陳本汕

（南京寶色股份公司， 江蘇 南京 211178）

鉭材具有具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，鉭材幾乎在任何環(huán)境下都迅速生成一層表面氧化膜緊密覆于基體上，且極為致密，對(duì)幾乎所有介質(zhì)具有不透性，一旦損壞能立即自愈，因此鉭的耐腐蝕性能優(yōu)于鈦和鋯，堪與玻璃媲美。除了氟、氫氟酸、含氟離子酸性溶液，發(fā)煙硫酸和強(qiáng)堿外，鉭在大多數(shù)介質(zhì)中不受腐蝕，在硫酸、硝酸、鹽酸、王水、高氯酸、氯化物、溴化物、氫溴酸、磷酸、氮的氧化物、次氯酸、有機(jī)酸、過氧化氫等介質(zhì)中都有良好的抗蝕性。但鉭在300℃以上開始氧化，隨著溫度的升高，氧化速度加劇。鉭鈦鋼復(fù)合板封頭往往需要加熱到一定溫度后方可壓制成型，這樣鉭復(fù)層表面就很容易會(huì)被氧化，從而導(dǎo)致鉭層厚度減薄，可能影響設(shè)備使用壽命。

1 項(xiàng)目概況

某項(xiàng)目中有一臺(tái)鉭鈦鋼復(fù)合板制作的設(shè)備， 其封頭材質(zhì)為鉭鈦鋼復(fù)合板（T a 1+T A 1+Q 3 4 5 R），封頭規(guī)格為EHA1800×δ(2+2+50) (min(1.5+1.5+44))mm，為了更好地了解鉭材在熱處理后表面氧化的狀況，從而制定鉭鈦鋼復(fù)合板封頭的熱成型工藝，保證封頭成型質(zhì)量，對(duì)鉭材進(jìn)行了以下試驗(yàn)：

1.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

準(zhǔn)備與封頭同材質(zhì)同厚度的一塊鉭鈦鋼復(fù)合板試件，采用封頭復(fù)合板邊角料制作，試件厚度為δ(2+2+50)mm，材質(zhì)為Ta1+TA1+Q345R。

1.2 試件的熱處理

按封頭成型溫度對(duì)鉭鈦鋼復(fù)合板試件進(jìn)行熱處理，熱處理曲線見圖1。

圖1 試件熱處理曲線

1.3 熱處理后的目視檢測

鉭鈦鋼復(fù)合板試件在熱處理后表面出現(xiàn)一層白色的氧化層，如圖2所示。對(duì)鉭表面進(jìn)行超聲波清洗，發(fā)現(xiàn)清洗后的溶液中有很多掉落的白色粉末，應(yīng)為鉭的氧化物。

圖2

1.4 鉭板的金相組織

在熱處理后試樣鉭層進(jìn)行取樣，并對(duì)試樣鉭表面進(jìn)行清洗。由于鉭材較軟（HV在100左右），較難拋磨，且容易損傷邊緣倒角，不易測量其氧化層厚度，因此將鉭試樣進(jìn)行鑲嵌處理，選取合適砂紙進(jìn)行磨樣處理，并終選擇硫酸:硝酸:40%氫氟酸以5:2:2（體積比）的配比對(duì)鉭材進(jìn)行浸蝕，其結(jié)果見圖3、圖4。

圖3 試樣截面200倍下的金相

圖4 試樣截面500倍下金相

從金相圖中可以看到，其金相組織為固溶后的等軸組織。這是由于鉭材的再結(jié)晶溫度在1200℃，700℃的溫度不會(huì)引起組織上的變化。但這種金相為材料內(nèi)部的金相，由于氧化層太薄，通過金相方法很難對(duì)氧化層厚度進(jìn)行測量，需要經(jīng)過電鏡進(jìn)行后續(xù)的驗(yàn)證。

1.5 掃描電鏡與線掃描分析

在試件上重新取一試樣在鑲嵌狀態(tài)下進(jìn)行磨拋，并在通過掃描電鏡和能譜線掃描觀察鉭材的形貌和截面處的氧含量分布，其結(jié)果如圖5、圖6所示，從氧含量的分布圖譜上可以看到，在試樣兩端氧含量出現(xiàn)高峰值，氧化層厚度估計(jì)在30～40微米左右。

圖5 試樣截面的掃描電鏡

圖6 試樣氧含量分布圖譜

1.6 將上述試件剩余部分表面清理干凈后再次放入熱處理爐中，并按照?qǐng)D1再次進(jìn)行熱處理，熱處理后發(fā)現(xiàn)鉭表面再次出現(xiàn)如圖2所示的白色粉末狀。

1.7 試驗(yàn)結(jié)論

鉭表面在700℃時(shí)劇烈氧化，生成一層致密的白色氧化膜，在超聲波清洗時(shí)掉落白色的粉末狀，氧化膜耐蝕性好，普通酸洗較難完全去除。

經(jīng)過700℃的熱處理，鉭內(nèi)部的金相組織沒有變化，還未到達(dá)再結(jié)晶溫度。

通過氧化量的線掃描分析，鉭表面氧化層厚度預(yù)計(jì)在40微米左右，由于氧化層太薄，測量可能存在誤差。

鉭鈦鋼復(fù)合板制封頭在熱成型時(shí)，為保證封頭成型后的厚度，需考慮鉭在熱加工過程中氧化減薄。

鉭鈦鋼復(fù)合板制封頭在熱成型時(shí)，應(yīng)減少加熱次數(shù)，減少氧化減薄。

2 鉭鈦鋼封頭成型

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)論，為保證某項(xiàng)目中鉭鈦鋼復(fù)合板封頭成型后封頭最小厚度(1.5+1.5+44)mm，封頭成型前投料厚度要求為(2+2+50)mm，成型步驟按下述要求進(jìn)行。

2.1 壓制前準(zhǔn)備

(1)封頭坯料鉭鈦鋼（Ta1/TA1/Q345R）應(yīng)采用爆炸復(fù)合，并對(duì)復(fù)合后板材進(jìn)行100%UT檢測，符合NB/T 47003.2-2009中的B2級(jí)要求。

(2)根據(jù)成型后封頭尺寸，計(jì)算出封頭下料尺寸為Ф2350，下料完成后將坯料四周打磨光滑，防止封頭壓制時(shí)四周異物掉入封頭內(nèi)部造成壓坑。

(3)壓制前對(duì)模具表面進(jìn)行清理，表面不得有凸起、油污等雜物，模具表面應(yīng)光滑。

2.2 封頭壓制

(1)封頭表面清理完成后，將封頭坯料送入熱處理爐中進(jìn)行加熱，入爐溫度不超過300℃，按圖7加熱曲線進(jìn)行加熱。

圖7 封頭加熱曲線

(2)出爐后，立即將坯料放在模具上，找正并準(zhǔn)備壓制，壓制前用壓縮空氣將鉭表面氧化層吹掃去除。

(3)壓制時(shí)采用一次加熱壓制完成，并保證終壓溫度大于520℃。壓制時(shí)控制下壓速率，避免二次加熱后對(duì)鉭表面再次造成氧化。

(4)封頭壓制成型后，空冷至常溫狀態(tài)。

2.3 封頭成型后的檢測

封頭成型后按照G B/T 25198-2010標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)封頭進(jìn)行檢測，尺寸、外形偏差符合標(biāo)準(zhǔn)要求；封頭成型后對(duì)復(fù)合板進(jìn)行100%UT檢測，復(fù)合板封頭貼合率應(yīng)符合NB/T 47003.2-2009中B2級(jí)要求。

圖8 封頭壓制圖

3 結(jié)論

通過上述試驗(yàn)及封頭壓制，鉭鈦鋼復(fù)合板封頭或其他部件在熱成型時(shí)，為保證最終成型后的復(fù)層厚度除考慮成型減薄外，還應(yīng)考慮加熱過程中的氧化減薄。在鉭材熱成型時(shí)應(yīng)盡量減少加熱次數(shù)，減少氧化減薄。

◆參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 3629-2017，鉭及鉭合金板材、帶材和箔材[S].

[2] 張小明，王暉，張于勝，等，氧對(duì)鉭合金熱加工的影響[J].熱加工工藝，2010，(23)：201-212.