钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀性强、无磁性等优良性能，广泛应用于航天、航空、船舶、化工等领域^[1]。近年来，由于钛材料无磁性，不干扰电信号等特点，受到计算机、通信和消费类电子产品（3C）的青睐，其中3C电子用钛箔带材类产品发展更为迅速^[2-3]。我国钛箔带材研制生产起步较晚，0.8 mm厚度以下的精密带材一直是国内的紧缺品，每年要花费大量外汇，从国外进口^[2]。

通常把厚度0.01～0.30 mm的金属带材称为箔带材，柔性屏、微电机、环保等行业大量用到箔材^[4-5]。相对于普通的工业纯钛，TA4合金具有更高的强度，且不含复杂的合金元素，原材料成本低，同时相对于常规的TC4、TA18合金，在精密轧制过程中变形抗力小，更易于轧制成精密箔带材，因此，对于有弹性、强度要求的柔性液晶屏支撑板，TA4箔带材具有明显的优势，具备良好的应用前景。

TA4精密箔带材从3.00～4.00 mm厚度的热轧母卷，到成品0.12 mm，需要多个轧程。在轧程间需要进行再结晶软化退火，以便下道工序的冷轧变形。卷材再结晶退火根据设备情况确定热处理参数。退火温度与保温时间有很大关系。段晓鸽等^[6]对厚度0.8 mm的冷轧变形工业TA2进行退火试验，保温9 min，再结晶温度在520～600 ℃，而保温1.84 min，退火温度则需要700 ℃。0.12 mm厚度的箔带材成品退火，需要综合考虑箔带材退火过程中的板形控制、表面氧化防护和力学性能等情况，制定退火制度。

钛箔带材退火通常有氩气保护在线连续退火和真空炉卷式退火两种方式。其中在线连续退火具有效率高、板形好、性能一致性好等特点，在钛箔材的生产中使用更广泛^[7-8]。为了避免钛箔材高温退火时表面氧化，通常要对炉腔内充高纯氩气进行保护。根据加热炉的效率和生产效率，选择钛带以固定速度通过加热区，即箔材通过加热区的保温时间不变。在一定的温度范围内，保温时间不变，冷轧变形纯钛带材随着退火温度的升高，强度、硬度降低、塑性增加，这主要是由于退火过程中冷变形组织的回复和再结晶造成的^[9-13]。某电子产品要求TA4箔材以片式交付，对片材的平面度要求高，需要进行高温热压校，无论沿轧制方向还是垂直轧制方向，材料力学性能满足抗拉强度（R_m）＞700 MPa，屈服强度（R_p0.2）＞600 MPa，伸长率（A₅₀）＞15%。常规生产的TA4箔带材R_m在650 MPa，R_p0.2沿轧制方向只有530 MPa，无论是R_m还是R_p0.2，均远不能达到该要求^[4]。而TA4属于单相α组织，无法进行固溶时效热处理来提高强度，因此只能通过冷加工硬化和低温退火的方式，在保证塑性指标要求的情况下，满足强度的要求。

基于以上原因，本文开展TA4箔带材的连续退火试验研究，掌握在线连续退火温度对冷轧变形TA4箔带材的强度、塑性影响关系；在满足强度、塑性要求的情况下，尽可能提高退火温度，以实现退火过程中张力对板形的改善；通过选用不同的退火温度，研究不同退火温度下TA4箔材的力学性能和金相组织，确定最佳退火工艺参数。

1 试验用材料、试验方法及设备 1.1 试验用材料

所用的TA4材料由新疆湘润新材料科技有限公司提供，经熔炼、锻造加工成板坯后，进行热轧、冷轧和多轧程精密冷轧加工成箔带材。TA4箔带材强度较高，冷轧采用二十辊森吉米尔精密轧机，冷轧过程中需要施加500 MPa以上的前、后张力，以减少轧制力。由于冷轧前后张力较大，为了避免轧制过程中出现断带和提高板形，冷轧一轧程总变形量控制在35%左右。实际冷轧过程中，原始材料厚度为0.19 mm，分7个道次冷轧变形到厚度0.12 mm，单道次变形量在5.0%～10.0%，总变形量为36.8%。精密轧制后的箔带材，经过碱洗脱脂，进行在线退火处理。原材料铸锭化学成分如表1所示。

1.2 试验方法

（1）在线退火

在线退火炉加热效率不同，对应不同的板通量（TV）。TV值可表示为：

$ \qquad T V=T \times v $

(1)

式中：T表示要退火材料的厚度；v表示退火在线速度。

所采用的在线退火炉，600 ℃左右时TV值为2.2 mm·m/min，材料厚度为0.12 mm，根据式（1）计算得出在线速度约为18 m/min，所采用的退火温度为550～610 ℃，按间隔15 ℃，共5组温度进行退火处理。

（2）力学性能测试

不同温度退火后的TA4箔带材试样加工成图1所示的形状，按国标GB/T 228.1—2021《金属材料 拉伸试验 第一部分 室温试验方法》进行力学性能测试。按照设定的5个温度点，分别在平行于轧制方向（L方向）和垂直于轧制方向（T方向）取样进行力学性能测试，试样标距50.0 mm。

（3）金相组织分析

分别对冷轧前0.19 mm厚度和冷轧变形退火后0.12 mm厚度箔带材取样，观察箔带材表面和平行于轧制方向的横截面金相组织，分析金相组织的变化。

1.3 氩气保护在线连续退火炉

在线连续退火炉由开卷机、焊机、炉前张力系统、加热炉、冷却段、炉后张力系统、剪切机、收卷机构等部分组成，结构示意如图2所示。其中加热炉加热部分长度18 m，由5段加热区组成，每段加热区独立温控，退火过程中各加热段采用相同的加热温度。炉前后S辊张力系统主要是对进入和出入炉体部分的钛箔带材施加张力，改善板形，同时可以避免钛箔带材在炉体内因悬空和重力作用引起拖蹭炉底，造成表面划伤。在线退火过程中，对加热炉和冷却段持续通入高纯氩气，氩气流量40 m³/h，保持炉内气体正压400 Pa，防止高温下TA4箔带材表面的氧化。

入炉口和冷却段出口采用羊毛毡进行密封，如图3所示。

2 结果和分析 2.1 在线退火温度对力学性能的影响

为了满足某电子产品对箔材力学性能的要求，同时考虑TA4箔带材退火后存在变形问题，需要进行热压校退火，会使强度降低，因此对TA4箔带材退火力学性能要求相应提高，具体目标定为：R_m＞750 MPa，R_p0.2＞650 MPa，A₅₀＞15%。

在线退火温度对TA4箔带材力学性能的影响如图4所示。从图4可以看出，随着退火温度的升高，无论是延着L方向，还是T方向，R_m、R_p0.2均直线下降，但T方向的强度全部高于L方向的。A₅₀则呈现出相反的趋势，随着退火温度的升高，A₅₀持续上升，在试验的各个温度，L方向的伸长率均高于T方向的。

根据图4力学性能测试结果，550 ℃在线退火后，L方向的A₅₀只有16%，勉强满足要求，而580 ℃在线退火，L方向R_m和R_p0.2刚达到750 MPa和650 MPa的强度，而565 ℃退火后强度和塑性良好，满足即定的指标要求。565 ℃在线退火后力学性能结果见表2。最终确定0.12 mm厚度TA4箔带材在线连续退火的温度为565 ℃。

2.2 在线退火温度对金相组织的影响

图5为冷轧前0.19 mm厚TA4箔带材的表面和平行轧制方向（纵截面）的金相图。从图5可以看出，0.19 mm厚箔带材无论表面还是截面上都是经退火形成的等轴晶α相，晶粒大小在13 μm左右，评级晶粒度等级为9.5级。

经多道次冷轧，轧制到0.12 mm厚度，轧制变形量为36.8%后箔带材表面金相和平行轧制方向截面的金相如图6所示。从图6中可以看出，冷轧后钛带表面仍部分保留了轧制前等轴晶的特征，而平行于轧制方面截面上金相组织发生明显变化，轧制前的等轴晶经轧制后被压扁，存在变形不均匀现象，有的晶粒被轧制压扁成薄片，有的晶粒只是被轻微压扁，均保持原始等轴晶的形状。由于冷轧变形量较小，原始等轴晶只是被部分压扁，原始晶界仍清晰可见，未达到大变形量后出现的纤维状组织。

图7分别为550、580、610 ℃退火后的TA4箔带材L方向截面的金相组织。由图7可知，3种在线退火温度下，试样金相组织没有显著变化，主要以变形+再结晶的混合组织为主，局部区域保留冷轧变形时的形态特征。相对于550 ℃在线退火的，610 ℃退火后再结晶区域所占比例略有增加。由于在线退火速度高达18 m/min，对于冷轧TA4箔带材，从室温到进入炉体开始加热，再到进入风冷冷却区域，整个时间不超过1 min，退火温度较低，处于TA4箔带材再结晶初期的温度区间，因此，虽然在550～610 ℃较大范围内进行退火，但金相组织没有明显变化。

2.3 讨论分析

工业纯钛的再结晶温度是一个区间，再结晶起始温度受到原始冷轧变形程度、杂质含量、保温时间等因素的影响。通常认为工业纯钛在450～550 ℃就会出现再结晶，为了得到完全再结晶组织，工程生产中常采用600～700 ℃进行退火处理^[12-14]。本研究中所采用的TA4箔带材含有较多的Fe、O元素，会造成起始再结晶温度的升高，同时退火前的冷轧变形量只有36.8%，变形量较低，因此可以推断本研究中所采用的550～610 ℃退火温度，正处于TA4的回复和再结晶起始阶段。在此温度范围内，随着退火温度的提高，变形组织中位错扩散运动，并逐渐减少，起到回复作用，同时在变形较为集中的区域会形成再结晶。两方面的作用，使材料的强度、硬度降低。

后续试验中，对在线退火后的TA4箔带材进行切片，在真空炉中进行热压校，所采用的工艺为：（530±5） ℃，保温240 min，随炉冷却到60 ℃出炉。对热压校后的片材取样进行L、T方向力学性能测试。测试结果如表3所示。表3的结果表明各项性能均满足产品的性能要求。

3 结　论

（1）550～610 ℃氩气保护在线连续退火时，随着退火温度的升高，TA4箔带材抗拉强度和屈服强度持续降低，伸长率持续上升。

（2）550～610 ℃温度范围内的在线连续退火，冷轧TA4箔带材金相显微组织没有明显变化，显示为再结晶和变形晶粒的混合组织。

（3）565 ℃在线退火，得到厚0.12 mm TA4箔带材的力学性能满足后续热压校后产品的力学性能要求，故为18 m/min在线速度下的最佳退火温度。