本发明涉及金属材料领域，更具体地说，涉及一种钛钢双金属复合板的制备方法。
背景技术：
生产钛钢复合板的主要方法为爆炸复合法、爆炸-轧制复合法。爆炸复合法是用炸药作能源进行金属间焊接和生产金属复合材料的一种技术，优点是生产成本低廉，不需要较复杂的设备，不足是安全系数较低，环境污染严重；采用爆炸复合方法生产的钛钢复合板由于受工艺技术的限制，存在成材率相对低、环境污染、噪音及安全等方面的不足，尺寸也有很大的局限性，尤其是钛复材厚度尺寸≤2.0mm的大面积双金属复合板。爆炸-轧制法，是在爆炸复合法的基础上，对钛钢复合板进行轧制，充分利用了爆炸复合工艺的优点，提高了钛钢复合板的表面质量和尺寸精度；爆炸-轧制复合法在一定程度上能够弥补单独采用爆炸复合法的不足，但是其带来的安全、环境污染、复层尺寸局限性等问题并没有得到有效解决。
目前，大工业轧制生产钛钢复合板材较为鲜见，与爆炸复合法和爆炸-轧制复合法生产钛钢复合板相比，轧制法简单易行，无噪声、粉尘、地质灾害等环境不利因素发生，产品尺寸规格灵活，可以生产更宽幅、更薄复层的复合板材。同时，具有性能稳定，易实现机械化、自动化作业等优点，更能够实现批量生产的要求，属于国际提倡的绿色环保生产工艺。
但是，由于钛和钢在化学成分和物理性能上存在较大的差异，且钛属于活泼金属，在高温下易氧化，与钢发生反应易形成tife和tife2脆性化合物，影响界面结合强度和界面结合率，单纯依靠普通轧制工艺很难满足实际工程服役条件下钛钢复合板的高性能要求。
技术实现要素：
本发明目的在于克服现有技术的不足，针对爆炸复合法的缺陷，提供了一种钛钢双金属复合板的制备方法。
本发明目的在于克服现有技术的不足，在钛钢双金属复合板的制备方法中提供钛钢双金属复合坯料，以方便利用本发明的制备方法得到钛钢双金属复合板。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
一种钛钢双金属复合坯料，包括第一基板、第二基板、第一复板、第二复板隔离层和密封条，在竖直方向上由下至上依次设置第一基板、第一复板、隔离层、第二复板、第二基板；所述的第一基板和第二基板为钢板，第一复板和第二复板为钛板，隔离层设置在第一复板和第二复板之间；所述的密封条与第一基板为同一材质，密封条设置在第一基板上表面的四周，密封条的外侧与第一基板的外侧平齐，并且密封条位于第一基板和第二基板之间、第一复板和第二复板四周。
而且，所述的隔离层为重量分数1：(0.3～0.5)的粒径为50～150目氧化铝与滑石粉粉末加入粘合剂的混合物，所述的氧化铝和滑石粉的粒径为100～150目的粉末；所述的粘合剂为乳胶。
而且，所述的密封条宽度为36～49mm，优选40～46mm。
而且，所述的密封条高度，与第一复板、隔离层和第二复板高度总和的偏差范围为0～2mm，优选0～1mm。
一种钛钢双金属复合板的制备方法，按照下述步骤进行：
步骤一，采用手工电弧焊在第一基板的上表面沿四周固定密闭条；
步骤二，在第一复板与第二复板的非复合面设置隔离层并烘干，所述的隔离层为重量分数1：(0.3～0.5)的氧化铝与滑石粉粉末加入粘合剂的混合物；所述的氧化铝和滑石粉是粒径为100～150目的粉末，所述的粘合剂为乳胶；
步骤三，按照焊有密闭条的第一基板、第一复板、隔离层、第二复板、第二基板的顺序由下至上依次叠放，组成双金属复合坯料，将双金属复合坯料平移运送至真空室内抽真空处理，采用真空电子束焊接密闭条与基板形成的两条焊缝，真空度达到小于1.5×10-3pa后进行真空电子束封焊，真空电子束焊接工艺为加速电压60～150kv，聚焦电流为2210～2330ma，电子束流为291～389ma，焊接速度为4.1～11.1mm/s；所得为真空对称复合坯料；
步骤四，将真空对称复合坯料于加热炉中，进行第一次保温，然后再将加热炉的温度升温，进行第二次保温；第一次保温的温度范围为790～870℃，保温时间为99～119min；第二次保温的温度范围为951～999℃，加热炉的升温速度为160～200℃/h，保温时间为21～29min；
步骤五，采用双机架轧制模式，粗轧开轧温度910～989℃，终轧温度为840℃～949℃，中间坯厚度为成品厚度的3～8倍，精轧开轧温度830～899℃，终轧温度701～779℃；
步骤六，轧制后对真空对称复合坯料进行热矫直，冷却至室温后校平，后续进行四边切割分板，得到所述钛钢双金属复合板。
优选地，在步骤三中，所述的真空电子束焊接工艺为加速电压70～120kv，聚焦电流为2220～2320ma，电子束流为300～380ma，焊接速度为4.5～11mm/s。
优选地，在步骤四中，第一次保温的温度范围为800～850℃，保温时间为100～115min；第二次保温的温度范围为960～990℃，加热炉的升温速度为170～190℃/h，保温时间为25～28min。
优选地，步骤五中，粗轧开轧温度为920～980℃，终轧温度为850℃～899℃，精轧开轧温度840～890℃，终轧温度710～770℃。
而且，在步骤一前进行第一基板、第二基板和第一复板、第二复板的表面处理，完全去除氧化物和油污，直至全部露出新鲜金属，如采用机械加工的方法对第一基板、第二基板、第一复板和第二复板的待复合面进行表面处理，直至全部露出新鲜金属，使用酒精、丙酮和四氯化碳中的至少一种有机溶剂对新鲜金属面进行清洗，完全去除氧化物和油污。
本发明的优势在于：
(1)本发明可制备出具有高性能、高附加值的钛钢双金属复合板，生产工艺能够全程采用机械自动化流水作业，可以实现大规模批量生产，不受气候、场地、运输的影响，生产周期短，交货周期有保障，无噪声、粉尘、地质灾害等环境不利因素发生；
(2)克服了传统爆炸复合法环境污染大，受天气制约明显的弊端；
(3)本发明是全轧制法，可以采用灵活多变的纵横展宽轧制模式，如全纵轧、全横轧、纵横轧制等工艺，突破了原材料尺寸的局限(即基板和复板的尺寸没有限制)，避免了传统热轧法制造规格的局限性；
(4)本发明在高真空环境下对组合坯料进行密封，与传统的爆炸复合法和热轧复合法相比，真空制坯技术出色地解决了钛钢复合板制备过程中界面容易氧化的问题，极大提高钛钢双金属复合板的结合率及界面剪切强度，进一步拓展钛钢双金属复合板的应用范围；
(5)本发明采用两阶段加热方式，既有利于轧制，又减轻了界面元素的扩散，抑制脆性相的析出，进一步提高了复合板的界面结合强度。
与现有技术相比，根据本发明的方法生产的钛钢双金属复合板中，复板(钛板)厚度0.4～4.9mm，宽度900～3800mm，轧制后钛钢双金属复合板成品的总厚度(复板+基板的厚度)为6～40mm；本发明轧制后获得的钛钢复合板，结合效果良好，界面结合率100％，结合强度高，复合界面剪切强度≥261mpa，远高于同规格钛钢双金属复合板的综合性能(根据gb/t6396-2008复合钢板力学及工艺性能试验方法进行测试)。
附图说明
图1为本发明中使用的双金属复合坯料横截面示意图；
图2为图1中的双金属复合坯料沿a-a面的剖面图。
图中，1为第一基板，2为第二基板，3为第一复板，4为第二复板，5为隔离层，6为焊缝一，7为密闭条，8为焊缝二。
具体实施方式
采用山东钢铁集团有限公司提供的钢板和钛板进行本发明技术方案的实施如下：
如附图1和2所示，钛钢双金属复合坯料，包括第一基板、第二基板、第一复板、第二复板隔离层和密封条，在竖直方向上由下至上依次设置第一基板、第一复板、隔离层、第二复板、第二基板；所述的第一基板和第二基板为钢板，第一复板和第二复板为钛板，隔离层设置在第一复板和第二复板之间；所述的密封条与第一基板为同一材质，密封条设置在第一基板上表面的四周，密封条的外侧与第一基板的外侧平齐，并且密封条位于第一基板和第二基板之间、第一复板和第二复板四周；第一基板和第一复板之间、第二基板和第二复板之间形成待复合面；位于隔离层上下的第一复板上表面和第二复板下表面为非复合面，选择耐高温的氧化铝与滑石粉粉末加乳胶进行均匀涂覆，以保持经过真空电子束焊接、热处理、双机架轧制和热矫直之后，上下两个复合结构(第一基板和第一复板、第二基板和第二复板)之间的隔离，方便切割分板。
实施例1
本实施例钢板q345b原料厚度为100mm，钛板ta1原料厚度为4mm，复合坯料厚度为208mm，轧制厚度为20.8mm，切割四边分板后得到两张0.4+10mm单面钛钢双金属复合板。
所述的钛钢双金属复合板的制备方法，包括以下步骤：
a、采用机械加工的方法对两张钢板和两张钛板的待复合面进行表面处理，直至全部露出新鲜金属，使用酒精对新鲜金属面进行清洗，完全去除氧化物和油污；
b、根据基板和复板的尺寸制作密闭条，与基板为同一材质，采用手工电弧焊在第一基板的待复合面上沿四周固定密闭条，使用酒精对该基板待复合面进行二次清洗；
c、按照焊有密闭条的第一基板、第一复板、隔离层、第二复板、第二基板的顺序由下至上依次叠放，组成所述的对称复合坯料，将对称复合坯料平移运送至真空室内抽真空处理，采用真空电子束焊接密闭条与基板形成的两条焊缝，所得为真空对称复合坯料；
d、将复合坯料置于加热炉中，加热到800℃，保温100min，再以180℃/h的加热速度加热到960℃，保温25min；
e、采用双机架轧制模式，粗轧开轧温度920℃，终轧温度860℃，中间坯厚度等于成品厚度的4倍，精轧开轧温度840℃，终轧温度710℃；
f、轧制后对钢板进行热矫直，冷却至室温后校平，后续进行四边切割分板，得到两张单面钛钢双金属复合板。
其中，步骤b所述密闭条高度等于两张钛板及隔离层厚度总和，密闭条宽度等于40mm，密闭条长度等于钢板的长度或宽度。
在步骤b中，密闭条焊接在第一基板上时，以基板侧边为基准，密闭条外侧与基板边部齐平，最终使第一基板与密闭条形成一个凹槽型盒体。
步骤c所述隔离剂为重量分数1：0.5的粒径为100目的氧化铝与滑石粉粉末加乳胶混合组成，涂抹在复板非复合面烘干后，隔离层厚度300μm，在高温轧制时，隔离剂可防止复板非复合面发生固相结合，便于分离。
在步骤c中复合坯料在真空室采用机械泵和扩散泵进行抽真空处理，真空度达到1.2×10-3pa后进行真空电子束封焊。真空电子束焊接工艺为加速电压120kv，聚焦电流为2230ma，电子束流为300ma，焊接速度为10.9mm/s。
采用本发明所述方法制备两张单面钛钢双金属复合板，钛复层厚度0.4mm，复合板宽度900mm，钛钢界面结合率100％，复合界面剪切强度273mpa。
实施例2
本实施例钢板q345b原料厚度为96mm，钛板ta1原料厚度为6.4mm，复合坯料厚度为204.8mm，轧制厚度为25.6mm，切割四边分板后得到两张0.8+12mm单面钛钢双金属复合板。
所述的钛钢双金属复合板的制备方法，包括以下步骤：
a、采用机械加工的方法对两张钢板和两张钛板的待复合面进行表面处理，直至全部露出新鲜金属，使用丙酮对新鲜金属面进行清洗，完全去除氧化物和油污；
b、根据基板和复板的尺寸制作密闭条，与基板为同一材质，采用手工电弧焊在第一的待复合面上沿四周固定密闭条，使用丙酮对该基板待复合面进行二次清洗；
c、按照焊有密闭条的第一基板、第一复板、隔离层、第二复板、第二基板的顺序由下至上依次叠放，组成所述的对称复合坯料，将对称复合坯料平移运送至真空室内抽真空处理，采用真空电子束焊接密闭条与基板形成的两条焊缝，所得为真空对称复合坯料；
d、将复合坯料置于加热炉中，加热到827℃，保温103min，再以179℃/h的加热速度加热到964℃，保温26min。
e、采用双机架轧制模式，粗轧开轧温度928℃，终轧温度859℃，中间坯厚度等于成品厚度的4倍，精轧开轧温度846℃，终轧温度716℃。
f、轧制后对钢板进行热矫直，冷却至室温后校平，后续进行四边切割分板，得到两张单面钛钢双金属复合板。
其中，步骤b所述密闭条高度等于两张钛板及隔离层厚度总和+1mm，密闭条宽度等于39mm，密闭条长度等于钢板的长度或宽度。
在步骤b中，密闭条焊接在第一基板上时，以基板侧边为基准，密闭条外侧与基板边部齐平，最终使第一基板与密闭条形成一个凹槽型盒体。
步骤c所述隔离剂为重量分数1：0.4的粒径为120目的氧化铝与滑石粉粉末加乳胶混合组成，涂抹在复板非复合面烘干后，隔离层厚度290μm，在高温轧制时，隔离剂可防止复板非复合面发生固相结合，便于分离。
在步骤c中复合坯料在真空室采用机械泵和扩散泵进行抽真空处理，真空度达到1.4×10-3pa后进行真空电子束封焊。真空电子束焊接工艺为加速电压100kv，聚焦电流为2257ma，电子束流为308ma，焊接速度为9.2mm/s。
采用本发明所述方法制备两张单面钛钢双金属复合板，钛复层厚度0.8mm，复合板宽度1200mm，钛钢界面结合率100％，复合界面剪切强度278mpa。
实施例3
本实施例钢板q345b原料厚度为75mm，钛板ta2原料厚度为8mm，复合坯料厚度为166mm，轧制厚度为33.2mm，切割四边分板后得到两张1.6+15mm单面钛钢双金属复合板。
所述的钛钢双金属复合板的制备方法，包括以下步骤：
a、采用机械加工的方法对两张钢板和两张钛板的待复合面进行表面处理，直至全部露出新鲜金属，使用四氯化碳对新鲜金属面进行清洗，完全去除氧化物和油污；
b、根据基板和复板的尺寸制作密闭条，与基板为同一材质，采用手工电弧焊在第一基板的待复合面上沿四周固定密闭条，使用四氯化碳对该基板待复合面进行二次清洗；
c、按照焊有密闭条的第一基板、第一复板、隔离层、第二复板、第二基板的顺序由下至上依次叠放，组成所述的对称复合坯料，将对称复合坯料平移运送至真空室内抽真空处理，采用真空电子束焊接密闭条与基板形成的两条焊缝，所得为真空对称复合坯料；
d、将复合坯料置于加热炉中，加热到849℃，保温106min，再以182℃/h的加热速度加热到973℃，保温28min；
e、采用双机架轧制模式，粗轧开轧温度937℃，终轧温度862℃，中间坯厚度等于成品厚度的3倍，精轧开轧温度854℃，终轧温度721℃；
f、轧制后对钢板进行热矫直，冷却至室温后校平，后续进行四边切割分板，得到两张单面钛钢双金属复合板。
其中，步骤b所述密闭条高度等于两张钛板及隔离层厚度总和+2mm，密闭条宽度等于36mm，密闭条长度等于钢板的长度或宽度。
在步骤b中，密闭条焊接在第一基板上时，以基板侧边为基准，密闭条外侧与基板边部齐平，最终使第一基板与密闭条形成一个凹槽型盒体。
步骤c所述隔离剂为重量分数1：0.46的粒径为150目的氧化铝与滑石粉粉末加乳胶混合组成，涂抹在复板非复合面烘干后，隔离层厚度240μm，在高温轧制时，隔离剂可防止复板非复合面发生固相结合，便于分离。
在步骤c中复合坯料在真空室采用机械泵和扩散泵进行抽真空处理，真空度达到9×10-4pa后进行真空电子束封焊。真空电子束焊接工艺为加速电压80kv，聚焦电流为2304ma，电子束流为371ma，焊接速度为6.3mm/s。
采用本发明所述方法制备两张单面钛钢双金属复合板，钛复层厚度1.6mm，复合板宽度2280mm，钛钢界面结合率100％，复合界面剪切强度293mpa。
实施例4
本实施例钢板q345b原料厚度为140mm，钛板ta2原料厚度为20mm，复合坯料厚度为320mm，轧制厚度为40mm，切割四边分板后得到两张2.5+17.5mm单面钛钢双金属复合板。
所述的钛钢双金属复合板的制备方法，包括以下步骤：
a、采用机械加工的方法对两张钢板和两张钛板的待复合面进行表面处理，直至全部露出新鲜金属，使用酒精对新鲜金属面进行清洗，完全去除氧化物和油污；
b、根据基板和复板的尺寸制作密闭条，与基板为同一材质，采用手工电弧焊在第一基板的待复合面上沿四周固定密闭条，使用酒精对该基板待复合面进行二次清洗；
c、按照焊有密闭条的第一基板、第一复板、隔离层、第二复板、第二基板的顺序由下至上依次叠放，组成所述的对称复合坯料，将对称复合坯料平移运送至真空室内抽真空处理，采用真空电子束焊接密闭条与基板形成的两条焊缝，所得为真空对称复合坯料；
d、将复合坯料置于加热炉中，加热到835℃，保温112min，再以186℃/h的加热速度加热到987℃，保温27min；
e、采用双机架轧制模式，粗轧开轧温度955℃，终轧温度873℃，中间坯厚度等于成品厚度的4倍，精轧开轧温度861℃，终轧温度746℃；
f、轧制后对钢板进行热矫直，冷却至室温后校平，后续进行四边切割分板，得到两张单面钛钢双金属复合板。
其中，步骤b所述密闭条高度等于两张钛板及隔离层厚度总和+1.5mm，密闭条宽度等于43mm，密闭条长度等于钢板的长度或宽度。
在步骤b中，密闭条焊接在第一基板上时，以基板侧边为基准，密闭条外侧与基板边部齐平，最终使第一基板与密闭条形成一个凹槽型盒体。
步骤c所述隔离剂为重量分数1：0.41的粒径为110目的氧化铝与滑石粉粉末加乳胶混合组成，涂抹在复板非复合面烘干后，隔离层厚度270μm，在高温轧制时，隔离剂可防止复板非复合面发生固相结合，便于分离。
在步骤c中复合坯料在真空室采用机械泵和扩散泵进行抽真空处理，真空度达到7×10-4pa后进行真空电子束封焊。真空电子束焊接工艺为加速电压100kv，聚焦电流为2289ma，电子束流为372ma，焊接速度为8.7mm/s。
采用本发明所述方法制备两张单面钛钢双金属复合板，钛复层厚度2.5mm，复合板宽度3000mm，钛钢界面结合率100％，复合界面剪切强度312mpa。
实施例5
本实施例钢板q345b原料厚度为300mm，钛板ta2原料厚度为49mm，复合坯厚度为698mm，轧制厚度为69.8mm，切割四边分板后得到两张4.9+30mm单面钛钢双金属复合板。
所述的钛钢双金属复合板的制备方法，包括以下步骤：
a、采用机械加工的方法对两张钢板和两张钛板的待复合面进行表面处理，直至全部露出新鲜金属，使用丙酮对新鲜金属面进行清洗，完全去除氧化物和油污；
b、根据基板和复板的尺寸制作密闭条，与基板为同一材质，采用手工电弧焊在第一的待复合面上沿四周固定密闭条，使用丙酮对该基板待复合面进行二次清洗；
c、按照焊有密闭条的第一基板、第一复板、隔离层、第二复板、第二基板的顺序由下至上依次叠放，组成所述的对称复合坯料，将对称复合坯料平移运送至真空室内抽真空处理，采用真空电子束焊接密闭条与基板形成的两条焊缝，所得为真空对称复合坯料；
d、将复合坯料置于加热炉中，加热到840℃，保温109min，再以174℃/h的加热速度加热到979℃，保温28min；
e、采用双机架轧制模式，粗轧开轧温度969℃，终轧温度896℃，中间坯厚度等于成品厚度的4倍，精轧开轧温度889℃，终轧温度749℃；
f、轧制后对钢板进行热矫直，冷却至室温后校平，后续进行四边切割分板，得到两张单面钛钢双金属复合板。
其中，步骤b所述密闭条高度等于两张钛板及隔离层厚度总和+2mm，密闭条宽度等于49mm，密闭条长度等于钢板的长度或宽度。
在步骤b中，密闭条焊接在第一基板上时，以基板侧边为基准，密闭条外侧与基板边部齐平，最终使第一基板与密闭条形成一个凹槽型盒体。
步骤c所述隔离剂为重量分数1：0.3的粒径为100目的氧化铝与滑石粉粉末加乳胶混合组成，涂抹在复板非复合面烘干后，隔离层厚度280μm，在高温轧制时，隔离剂可防止复板非复合面发生固相结合，便于分离。
在步骤c中复合坯料在真空室采用机械泵和扩散泵进行抽真空处理，真空度达到5×10-4pa后进行真空电子束封焊。真空电子束焊接工艺为加速电压110kv，聚焦电流为2318ma，电子束流为359ma，焊接速度为4.9mm/s。
采用本发明所述真空全轧制方法制备两张单面钛钢双金属复合板，钛复层厚度4.9mm，复合板宽度3800mm，钛钢界面结合率100％，复合界面剪切强度337mpa。
根据本发明内容记载的工艺参数进行制备方法的调整，均可制备钛钢复合板并表现出与上述实施例基本一致的性质。以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。