毛 成 ，曹 薦， 周慶升， 張先發(fā)， 張炳俊

(馬鋼股份公司一鋼軋總廠 安徽馬鞍山 243000)

鈦板具良好的耐腐蝕、非磁性等很多優(yōu)良的特性，被譽為“未來金屬”，在艦船制造、電力、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展[1]。國內(nèi)各大中厚板生產(chǎn)企業(yè)開始利用生產(chǎn)中厚板的設(shè)備優(yōu)勢，進行中厚板鈦板的生產(chǎn)。鈦屬于有色金屬，其本身的特性和鋼鐵等金屬有著較大的區(qū)別。因此，在鋼鐵企業(yè)嘗試生產(chǎn)純鈦板的過程中常出現(xiàn)上翹、下扣等翹曲問題，影響生產(chǎn)的穩(wěn)定順行。

1 熱軋鈦板翹曲的危害

鈦板在軋制過程中出現(xiàn)的翹曲主要分為上翹和下扣兩種，見圖1、圖2。這兩種板形問題，依據(jù)翹曲的嚴重程度對生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性影響不同，對上翹來說，輕微的上翹不影響正常的生產(chǎn)，但是上翹的程度過大容易撞壞軋機的設(shè)備，甚至發(fā)生纏輥事故；鈦板的下扣危害相對較大，因為即使輕微的下扣在軋制和運輸過程中也會對設(shè)備沖擊，造成設(shè)備的損害，嚴重的鈦板下扣會發(fā)生鈦板卡在輸送輥道的間隙中，造成鈦板卡死無法移動的事故。

在中厚板的熱軋過程中，無論是纏輥還是鈦板卡死事故的處理方法，首先是將發(fā)生事故的鈦板降溫，然后將鈦板切割，吊離。在鋼鐵企業(yè)處理事故采用的切割方式通常是火焰切割，而火焰切割的基本原理就是使切割部位的溫度急劇升高，超過其熔點，使其熔化，切割才能順利進行。純鈦的熔點為1678℃，較鐵的熔點1528℃高150℃，另外鈦的熱導(dǎo)率較鐵低，因此切割過程將比鋼鐵更困難，切割時間將更長。另外，鈦具有非磁性的物理特性，對切割后的小塊鈦板不能用磁盤吊進行吊運。

綜上所述，鈦板在生產(chǎn)過程中處理事故時無論是切割還是吊運與鋼鐵相比難度更大，對生產(chǎn)穩(wěn)定性的影響更加嚴重，因此生產(chǎn)過程中控制鈦板翹曲，減少事故的發(fā)生就顯的尤為重要。

圖1 上翹

圖2 下扣

2 影響鈦板翹曲的因素

鈦板在軋制過程中出現(xiàn)翹曲的主要原因為鈦板縱向延伸不均勻?qū)е聫澢冃嗡?。鈦板厚度方向上下層延伸的不同，產(chǎn)生彎曲的效果不同，當鈦板上表面的延伸小于下表面的延伸時形成上翹，反之則形成下扣，那么影響鈦板上下表面延伸的因素就是影響鈦板翹曲的因素。

2.1 溫度的影響

溫度的影響主要表現(xiàn)在鋼板上下表的溫差方面。鈦板上下表溫差使軋制過程中鈦板上下表的應(yīng)力不同，在相同軋制力的作用下引起壓下量的差異，從而使上下表的延伸不同，進而形成翹曲。

生產(chǎn)過程中引起鈦板上下溫差主要有三個方面：加熱爐加熱時造成鈦坯上下表溫度不均勻；軋制過程中軋輥冷卻水對鈦板表面溫度的影響；高壓水除鱗對鈦板上下表的影響。

2.2 軋制線標高的影響

軋制線標高是指軋機下工作輥的上表面與機架輥的上輥面之間的高度差[2]。顯然當軋制標高為本道次壓下量的一半時鈦板能夠水平咬入，而當軋制線的標高不等于道次壓下量的一半時將，鈦板頭部將抬起或向下傾斜咬入，此時將發(fā)生不對稱軋制，造成鈦板頭部翹曲。據(jù)有關(guān)資料[2]，上下表壓下量公式為：

△h=[R(1-cosα)+ltgθ]/cosθ

(1)

R-軋輥半徑，α-咬入角，l-接觸弧長

以軋制線標高大于壓下量的一半為為例分析。假設(shè)當時鈦板溫度均勻，軋輥輥徑及轉(zhuǎn)速一致，此時鈦坯將采取爬坡咬入(如圖3)，此時上輥的咬入角將大于下輥的咬入角，由于軋制力、上下表應(yīng)力以及鈦板寬度均相等，那么上表的壓下量將大于下表的壓下量，將會產(chǎn)生下扣的現(xiàn)象，反之將產(chǎn)生上翹現(xiàn)象。

圖3 軋制線標高大于壓下量一半時咬入示意圖

2.3 上下輥速差和輥徑差的影響

中板精軋機的上、下工作輥，分別由兩臺主電機單獨驅(qū)動。因兩臺主電機特性以及速度控制不可能完全相同，從而使得上、下工作輥的轉(zhuǎn)速不同，從而引起軋件頭部的變形不均勻，軋件總是向慢速輥方向彎曲。上輥轉(zhuǎn)速大，就會產(chǎn)生下扣。

在正常軋制工藝中，上、下工作輥直徑通常是不相等的。由于軋件上、下表面變形速度與上、下軋輥速度相關(guān)。輥徑的大小影響軋輥的線速度。在軋制過程中,當上、下軋輥輥徑變化時,軋輥表面的線速度也隨之變化。上、下軋輥表面線速度的變化相應(yīng)會影響軋件上、下表面的變形速度，從而使軋件向速度小的一側(cè)彎曲。當上工作輥直徑大于下工作輥直徑，而其它變形條件相同時，軋件上表面的變形速度必然大于下表面，從而導(dǎo)致軋件發(fā)生扣頭；

3 翹曲的預(yù)防措施

3.1 減少鈦坯上下表溫差

在加熱工序，由于鈦坯的導(dǎo)熱性較鋼鐵差，為保證加熱的均勻性，減少上下表面的溫差，在加熱制度方面采取慢速加熱，加熱時間提高至2.0 min/mm-2.5 min/mm，并且均熱段時間需不低于總加熱時間的1/4。

軋制工序，粗軋時關(guān)閉軋機軋輥冷卻水，減少上輥冷卻水淋至鈦坯表面造成上下表的溫差。粗軋至精軋之間輸送輥道間的輸送輥道冷卻水關(guān)閉，減少鈦板運輸過程中造成鈦板上下表的溫差。精軋機在軋制鈦板前檢查刮水板的磨損情況，并及時更換，防止由于刮水板漏水造成的鈦板上下表溫差。

3.2 合理調(diào)整軋制線標高

由2.2分析可知軋制線標高將直接影響鈦板的翹曲，理想型軋制線標高為該道次壓下量的1/2，但是大部分中厚板軋機的軋制線標高不具備時時調(diào)整的功能，僅在換輥時進行標高的設(shè)定。因此，精軋機標高的設(shè)定以在實際生產(chǎn)過程中鋼板呈“雪橇”狀為合適的標高。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗摸索，馬鋼中板線在生產(chǎn)鈦板時軋制線高度為(15-30)mm。

3.3 合理調(diào)整軋輥速差

中厚板軋機的軋輥為單機傳動，每個電機的轉(zhuǎn)速可以單獨調(diào)整。通過電氣設(shè)定，在主傳動界面設(shè)置上下輥速度調(diào)整界面，實現(xiàn)上下輥速差調(diào)整來改善鈦板的翹曲現(xiàn)象。

4 效果

通過以上措施的實施，軋制過程中鈦板的翹曲現(xiàn)象得到了很大的改善(如圖4、圖5 )，在前期的試軋過程中沒有出現(xiàn)由于翹曲而產(chǎn)生的事故，為鈦板的順利生產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。

圖4 措施實施前

圖5 措施實施后

5 總結(jié)

1)鈦板生產(chǎn)過程中翹曲產(chǎn)生的后果較鋼鐵等黑色金屬對生產(chǎn)的穩(wěn)定性更加嚴重。

2)在生產(chǎn)過程中通過調(diào)整鈦板的上下表溫差、將標高控制在15 mm-30 mm以及調(diào)整軋機轉(zhuǎn)速等措施改善鈦板翹曲現(xiàn)象，并取得良好效果。

參考文獻

[1] ZHANG Z Y,YANG H,LI H,WANG D. Quasi-static tensile behavior and constitutive modeling of large diameter thin-walled commercial pure titanium tube[J].Materials Science and Engineering A,2013,569:96-105.

[2] 閆曉強，張扶民，單為春，等．中板軋制過程板坯彎曲生成與抑制之五—軋制線高度及軋輥偏移距對板坯彎曲的影響[J]．北京科技大學(xué)學(xué)報，2001，23(5)：463-465．