分享：“全能金属”钛的轧制工艺研究——以本钢工业纯钛TA1为例

钛凭借比重轻、高低温强度好、耐蚀性好、具有超导、贮氢、记忆等优良的性能，广泛应用于航空航天、军事工业、海洋开发、石油化工、发电、超导等领域，拥有“全能金属”“海洋金属”“第三金属”“现代金属”等美誉[1]。我国虽是钛材生产的大国[2]，但目前其冷轧轧制一般采用四辊或六辊轧机，由于其轧制能力受限，故在总压下率较高的情况下一般需要进行多次中间退火，才可轧制到目标厚度。生产0.5 mm及以下厚度薄规格产品时，其生产成本更高，板形控制难度更大。

本钢不锈钢冷轧丹东有限责任公司为进一步拓展品种结构，增强市场竞争力，利用其二十辊森吉米尔轧机的设备优势，对工业纯钛TA1进行试轧制，以达到大幅降低TA1冷轧生产成本、提高板形质量和厚度精度，本次试轧制的原料厚度为1.3 mm、目标厚度为0.5 mm，结合前期生产经验及对TA1特性的研究，制定试轧制方案，轧制后成品的厚度精度、板形及表面质量良好，满足用户的要求。

1.   轧制工艺

1.1   原料规格及轧制目标厚度

原料规格及轧制目标厚度见表1。

1.2   辊系配比

为保证正常轧制，避免轧制过程中出现“打滑”等异常现象，辊系配比及轧辊要求见表2。

工作辊上机前，对工作辊辊面进行检查，以保证辊面质量；在轧制过程中，如果由于工作辊造成表面质量缺陷，及时更换工作辊。

1.3   轧制规程制定

本钢二十辊森吉米尔轧机采用第一中间辊窜辊、ADEH侧辊偏心调节、BC辊板形调整等功能，该轧机在板形控制和厚度控制等方面更具有优越性。第一中间辊和“AS-U”辊调整与板形辊相联组成闭环控制，在轧机入口侧和出口侧有2个测厚仪进行厚度测量，并与压下控制和张力控制连锁，实行厚度自动控制；ADEH侧辊偏心调节；BC辊板形调整；从而能够轧制出厚度精度和平直度很高的薄带材。

工业纯钛TA1具有以下冷加工性能：（1）热导率低；（2）在冷变形过程中，没有明显的屈服点，其屈服强度和抗拉强度接近，屈强比较高，导致在冷变形过程中有产生裂纹的倾向；（3）具有极高的冷加工硬化效应（图1），当变形量大于30%时，强度增加速度减慢，塑性几乎不会降低；（4）由于其弹性模量小，大约是铁的54%，成型加工时回弹大，冷成型困难。

图  1  纯钛的加工硬化曲线

为达到良好的板形和厚度精度，在轧制过程中严格控制带钢的张力、轧制力、道次压下量以及轧制速度等工艺参数。鉴于TA1的特性及保证轧制稳定性，第一道次规定压下率一般在20%左右，在随后各道次压下量逐步减少，最后一道次的压下量一般在10%左右，在各道次内保持带钢对轧辊压力趋于一致，从而有利于保证最终成品板形。

通过前期轧制不锈钢的经验以及对TA1特性的研究，制定轧制规程，具体见表3。

由于纯钛的热导率差，所以在轧制过程中要求润滑和冷却效果要好，同时轧制速度不能过快，以防止纯钛温度过高而出现粘辊现象，导致钛材表面粗糙，表面质量不良。

1.4   其他注意事项

（1）轧制前做好测厚仪标定工作。

（2）轧制前清理辊道，同时检查设备情况，以保证设备的稳定运行。

（3）每道次后对带钢表质量进行检查，发现缺陷及时更换工作辊。

（4）轧制过程中在1、2、5、6道次后对厚度进行测量，如果实测厚度与测厚仪显示厚度存在较大偏差，及时修定轧制目标设定值。

（5）在轧制到末道次时，进行垫纸。

2.   试制情况及结果分析

2.1   测厚仪标定情况

为保证厚度精度以及轧制过程中的压下及厚度自动控制的准确性，轧制前用TA1样片对测厚仪进行标定，标定结果见表4。

样片厚度经测厚仪测量后，与实际样片厚度基本相符，误差均在0.01 mm以内，满足轧制要求。

2.2   轧制情况

轧制前对准备上机的粗轧工作辊辊面质量进行检查，在第5道次后更换精轧辊并检查辊面质量。在轧制过程中前滑值在0.8%～3.7%，跑偏值在−3～7 mm，标准偏差（STD）值没超过4.5I（I=10−5，为相对长度差），从上述主要参数实际数据反馈，轧制效果良好，且板形较好。各道次轧制力变化情况见图2。从图2中得知，各道次轧制力变化呈逐渐均匀降低，轧制规程设定比较合理。

2.3   厚度检查情况

在轧制过程中对1、2、5、6道次后的厚度进行测量并于测厚仪显示厚度进行对比，具体见表5。

从上表可知，轧制后实际厚度与规程设定及测厚仪显示厚度相符，且最终实际目标厚度与设定值在±0.01 mm以内，满足公差要求。

2.4   表面质量

第一道次轧制完成后对表面进行检查，未发现轧机辊印缺陷，中间道次在测量厚度时或在升速前对带钢表面进行检查，在轧制最后一道次头部时，对最终表面进行检查，均未发现缺陷，符合客户要求。

3.   结论

（1）本钢二十辊森吉米尔轧机轧制的TA1工业纯钛，其轧制后的厚度精度、板形及表面质量均良好，各项指标达到预期目标，满足客户需求。

（2）采用二十辊森吉米尔轧机轧制工业纯钛TA1，可避免中间退火而大大降低了轧制生产成本，同时也可大幅提高生产效率和产品质量。

（3）工业纯钛TA1的试轧制成功，为拓展本钢品种结构、增强市场竞争力，同时也为实现钢钛联合奠定坚实的基础。

参考文献

[1]张喜燕, 赵勇庆, 白晨光. 钛合金及其应用 . 1版. 北京: 化学工业出版社, 2005

[2]聂文林,阳小勇,贺紫菲,等. 世界钛资源分布及利用现状. 金属世界,2022(3):14

文章来源——金属世界