压下率对冷轧及退火纯钛板材织构的影响

郭 庆，余 伟,2，韩 盈，夏梓崴

(1.北京科技大学工程技术研究院，北京 100083)(2.高效轧制国家工程研究中心，北京 100083)

钛及钛合金因其密度小、比强度高、耐高温、耐腐蚀等优异的综合性能而被广泛应用于航空航天、船舶制造、化工能源等领域[1]。板带材是钛材重要的产品形式之一，广泛应用于发电厂冷凝器、海水淡化装置和板式换热器等方面[2，3]。

本研究采用X-射线衍射仪(XRD)对冷轧及退火态TA1纯钛板材试样进行表征，分析棱锥织构和基面织构对力学性能的影响，以期优化轧制及退火工艺，指导TA1纯钛板材的生产。

实验材料为工业纯钛TA1板材，厚度2.0 mm，化学成分(质量分数，w/%)为：C 0.03，N 0.02，O 0.06，H 0.013，Fe 0.12，余量为Ti。

首先将纯钛板材放入连续退火模拟试验机进行真空退火，然后在20辊森吉米尓轧机上进行多道次轧制，分别冷轧至1.70、1.10、0.66 mm，对应的冷轧压下率分别为15%、45%、67%。对不同压下率的冷轧板材进行580 ℃/2 h退火处理。

分别从压下率为0%(原始板材)、15%、45%、67%的冷轧态和退火态板材上取样，加工成标准拉伸试样和20 mm×25 mm的XRD试样。采用CMT5605万能力学试验机进行室温拉伸性能测试。XRD试样用200#～2000#砂纸依次打磨，用酒精清洗干净后吹干，采用D8 Advance型XRD测试极图和取向分布函数(ODF)图。

2.1 冷轧纯钛板材的宏观织构

图1 不同冷轧压下率纯钛板材的晶面极图

图2 冷轧纯钛板材晶面极密度峰值随压下率的变化曲线

图3 不同冷轧压下率纯钛板材的ODF图

图4 冷轧纯钛板材主要织构极密度随压下率变化曲线

2.2 退火纯钛板材的宏观织构

图5 不同冷轧压下率纯钛板材退火后的(0002)晶面极图

图6 退火态纯钛板材晶面织构极密度峰值随压下率的变化曲线

图7 不同冷轧压下率纯钛板材退火后的ODF图

图8 退火态冷轧纯钛板材主要织构极密度随压下率的变化曲线

2.3 压下率对纯钛板材力学性能的影响

图9给出了冷轧及退火纯钛板材RD(轧向)、TD屈服强度随压下率的变化曲线。从图9可以看出，随着压下率的增大，纯钛板材屈服强度均呈上升趋势；
冷轧纯钛板材RD、TD屈服强度差值逐渐减小，各向异性得到改善，当压下率超过60%时，各向异性几乎消除，而退火后屈服强度的各向异性加剧。

图9 纯钛板材RD、TD屈服强度随压下率的变化曲线

图10给出了冷轧及退火纯钛板材RD、TD延伸率随压下率的变化曲线。从图10可以看出，随着压下率的增大，冷轧纯钛板材延伸率呈下降趋势，退火后延伸率恢复至轧制前的水平。此外，随着压下率的增大，冷轧纯钛板材RD、TD延伸率差值逐渐减小，压下率超过60%，各向异性几乎消除，而退火后延伸率的各向异性加剧。

图10 纯钛板材RD、TD延伸率随压下率的变化曲线

2.4 讨论

拉伸试验结果表明，增大冷轧压下率能显著减小纯钛板材力学性能的各向异性，当压下率为67%时，其冷轧各向异性几乎消除，这是因为此时基面织构组分多，强度高；
对该压下率的纯钛板材进行退火处理后，{0002}基面织构虽然强度高但组分明显减少，并出现新生成的再结晶棱锥织构，导致其各向异性加剧。

(2) 随着冷轧压下率的增大，纯钛板材(0002)基面织构的最大极密度先降低后增大。冷轧压下率为45%时，纯钛板材基面织构的强度最小，而棱锥织构强度呈上升趋势。

(3) 增大压下率能显著降低冷轧纯钛板材的各向异性。压下率达到60%以上时，纯钛板材拉伸性能各向异性几乎消除。

(4) 冷轧纯钛经580 ℃/2 h退火后，其(0002)晶面极图最大极密度值基本稳定，压下率为67%时，{0002}基面织构虽然强度高但组分明显减少。