CN105080998B - 制备无中间层钛钢复合板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钛钢复合板制备加工领域，涉及一种钛钢复合板的制造方法。本发明提供一种制备无中间层钛钢复合板的方法，所述方法包括以下步骤：a、对钢板或钢坯的表面以及钛板的表面进行处理以去除表面污物和氧化层；b、采用对称组坯法将钢板或钢坯与钛板进行按照钢板或钢坯‑钛板‑钢板或钢坯的顺序进行对称组坯形成组合坯料；c、组合坯料在真空环境下通过焊接将坯料的四周焊合；d、将组合坯料加热至960～1050℃，加热120～360min；e、加热后的坯料进行热轧，控制开轧温度900～1000℃，终轧温度不低于600℃，并且控制单道次变形量在10％～20％，轧制总变形量≥90％；热轧完成后冷却至室温。利用该方法所得钛钢复合板的结合强度高。

Description

制备无中间层钛钢复合板的方法
技术领域
本发明属于钛钢复合板制备加工领域，涉及一种钛钢复合板的制造方法。
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。
使用直接轧制法生产钛钢复合板是目前的发展趋势，相比传统的爆炸复合法和爆炸-轧制法，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。但由于钛与铁的固溶度小，与钢直接接触将在界面上形成脆性相，并且钛和钢的强度相差很大，二者很难复合，要想达到高的复合强度，一种方法是在钛板和钢板之间加入一层过渡层，常用的中间层有镍，铜等，一来这些过渡层都非常昂贵，不可取，再者使用这些薄层金属，在轧制变形量较大时，由于各层变形抗力不同，容易发生断裂，导致结合强度不稳定。另一种方法是先把钢板进行锻造提高其强度之后再复合，但目前生产钛钢复合板的工艺中并没有采取此工序。
发明内容
本发明针对上述缺陷，本发明提供一种无中间层钛钢复合板的制备方法，利用该方法所得钛钢复合板的结合强度高。
本发明的技术方案：
本发明提供一种制备无中间层钛钢复合板的方法，所述方法包括以下步骤：
a、对钢板或钢坯的表面以及钛板的表面进行处理以去除表面污物和氧化层；
b、采用对称组坯法将钢板或钢坯与钛板进行按照钢板或钢坯-钛板-钢板或钢坯的顺序进行对称组坯形成组合坯料；
c、组合坯料在真空环境下通过焊接将坯料的四周焊合；
d、将组合坯料加热至960～1050℃，加热120～360min；
e、加热后的坯料进行热轧，控制开轧温度900～1000℃，终轧温度不低于600℃，并且控制单道次变形量在10％～20％(优选为15％)，轧制总变形量≥90％；热轧完成后冷却至室温。
优选的，步骤d中，组合坯料加热至980～1050℃。
进一步，所述钢板或钢坯的碳含量≤0.1％，钢板为普碳钢板，其所述钛板为工业纯钛板(TA1或TA2)。
优选的，步骤a中，表面处理采用喷砂、酸洗、机械加工和清洗中的至少一种方法。
进一步，所述组合坯料由两块钢板或钢坯与置于其之间的一块钛板组成。
优选的，步骤c中，真空度≤1×10-2Pa，采用真空电子束焊接方法抽真空并进行焊接处理。
进一步，步骤e中，当终轧温度高于720℃时，先水冷至680℃，控制冷却速度在2～5℃/s间，然后空冷至室温。本发明中，限定终轧温度高于720℃时分步冷却的作用是避免在这个温度段界面化合物的大量生成。
一种钛钢复合板，其采用上述方法制得，所述钛钢复合板的钢板或钢坯与钛板之间不含有过渡层；即不添加中间层。
进一步，所述钛钢复合板的结合强度>240MPa，优选为240～260MPa。
本发明的有益效果：
该发明轧制后获得的钛钢复合板，结合效果良好，结合强度>240MPa，高于国家标准中同类钛钢复合板的结合强度。
具体实施方式
本发明提供一种制备无中间层钛钢复合板的方法，所述方法包括以下步骤：
a、对钢板或钢坯的表面以及钛板的表面进行处理以去除表面污物和氧化层；
b、采用对称组坯法将钢板或钢坯与钛板进行按照钢板或钢坯-钛板-钢板或钢坯的顺序进行对称组坯形成组合坯料；
c、组合坯料在真空环境下通过焊接将坯料的四周焊合；
d、将组合坯料加热至960～1050℃，加热120～360min；
e、加热后的坯料进行热轧，控制开轧温度900～1000℃，终轧温度不低于600℃，并且控制单道次变形量在10％～20％(优选为15％)，轧制总变形量≥90％；热轧完成后冷却至室温。
优选的，步骤d中，组合坯料加热至980～1050℃。
进一步，所述钢板或钢坯的碳含量≤0.1％，钢板为普碳钢板，其所述钛板为工业纯钛板(TA1或TA2)。
优选的，步骤a中，表面处理采用喷砂、酸洗、机械加工和清洗中的至少一种方法。
进一步，所述组合坯料由两块钢板或钢坯与置于其之间的一块钛板组成。
优选的，步骤c中，真空度≤1×10-2Pa，采用真空电子束焊接方法抽真空并进行焊接处理。
进一步，步骤e中，当终轧温度高于720℃时，先水冷至680℃，控制冷却速度在2～5℃/s间，然后空冷至室温。本发明中，限定终轧温度高于720℃时分步冷却的作用是避免在这个温度段界面化合物的大量生成。
一种钛钢复合板，其采用上述方法制得，所述钛钢复合板的钢板或钢坯与钛板之间不含有过渡层；即不添加中间层。
进一步，所述钛钢复合板的结合强度>240MPa，优选为240～260MPa。
本发明中，钢板或钢坯的厚度为18mm，所述钛板的厚度为20mm。
本发明的工艺方案如下：
①基板使用普碳钢(碳含量最好在0.1％以下)，复板使用商业纯钛(TA1或TA2)；基板和复板表面进行磨抛处理，以去除表面污物和氧化层；
②按照钢板/钛板/钢板的顺序进行对称组坯，然后在真空中将坯料四周焊合，真空度达到1×10-2Pa以下；
③将组合好的坯料加热至950～1050℃，加热时间为120～360min。
④将上述加热后的坯料取出进行轧制，轧制总变形量≥90％，单道次变形量控制在15％左右；终轧温度不低于600℃；然后冷却至室温，当终轧温度高于720℃时，先水冷至680℃以下，控制冷却速度在2-5℃/s，再空冷。
本发明的目的是使用直接轧制法生产钛钢复合板，不添加中间层，通过工艺控制，将界面脆性相对结合性能的负面影响降低到最小，获得性能优良的钛钢复合板。
该发明轧制后获得的钛钢复合板，结合效果良好，结合强度>240MPa，高于国家标准中同类钛钢复合板的结合强度。
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加工尺寸分别为200×160×18mm的钢板2块，160×120×20mm的钛板一块，对其表面进行磨抛处理，以去除表面污物和氧化层，然后按照钢板/钛板/钢板的顺序进行对称组坯，在真空室内将坯料四周焊合，真空度＜10-2Pa；
②将准备好的坯料放入加热炉内加热至1000℃，保温180min；
③将加热完成后的坯料取出进行轧制，道次变形量10％左右，经过12道次轧制，累计变形量94％，终轧温度750℃，水冷至680℃后空冷；
④取样进行结合强度测试，界面结合强度240MPa；根据GB/T 8547-2006进行结合强度测试。
实施例2
①加工尺寸分别为200×160×18mm的钢板2块，160×120×20mm的钛板一块，对其表面进行磨抛处理，以去除表面污物和氧化层，然后按照钢板/钛板/钢板的顺序进行对称组坯，在真空室内将坯料四周焊合，真空度＜10-2Pa。
②将准备好的坯料放入加热炉内加热至960℃，保温360min。
③将加热完成后的坯料取出进行轧制，道次变形量10％左右，经过12道次轧制，累计变形量90％，终轧温度650℃；
④取样进行结合强度测试，界面结合强度246MPa；根据GB/T 8547-2006进行结合强度测试。
实施例3
①加工尺寸分别为200×160×18mm的钢板2块，160×120×20mm的钛板一块，对其表面进行磨抛处理，以去除表面污物和氧化层，然后按照钢板/钛板/钢板的顺序进行对称组坯，在真空室内将坯料四周焊合，真空度＜10-2Pa。
②将准备好的坯料放入加热炉内加热至1000℃，保温180min。
③将加热完成后的坯料取出进行轧制，道次变形量15％左右，经过8道次轧制，累计变形量90％，终轧温度800℃，水冷至680℃后空冷；
④取样进行结合强度测试，界面结合强度256MPa；根据GB/T 8547-2006进行结合强度测试。
对比例1
采用与实施例1相同的钛板和钢板，并在二者之间添加铜箔为中间层，只是在步骤2中的加热温度采用820-950℃，步骤③中道次变形量10％左右，经过12道次轧制，累计变形量91％，终轧温度650℃；其他工艺操作同实施例；取样根据GB/T 8547-2006进行结合强度的测试，界面结合强度＜200MPa。
可见，本发明通过创造性探索发现合适的加热温度及变形量、终轧温度等因素相互配合，即可实现不含中间层的钛钢复合板也能达到高界面强度(大于240MPa)，而由于不含中间层，一方面可简化工序，一方面也大大降低了生产成本。

Claims (15)

1.制备无中间层钛钢复合板的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a、对钢板或钢坯的表面以及钛板的表面进行处理以去除表面污物和氧化层；
b、采用对称组坯法组合坯料，所述组合坯料由两块钢板或钢坯与置于其之间的一块钛板组成；
c、组合坯料在真空环境下通过焊接将坯料的四周焊合；
d、将组合坯料加热至960～1050℃，加热120～360min；
e、加热后的坯料进行热轧，控制开轧温度900～1000℃，终轧温度不低于600℃，并且控制单道次变形量在10％～20％，轧制总变形量≥90％；热轧完成后冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的制备无中间层钛钢复合板的方法，其特征在于，步骤d中，组合坯料加热至980～1050℃。
3.根据权利要求1或2所述的制备无中间层钛钢复合板的方法，其特征在于，所述钢板或钢坯的碳含量≤0.1％，所述钛板为工业纯钛板。
4.根据权利要求1或2所述的制备无中间层钛钢复合板的方法，其特征在于，步骤a中，采用喷砂、酸洗、机械加工和清洗中的至少一种方法对钢板或钢坯的表面进行处理。
5.根据权利要求3所述的制备无中间层钛钢复合板的方法，其特征在于，步骤a中，采用喷砂、酸洗、机械加工和清洗中的至少一种方法对钢板或钢坯的表面进行处理。
6.根据权利要求1或2所述的制备无中间层钛钢复合板的方法，其特征在于，步骤c中，真空度≤1×10-2Pa，采用真空电子束焊接方法抽真空并进行焊接处理。
7.根据权利要求3所述的制备无中间层钛钢复合板的方法，其特征在于，步骤c中，真空度≤1×10-2Pa，采用真空电子束焊接方法抽真空并进行焊接处理。
8.根据权利要求4所述的制备无中间层钛钢复合板的方法，其特征在于，步骤c中，真空度≤1×10-2Pa，采用真空电子束焊接方法抽真空并进行焊接处理。
9.根据权利要求5所述的制备无中间层钛钢复合板的方法，其特征在于，步骤c中，真空度≤1×10-2Pa，采用真空电子束焊接方法抽真空并进行焊接处理。
10.根据权利要求1或2所述的制备无中间层钛钢复合板的方法，其特征在于，步骤e中，当终轧温度高于720℃时，先水冷至680℃，控制冷却速度在2～5℃/s间，然后空冷至室温。
11.根据权利要求3所述的制备无中间层钛钢复合板的方法，其特征在于，步骤e中，当终轧温度高于720℃时，先水冷至680℃，控制冷却速度在2～5℃/s间，然后空冷至室温。
12.根据权利要求4所述的制备无中间层钛钢复合板的方法，其特征在于，步骤e中，当终轧温度高于720℃时，先水冷至680℃，控制冷却速度在2～5℃/s间，然后空冷至室温。
13.根据权利要求5所述的制备无中间层钛钢复合板的方法，其特征在于，步骤e中，当终轧温度高于720℃时，先水冷至680℃，控制冷却速度在2～5℃/s间，然后空冷至室温。
14.根据权利要求6所述的制备无中间层钛钢复合板的方法，其特征在于，步骤e中，当终轧温度高于720℃时，先水冷至680℃，控制冷却速度在2～5℃/s间，然后空冷至室温。
15.根据权利要求7—9任一项所述的制备无中间层钛钢复合板的方法，其特征在于，步骤e中，当终轧温度高于720℃时，先水冷至680℃，控制冷却速度在2～5℃/s间，然后空冷至室温。
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