一种低强度、易成型焊管用TA2冷轧钛带的制备方法

摘要

一种低强度、易成型焊管用TA2冷轧钛带的制备方法，包括如下步骤：原材料准备、冷轧、脱脂、连续退火、酸洗、平整、脱脂取样后获得焊管用TA2冷轧钛带成品。本发明通过[O]

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛材加工技术，尤其是涉及一种低强度、易成型焊管用TA2冷轧钛带的制备方法。

背景技术

钛材具有比强度高、耐腐蚀等优点。与无缝纯钛管相比，焊管可生产0.3~1.0mm薄壁管材，生产效率及成材率高、成本低，生产长度不受限制，可批量化稳定生产，且换热效率高，节省设备钛材投资，在电力、海水淡化、化工等民用行业应用广泛。TA2冷轧钛带是使用TA2板坯，经热轧、冷轧、退火、精整等工序加工后制备而成，通常所使用TA2板坯是按照GB/T3620.1《钛及钛合金牌号和化学成分》元素范围进行配料及熔炼制备，即强化杂质元素重量百分比控制范围为Fe≤0.30%、C≤0.08%、N≤0.03%、O≤0.25%，且随着杂质元素含量提高，冷轧钛带强度提高，一般制备的TA2冷轧钛带横向屈服强度范围为260~450MPa。

TA2焊管是使用TA2冷轧钛带，通过多组成型辊模具，逐步横向冷弯变形后焊接而成。但由于钛带回弹性大，成型抗力大，尤其当钛带横向屈服强度在350~450MPa较高范围值时，成型尤其困难，钛带与成型辊模具间摩擦力大，且纯钛粘附性强，经常会出现表面磨痕缺陷，导致焊管表面质量不良甚至报废，较大成型抗力、摩擦力及钛带粘附模具，使得成型辊模具每次修磨后使用寿命较低，需频繁换辊修辊，且导致焊管产线生产速度降低，对焊管品质及生产效率产生较大影响，成为钛焊管生产企业面临主要瓶颈，需进行改善。

专利CN 104032247 B公开了一种冷凝器焊管用精密冷轧钛带的生产方法，包含采用冷轧纯钛卷材，经半成品轧制、脱脂清洗、真空退火处理和拉平矫直等步骤而制成，获得表面粗糙度为0.15~0.30μm冷轧钛带；专利CN 102310314 B公开了一种钛及钛合金带卷加工方法，包括采用步骤为“原料-加热-轧制-退火-抛丸处理-修磨-酸洗-冷轧-脱脂-真空退火-拉矫或平整-切边-产品”方法制备冷轧钛带卷。上述两项专利尽管提供了TA2冷轧钛带制备基本工艺，但仍存在钛带横向屈服强度高、表面粗糙度小、焊管成型抗力大问题，导致生产的钛焊管表面易产生磨痕缺陷，且成型辊模具使用寿命短，焊管生产线生产速度低，因此用于制备TA2焊管工业化批量生产使用效果不理想。

发明内容

本发明的目的是为解决因为钛带横向屈服强度高、表面粗糙度小、焊管成型抗力大，导致生产的钛焊管表面易产生磨痕缺陷，且成型辊模具使用寿命短，焊管生产线生产速度低的问题，提供一种低强度、易成型焊管用TA2冷轧钛带的制备方法，通过对坯料杂质元素含量进行控制，并对钛带制备工艺进行优化，实现了钛带低屈服强度、高表面硬度及粗糙度控制，有效降低了钛带焊管成型抗力，大幅延长了焊管成型辊模具使用寿命，解决了钛焊管表面成型磨痕缺陷质量问题，并提高了焊管产线生产速度。采用本发明专利方法，可获得非常适宜焊管成型的TA2冷轧钛带，使用其生产钛焊管，具有生产效率高、外观质量好优点。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：

一种低强度、易成型焊管用TA2冷轧钛带的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、原材料准备：取主料海绵钛和配料二氧化钛并压制成电极，定义配料的Fe、C、N、O杂质元素含量质量百分比分别为[Fe]%、[C]%、[N]%、[O]%，定义[O]_当用于表征配料杂质元素整体含量，则配料杂质元素成分满足以下条件：

[O]_当=[O]%+0.5*[Fe]%+0.7*[C]%+2.5*[N]%=0.10~0.20%，

然后将所压制的电极依次经熔炼、锻造、热轧、冷轧、退火工序，获得厚度为0.6~2.5mm退火态TA2冷轧钛带坯料；

步骤二，冷轧：取步骤一中制备得到的钛带坯料，使用冷轧机组对TA2钛带坯料进行冷轧，控制冷轧变形量为40~80%，将TA2钛带坯料冷轧至0.3~1.0mm，得到半成品钛带，备用；

步骤三，脱脂：取步骤二中的半成品钛带使用脱脂机组对其进行连续清洗和烘干，制备得到表面无油污、干燥、清洁的冷轧钛带卷，备用；

步骤四，连续退火：采用氩气保护的连续退火线对步骤三中的冷轧钛带卷进行开平处理,对开平处理后的冷轧钛带卷进行连线退火处理，采用连续退火的方式可以对钛带进行开平处理以便于实现单层直接连续加热，改变了传统钛卷罩式退火中对整体直接加热及冷却效率低的问题，退火温度600~750摄氏度，退火保温时间1~5min；

步骤五，酸洗：采用混合酸液对步骤四中经连续退火处理后钛带进行酸洗，并烘干；

步骤六，平整：采用平整机对步骤五处理后的钛带进行平整轧制，控制平整机轧辊预先进行激光毛化处理，轧辊毛化后粗糙度为0.5~4μm，平整轧制压下量为0.5~2%，平整机轧辊毛化处理后，对钛带进行平整处理，在钛带表面转印形成毛化面以提高粗糙度，一般钛带表面粗糙度为毛化辊粗糙度的20~50%。平整处理也用于提高钛带卷表面硬度；

步骤七，脱脂取样：取步骤六处理后的钛带重复步骤三中的脱脂方法进行脱脂处理，获得焊管用TA2冷轧钛带成品。

所述的混合酸液为氢氟酸、硝酸、水的混合物，其中氢氟酸质量浓度为1.5~3%，硝酸质量浓度为12~20%，剩余为水。

所述的步骤三半成品钛带脱脂速度为5~10m/分钟，脱脂液温度40~65摄氏度，烘干箱温度40~60摄氏度。

本发明的有益效果是：

1、 本专利通过[O]_当表征原材料强化杂质元素整体含量，并给出了适宜范围，在配料过程中进行控制，同时结合后续冷轧、退火及平整工艺措施，实现控制焊管用TA2冷轧钛带横向屈服强度处于260~350MPa较低水平，有效降低了焊管成型抗力，进而减少钛带与焊管成型辊模具间摩擦力，从而大幅提高焊管成型辊使用寿命。

2、 通过使用激光毛化辊小压下量平整轧制，表面硬度及粗糙度同时获得提升，表面硬度达到160HV0.5以上，粗糙度达到0.3~1.0μm，显著降低了钛带与成型辊模具粘附性，有效解决了钛焊管表面成型磨痕缺陷质量问题。

3、使用本专利技术制备的TA2冷轧钛带生产焊管，更易成型，不易出现表面磨痕缺陷，对焊管线主操调试技能，以及模具设计制造能力要求降低，具有良好生产适应性，降低了焊管生产难度，品质稳定可靠。

4、 使用本专利技术制备的焊管钛带生产焊管，产线生产速度高，成型辊模具寿命长，品质稳定，废品率低，因此具有外观质量好、生产效率高、生产成本低优点。

具体实施方式

具体实施方式如下：

实施例1：使用海绵钛及TiO₂进行配料，配料后O、Fe、C、N杂质元素含量质量百分比分别为0.125%、0.018%、0.017%、0.01%，[O]_当=[O]%+0.5*[Fe]%+>

对比例1：采用O、Fe、C、N杂质元素含量质量百分比分别为0.13%、0.08%、0.017%、0.015%，[O]_当=0.2194%的配料原材料进行0.4mm冷轧钛带制备，成品退火后未进行激光毛化辊平整轧制，获得的钛带卷性能及表面粗糙度见表1。

通过表1可见，实施例1采用本专利技术获得了适宜焊管成型的0.4mm厚度规格TA2冷轧钛带，钛带强度控制在350MPa以下，同时通过激光毛化辊平整轧制，显著提高了钛带表面硬度及粗糙度。对比例1，采用成分超出本专利成分范围钛带坯料制备钛带，且未进行毛化辊平整轧制处理，得到的钛带横向屈服强度高、表面硬度低、表面粗糙度小。与对比例1相比，实施例1获得的钛带横向屈服低、表面硬度高、粗糙度大，有效降低了焊管成型抗力，并提高了表面耐磨性，未出现成型磨痕缺陷，且焊管成型辊模具每次修磨后使用寿命由35万米提高至80万米，同时焊管更易成型，产线生产效率提高20%以上，优势显著。

表1 实施例1及对比例1冷轧钛带焊管生产使用效果对比表

实施例2：使用海绵钛及TiO₂进行配料，配料后O、Fe、C、N杂质元素含量质量百分比分别为0.085%、0.031%、0.012%、0.006%，>当=[O]%+0.5*[Fe]%>

对比例2：使用与实施例2相同成分配料原材料及加工工艺制备焊管用TA2冷轧钛带，但成品未进行激光毛化辊平整轧制，获得的钛带性能及表面粗糙度见表2。

通过表2可见，实施例2采用本专利技术获得了适宜焊管成型的0.7mm厚度规格TA2冷轧钛带，钛带强度控制在350MPa以下，同时通过激光毛化辊平整轧制，显著提高了表面硬度及粗糙度。对比例2制备的相同规格冷轧钛带，未进行成品毛化辊平整轧制，尽管横向屈服强度也较低，但表面硬度低、粗糙度小，表面耐磨性差，在生产焊管过程中，钛带与成型辊模具粘附性强，易出现焊管表面成型磨痕缺陷，并导致生产过程中需频繁修辊，焊管成型辊模具使用寿命低。与对比例2相比，实施例2解决了上述问题，使用实施例2制备的TA2冷轧钛带生产焊管，表面无成型磨痕缺陷，降低了钛带与成型辊模具的粘附性，延长了焊管成型辊模具使用寿命，焊管成型辊模具每次修磨后使用寿命由40万米提高至75万米，且生产过程中质量异常小、生产效率高，优势显著。

表2 实施例2及对比例2冷轧钛带焊管生产使用效果对比表

本发明所列举的技术方案和实施方式并非是限制，与本发明所列举的技术方案和实施方式等同或者效果相同方案都在本发明所保护的范围内。