任 辉，张海深，陈国财，陈 苏，杨文甲，张文琦

(1.抚顺特钢股份有限公司，辽宁 抚顺 113000)

(2.沈阳市亨运达钛业开发有限公司，辽宁 沈阳 110102)

(3.沈阳卓越钛业有限公司，辽宁 沈阳 110102)

TA15钛合金薄板平直度控制工艺初探

任 辉1，张海深1，陈国财2，陈 苏2，杨文甲3，张文琦3

(1.抚顺特钢股份有限公司，辽宁 抚顺 113000)

(2.沈阳市亨运达钛业开发有限公司，辽宁 沈阳 110102)

(3.沈阳卓越钛业有限公司，辽宁 沈阳 110102)

根据长期积累的钛及钛合金轧制经验以及TA15钛合金的性能特点，设计了TA15钛合金薄板的1#轧制方案，并按照1#轧制方案试制了140 kg TA15钛合金薄板。分析影响薄板板形的主要因素为:①热轧工作辊的冷却;②单向轧制。提出了解决薄板平直度的2#轧制方案，并按照2#轧制方案又试制了205 kg TA15钛合金薄板。结果表明，改进后的2#轧制方案制备出的TA15钛合金薄板，满足18 mm/m平直度要求，板形的一次检验合格率为94%，且各项性能指标达到标准要求。

TA15钛合金;轧辊凸度;道次变形量;薄板

1 前言

TA15合金(Ti-6Al-2Zr-1V-1Mo)属近 α型钛合金，具有抗蠕变性能好、使用温度高、可焊性好等优点，并具有良好的压力加工成形性能，可通过适当的压力加工方法生产出管、棒、型、线、板等产品。

目前TA15钛合金已在国内得到了大量应用，其中以板材的应用最为广泛。但由于TA15钛合金存在强度高、塑性差、冷轧变形量小等特点，薄板生产难度较大，特别是成品板材的平直度很难控制，经常因板形不符合要求而报废。而TA15钛合金板材的性能相对来说较易控制，所以TA15钛合金薄板生产的关键是通过对轧制过程中工艺参数的控制，来保证板材的平直度。本研究通过改进轧制工艺，改善工序节点控制，探索TA15钛合金薄板平直度的影响因素，为实际生产提供参考。

2 实验材料及设备

实验材料为抚顺特钢股份有限公司三炼分厂经三次真空自耗电弧熔炼得到的TA15钛合金铸锭，其化学成分见表1，满足XJ/BS 5259—2003标准要求。铸锭经开坯锻造、机加工制成尺寸为75 mm×335 mm×920 mm的板坯，板坯厚度公差小于1.0 mm、表面光洁度达到▽4。制备TA15钛合金薄板的加工设备包括:1 200、1 400二辊不可逆热轧机，1 200、1 400四辊可逆式冷轧机，直通辊底退火炉，板材真空退火炉，冷、热矫直机等。

表1 TA15钛合金铸锭的化学成分(w/%)Table 1 Chemical composition of TA15 titanium alloy ingot

3 实验过程及结果分析

根据长期积累的钛及钛合金轧制经验及TA15钛合金性能的特点，设计了TA15钛合金薄板的1#轧制方案和各工序控制节点，并按照1#轧制方案试制了190 kg坯料，制备了140 kg TA15钛合金薄板，检验了板材的成品率。再在1#轧制方案试制结果的基础上，对1#轧制方案进行了调整，制定了2#轧制方案，并按照2#轧制方案又试制了280 kg坯料，制备了205 kg TA15钛合金薄板，取样观察金相组织，测试力学性能，检验板材的成品率。

3.1 1#轧制方案及试制结果分析

1#轧制方案见图1。初轧前，板坯表面需均匀刷涂一层玻璃涂层，然后加热到960℃、保温120 min进行初轧。初轧共11个道次，轧制过程中加冷却水冷却工作辊，且前4个道次的变形量控制在20%以内。第一次精轧为单向轧制，加热温度为930℃，道次变形量在25%以内。第二次精轧加热温度为900℃，采用大变形量轧制。一次冷轧在1 400四辊可逆式轧机上进行，选用凸度为0.25 mm的工作辊。成品冷轧在1 200四辊可逆式轧机上进行，选用凸度为0.30 mm的工作辊。成品板材真空退火制度为800℃ ×50 min。

图1 TA15钛合金薄板1#轧制方案Fig.1 1#rolling process of TA15 titanium alloy sheets

按照1#轧制方案制备出140 kg的TA15钛合金薄板，经检验，满足18 mm/m平直度要求的板材只有43 kg，合格率仅为31%。

图2为按照1#轧制方案轧制出的薄板实物照片。从图2可以看出，按照1#方案轧制出的成品薄板板形较差，呈瓢曲状。分析其原因可能是:板材在初轧前虽然刷涂了玻璃涂层，有一定的保温效果，但在轧制过程中用冷却水对轧辊进行了冷却，导致板坯各部位的温度有了差距，使板坯变形不均，横断面公差较大;接下来的精轧又为单向轧制，未能消除横断面的公差，横向延伸均匀性差，中间延伸大，边部延伸小;后经几次冷轧、退火、平整、矫直等工序处理，也仍然很难消除，最终导致成品板材形状出现了山形、船形、瓢形等。

图2 1#轧制方案试制的TA15钛合金薄板照片Fig.2 Photo of TA15 titanium alloy sheets made by 1#rolling process

3.2 2#轧制方案及试制结果分析

由于TA15钛合金对不均匀变形较敏感，因此对1#轧制方案试制结果进行了仔细分析，找出影响板形的关键点，对工序进行优化［1］，设计了2#轧制方案，见图3。

2#轧制方案与1#轧制方案的轧制道次、火次及道次变形量相同。不同的是:2#轧制工艺初轧过程中的前5个道次不加冷却水冷却工作辊;第一次精轧时采取换向轧制代替单向轧制。

图3 TA15钛合金薄板2#轧制方案Fig.3 2#rolling process of TA15 titanium alloy sheets

按照2#轧制方案试制了205 kg的TA15钛合金薄板，经检验，满足18 mm/m平直度要求的板材达到193 kg，合格率提高至94%。图4为按照2#轧制方案轧制出的薄板实物照片。

图4 2#轧制方案试制的TA15钛合金薄板照片Fig.4 Photo of TA15 titanium alloy sheets made by 2#rolling process

从图4可以看出，按照2#方案轧制出的成品薄板平直度较好，表明2#轧制方案中的两项改进措施十分有效。初轧过程中的前5道次不加冷却水冷却工作辊，防止了板坯不同部位温差过大。在整个轧制过程中实际测量每一张板材同板温度差不超过15℃，使得各区域的延伸均匀，减少了初轧半成品板材横断面的尺寸公差。精轧工序换向轧制，进一步降低了热轧半成品的同板变形差。2#轧制方案保证板形质量的另一个重要措施是控制好轧辊曲线。由于本实验所使用的冷轧机没有控制轧辊曲线的AGC弯辊装置，需预先准确推算出本批薄板轧制所用工作辊的凸度，再根据推算出的工作辊凸度把工作辊修磨到要求的凸度。2#轧制方案根据成品薄板的尺寸和板形要求，进一步准确计算了工作辊的凸度值，并严格按照推算值磨辊，保证了轧制出的TA15钛合金薄板板形，板形合格率提高到94%。

2#方案轧制的板材经真空退火处理后，金相组织见图5，室温拉伸性能测试结果见表2。

图5 TA15钛合金薄板的金相照片Fig.5 Metallograph of TA15 titanium alloy sheet

表2 TA15钛合金薄板室温拉伸性能Table 2 Tensile properties of TA15 titanium alloy sheets at room temperature

由图5可以看出，α相的体积分数约占40%。表2表明，采用2#轧制方案轧制出的TA15钛合金薄板横向和纵向性能差别较小，各项性能均满足XJ/BS 5259—2003标准要求。500℃高温拉伸实验表明，拉伸强度和持久性能均满足GB/T 2965—2007标准要求，其中拉伸强度为600～650 MPa。

4 结论

(1)轧制TA15钛合金薄板时初轧板坯刷涂玻璃涂料，并在初轧的前5个道次不用冷却水冷却工作辊，可明显降低轧制时同板坯不同部分的温度差，改善板坯不均匀变形程度。

(2)轧制TA15钛合金薄板时，精轧工序采用换向轧制，可进一步降低热轧半成品的横断面变形差。

(3)改进后的2#轧制方案可轧制出板形满足18 mm/m平直度要求且性能满足标准要求的TA15钛合金薄板。

［1］稀有金属材料加工手册编写组.稀有金属材料加工手册［M］.北京:冶金工业出版社，1984:781.

［2］肖纪美.材料的应用与发展［M］.北京:宇航出版社，1988:13.

Research on Flatness Control Process of TA15 Titanium Alloy Sheets

Ren Hui1，Zhang Haishen1，Chen Guocai2，Chen Su2，Yang Wenjia3，Zhang Wenqi3
(1.Fushun Special Steel Shares Co.，Ltd.，Fushun 113000，China)
(2.Shenyang Hengyunda Titanium Development Co.，Ltd.，Shenyang 110102，China)
(3.Shenyang Zhuoyue Titanium Industry Co.，Ltd.，Shenyang 110102，China)

Based on rolling experience and properties of TA15 titanium alloy，1#rolling scheme was made and TA15 titanium alloy sheets of 140 kg were produced.And the main influence factors like cooling of working roll and singledirection rolling were also investigated.It was found that cooling rolls and rolling in single direction during hot rolling affected the flatness of sheets.Then 205 kg sheets were produced successfully by improved 2#rolling scheme，and results show that the ratio which meets the 18 mm/m flatness requirement is 94%，and properties meet the requirements.

TA15 titanium alloy;roll profile;reduction per pass;sheets

2012－10－29

任辉(1968—)，男，工程师。