本發明涉及一種復合鈦板的制造工藝及系統。屬于材料加工技術領域。

背景技術：

鈦是一種銀白色的過渡金屬，具有重量輕、強度高、抗腐蝕能力良好等特征，其化學性質相對穩定，具有良好的耐高溫、耐低溫、抗強酸、抗強堿等優良性質。

基于鈦的上述性質，目前在化學、電力和食品加工廠等的熱交換器用構件、照相機體、廚房設備等的民用品、以及摩托車、汽車等運輸機械構件、家電設備等的外殼中廣泛使用鈦板。

但是，鈦比較活潑，在高溫下即使在微量氧氣環境下也會發生氧化，因此在退火等處理過程中極易與氮、氫、氧發生反應；單純由鈦制造的鈦板加工性較差，不能滿足越來越多的實際應用。目前的復合鈦板主要采用鈦鋼復合板或者鈦鋁復合板，大大增加了重量且表面狀態并不理想，阻礙了鈦板在相關領域內的應用。

技術實現要素：

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種復合鈦板的制造工藝。

本發明還提供了上述的一種復合鈦板的制造工藝所對應的制造系統。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種復合鈦板的制造工藝，包括步驟：

(1)熔煉：將海綿鈦、鋁屑和鉛粉混合均勻后壓制成電極塊，之后將所得電極塊焊接得到圓柱形電極，采用真空自耗電弧熔煉，得到圓柱形鑄錠；

(2)保溫鍛造及熱軋：在600～700℃保溫100～120分鐘，再升溫至900～1000℃后保溫130～150分鐘，接著升溫至1200～1400℃后保溫200～250分鐘，經鍛造得到中間坯，進行熱軋開坯，得到鈦板坯；

(3)酸洗：使用去離子水對鈦板坯進行預清洗，浸泡于50～70℃的酸液進行酸洗，然后漂洗、烘干；其中，酸液是將65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氫氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照體積比1：2：3混合配制得到；

(4)冷軋：在第一退火爐中進行軟化處理，700～820℃加熱10～15分鐘，空冷，在拋丸機中通過高速噴射鋼丸擊碎和去除表面的氧化層，然后進行10～15道軋制；

(5)退火：在真空度10～4Pa的第二退火爐中，加熱至600～650℃，保溫5～6小時，排除空氣并用氬氣置換，冷卻至120～150℃，即得。

優選的，步驟(1)中海綿鈦、鋁屑和鉛粉的質量比為1：0.53～0.85：0.02～0.03，其中，海綿鈦的粒徑范圍為0.83～25.4mm。

優選的，步驟(1)中真空自耗電弧熔煉進行若干次，其具體條件是：熔煉電壓30～50V，熔煉電流20～30KA，攪拌電流為5～25A，真空度小于3Pa。

優選的，步驟(2)在保溫步驟之前先進行扒皮處理，以去除鑄錠表面的氧化層，扒皮厚度小于5mm。

優選的，步驟(2)中的鍛造為一個火次鍛拔，鍛拔的開鍛溫度為1050～1150℃，終鍛溫度為820～840℃。

優選的，步驟(2)中熱軋的溫度為900～1000℃，保溫時間為100～120分鐘。

優選的，步驟(3)中預清洗所使用的去離子水溫度為45～65℃，采用流動清洗的方法，流量為30～40m³/h。

優選的，步驟(3)中漂洗是使用50～60℃的去離子水進行噴淋漂洗。

優選的，步驟(3)中烘干的具體方法是，噴吹80～110℃的熱風，從而把表面殘留的液體烘干。

優選的，步驟(5)中加熱速度為20～25℃/h，冷卻速度為3～4℃/h。

一種復合鈦板的制造系統，包括依次連接的熔煉裝置、保溫鍛造及熱軋裝置、酸洗裝置、冷軋裝置和退火裝置，熔煉裝置為真空自耗電弧爐，保溫鍛造及熱軋裝置包括依次連接的鍛造機和熱軋機，酸洗裝置包括依次連接的預清洗槽、酸洗槽、漂洗槽和烘干設備，冷軋裝置包括依次連接的第一退火爐、空冷器、拋丸機和冷軋機，退火裝置為第二退火爐。

優選的，所述真空自耗電弧爐內的熔煉電極是利用海綿鈦、鋁屑和鉛粉混合制備，三者質量比為1：0.53～0.85：0.02～0.03。

優選的，所述預清洗槽包括入口和出口，以及在入口與出口之間連續流動的去離子水。

優選的，所述酸洗槽中盛有酸液，是將65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氫氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照體積比1：2：3混合配制得到。

優選的，所述漂洗槽的頂部和底部分別設有噴淋去離子水的噴淋設備。

優選的，所述烘干設備為連續噴吹80～110℃熱風的裝置。

本發明的有益效果：

本發明的制造工藝包括熔煉、保溫鍛造及熱軋、酸洗、冷軋和退火五個步驟，是將海綿鈦、鋁屑和鉛粉熔煉制造得到復合鈦板，在鍛造前進行三步保溫處理，優化鍛造后的微觀組織結構，酸洗步驟能將表面的氧化皮徹底洗盡，并且未出現過酸現象，結合冷軋和退火的特定工藝條件處理，最后所得復合鈦板抗拉強度均在520MPa以上，表面光滑性好，清洗性良好。

另外，在最后的退火步驟中使用氬氣作為保護氣體，有效防止在退火過程中發生氧化。冷軋前進行軟化處理，提高產品的塑性，避免的冷軋過程中出現裂紋。

附圖說明

圖1是本發明的一種復合鈦板的制造系統結構示意圖；

其中，1為真空自耗電弧爐，2為保溫鍛造及熱軋裝置，3為酸洗裝置，4為冷軋裝置，5為第二退火爐，6為鍛造機，7為熱軋機，8為預清洗槽，9為酸洗槽，10為漂洗槽，11為烘干設備，12為第一退火爐，13為空冷器，14為拋丸機，15為冷軋機。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行進一步的闡述，應該說明的是，下述說明僅是為了解釋本發明，并不對其內容進行限定。

0級海綿鈦，購自遵義鈦業公司，粒度范圍為0.83～25.4mm。

1級海綿鈦，購自洛陽雙瑞萬基鈦業公司，粒度范圍為0.83～25.4mm。

鋁屑，購自佳鑠金屬材料(上海)有限公司，粒度為30～50目。

鉛粉，購自北京怡天惠金屬材料有限公司，粒度為200～300目。

實施例1：

如圖1所示，一種復合鈦板的制造工藝，包括步驟：

(1)熔煉：將海綿鈦、鋁屑和鉛粉混合均勻后壓制成電極塊，之后將所得電極塊焊接得到圓柱形電極，進行2次真空自耗電弧熔煉(熔煉電壓30V，熔煉電流20KA，攪拌電流為5A，真空度小于3Pa)，得到圓柱形鑄錠；其中，海綿鈦、鋁屑和鉛粉的質量比為1：0.53：0.02，海綿鈦的粒徑為0.83mm；

(2)保溫鍛造及熱軋：扒皮處理，以去除鑄錠表面的氧化層，扒皮厚度小于5mm；在600℃保溫100分鐘，再升溫至900℃后保溫130分鐘，接著升溫至1200℃后保溫200分鐘，經鍛造(一個火次鍛拔，鍛拔的開鍛溫度為1050℃，終鍛溫度為820℃)得到中間坯，進行熱軋開坯(溫度為900℃，保溫時間為100分鐘)，得到鈦板坯；

(3)酸洗：使用45℃去離子水對鈦板坯進行預清洗(流動清洗，流量為30m³/h)，浸泡于50℃的酸液進行酸洗，然后漂洗(50℃的去離子水進行噴淋漂洗)、烘干(噴吹80℃的熱風，從而把表面殘留的液體烘干)；其中，酸液是將65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氫氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照體積比1：2：3混合配制得到；

(4)冷軋：在第一退火爐12中進行軟化處理，700℃(加熱速度為20℃/h)加熱10分鐘，空冷，在拋丸機14中通過高速噴射鋼丸擊碎和去除表面的氧化層，然后進行10道軋制；

(5)退火：在真空度10Pa的第二退火爐5中，加熱至600℃，保溫5小時，排除空氣并用氬氣置換，冷卻至120℃(冷卻速度為3℃/h)，即得。

一種復合鈦板的制造系統，包括依次連接的熔煉裝置、保溫鍛造及熱軋裝置2、酸洗裝置3、冷軋裝置4和退火裝置，熔煉裝置為真空自耗電弧爐1，保溫鍛造及熱軋裝置2包括依次連接的鍛造機6和熱軋機7，酸洗裝置3包括依次連接的預清洗槽8、酸洗槽9、漂洗槽10和烘干設備11，冷軋裝置4包括依次連接的第一退火爐12、空冷器13、拋丸機14和冷軋機15，退火裝置為第二退火爐5。

其中，真空自耗電弧爐1內的熔煉電極是利用海綿鈦、鋁屑和鉛粉混合制備。預清洗槽8包括入口和出口，以及在入口與出口之間連續流動的去離子水。酸洗槽9中盛有酸液，是將65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氫氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照體積比1：2：3混合配制得到。漂洗槽10的頂部和底部分別設有噴淋去離子水的噴淋設備。烘干設備11為連續噴吹80℃熱風的裝置。

實施例2：

如圖1所示，一種復合鈦板的制造工藝，包括步驟：

(1)熔煉：將海綿鈦、鋁屑和鉛粉混合均勻后壓制成電極塊，之后將所得電極塊焊接得到圓柱形電極，進行5次真空自耗電弧熔煉(熔煉電壓50V，熔煉電流30KA，攪拌電流為25A，真空度小于3Pa)，得到圓柱形鑄錠；其中，海綿鈦、鋁屑和鉛粉的質量比為1：0.85：0.03，海綿鈦的粒徑為25.4mm；

(2)保溫鍛造及熱軋：扒皮處理，以去除鑄錠表面的氧化層，扒皮厚度小于5mm；在700℃保溫120分鐘，再升溫至1000℃后保溫150分鐘，接著升溫至1400℃后保溫250分鐘，經鍛造(一個火次鍛拔，鍛拔的開鍛溫度為1150℃，終鍛溫度為840℃)得到中間坯，進行熱軋開坯(溫度為1000℃，保溫時間為120分鐘)，得到鈦板坯；

(3)酸洗：使用65℃去離子水對鈦板坯進行預清洗(流動清洗，流量為40m³/h)，浸泡于70℃的酸液進行酸洗，然后漂洗(60℃的去離子水進行噴淋漂洗)、烘干(噴吹110℃的熱風，從而把表面殘留的液體烘干)；其中，酸液是將65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氫氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照體積比1：2：3混合配制得到；

(4)冷軋：在第一退火爐12中進行軟化處理，820℃(加熱速度為25℃/h)加熱15分鐘，空冷，在拋丸機14中通過高速噴射鋼丸擊碎和去除表面的氧化層，然后進行15道軋制；

(5)退火：在真空度4Pa的第二退火爐5中，加熱至650℃，保溫6小時，排除空氣并用氬氣置換，冷卻至150℃(冷卻速度為4℃/h)，即得。

一種復合鈦板的制造系統，包括依次連接的熔煉裝置、保溫鍛造及熱軋裝置2、酸洗裝置3、冷軋裝置4和退火裝置，熔煉裝置為真空自耗電弧爐1，保溫鍛造及熱軋裝置2包括依次連接的鍛造機6和熱軋機7，酸洗裝置3包括依次連接的預清洗槽8、酸洗槽9、漂洗槽10和烘干設備11，冷軋裝置4包括依次連接的第一退火爐12、空冷器13、拋丸機14和冷軋機15，退火裝置為第二退火爐5。

其中，真空自耗電弧爐1內的熔煉電極是利用海綿鈦、鋁屑和鉛粉混合制備。預清洗槽8包括入口和出口，以及在入口與出口之間連續流動的去離子水。酸洗槽9中盛有酸液，是將65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氫氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照體積比1：2：3混合配制得到。漂洗槽10的頂部和底部分別設有噴淋去離子水的噴淋設備。烘干設備11為連續噴吹110℃熱風的裝置。

實施例3：

如圖1所示，一種復合鈦板的制造工藝，包括步驟：

(1)熔煉：將海綿鈦、鋁屑和鉛粉混合均勻后壓制成電極塊，之后將所得電極塊焊接得到圓柱形電極，進行2次真空自耗電弧熔煉(熔煉電壓50V，熔煉電流20KA，攪拌電流為25A，真空度小于3Pa)，得到圓柱形鑄錠；其中，海綿鈦、鋁屑和鉛粉的質量比為1：0.53：0.03，海綿鈦的粒徑為0.83mm；

(2)保溫鍛造及熱軋：扒皮處理，以去除鑄錠表面的氧化層，扒皮厚度小于5mm；在700℃保溫100分鐘，再升溫至1000℃后保溫130分鐘，接著升溫至1400℃后保溫200分鐘，經鍛造(一個火次鍛拔，鍛拔的開鍛溫度為1150℃，終鍛溫度為820℃)得到中間坯，進行熱軋開坯(溫度為1000℃，保溫時間為100分鐘)，得到鈦板坯；

(3)酸洗：使用65℃去離子水對鈦板坯進行預清洗(流動清洗，流量為30m³/h)，浸泡于70℃的酸液進行酸洗，然后漂洗(50℃的去離子水進行噴淋漂洗)、烘干(噴吹110℃的熱風，從而把表面殘留的液體烘干)；其中，酸液是將65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氫氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照體積比1：2：3混合配制得到；

(4)冷軋：在第一退火爐12中進行軟化處理，700℃(加熱速度為25℃/h)加熱10分鐘，空冷，在拋丸機14中通過高速噴射鋼丸擊碎和去除表面的氧化層，然后進行15道軋制；

(5)退火：在真空度10Pa的第二退火爐5中，加熱至650℃，保溫5小時，排除空氣并用氬氣置換，冷卻至150℃(冷卻速度為3℃/h)，即得。

一種復合鈦板的制造系統，包括依次連接的熔煉裝置、保溫鍛造及熱軋裝置2、酸洗裝置3、冷軋裝置4和退火裝置，熔煉裝置為真空自耗電弧爐1，保溫鍛造及熱軋裝置2包括依次連接的鍛造機6和熱軋機7，酸洗裝置3包括依次連接的預清洗槽8、酸洗槽9、漂洗槽10和烘干設備11，冷軋裝置4包括依次連接的第一退火爐12、空冷器13、拋丸機14和冷軋機15，退火裝置為第二退火爐5。

其中，真空自耗電弧爐1內的熔煉電極是利用海綿鈦、鋁屑和鉛粉混合制備。預清洗槽8包括入口和出口，以及在入口與出口之間連續流動的去離子水。酸洗槽9中盛有酸液，是將65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氫氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照體積比1：2：3混合配制得到。漂洗槽10的頂部和底部分別設有噴淋去離子水的噴淋設備。烘干設備11為連續噴吹110℃熱風的裝置。

實施例4：

如圖1所示，一種復合鈦板的制造工藝，包括步驟：

(1)熔煉：將海綿鈦、鋁屑和鉛粉混合均勻后壓制成電極塊，之后將所得電極塊焊接得到圓柱形電極，進行5次真空自耗電弧熔煉(熔煉電壓30V，熔煉電流30KA，攪拌電流為5A，真空度小于3Pa)，得到圓柱形鑄錠；其中，海綿鈦、鋁屑和鉛粉的質量比為1：0.85：0.02，海綿鈦的粒徑為25.4mm；

(2)保溫鍛造及熱軋：扒皮處理，以去除鑄錠表面的氧化層，扒皮厚度小于5mm；在600℃保溫120分鐘，再升溫至900℃后保溫150分鐘，接著升溫至1200℃后保溫250分鐘，經鍛造(一個火次鍛拔，鍛拔的開鍛溫度為1050℃，終鍛溫度為840℃)得到中間坯，進行熱軋開坯(溫度為900℃，保溫時間為120分鐘)，得到鈦板坯；

(3)酸洗：使用45℃去離子水對鈦板坯進行預清洗(流動清洗，流量為40m³/h)，浸泡于50℃的酸液進行酸洗，然后漂洗(60℃的去離子水進行噴淋漂洗)、烘干(噴吹80℃的熱風，從而把表面殘留的液體烘干)；其中，酸液是將65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氫氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照體積比1：2：3混合配制得到；

(4)冷軋：在第一退火爐12中進行軟化處理，820℃(加熱速度為20℃/h)加熱15分鐘，空冷，在拋丸機14中通過高速噴射鋼丸擊碎和去除表面的氧化層，然后進行10道軋制；

(5)退火：在真空度4Pa的第二退火爐5中，加熱至600℃，保溫6小時，排除空氣并用氬氣置換，冷卻至120℃(冷卻速度為4℃/h)，即得。

一種復合鈦板的制造系統，包括依次連接的熔煉裝置、保溫鍛造及熱軋裝置2、酸洗裝置3、冷軋裝置4和退火裝置，熔煉裝置為真空自耗電弧爐1，保溫鍛造及熱軋裝置2包括依次連接的鍛造機6和熱軋機7，酸洗裝置3包括依次連接的預清洗槽8、酸洗槽9、漂洗槽10和烘干設備11，冷軋裝置4包括依次連接的第一退火爐12、空冷器13、拋丸機14和冷軋機15，退火裝置為第二退火爐5。

其中，真空自耗電弧爐1內的熔煉電極是利用海綿鈦、鋁屑和鉛粉混合制備。預清洗槽8包括入口和出口，以及在入口與出口之間連續流動的去離子水。酸洗槽9中盛有酸液，是將65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氫氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照體積比1：2：3混合配制得到。漂洗槽10的頂部和底部分別設有噴淋去離子水的噴淋設備。烘干設備11為連續噴吹80℃熱風的裝置。

實施例5：

如圖1所示，一種復合鈦板的制造工藝，包括步驟：

(1)熔煉：將海綿鈦、鋁屑和鉛粉混合均勻后壓制成電極塊，之后將所得電極塊焊接得到圓柱形電極，進行4次真空自耗電弧熔煉(熔煉電壓40V，熔煉電流25KA，攪拌電流為15A，真空度小于3Pa)，得到圓柱形鑄錠；其中，海綿鈦、鋁屑和鉛粉的質量比為1：0.65：0.02，海綿鈦的粒徑為12.3mm；

(2)保溫鍛造及熱軋：扒皮處理，以去除鑄錠表面的氧化層，扒皮厚度小于5mm；在650℃保溫110分鐘，再升溫至950℃后保溫140分鐘，接著升溫至1300℃后保溫220分鐘，經鍛造(一個火次鍛拔，鍛拔的開鍛溫度為1100℃，終鍛溫度為830℃)得到中間坯，進行熱軋開坯(溫度為950℃，保溫時間為110分鐘)，得到鈦板坯；

(3)酸洗：使用50℃去離子水對鈦板坯進行預清洗(流動清洗，流量為35m³/h)，浸泡于60℃的酸液進行酸洗，然后漂洗(55℃的去離子水進行噴淋漂洗)、烘干(噴吹95℃的熱風，從而把表面殘留的液體烘干)；其中，酸液是將65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氫氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照體積比1：2：3混合配制得到；

(4)冷軋：在第一退火爐12中進行軟化處理，750℃(加熱速度為22℃/h)加熱12分鐘，空冷，在拋丸機14中通過高速噴射鋼丸擊碎和去除表面的氧化層，然后進行12道軋制；

(5)退火：在真空度8Pa的第二退火爐5中，加熱至620℃，保溫5小時，排除空氣并用氬氣置換，冷卻至140℃(冷卻速度為3℃/h)，即得。

一種復合鈦板的制造系統，包括依次連接的熔煉裝置、保溫鍛造及熱軋裝置2、酸洗裝置3、冷軋裝置4和退火裝置，熔煉裝置為真空自耗電弧爐1，保溫鍛造及熱軋裝置2包括依次連接的鍛造機6和熱軋機7，酸洗裝置3包括依次連接的預清洗槽8、酸洗槽9、漂洗槽10和烘干設備11，冷軋裝置4包括依次連接的第一退火爐12、空冷器13、拋丸機14和冷軋機15，退火裝置為第二退火爐5。

其中，真空自耗電弧爐1內的熔煉電極是利用海綿鈦、鋁屑和鉛粉混合制備。預清洗槽8包括入口和出口，以及在入口與出口之間連續流動的去離子水。酸洗槽9中盛有酸液，是將65w.t.％的硝酸溶液、48w.t.％的氫氟酸溶液和92w.t.％的硫酸溶液按照體積比1：2：3混合配制得到。漂洗槽10的頂部和底部分別設有噴淋去離子水的噴淋設備。烘干設備11為連續噴吹95℃熱風的裝置。

試驗例

對實施例1～5所得復合鈦板的抗拉強度進行了測試，均在520MPa以上，遠高于GB/T 26723-2011冷軋鈦帶卷中不小于240MPa的要求。

表面粗糙度的測量：測量各試驗的算術平均粗糙度(Ra)和最大高度(Rz)。測量中使用表面粗糙度形狀測量儀(東京精密社制サ一フコム1400D)，依據JIS B 0601：2001的方法進行測量。

清洗性：將各試驗體切割成20×25mm²，進行丙酮清洗，進行質量測定后，在各試驗體的單面涂布動粘度34mm²/s(溫度40℃)的擠壓油25μL。然后，以攪拌器攪拌加溫至70℃的純水2L，其中浸漬各試驗體3分鐘并取出。其后，使各試驗體干燥，測定質量，根據與擠壓油涂布前的質量的差，評價殘留的油分量，殘留油分在0.5mg/cm²以下時為清洗性良好，超過0.5mg/cm²時為清洗性差。測試結果見表1。

表1.表面狀態性能

從表1可得，本發明的復合鈦板表面光滑性好，清洗性良好。

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。