供稿|張平平，魏東東，牛文宇，王欣 /

鈦陽極板材料是電化學(xué)工業(yè)中得以大量使用的不溶性陽極材料，也稱之為尺寸穩(wěn)定性陽極，即DSA(Dimensionally stable anode)，它以金屬鈦為基體，表面涂敷以貴金屬氧化物或貴金屬材料為主要組分的活性涂層，是20世紀(jì)60年代末發(fā)展起來的一種新型高效電極材料。鈦陽極最早用于氯堿工業(yè)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于化工、冶金、電鍍、水處理、環(huán)保、海洋、陰極保護(hù)等領(lǐng)域中。與片式鈦板相比，卷式軋制的冷軋鈦卷加工成本低，批次穩(wěn)定性高，受到鈦陽極領(lǐng)域應(yīng)用的青睞。目前冷軋TA1鈦卷常見的退火工藝主要有真空爐退火、罩式爐退火和連續(xù)退火。真空爐退火和罩式爐退火通常用于900～1500 mm寬幅冷軋卷退火[1-3]，連續(xù)退火主要用于厚度為0.1～1.0 mm，幅度300～650 mm的窄幅冷軋鈦卷、鈦箔材再結(jié)晶退火。目前鈦陽極寬幅TA1冷軋主要采用罩式爐退火。本文探討了罩式爐中不同退火工藝對TA1鈦卷的組織和性能的影響，發(fā)現(xiàn)630 °C/10 h工藝可以獲得良好的力學(xué)性能和晶粒度匹配性，滿足符合鈦陽極板和網(wǎng)用鈦卷的特殊要求。

實(shí)驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用材料為新疆湘潤新材料科技有限公司生產(chǎn)的直徑1020 mm，8.5 T的TA1鑄錠，采用1級以上海綿鈦熔煉，鑄錠經(jīng)4500T快鍛造機(jī)開坯成220 mm×1230 mm×Lmm板坯后進(jìn)行軋制。1#、2#、3#和4#批次鑄錠化學(xué)成分如表1所示。

表1 TA1鑄錠化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

實(shí)驗(yàn)方法

鈦陽極用鈦卷生產(chǎn)工藝流程為：1級海綿鈦→電極制備→兩次自耗熔煉→板坯鍛造→熱軋→熱線酸洗退火→冷軋→脫脂→罩式爐退火→拉矯→切邊→成品鈦卷。其中罩式爐退火分別采用4種不同的工藝對鈦卷力學(xué)性能和顯微組織進(jìn)行比較分析。4批次不同罩式爐退火工藝參數(shù)見表2。

表2 1.0 mm鈦卷不同罩式爐退火工藝參數(shù)

結(jié)果與分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

鈦陽極用鈦卷的橫向力學(xué)性能和顯微組織與鑄錠的化學(xué)成分、軋制變形量均有一定的關(guān)系，但鈦卷的退火工藝直接影響鈦卷的性能和顯微組織。采用4種不同罩式退火熱處理工藝，顯微組織如圖1所示，測得的力學(xué)性能見表3。

表3 不同退火工藝處理1.0 mm冷軋鈦卷的力學(xué)性能和晶粒度

從圖1中可以看出，4批鈦卷均為完全再結(jié)晶退火狀態(tài)，表明1.0 mm×1220 mm×Cmm在罩式爐中退火溫度選定630～650 °C滿足完全退火要求。從表2可以看出四種不同熱處理工藝，4批1.0 mm×1220 mm×Cmm成品鈦卷的橫向抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度隨著溫度升高和保溫時(shí)間增加而降低，延伸率和晶粒度等級逐漸增大，而表面硬度HV1基本無變化。結(jié)果表明4批鈦卷的拉伸性能和表面硬度均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，而采用再結(jié)晶退火工藝630 °C/10 h，晶粒度達(dá)到8.5級，可以滿足鈦陽極網(wǎng)對晶粒度≥8.0級特殊要求。

圖1 不同退火工藝處理1.0 mm冷軋鈦卷微觀組織圖片：(a)650 °C/20 h；(b)650 °C/15 h；(c)630 °C/15 h；(d)630 °C/10 h

分析與討論

對比4批鈦卷的罩式爐退火后晶粒微觀組織圖片(見圖1)，1#批次采用650 °C/20 h退火工藝的晶粒發(fā)生明顯的長大，平均晶粒度等級4.0。隨著溫度的降低，保溫時(shí)間減少，4#批次采用630 °C/10 h在罩式爐里進(jìn)行了完全再結(jié)晶退火，平均晶粒度等級達(dá)到8.5。分析原因?yàn)椋?批鈦卷1.0 mm×1220 mm×Cmm原料采用相同的熱軋和冷軋成形工藝，F(xiàn)e質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍0.018%～0.021%，說明退火前產(chǎn)品狀態(tài)基本一致，影響晶粒尺寸長大的因素主要是鈦卷的退火溫度和保溫時(shí)間。分別對比圖1(a)、(b)和圖1(c)、(d)采用相同退火溫度650 °C和630 °C，隨著保溫時(shí)間增加，晶粒尺寸發(fā)生明顯的長大和粗化；而對比圖1(b)、(c)采用相同保溫時(shí)間15 h，隨著退火溫度升高，晶粒尺寸也發(fā)生明顯的長大和粗化。

從表2中可以看出，隨著退火溫度的降低和保溫時(shí)間的減少，強(qiáng)度逐漸增大，延伸率逐漸降低，而表面硬度HV1值結(jié)果基本變化不大，表明在罩式爐中不同退火工藝制度對產(chǎn)品拉伸性能影響較大。為滿足力學(xué)性能和晶粒度匹配性良好，在保證鈦卷發(fā)生完全再結(jié)晶退火的狀態(tài)下，罩式爐中采用630 °C/10 h的工藝可滿足鈦陽極板和網(wǎng)用鈦卷的特殊要求。

結(jié)束語

(1)冷軋鈦卷在罩式爐中，630 °C和650 °C保溫退火后組織為完全再結(jié)晶等軸組織，且退火溫度越高晶粒尺寸越大，保溫時(shí)間越長晶粒尺寸越大。

(2)1.0 mm冷軋鈦卷在罩式爐中，采用630 °C/10 h保溫退火工藝制度，可獲得良好的力學(xué)性能和晶粒度匹配性，滿足鈦陽極板和網(wǎng)的特殊要求。