任 茹

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司,陜西 西安 710077)

鉬板坯軋制工藝優(yōu)化研究

任 茹

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司,陜西 西安 710077)

研究了軋制開(kāi)坯溫度、初道次變形率、熱軋終軋溫度等對(duì)鉬板組織和性能的影響,得出合適的軋制工藝可使鉬板的組織均勻、細(xì)小,抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率等性能提高。通過(guò)研究,確定了鉬板坯的最優(yōu)軋制工藝。

鉬板坯;組織;性能

0 前 言

在鉬制品的應(yīng)用中,以板材的應(yīng)用最為廣泛。在用于制作各種電真空器件時(shí),往往要求鉬板不但要有足夠的強(qiáng)度,而且塑性要高,各向異性小。

冷軋薄板主要用于電真空、電光源工業(yè)中,由薄鉬板經(jīng)深沖、拉制、旋壓等二次成型工藝,加工制成各種形狀、規(guī)格的制品,如鉬坩堝、燒舟、大功率發(fā)射陽(yáng)極(U型)、柵極鉬筒等[1～2]。隨著現(xiàn)代高溫陶瓷及電子工業(yè)的發(fā)展,對(duì)冷軋鉬板需求量增加,對(duì)性能的要求也十分嚴(yán)格。

雖然鉬板的制備技術(shù)已比較成熟,但仍需進(jìn)一步發(fā)展、完善,特別是為滿足一些特殊用途的鉬板的制備技術(shù)還有待于提高,如深沖性能較好的鉬板的制備。本文主要對(duì)鉬板坯的軋制方式、開(kāi)坯溫度、開(kāi)坯壓下量、熱軋溫度等對(duì)鉬材性能的影響進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 設(shè) 備

試驗(yàn)設(shè)備主要有:250 kW中頻感應(yīng)加熱爐, 40 kW馬弗爐,φ350 mm二輥不可逆式熱軋機(jī),剪板機(jī)。

1.2 材料及試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)坯料為粉末冶金燒結(jié)板坯Mo-1,其規(guī)格均為16 mm×60 mm×160 mm,其化學(xué)成分均符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。將鉬板坯在φ350 mm二輥不可逆軋機(jī)上按照設(shè)計(jì)工藝軋制成0.5 mm薄鉬板,軋制工藝流程為:

熱軋開(kāi)坯-消除應(yīng)力退火-溫軋-消除應(yīng)力退火-堿洗-一次冷軋-消除應(yīng)力退火-二次冷軋-消除應(yīng)力退火-堿洗-……終軋退火-剪切-成品

1.3 軋制工藝設(shè)計(jì)

開(kāi)坯溫度1 200℃、1 300℃、1 400℃,初道次變形率30%～35%、35%～40%,熱軋終軋溫度1 000℃、1 100℃,軋制方式選擇交叉軋制。

2 結(jié)果與討論

2.1 軋制方式的影響

單向軋制時(shí),鉬板內(nèi)部產(chǎn)生了帶狀晶胞組織,造成鉬板具有明顯的各向異性。而交叉軋制是對(duì)鉬板縱、橫2個(gè)方向進(jìn)行加工,加強(qiáng)了材料內(nèi)部組織的均勻性和等軸化作用,能有效地減輕材料的各向異性,提高其深沖性能;另一方面,由于采用了交叉變形,使板材內(nèi)部形成了壓扁的近圓片形的晶胞組織,鉬板內(nèi)部組織在縱、橫2個(gè)方向基本一樣,從而可得到縱、橫2個(gè)方向力學(xué)性能一樣優(yōu)良的鉬板,為深沖變形提供了一個(gè)良好的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)條件。經(jīng)冷軋后,交叉軋制薄鉬板的組織為纖維狀細(xì)長(zhǎng)晶粒且相互搭接交錯(cuò),這種組織能使深沖壓加工的應(yīng)力和應(yīng)變分布均勻,由于鉬板的機(jī)械性能是由其最終的內(nèi)部組織所決定的,因而該鉬板的彎曲性能較好[3],有利于板材的塑性變形和深沖。因此選用交叉軋制,不再做對(duì)比試驗(yàn)。

2.2 開(kāi)坯溫度的影響

表1 鉬板坯不同開(kāi)坯溫度的表面質(zhì)量

從表1可以看出,1 300℃開(kāi)坯的鉬板坯表面質(zhì)量全部很好,而1 200℃、1 400℃開(kāi)坯的鉬板坯表面質(zhì)量會(huì)有邊裂或表面有裂紋。開(kāi)坯溫度選取的過(guò)高,不僅使鉬坯中晶粒粗大,浪費(fèi)資源,而且對(duì)成品鉬板的組織性能也有負(fù)面影響(較低溫開(kāi)坯軋制工藝制取的鉬板較高溫開(kāi)坯軋制的鉬板機(jī)械性能優(yōu)越,在強(qiáng)度相當(dāng)?shù)那闆r下,延伸率有明顯的提高。較低溫開(kāi)坯軋制鉬板較高溫軋制鉬板的晶粒細(xì)長(zhǎng),晶界相互連鎖搭接。這種組織能在進(jìn)一步加工過(guò)程中保持良好塑性,二次成形性好);溫度選取的過(guò)低,則鉬坯容易開(kāi)裂。在選取合適的開(kāi)坯溫度時(shí),既要考慮以往的經(jīng)驗(yàn),又要考慮粉冶制坯的工藝波動(dòng)性。

2.3 初道次變形率

將開(kāi)坯溫度確定在1 300℃,選擇30%～35%圖1a、35%～40%圖1b的變形率進(jìn)行交叉軋制試驗(yàn)。2種軋制工藝制取的2 mm厚鉬板的顯微組織如圖1所示。從圖1b可以看出,鉬板的組織為纖維狀細(xì)長(zhǎng)晶粒且相互搭接交錯(cuò),晶粒之間排列緊湊,晶界線較平直,孔洞少,鉬晶粒間的接觸面較大,從而界面結(jié)合的更緊密;而圖1a軋制的鉬板纖維組織比較粗短,界面結(jié)合不緊湊,且不同程度地存在孔洞。顯然圖1b鉬板的組織較優(yōu)。因此初道次變形率選用35%～40%。

圖1 不同變形率制取的2 mm厚鉬板的顯微組織

2.4 熱軋終軋溫度

將以上2.2軋制好的鉬板選擇1 300℃作為熱軋的開(kāi)始溫度,初道次變形率選用35%～40%,加熱時(shí)間根據(jù)爐內(nèi)的裝料量確定為50 min,在加熱的同時(shí),也實(shí)現(xiàn)了鉬板坯的均勻退火處理。

熱軋終軋溫度選用1 000℃、1 100℃。

為了排除其他因素的影響而便于比較,以上板坯后續(xù)的過(guò)程均采用同一溫軋、冷軋、退火工藝,成品厚度0.5 mm薄鉬板。經(jīng)過(guò)交叉軋制試驗(yàn)的0.5 mm鉬板經(jīng)過(guò)850℃×60 min消除應(yīng)力退火后的顯微組織如圖2a(1 000℃)、圖2b(1 100℃)所示。

從圖2a、2b可以看出,選用35%～40%的變形率、熱軋終軋溫度1 000℃軋制的圖2a鉬板的組織為纖維狀細(xì)長(zhǎng)晶粒,細(xì)小而均勻,在板材厚度上分布致密。而1 100℃軋制鉬板圖2b的纖維組織較粗短,晶粒界面不太緊密,變形不均勻,導(dǎo)致鉬板內(nèi)部物理性質(zhì)和力學(xué)狀態(tài)不均勻,使鉬板塑性降低,表現(xiàn)為伸長(zhǎng)率下降。由此可見(jiàn),選用35%～40%的變形率、熱軋終軋溫度1 000℃軋制工藝軋制的鉬板組織較優(yōu)。

圖2 經(jīng)過(guò)850℃×60 m in退火后的0.5 mm鉬板的顯微組織

2.5 力學(xué)性能

在電子萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行剪切拉伸試驗(yàn),測(cè)定了不同工藝的0.5 mm厚鉬板經(jīng)退火后的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率(見(jiàn)表2)。

表2 0.5 mm鉬板力學(xué)性能

經(jīng)同一退火工藝(850℃×60 min)退火后,4種交叉工藝的對(duì)比結(jié)果是選用35%～40%的變形率、熱軋終軋溫度1 000℃軋制工藝軋制的鉬板機(jī)械性能優(yōu)越,抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率明顯改善。并且軋制過(guò)程中鉬板表面質(zhì)量有較大提高,起皮、表面裂紋等現(xiàn)象大大減少。

這是因?yàn)榇蟮淖冃瘟坎粌H使鉬坯內(nèi)部變形均勻,使其在隨后的加工中,不至于產(chǎn)生分層、炸裂等缺陷;而且還會(huì)使鉬坯中的閉孔、氣孔等軋碎閉合。

在熱軋階段,不僅要考慮板坯的尺寸變化,還要考慮鉬板坯的終軋溫度。研究表明,終軋溫度(即板坯的溫度),對(duì)板坯的組織、性能有很大影響,繼而影響到成品板材的性能。終軋制溫度很高時(shí)(超過(guò)了板坯的再結(jié)晶溫度),軋制板坯的晶粒雖然沿加工變形方向有一定的拉伸,但晶粒十分粗大,個(gè)別區(qū)域易出現(xiàn)等晶粒軸狀。相反在較低溫度終軋時(shí),板坯具有較細(xì)的沿縱軸壓扁的組織,這是由于鉬的層錯(cuò)能較高,又在高溫下變形,十分容易產(chǎn)生交滑移、攀移和結(jié)點(diǎn)脫錨等過(guò)程,在變形的同時(shí)將發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)。選用在合適的溫度終軋的板坯處于一種高溫回復(fù)狀態(tài),這種狀態(tài)的組織,為隨后的溫軋、冷軋加工提供了良好的基礎(chǔ)。

3 結(jié) 論

(1)開(kāi)坯溫度1 300℃,鉬板開(kāi)坯后的表面質(zhì)量最好,成品率最高。

(2)初道次變形率35%～40%、熱軋終軋溫度1 000℃時(shí),鉬板的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率等綜合性能最佳。

(3)開(kāi)坯溫度、初道次變形率和軋制終軋溫度等對(duì)鉬板的綜合性能有重要影響,經(jīng)過(guò)試驗(yàn),確定的最佳軋制工藝為:開(kāi)坯溫度1 300℃、初道次變形率35%～40%、熱軋終軋溫度1 000℃。

[1] 彭志輝.稀有金屬材料加工工藝學(xué)[M].長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社,2003.

[2] 石明柱,李林,王寶芝,等.高品質(zhì)寬幅鉬板的研制[J].中國(guó)鉬業(yè),2004,28(2):46-47.

[3] 王鵬.鉬板軋制工藝與彎曲工藝性能[J].中國(guó)鉬業(yè), 1995,19(5):24-25.

STUDY ONMOLYBDENUM SLABS ROLL ING PROCESS OPT IM IZATI ON

REN Ru
(JinduichengMolybdenum Co.,Ltd.,Xi’an 710077,Shaanxi,China)

The impact of the rolling blooming temperature,the first-pass defor mation rate and hot finish rolling temperature on micro-structure and properties ofmolybdenum slabswas studied.It is conclued that suitable rolling process can get molybdenum slabs with unifor m and s mall micro-structure,high tensile strength,yield strength,elongation and other performance.Thus,the optimal rolling process ofmolybdenum slabswas determined through research.

molybdenum slabs;micro-structure;properties

TG146.4+12

A

1006-2602(2010)03-0046-03

2009-10-15;修改稿返回日期:2009-10-25

任 茹(1975-),女,1999年畢業(yè)于西安交通大學(xué),現(xiàn)在金堆城鉬業(yè)股份有限公司金屬分公司技術(shù)部工作。