一种工业纯钛带材的在线软化退火处理系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及工业纯钛带材软化退火处理系统，更具体地说，是一种工业纯钛 带材的高能电脉冲在线软化退火处理系统。
【背景技术】
[0002] 随着世界性的能源危机和环境污染问题日趋严重，为了降低能耗和减少机动机械 尾气排放造成的环境污染，在航空、航天和汽车等领域，结构轻量化所带来的效益十分显 著，包括可以提高飞行器和机动车辆的机动性，减少油耗，降低了对运送工具的要求和运送 的费用。汽车、商（军）用飞行器是量大而广的交通工具，材料结构微小的改进，就会产生 显著的经济效益。传统的结构材料（钢铁、铝等）在国民经济中面临节能、降耗、减排和环 保的严峻形势。在这种情况下，应用和开发轻质结构材料工业纯钛，已成为近几年国内外研 宄和发展的热点和重点。
[0003] 工业纯钛是一种重要的轻质结构材料，尤其是工业纯钛具有密度低、强度高、耐腐 蚀性强、可焊、中温性能好和无磁等优点，使之在航空、航天、船舰、兵器、核能、交通运输产 业、军事和电子、信息产业等领域有着广泛的应用。因此金属工业纯钛被誉为"21世纪最重 要的绿色工程材料"。
[0004] 近年来，TA2工业纯钛作为最重要的工业纯钛之一得到飞速的发展和广泛的应用， 但TA2工业纯钛成形后回弹很大，尺寸控制十分困难，对成形尺寸的精度有很大影响。此 外，工业纯钛板材冷成形时硬化比较严重要，摩擦系数大，与其它金属的亲和力强，成形中 容易粘模、划伤，冲压性能较差、板形控制困难等，因此在很大程度上限制了变形工业纯钛 的进一步应用。如果对TA2工业纯钛进行适当的变形和后续热处理（如不完全或完全退 火），可大幅度提高其综合力学性能，很好地解决翘曲等不良板形问题，因而这种综合力学 性能优良的TA2工业纯钛应具有更广泛的市场应用前景和更广阔的发展空间。
[0005] -般的阿尔法单相TA2工业纯钛经过冷加工后（如冷轧、冷拉拔等）组织由原始 的沿变形方向拉长或缩短的粗大变形组织组成，在晶内及晶界含有不均匀分布的形变畸变 能。晶粒尺寸及畸变程度与具体的材料成分、热处理（加工）工艺、冷却工艺和冷却介质等 因素有关。有研宄报道，TA2工业纯钛热变形后可使材料转变为以形变拉长的阿尔法相为 基体，同时残留少量的贝塔相均匀弥散分布于晶界和晶内，从而提高其强度和韧性。尽管如 此，TA2工业纯钛经过上述处理后，仍然有大量粗大的等轴状a相，同时组织内部含有高密 度的畸变能。拥有这种组织的TA2工业纯钛在后续变形或者在承受外部载荷的过程中，在 粗大的变形拉长的a-Ti和含有高畸变能的晶界处容易产生应力集中，形成裂纹源而产生 裂纹，使材料过早的失效和不利于后续成型，因此内部组织非畸变晶粒的数量、分布和形貌 特征严重影响了TA2工业纯钛的力学性能。
[0006] 很明显，如果要在此基础上进一步提高TA2工业纯钛的韧性和其后续成型能力， 只有改善其中非畸变等轴晶粒的分布和形貌使之朝有利于其韧性提高的方向发展，以期提 高材料的综合力学性能。而传统的完全退火热处理工艺可在一定程度上提高TA2工业纯钛 的塑性，但由于工业纯钛中溶质原子在固相中扩散速度很慢，一般工业纯钛的完全退火处 理工艺存在加热温度高（650°C以上）、保温时间长（视炉内批量的大小而定，一般数小时） 和能耗大等问题，由于加热温度高、保温时间长，工业纯钛的表面很容易氧化，特别是工业 纯钛板、带材一旦出现局部表面氧化现象，后续处理很难去除氧化层，严重影响后续成型工 序和最终产品的质量；同时在长时间高温情况下，TA2工业纯钛容易发生晶粒异常长大，直 接导致材料内部晶粒尺寸严重不均匀，严重损害了材料的最终力学性能。再者，还必须严格 控制工业纯钛的加热方式和加热速度等工艺，以防一旦加热方式和升温速度选择不当，将 会产生材料内部温度不均、局部过烧，最终导致固溶处理后材料内部组织不均匀和力学性 能不稳定的后果，所以影响传统热处理工艺的因素复杂，生产成本高。因此如何克服工业纯 钛传统不完全及完全退火热处理工艺的不足，研宄一种具有良好综合力学性能的TA2工业 纯钛的新型软化退火处理工艺及系统就显得尤为重要。 【实用新型内容】
[0007] 本实用新型的目的是提供一种工业纯钛带材的在线软化退火处理系统，以解决用 传统不完全及完全退火处理工艺处理工业纯钛带材存在的上述技术问题。
[0008] 本实用新型的具体技术方案如下：
[0009] 一种工业纯钛带材的在线软化退火处理系统，其包括：
[0010] 轧机，该轧机包括：乳棍，轧辊输入侧的开卷装置，轧辊输出侧的收卷装置，以及对 应设置在开卷装置与轧辊之间和轧辊与收卷装置之间的第一支撑辊和第二支撑辊，所述轧 辊和第一支撑辊之间设置两个电接触装置；
[0011] 工业纯钛带材，被轧机的开卷装置、收卷装置及支撑辊张紧能够朝收卷装置运动， 该工业纯钛带材与所述轧辊紧密弹性接触，并与所述两个电接触装置电接触；以及
[0012] 高能脉冲电源，其正负输出端对应连接所述两个电接触装置，用于向所述两个 电接触装置之间的工业纯钛带材提供频率为60-760HZ、电压为10-600V、脉冲宽度为 10-6000ys、电流密度的幅值为200A/mm2-6000A/mm2的高能脉冲电流。
[0013] 为了使工业纯钛带材处理后得到部分等轴化组织，优选地，所述高能脉冲电源的 输出参数包括：频率60-460HZ、电压10-600V、脉冲宽度10-6000ys。更优选地，所述高能 脉冲电源的输出参数包括：频率360Hz、电压20V、脉冲宽度80ys。
[0014] 为了使工业纯钛带材处理后得到完全等轴化组织，优选地，所述高能脉冲电源的 输出参数包括：频率420-760HZ，电压10-600V，脉冲宽度10-6000ys。更优选地，所述高能 脉冲电源的输出参数包括：频率670Hz，电压20V，脉冲宽度80ys。
[0015] 在上述的工业纯钛带材的在线软化退火处理系统中，优选地，所述两个电接触装 置之间的距离为10-1800mm。所述两个电接触装置优选所述第一支撑辊和轧辊，在此方案 下，所述第一支撑辊优选由两个导电轮组成，导电轮的轮面呈槽状，导电轮与其上的工业纯 钛带材形成一定的包角。
[0016] 在上述的工业纯钛带材的在线软化退火处理系统中，优选地，该在线软化退火处 理系统还包括：
[0017] 电流采样装置及电流分析系统，该电流采样装置连接于所述高能脉冲电源的输出 回路，该电流分析系统与该电流采样装置连接；和/或
[0018] 计时装置，该计时装置连接于所述高能脉冲电源的输出回路；和/或
[0019] 温度测量装置及存储分析装置，用于测量及分析两个电接触装置之间的工业纯钛 带材的温度。
[0020] 在上述的工业纯钛带材的在线软化退火处理系统中，优选地，该在线软化退火处 理系统没有额外的冷却装置。
[0021] 与现有技术相比，本工业纯钛带材的在线软化退火处理系统具有以下优点：
[0022] 1、能够有效地改善工业纯钛带材的显微组织，从而大幅度提高材料的综合力学性 能。具体而言，在用上述在线软化退火处理系统处理过程中，瞬间高能脉冲电流直接输入到 钛材中产生重要的焦耳热效应和非热效应，而在热效应和非热效应的耦合作用下，使原子 的振动能量急剧增加，同时这种瞬间高能量的脉冲电流的输入极大地促进了材料内部原子 的扩散。另外，TA2工业纯钛带材经过适当下压量的冷轧变形后材料内部出现了大量粗大 的形变拉长、破碎的组织，晶界在变形中扭曲弯折，变得模糊不清，同时组织内部存在大量 的畸变能，因此在钛材内部会出现微区电阻率不均，一旦瞬间高能电脉冲输入会导致微区 温度梯度，如因在变形不均匀的晶界处，晶界上的电阻率大而导致该处温度高，从而增大了 钛基体局部区域的固溶度和溶质原子扩散能力、加速了再结晶形核、长大的过程，从而实现 部分及完全再结晶的过程以及改善晶粒的形貌和分布。通过显微组织分析，我们发现经过 适当电脉冲参数处理后的TA2工业纯钛带材内部的显微组织由原始的粗大不均匀的沿轧 向变形拉长的形变组织变成由均匀分布的无畸变细小的a-Ti等轴新晶粒同时伴随着部 分残留的粗大形变组织形成的部分再结晶等轴组织，实现了部分再结晶等轴化处理，而晶 粒尺寸减小，同时晶界清晰整齐。如果进一步增大电脉冲参数，我们发现大量a-Ti相向 0 _Ti转变，形成了以细小无畸变的等轴晶粒为主的完全再结晶等轴组织，实现了完全再结 晶等轴化处理的效果，此时晶粒尺寸显著减小，同时内部组织基本无显微畸变。因此，通过 上述高能电脉冲在线软化退火处理系统有效地改善了TA2工业纯钛的显微组织，从而大幅 度提高了材料的综合力学性能；
[0023] 2、采用上述在线软化退火处理系统能够使工业纯钛带材室温延伸率明显大幅提 高，达传统热处理工艺的TA2工业纯钛带材延伸率的1. 65倍以上，而强度下降幅度较小；
[0024] 3、带材表面不会发生氧化现象。采用上述系统进行高能电脉冲在线软化处理过 程中，TA2工业纯钛带材上任何一点完全处理的时间在16秒钟以内，而且处理最高温度为 250°C_480°C，远远低于传统热处理工艺温度650°C，所以在低温和短时间内TA2工业纯钛 带材不会发生氧化现象；
[0025] 4、生产效率高，能够实现在线连续生产，可以广泛适用于可热处理软化的工业纯 钛带材的不完全和完全软化退火处理提高材料的综合力学性能。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明工业