一种复合钛板的制造工艺及系统的制作方法

本发明涉及一种复合钛板的制造工艺及系统。属于材料加工技术领域。

背景技术：

钛是一种银白色的过渡金属，具有重量轻、强度高、抗腐蚀能力良好等特征，其化学性质相对稳定，具有良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱等优良性质。

基于钛的上述性质，目前在化学、电力和食品加工厂等的热交换器用构件、照相机体、厨房设备等的民用品、以及摩托车、汽车等运输机械构件、家电设备等的外壳中广泛使用钛板。

但是，钛比较活泼，在高温下即使在微量氧气环境下也会发生氧化，因此在退火等处理过程中极易与氮、氢、氧发生反应；单纯由钛制造的钛板加工性较差，不能满足越来越多的实际应用。目前的复合钛板主要采用钛钢复合板或者钛铝复合板，大大增加了重量且表面状态并不理想，阻碍了钛板在相关领域内的应用。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种复合钛板的制造工艺。

本发明还提供了上述的一种复合钛板的制造工艺所对应的制造系统。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种复合钛板的制造工艺，包括步骤：

(1)熔炼：将海绵钛、铝屑和铅粉混合均匀后压制成电极块，之后将所得电极块焊接得到圆柱形电极，采用真空自耗电弧熔炼，得到圆柱形铸锭；

(2)保温锻造及热轧：在600～700℃保温100～120分钟，再升温至900～1000℃后保温130～150分钟，接着升温至1200～1400℃后保温200～250分钟，经锻造得到中间坯，进行热轧开坯，得到钛板坯；

(3)酸洗：使用去离子水对钛板坯进行预清洗，浸泡于50～70℃的酸液进行酸洗，然后漂洗、烘干；其中，酸液是将65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氢氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照体积比1：2：3混合配制得到；

(4)冷轧：在第一退火炉中进行软化处理，700～820℃加热10～15分钟，空冷，在抛丸机中通过高速喷射钢丸击碎和去除表面的氧化层，然后进行10～15道轧制；

(5)退火：在真空度10～4Pa的第二退火炉中，加热至600～650℃，保温5～6小时，排除空气并用氩气置换，冷却至120～150℃，即得。

优选的，步骤(1)中海绵钛、铝屑和铅粉的质量比为1：0.53～0.85：0.02～0.03，其中，海绵钛的粒径范围为0.83～25.4mm。

优选的，步骤(1)中真空自耗电弧熔炼进行若干次，其具体条件是：熔炼电压30～50V，熔炼电流20～30KA，搅拌电流为5～25A，真空度小于3Pa。

优选的，步骤(2)在保温步骤之前先进行扒皮处理，以去除铸锭表面的氧化层，扒皮厚度小于5mm。

优选的，步骤(2)中的锻造为一个火次锻拔，锻拔的开锻温度为1050～1150℃，终锻温度为820～840℃。

优选的，步骤(2)中热轧的温度为900～1000℃，保温时间为100～120分钟。

优选的，步骤(3)中预清洗所使用的去离子水温度为45～65℃，采用流动清洗的方法，流量为30～40m³/h。

优选的，步骤(3)中漂洗是使用50～60℃的去离子水进行喷淋漂洗。

优选的，步骤(3)中烘干的具体方法是，喷吹80～110℃的热风，从而把表面残留的液体烘干。

优选的，步骤(5)中加热速度为20～25℃/h，冷却速度为3～4℃/h。

一种复合钛板的制造系统，包括依次连接的熔炼装置、保温锻造及热轧装置、酸洗装置、冷轧装置和退火装置，熔炼装置为真空自耗电弧炉，保温锻造及热轧装置包括依次连接的锻造机和热轧机，酸洗装置包括依次连接的预清洗槽、酸洗槽、漂洗槽和烘干设备，冷轧装置包括依次连接的第一退火炉、空冷器、抛丸机和冷轧机，退火装置为第二退火炉。

优选的，所述真空自耗电弧炉内的熔炼电极是利用海绵钛、铝屑和铅粉混合制备，三者质量比为1：0.53～0.85：0.02～0.03。

优选的，所述预清洗槽包括入口和出口，以及在入口与出口之间连续流动的去离子水。

优选的，所述酸洗槽中盛有酸液，是将65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氢氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照体积比1：2：3混合配制得到。

优选的，所述漂洗槽的顶部和底部分别设有喷淋去离子水的喷淋设备。

优选的，所述烘干设备为连续喷吹80～110℃热风的装置。

本发明的有益效果：

本发明的制造工艺包括熔炼、保温锻造及热轧、酸洗、冷轧和退火五个步骤，是将海绵钛、铝屑和铅粉熔炼制造得到复合钛板，在锻造前进行三步保温处理，优化锻造后的微观组织结构，酸洗步骤能将表面的氧化皮彻底洗尽，并且未出现过酸现象，结合冷轧和退火的特定工艺条件处理，最后所得复合钛板抗拉强度均在520MPa以上，表面光滑性好，清洗性良好。

另外，在最后的退火步骤中使用氩气作为保护气体，有效防止在退火过程中发生氧化。冷轧前进行软化处理，提高产品的塑性，避免的冷轧过程中出现裂纹。

附图说明

图1是本发明的一种复合钛板的制造系统结构示意图；

其中，1为真空自耗电弧炉，2为保温锻造及热轧装置，3为酸洗装置，4为冷轧装置，5为第二退火炉，6为锻造机，7为热轧机，8为预清洗槽，9为酸洗槽，10为漂洗槽，11为烘干设备，12为第一退火炉，13为空冷器，14为抛丸机，15为冷轧机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

0级海绵钛，购自遵义钛业公司，粒度范围为0.83～25.4mm。

1级海绵钛，购自洛阳双瑞万基钛业公司，粒度范围为0.83～25.4mm。

铝屑，购自佳铄金属材料(上海)有限公司，粒度为30～50目。

铅粉，购自北京怡天惠金属材料有限公司，粒度为200～300目。

实施例1：

如图1所示，一种复合钛板的制造工艺，包括步骤：

(1)熔炼：将海绵钛、铝屑和铅粉混合均匀后压制成电极块，之后将所得电极块焊接得到圆柱形电极，进行2次真空自耗电弧熔炼(熔炼电压30V，熔炼电流20KA，搅拌电流为5A，真空度小于3Pa)，得到圆柱形铸锭；其中，海绵钛、铝屑和铅粉的质量比为1：0.53：0.02，海绵钛的粒径为0.83mm；

(2)保温锻造及热轧：扒皮处理，以去除铸锭表面的氧化层，扒皮厚度小于5mm；在600℃保温100分钟，再升温至900℃后保温130分钟，接着升温至1200℃后保温200分钟，经锻造(一个火次锻拔，锻拔的开锻温度为1050℃，终锻温度为820℃)得到中间坯，进行热轧开坯(温度为900℃，保温时间为100分钟)，得到钛板坯；

(3)酸洗：使用45℃去离子水对钛板坯进行预清洗(流动清洗，流量为30m³/h)，浸泡于50℃的酸液进行酸洗，然后漂洗(50℃的去离子水进行喷淋漂洗)、烘干(喷吹80℃的热风，从而把表面残留的液体烘干)；其中，酸液是将65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氢氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照体积比1：2：3混合配制得到；

(4)冷轧：在第一退火炉12中进行软化处理，700℃(加热速度为20℃/h)加热10分钟，空冷，在抛丸机14中通过高速喷射钢丸击碎和去除表面的氧化层，然后进行10道轧制；

(5)退火：在真空度10Pa的第二退火炉5中，加热至600℃，保温5小时，排除空气并用氩气置换，冷却至120℃(冷却速度为3℃/h)，即得。

一种复合钛板的制造系统，包括依次连接的熔炼装置、保温锻造及热轧装置2、酸洗装置3、冷轧装置4和退火装置，熔炼装置为真空自耗电弧炉1，保温锻造及热轧装置2包括依次连接的锻造机6和热轧机7，酸洗装置3包括依次连接的预清洗槽8、酸洗槽9、漂洗槽10和烘干设备11，冷轧装置4包括依次连接的第一退火炉12、空冷器13、抛丸机14和冷轧机15，退火装置为第二退火炉5。

其中，真空自耗电弧炉1内的熔炼电极是利用海绵钛、铝屑和铅粉混合制备。预清洗槽8包括入口和出口，以及在入口与出口之间连续流动的去离子水。酸洗槽9中盛有酸液，是将65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氢氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照体积比1：2：3混合配制得到。漂洗槽10的顶部和底部分别设有喷淋去离子水的喷淋设备。烘干设备11为连续喷吹80℃热风的装置。

实施例2：

如图1所示，一种复合钛板的制造工艺，包括步骤：

(1)熔炼：将海绵钛、铝屑和铅粉混合均匀后压制成电极块，之后将所得电极块焊接得到圆柱形电极，进行5次真空自耗电弧熔炼(熔炼电压50V，熔炼电流30KA，搅拌电流为25A，真空度小于3Pa)，得到圆柱形铸锭；其中，海绵钛、铝屑和铅粉的质量比为1：0.85：0.03，海绵钛的粒径为25.4mm；

(2)保温锻造及热轧：扒皮处理，以去除铸锭表面的氧化层，扒皮厚度小于5mm；在700℃保温120分钟，再升温至1000℃后保温150分钟，接着升温至1400℃后保温250分钟，经锻造(一个火次锻拔，锻拔的开锻温度为1150℃，终锻温度为840℃)得到中间坯，进行热轧开坯(温度为1000℃，保温时间为120分钟)，得到钛板坯；

(3)酸洗：使用65℃去离子水对钛板坯进行预清洗(流动清洗，流量为40m³/h)，浸泡于70℃的酸液进行酸洗，然后漂洗(60℃的去离子水进行喷淋漂洗)、烘干(喷吹110℃的热风，从而把表面残留的液体烘干)；其中，酸液是将65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氢氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照体积比1：2：3混合配制得到；

(4)冷轧：在第一退火炉12中进行软化处理，820℃(加热速度为25℃/h)加热15分钟，空冷，在抛丸机14中通过高速喷射钢丸击碎和去除表面的氧化层，然后进行15道轧制；

(5)退火：在真空度4Pa的第二退火炉5中，加热至650℃，保温6小时，排除空气并用氩气置换，冷却至150℃(冷却速度为4℃/h)，即得。

一种复合钛板的制造系统，包括依次连接的熔炼装置、保温锻造及热轧装置2、酸洗装置3、冷轧装置4和退火装置，熔炼装置为真空自耗电弧炉1，保温锻造及热轧装置2包括依次连接的锻造机6和热轧机7，酸洗装置3包括依次连接的预清洗槽8、酸洗槽9、漂洗槽10和烘干设备11，冷轧装置4包括依次连接的第一退火炉12、空冷器13、抛丸机14和冷轧机15，退火装置为第二退火炉5。

其中，真空自耗电弧炉1内的熔炼电极是利用海绵钛、铝屑和铅粉混合制备。预清洗槽8包括入口和出口，以及在入口与出口之间连续流动的去离子水。酸洗槽9中盛有酸液，是将65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氢氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照体积比1：2：3混合配制得到。漂洗槽10的顶部和底部分别设有喷淋去离子水的喷淋设备。烘干设备11为连续喷吹110℃热风的装置。

实施例3：

如图1所示，一种复合钛板的制造工艺，包括步骤：

(1)熔炼：将海绵钛、铝屑和铅粉混合均匀后压制成电极块，之后将所得电极块焊接得到圆柱形电极，进行2次真空自耗电弧熔炼(熔炼电压50V，熔炼电流20KA，搅拌电流为25A，真空度小于3Pa)，得到圆柱形铸锭；其中，海绵钛、铝屑和铅粉的质量比为1：0.53：0.03，海绵钛的粒径为0.83mm；

(2)保温锻造及热轧：扒皮处理，以去除铸锭表面的氧化层，扒皮厚度小于5mm；在700℃保温100分钟，再升温至1000℃后保温130分钟，接着升温至1400℃后保温200分钟，经锻造(一个火次锻拔，锻拔的开锻温度为1150℃，终锻温度为820℃)得到中间坯，进行热轧开坯(温度为1000℃，保温时间为100分钟)，得到钛板坯；

(3)酸洗：使用65℃去离子水对钛板坯进行预清洗(流动清洗，流量为30m³/h)，浸泡于70℃的酸液进行酸洗，然后漂洗(50℃的去离子水进行喷淋漂洗)、烘干(喷吹110℃的热风，从而把表面残留的液体烘干)；其中，酸液是将65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氢氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照体积比1：2：3混合配制得到；

(4)冷轧：在第一退火炉12中进行软化处理，700℃(加热速度为25℃/h)加热10分钟，空冷，在抛丸机14中通过高速喷射钢丸击碎和去除表面的氧化层，然后进行15道轧制；

(5)退火：在真空度10Pa的第二退火炉5中，加热至650℃，保温5小时，排除空气并用氩气置换，冷却至150℃(冷却速度为3℃/h)，即得。

一种复合钛板的制造系统，包括依次连接的熔炼装置、保温锻造及热轧装置2、酸洗装置3、冷轧装置4和退火装置，熔炼装置为真空自耗电弧炉1，保温锻造及热轧装置2包括依次连接的锻造机6和热轧机7，酸洗装置3包括依次连接的预清洗槽8、酸洗槽9、漂洗槽10和烘干设备11，冷轧装置4包括依次连接的第一退火炉12、空冷器13、抛丸机14和冷轧机15，退火装置为第二退火炉5。

其中，真空自耗电弧炉1内的熔炼电极是利用海绵钛、铝屑和铅粉混合制备。预清洗槽8包括入口和出口，以及在入口与出口之间连续流动的去离子水。酸洗槽9中盛有酸液，是将65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氢氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照体积比1：2：3混合配制得到。漂洗槽10的顶部和底部分别设有喷淋去离子水的喷淋设备。烘干设备11为连续喷吹110℃热风的装置。

实施例4：

如图1所示，一种复合钛板的制造工艺，包括步骤：

(1)熔炼：将海绵钛、铝屑和铅粉混合均匀后压制成电极块，之后将所得电极块焊接得到圆柱形电极，进行5次真空自耗电弧熔炼(熔炼电压30V，熔炼电流30KA，搅拌电流为5A，真空度小于3Pa)，得到圆柱形铸锭；其中，海绵钛、铝屑和铅粉的质量比为1：0.85：0.02，海绵钛的粒径为25.4mm；

(2)保温锻造及热轧：扒皮处理，以去除铸锭表面的氧化层，扒皮厚度小于5mm；在600℃保温120分钟，再升温至900℃后保温150分钟，接着升温至1200℃后保温250分钟，经锻造(一个火次锻拔，锻拔的开锻温度为1050℃，终锻温度为840℃)得到中间坯，进行热轧开坯(温度为900℃，保温时间为120分钟)，得到钛板坯；

(3)酸洗：使用45℃去离子水对钛板坯进行预清洗(流动清洗，流量为40m³/h)，浸泡于50℃的酸液进行酸洗，然后漂洗(60℃的去离子水进行喷淋漂洗)、烘干(喷吹80℃的热风，从而把表面残留的液体烘干)；其中，酸液是将65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氢氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照体积比1：2：3混合配制得到；

(4)冷轧：在第一退火炉12中进行软化处理，820℃(加热速度为20℃/h)加热15分钟，空冷，在抛丸机14中通过高速喷射钢丸击碎和去除表面的氧化层，然后进行10道轧制；

(5)退火：在真空度4Pa的第二退火炉5中，加热至600℃，保温6小时，排除空气并用氩气置换，冷却至120℃(冷却速度为4℃/h)，即得。

一种复合钛板的制造系统，包括依次连接的熔炼装置、保温锻造及热轧装置2、酸洗装置3、冷轧装置4和退火装置，熔炼装置为真空自耗电弧炉1，保温锻造及热轧装置2包括依次连接的锻造机6和热轧机7，酸洗装置3包括依次连接的预清洗槽8、酸洗槽9、漂洗槽10和烘干设备11，冷轧装置4包括依次连接的第一退火炉12、空冷器13、抛丸机14和冷轧机15，退火装置为第二退火炉5。

其中，真空自耗电弧炉1内的熔炼电极是利用海绵钛、铝屑和铅粉混合制备。预清洗槽8包括入口和出口，以及在入口与出口之间连续流动的去离子水。酸洗槽9中盛有酸液，是将65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氢氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照体积比1：2：3混合配制得到。漂洗槽10的顶部和底部分别设有喷淋去离子水的喷淋设备。烘干设备11为连续喷吹80℃热风的装置。

实施例5：

如图1所示，一种复合钛板的制造工艺，包括步骤：

(1)熔炼：将海绵钛、铝屑和铅粉混合均匀后压制成电极块，之后将所得电极块焊接得到圆柱形电极，进行4次真空自耗电弧熔炼(熔炼电压40V，熔炼电流25KA，搅拌电流为15A，真空度小于3Pa)，得到圆柱形铸锭；其中，海绵钛、铝屑和铅粉的质量比为1：0.65：0.02，海绵钛的粒径为12.3mm；

(2)保温锻造及热轧：扒皮处理，以去除铸锭表面的氧化层，扒皮厚度小于5mm；在650℃保温110分钟，再升温至950℃后保温140分钟，接着升温至1300℃后保温220分钟，经锻造(一个火次锻拔，锻拔的开锻温度为1100℃，终锻温度为830℃)得到中间坯，进行热轧开坯(温度为950℃，保温时间为110分钟)，得到钛板坯；

(3)酸洗：使用50℃去离子水对钛板坯进行预清洗(流动清洗，流量为35m³/h)，浸泡于60℃的酸液进行酸洗，然后漂洗(55℃的去离子水进行喷淋漂洗)、烘干(喷吹95℃的热风，从而把表面残留的液体烘干)；其中，酸液是将65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氢氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照体积比1：2：3混合配制得到；

(4)冷轧：在第一退火炉12中进行软化处理，750℃(加热速度为22℃/h)加热12分钟，空冷，在抛丸机14中通过高速喷射钢丸击碎和去除表面的氧化层，然后进行12道轧制；

(5)退火：在真空度8Pa的第二退火炉5中，加热至620℃，保温5小时，排除空气并用氩气置换，冷却至140℃(冷却速度为3℃/h)，即得。

一种复合钛板的制造系统，包括依次连接的熔炼装置、保温锻造及热轧装置2、酸洗装置3、冷轧装置4和退火装置，熔炼装置为真空自耗电弧炉1，保温锻造及热轧装置2包括依次连接的锻造机6和热轧机7，酸洗装置3包括依次连接的预清洗槽8、酸洗槽9、漂洗槽10和烘干设备11，冷轧装置4包括依次连接的第一退火炉12、空冷器13、抛丸机14和冷轧机15，退火装置为第二退火炉5。

其中，真空自耗电弧炉1内的熔炼电极是利用海绵钛、铝屑和铅粉混合制备。预清洗槽8包括入口和出口，以及在入口与出口之间连续流动的去离子水。酸洗槽9中盛有酸液，是将65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氢氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照体积比1：2：3混合配制得到。漂洗槽10的顶部和底部分别设有喷淋去离子水的喷淋设备。烘干设备11为连续喷吹95℃热风的装置。

试验例

对实施例1～5所得复合钛板的抗拉强度进行了测试，均在520MPa以上，远高于GB/T 26723-2011冷轧钛带卷中不小于240MPa的要求。

表面粗糙度的测量：测量各试验的算术平均粗糙度(Ra)和最大高度(Rz)。测量中使用表面粗糙度形状测量仪(东京精密社制サ一フコム1400D)，依据JIS B 0601：2001的方法进行测量。

清洗性：将各试验体切割成20×25mm²，进行丙酮清洗，进行质量测定后，在各试验体的单面涂布动粘度34mm²/s(温度40℃)的挤压油25μL。然后，以搅拌器搅拌加温至70℃的纯水2L，其中浸渍各试验体3分钟并取出。其后，使各试验体干燥，测定质量，根据与挤压油涂布前的质量的差，评价残留的油分量，残留油分在0.5mg/cm²以下时为清洗性良好，超过0.5mg/cm²时为清洗性差。测试结果见表1。

表1.表面状态性能

从表1可得，本发明的复合钛板表面光滑性好，清洗性良好。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。