二十辊森吉米尔轧机冷轧钛带工艺浅析

二十辊森吉米尔轧机冷轧钛带工艺浅析
摘要：钛是一种新兴的金属材料，在工程技术和高科技领域发挥着总要作用，今后也将得到越来越广泛的应用。

冷轧钛带作为高技术产品，市场需求量逐
年扩大。

本文简要介绍了二十辊森吉米尔轧机的特点和利用二十辊森吉米尔轧机
冷轧钛带的一些工艺要点。

关键词：森吉米尔轧机，钛带冷轧，冷轧工艺
引言：
钛广泛分布于地壳及岩石之中，储量丰富，在所有元素中排名第十。

钛的密
度仅为4.53g/cm3，仅为钢的40%左右，但强度却与钢相当。

钛带表面极易形成致
密的氧化膜，使其具有高耐蚀性。

钛与人体有很好的相容性，对人体完全无毒且
可以抵抗分泌物。

以上的这些特性使钛被认为是二十一世纪最重要的金属材料，
广泛应用于航空航天、医疗、石油化工等领域，尤其在国防军工领域，钛是制造
高端飞机、潜艇和舰船等必不可少的材料，发挥着越来越重要的作用。

冷轧钛带是高技术含量、高附加值、国防军工必须的产品，其加工设备复杂，工艺特殊，加工难度大，过去大量依靠从国外进口，但随着国内钛带冷轧技术的
发展和产量的加大，这种情况得到了明显改善。

近年来，随着国民经济的发展和
消费的升级，对薄规格钛带的需求量逐年增加，薄规格产品存在很大缺口，传统
的钛带冷轧企业由于采用四辊、六辊等轧机轧制，设备能力受限，无法轧制出较
薄产品，或者轧制出薄规格产品需要经过多次中间退火，生产成本较高，因此目
前各企业逐渐开始采用二十辊轧机轧制钛带。

1 二十辊森吉米尔轧机的特点
1.1 结构特点
二十辊森吉米尔轧机是一种单机架可逆轧机，采用的是整体牌坊的形式，机
架刚度高，最大轧制力可达800t，广泛应用于不锈钢、硅钢和钛材等高附加值材
料的轧制，尤其是薄规格产品的轧制。

其辊系采用4-3-2-1-1-2-3-4的放射状排
布方式，背衬轴承直径约为300mm，二中间辊直径约为170mm，一中间辊直径约
为100mm，工作辊直径只有约60mm。

小直径的工作辊使其在轧制时道次压下率大，尤其适合轧制难变形的极薄材料。

1.2 厚度控制
二十辊森吉米尔轧机入出口各有一套高精度的x射线厚度检测装置，搭配先
进的自动厚度控制系统（AGC），同时具备前馈、后馈和秒流量等控制模式，使
其厚度控制精度可以达到±5μm，能够满足客户对高精度产品的需求。

1.3板形控制
二十辊森吉米尔轧机具有多种板形控制手段，其二中间自由辊根据不同宽度
和轧制力等差异性，磨削出不同的凸度，在轧制时可以有效补偿轧制力造成的弯
辊和轧辊弹性压扁，从而保证轧出的带钢平直度良好。

B、C支撑辊采用双偏心结构，除了可以精准快速的控制压下外，还可以通过7个板形调整齿条的伸缩，带
动各偏心环动作，使宽度方向上各段轴产生变形，调节宽度方向上的变形不均，
起到调整板形的作用。

同时，二十辊森吉森吉米尔轧机的一中间辊带有锥度，轧
制时，通过液压缸改变锥与工作辊接触的长度，调整带钢边部受力，从而可以实
现对边部板形精准调整。

1.4 冷却与润滑
二十辊森吉米尔轧机采用以矿物油为基础油的纯油轧制，具备良好的润滑性能，即使在较大轧制力下也可形成油膜，减少辊系磨损，提高轧辊的使用寿命。

配备有两级轧制油过滤系统，过滤精度可达3μm，能够有效滤除轧制油中的杂质，保证了轧制油的纯净度。

具备较大的轧制油喷射能力，辊缝处的喷射量最高可达8000L/min，具有良好的冲洗效果，可有效清除外界的杂质，提高产品的清洁度，同时可有效带走材料变形过程中产生的热量，保证轧制温度的稳定，从而使轧辊
具有稳定的辊形，轧出的材料厚度均匀。

2 二十辊森吉米尔轧机冷轧钛带工艺
2.1 辊形的设计和轧辊粗糙度的要求
使用二十辊森吉米尔轧机冷轧钛带时，轧制力多分布于300～500吨之间，
较不锈钢轧制时偏小，因此使用的二中间自由辊凸度也较小，一般根据宽度不同，采用0.1～0.5mm的凸度。

而一中间辊根据不同的原料宽度，可采用200～500mm
的锥长，0.05～0.25%的锥度。

通过以上的辊形配合，可以轧制出平直度较好的
钛带。

由于钛的特性，其热轧时产生的表面氧化物与基体结合十分牢固，且耐蚀性
较高，在热轧后的酸洗工序很难彻底去除[1]，因此冷轧时需要采用较大粗糙度的
粗轧工作辊，一般将粗糙度控制在0.7μm以上，以便改善其表面的氧化物残留。

而钛冷轧后其金属光泽较不锈钢相差较多，因此在精轧道次需要使用粗糙度较小
的工作辊，一般控制在0.2μm以下，以便轧后表面光亮度的提升。

2.2 压下制度
使用二十辊轧机轧制钛带时可充分发挥其刚度大、道次压下率大的优点，可
在一轧程生产出较薄规格的产品。

某公司使用六辊轧机轧制钛带，若想要将
3.0mm的原料轧制至0.5mm的目标厚度，要经过三个轧程和两次中间退火才能完成，而我公司使用二十辊森吉米尔轧机可直接经一轧程完成，极大的节约了加工
成本。

钛材的弹性模量较小，大约是铁的54%，因此加工时回弹较大[2]。

在钛的轧
制时，一般采用的策略是前几道次采用较大的压下量，以便厚度快速的降低，但
两道次压下量不宜超过0.75mm和0.45mm。

在后续道次采用相对较小的压下，一
般按压下率递减的规则排布，相邻道次间压下率差值尽量控制在1%以上，可以保
证轧制各道次时的轧制力稳定。

末道次一般将压下率控制在6-10%之间，避免因
轧制力过大而使板形调整困难。

2.3 张力设定
钛材冷轧时可以使用较大的单位张力，最大可以达到0.5倍的屈服强度，采
用大张力轧制可有效降低钛冷轧过程中的轧制力，有利于减少轧制道次，提高生
产效率。

但是在实际生产中发现，在使用二十辊森吉米尔轧机轧制钛带时，如果
采用大张力，不仅会造成钛带拉窄，而且在轧制宽度在1100mm以上、厚度在
0.8mm以下的产品时，出口侧卷曲机上容易产生起筋缺陷，使出口卷曲机上的钛
卷表面产生周向隆起，并产生附加浪形，影响表面质量。

但如果张力过小，轧后
板面的人字纹缺陷又十分明显，因此在实际生产中一般将薄规格单位张力控制在
16-26N/mm2之间，且采用后张力大前张力小的方式，在预防起筋缺陷的同时，也
可获得良好的板形。

2.4 板形控制
钛带对板形要求比较高，尤其是对于后续用于焊管的钛带，必须保证其板面
的平直。

在使用二十辊轧机冷轧不锈钢时，一般采用的双边浪的板形，在大张力
轧制时预防断带，也有利于之后连续退火机组生产时保证带钢横向位置稳定。

而
冷轧后的钛带多使用罩式炉进行真空退火，若像冷轧不锈钢一样使用微边浪的板
形进行轧制，退火后无法获得良好板形。

因在使用二十辊森吉米尔轧机冷轧钛带时，可以采用在前部道次使用微双边浪的板形轧制，将边部控制的略松一些，在
成品及成品前的2-3个道次改为微中浪的方式轧制，将边部收紧，这样轧出的钛
带平直度较好，并且可以有效预防轧薄时易产生的起筋缺陷。

2.5 冷却工艺
由于钛带导热系数较低，仅为铁的1/5，若轧制过程中无法将热量及时带走，钛材与轧辊间会产生烧附现象[3]，因高温产生的微小颗粒附着在轧辊和钛带表面，造成轧后钛带表面粗糙且颜色发黑，影响表面质量和光洁度。

因此在钛带的冷轧
过程中需要给予辊缝处较大的喷油量，一般需控制在6000L/min以上，且轧制速
度不易过高，最高不应超过300m/min，以便充分发挥轧制油的冷却效果，方可使
轧后的钛材表面细腻光亮。

结语
随着社会的发展，在某些应用场景下下，钛正在替代不锈钢发挥作用，而且
这种现象会越来越普遍。

通过合理的辊形设计、压下制度、张力设定、板形控制
和冷却工艺，二十辊森吉米尔轧机可以充分发挥其优势，轧制出厚度精度高、板形良好和表面光洁度高度钛带，这将极大的提高其产品附加值。

参考文献
[1]崔岩,孙新军,董长青，陈玉东.TA1纯钛和TC4钛合金板热轧过程中的表面氧化和渗痒行为[J].热加工工艺，2021.1,10-14.
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[3]村岗一雄, 吕应增.有色金属加工.1996.6(138)30-37.。