轧制工艺对板式换热器用钛板组织与性能的影响

1、轧制工艺对板式换热器用钛板组织与性能的影响顾德才，邓贵顺，杭逸夫，王文鼎，葛伟，徐国俊（南京宝泰特种材料有限公司，江苏 南京 211125）摘 要：主要讨论轧制工艺（包括热处理工艺）对板式换热器用钛板（简称板换料）的组织与性能的影响。板式换热器用钛板主要以纯钛板为主，厚度 1.0 mm 以下，通过对轧制工艺改进以提高板换料组织性能，达到板换料 标准，提高成材率。关键词：板换料；轧制工艺；组织性能进一步提高板换料压制成型率。前言12试验钛板式换热器是以波纹为传热面的新型、高效换热器，广泛应用于化工、石油、冶金、电力、船 舶、海洋、医药等工业部门的加热、冷却、冷凝、 蒸发工艺过程中1,2。随着人们

2、对板式换热器优越性 的进一步认识和其应用领域的扩大，板式换热器的 发展迅速，目前已成为主要的换热设备。钛板式换 热器由于其高效紧凑以及出色的抗腐蚀能力，已成 为许多强腐蚀工况中的首选设备。但是由于板式换 热器板片都要承受来自冷、热流体两侧的压差，而 这个压差就作用在该板片与相邻两板片间数以千计 的接触点上，并且板式换热器是靠夹紧板片之间的 橡胶垫片来密封冷热流体的，夹紧板片时，必然有 一部分作用是靠板片之间接触点承受的。因此，板 片压制精度越高，板片之间的接触点所承受压力就 均匀，板片的承压能力也越强。如果板片压制精度 不够高，就会造成某些接触点承受压力过高而遭损 坏的现象，这样只有靠增加板片

3、厚度的方法来补救， 而增加板片厚度必然会降低换热效率，也造成设备 成本的加大。为了满足压制成型的“苛刻”条件， 提高换热效率，要求钛板式换热器板片（钛板换料） 厚度小于 1 mm，对于板片的强度、延伸率、杯突、 晶粒组织有着特别要求。为了加大板式换热器发展 力度，使其更加广泛的应用于各个领域，全面实现 板式换热器用钛板国产化，提高板换料质量，有必 要研究各种轧制工艺对板换料组织与性能的影响，2.1试验材料试验用料为南京宝泰特种材料公司生产的直径560 mm、2 t 的 TA1 铸锭，铸锭经锻造开坯成一定 尺寸板坯后进行轧制。钛铸锭化学成分如表 1 所示。表 1 钛铸锭化学成分（/%） 元素 F

4、e C H N O 含量0.0220.0050.00470.0080.0642.2实验方法板换料生产加工流程如图 1 所示。分别采用 3 种轧制工艺，并对板材力学性能和显微组织进行 比较。3 种轧制工艺参数和条件分别如表 2表 4 所示。海绵钛锻造开坯 酸碱洗电极热轧 剪切下料一、二次锭熔炼冷轧成品退火压制成型图 1 板换料生产加工流程分析与讨论虽然板换料的质量与铸锭的化学成分、压制模 具有一定的关系，但钛板材轧制工艺直接影响板材3收稿日期：2008-12-25作者简介：顾德才（1949-），男，技师，主要从事钛材加工工作，电话26 卷32表 2 第 1 种轧制工艺

5、参数和条件异性，强度高、塑性及深冲性能差。序号工序名称工艺条件及工艺参数加热温度 850 ，一火总加工率 87.5% 加热温度 780 ， 二次总加工率 75%总加工率 44% 总加工率 35.7% 总加工率 33.3% 辊道炉、天然气退火720 ，20 min1234567一次热轧剪切下料，修磨 二次热轧 一次冷轧二次冷轧三次冷轧成品退火100 m表 3 第 2 种轧制工艺参数和条件序号工序名称工艺条件及工艺参数图 2 第 1 种轧制工艺状态下的显微组织照片加热温度 850 ，一火总加工率 87.5%换向轧制 加热温度 780 ， 二次总加工率 75%总加工率 48% 总加工率 53.8%

6、辊道炉、天然气退火720730 ，25 min一次热轧剪切下料，修磨 二次热轧 一次冷轧二次冷轧成品退火123456第 2 种轧制工艺下板材显微组织如图 3 所示。采用换向轧制，带状组织消除，呈现等轴晶粒组织， 是因为换向轧制后纵向、横向 2 个方向晶粒被拉长， 变成柱状晶，在冷轧最后一道次轧制时，加工率大 于 50%，使得晶粒被破碎。经再结晶退火已破碎的 柱状晶重新成核，结晶成等轴晶粒。力学性能较第1 种轧制工艺有较大改善，尤其塑性深冲性能。但从图 3 可以看出金相细微组织仍存有滑移线，说明 再结晶仍不充分，需提高温度或延长时间。 表 4 第 3 种轧制工艺参数和条件 序号工序名称工艺条件及

7、工艺参数加热温度 850 ，一火总加工率 87.5%换向轧制 加热温度 780 ， 二次总加工率 75%总加工率 48% 总加工率 53.8% 电炉退炉 温度720730 ，100 min123456一次热轧剪切下料，修磨 二次热轧 一次冷轧二次冷轧成品退火的力学性能和显微组织。经过以上 3 种轧制工艺，测得的力学性能见表 5，显微组织分别如图 2图 4所示。表 5 不同轧制工艺状态下的力学性能 轧制工艺 b/MPa 0.2/MPa /% 杯突值/mm 200 m第 1 种第 2 种 第 3 种360320265315280225515253565862111212141617图 3 第 2

8、种轧制工艺状态下的显微组织照片第 1 种轧制工艺下板材显微组织如图 2 所示。采用单向轧制，呈现带状组织，是由于单向轧制加 工时，板材沿轧制方向伸长、晶粒被拉长，变成柱 状晶成带状组织。由于柱状晶各个方向晶粒数量是 不相同的，晶界数量也不同，故加工结构产生各向第 3 种轧制工艺下板材显微组织如图 4 所示意。第 3 种轧制工艺和第 2 种轧制工艺区别是热处理工 艺不同，采用电炉加热，板材堆起来退火，减少了钛板表面的污染，而且保温时间稍作延长。如图所示，呈现等轴晶粒组织，晶粒要比图 3 小，而且完第 2 期顾德才等：轧制工艺对板式换热器用钛板组织与性能的影响33整，充分达到再结晶状态，所以力学性

9、能要优于第2 种轧制工艺。结论4通过本次试验，采用 3 种轧制工艺所获得的力学性能与显微组织有一定区别，而采用第 3 种轧制 工艺的板材的力学性能，特别是杯突值和延伸率要优于前 2 种轧制工艺状态下的力学性能，而且晶粒 要比第 2 种轧制工艺状态小 11.5 级别，满足板换 料压制成型的条件，成型率达到 95%左右，可以获 得板式换热器用钛板较高的利用率和较可观的利润 空间，值得推广。参考文献1 杨世杰. 钛工业进展J, 2003, 20(45): 952 林 英, 翟建宇. 钛工业进展J, 2003, 20(45): 107200 m图 4 第 3 种轧制工艺状态下的显微组织照片Influe

10、nces of Rolling Process on Structural Properties of Titanium Plate for PHEGu Decai, Deng Guishun, Hang Yifu, Wang Wending, Ge Wei, Xu Guojun(Nanjing Baotai Special Materials Co., Ltd., Nanjing 211125, China)Abstract: The rolling processes (including the heat treatment process) and their influences o

11、n structural properties of titanium plateused for heat exchanger (PHE) are discussed. Pure titanium plate of thickness below 1.0mm is mostly used for the heat exchanger. The rolling process has been ameliorated to improve the performance and meet the standard requirements of PHE, as well as raising the qualified product ratio.Key words: PHE; rolling process; structural properties钛加工材出口退税率调整近日，财政部、国家税务总局发布了财税字200943 号文件关于提高有色金属等商品出口退税率的通知，明确从 2009 年 4 月 1 日起提高纺织品、服装、轻工、电子信息、钢铁、有色金属、石化等