轧制工艺对板式换热器用钛板组织与性能的影响

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。

1.前言

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，进一步提高板换料压制成型率。

2.试验

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。

2.2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。

3.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。

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异性，强度高、塑性及深冲性能差。

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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。

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，而且完整，充分达到再结晶状态，所以力学性能要优于第 2种轧制工艺。

4.结论

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1～1.5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(4~5):95

[2]林英,翟建宇.钛工业进展[J],2003,20(4~5):107