采用大壓下量軋制鎳中間層鈦鋼復合板的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鈦鋼復合板制備加工領(lǐng)域，具體涉及一種采用大壓下量軋制鎳中間層鈦鋼復合板的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦具有良好的物理、化學性能與機械性能，但其冶煉技術(shù)復雜，生產(chǎn)成本高，因此鈦的價格很貴，很大程度限制了鈦的推廣及應用。將鈦與其它金屬(如鋼、銅、鋁等)復合在一起，制成金屬復合材料，既可以發(fā)揮鈦的優(yōu)異性能，又可大大降低成本，因而近年來對類似材料的研宄很多，其中鈦-鋼復合材料以其高強度、優(yōu)異的耐蝕性能和顯著的經(jīng)濟效益而被廣泛的應用于化工、石油等工業(yè)部門。
[0003]現(xiàn)有的復合鋼板的制造方法有:填充金屬鋼錠軋制法、爆炸復合法、乳制壓接法、堆焊法等?？紤]到鈦的特性，工業(yè)上常采用爆炸復合法或軋制法(包括厚板軋制法和連續(xù)熱軋法)來制備鈦鋼復合板。爆炸復合法是將基層鋼板放置在一個平坦堅固的工作臺(通常為水泥板)上，然后將用于制作復合板的鈦板以一定的角度放在基層鋼板的上方，再將炸藥放在鈦板上方，為了防止較薄的鈦板損壞，常常在炸藥和鈦板之間鋪墊一層金屬或其它材料作為緩沖墊。然后，引爆炸藥，通過炸藥爆炸產(chǎn)生的強烈沖擊力，使鈦板與鋼板產(chǎn)生極強的斜碰撞，這種碰撞產(chǎn)生的能量使兩個板的界面結(jié)合，從而得到具有一定剪切強度的鈦-鋼復合板。
[0004]爆炸復合法能夠滿足鈦-鋼復合板的結(jié)合強度要求，但存在成材率相對低、環(huán)境污染、噪音及安全等方面的不足。與爆炸復合法生產(chǎn)的鈦-鋼復合板相比，乳制法(通常為熱軋法)簡單易行，具有產(chǎn)品尺寸規(guī)格靈活，性能穩(wěn)定，易實現(xiàn)機械化、自動化作業(yè)等優(yōu)點，而且可以生產(chǎn)更寬幅、更薄覆層的復合板材，同時，乳制法對環(huán)境要求較低，更能夠?qū)崿F(xiàn)批量生產(chǎn)的要求。
[0005]由于鈦的金屬性活潑，與多數(shù)金屬連接時將在界面上形成脆性相。由鈦-鐵二元相圖可知，鐵與鈦極易生成金屬間化合物，如TiFe、TiFe2等，由于金屬間化合物具有較大的脆性使結(jié)合界面脆化，在應力的作用下容易導致開裂，使結(jié)合強度下降。鈦在溫度為1155K時發(fā)生相變，高溫時以體心立方晶格β -Ti形式存在，溫度較低時為密排立方晶格的α-T1鐵在α-Ti中的固溶度很小，在室溫下僅為0.05%?0.1%，在共析溫度下不超過0.5%。鐵是β-Ti穩(wěn)定元素，在β-Ti中的固溶度比在a-Ti中的大，在共晶溫度1355K時，鐵在β-Ti中的固溶度達到最大值25%。在β-Ti中固溶了鐵之后，可以使其相變點溫度降低，當β-Ti中鐵含量達到一定值時，β-Ti將會被保留至室溫，隨著β-Ti中鐵含量的進一步增高，在冷卻過程中，將會造成鐵在鈦中的過飽和，進而超過其在鈦中的固溶度而形成金屬間化合物。在采用熱軋法生產(chǎn)鈦-鋼復合板時，減少化合物生成是改善界面結(jié)合效果，提尚廣品質(zhì)量的關(guān)鍵。
[0006]發(fā)明專利201410446843.4公開了一種制造鈦鋼復合板的方法，并具體公開了采用電鍍或化學鍍方法在鋼板或鋼坯的待復合的表面上鍍覆鎳、銅或純鐵來形成鍍層，從而提高界面的結(jié)合強度。采用該方法能夠在一定程度上提高界面結(jié)合強度，但是，由于鍍層較薄，高溫或長時間加熱條件下鈦、鐵等元素可以穿透鍍層，在界面形成脆性化合物，不能起到阻止元素相互擴散的目的；同時，由于鍍層金屬沒有良好的延展性，在軋制過程中，會引起界面狀態(tài)不均勻的問題，導致采用該方法制備的鈦鋼復合板產(chǎn)品質(zhì)量無法得到很好的保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供采用大壓下量軋制鎳中間層鈦鋼復合板的方法。
[0008]本發(fā)明采用大壓下量軋制鎳中間層鈦鋼復合板的方法，包括以下步驟:
[0009]a、組坯:按照鋼板/鈦板/鎳箔/鋼板的順序進行對稱組坯，然后將坯料四周焊合，坯料內(nèi)部進行抽真空處理，得到組合坯料；其中，在鋼板與鈦板的相鄰面涂覆隔離劑，所述鎳箔的厚度為0.5mm ；
[0010]b、加熱:將組合坯料進行加熱，加熱溫度為940?1000°C，加熱時間為120?360min ；
[0011]C、軋制:將加熱后的組合坯料進行軋制，其中，終軋溫度為600?700°C，軋制總變形量為>90%，首道次變形量30%以上，其余道次變形量20%以上，乳制速度為0.1?2m/s ；
[0012]d、精整:分離鈦鋼界面，得到鈦鋼復合板。
[0013]其中，在a步驟之前還需進行表面處理步驟，所述表面處理的方法為:對鋼板及鈦板的表面進行磨拋處理，以去除表面污物和氧化層。
[0014]進一步的，a步驟所述的真空處理的真空度為IX 10_2Pa及以下。
[0015]作為優(yōu)選方案，b步驟所述的加熱溫度為940°C，加熱時間360min ；c步驟軋制時，首道次變形35%，經(jīng)過7道次軋制，累計變形量為91 %，軋制速度lm/s，終軋溫度為600 °C
[0016]進一步的，a步驟的組坯方法為:
[0017]①準備兩塊規(guī)格相同的鋼板、一塊鈦板、一塊鎳箔、四塊側(cè)板，其中，所述側(cè)板材質(zhì)與鋼板相同；
[0018]②側(cè)板處理:在四塊側(cè)板中的至少一塊上開孔，并在開孔處焊接一根無縫碳鋼管；
[0019]③焊接:在鋼板與鈦板的相鄰面涂覆隔離劑，按照鋼板/鈦板/鎳箔/鋼板的順序進行對稱組坯，將側(cè)板設(shè)置在鈦板四周，且位于兩塊鋼板之間，將鋼板與側(cè)板之間的縫隙以及側(cè)板與側(cè)板之間的間隙進行焊接，使其成為一個組合體；
[0020]④抽真空:焊接完成后，通過無縫碳鋼管與真空泵連接，對組合體內(nèi)部抽真空后，將無縫碳鋼管密封，得到組合坯料。
[0021]其中，所述的無縫碳鋼管壁厚> 2mm。
[0022]進一步的，在四塊側(cè)板中的任意一塊上開孔。
[0023]本發(fā)明通過在鈦鋼復合界面之間插入適當?shù)慕饘冁囎鲋虚g層，進而阻止鈦、鐵等元素的相互擴散，改善界面結(jié)合效果，提高產(chǎn)品質(zhì)量。本發(fā)明所述方法加熱溫度較高，可減輕軋制設(shè)備負荷，采用本發(fā)明方法軋制后獲得的鈦鋼復合板，板型良好，表面無明顯缺陷形成，結(jié)合界面無鈦/鐵化合物的生成，結(jié)合效果良好，結(jié)合強度>230MPa，遠高于國家標準中同類鈦鋼復合板的結(jié)合強度。
[0024]此外，本發(fā)明的組坯過程不需要特殊的真空焊接設(shè)備，如真空電子束焊箱等，在大氣環(huán)境下即可完成坯料內(nèi)部真空處理，簡化了本發(fā)明鈦鋼復合板的制備工藝，降低了成本。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明采用大壓下量軋制鎳中間層鈦鋼復合板的方法，包括以下步驟:
[0026]a、組坯:按照鋼板/鈦板/鎳箔/鋼板的順序進行對稱組坯，然后將坯料四周焊合，坯料內(nèi)部進行抽真空處理，得到組合坯料；其中，在鋼板與鈦板的相鄰面涂覆隔離劑，所述鎳箔的厚度為0.5mm ；
[0027]b、加熱:將組合坯料進行加熱，加熱溫度為940?1000°C，加熱時間為120?360min ；
[0028]c、軋制:將加熱后的組合坯料進行軋制，其中，終軋溫度為600?700°C，軋制總變形量為>90%，首道次變形量30%以上，其余道次變形量20%以上，乳制速度為0.1?2m/s ；
[0029]d、精整:分離鈦鋼界面，得到鈦鋼復合板。
[0030]進一步的，在a步驟之前還需進行表面處理步驟，所述表面處理的方法為:對鋼板及鈦板的表面進行磨拋處理，以去除表面污物和氧化層。
[0031]進一步的，a步驟所述的真空處理的真空度必須達到lX10_2Pa及以下，以保證結(jié)合界面不受空氣中的氧、氮等元素的影響。
[0032]進一步的，作為優(yōu)選方案，b步驟所述的加熱溫度為940°C，加熱時間360min ；c步驟軋制時，首道次變形35%，經(jīng)過7道次軋制，累計變形量為91 %，軋制速度lm/s，終軋溫度為 600。。。
[0033]進一步的，a步驟的組坯可采用如下具體方法:
[0034]①準備兩塊規(guī)格相同的鋼板、一塊鈦板、一塊鎳箔、四塊側(cè)板，其中，所述側(cè)板材質(zhì)與鋼板相同；
[0035]②側(cè)板處理:在四塊側(cè)板中的至少一塊上開孔，并在開孔處焊接一根無縫碳鋼管；
[0036]③焊