專利名稱：鈦板卷退火工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(yè)純鈦板巻。
背景技術(shù)：
純鈦具有與鋼不同的一些特點，例如晶體具有同素異構(gòu)體結(jié)構(gòu)，882°C 以下為密排六方結(jié)構(gòu)，滑移系少，各向異性明顯，化學(xué)性質(zhì)活潑，冷加工形 變強化效應(yīng)顯著。巻狀或板狀鈦材(以下稱為鈦板巻)在冷軋后需要退火處 理。冷變形的工業(yè)純鈥才艮據(jù)雜質(zhì)成分和冷變形率的不同具有介于450-550°C 的再結(jié)晶溫度，而退火溫度應(yīng)高于再結(jié)晶溫度。鈦的化學(xué)性質(zhì)活潑，高溫下 易與空氣中的O、 H、 N等元素反應(yīng)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(yè)純鈦的吸附性也較強，冷 軋后的表面殘余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(zhì)量。
現(xiàn)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(hù)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，然后加熱至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 并保溫。在相對真空狀態(tài)下，爐內(nèi)仍存在有害氣氛，氮氣也對退火后的4太板 巻表面質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。真空退火工藝對設(shè)備的要求高，安全性較低，不 適于大巻重鈦板巻的退火。無惰性氣體保護(hù)退火在開放環(huán)境中進(jìn)行，退火后 的鈦板巻表面有氧化層，質(zhì)量差，退火后需要清理氧化層，既增加材料消耗 和工作量，又降低生產(chǎn)效率。因此，人們期望對上述現(xiàn)有的鈦板巻退火工藝 加以改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的目的是提供一種鈥板巻退火工藝，借此改善退火后的鈦 板巻表面質(zhì)量，取消退火后的氧化層清理作業(yè)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗和 材料損耗，提高生產(chǎn)效率。為實現(xiàn)該目的，本發(fā)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(nèi)氣體，至爐內(nèi)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于其再結(jié)晶溫度并保溫2-25小時；
C、 在保持爐內(nèi)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(jù)本發(fā)明，上述加熱過程可分兩步進(jìn)行，先以50-200。C/小時的速度 將鈦板巻加熱至350-450。C并保溫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于其再結(jié)晶溫度并保溫2-25小時。
眾所周知，工業(yè)鈦板巻視其成分的不同具有不同的再結(jié)晶溫度，大致介 于450-550。C。本發(fā)明為此規(guī)定，在步驟B中將鈦板巻加熱至高于550°C。 原則上不用限定加熱溫度的上限，但從經(jīng)濟(jì)性和加熱溫度過高會導(dǎo)致晶粒過 度粗大考慮，優(yōu)選750。C為加熱溫度上限。優(yōu)選580-750。C的加熱溫度范圍。
在上述的鈦板巻退火工藝中，優(yōu)選在步驟B之前先用氮氣吹掃爐內(nèi) 15-45分鐘以置換爐內(nèi)氣氛，然后用惰性氣體置換爐內(nèi)氣氛，和/或優(yōu)選在步 驟C的冷卻過程中用氮氣吹掃爐內(nèi)15-45分鐘，在這里，冷卻過程中的氮氣 吹掃最好在鈦板巻快達(dá)到出爐溫度時進(jìn)行，這樣做是為了置換爐內(nèi)氣氛。在 加熱過程中先吹掃氮氣主要是為了節(jié)省惰性氣體的消耗量。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選采用罩式退火爐執(zhí)行上述退火工藝，其包括內(nèi)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(nèi)罩，在步 驟B的加熱過程中，在用加熱罩將鈦板巻加熱至高于再結(jié)晶溫度并保溫之 前，先用加熱罩將鈦板巻加熱到350-450。C并保溫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(nèi)罩。
為保持爐內(nèi)惰性氣體壓力處于規(guī)定水平，優(yōu)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(nèi)通入惰性氣體如氬氣。這樣，盡管 在加熱和保溫過程中可能出現(xiàn)爐內(nèi)氣體泄漏，但上述保壓措施可保證爐內(nèi)壓 力符合規(guī)定水平，由此獲得良好的退火板巻質(zhì)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(nèi)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(nèi)罩，由此保證爐內(nèi)壓力符合規(guī)定水平， 進(jìn)而獲得良好的退火板巻質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明的鈦板巻退火工藝，在上述冷卻過程中可先對鈦板巻進(jìn)行緩 冷，然后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(jié)。緩
冷可采用10-5(TC/小時的冷卻速度和1-5小時的冷卻時間。當(dāng)用上述罩式退 火爐執(zhí)行退火工藝時，在上述冷卻過程中，在加熱罩仍罩于內(nèi)罩的情況下先 進(jìn)行帶加熱罩冷卻，然后用冷卻罩將鈦板巻冷卻至出爐溫度。本發(fā)明的退火 工藝可以采用其它類型的退火爐來實施。在用罩式退火爐的加熱罩進(jìn)行緩冷 時，也可采用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(jìn)行保護(hù)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(zhì)量，可在步驟A 之前通過化學(xué)堿洗方法對鈥板巻表面進(jìn)行脫脂處理。根據(jù)本發(fā)明的退火工藝 優(yōu)選用于用罩式退火爐對冷軋工業(yè)純鈦板巻進(jìn)行退火處理，當(dāng)然也可以用于 處理其它處于冷加工狀態(tài)或冷態(tài)的鈦材，尤其成板、帶、線的形式。
本發(fā)明規(guī)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(jìn) 行，或者可先通入惰性氣體，然后進(jìn)行加熱升溫?；蛘?，在惰性氣體通入尚 未結(jié)束時，就可進(jìn)行加熱升溫。在步驟C中優(yōu)選100-120。C/小時的冷卻速度。 也可采用^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(yōu)選低于50。C。
本發(fā)明規(guī)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(hù)鈦板巻。尤其在惰性氣體置換后，爐內(nèi)壓力可始終保持10-10000Pa。 為此，優(yōu)選在氣體置換后至出爐前的各步驟中補入惰性氣體。
本發(fā)明的鈦板巻退火工藝優(yōu)選采用罩式退火爐，其特點是包括可用液壓 腳壓緊的可打開式內(nèi)罩、活動的加熱罩和活動的冷卻罩，加熱罩配設(shè)有燒嘴， 用于根據(jù)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(dāng)然，本發(fā)明也可采用其它類型的退火爐。
在本發(fā)明中，鈦板巻的化學(xué)成分符合國家標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)，余量為Ti。
在上述鈦板巻退火工藝中，優(yōu)選采用純度大于95%至99.99999%的氬氣 作為惰性氣體。如果氬氣純度低于或等于95%，則可能因其中摻雜有氧氣而 對退火后的鈦板巻表面質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。從經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，氬氣純度不宜過 高，因此選擇99.99999%作為上限。優(yōu)選純度為99.9%以上的氬氣。


以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例，其中
圖1為用于實施根據(jù)本發(fā)明的鈦板巻退火工藝的罩式退火爐的示意圖2為根據(jù)本發(fā)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(fā)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(nèi)罩l、活動的加熱罩和活動的冷卻罩，加熱罩配有多個燒 嘴，用于根據(jù)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(nèi) 罩的鈦板巻3。
本發(fā)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(nèi)氣氛至爐內(nèi)壓力為10-10000Pa正壓，以50-200。C/小時的加熱速度將 鈦板巻加熱至高于其再結(jié)晶溫度并保溫2-25小時；在保持爐內(nèi)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(nèi)惰性氣體 壓力處于規(guī)定水平是有利的，借此能改善退火產(chǎn)品的表面質(zhì)量。
以下，結(jié)合本發(fā)明退火工藝的多個實施例來具體描述本發(fā)明。
第1實施例
本發(fā)明的鈥巻板退火工藝的第1實施例包括用常規(guī)的化學(xué)堿洗方法清 洗鈦板巻，以對其表面進(jìn)行脫脂處理；將經(jīng)過脫脂處理的鈦板巻放入退火爐； 用氮氣吹掃爐內(nèi)15分鐘，以置換爐內(nèi)空氣；氮氣吹掃后，用純度為99.99% 的氬氣徹底置換爐內(nèi)氣氛，至爐內(nèi)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并保溫2小時，隨后以150TV 小時的加熱速度加熱到620。C并保溫2小時；在保持爐內(nèi)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(nèi)15分鐘；將鈦板巻出爐。
經(jīng)過退火處理的鈦板巻可被直接送往后道加工工序，無需進(jìn)一步清理鈦 板巻表面。
第2實施例
本發(fā)明的鈦巻板退火工藝的第2實施例包括用常規(guī)的化學(xué)堿洗方法清洗鈦板巻，以對其表面進(jìn)行脫脂處理；將經(jīng)過脫脂處理的鈥板巻放入退火爐； 用氮氣吹掃爐內(nèi)45分鐘，以置換爐內(nèi)氣氛；氮氣吹掃后，用99.999%的氬 氣徹底置換爐內(nèi)氣氛，至爐內(nèi)壓力為6000Pa正壓，隨后以15(TC/小時的加 熱速度將鈦板巻加熱到410。C并保溫1.5小時，接著以130。C/小時的加熱速 度加熱到580。C并保溫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(nèi)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(jìn)行保護(hù)冷卻；在冷卻階段的末尾，用氮氣吹掃爐內(nèi)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(jīng)過退火處理的鈦板巻可被直接 送往后道加工工序，無需進(jìn)一步清理鈥板巻表面。
第3實施例
本發(fā)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(nèi)部37分鐘，以置換爐內(nèi)空氣；氮氣吹掃后，用99.99%的 氬氣徹底置換爐內(nèi)氣氛，至爐內(nèi)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并保溫2小時，接著以170°C/ 小時的加熱速度加熱到650。C并保溫3小時；在保持爐內(nèi)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(nèi)30分鐘；將鈦板巻出爐。
經(jīng)過退火處理的鈥板巻隨后可被直接送往后道加工工序，無需進(jìn)一步清 理鈦板巻表面。
第4實施例
本發(fā)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(nèi)罩；用氮氣吹掃退火爐內(nèi)部 20分鐘，以置換爐內(nèi)空氣；用惰性氣體徹底置換內(nèi)罩氣氛，至爐內(nèi)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并保溫2小時；在保持爐內(nèi)壓力3000Pa的條件下，進(jìn)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(jìn)行保護(hù)冷卻，隨后按照 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(jìn)行^f呆護(hù)冷卻；在冷卻階段的末尾，用氮氣吹掃爐內(nèi)25分鐘；吊 開內(nèi)罩，將鈥^1巻出爐。經(jīng)過上述退火的鈦板巻可直接送往后道工序，無需 進(jìn)一步清理鈦板巻表面，也沒有出現(xiàn)退火粘結(jié)。
在上述實施例中，在加熱前用氮氣吹掃主要是為了節(jié)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(nèi)氣氛。
在用加熱罩進(jìn)行加熱和保溫的罩式退火爐中，可設(shè)置熱電偶，加熱罩上
的燒嘴可根據(jù)由此測得的溫度來控制退火溫度。在本發(fā)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(nèi)壓力為10-10000Pa正壓， 為此在上述各步驟中根據(jù)需要和實際情況給爐補內(nèi)充惰性氣體，由此獲得更 好的鈦板巻質(zhì)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(zhì)、形態(tài)和性 能等因素而定。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列優(yōu)點和效果與無惰性氣體保護(hù)退火 相比，通過保持爐內(nèi)正壓，在減少惰性氣體消耗的同時，避免由密封、泄漏、 破損等原因造成的外界空氣進(jìn)入爐內(nèi)而使鈦板巻與空氣中的O、 H、 N等元 素反應(yīng)，由此可使退火后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(guī)退火后的堿浴水爆、酸洗工序、氧化層機械修磨并由此提高工 作效率、降低生產(chǎn)成本和能耗、減少環(huán)境污染，而且從根本上解決了現(xiàn)有技 術(shù)中存在的、因表面污染層而導(dǎo)致產(chǎn)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(fā)明還具有工藝簡單、流程短、操作方便、控 制容易等優(yōu)點。與真空退火相比，可簡化操作流程，降低設(shè)備要求，降低操 作難度，提高生產(chǎn)過程的安全性，避免現(xiàn)有鈥板巻退火所存在的粘結(jié)問題， 可使退火后的鈥板巻產(chǎn)品理化性能滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。
9
權(quán)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(nèi)氣體至爐內(nèi)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于其再結(jié)晶溫度并保溫2-25小時；C、在保持爐內(nèi)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(jù)權(quán)利要求1所述的鈦板巻退火工藝，其特征是，在步驟B之前， 先用氮氣吹掃退火爐15-45分鐘以置換爐內(nèi)氣氛，和/或在步驟C的冷卻過程 中，用氮氣吹掃爐內(nèi)15-45分鐘。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈦板巻退火工藝，其特征是，步驟B的加熱 如此進(jìn)行，首先將鈦板巻加熱到350-450。C并保溫1-25小時，接著將鈥板巻 加熱至高于其再結(jié)晶溫度并保溫。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈥板巻退火工藝，其特征是，步驟C的冷卻 如此進(jìn)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，然后以高于50。C/小時的冷卻速度冷卻鈦 斧反巻至出爐溫度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦板巻退火工藝，其特征是，退火爐是罩式退 火爐，包括內(nèi)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(nèi)罩，在步驟B中，先用加熱罩將鈦板巻加熱到350-450。C并保溫1-25 小時，接著用加熱罩繼續(xù)將鈦板巻加熱至高于其再結(jié)晶溫度并保溫，在步驟 C的冷卻過程中，在加熱罩仍罩于內(nèi)罩的情況下先進(jìn)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(jù)權(quán)利要求5所述的鈥板巻退火工藝，其特征是，在帶加熱罩冷卻 中，采用10-50。C/小時的冷卻速度及l(fā)-5小時的冷卻時間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的鈦板巻退火工藝，其特征是，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(jù)權(quán)利要求1所述的鈦板巻退火工藝，其特征是，采用純度大于 95 %至99.99999 %的氬氣作為惰性氣體，并且在步驟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并保溫1-25小時，接著以 50-200。C/小時的速度將鈦板巻升溫到高于550-750。C并保溫2-25小時。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的鈦板巻退火工藝，其特征是，在 步驟C中，為保持爐內(nèi)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(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的鈦板巻退火工藝，其特征是， 在步驟A之前，通過化學(xué)堿洗方法對鈦板巻的表面進(jìn)行脫脂處理。
全文摘要
本發(fā)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(nèi)氣體至爐內(nèi)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于其再結(jié)晶溫度并保溫2-25小時；在保持爐內(nèi)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后的鈦板卷表面質(zhì)量，取消退火后的氧化層清理作業(yè)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗和材料損耗和提高生產(chǎn)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(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者昆 劉, 史亞鳴, 張竹明, 曹占元, 蘇鶴洲, 宇 趙 申請人:武鋼集團(tuán)昆明鋼鐵股份有限公司