热连轧生产钛及钛合金棒材的方法.pdf

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1、10申请公布号CN104148382A43申请公布日20141119CN104148382A21申请号201410348857222申请日20140721B21B1/1620060171申请人攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司地址617000四川省攀枝花市东区桃源街90号72发明人卢东李军王晓波王怀柳孙慎宏赵兵王莹肖聪彭琳74专利代理机构成都希盛知识产权代理有限公司51226代理人柯海军武森涛54发明名称热连轧生产钛及钛合金棒材的方法57摘要本发明涉及热连轧生产钛及钛合金棒材的方法，属于金属塑性加工技术领域。本发明所要解决的技术问题是提供一种适合在传统钢材热连轧机组上生产钛及钛合金棒材的方法。本。

2、发明热连轧生产钛及钛合金棒材的方法，通过控制加热制度、初轧温度、轧制速度、孔型，经过剪切、冷却、打捆工艺，将钛及钛合金方坯经一次加热出炉后，轧制成16MM100MM的棒材。本发明热连轧生产钛及钛合金棒材的方法，能在传统钢材热连轧机组上快速、高效的生产出了表面质量好、圆度好、组织性能均匀的钛及钛合金棒材产品。51INTCL权利要求书1页说明书10页附图2页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书10页附图2页10申请公布号CN104148382ACN104148382A1/1页21热连轧生产钛及钛合金棒材的方法，其特征在于，包括以下步骤A、加热将纯钛或钛合金的锻造方坯。

3、在加热温度保温135H，其中，纯钛的锻造方坯的加热温度为700950，钛合金的锻造方坯的加热温度为8001050；B、粗轧将加热后的锻造方坯进行粗轧，轧制速度为0108M/S，轧制46道次，道次延伸系数为1215；轧件的终轧温度为纯钛700900，钛合金8001050；C、中轧将粗轧后的轧件切头50100MM后进行中轧，轧制速度为0215M/S，轧制26道次，道次延伸系数102105；轧件的终轧温度为纯钛700900，钛合金7501050；D、将轧件冷却，得到钛及钛合金棒材成品。2根据权利要求1所述的热连轧生产钛及钛合金棒材的方法，其特征在于所述中轧的道次延伸系数变为1114，且在C步骤之后，。

4、D步骤之前依次进行精轧和减定径轧制，得到钛及钛合金棒材成品；所述精轧步骤为将中轧后的轧件切头50100MM后进行轧制，轧制速度为1050M/S，轧制26道次，道次延伸系数为1113；轧件的终轧温度为纯钛700900，钛合金7501050；所述减定径轧制步骤为将精轧后的轧件切头50100MM后进行轧制，轧制速度为45150M/S，轧制25道次，道次延伸系数102110；轧件的终轧温度为纯钛700900，钛合金7501050。3根据权利要求1或2所述的热连轧生产钛及钛合金棒材的方法，其特征在于A步骤所述的锻造方坯的尺寸为150MM150MM12000MM或180MM180MM6000MM或200M。

5、M200MM6000MM。4根据权利要求1或2所述的热连轧生产钛及钛合金棒材的方法，其特征在于轧制所用轧机的孔型系统为粗轧第14道次为箱方孔型系统，最后一道次为圆孔型，其余道次为椭圆圆孔型系统。权利要求书CN104148382A1/10页3热连轧生产钛及钛合金棒材的方法技术领域0001本发明涉及热连轧生产钛及钛合金棒材的方法，属于金属塑性加工技术领域。背景技术0002随着冶金技术、电传电控技术、机械制造技术的发展，高速线材轧机也得到了飞速发展，已成为最成熟的棒线材轧制设备。其特点是高速、单线、无扭、微张力、组合结构、碳化钨辊环和自动化。其产品特点是盘重大、精度高、效率高、质量好。0003钛及钛。

6、合金是一种重要的结构金属，它们具有密度低、比强度高、耐高温、耐低温、耐酸碱腐蚀、无磁性、线膨胀系数小、阻尼性能好和生物相容性好等特点，广泛应用于航空、宇航、医药、体育、电力、石化、冶金等领域，被称为“第三金属”和“全能金属”。随着科技和经济的飞速发展，钛及钛合金棒材的需求也在不断增长，采用热连轧机生产钛材成为提高生产效率和产品质量、降低生产成本的有效方法。0004专利CN101152653A公开了一种三辊Y型连轧机轧制钛及钛合金棒线材的方法。采用三辊Y型连轧机将坯料尺寸为5015000MM的钛及钛合金棒坯在一次加热后，轧出830MM的棒材。其整条生产线上包括台车加热炉、三辊Y型粗轧机组6架、中。

7、轧机组6架、精轧机组6架、飞剪、冷床、卷取机、辊道等设备。三辊Y型轧机的孔型是由3个互成120交角的轧辊上的槽所围成，轧辊从3个方向同时压缩轧件，在下一道次轧辊调转180，依此下去。其孔型几何形状基本有三种弧三角孔型系统、平三角孔型系统、弧三角圆孔型系统。该方法的优点是一次加热就可连续轧制出成品，其缺点是该方法依赖三辊Y型连轧机，不适合在传统的热连轧机组上使用，所得的棒坯尺寸较小，产品规格范围小、成品单重不高钛材50100KG。0005专利CN103736727A公开了一种TC16钛合金棒材控温连轧方法，通过对连轧过程中的钛棒材进行适时在线补偿加热和风箱喷吹气体冷却，对连轧生产中的轧件进行有效。

8、的控温轧制，采用控速连续轧制工艺，连轧出630MM的TC16钛合金棒材。该方法可实现TC16钛合金棒材的高效生产，但其需要特殊的设备进行，且需要多次补偿加热，其设备复杂，增加了生产成本，所得棒材尺寸较小，产品规格范围小。0006上世纪70年代，世界主要产钢国家开始普遍采用连续高速无扭线材轧机和控轧控冷技术为棒线材生产的最主要工艺手段。传统的热连轧棒生产线全线关键设备主要包括上料台架1、步进梁式加热炉2、高压水除鳞装置3、废坯剔除装置4、粗轧机组5、1飞剪6、脱头保温辊道7、中轧机组8、1控冷水箱9、2飞剪10、精轧机组11、立活套12、2控冷水箱13、3飞剪14、棒材减定径机组15、快速换辊装。

9、置16、测径仪17、3控冷水箱18、夹送辊及倍尺飞剪4飞剪19、冷床20、1、2砂轮锯21、8200KN冷剪22、1、2定尺机23、缓冷材收集台架24、1、2过跨检查台架25、打捆机26、成捆材收集台架27。热连轧棒生产线工艺平面布置见图1。0007目前，以上的热连轧棒生产线主要用于生产钢棒，由于钛及钛合金特殊的理化性能，采用传统的热连轧机组生产钛及钛合金棒材的方法未见报道。说明书CN104148382A2/10页4发明内容0008本发明所要解决的技术问题是提供一种适合在传统钢材热连轧机组上生产钛及钛合金棒材的方法。0009本发明热连轧生产钛及钛合金棒材的方法，包括以下步骤0010A、加热将纯。

10、钛或钛合金的锻造方坯在加热温度保温135H，其中，纯钛的锻造方坯加热温度为700950，钛合金的锻造方坯加热温度为8001050；0011B、粗轧将加热后的锻造方坯进行粗轧，轧制速度为0108M/S，轧制46道次，道次延伸系数为1215；轧件的终轧温度为纯钛700900，钛合金8001050；0012C、中轧将粗轧后的轧件切头50100MM后进行中轧，轧制速度为0215M/S，轧制26道次，道次延伸系数102105；轧件的终轧温度为纯钛700900，钛合金7501050；0013D、将轧件冷却，得到钛及钛合金棒材成品。0014进一步的，优选将上述中轧的道次延伸系数变为1114，在中轧后冷却之前。

11、依次进行精轧和减定径轧制，得到钛及钛合金棒材成品。所述精轧为将中轧后的轧件切头50100MM后进行轧制，轧制速度为1050M/S，轧制26道次，道次延伸系数为1113；轧件的终轧温度为纯钛700900，钛合金7501050；所述减定径轧制为将精轧后的轧件切头50100MM后进行轧制，轧制速度范围为45150M/S，轧制25道次，道次延伸系数102110；轧件的终轧温度为纯钛700900，钛合金7501050。0015本发明轧制前的锻造方坯的尺寸优选为150MM150MM12000MM或180MM180MM6000MM或200MM200MM6000MM。0016本发明轧机的孔型系统的形状优选为箱。

12、方箱方椭圆圆椭圆圆椭圆圆圆，即粗轧第14道次为箱方孔型系统，最后一道次为圆孔型，其余道次为椭圆圆孔型系统。0017本发明热连轧生产钛及钛合金棒材的方法全线可采用计算机系统控制，控制水平先进，自动化程度高。轧线采用了轧件在粗、中轧机组间脱开轧制，在其余机组连续轧制的典型的特殊钢棒线材复合生产工艺，实现了全线无扭、微张力或无张力轧制，保证了产品的高精度和高质量。由于棒线材生产线均装备了减定径机组，从而生产全部规格产品的孔型系统大大简化，使相同轧制程序重复使用时间长，轧辊更换次数减至最少，生产效率高，较好地满足了特殊钢批量不大、品种多的生产特点，具有效率高、质量好、成本低、可控性强等优点。此外，本发。

13、明还具备以下优点0018可以采用截面更大、质量更重的锻造方坯，整个轧制过程采用一次加热，可在加热炉内均匀加热，按照钛及钛合金不同牌号控制出炉温度，加热效率高，操控性和稳定性好。0019生产线采用控制轧制和轧后控冷的工艺，控制轧件在生产过程中各个阶段的温度，可以有效改善产品组织和性能，有利于得到组织均匀、性能合格的产品。在中轧机组后、精轧机组后均设有中间水冷箱，可控制轧件进入减定径机组的温度；在减定径机组后设有说明书CN104148382A3/10页5水冷装置，可实现不同产品冷却制度要求。0020轧机刚度高，能自动补偿端面变化，轧件尺寸稳定。也能进行热机轧制和低温轧制，保障控制轧制的顺利进行。0。

14、021在保证严格公差的前提下可对轧制孔型进行更大范围的调整，进行任意规格轧制，不仅可以生产该轧机产品范围内的各种尺寸的棒材，还能减少轧辊备用量。0022轧制的品种多、规格范围广，孔型系统共用性强，一套孔型能适应纯钛、钛合金。可减少前面轧机、轧辊的备用量。0023产品的精度高、表面质量好、组织性能优良。尺寸精密的棒材实际上可以减少机械加工的剥皮工序，降低机加工原材料消耗。附图说明0024图1为热连轧棒生产线工艺平面布置图；0025图2为热连轧机组箱型/方型孔型图；0026图3为热连轧机组椭圆孔型图；0027图4为热连轧机组圆孔型图。具体实施方式0028本发明热连轧生产钛及钛合金棒材的方法，包括以。

15、下步骤0029A、加热将纯钛或钛合金的锻造方坯在加热温度保温135H，其中，纯钛的锻造方坯加热温度为700950，钛合金的锻造方坯加热温度为8001050；0030B、粗轧将加热后的锻造方坯进行粗轧，轧制速度为0108M/S，轧制46道次，道次延伸系数为1215；轧件的终轧温度为纯钛700900，钛合金8001050；0031C、中轧将粗轧后的轧件切头50100MM后进行中轧，轧制速度为0215M/S，轧制26道次，道次延伸系数102105；轧件的终轧温度为纯钛700900，钛合金7501050；0032D、将轧件冷却，得到钛及钛合金棒材成品。0033一般的，轧件冷却后，还可以进行剪切或锯切，。

16、打捆，经过粗轧、中轧后得到的钛及钛合金棒材成品直径一般为75MM100MM。其中，“75MM”是指直径大于75MM。0034进一步的，为了得到16MM75MM的钛及钛合金棒材成品，优选将上述中轧的道次延伸系数变为1114，在中轧后冷却之前依次进行精轧和减定径轧制，可以得到16MM75MM的钛及钛合金棒材成品。所述精轧为将中轧后的轧件切头50100MM后进行轧制，轧制速度为1050M/S，轧制26道次，道次延伸系数为1113；轧件的终轧温度为纯钛700900，钛合金7501050；所述减定径轧制为将精轧后的轧件切头50100MM后进行轧制，轧制速度范围为45150M/S，轧制25道次，道次延伸系。

17、数102110；轧件的终轧温度为纯钛700900，钛合金7501050。0035本发明轧制前的锻造方坯的尺寸优选为150MM150MM12000MM或180MM180MM6000MM或200MM200MM6000MM。说明书CN104148382A4/10页60036本发明轧机的孔型系统可采用常规形状的孔型，进一步优选为如下形状的孔型系统箱方箱方椭圆圆椭圆圆椭圆圆圆，即粗轧第14道次为箱方孔型系统，最后一道次为圆孔型，其余道次为椭圆圆孔型系统。通过该孔型系统，轧件可以从一种断面平稳的转换成另一种断面，避免了由于剧烈不均匀变形而产生局部应力，减少了轧件劈头；没有较尖的棱角，轧件冷却均匀，减少裂纹。

18、的产生；有利于去除轧件表面氧化皮。0037为了采用传统钢材热连轧机组生产钛及钛合金棒材产品，本发明根据对钛及钛合金材料的物理化学特性的研究，通过优化加热温度、轧制速度、孔型匹配等关键参数，在传统钢材热连轧机组上快速、高效的生产出了表面质量好、圆度好、组织性能均匀的钛及钛合金棒材产品。0038本发明通过控制加热制度、初轧温度、轧制速度、孔型，经过剪切、冷却、打捆工艺，将钛及钛合金方坯经一次加热出炉后，轧制成16MM100MM的棒材，其中16MM75MM由减定径机组出成品，75MM100MM规格由中轧机组出成品。0039本发明可采用本领域常规设备进行，也可采用传统的热连轧棒生产线进行生产，下面对该。

19、生产线中加热炉、轧机、飞剪、控冷水箱、冷床、砂轮锯、冷剪等关键设备进行说明。0040加热炉加热炉为侧装侧出步进梁式加热炉，设计加热能力110T/H，最大加热能力120T/H合金结构钢，出炉温度为7501200，加热炉燃料为天然气。0041轧机棒材生产线由23架轧机组成，其中6架粗轧机组1、2架粗轧机预留、6架中轧机组及6架精轧机组，均为二辊短应力线轧机；5架减定径机组为高刚度大压下轧机。所有轧机均为“红圈”轧机，呈平立交替布置，交流变频调速电机单独传动，主要用于棒材生产并为线材生产提供中间圆坯。113、2223轧机间实行连续无扭微张力轧制，1322轧机间实行活套轧制。1675MM规格的棒材由减。

20、定径机组出成品，75100MM规格由中轧机组出成品。最大轧制速度为130M/S。0042轧机主要技术参数见表1。0043表1棒材轧机主要技术参数0044说明书CN104148382A5/10页70045注21H、22V、23H为3机平立平布置的标准二辊式棒材减定径机组，其中21H、22V轧机的减速机为双减速比。0046飞剪棒材连轧线设有5台飞剪，1飞剪具有切头尾功能；2、3飞剪具有切头尾和碎断功能；4飞剪为倍尺飞剪，除切倍尺外，还具有切头尾功能；5飞剪为组合式飞剪，除切头尾外，还具有碎断功能。0047控冷水箱棒材连轧线设有3组控冷水箱，1、2、3控冷水箱冷却喷嘴和控制软件从POMINI公司引进。

21、主要用于棒材生产，冷却轧件断面不大于50MM，各水箱最大冷却能力约150。0048冷床冷床为步进齿条式，有效尺寸84M11M，齿距110MM，总齿数65个，最小运行周期3S，输入轧件最大速度13M/S；生产缓冷材时，冷床可采用快速输送模式。0049砂轮锯1、2砂轮锯为固定式，锯体本体从POMINI公司引进，锯片直径1250/750MM，厚度10MM，锯片线速度80100M/S，锯切率720CM2/S，最高锯切温度800。1砂轮锯主要用于锯切1018M倍尺、1012M定尺棒材，2砂轮锯主要用于锯切412M定尺棒材。0050冷剪剪机为上刃下切式固定剪，30MM以上规格用槽型剪刃剪切，剪切力8500。

22、KN，剪刃宽度900MM，理论剪切次数不小于20次/MIN空负荷剪切次数，剪切行程170MM，开口度165MM，冷剪入口及出口侧均设有摆动辊道，以消除剪切压力。说明书CN104148382A6/10页80051成品热处理及精整设施主要有棒材缓冷坑多个，车底式退火炉数座，辊底式连续退火炉数座，1条短尺小规格棒材矫直线、1条长尺小规格棒材矫直线、1条连续精整线包括长尺大规格棒材矫直线、预留抛丸、倒棱、探伤、改尺、打捆及称重设备及1条简易人工检查修磨线。0052本发明实施例1的生产线实现了全线无扭、微张力或无张力轧制，保证了产品的高精度和高质量。由于生产线装备了减定径机组，从而生产全部规格产品的孔型。

23、系统大大简化，使相同轧制程序重复使用时间长，轧辊更换次数减至最少，生产效率高。下面对本实施例生产线的工艺参数进行说明。0053A、加热0054生产纯钛及钛合金棒材的原始坯料应该是化学成分符合标定的牌号的要求、表面是铣光的锻造方坯，坯料尺寸为150MM150MM12000MM或180MM180MM6000MM或200MM200MM6000MM。0055加热炉加热坯料的规格和表面状态见下表2。0056表2加热坯料的规格和表面状态0057加热料编号轧件规格加工类别表面状态1150MM150MM12000MM锻造氧化皮、铣光、打磨2180MM180MM6000MM锻造氧化皮、铣光、打磨3200MM20。

24、0MM6000MM锻造氧化皮、铣光、打磨0058坯料在加热炉内加热，加热温度为纯钛700950；钛合金8001050，保温时间为135H。0059B、轧制0060B1、在粗轧机组中的轧制0061经加热炉加热后的方坯，用辊道送入粗轧机组的第1机架，坯料在辊道上的运送速度与粗轧1机架线速度相匹配。轧辊的速度由电机进行控制。0062按照轧制工艺流程，在粗轧机的46机架上连续无扭微张力轧制，所有轧机均由交流变频调速电机单独传动，机架可整体更换，便于装卸轧辊更换孔型。粗轧机的轧制速度范围为0108M/S。0063粗轧机组的孔型系统依此为箱方箱方椭圆圆；延伸系数为1215；轧件的终轧温度控制在纯钛为700。

25、900，钛合金为8001050。0064在粗轧机组的最后一个机架之后，轧件经1飞剪切头50100MM后由辊道送往中轧机组轧制，辊道上设有保温罩，减少轧件的头尾温差，同时减少表面温降。0065B2、在中轧机组中的轧制0066中轧机组与粗轧机组间的辊道较长，因此它们没有建立连轧关系。在中轧机的16机架上采用连续无扭微张力轧制，所有轧机均由交流变频调速电机单独传动，机架可整体更换，便于装卸轧辊更换孔型。75MM100MM规格的线材可由中轧机组出品，中轧机的轧制速度范围为0215M/S。说明书CN104148382A7/10页90067中轧机组的孔型系统依此为椭圆圆椭圆圆椭圆圆；延伸系数为半成品道次延。

26、伸系数1114，成品道次延伸系数102105；轧件的终轧温度控制在纯钛为700900，钛合金为7501050。0068在中轧机组的最后一个机架之后，轧件经2飞剪切头切尾50100MM后由辊道送往精轧机组轧制，辊道上设有水冷装置和保温罩，以控制轧件进入精轧机组的温度，实现控冷控轧。0069B3、在精轧机组中的轧制0070中轧机组和精轧机组之间建立了连轧关系，在精轧机组的16机架的每两个机架之间共设置了5组立式活套，采用连续无扭无张力轧制。所有轧机均由交流变频调速电机单独传动，机架可整体更换，便于装卸轧辊更换孔型。精轧机的轧制速度范围为1050M/S。0071精轧机组的孔型系统依此为椭圆圆椭圆圆椭。

27、圆圆；延伸系数为1113；轧件的终轧温度控制在纯钛为700900，钛合金为7501050。0072在精轧机组的最后一个机架之后，轧件经3飞剪切头切尾50100MM后由辊道送往减定径机组轧制成品，辊道上设有水冷装置，以控制轧件进入减定径机组的温度，实现控冷控轧。0073B4、在减定径机组中的轧制0074精轧机组和减定径机组之间是连轧关系，在减定径机组前和其14机架的每两个机架之间共设置了4组立式活套，采用连续无扭无张力轧制，最后两机架间采用微张力轧制。所有轧机均由交流变频调速电机单独传动，机架可整体更换，便于装卸轧辊更换孔型。16MM75MM规格的线材由减定径机组出品，减定径机组的轧制速度范围为。

28、45150M/S。0075减定径机组的孔型系统依次为椭圆圆椭圆圆圆；延伸系数为成品道次延伸系数102110；轧件的终轧温度控制在纯钛为700900，钛合金为7501050。0076B5、孔型棒材孔型系统的形状为箱方箱方椭圆圆椭圆圆椭圆圆圆，即除了粗轧机第14道次和减定径最后一道次外都是椭圆与圆交替布置。0077下表3列出了轧制某16MM的钛合金棒材时各机架孔型相关情况。0078表3各机架孔型情况0079说明书CN104148382A8/10页100080C、冷却与剪锯切0081在减定径机组的最后一个机架之后设有水冷装置，可实现控冷控轧。然后轧件经4倍尺飞剪进行分段。分段后的轧件由输入辊道和摩擦。

29、制动板送入冷床。0082冷床为步进齿条式，总宽度84M，长11M，轧件在步进过程中均匀冷却，至齐头辊道处进行齐头，然后链式排钢机根据冷剪或砂轮锯的剪锯切根数要求排列轧件，之后由平托机构排托至冷床输出辊道上，再由输入辊道送往冷剪或砂轮锯处，切成4M12M的尺寸。0083采用冷剪与砂轮锯组合的定尺切断方式，可根据用户对剪切断面质量的要求选择经济的定尺切断方式，以降低生产成本。0084对于剪切断面要求较高、断面尺寸较大80MM及部分剪切时易出现剪切断裂的材料，由砂轮锯进行定尺锯切，以保证断面规整；其他棒材采用冷剪定尺剪切，直径30MM的棒材，冷剪采用带槽型剪刃剪切，以改善成品头部的剪切质量。0085。

30、D、表面检查及打捆0086剪锯切的定尺材均由过跨台架过跨，合格材经台架输出辊道处计数、收集，打捆机打捆、称重、标牌后，由成捆材收集台架收集，再由吊车吊至成品库堆放；不合格材单独收集后再精整或送入废品台架收集；短尺材则送往缓冷收集台架处收集。0087E、产品尺寸精度0088经检测，连轧棒材产品符合GB/T29652007标准中所规定的钛及钛合金棒材的直径、截面厚度及尺寸允许偏差。0089下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限说明书CN104148382A109/10页11制在所述的实施例范围之中。0090实施例10091采用上述热连轧生产线生产160MM钛合金棒材。

31、，其主要步骤及参数如下0092A、加热将尺寸为15015012000MM的钛合金的锻造方坯在加热温度900保温2H；0093B、粗轧将加热后的锻造方坯进行粗轧，轧制速度为07M/S，轧制4道次，道次延伸系数为12，终轧温度控制为850；0094C、中轧将粗轧后的轧件切头50100MM后进行中轧，轧制速度为12M/S，轧制6道次，道次延伸系数13；终轧温度控制为820；0095D、精轧将中轧后的轧件切头50100MM后进行轧制，轧制速度为41M/S，轧制6道次，道次延伸系数12；终轧温度控制为810；0096E、减定径轧制将精轧后的轧件切头50100MM后进行轧制，轧制速度为108M/S，轧制5。

32、道次，道次延伸系数110；终轧温度控制为770。0097F、将轧件冷却，剪切，打捆，得到160MM规格的钛合金棒材成品。0098实施例2实施例50099按照实施例1的步骤，改变工艺参数，得到300MM纯钛棒材、500MM钛合金棒材、800MM钛合金棒材以及900MM纯钛棒材，表4列出了160MM钛合金棒材、300MM纯钛棒材、500MM钛合金棒材、800MM钛合金棒材以及900MM纯钛棒材的具体生产工艺参数。0100实施例1实施例5生产的钛棒产品均符合GB/T29652007标准中所规定的钛及钛合金棒材的直径、截面厚度及尺寸允许偏差。0101表4不同规格棒材的具体工艺参数0102说明书CN104148382A1110/10页12说明书CN104148382A121/2页13图1图2图3说明书附图CN104148382A132/2页14图4说明书附图CN104148382A14。