CN104874605A - 大气环境下轧制钛钢复合板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钛钢复合板制备加工领域，具体涉及一种大气环境下轧制钛钢复合板的方法。本发明包括以下步骤：a、组坯：按照钢板/钛板/铜板/钢板的顺序进行对称组坯，焊合，得到组合坯料；b、加热：将组合坯料在950～1050℃加热2～6h；c、轧制：将加热后的组合坯料进行至少两道次的轧制，轧制总变形量为＞90％；d、精整：分离钛钢界面，得到钛钢复合板。本发明方法工艺简单，可以解决钛钢复合板制备过程中界面氧化的问题，获得的钛钢复合板板型良好，结合效果良好，结合强度200MPa。

Description

大气环境下轧制钛钢复合板的方法
技术领域
本发明属于钛钢复合板制备加工领域，具体涉及一种在大气环境下轧制钛钢复合板的方法。
背景技术
钛具有良好的物理、化学性能与机械性能，但其冶炼技术复杂，生产成本高，因此钛的价格很贵，很大程度限制了钛的推广及应用。将钛与其它金属(如钢、铜、铝等)复合在一起，制成金属复合材料，既可以发挥钛的优异性能，又可大大降低成本，因而近年来对类似材料的研究很多，其中钛-钢复合材料以其高强度、优异的耐蚀性能和显著的经济效益而被广泛的应用于化工、石油等工业部门。
目前，钛-钢复合板的生产方式主要有四种：爆炸复合法、扩散复合法、爆炸-轧制和直接轧制法。直接轧制法是目前的发展趋势，相比其余3种生产方式，具有产品尺寸规格灵活，性能稳定，易实现机械化、自动化作业等优点。直接轧制法最初将钛板(复合材)与钢板(基材)以嵌入式的板坯对称组装。这时，在钛板与钢材之间放入合适的中间嵌入材，再在高真空下采用电子束焊接。最后放入加热炉加热后，在厚板轧机上强压轧到所要求的厚度，这样钛板与钢板则真正接合了。最后将外围切割，分离为2张板。
但由于直接轧制法是在高温下进行轧制，在加热过程中，金属复合界面极易被氧化，而氧化的界面会极大地降低界面结合强度，因此，钛钢复合板的组料过程通常在真空电子束焊箱内进行，通过内部真空处理来提高界面结合强度。
日本钢管公司(NKK)关于用夹层式板坯复合方法轧制钛钢复合板的方法，就是在真空下，使用电子束焊接的板坯复合技术，使板坯复合达到高效化，得到的板坯具有良好的经济效益和应用价值。但是在高真空条件下，利用电子束焊接工艺较复杂，生产成本高。
申请号为“CN101992344A”，发明名称为“一种钛-钢复合板的制备方法”公开了一种以长、宽尺寸相等的钛板和钢板，除去锈层和氧化层，然后相对重合制成复合坯料，再将复合坯料四周用钛板侧封，用夹具夹紧组合坯料后在真空室内抽真空，使真空度达到10-2MPa时，经组合坯料四周焊合，再在加热炉内加热到600～1200℃下保温0.1～2h，最后在550～1150℃下轧制，轧制速度0.3～2m/s，总压下量＞30％，首次压下率＞5％，得到钛-钢复合板的技术方案。此工艺方法是以钛-钢为原材的复合板，需要在真空室内进行真空处理，工艺复杂，而且在加热过程中，由于钛的金属性活泼，铁与钛极易生成金属间化合物，由于金属间化合物具有较大的脆性使结合界面脆化，在应力的作用下容易导致开裂，使结合强度下降。
申请号为“201410446843.4”，发明名称为“一种制造钛钢复合板的方法”，具体公开了采用电镀或化学镀方法在钢板或钢坯的待复合的表面上镀覆镍、铜或纯铁来形成镀层，从而提高界面的结合强度。采用该方法能够在一定程度上提高界面结合强度，但是，由于镀层较薄，高温或长时间加热条件下钛、铁等元素可以穿透镀层，在界面形成脆性化合物，不能起到阻止元素相互扩散的目的；同时，由于镀层金属没有良好的延展性，在轧制过程中，会引起界面状态不均匀的问题，导致采用该方法制备的钛钢复合板产品质量无法得到很好的保障。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大气环境下轧制钛钢复合板的方法，以达到解决钛钢复合板制备过程中界面氧化问题的目的。
为了实现上述目的，本发明提供一种大气环境下轧制钛钢复合板的方法，包括以下步骤：
a、组坯：按照钢板/钛板/铜板/钢板的顺序进行对称组坯，然后将坯料四周焊合，得到组合坯料；其中，在钢板与钛板的相邻面涂覆隔离剂，所述铜板的厚度为50～100μm；
b、加热：将组合坯料在950～1050℃加热2～6h；
c、轧制：将加热后的组合坯料进行至少两道次的轧制，其中，前两道次变形量≥15％，轧制总变形量为＞90％；
d、精整：空冷至室温，分离涂覆隔离剂的钛钢界面，得到钛钢复合板。
上述所述的大气环境下轧制钛钢复合板的方法，在a步骤之前还需进行表面处理步骤，所述表面处理的方法为：对钢板及钛板的表面进行磨抛处理，以去除表面污物和氧化层，减少界面对结合强度的影响。
其中，上述所述隔离剂为本领域技术人员常用的隔离剂，通常采用具有高温稳定性的氧化物，如Al2O3，SiO2，陶瓷材料、滑石粉等。主要起隔离不需要复合的钛钢界面的作用，达到轧制后可以分离钛钢界面的目的。
进一步的，a步骤所述的铜板为铜箔或由铜含量＞30％的铜合金加工而成。
进一步的，上述所述的大气环境下轧制钛钢复合板的方法，作为优选的方案，b步骤所述的加热温度为980℃，加热时间6h；c步骤轧制时，前两道次变形25％，经过10道次轧制，累计变形量为92％。
上述所述的大气环境下轧制钛钢复合板的方法，a步骤的组坯方法具体为：
①准备两块规格相同的钢板、一块钛板、一块铜箔、四块侧板，其中，所述侧板材质与钢板相同；
②焊接：在钢板与钛板的相邻面涂覆隔离剂，按照钢板/钛板/铜箔/钢板的顺序进行对称组坯，将侧板设置在钛板四周，且位于两块钢板之间，将钢板与侧板之间的缝隙以及侧板与侧板之间的间隙进行焊接，使其成为一个组合体，得到组合坯料。
本发明一种大气环境下轧制钛钢复合板的方法，工艺简单，不需要在高真空环境下，可以大大降低生产成本，较少工艺步骤。加入中间板—铜板，可以和钛在高温下反应生成液相化合物，在随后的轧制过程中将液相与氧化物一同挤出，带出钛板和钢板表面的杂质和氧化物，可以获得洁净、活化的新生面，轻松解决钛钢复合板制备过程中界面氧化的问题，消除了界面氧化对结合强度的影响，其结合效果良好，结合强度>200MPa，同时，轧制过程经过分步轧制，比起传统的一步轧制，可以大大提高轧制的效率，最终实现钛钢界面的良好结合。
具体实施方式
本发明提供一种大气环境下轧制钛钢复合板的方法，包括以下步骤：
a、组坯：按照钢板/钛板/铜板/钢板的顺序进行对称组坯，然后将坯料四周焊合，得到组合坯料；其中，在钢板与钛板的相邻面涂覆隔离剂，所述铜板的厚度为50～100μm；
b、加热：将组合坯料在950～1050℃加热2～6h；
c、轧制：将加热后的组合坯料进行至少两道次的轧制，其中，前两道次变形量≥15％，轧制总变形量为＞90％；
d、精整：空冷至室温，分离涂覆隔离剂的钛钢界面，得到钛钢复合板。
上述所述的大气环境下轧制钛钢复合板的方法，在a步骤之前还需进行表面处理步骤，所述表面处理的方法为：对钢板及钛板的表面进行磨抛处理，以去除表面污物和氧化层，减少界面对结合强度的影响。
其中，上述所述隔离剂为本领域技术人员常用的隔离剂，通常采用具有高温稳定性的氧化物，如Al2O3，SiO2，陶瓷材料、滑石粉等。主要起隔离不需要复合的钛钢界面的作用，达到轧制后可以分离钛钢界面的目的。
进一步的，a步骤所述的铜板为铜箔或由铜含量＞30％的铜合金加工而成。
进一步的，上述所述的大气环境下轧制钛钢复合板的方法，作为优选的方案，b步骤所述的加热温度为980℃，加热时间6h；c步骤轧制时，前两道次变形25％，经过10道次轧制，累计变形量为92％。
上述所述的大气环境下轧制钛钢复合板的方法，a步骤的组坯方法具体为：
①准备两块规格相同的钢板、一块钛板、一块铜箔、四块侧板，其中，所述侧板材质与钢板相同；
②焊接：在钢板与钛板的相邻面涂覆隔离剂，按照钢板/钛板/铜箔/钢板的顺序进行对称组坯，将侧板设置在钛板四周，且位于两块钢板之间，将钢板与侧板之间的缝隙以及侧板与侧板之间的间隙进行焊接，使其成为一个组合体，得到组合坯料。
其中，所述钢板和钛板的尺寸规格没有特殊要求，本领域技术人员在实施过程中，可以根据实际生产应用的需要，而调整钛板和钢板的尺寸规格，达到生产应用的目的。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
①准备两块规格为200×160×18mm钢板，一块尺寸为160×120×20mm的钛板，一块和钛板相同尺寸，厚50μm的铜箔和尺寸为120×20×40mm和200×20×40mm的侧边框各两块，其中，所述侧板材质与钢板相同；在钢板与钛板的相邻面涂覆隔离剂，按照钢板/钛板/铜箔/钢板的顺序进行对称组坯，将侧板设置在钛板四周，且位于两块钢板之间，将钢板与侧板之间的缝隙以及侧板与侧板之间的间隙进行焊接，使其成为一个组合体，得到组合坯料。
②将准备好的合坯料放入加热炉内加热至980℃，保温6h；
③取出完成加热工艺的组合坯料，进行轧制，前两道次变形25％，经过10道次轧制，累计变形量92％。
④空冷至室温，取样进行结合强度测试，界面结合强度210MPa。
实施例2
①准备两块规格为200×160×18mm钢板，一块尺寸为160×120×20mm的钛板，一块和钛板相同尺寸，厚100μm的铜箔和尺寸为120×20×40mm和200×20×40mm的侧边框各两块，其中，所述侧板材质与钢板相同；在钢板与钛板的相邻面涂覆隔离剂，按照钢板/钛板/铜箔/钢板的顺序进行对称组坯，将侧板设置在钛板四周，且位于两块钢板之间，将钢板与侧板之间的缝隙以及侧板与侧板之间的间隙进行焊接，使其成为一个组合体，得到组合坯料。
②将准备好的合坯料放入加热炉内加热至1000℃，保温6h；
③取出完成加热工艺的组合坯料，进行轧制，前两道次变形25％，经过10道次轧制，累计变形量92％。
④空冷至室温，取样进行结合强度测试，界面结合强度230MPa。
实施例3
①准备两块规格为200×160×18mm钢板，一块尺寸为160×120×20mm的钛板，一块和钛板相同尺寸，厚60μm的铜箔和尺寸为120×20×40mm和200×20×40mm的侧边框各两块，其中，所述侧板材质与钢板相同；在钢板与钛板的相邻面涂覆隔离剂，按照钢板/钛板/铜箔/钢板的顺序进行对称组坯，将侧板设置在钛板四周，且位于两块钢板之间，将钢板与侧板之间的缝隙以及侧板与侧板之间的间隙进行焊接，使其成为一个组合体，得到组合坯料。
②将准备好的合坯料放入加热炉内加热至1050℃，保温5h；
③取出完成加热工艺的组合坯料，进行轧制，前两道次变形20％，经过11道次轧制，累计变形量94％。
④空冷至室温，取样进行结合强度测试，界面结合强度220MPa。
实施例4
①准备两块规格为200×160×18mm钢板，一块尺寸为160×120×20mm的钛板，一块和钛板相同尺寸，厚80μm的铜箔和尺寸为120×20×40mm和200×20×40mm的侧边框各两块，其中，所述侧板材质与钢板相同；在钢板与钛板的相邻面涂覆隔离剂，按照钢板/钛板/铜箔/钢板的顺序进行对称组坯，将侧板设置在钛板四周，且位于两块钢板之间，将钢板与侧板之间的缝隙以及侧板与侧板之间的间隙进行焊接，使其成为一个组合体，得到组合坯料。
②将准备好的合坯料放入加热炉内加热至950℃，保温2h；
③取出完成加热工艺的组合坯料，进行轧制，前两道次变形20％，经过11道次轧制，累计变形量93％。
④空冷至室温，取样进行结合强度测试，界面结合强度215MPa。

Claims (5)

1.大气环境下轧制钛钢复合板的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、组坯：按照钢板/钛板/铜板/钢板的顺序进行对称组坯，然后将坯料四周焊合，得到组合坯料；其中，在钢板与钛板的相邻面涂覆隔离剂，所述铜板的厚度为50～100μm；
b、加热：将组合坯料在950～1050℃加热2～6h；
c、轧制：将加热后的组合坯料进行至少两道次的轧制，其中，前两道次变形量≥15％，轧制总变形量为＞90％；
d、精整：空冷至室温，分离涂覆隔离剂的钛钢界面，得到钛钢复合板。
2.根据权利要求1所述的大气环境下轧制钛钢复合板的方法，其特征在于：所述铜板为铜箔或由铜含量＞30％的铜合金加工而成。
3.根据权利要求1或2所述的大气环境下轧制钛钢复合板的方法，其特征在于：在a步骤之前还需进行表面处理步骤，所述表面处理的方法为：对钢板及钛板的表面进行磨抛处理。
4.根据权利要求1～3任一项所述的大气环境下轧制钛钢复合板的方法，其特征在于：b步骤所述的加热温度为980℃，加热时间6h；c步骤轧制时，前两道次变形25％，经过10道次轧制，累计变形量为92％。
5.根据权利要求1～3任一项所述的大气环境下轧制钛钢复合板的方法，其特征在于：a步骤的组坯方法为：
①准备两块规格相同的钢板、一块钛板、一块铜板、四块侧板，其中，所述侧板材质与钢板相同；
②焊接：在钢板与钛板的相邻面涂覆隔离剂，按照钢板/钛板/铜板/钢板的顺序进行对称组坯，将侧板设置在钛板四周，且位于两块钢板之间，将钢板与侧板之间的缝隙以及侧板与侧板之间的间隙进行焊接，使其成为一个组合体，得到组合坯料。
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