CN102773670B - 一种钛-钢-钛双面复合板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛-钢-钛双面复合板的制备方法，按以下工艺步骤进行：（1）分别选取四块尺寸相等的钛板和三块尺寸相等的钢板，对其表面进行除锈及除氧化层处理；（2）组坯使其形成三层钢板、四层钛板、四层过渡层的多层组合坯料，组合坯料内钛板四周与挡条之间有间隙；（3）将组合坯料压紧并分别将挡条与第一钢板、第三钢板焊接，使第一钢板、第三钢板及挡条内部形成密闭腔体，在挡条上钻孔并在孔内焊接钢管，使钢管与密闭腔体连通；（4）将组合坯料送入加热炉加热并抽真空;(5)将钢管外端封死后将组合坯料送入轧机中轧制；（6）轧制后分切即可得一块钛-钢-钛双面复合板和两块钛-钢单面复合板。本发明工艺设计合理，生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合钢板的制备方法，尤其涉及一种钛-钢-钛双面复合板的制备方法。
背景技术
钛-钢复合板由于其优异的耐蚀性和显著的经济性而被广泛应用于能源、石油、化工、海洋等各部门。生产钛-钢复合板的方法主要分为两种：一种是爆炸复合法，另一种是轧制复合法。爆炸复合法生产的产品板面较小、生产效率低、结合强度低、结合截面呈犬牙交错形，降低了钛层的有效厚度。而轧制复合法又被分为冷轧复合法和热轧复合法，热轧复合法可规模化生产，界面结合率和界面结合强度均优于爆炸法。专利CN101992344公开了一种钛-钢复合板的制备方法，其按以下工艺步骤进行，首先选取长、宽尺寸相等的钛板和钢板，除去锈层和氧化层；然后将钛板与钢板表面相对，完全重合，形成组合坯料；再用四块钛板作为侧封板封住组合坯料的四周，并用夹具将侧封板与组合坯料夹紧后一起放入真空室内；将组合坯料和侧封板的所有接触缝焊严后，将其共同送入加热炉中加热到600~1200℃，保温0.1~2h；最后将加热完成的组合坯料送入轧机中轧制，得到界面结合强度>350MPa的钛-钢复合板，该方法中，需将坯料放进真空室抽真空后进行焊接，真空焊接条件苛刻、焊接成本高，工艺设计不够合理；而且该方法中，对钢板的材质要求较高，需要使用不锈钢（如304奥氏体不锈钢），成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺设计合理的钛-钢-钛双面复合板的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种钛-钢-钛双面复合板的制备方法，按以下工艺步骤进行：（1）分别选取四块尺寸相等的钛板和三块尺寸相等的钢板，对钛板及钢板的表面进行除锈及除氧化层处理；（2）在第一钢板四周焊接挡条形成封闭的框体，在框体内的第一钢板上方铺放过渡层，过渡层上放置上表面涂覆隔离剂的第一钛板，第一钛板上放置下表面涂覆隔离剂的第二钛板，第二钛板上方依次放置过渡层、第二钢板，第二钢板上方铺放过渡层，过渡层上放置上表面涂覆隔离剂的第三钛板，第三钛板上放置下表面涂覆隔离剂的第四钛板，第四钛板上方依次放置过渡层、第三钢板，形成三层钢板、四层钛板、四层过渡层的多层组合坯料，组合坯料内钛板四周与挡条之间有间隙；（3）将组合坯料压紧并分别将挡条与第一钢板、第三钢板焊接，使第一钢板、第三钢板及挡条内部形成密闭腔体，在挡条上钻孔并在孔内焊接钢管，使钢管与密闭腔体连通；（4）将组合坯料送入加热炉加热并抽真空，温度控制在5000C～6300C，保温1～2h，真空度达到20～200Pa;(5)将钢管外端封死后将组合坯料送入轧机中轧制，轧制温度7000C～9000C；（6）轧制后分切即可得一块钛-钢-钛双面复合板和两块钛-钢单面复合板。
所述钛板的长度、宽度分别小于钢板的长度、宽度；所述挡条焊接于第一钢板及第三钢板之间内侧；钛板四周与挡条之间的间隙均匀、对称。
所述挡条为碳素钢。
所述步骤（2）中的隔离剂由1重量份的活性α—Al2O3 和1.5重量份的4%聚乙烯醇水溶液混合而成；隔离剂涂覆于钛板上后需进行烘干。
所述步骤（2）中的过渡层为镍基合金。
本发明的有益效果是：
1.工艺流程设计合理，组坯后先进行焊接，再抽真空，焊接时只需普通的电弧焊及埋弧焊就可满足条件，相比在真空条件下焊接，焊接条件要求低，成本低，且不用另外组建真空室，单独的一个坯料即是一个小的真空室，结构简单；
2.钛板被包覆在钢板形成的密闭腔体中，所以轧制时可在轧钢厂利用其加热炉（一般燃烧高炉煤气）进行加热，而其它方法（如专利CN101992344）采用钛板裸露开放性轧制时，只能使用电加热（因为煤气中的C会和Ti生成0.15mm厚的脆性TiC），所以该方法更简便，不必另建电阻加热炉；
3.钛板在真空中被加热和轧制，不会被氧化；
4.选用镍基合金做过渡层可有效阻止界面TiC的生成，从而将界面剪切强度提高到230MPa以上（GB8547-87规定界面剪切强度≥198MPa）；
5.本发明以普通碳素钢或低合金钢为基材（本发明中基材为钢板）的，相对于以奥氏体不锈钢为基材时，其成本更低而机械强度和工艺加工性能（主要是焊接）更佳；
6. 本发明中钢板和钛板之间的结合界面为平面，不减少复层和基层的有效厚度，而爆炸法结合界面呈犬牙交错的镶嵌式，势必会减少钛复层的有效厚度，减少材料的使用寿命；
7.本发明所得产品的技术指标可达到：a.界面结合率：99.6%～100%（GB8547-87：95%～100%）；b.界面剪切强度：230～260MPa（GB8547-87:138～196MPa）。
附图说明
图1是本发明产品结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种钛-钢-钛双面复合板的制备方法，按以下工艺步骤进行：
（1）分别选取四块尺寸相等的第一钛板3、第二钛板4、第三钛板11、第四钛板12和三块尺寸相等的第一钢板1、第二钢板2、第三钢板13，对第一钛板3、第二钛板4、第三钛板11、第四钛板12及第一钢板1、第二钢板2、第三钢板13的表面进行除锈及除氧化层处理；钢板的长度和宽度分别比钛板的长度和宽度大80～100mm；
（2）在第一钢板1四周点焊（间距200～300mm）挡条7形成封闭的框体，在框体内的第一钢板1上方（结合面）铺放过渡层6，过渡层6上放置上表面涂覆隔离剂5的第一钛板3，第一钛板3上放置下表面涂覆隔离剂5的第二钛板4，第二钛板4上方依次放置过渡层6、第二钢板2，第二钢板上方铺放过渡层6，过渡层6上放置上表面涂覆隔离剂5的第三钛板11，第三钛板11上放置下表面涂覆隔离剂5的第四钛板12，第四钛板12上方依次放置过渡层6、第三钢板13，形成三层钢板、四层钛板、四层过渡层的多层组合坯料，组合坯料内钛板四周与挡条7之间有均匀、对称的间隙10，间隙10为下述步骤中抽真空时的通道；挡条7采用碳素钢（Q235B），挡条的厚度为：12mm，高度为：四块钛板及一块钢板总厚度加0.3mm，长度为:比钛板的长、宽各加10mm；挡条制做时，应采取机械冷剪切，如热切割则必须去除切割面氧化层，挡条的一个侧面也必须抛光去除氧化皮，该侧面在焊到钢板上时应向里，挡条宽度（或称高度）误差应控制在3‰以内；挡条焊接时，挡条距钢板边缘22-25mm；本步骤中的隔离剂由1重量份的活性α—Al2O3 和1.5重量份的4%聚乙烯醇水溶液混合而成，活性α—Al2O3 要求800目以细，且氧化钾和氧化钠的总含量小于等于0.05%，4%聚乙烯醇水溶液须经100目纱网过滤；隔离剂按复材面积38—40g/m2乘压缩比将制备好的隔离剂均匀地涂刷在钛板未经处理的表面，涂刷好后需对其彻底烘干；本步骤中的过渡层采用镍基合金，目的是阻止Ti和基材中的C反应成TiC；
（3）将组合坯料送入液压压力平台，用适当压力将叠加体压紧，在压力平台持续加压的前提下，用手工电弧焊：小电流(≤200A）将四周挡条7和第一钢板1、第三钢板13间的缝隙封焊，焊后将压力平台卸压，移出坯体至自动埋弧焊平台，将坯体四周挡条7与两块钢板所形成的槽用埋弧焊满焊，焊接时根据钢板的材质确定焊前或焊后处理制度，以保证焊肉8无夹杂，无裂纹，无气眼，使第一钢板1、第三钢板13及挡条7内部形成密闭腔体；在焊好的组合坯料的焊肉8上钻孔深度以打穿挡条为准，并在孔内焊接无缝钢管9，并焊严密，使钢管与密闭腔体连通；钢管长度1000—1500mm，焊好后并进行检漏处理：将无缝钢管连接氩气或氮气等惰性气体，其压力要求≥0.5Mpa,同时在焊肉8上涂刷浓度为2%的洗衣粉水溶液，检查是否漏气，如有漏气应当用气割下挖10mm,再进行补焊并重新检漏，直至不泄漏；
（4）将组合坯料送入加热炉，组合坯料上焊接好的无缝钢管9弯成U形，并将弯曲部分置冷水中（起冷却作用），管子连接真空泵（旋片X15型真空泵）；启动真空泵和加热炉热源，温度控制在5000C～6300C，保温1～2h，真空度达到20～200Pa;
(5) 抽真空合格后，用热锻法距坯料150mm左右处封死抽真空的无缝钢管9并让其紧贴钢坯；在坯子表面标记相关标识（坯号、轧制方向等），在轧钢厂用大型平板轧机进行轧制，轧制温度7000C～9000C；
（6）轧制后分切即可得一块钛-钢-钛双面复合板和两块钛-钢单面复合板。为尽量提高开轧温度，出炉后可免去除鳞箱脱鳞工序，仅在轧机处用高压水除鳞。轧好的板坯自然或风冷至常温后，用乙炔切割分切成所要规格，并经矫平。
分切后经检测，本发明所得产品的技术指标可达到：a.界面结合率：99.6%～100%（GB8547-87：95%～100%）；b.界面剪切强度：230～260MPa（GB8547-87:138～196MPa）。
Claims (5)
1.一种钛-钢-钛双面复合板的制备方法，其特征在于，按以下工艺步骤进行：（1）分别选取四块尺寸相等的钛板和三块尺寸相等的钢板，对钛板及钢板的表面进行除锈及除氧化层处理；（2）在第一钢板四周焊接挡条形成封闭的框体，在框体内的第一钢板上方铺放过渡层，过渡层上放置上表面涂覆隔离剂的第一钛板，第一钛板上放置下表面涂覆隔离剂的第二钛板，第二钛板上方依次放置过渡层、第二钢板，第二钢板上方铺放过渡层，过渡层上放置上表面涂覆隔离剂的第三钛板，第三钛板上放置下表面涂覆隔离剂的第四钛板，第四钛板上方依次放置过渡层、第三钢板，形成三层钢板、四层钛板、四层过渡层的多层组合坯料，组合坯料内钛板四周与挡条之间有间隙；隔离剂按复材面积38—40g/m2乘压缩比，将制备好的隔离剂均匀地涂刷在钛板未经处理的表面，涂刷好后对其彻底烘干；（3）将组合坯料送入液压压力平台，用适当压力将叠加体压紧，在压力平台持续加压的前提下，用手工电弧焊：小于200A的小电流将四周挡 条和第一钢板、第三钢板间的缝隙封焊，焊后将压力平台卸压，移出坯体至自动埋弧焊平台，将坯体四周挡 条与两块钢板所形成的槽用埋弧焊满焊；将组合坯料压紧并分别将挡条与第一钢板、第三钢板焊接，使第一钢板、第三钢板及挡条内部形成密闭腔体，在挡条上钻孔并在孔内焊接钢管，使钢管与密闭腔体连通；（4）将组合坯料送入加热炉加热并抽真空，温度控制在500℃～630℃，保温1～2h，真空度达到20～200Pa;(5)将钢管外端封死后将组合坯料送入轧机中轧制，轧制温度700℃～900℃；（6）轧制后分切即可得一块钛-钢-钛双面复合板和两块钛-钢单面复合板。
2.如权利要求1所述的钛-钢-钛双面复合板的制备方法，其特征在于，所述钛板的长度、宽度分别小于钢板的长度、宽度；所述挡条焊接于第一钢板及第三钢板之间内侧；钛板四周与挡条之间的间隙均匀、对称。
3.如权利要求1或2所述的钛-钢-钛双面复合板的制备方法，其特征在于，所述挡条为碳素钢。
4.如权利要求3所述的钛-钢-钛双面复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的隔离剂由1重量份的活性α—Al2O3和1.5重量份的4%聚乙烯醇水溶液混合而成；隔离剂涂覆于钛板上后需进行烘干。
5.如权利要求3所述的钛-钢-钛双面复合板的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的过渡层为镍基合金。
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