CN101402268A - 一种钛及钛合金/钢复合板及其制备方法 - Google Patents

一种钛及钛合金/钢复合板及其制备方法 Download PDF

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刘亚雄
郝红卫
惠宏涛
张鹏辉
吴江涛
朱磊
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Abstract

一种钛及钛合金/钢复合板及其制备方法，特别涉及一种用于大型承压容器选用的大面积钛及钛合金/钢复合板的制备方法。其特征在于在爆炸复合的钛及钛合金板和钢基板的边缘部的钛或钛合金板和钢基板之间，设有一分别与钛及钛合金板和钢基板爆炸复合的镍Ni、钽Ta或铌Nb板过渡层。首先将镍Ni、钽Ta或铌Nb板和钢基板进行爆炸复合，再将复合有镍Ni、钽Ta或铌Nb板的钢基板一侧与钛及钛合金板进行爆炸复合。本发明的一种钛及钛合金/钢复合板，极大地提高了大面积钛及钛合金/钢复合板短边端头部位的结合性能，保证复合板在后续卷制过程中端头部位不会因为剪切强度过低而分层，适用于化工和冶金等行业对大型工业设备和构件的制造需求。

Description

一种钛及钛合金/钢复合板及其制备方法
技术领域
一种钛及钛合金/钢复合板及其制备方法，特别涉及一种用于大型承压容器选用的大面积钛及钛合金/钢复合板的制备方法。
背景技术
钛具有质轻、比强度高、耐蚀等特点，而钛钢复合板兼顾了钛的耐蚀性和钢板的高强度，而且价格相对低廉，广泛应用于石化、电力、湿法冶金、烧碱等工业设备和容器制造。在大型容器制造过程中，通常将多张复合板焊接，再进行封头冲压和筒体卷制。
目前，生产钛钢复合板的方法主要有以下三种：
(1)直接爆炸复合法
用此方法制备钛钢复合板，可根据不同使用要求灵活选择基板和复板厚度，且结合强度较高，但获得大面积复合板的工艺难度较大；
(2)直接轧制复合法
用此种方法得到的钛钢复合板，板面较大，但其缺点是结合强度低，复合板总厚度较小，只能用于承受压力较低的设备，且对轧钢设备能力要求极高，在国内的应用还需推广；
(3)爆炸-轧制复合法
采用此方法得到的钛钢复合板，板面较大，结合强度较高，总厚度较小，但在生产复层较薄的钛钢复合板时，由于钛钢复合板的热膨胀系数的差异，导致钛层和钢层的变形不同步，从而影响最终的产品质量。
大型承压容器选用的钛复合板，复层一般都在3～10mm，基层一般都在50～150mm，只能采用爆炸复合的方法制备。为了在设备制造过程中减少焊缝长度、从而减少焊缝处检漏口的数量、便于设备内部结构设计的同时进而提高设备的安全性能，趋向于采用大面积的钛钢复合板。但由于爆轰稀疏波的边界效应导致大面积爆炸复合板端头部位结合强度偏弱，在后续加工过程中容易出现分层等质量问题。
发明内容
本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能有效克服由于爆轰稀疏波的边界效应导致大面积爆炸复合板端头部位结合强度偏弱，在后续加工过程中容易出现分层等质量问题，保证复合板的结合性能，满足大型承压设备对高性能大面积钛及钛合金/钢复合板的需求的钛及钛合金/钢复合板的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种钛及钛合金/钢复合板，其特征在于在爆炸复合的钛及钛合金板和钢基板的边缘部的钛或钛合金板和钢基板之间，设有一分别与钛及钛合金板和钢基板爆炸复合的镍Ni、钽Ta或铌Nb板过渡层。
本发明的一种钛及钛合金/钢复合板，其特征在于所述的镍Ni、钽Ta或铌Nb板过渡层的厚度为0.5～3mm。
本发明的一种钛及钛合金/钢复合板的的制备方法，其特征在于首先将镍Ni、钽Ta或铌Nb板和钢基板进行爆炸复合，再将复合有镍Ni、钽Ta或铌Nb板的钢基板一侧与钛及钛合金板进行爆炸复合。
本发明的一种钛及钛合金/钢复合板，其钢基板材质可为16MnR、ASME SA516Gr.70、Q235B或SS400，厚度30～150mm；复合的钛及钛合金板材质为GB/T 3620TA1、TA2、TA9、TA10、ASME SB265 Gr.16、Gr.17、Gr.1、Gr.2、Gr.7、Gr.11、Gr.12、厚度3～12mm。在钛及钛合金得合层与钢基板之间边缘位置放置过渡层，经两次爆炸复合而成，解决大尺寸钛及钛合金/钢复合板卷制过程中端部容易出现分层的问题。
本发明的一种钛及钛合金/钢复合板，其特征在于所述的复合的钛及钛合金板和钢基板整板宽度分别为1000～4500mm，长度4000～10000mm，厚度3～12mm。
本发明的一种钛及钛合金/钢复合板，其特征在于所述的镍Ni、钽Ta或铌Nb板过渡层宽度为80～500mm，长度800～4500mm。
本发明的一种钛及钛合金/钢复合板，在爆炸复合的钛及钛合金板和钢基板的边缘部的钛及钛合金板和钢基板之间，即复合板在后续卷制过程中端头部位，设有爆炸复合的镍Ni、钽Ta或铌Nb板过渡层，能有效地提高大面积钛及钛合金/钢复合板短边端头部位的结合性能，保证复合板在后续卷制过程中端头部位不会因为剪切强度过低而分层。
本发明的方法，采用两次爆炸复合，保证了爆炸复合后的结合质量。制造的钛及钛合金/钢复合板幅面较大，结合性能优良，弯曲试验无分层，钛板表面无裂纹和杂质物，后续加工过程未出现质量问题等。钛及钛合金/钢复合板既有较高的结合强度，又有较高的耐腐蚀性和抗疲劳性，因此能完全满足大型承压设备的要求。
具体实施方式
一种钛及钛合金/钢复合板，其制备过程的步骤如下：
(1)镍Ni、钽Ta或铌Nb板和钢基板进行表面打磨和抛光；
(2)镍Ni、钽Ta或铌Nb板置于后续卷制过程中端头部位，进行常规的爆炸复合安装组配操作；
(3)引爆雷管，进行镍Ni、钽Ta或铌Nb板和钢基板两种板材的爆炸复合；
(4)爆炸复合后的镍Ni、钽Ta或铌Nb板和钢基板复合板，利用油压机进行矫平，达到平整度Pz≤2mm/m、表面打磨和抛光；
(5)钛或钛合金板叠放在镍Ni、钽Ta或铌Nb板和钢基板两种板材的爆炸复合上，将在镍Ni、钽Ta或铌Nb板夹于其中，形成过渡层，再进行常规的爆炸复合安装组配操作；引爆雷管，实现钛板与基体的整体的爆炸复合连接；
(6)将钛及钛合金/钢复合板整体消应力退火500～620℃/2～5h、校平、切割、表面处理、最终制备出复层厚度4～10mm，整板宽度1,000～4,500m，长度4,000～10,000mm的钛及钛合金/钢复合板。
实施例1
首先，将将钢制基板、钛或钛合板和Ni、钽Ta或铌Nb过渡过层板；进行校平和表面处理后，
①钛合板压校形退火，690±20℃/3h；
②Ni、钽Ta或铌Nb过渡过层板和钢制基层钢板进行表面打磨和抛光；
③过渡层与基板按常规方法安装组配：
④引爆雷管，实现过渡层与基层钢板两种金属的爆炸复合连接；
⑤爆炸复合板油压机进行矫平，达到平整度Pz≤2mm/M；
⑥对上一步校平的复合板和钛板进行表面打磨和抛光；
⑦过渡层/钢板与钛板按常规方法安装组配；
⑧引爆雷管，实现过渡层/钢板与钛板的爆炸复合连接；
⑨钛复合板整体消应力退火540±20℃/3h。
操作时，选用粉状乳化基炸药，具体参数为爆速2,700～3,000m/s，密度0.75～0.85；钢板材质为ASME SA516 Gr.70，规格为118×2,120×5,750mm，过渡层选用N6，规格为1.8×500×2,180mm，选用4mm间隙支撑，炸药高度为26mm，爆炸复合后，经过校平，UT检验并进行表面处理；将处理后的材料进行复合，爆炸复合后经超声波探伤、热处理、校平后火焰切割取样，测试结果表明过渡层及其余位置界面剪切强度完全满足后续加工使用要求。

Claims (6)

1.一种钛及钛合金/钢复合板，其特征在于在爆炸复合的钛及钛合金板和钢基板的边缘部的钛或钛合金板和钢基板之间，设有一分别与钛及钛合金板和钢基板爆炸复合的镍Ni、钽Ta或铌Nb板过渡层。
2.根据权利要求1所述的一种钛及钛合金/钢复合板，其特征在于所述的镍Ni、钽Ta或铌Nb板过渡层的厚度为0.5～3mm。
3.一种钛及钛合金/钢复合板的制备方法，其特征在于首先将镍Ni、钽Ta或铌Nb板和钢基板进行爆炸复合，再将复合有镍Ni、钽Ta或铌Nb板的钢基板一侧与钛及钛合金板进行爆炸复合。
4.根据权利要求1所述的一种钛及钛合金/钢复合板，其钢基板材质可为16MnR、ASME SA516Gr.70、Q235B或SS400，厚度30～150mm；复合的钛及钛合金板材质为GB/T 3620TA1、TA2、TA9、TA10、ASME SB265Gr.16、Gr.17、Gr.1、Gr.2、Gr.7、Gr.11、Gr.12、厚度3～12mm。
5.根据权利要求1所述的一种钛及钛合金/钢复合板，其特征在于所述的复合的钛及钛合金板和钢基板整板宽度分别为1000～4500mm，长度4000～10000mm，厚度3～12mm。
6.根据权利要求1所述的一种钛及钛合金/钢复合板，其特征在于所述的镍Ni、钽Ta或铌Nb板过渡层宽度为80～500mm，长度800～4500mm。
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