冷軋鈦板表面缺陷識別與控制

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異的耐腐蝕性能、密度小、比強度高、高溫性能好等一系列優點，是新興的結構材料和功能材料，目前廣泛應用在航空航天、石油化工、造船、汽車、醫藥等部門在鈦合金常規產品類型中，板材是用量最大的一種，已占到鈦材市場的56%左右。在對板材的要求方面，要求化學成分穩定、無偏析，組織細化、均勻，性能穩定，表面光潔、美觀、無缺陷等。占鈦合金板材半壁江山的冷軋板，其最主要的質量問題是表面缺陷。

由于冷軋鈦板的冶金生產流程長、規格薄，因此容易出現諸如線狀缺陷、孔洞、夾雜、翹皮、氣泡等缺陷。統計發現，表面缺陷主要有金屬與非金屬壓入物類、孔洞類、機械損傷類、表面裂紋類、油污類和起皮類等。因此有必要對冷軋板材的表面缺陷形成原因進行分析，進而找出相應的預防方法，減少或消除表面缺陷，提高冷軋板產品質量。

1 常見的缺陷及形成原因

1.1 夾雜類缺陷

對于冷軋鈦板來說，最容易出現的壓入物問題如圖1。鈦板邊部毛刺和表面異物被壓入產品表面，冷軋板在生產過程中如果不對異物進行處理，或造成質量問題，使冷軋板的性能下降。還會導致外觀不符合標準，異物的壓入會是顏色不均勻，在當前高標準精度要求的前提下，生產出來的產品是無法達到此標準的。因此及時清除板坯邊部毛刺和表面異物，搞好文明生產。

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，也有出現夾雜物的情況。酸洗時氧化皮沒有清除干凈，或軋制環境不干凈，污物沾附表面，或軋輥未及時磨削，在軋制時就會被壓入薄板坯形成缺陷。凹坑缺陷出現在板材軋制面之一的局部區域，有時1個鈦板板材有1～2處肉眼可見的缺陷，嚴重時可達5～6處。缺外貌陷區有密集凹坑，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 機械性損傷缺陷

劃傷、輥痕、壓折是比較常見的機械性損傷缺陷，外觀表現為壓痕、劃傷，其形態各異，尺寸大小不一。劃傷的產生是導板、輥道以及工具不清潔，有棱角毛刺等(如圖5)，軋制時劃傷表面。劃傷的問題如果不仔細檢查，在后續的生產中對零件的沖壓會造成開裂，如果是劃傷面積大且深度比較深，會直接導致零件的報廢。如輥痕的出現或導致鈦板出現連續性的凸狀，還有折疊的凹痕都是會造成鈦板的質量出現問題，（如圖6）。以上問題的出現是與軋輥表面的磨損有關系，磨損嚴重、板角被壓都會造成軋輥出現凹坑，如圖4）。

圖5 鈦板棱角毛刺

圖6 鈦板出現連續性的凸狀

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，軋制時發生擴展。裂紋沿軋制方向分布較為密集，但不連續，其形態表現為長短不一，粗細不同的長條狀裂紋（如圖7圖8）。冷軋加工率過大，軋制時邊部被拉裂。鈦板在退火時不均勻，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導致了邊裂的產生。軋輥曲線配置不合理，也可引起邊裂。

圖7 鈦板表面出現長條狀裂紋

圖8 鈦板表面有長短不一粗細不同的裂紋

對來料進行檢查，出現裂邊的材料要及時清除干凈，在進行軋制過程中心，要調整好規程，掌握好軋輥曲線，在退火上要對工藝進行不斷的改進。嚴格把控原材料的質量問題，對于選用的原料要保證其合金質量，在進行退火完成后進行堿酸洗時，要保證足夠的時間，還有對表面出現的孔洞等質量問題要進行及時的清除，保證干凈無質量缺陷。

1.5 表面起皮類缺陷

表面起皮類缺陷產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出現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到加工率，在退火時的再結晶沒有充分形成，所以導致軋時出現此類問題（如圖11圖12）。解決此問題的方法記一下保證退火溫度達到要求，在進行開坯時要就要保證合金板坯足夠的變形，讓在結晶進行的更充分。

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 優化熔煉、強化設備管理

冷軋鈦板的過程中，工藝參數是非常重要的，所以要對參數進行優化，讓材料組織能夠更加具有均勻性，對功率密度也要進行嚴格的控制，讓鈦熔體在爐床的時間達到標準，從而保證合金元素能夠更加均勻話，杜絕出現偏析問題。

輕微小面積壓痕可對工作輥進行及時修磨，嚴重壓痕更換工作輥。根據軋制規格變化及時進行軋輥的調配，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，應及時換輥；②認真驗收來料，嚴格執行中間坯標準，如發現來料橫向板差大、“山＂形鐵等缺陷，應及時分選并單獨組織生產；③盡量用干凈的機械油作潤滑劑，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加厚，增加滑板厚度，防止串動；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 加強坯料的管理

嚴格坯料質量檢查，確保熱軋原料厚度精度，對嚴重超厚或超薄部分應切除。缺陷及時清理，不合格的坯料不投產；控制軋制的拋出速度，保持適當的壓下量，使下應力與系統保持一致。

2.3 加強工序間的管理

人員進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，及時打掃工序間衛生，生產前清理軋輥，保證軋輥光亮無缺陷。

2.4 及時清理油污，防止斑跡缺陷

避免機組漏油，提高各種溶液質量（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，可以有效的控制班跡缺陷。

堿酸洗不良出現的原因是很多種，生產細節上出現問題就會導致堿酸洗不良的出現，其主要分為酸洗不良和酸洗過度問題。這會對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量和生產工藝，不管是從規格還是溫度等都要保證合理，必須嚴格按照工藝進行執行，對于材料的質量要做好檢查，及時清除雜志，從而提高成品的質量。