高結(jié)合強(qiáng)度的鈦鋼復(fù)合板的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鈦鋼復(fù)合板制備加工領(lǐng)域，具體涉及一種高結(jié)合強(qiáng)度的鈦鋼復(fù)合板的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦具有良好的物理、化學(xué)性能與機(jī)械性能，但其冶煉技術(shù)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，因此鈦的價(jià)格很貴，很大程度限制了鈦的推廣及應(yīng)用。將鈦與其它金屬(如鋼、銅、鋁等)復(fù)合在一起，制成金屬復(fù)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(fù)合材料以其高強(qiáng)度、優(yōu)異的耐蝕性能和顯著的經(jīng)濟(jì)效益而被廣泛的應(yīng)用于化工、石油等工業(yè)部門。
[0003]現(xiàn)有的復(fù)合鋼板的制造方法有:填充金屬鋼錠軋制法、爆炸復(fù)合法、乳制壓接法、堆焊法等。考慮到鈦的特性，工業(yè)上常采用爆炸復(fù)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(fù)合板。爆炸復(fù)合法是將基層鋼板放置在一個(gè)平坦堅(jiān)固的工作臺(通常為水泥板)上，然后將用于制作復(fù)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(qiáng)烈沖擊力，使鈦板與鋼板產(chǎn)生極強(qiáng)的斜碰撞，這種碰撞產(chǎn)生的能量使兩個(gè)板的界面結(jié)合，從而得到具有一定剪切強(qiáng)度的鈦-鋼復(fù)合板。
[0004]爆炸復(fù)合法能夠滿足鈦-鋼復(fù)合板的結(jié)合強(qiáng)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(fù)合法生產(chǎn)的鈦-鋼復(fù)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(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動化作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，而且可以生產(chǎn)更寬幅、更薄覆層的復(fù)合板材，同時(shí)，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(shí)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(yīng)力的作用下容易導(dǎo)致開裂，使結(jié)合強(qiáng)度下降。鈦在溫度為1155K時(shí)發(fā)生相變，高溫時(shí)以體心立方晶格β -Ti形式存在，溫度較低時(shí)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(shí)，鐵在β-Ti中的固溶度達(dá)到最大值25%。在β-Ti中固溶了鐵之后，可以使其相變點(diǎn)溫度降低，當(dāng)β-Ti中鐵含量達(dá)到一定值時(shí)，β-Ti將會被保留至室溫，隨著β-Ti中鐵含量的進(jìn)一步增高，在冷卻過程中，將會造成鐵在鈦中的過飽和，進(jìn)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(fù)合板時(shí)，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(fù)合板的方法，并具體公開了采用電鍍或化學(xué)鍍方法在鋼板或鋼坯的待復(fù)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(qiáng)度。采用該方法能夠在一定程度上提高界面結(jié)合強(qiáng)度，但是，由于鍍層較薄，高溫或長時(shí)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(kuò)散的目的；同時(shí)，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(dǎo)致采用該方法制備的鈦鋼復(fù)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)問題是提供高結(jié)合強(qiáng)度的鈦鋼復(fù)合板的制備方法。
[0008]本發(fā)明高結(jié)合強(qiáng)度的鈦鋼復(fù)合板的制備方法，包括以下步驟:
[0009]a、組坯:按照鋼板/鈦板/鎳箔/鋼板的順序進(jìn)行對稱組坯，然后將坯料四周焊合，坯料內(nèi)部進(jìn)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(jìn)行加熱，加熱溫度為890?930 °C，加熱時(shí)間為120?360min ；
[0011]C、軋制:將加熱后的組合坯料進(jìn)行軋制，其中，終軋溫度為600?700°C，軋制總變形量為>70%，單道次變形量為5%?15%，乳制速度為0.1?2m/s ；
[0012]d、精整:分離鈦鋼界面，得到鈦鋼復(fù)合板。
[0013]其中，在a步驟之前還需進(jìn)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(jìn)行磨拋處理，以去除表面污物和氧化層。
[0014]其中，a步驟所述的真空處理的真空度為I X 10_2Pa及以下。
[0015]作為優(yōu)選方案，b步驟所述的加熱溫度為910°C，加熱時(shí)間360min ；c步驟軋制時(shí)，首道次變形15%，經(jīng)過12道次軋制，累計(jì)變形量為89%，乳制速度0.2m/s，終軋溫度為680。。。
[0016]進(jìn)一步的，a步驟的組坯方法為:
[0017]①準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)行焊接，使其成為一個(gè)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]作為優(yōu)選方案，可在四塊側(cè)板中的任意一塊上開孔。
[0023]本發(fā)明通過在鈦鋼復(fù)合界面之間插入適當(dāng)?shù)慕饘冁囎鲋虚g層，進(jìn)而阻止鈦、鐵等元素的相互擴(kuò)散，改善界面結(jié)合效果，提高產(chǎn)品質(zhì)量。采用本發(fā)明方法軋制后獲得的鈦鋼復(fù)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(qiáng)度>250MPa，遠(yuǎn)高于國家標(biāo)準(zhǔn)中同類鈦鋼復(fù)合板的結(jié)合強(qiáng)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(fù)合板的制備工藝，降低了成本。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明高結(jié)合強(qiáng)度的鈦鋼復(fù)合板的制備方法，包括以下步驟:
[0026]a、組坯:按照鋼板/鈦板/鎳箔/鋼板的順序進(jìn)行對稱組坯，然后將坯料四周焊合，坯料內(nèi)部進(jìn)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(jìn)行加熱，加熱溫度為890?930 °C，加熱時(shí)間為120?360min ；
[0028]c、軋制:將加熱后的組合坯料進(jìn)行軋制；其中，終軋溫度為600?700°C，乳制總變形量為>70%，單道次變形量為5%?15%，乳制速度為0.1?2m/s ；
[0029]d、精整:分離鈦鋼界面，得到鈦鋼復(fù)合板。
[0030]進(jìn)一步的，在a步驟之前還需進(jìn)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(jìn)行磨拋處理，以去除表面污物和氧化層。
[0031]進(jìn)一步的，a步驟所述的真空處理的真空度必須達(dá)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(jìn)一步的，作為優(yōu)選方案，b步驟所述的加熱溫度為910°C，加熱時(shí)間360min ；c步驟軋制時(shí)，首道次變形15 %，經(jīng)過12道次軋制，累計(jì)變形量為89 %，軋制速度0.2m/s，終軋溫度為680 °C。
[0033]進(jìn)一步的，a步驟的組坯可采用如下具體方法:
[0034]①準(zhǔn)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