形調(diào)整而修正它們的差距。

參考文獻(xiàn)：

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