一种纯钛卷的连续退火方法
【专利摘要】本发明公开了一种纯钛卷的连续退火方法，该方法包括以下步骤：（1）将待退火的钛卷以钛带的形式从头到尾以2-5m/min的速度连续通过退火炉的预热段、加热段和均热段，其中，钛带通过预热段的温度为250-350℃，钛带通过加热段的温度为700-750℃，钛带通过均热段的温度为700-750℃，钛带通过退火炉的总时间为4-10min；（2）将经过退火炉退火后的钛带通过水雾冷却的方式进行冷却。本发明的连续退火方法能够明显缩短生产周期、提高生产效率，且能够保证钛卷退火质量、改善钛卷退火组织晶粒均匀性和保证钛卷连续退火-喷丸-酸洗工艺能够连续生产。
【专利说明】一种纯钛卷的连续退火方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于有色金属热处理领域，具体地，涉及一种纯钛卷的连续退火方法。
【背景技术】
[0002] 目前，纯钛卷的退火方法主要有真空退火和连续退火两种，其中真空退火通常用 于半成品卷和成品卷的退火，钛卷的连续退火主要用于热轧卷轧制前的再结晶退火。钛卷 的真空退火是将整个钛卷放入退火炉中，在真空状态下加热过程中热量是从钛卷外圈往内 圈传输，而冷却过程中热量又从内圈往外圈传输，由于钛的导热性能较差，内圈和外圈退火 温度始终存在不均匀的差别，这对钛带的组织性能影响较大，同时退火周期也长，生产效率 低，能耗巨大。如果酸洗轧制前采取真空退火方法，将大大增加成本，且退火均匀性差对后 续冷轧工序有不利影响。由于连续退火方法具有生产效率高，能耗低等优点，因此酸洗生产 前采用连续退火方法显得尤为重要，连续退火方法通过将打开的钛带以一定的速度连续通 过退火炉，使钛带上下表面受热，使退火后组织的均匀性比较稳定。
[0003] 近两年来，随着冷轧钛卷产品开发速度加快，采用连续退火方法进行热轧纯 钛卷的再结晶退火已成为钛带卷酸洗、冷轧工序前采取的主要退火方式。专利申请 CN101748267A虽然一定程度上解决了退火时间长，生产效率低等问题，但其缺少具体的工 艺手段来提高钛卷质量，改善退火组织均匀性。该专利申请中提到的钛卷的退火方法，钛带 加热的温度区间较大，且退火总时间范围也较大，这样不利于钛带退火质量的稳定控制；若 退火时间太短，再结晶可能不完全；若退火时间太长又会粗化晶粒。退火过程中相关的退火 工艺参数对钛卷的整体质量影响较大，尤其是退火组织晶粒大小和均匀一致性，是影响塑 性加工即轧制工序甚至最终产品质量的重要因素。可见发明一种优化的连续退火方法，以 提高钛卷退火质量的稳定性对于冷轧钛材的综合质量提升有重大意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有技术中的上述缺陷，提供一种能够明显缩短生产周期、 提高生产效率，且能够保证钛卷退火质量、改善钛卷退火组织晶粒均匀性和保证钛卷连续 退火-喷丸-酸洗工艺能够连续进行的纯钛卷的连续退火方法。
[0005] 本发明的发明人在研究中发现，在进行钛卷退火工艺时，在退火温度下若退火时 间太短，再结晶可能不完全；若退火时间太长又会粗化晶粒，不利于后续加工。为此，本发明 中通过采用较高效的生产工艺，即适当提高退火温度，缩短退火时间，提高了生产效率并避 免了晶粒粗化；同时，控制合适的退火时间又避免了再结晶不完全。
[0006] 因此，为了实现上述目的，本发明提供了一种纯钛卷的连续退火方法，该方法包括 以下步骤：
[0007] (1)将待退火的钛卷以钛带的形式从头到尾以2_5m/min的速度连续通过退火炉 的预热段、加热段和均热段，其中，钛带通过预热段的温度为250_350°C，钛带通过加热段 的温度为700-750°C，钛带通过均热段的温度为700-750°C，钛带通过退火炉的总时间为 4-10min ；
[0008] (2)将经过退火炉退火后的钛带通过水雾冷却的方式进行冷却。
[0009] 采用本发明的连续退火方法，通过优化钛带的加热参数和加热方式，不仅明显缩 短了生产周期、进一步提高了生产效率，而且还保证了钛卷退火质量、改善了钛卷退火组织 晶粒均匀性(平均晶粒度均在40 μ m以下，晶粒度等级为6. 5-7. 0)，同时实现了多卷连续退 火，并保证了钛卷连续退火-喷丸-酸洗工艺连续生产，对保障后续工序的生产顺利运行有 极大的推动作用。
[0010] 另外，本发明的发明人还意外发现，在进行钛卷退火工艺时，将退火炉炉壁上烧嘴 的布置方式优化为上下两排交叉式布置，使钛带从上下两排烧嘴的火焰之间通过，既可避 免火焰直接烧损钛带，又有利于钛带受热均匀，保证钛卷退火后的内部组织均匀。同时，通 过适当提高钛卷的退火温度以便缩短退火时间，并及时快速冷却，可使钛带快速实现再结 晶并细化晶粒，有效保证退火质量。
[0011] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1是实施例1中退火后的钛带在宽度方向上取样位置示意图。
[0013] 图2是图1中1处的金相显微组织图，其中1处为钛带的带宽1/4处。
[0014] 图3是图1中2处的金相显微组织图，其中2处为钛带的带宽1/2处。
[0015] 图4是图1中3处的金相显微组织图，其中3处为钛带的带宽1/4处。
【具体实施方式】
[0016] 结合图1-图4对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描 述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0017] 本发明提供了一种纯钛卷的连续退火方法，该方法包括以下步骤：
[0018] (1)将待退火的钛卷以钛带的形式从头到尾以2-5m/min的速度连续通过退火炉 的预热段、加热段和均热段，其中，钛带通过预热段的温度为250-350°C，钛带通过加热段 的温度为700-750°C，钛带通过均热段的温度为700-750°C，钛带通过退火炉的总时间为 4-10min ；
[0019] (2)将经过退火炉退火后的钛带通过水雾冷却的方式进行冷却。
[0020] 本发明方法步骤（1)中，通过优化钛带的加热参数，适当提高退火温度和控制退火 时间，既可提高生产效率并避免晶粒粗化，又可以避免再结晶不完全。其中，在钛带连续通 过退火炉的预热段、加热段和均热段过程中，钛带通过预热段的温度为250-350°C，钛带通 过加热段的温度为700-750°C，钛带通过均热段的温度为700-750°C，可以分别通过控制退 火炉预热段的温度为500±20°C，退火炉加热段的温度为780±20°C，退火炉均热段的温度 为780±20°C得以实现。退火炉中各段炉温则是根据钛带温度调整燃气流量、助燃风流量和 烧嘴的开口度等进行控制的，能够明显提高钛带的升温速率，缩短退火时间。优选情况下， 在待退火的钛卷以钛带的形式连续通过退火炉进行退火的过程中，将后一个钛卷的头部与 前一个钛卷的尾部焊接，如此使多个钛卷连续进行退火。
[0021] 本发明方法步骤（1)中，钛带在均热段的温度高低和加热时间长短对退火后钛带 的晶粒度大小和加工性能有重要影响。钛带内部的变形组织在加热段发生回复后，在均热 段加热过程中主要发生再结晶现象，过高的温度和过长的时间都会导致晶粒粗化，过低的 温度和过短的时间又会使再结晶不完全，这两种情况均会恶化钛带的塑性加工性能。因此， 优选情况下，钛带在均热段的温度为700-750°C，钛带通过退火炉的总时间为4-10min。
[0022] 本发明方法步骤（2)中，为了使出炉后的钛带能够及时快速冷却至常温，从而使钛 带能够快速实现再结晶并细化晶粒，使钛带保持更好的组织性能和力学性能，进而保证最 终产品的质量。优选情况下，将经过退火炉退火后的钛带引入水雾冷却段对钛带上下表面 均匀喷射水雾冷却至常温。相比空气喷射冷却方式或其他冷却方式而言，进行水雾冷却(例 如在水雾冷却段进行冷却）能够将出炉的钛带更加快速冷却至常温，例如进行水雾冷却的 平均速度可以为180_220°C /min。
[0023] 本发明连续退火方法还可以包括：将冷却后(冷却至常温）的钛带表面吹干，再进 行抛丸和酸洗工序，然后重新卷成钛卷。为了实现钛卷的连续退火-喷丸-酸洗工艺的连 续生产，将钛带表面吹干的方式优选为采用常温压缩空气吹干，因为采用常温压缩空气吹 干既可以将经过水雾冷却方式冷却后的钛带表面上形成的水滴吹干，又可以保证钛带的温 度为常温，以便更顺利运行后续喷丸、酸洗工艺，进一步提高生产效率。
[0024] 本发明中，优选情况下，厚度为2. 5-4. 5mm、宽度为1-1. 3m的钛带在200-800kg的 张力（即约2X 103至8X 103牛顿）作用下连续通过退火炉的预热段、加热段和均热段。
[0025] 本发明中，退火炉炉壁上的烧嘴采用上下两排交叉式布置，钛带从上下两排烧嘴 的火焰之间通过。退火炉炉壁上的烧嘴采用上下交叉式布置，可以根据现场情况调整张力 以改变钛带在炉内的悬垂度，使钛带从上下两排烧嘴火焰之间通过，避免火焰直接烧损钛 带，且有利于钛带受热均匀，保证钛卷退火后的内部组织均匀。
[0026] 采用本发明的连续退火方法，可以提高钛带的升温速率，缩短退火时间，既能够有 效避免晶粒长大又能够保证再结晶完全；且钛带通过上下交叉的火焰进行加热，使钛带受 热均匀，保证退火后的内部组织均匀；同时适用于纯钛卷退火-酸洗机组连续生产线，实现 了多个钛卷的连续退火-喷丸-酸洗工艺的连续生产，生产效率得到进一步提高。
[0027] 实施例
[0028] 以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
[0029] 以下实施例中，钛带为厚度为3mm、宽度为1. 2m的钛带。
[0030] 平均晶粒度和晶粒度等级均通过GB/T6394-2002标准的方法测得和评定。
[0031] 进行显微组织观察所用电子显微镜购自日本电子公司，型号为JSM-5600LV。
[0032] 实施例1
[0033] 本实施例用于说明本发明纯钛卷的连续退火方法。
[0034] 将待退火的纯钛卷在开卷机上开卷，把开卷机上开出的后一个钛卷的头部与前一 个钛卷的尾部进行焊接，此后每个钛卷如此反复；通过张力辊给钛带施加500kg的张力，使 钛带以3m/min的速度连续通过退火炉的预热段、加热段和均热段，其中，退火炉炉壁上的 烧嘴采用上下两排交叉式布置，钛带从上下两排烧嘴的火焰之间通过；并通过调整燃气流 量、助燃风流量和烧嘴的开口度，使钛带在预热段被预热至320°C，使钛带以720°C的恒温 通过加热段，并使钛带以720°C的恒温通过均热段，钛带通过整个退火炉的总时间为7min ; 将经过退火炉退火后的钛带引入水雾冷却段对钛带上下表面均匀喷射水雾冷却至常温，并 用常温压缩空气将钛带表面吹干；吹干后的钛带继续进行后续的喷丸和酸洗工序，最后在 出口卷取机上重新卷成钛卷。
[0035] 对本实施例中退火后的钛带在宽度方向上取样进行显微组织观察，取样位置示意 图如图1所示，图2-4分别为1、2、3处三个样的金相显微组织图，由图2-4可以看出，在宽 度方向上钛带组织晶粒度比较一致；且经测定，三处退火后钛带试样的平均晶粒度分别为 36. 29 μ m、33. 78 μ m 和 37. 32 μ m，晶粒度等级分别为 6. 5、7. 0 和 6. 5 级。
[0036] 实施例2
[0037] 本实施例用于说明本发明纯钛卷的连续退火方法。
[0038] 将待退火的纯钛卷在开卷机上开卷，把开卷机上开出的后一个钛卷的头部与前一 个钛卷的尾部进行焊接，此后每个钛卷如此反复；通过张力辊给钛带施加800kg的张力， 使钛带以2m/min的速度连续通过退火炉的预热段、加热段和均热段，其中，退火炉炉壁上 的烧嘴采用上下两排交叉式布置，钛带从上下两排烧嘴的火焰之间通过；并通过调整燃 气流量、助燃风流量和烧嘴的开口度，使钛带在预热段被预热至250°C，使钛带以700°C的 恒温通过加热段，并使钛带以700°C的恒温通过均热段，钛带通过整个退火炉的总时间为 lOmin ;将经过退火炉退火后的钛带引入水雾冷却段对钛带上下表面均匀喷射水雾冷却至 常温，并用常温压缩空气将钛带表面吹干；吹干后的钛带继续进行后续的喷丸和酸洗工序， 最后在出口卷取机上重新卷成钛卷。
[0039] 对本实施例中退火后的钛带在宽度方向上进行图1所示取样并进行显微组织观 察可知，在宽度方向上钛带组织晶粒度比较一致；且经测定，三处退火后钛带试样的平均晶 粒度分别为37. 86 μ m、36. 68 μ m和37. 94 μ m，晶粒度等级均为6. 5级。
[0040] 实施例3
[0041] 本实施例用于说明本发明纯钛卷的连续退火方法。
[0042] 将待退火的纯钛卷在开卷机上开卷，把开卷机上开出的后一个钛卷的头部与前一 个钛卷的尾部进行焊接，此后每个钛卷如此反复；通过张力辊给钛带施加200kg的张力，使 钛带以5m/min的速度连续通过退火炉的预热段、加热段和均热段，其中，退火炉炉壁上的 烧嘴采用上下两排交叉式布置，钛带从上下两排烧嘴的火焰之间通过；并通过调整燃气流 量、助燃风流量和烧嘴的开口度，使钛带在预热段被预热至350°C，使钛带以750°C的恒温 通过加热段，并使钛带以750°C的恒温通过均热段，钛带通过整个退火炉的总时间为4min ; 将经过退火炉退火后的钛带引入水雾冷却段对钛带上下表面均匀喷射水雾冷却至常温，并 用常温压缩空气将钛带表面吹干；吹干后的钛带继续进行后续的喷丸和酸洗工序，最后在 出口卷取机上重新卷成钛卷。
[0043] 对本实施例中退火后的钛带在宽度方向上进行图1所示取样并进行显微组织观 察可知，在宽度方向上钛带组织晶粒度比较一致；且经测定，三处退火后钛带试样的平均晶 粒度分别为36. 18 μ m、32. 68 μ m和35. 97 μ m，晶粒度等级分别为6. 5、7. 0和6. 5级。
[0044] 对比例1
[0045] 按照实施例1的连续退火方法，不同的是，钛带以8m/min的速度通过整个退火炉 的总时间为2. 5min。
[0046] 对本对比例中退火后的钛带在宽度方向上进行图1所示取样并进行显微组织观 察，在宽度方向上钛带组织仍呈现热轧后的带状组织，只有部分组织发生再结晶，退火不成 功，无法测定平均晶粒度大小也无法评定晶粒度等级。
[0047] 对比例2
[0048] 按照实施例1的连续退火方法，不同的是，钛带以lm/min的速度通过整个退火炉 的总时间为20min。
[0049] 对本对比例中退火后的钛带在宽度方向上进行图1所示取样并进行显微组织观 察，在宽度方向上钛带晶粒发生粗化；且经测定，三处退火后钛带试样的平均晶粒度分别为 58. 3 μ m、56. 67 μ m和57. 93 μ m，晶粒度等级均为5. 5级。
[0050] 对比例3
[0051] 按照实施例1的连续退火方法，不同的是，使钛带以650°C的恒温通过均热段。
[0052] 对本对比例中退火后的钛带在宽度方向上进行图1所示取样并进行显微组织观 察，在宽度方向上钛带组织晶粒度并不一致；且经测定，三处退火后钛带试样的平均晶粒度 分别为36. 84 μ m、26. 55 μ m和38. 12 μ m，晶粒度等级分别为6. 5、7. 5和6. 5级。
[0053] 对比例4
[0054] 按照实施例1的连续退火方法，不同的是，使钛带以780°C的恒温通过均热段。
[0055] 对本对比例中退火后的钛带在宽度方向上进行图1所示取样并进行显微组织观 察，在宽度方向上钛带组织晶粒度并不一致，且较粗大；且经测定，三处退火后钛带试样的 平均晶粒度分别为49. 45 μ m、45. 23 μ m和50. 8 μ m，晶粒度等级分别为5. 5、6. 0和5. 5级。
[0056] 对比例5
[0057] 按照实施例1的连续退火方法，不同的是，钛带加热时使喷嘴火焰直接对准钛带 边部加热。
[0058] 对本对比例中退火后的钛带在宽度方向上进行图1所示取样并进行显微组织观 察，在宽度方向上钛带边部和中部的组织晶粒度差别很大，组织不均匀；且经测定，三处退 火后钛带试样的平均晶粒度分别为57. 86 μ m、31. 29 μ m和56. 82 μ m，晶粒度等级分别为 5. 5、7. 0 和 5. 5 级。
[0059] 由实施例1-3与对比例1-5比较可知，采用本发明的连续退火方法，不仅明显缩 短了生产周期、进一步提高了生产效率，而且还保证了钛卷退火质量、改善了钛卷退火组织 晶粒均匀性(平均晶粒度均在40 μ m以下，晶粒度等级为6. 5-7. 0)，同时实现了多卷连续退 火，并保证了钛卷连续退火-喷丸-酸洗工艺连续生产。
[0060] 由实施例1分别与对比例1和对比例2比较可知，钛带通过整个退火炉的总时间 为4-10min时，可避免再结晶不完全和晶粒粗化，保证钛卷退火质量、改善钛卷退火组织晶 粒均匀性。
[0061] 由实施例1分别与对比例3和对比例4比较可知，使钛带以700-750°C的恒温通过 均热段时，可保证钛卷退火质量、改善钛卷退火组织晶粒均匀性。
[0062] 由实施例1和对比例5比较可知，采用将钛带从退火炉炉壁上的上下两排烧嘴的 火焰之间通过的加热方式，可保证钛卷退火质量、改善钛卷退火组织晶粒均匀性。
[0063] 以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中 的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这 些简单变型均属于本发明的保护范围。
[0064] 另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛 盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可 能的组合方式不再另行说明。
[0065] 此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本 发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
【权利要求】
1. 一种纯钛卷的连续退火方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： (1) 将待退火的钛卷以钛带的形式从头到尾以2-5m/min的速度连续通过退火炉的预 热段、加热段和均热段，其中，钛带通过预热段的温度为250-350°C，钛带通过加热段的温度 为700-750°C，钛带通过均热段的温度为700-750°C，钛带通过退火炉的总时间为4-10min ; (2) 将经过退火炉退火后的钛带通过水雾冷却的方式进行冷却。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括：将冷却后的钛带表面吹干，再进 行抛丸和酸洗工序，然后重新卷成钛卷。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述吹干方式为采用常温压缩空气吹干。
4. 根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其中，厚度为2. 5-4. 5mm、宽度为1-1. 3m的 钛带在200-800kg的张力作用下连续通过退火炉的预热段、加热段和均热段。
5. 根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其中，所述退火炉炉壁上的烧嘴采用上下 两排交叉式布置，钛带从上下两排烧嘴的火焰之间通过。
6. 根据权利要求1-3任意一项所述的方法，其中，在待退火的钛卷以钛带的形式连续 通过退火炉进行退火的过程中，将后一个钛卷的头部与前一个钛卷的尾部焊接，如此使多 个钛卷连续进行退火。
【文档编号】C22F1/18GK104060205SQ201310629929
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】彭琳, 李军, 肖聪, 郭华, 许震 申请人:攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司