鄭翠萍，毛佳鑫，楊忻鵬，韓明臣，舒 瀅

（西北有色金屬研究院，陜西 西安 710016）

鈦及鈦合金具有擁有優(yōu)異的耐腐蝕性能、密度小、比強(qiáng)度高、高溫性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)，是新興的結(jié)構(gòu)材料和功能材料，目前廣泛應(yīng)用在航空航天、石油化工、造船、汽車、醫(yī)藥等部門在鈦合金常規(guī)產(chǎn)品類型中，板材是用量最大的一種，已占到鈦材市場的56%左右。在對(duì)板材的要求方面，要求化學(xué)成分穩(wěn)定、無偏析，組織細(xì)化、均勻，性能穩(wěn)定，表面光潔、美觀、無缺陷等。占鈦合金板材半壁江山的冷軋板，其最主要的質(zhì)量問題是表面缺陷。

由于冷軋鈦板的冶金生產(chǎn)流程長、規(guī)格薄，因此容易出現(xiàn)諸如線狀缺陷、孔洞、夾雜、翹皮、氣泡等缺陷。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，表面缺陷主要有金屬與非金屬壓入物類、孔洞類、機(jī)械損傷類、表面裂紋類、油污類和起皮類等。因此有必要對(duì)冷軋板材的表面缺陷形成原因進(jìn)行分析，進(jìn)而找出相應(yīng)的預(yù)防方法，減少或消除表面缺陷，提高冷軋板產(chǎn)品質(zhì)量。

1 常見的缺陷及形成原因

1.1 夾雜類缺陷

對(duì)于冷軋鈦板來說，最容易出現(xiàn)的壓入物問題如圖1。鈦板邊部毛刺和表面異物被壓入產(chǎn)品表面，冷軋板在生產(chǎn)過程中如果不對(duì)異物進(jìn)行處理，或造成質(zhì)量問題，使冷軋板的性能下降。還會(huì)導(dǎo)致外觀不符合標(biāo)準(zhǔn)，異物的壓入會(huì)是顏色不均勻，在當(dāng)前高標(biāo)準(zhǔn)精度要求的前提下，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品是無法達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)的。因此及時(shí)清除板坯邊部毛刺和表面異物，搞好文明生產(chǎn)。

圖1 冷軋鈦板壓入物

圖2 鈦板表面的孔洞

1.2 坑洞類表面缺陷

坑洞是薄材鈦板中常見的一種表面缺陷。鈦板表面的孔洞圖2圖3，大部分冷軋軋制后才能形成孔洞，一小部分熱軋表面即已形成孔洞。在凹坑缺陷中，一般可見異常組織，也有出現(xiàn)夾雜物的情況。酸洗時(shí)氧化皮沒有清除干凈，或軋制環(huán)境不干凈，污物沾附表面，或軋輥未及時(shí)磨削，在軋制時(shí)就會(huì)被壓入薄板坯形成缺陷。凹坑缺陷出現(xiàn)在板材軋制面之一的局部區(qū)域，有時(shí)1個(gè)鈦板板材有1～2處肉眼可見的缺陷，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)5～6處。缺外貌陷區(qū)有密集凹坑，呈蜂窩狀，已失去原有的金屬光澤。

圖3 鈦板坑洞類表面缺陷

圖4 軋輥表面磨損造成鈦板凹坑

1.3 機(jī)械性損傷缺陷

劃傷、輥痕、壓折是比較常見的機(jī)械性損傷缺陷，外觀表現(xiàn)為壓痕、劃傷，其形態(tài)各異，尺寸大小不一。劃傷的產(chǎn)生是導(dǎo)板、輥道以及工具不清潔，有棱角毛刺等(如圖5)，軋制時(shí)劃傷表面。劃傷的問題如果不仔細(xì)檢查，在后續(xù)的生產(chǎn)中對(duì)零件的沖壓會(huì)造成開裂，如果是劃傷面積大且深度比較深，會(huì)直接導(dǎo)致零件的報(bào)廢。如輥痕的出現(xiàn)或?qū)е骡伆宄霈F(xiàn)連續(xù)性的凸?fàn)?，還有折疊的凹痕都是會(huì)造成鈦板的質(zhì)量出現(xiàn)問題，（如圖6）。以上問題的出現(xiàn)是與軋輥表面的磨損有關(guān)系，磨損嚴(yán)重、板角被壓都會(huì)造成軋輥出現(xiàn)凹坑，如圖4）。

圖5 鈦板棱角毛刺

圖6 鈦板出現(xiàn)連續(xù)性的凸?fàn)?/p>

1.4 表面裂紋類缺陷

表面裂紋缺陷鈦板中常見的一種表面缺陷，主要是由于來料裂邊未除凈，軋制時(shí)發(fā)生擴(kuò)展。裂紋沿軋制方向分布較為密集，但不連續(xù)，其形態(tài)表現(xiàn)為長短不一，粗細(xì)不同的長條狀裂紋（如圖7圖8）。冷軋加工率過大，軋制時(shí)邊部被拉裂。鈦板在退火時(shí)不均勻，容易造成不均勻的表面變形，隨著這種變形在同道次中的累積最終會(huì)導(dǎo)致了邊裂的產(chǎn)生。軋輥曲線配置不合理，也可引起邊裂。

圖7 鈦板表面出現(xiàn)長條狀裂紋

圖8 鈦板表面有長短不一粗細(xì)不同的裂紋

對(duì)來料進(jìn)行檢查，出現(xiàn)裂邊的材料要及時(shí)清除干凈，在進(jìn)行軋制過程中心，要調(diào)整好規(guī)程，掌握好軋輥曲線，在退火上要對(duì)工藝進(jìn)行不斷的改進(jìn)。嚴(yán)格把控原材料的質(zhì)量問題，對(duì)于選用的原料要保證其合金質(zhì)量，在進(jìn)行退火完成后進(jìn)行堿酸洗時(shí)，要保證足夠的時(shí)間，還有對(duì)表面出現(xiàn)的孔洞等質(zhì)量問題要進(jìn)行及時(shí)的清除，保證干凈無質(zhì)量缺陷。

1.5 表面起皮類缺陷

表面起皮類缺陷產(chǎn)生的主要原因是鈦板表面受到了夾雜物和表面氣泡的影響。道次加工率小，軋制道次過多，鈦板軋制的過程中，經(jīng)過壓合作用，最后形成了表面起皮類缺陷。（如圖9圖10）。

圖9 鈦板表面起皮類缺陷

圖10 鈦板表面有夾雜物和表面氣泡

1.6 表面粗晶和條狀組織

表面粗精和條狀組織的出現(xiàn)出現(xiàn)是由于擠壓和鍛造所造成的，合金板坯在加工是沒有能夠達(dá)到加工率，在退火時(shí)的再結(jié)晶沒有充分形成，所以導(dǎo)致軋時(shí)出現(xiàn)此類問題（如圖11圖12）。解決此問題的方法記一下保證退火溫度達(dá)到要求，在進(jìn)行開坯時(shí)要就要保證合金板坯足夠的變形，讓在結(jié)晶進(jìn)行的更充分。

圖11 鈦板表面粗精組織

圖12 鈦板表面條狀組織

2 防止表面缺陷的有效控制措施

2.1 優(yōu)化熔煉、強(qiáng)化設(shè)備管理

冷軋鈦板的過程中，工藝參數(shù)是非常重要的，所以要對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，讓材料組織能夠更加具有均勻性，對(duì)功率密度也要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，讓鈦熔體在爐床的時(shí)間達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，從而保證合金元素能夠更加均勻話，杜絕出現(xiàn)偏析問題。

輕微小面積壓痕可對(duì)工作輥進(jìn)行及時(shí)修磨，嚴(yán)重壓痕更換工作輥。根據(jù)軋制規(guī)格變化及時(shí)進(jìn)行軋輥的調(diào)配，改善軋輥冷卻，降低鈦板的變形不均。①勤觀察、勤換輥，如壓下無力，軋輥直徑小、磨損不均時(shí)，應(yīng)及時(shí)換輥；②認(rèn)真驗(yàn)收來料，嚴(yán)格執(zhí)行中間坯標(biāo)準(zhǔn)，如發(fā)現(xiàn)來料橫向板差大、“山＂形鐵等缺陷，應(yīng)及時(shí)分選并單獨(dú)組織生產(chǎn)；③盡量用干凈的機(jī)械油作潤滑劑，如軋輥溫度過高，也可以油、水混合軋制，但要防止板溫和輥溫不均；④將工作輥軸承箱兩側(cè)加厚，增加滑板厚度，防止串動(dòng)；⑤合理分配壓下(按壓下量隨道次逐漸減小的原則)，使其均勻變形。以上措施基本上解決了純鈦冷軋板的板形問題。

2.2 加強(qiáng)坯料的管理

嚴(yán)格坯料質(zhì)量檢查，確保熱軋?jiān)虾穸染?，?duì)嚴(yán)重超厚或超薄部分應(yīng)切除。缺陷及時(shí)清理，不合格的坯料不投產(chǎn)；控制軋制的拋出速度，保持適當(dāng)?shù)膲合铝?，使下?yīng)力與系統(tǒng)保持一致。

2.3 加強(qiáng)工序間的管理

人員進(jìn)入工序間需更換工服，穿戴勞保鞋，佩戴鞋套，最大程度保持工序間的干凈整潔，及時(shí)打掃工序間衛(wèi)生，生產(chǎn)前清理軋輥，保證軋輥光亮無缺陷。

2.4 及時(shí)清理油污，防止斑跡缺陷

避免機(jī)組漏油，提高各種溶液質(zhì)量（透平油、變壓器油、軋制油、棉軒油、愿麻油、棕櫚油）、避免帶料非正常停機(jī)，可以有效的控制班跡缺陷。

堿酸洗不良出現(xiàn)的原因是很多種，生產(chǎn)細(xì)節(jié)上出現(xiàn)問題就會(huì)導(dǎo)致堿酸洗不良的出現(xiàn)，其主要分為酸洗不良和酸洗過度問題。這會(huì)對(duì)冷氧板的硬度和厚度再次影響，解決酸洗不良問題主要是控制好冷軋板的質(zhì)量和生產(chǎn)工藝，不管是從規(guī)格還是溫度等都要保證合理，必須嚴(yán)格按照工藝進(jìn)行執(zhí)行，對(duì)于材料的質(zhì)量要做好檢查，及時(shí)清除雜志，從而提高成品的質(zhì)量。