鈦板卷退火工藝的製作方法
2023-10-05 15:36:24
專利名稱：鈦板卷退火工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及金屬材料的熱處理工藝，確切說，涉及利用罩式退火爐處理 鈦板巻，尤其是冷軋工業純鈦板巻。
背景技術：
純鈦具有與鋼不同的一些特點，例如晶體具有同素異構體結構，882°C 以下為密排六方結構，滑移系少，各向異性明顯，化學性質活潑，冷加工形 變強化效應顯著。巻狀或板狀鈦材(以下稱為鈦板巻)在冷軋後需要退火處 理。冷變形的工業純鈥才艮據雜質成分和冷變形率的不同具有介於450-550°C 的再結晶溫度，而退火溫度應高於再結晶溫度。鈦的化學性質活潑，高溫下 易與空氣中的O、 H、 N等元素反應而生成氧化層，使理化性能變差，除硬 度和脆性增大且塑性和彈性降低外，高溫下的工業純鈦的吸附性也較強，冷 軋後的表面殘餘物及退火升溫氣氛中的碳化物和粉塵可能被吸附至表面，形 成退火黑斑，由此影響鈦板巻表面質量。
現有的鈦板巻退火處理工藝包括真空退火或無惰性氣體保護退火。JP 平9-217157公開一種真空退火工藝首先將退火爐抽真空，然後加熱至400 。C以上至退火溫度以下，接著在充入高純度氮氣的情況下加熱至600-700°C 並保溫。在相對真空狀態下，爐內仍存在有害氣氛，氮氣也對退火後的4太板 巻表面質量產生不利影響。真空退火工藝對設備的要求高，安全性較低，不 適於大巻重鈦板巻的退火。無惰性氣體保護退火在開放環境中進行，退火後 的鈦板巻表面有氧化層，質量差，退火後需要清理氧化層，既增加材料消耗 和工作量，又降低生產效率。因此，人們期望對上述現有的鈦板巻退火工藝 加以改進。
發明內容
為此，本發明的目的是提供一種鈥板巻退火工藝，藉此改善退火後的鈦 板巻表面質量，取消退火後的氧化層清理作業，提高產品質量，降低能耗和 材料損耗，提高生產效率。為實現該目的，本發明提供一種鈦板巻退火工藝，包括
A、 將鈦板巻放入退火爐；
B、 用惰性氣體置換爐內氣體，至爐內壓力為10-10000Pa正壓，以 50-200。C/小時的加熱速度加熱鈦板巻至高於其再結晶溫度並保溫2-25小時；
C、 在保持爐內壓力10-10000Pa的條件下，以10-150。C/小時的冷卻速 度冷卻鈦板巻至出爐溫度；
D、 將鈦板巻出爐。
根據本發明，上述加熱過程可分兩步進行，先以50-200。C/小時的速度 將鈦板巻加熱至350-450。C並保溫1-25小時，接著以50-200。C/小時的加熱速 度將鈦板巻加熱至高於其再結晶溫度並保溫2-25小時。
眾所周知，工業鈦板巻視其成分的不同具有不同的再結晶溫度，大致介 於450-550。C。本發明為此規定，在步驟B中將鈦板巻加熱至高於550°C。 原則上不用限定加熱溫度的上限，但從經濟性和加熱溫度過高會導致晶粒過 度粗大考慮，優選750。C為加熱溫度上限。優選580-750。C的加熱溫度範圍。
在上述的鈦板巻退火工藝中，優選在步驟B之前先用氮氣吹掃爐內 15-45分鐘以置換爐內氣氛，然後用惰性氣體置換爐內氣氛，和/或優選在步 驟C的冷卻過程中用氮氣吹掃爐內15-45分鐘，在這裡，冷卻過程中的氮氣 吹掃最好在鈦板巻快達到出爐溫度時進行，這樣做是為了置換爐內氣氛。在 加熱過程中先吹掃氮氣主要是為了節省惰性氣體的消耗量。
根據本發明，優選採用罩式退火爐執行上述退火工藝，其包括內罩、活 動的加熱罩和活動的冷卻罩，此時在步驟A中，鈦板巻被吊放入內罩，在步 驟B的加熱過程中，在用加熱罩將鈦板巻加熱至高於再結晶溫度並保溫之 前，先用加熱罩將鈦板巻加熱到350-450。C並保溫1-25小時，在此過程中以 20-120米V小時的流量將惰性氣體通入內罩。
為保持爐內惰性氣體壓力處於規定水平，優選在步驟B的加熱和保溫過 程中始終以20-120米3/小時的流量向爐內通入惰性氣體如氬氣。這樣，儘管 在加熱和保溫過程中可能出現爐內氣體洩漏，但上述保壓措施可保證爐內壓 力符合規定水平，由此獲得良好的退火板巻質量。
在上述鈥板巻退火工藝的任何一個實施例中，在步驟C中，為保持退火 爐內壓力為10-10000Pa正壓，最好以1-20米3/小時的流量將惰性氣體如氬 氣通入退火爐，例如罩式退火爐的內罩，由此保證爐內壓力符合規定水平， 進而獲得良好的退火板巻質量。根據本發明的鈦板巻退火工藝，在上述冷卻過程中可先對鈦板巻進行緩 冷，然後將鈦板巻快速冷卻至出爐溫度，這樣可防止鈦板巻的退火粘結。緩
冷可採用10-5(TC/小時的冷卻速度和1-5小時的冷卻時間。當用上述罩式退 火爐執行退火工藝時，在上述冷卻過程中，在加熱罩仍罩於內罩的情況下先 進行帶加熱罩冷卻，然後用冷卻罩將鈦板巻冷卻至出爐溫度。本發明的退火 工藝可以採用其它類型的退火爐來實施。在用罩式退火爐的加熱罩進行緩冷 時，也可採用10-5(TC/小時的冷卻速度及1-5小時的冷卻時間。最好在緩冷 過程中也通入惰性氣體，以進行保護冷卻。
在上述鈦板巻退火工藝中，為獲得更好的鈦板巻表面質量，可在步驟A 之前通過化學鹼洗方法對鈥板巻表面進行脫脂處理。根據本發明的退火工藝 優選用於用罩式退火爐對冷軋工業純鈦板巻進行退火處理，當然也可以用於 處理其它處於冷加工狀態或冷態的鈦材，尤其成板、帶、線的形式。
本發明規定，在步驟B中，將惰性氣體通入退火爐可與加熱升溫同時進 行，或者可先通入惰性氣體，然後進行加熱升溫。或者，在惰性氣體通入尚 未結束時，就可進行加熱升溫。在步驟C中優選100-120。C/小時的冷卻速度。 也可採用^50。C/小時的冷卻速度。出爐溫度視具體情況而定，通常選擇為 20-100。C，優選低於50。C。
本發明規定，從步驟B起至鈦板巻出爐，退火爐中最好始終存在惰性氣 體以保護鈦板巻。尤其在惰性氣體置換後，爐內壓力可始終保持10-10000Pa。 為此，優選在氣體置換後至出爐前的各步驟中補入惰性氣體。
本發明的鈦板巻退火工藝優選採用罩式退火爐，其特點是包括可用液壓 腳壓緊的可打開式內罩、活動的加熱罩和活動的冷卻罩，加熱罩配設有燒嘴， 用於根據由退火爐中的溫度傳感器如熱電偶測定的溫度實施退火溫度控制。 當然，本發明也可採用其它類型的退火爐。
在本發明中，鈦板巻的化學成分符合國家標準GB/T 3620.1-2007，例如 鈦板巻含有^0.50%的Fe、 $0.08%的C、 ^).05%的N、 $0.015%的H和^).48% 的O,以及單量^0.10%而總量^).40%的其它不可避免的雜質，餘量為Ti。
在上述鈦板巻退火工藝中，優選採用純度大於95%至99.99999%的氬氣 作為惰性氣體。如果氬氣純度低於或等於95%，則可能因其中摻雜有氧氣而 對退火後的鈦板巻表面質量產生不利影響。從經濟性出發，氬氣純度不宜過 高，因此選擇99.99999%作為上限。優選純度為99.9%以上的氬氣。
以下，結合附圖來詳細說明本發明的實施例，其中
圖1為用於實施根據本發明的鈦板巻退火工藝的罩式退火爐的示意圖2為根據本發明的第2實施例的退火工藝曲線示意圖。
具體實施例方式
本發明提供鈦板巻退火工藝，其可用罩式退火爐來實施，如圖l所示， 它包括可打開的內罩l、活動的加熱罩和活動的冷卻罩，加熱罩配有多個燒 嘴，用於根據由退火爐中的溫度傳感器如熱電偶所測的溫度來加熱被放入內 罩的鈦板巻3。
本發明的鈦板巻退火工藝包括將鈦板巻放入退火爐；用惰性氣體2置 換爐內氣氛至爐內壓力為10-10000Pa正壓，以50-200。C/小時的加熱速度將 鈦板巻加熱至高於其再結晶溫度並保溫2-25小時；在保持爐內壓力 10-10000Pa的條件下，以10-150。C/小時的冷卻速度冷卻鈦板巻至出爐溫度； 將鈦板巻出爐。在上述的加熱和保溫過程以及冷卻過程中保持爐內惰性氣體 壓力處於規定水平是有利的，藉此能改善退火產品的表面質量。
以下，結合本發明退火工藝的多個實施例來具體描述本發明。
第1實施例
本發明的鈥巻板退火工藝的第1實施例包括用常規的化學鹼洗方法清 洗鈦板巻，以對其表面進行脫脂處理；將經過脫脂處理的鈦板巻放入退火爐； 用氮氣吹掃爐內15分鐘，以置換爐內空氣；氮氣吹掃後，用純度為99.99% 的氬氣徹底置換爐內氣氛，至爐內壓力為7000Pa正壓，在置換的同時，以 200。C/小時的加熱速度將鈦板巻加熱到390。C並保溫2小時，隨後以150TV 小時的加熱速度加熱到620。C並保溫2小時；在保持爐內壓力7000Pa的條件 下，以10(TC/小時的冷卻速度將鈥板巻冷卻至約5(TC;在冷卻階段的末尾， 用氮氣吹掃爐內15分鐘；將鈦板巻出爐。
經過退火處理的鈦板巻可被直接送往後道加工工序，無需進一步清理鈦 板巻表面。
第2實施例
本發明的鈦巻板退火工藝的第2實施例包括用常規的化學鹼洗方法清洗鈦板巻，以對其表面進行脫脂處理；將經過脫脂處理的鈥板巻放入退火爐； 用氮氣吹掃爐內45分鐘，以置換爐內氣氛；氮氣吹掃後，用99.999%的氬 氣徹底置換爐內氣氛，至爐內壓力為6000Pa正壓，隨後以15(TC/小時的加 熱速度將鈦板巻加熱到410。C並保溫1.5小時，接著以130。C/小時的加熱速 度加熱到580。C並保溫2小時，在上述加熱和保溫過程中均以30米3/小時的 流量通入上述氬氣；在保持爐內壓力6000Pa的條件下，以100。C/小時的冷 卻速度將鈦板巻冷卻至45°C ，在冷卻過程中以4米V小時的流量用氬氣對鈦 板巻進行保護冷卻；在冷卻階段的末尾，用氮氣吹掃爐內45分鐘；將鈦板 巻出爐。
圖2表示第2實施例的退火工藝曲線，經過退火處理的鈦板巻可被直接 送往後道加工工序，無需進一步清理鈥板巻表面。
第3實施例
本發明的鈥巻板退火工藝的第3實施例包括將鈦板巻放入退火爐；用 氮氣吹掃退火爐內部37分鐘，以置換爐內空氣；氮氣吹掃後，用99.99%的 氬氣徹底置換爐內氣氛，至爐內壓力為10000Pa正壓，在置換的同時，以 170。C/小時的加熱速度將鈥板巻加熱到400。C並保溫2小時，接著以170°C/ 小時的加熱速度加熱到650。C並保溫3小時；在保持爐內壓力10000Pa的條 件下，以5(TC/小時的冷卻速度將鈦板巻冷卻至35。C;在冷卻階段的末尾， 用氮氣吹掃爐內30分鐘；將鈦板巻出爐。
經過退火處理的鈥板巻隨後可被直接送往後道加工工序，無需進一步清 理鈦板巻表面。
第4實施例
本發明的鈦板巻退火工藝的第4實施例可以利用上述的罩式退火爐實 施，該退火工藝包括將鈦板巻放入退火爐的內罩；用氮氣吹掃退火爐內部 20分鐘，以置換爐內空氣；用惰性氣體徹底置換內罩氣氛，至爐內壓力為 3000Pa正壓，在置換的同時，按照100。C/小時的加熱速度用加熱罩將鈦板巻 加熱至約660。C並保溫2小時；在保持爐內壓力3000Pa的條件下，進行帶加 熱罩冷卻，此時以45。C/小時的冷卻速度和4小時的冷卻時間將鈦板巻緩冷 至48(TC左右，在冷卻程中用惰性氣體對鈦板巻進行保護冷卻，隨後按照 150。C/小時的冷卻速度用冷卻罩將鈦板巻冷卻至室溫，在此冷卻過程中使用惰性氣體進行^f呆護冷卻；在冷卻階段的末尾，用氮氣吹掃爐內25分鐘；吊 開內罩，將鈥^1巻出爐。經過上述退火的鈦板巻可直接送往後道工序，無需 進一步清理鈦板巻表面，也沒有出現退火粘結。
在上述實施例中，在加熱前用氮氣吹掃主要是為了節省氬氣消耗，而冷 卻階段的末尾用氮氣吹掃主要是為了置換爐內氣氛。
在用加熱罩進行加熱和保溫的罩式退火爐中，可設置熱電偶，加熱罩上
的燒嘴可根據由此測得的溫度來控制退火溫度。在本發明的退火工藝中，最 好在上述的加熱、保溫和冷卻過程中始終保持爐內壓力為10-10000Pa正壓， 為此在上述各步驟中根據需要和實際情況給爐補內充惰性氣體，由此獲得更 好的鈦板巻質量，惰性氣體的補入流量可視情況而定。在釆用帶加熱罩冷卻 的退火工藝中，冷卻速度和時間的選擇可以視裝爐量、板巻材質、形態和性 能等因素而定。
與現有技術相比，本發明具有下列優點和效果與無惰性氣體保護退火 相比，通過保持爐內正壓，在減少惰性氣體消耗的同時，避免由密封、洩漏、 破損等原因造成的外界空氣進入爐內而使鈦板巻與空氣中的O、 H、 N等元 素反應，由此可使退火後的鈦板巻表面無氧化層，能直接送入下道工序，不 僅省略了常規退火後的鹼浴水爆、酸洗工序、氧化層機械修磨並由此提高工 作效率、降低生產成本和能耗、減少環境汙染，而且從根本上解決了現有技 術中存在的、因表面汙染層而導致產品理化性能變差、硬度增加、塑性和彈 性降低、脆性增大等問題。本發明還具有工藝簡單、流程短、操作方便、控 制容易等優點。與真空退火相比，可簡化操作流程，降低設備要求，降低操 作難度，提高生產過程的安全性，避免現有鈥板巻退火所存在的粘結問題， 可使退火後的鈥板巻產品理化性能滿足產品標準要求。
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權利要求
1.一種鈦板卷退火工藝，包括A、將鈦板卷放入退火爐；B、用惰性氣體置換爐內氣體至爐內壓力為10-10000Pa正壓，以50-200℃/小時的加熱速度將鈦板卷加熱至高於其再結晶溫度並保溫2-25小時；C、在保持爐內壓力10-10000Pa的條件下，以10-150℃/小時的冷卻速度冷卻鈦板卷至出爐溫度；D、將鈦板卷出爐。
2. 根據權利要求1所述的鈦板巻退火工藝，其特徵是，在步驟B之前， 先用氮氣吹掃退火爐15-45分鐘以置換爐內氣氛，和/或在步驟C的冷卻過程 中，用氮氣吹掃爐內15-45分鐘。
3. 根據權利要求2所述的鈦板巻退火工藝，其特徵是，步驟B的加熱 如此進行，首先將鈦板巻加熱到350-450。C並保溫1-25小時，接著將鈥板巻 加熱至高於其再結晶溫度並保溫。
4. 根據權利要求2所述的鈥板巻退火工藝，其特徵是，步驟C的冷卻 如此進行，首先以10-50。C/小時的冷卻速度和1-5小時的冷卻時間緩冷鈥板 巻，此時惰性氣體被通入退火爐，然後以高於50。C/小時的冷卻速度冷卻鈦 斧反巻至出爐溫度。
5. 根據權利要求1所述的鈦板巻退火工藝，其特徵是，退火爐是罩式退 火爐，包括內罩、活動的加熱罩和活動的冷卻罩，在步驟A中，鈦板巻被吊 放入內罩，在步驟B中，先用加熱罩將鈦板巻加熱到350-450。C並保溫1-25 小時，接著用加熱罩繼續將鈦板巻加熱至高於其再結晶溫度並保溫，在步驟 C的冷卻過程中，在加熱罩仍罩於內罩的情況下先進行帶加熱罩冷卻，接著 用冷卻罩將鈦板巻冷卻至出爐溫度。
6. 根據權利要求5所述的鈥板巻退火工藝，其特徵是，在帶加熱罩冷卻 中，採用10-50。C/小時的冷卻速度及l-5小時的冷卻時間。
7. 根據權利要求1至5中任一項所述的鈦板巻退火工藝，其特徵是，在 步驟B的加熱和保溫過程中，始終以20-120米V小時的流量向退火爐通入 惰性氣體。
8. 根據權利要求1所述的鈦板巻退火工藝，其特徵是，採用純度大於 95 %至99.99999 %的氬氣作為惰性氣體，並且在步驟B的加熱過程中，先以50-200。C/小時的速度將鈦板巻升溫到350-450。C並保溫1-25小時，接著以 50-200。C/小時的速度將鈦板巻升溫到高於550-750。C並保溫2-25小時。
9. 根據權利要求1至5中任一項所述的鈦板巻退火工藝，其特徵是，在 步驟C中，為保持爐內壓力10-10000Pa,以1米3/小時至20米V小時的流 量將惰性氣體通入退火爐。
10. 根據權利要求1至5中任一項所述的鈦板巻退火工藝，其特徵是， 在步驟A之前，通過化學鹼洗方法對鈦板巻的表面進行脫脂處理。
全文摘要
本發明提供一種鈦板卷退火工藝，包括以下步驟將鈦板卷放入退火爐；用惰性氣體置換爐內氣體至爐內壓力為10-10000Pa正壓，以50-200℃/小時的加熱速度將鈦板卷加熱至高於其再結晶溫度並保溫2-25小時；在保持爐內壓力10-10000Pa的條件下，以10-150℃/小時的冷卻速度冷卻鈦板卷至出爐溫度；將鈦板卷出爐。這種退火工藝能夠改善退火後的鈦板卷表面質量，取消退火後的氧化層清理作業，提高產品質量，降低能耗和材料損耗和提高生產效率。
文檔編號C22F1/18GK101634005SQ20091015779
公開日2010年1月27日 申請日期2009年7月24日 優先權日2008年7月25日
發明者昆 劉, 史亞鳴, 張竹明, 曹佔元, 蘇鶴洲, 宇 趙 申請人:武鋼集團昆明鋼鐵股份有限公司