一种薄复层钛钢复合板及其制备方法与流程

本发明属于复合板制备
技术领域：
，特别涉及到一种应用真空复合+轧制技术生产薄复层钛钢复合板的方法。
背景技术：
：钛钢复合板既具有钛复层优良的耐腐蚀性能，又具有基层结构钢的强度和塑性，与钛板相比其经济成本大幅度下降，是耐腐蚀环境设备制造的理想材料，在石油化工、制盐、电力、海水淡化、海洋工程等领域得到推广应用。目前，生产钛钢复合板的方法主要有4种：爆炸复合法、扩散复合法、爆炸复合-轧制法以及轧制复合法。前两种工艺生产的复合板，尺寸较小，有时难以满足用户要求，由于大能力轧机的投产运营，这两种方法只在某些特殊领域被采用，在国外出现了被淘汰的趋势。后两种方法能够生产大尺寸的钛钢复合板，但是爆炸焊接-轧制法的工序复杂，影响复合板结合强度的因素多，而且能量消耗大、污染环境、成材率相对低，有被直接轧制法取代的趋势。近年来，众多学者针对轧制法制备钛钢复合板技术进行了研究。cn105080997a公开了一种无中间层钛钢复合板的制备方法、cn104624644a公开了钛钢复合板的生产方法、cn105107841a公开了钛钢复合板的制备方法，上述三个专利文件中均采用钛钢直接复合轧制技术进行钛钢复合板的制备，制备工艺简单，不添加中间层，通过较高的终轧温度，使界面化合物破碎后产生微孔洞的可能性减小，从而使界面上的孔洞对结合性能的负面影响降低到最小。cn104907332a公开了以镍为中间层的钛钢复合板的生产方法、cn104907333a公开了以镍为中间层的钛钢复合板的高温制备方法、cn104826866a公开了以镍为中间层的钛钢复合板的高温轧制方法，上述三个专利文件中均通过在钛钢复合界面之间插入适当的金属镍做中间层，进而阻止钛、铁等元素的相互扩散，改善界面的结合效果，提高产品质量。王敬忠，颜学柏，阎静亚在《有色金属》2009年61卷第4期39-42页中发表的论文“钛-钢复合板生产中的过渡层材料”、cn104998903a公开的以铜为中间层钛钢复合板的制备方法、cn104874636a公开的以铜为中间层钛钢复合板的高温制备方法以及cn104874635a公开的以铜为中间层高结合强度钛钢复合板的制备方法中，均采用以铜为中间层，防止钛钢复合板在制备过程中界面上钛铁化合物的生成，同时利用轧制过程将结合面液相挤出，获得洁净的新生面，从而实现钛钢界面的良好结合。综上所述，虽然在钛钢复合板制备方面，国内外开展了大量的研究工作并取得了较大的成果。但是，在轧制法制备钛钢复合板的工业生产中，若钛钢直接复合进行常规轧制，为了避免在复合界面则生成大量的钛铁和钛碳脆性化合物，对基材的碳含量限制较大，无法采用力学性能较高的碳钢作为基材，极大的限制了钛钢复合板的工程应用；若在钛、钢之间加入cu、ni等金属过渡层，虽然复合性能得到了改善，但其不仅增加了生产经济成本，更是提高了工艺复杂性。面对各领域对抗腐蚀结构材料提出的越来越高的力学性能要求，开发一种低成本、高性能的钛钢复合板的制备技术成为了市场的迫切需求。技术实现要素：基于上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高性能的薄复层钛钢复合板的制备方法，采用大厚度比例组坯+大压下轧制技术，在采用较高碳含量基材和无添加其他金属过渡层的条件下，实现钛、钢之间的良好复合，控制了复合界面不同元素间的反应程度和生成化合物的分布状态，提高钛钢直接复合界面的复合性能，同时还降低了高性能钛钢复合板生产的经济成本和技术门槛。具体包括：一种薄复层钛钢复合板，由基层和钛复层构成，其中，基层为c含量按质量百分比计为c≤0.22％的普碳钢或低合金钢，钛复层为工业纯钛ta2；成品复合板的板幅≤3m，厚度为3～16mm，其中钛复层厚度≤1mm。一种薄复层钛钢复合板的制备方法，复合板由复合坯轧制而成，复合坯包括基材和钛复材，基材为c≤0.22％(按质量百分比计)的普碳钢或低合金钢连铸坯、中间坯或板材，基材长度为2～4m，宽度为1～3m，厚度为20～100mm；所述钛复材为工业纯钛ta2板材，长度为1.7～3.8m，宽度为0.7～2.8m，厚度为2～10mm。钛复材长、宽小于基材且在组成复合坯时，基材与钛复材的四条边的边距为100～150mm。具体步骤如下：(1)选取基材和钛复材作为组坯用原料。(2)分别采用铣削和磨削方式对基材和钛复材待接触表面进行机加工，去除待接触面的锈层和氧化层。(3)对加工后的基材和钛复材表面进行去油污和吹扫处理。(4)将钛复材、基材以上、下的位置依次居中叠放，且在钛复材上表面喷涂隔离剂，静置干燥，隔离剂喷涂厚度1～2mm。(5)采用对称组坯的方式，将两组经过上述处理后的原料对正叠放在一起，钛复材居正中心部。(6)将两基材之间的间隙用与基材相同成分的长方形夹条进行完全填充，形成复合坯。(7)将复合坯送入真空室抽取真空后对其四周缝隙进行真空电子束密封焊接，使钛复材处于密闭真空环境，真空度为1.0×10-2～4.5×10-2pa；真空电子束密封焊接的有效熔深为30～40mm。(8)将真空电子束密封焊接处理后的复合坯料加热至900～920℃保温，保温时间按照1mm/min×复合坯总厚度计算，开轧温度为880～900℃，单道次压下率为25％～30％，总压下率≥85％，终轧温度为800℃以上，空冷至室温。(9)将轧制后复合板进行切边、分板、表面修磨后得到两块厚度为3～16mm的钛钢复合板，其板幅可达3m，钛复层厚度≤1mm。在组坯之前对坯料待复合表面进行铣削或磨削处理，去除锈层和氧化物层，使其在轧制的过程中均以新鲜金属相互接触，保证两者之间形成冶金结合，提高结合质量，避免夹杂、气孔和未结合等缺陷。基材和钛复材由于材质不同，在轧制复合过程中彼此间的应力应变不一致，冷却过程中会形成较大的应力集中和形变，降低复合界面的结合率和结合质量，甚至完全撕裂。本发明采用基材与钛复材厚度比为10～20，钛复材长、宽小于基材且与其四条边的边距为100～150mm，一方面通过限定钛复材所占的厚度比例，降低基材和钛复材之间的应力差，另一方面通过加大四周封边焊接的有效熔深以及同质间的轧制结合力达到控制其形变的作用。隔离剂在1250℃以下时，不与基材和钛复材发生反应且保证隔离效果。为了防止两层钛复材发生轧制结合，本发明进行了隔离剂喷涂，喷涂厚度在1～2mm，一方面可以防止隔离两层钛复材的直接接触，另一方面控制两层钛复材之间的间隙，防止间隙过大引起钛板串动。采用对称组坯的方式，不仅起到了真空密封钛复材的效果，还提高了复合坯的整体厚度和目标厚度，提高了板形控制效果。其中，钛在高于400℃时会与氧、氮、氢发生反应，且复合界面也会产生剧烈氧化，采用对称组坯方式，将钛复材置于中心焊接真空密封，防止了钛和原料与大气发生反应。同时，由于在轧制较薄规格板材时板形不易控制，易发生翘曲、波浪等缺陷，本发明采用对称组坯轧制后分板的技术，提高了轧制厚度，有效的控制了薄板的板形问题。为了保证复合坯的封边效果，本发明采用真空电子束焊机进行了封边焊接，焊接有效熔深为30～40mm，一方面可以保证复合界面的真空度，另一方面可以保证钛钢复合坯在轧制过程中不开裂。由于钛在高于920℃时会发生β相转变，c的扩散速率极具增加，严重降低复合性能，因此本发明采用900～920℃加热温度和880～900℃的开轧温度，控制其相转变。同时，为了提高钛、钢之间的复合性能，降低钛铁、钛碳化合物的不均匀生成对复合性能的影响，本发明采用25％～30％单道次压下率和85％以上的总压下率，并控制终轧温度在800℃以上，进一步减少复合坯的高温停留时间，使复合界面生成的钛铁、钛碳化合物破碎、细化，弥散分布在复合界面，改善化合物的分布状态，可改善轧制法制备钛钢复合板对基材碳含量的敏感性，提高基材碳含量，从而达到提高钛钢复合板力学性能的目的。钛、铁、碳在轧制过程中会持续发生反应且与温度高低成正比，在钛钢复合轧制中其反应程度越大则复合性能越低。因此，本发明在控制单道次压下率和总压下率的同时，限定钛钢复合板的厚度为3～16mm，控制复合板的冷却速度，调节界面反应程度，达到优化钛钢复合性能的作用。有益效果：按上述方案生产的复合板具有以下有益效果：(1)本发明制备的钛钢复合板，既保证了板材单面的高抗腐蚀性能，其ta2侧为工业纯钛，同时整体又具有较高的结构强度，复合板抗拉强度可达475mpa以上，且屈服强度可达365mpa以上，达到了q345级别碳钢的国家标准要求。适用于酞酸制备设备、压力容器、锅炉、火电站烟囱、核反应堆、贮存器、海洋土木结构等。(2)本发明的组坯和轧制工艺轧制效果好，可保证ta2和碳钢之间形成冶金结合，轧制板形好，无需矫直，成材率可达85％以上。(3)本发明制备的钛钢复合板，板幅大，可达3m，厚度为3～16mm，且基层和复层的组织和性能稳定，复合面结合率为100％。(4)无需添加过渡金属即可实现钛、钢之间的良好结合，复合界面力学性能优异，其剪切强度均达到238mpa以上。附图说明图1为ta2/q345b钛钢复合板复合界面微观组织，复合界面连续、平滑，无气孔、夹杂、微裂纹和未结合缺陷，且无大块tic脆性相存在。具体实施方式以下实施例用于具体说明本
发明内容，这些实施例仅为本
发明内容的一般描述，并不对本
发明内容进行限制。表1为本发明实施例基材的实际材质及原料规格；表2为本发明实施例钛复材的实际材质及原料规格；表3为本发明实施例复合坯的相关信息；表4为实施例轧制工艺参数及成品复合板信息；表5为本实施例的轧制制度；表6为本发明实施例复合板实物的性能检验结果。表1实施例基材坯料的实际材质及原料规格实施例材质c/wt％来源长度/m宽度/m厚度/mm1q345b0.22中间坯43602q345e0.18板材3.62.8303q345d0.16板材3.62.8404s355jr0.15连铸坯4380表2实施例钛复材的实际材质及原料规格实施例材质来源长度/m宽度/m厚度/mm1ta2板材3.82.862ta2板材3.42.633ta2板材3.42.634ta2板材3.72.76表3实施例复合坯相关信息表4实施例轧制工艺参数及成品复合板信息表5本实施例轧制制度表6实施例复合板实物和性能检验结果注：其中表中剪切强度数值为试样失效时拉力转化剪切面强度，钛钢复合板的剪切性能严格按照国家标准执行，但试样均在钛层母材发生断裂，可以说明复合界面的剪切强度大于该试验检验强度。由实施例可见，根据本发明的薄复层钛钢复合板的制备方法，生产的钛钢复合板，抗拉强度为476～488mpa，屈服强度为369～375mpa，伸长率≥27％，剪切强度≥236mpa，弯曲检验合格。在无过渡金属添加的条件下实现了钛和较高碳含量碳钢之间的良好结合，相关力学性能均满足国家钛钢复合板r1级标准。当前第1页12