CN107914439A - 一种真空制坯轧制钛复合钢板的组坯结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种真空制坯轧制钛复合钢板的组坯结构及方法，其中，密封条设置于上基层钢板和下基层钢板之间，并与上基层钢板和下基层钢板固定连接形成一个密封腔室；覆层钛板和中间层钢板均位于密封腔室内；上覆层钛板的顶面与上基层钢板的底面贴合；上覆层钛板的底面与中间层钢板的顶面贴合；中间层钢板的底面与下覆层钛板的顶面贴合；下覆层钛板的底面与下基层钢板的顶面贴合；中间层钢板的顶面和底面均设置有隔离剂层。本发明在轧制塑性流动的过程中可以减弱钛表面的流动性及高温对钛板表面的塑形作用，避免覆层钛板与隔离剂接触的面形成类似“橘子皮”的表面，从而获得表面光滑的高品质的钛复合钢板。
Description
技术领域
本发明涉及钛复合钢板制备技术领域，具体而言，涉及一种真空制坯轧制钛复合钢板的组坯结构及方法。
背景技术
金属复合板包括：不锈钢-钢复合板，有色金属-钢复合板，有色金属-有色金属复合板三大类，金属复合板的研究最早始于美国和日本，先期复合技术主要是爆炸复合，后期发展了爆炸+轧制复合，截止目前爆炸复合和爆炸+轧制复合技术国内已经发展的很成熟，但是目前作为最先进的工艺技术：真空制坯轧制复合技术国内鲜有企业掌握并成功产业化。
真空制坯轧制复合钛-钢复合板属于金属固相复合机理，是指钛金属与钢在高真空、高压力及高温固态下实现冶金结合的过程，即固相复合材料的结合面在复合前、复合过程中及复合后的宏观形貌、微观结构、力学性能、化学性能和物理性能的变化及形成牢固结合的原理。
其中，专利号为CN201410288741.4的中国专利公布了一种轧制钛-钢复合板制造方法，具体做法如下：将两块钛板的非复合面涂隔离剂烘干备用；再将两块钛板对扣放置于基板与密封条形成的盒体内，且两块钛板有隔离面的一面接触；最后真空处理制成复合坯，复合坯采用车底式炉、坑式均热炉或罩式炉加热，加热时间不低于2.5小时，加热温度不大于900℃；出炉后的复合坯经除鳞箱清除复合坯表面氧化皮，经四辊可逆式粗轧机轧制得中间坯；中间坯到达四辊可逆式精轧机，精轧机轧制力不小于5000吨，精轧开轧温度不小于700℃轧制成半成品，最后经过后处理等工序制成钛-钢复合板成品。
但是，由于上述钛板的非复合面间存在隔离剂（粉末），在700℃~900℃范围内，钛表面的塑性流动性相对于隔离剂流动性大，导致在轧制的过程中，非复合面钛板表面受到隔离剂流动的滞后制约，因此，其与隔离剂接触的面因塑性流动差形成如图1所示的类似“橘子皮”的表面，对钛-钢复合板的品质产生影响。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种真空制坯轧制钛复合钢板的组坯结构及方法，以避免覆层钛板与隔离剂接触的面形成类似“橘子皮”的表面，从而获得表面光滑的高品质的钛复合钢板。
本发明所采用的技术方案为：
一种钛复合钢板的组坯结构，其包括基层钢板、覆层钛板、密封条以及中间层钢板；所述基层钢板包括上基层钢板和下基层钢板；所述覆层板包括上覆钛层板和下覆层钛板；所述密封条设置于所述上基层钢板和所述下基层钢板之间，并与所述上基层钢板和所述下基层钢板固定连接形成一个密封腔室；所述覆层钛板和所述中间层钢板均位于所述密封腔室内；
所述上覆层钛板的顶面与所述上基层钢板的底面贴合；所述上覆层钛板的底面与所述中间层钢板的顶面贴合；所述中间层钢板的底面与所述下覆层钛板的顶面贴合；所述下覆层钛板的底面与所述下基层钢板的顶面贴合；所述中间层钢板的顶面和底面均设置有隔离剂层；
所述下基层钢板设置有抽气通孔；所述抽气通孔的进气口位于所述下基层钢板的顶面，并与所述密封腔室连通；所述抽气通孔的出气口与外界连通。
进一步，所述抽气通孔的出气口位于所述下基层钢板的侧面，并设置有用于连接真空泵的抽气管。
进一步，所述抽气通孔的进气口位于所述密封条的内侧面与所述下覆层钛板的侧面的缝隙处。
进一步，所述覆层钛板的规格尺寸小于所述基层钢板的规格尺寸；所述上基层钢板和所述下基层钢板的形状与规格尺寸均相同；所述上覆钛层板、所述下覆层钛板和所述中间层钢板的形状与规格尺寸均相同；所述上覆钛层板、所述中间层钢板和所述下覆层钛板依次居中设置于所述上基层钢板和所述下基层钢板之间，并于所述基层钢板的侧面处形成凹槽；所述密封条嵌入所述凹槽内；所述密封条的的连接端处采用满焊固定。
进一步，所述凹槽位于所述密封条的外侧面的部分采用埋弧焊接填充满焊，形成埋弧焊缝。
进一步，所述密封条的厚度为10-12mm。
进一步，所密封条的顶端和底端分别与所述上基层钢板的底面和所述下基层钢板的顶面预留有1mm的用于焊接的间隙。
进一步，所述基层钢板为碳素钢板或合金钢板；所述覆层钛板为钛板或钛合金板。
本发明还提供了一种真空制坯轧制钛复合钢板的方法，其包括以下步骤：
（1）预处理：将上基层钢板和下基层钢板的表面除锈，并在下基层钢板开设抽气通孔；上覆层钛板和下覆层钛板的待复合面去除氧化皮，非复合面表面清洗去油；中间层钢板的上表面和下表面去除氧化皮；
（2）制备隔离剂层：在中间层钢板的上表面和下表面均涂刷隔离剂层，并进行烘干处理备用；
（3）组装复合坯：将下覆层钛板、中间层钢板、上覆层钛板和上基层钢板依次居中放置于下基层钢板上；再将密封条4嵌入上基层钢板和下基层钢板间，并通过满焊固定形成密封腔室，且下覆层钛板、中间层钢板和上覆层钛板位于密封腔室内，抽气通孔的进气口与密封腔室连通，抽气通孔的出气口与外界连通，制备得到权利要求1-8任一项所述的组坯结构；
（4）真空处理和埋弧焊接：在步骤（3）中的组坯结构的抽气通孔的出气口处焊接抽气管，并将抽气管与真空泵连接进行抽真空处理；在密封腔室达到真空状态后将抽气通孔密封；
（5）加热轧制半成品：将经步骤（4）制备好的组装复合坯采用步进式或者推钢式加热炉加热后，再依次经粗轧机和精轧轧机轧制成规定厚度，制备得到半成品；
（6）半成品后处理：将步骤（5）中的半成品依次经四周切割分板、热处理、精整、性能检测和表面处理后制备成成品。
进一步，步骤（4）中，密封腔室达到真空状态的真空度为1.0×10-0.001Pa。
本发明的有益效果：
本发明所提供的真空制坯轧制钛复合钢板的组坯结构及方法，通过内置式组坯结构在两层钛板中间加入中间层钢板，从而在轧制塑性流动的过程中可以减弱钛表面的流动性及高温对钛板表面的塑形作用，避免覆层钛板与隔离剂接触的面形成类似“橘子皮”的表面，从而获得表面光滑的高品质的钛复合钢板。
附图说明
图1为现有技术中的覆层钛板与隔离剂的接触面在轧制过程中形成类似“橘子皮”的表面的效果示意图；
图2为本发明实施例中所述的钛复合钢板的组坯结构的结构示意图；
图3为本发明实施例中的覆层钛板与隔离剂的接触面在轧制过程中形成的光滑表面的效果示意图。
图中标记为：
上基层钢板101，下基层钢板102，上覆层钛板103，下覆层钛板104，中间层钢板105，隔离剂层106，密封条107，抽气通孔108，埋弧焊缝109，抽气管110。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图2所示，本实施例提供了一种钛复合钢板的组坯结构，其包括：基层钢板、覆层钛板、密封条以及中间层钢板；所述基层钢板包括上基层钢板和下基层钢板；所述覆层板包括上覆钛层板和下覆层钛板；所述密封条设置于所述上基层钢板和所述下基层钢板之间，并与所述上基层钢板和所述下基层钢板固定连接形成一个密封腔室；所述覆层钛板和所述中间层钢板均位于所述密封腔室内。
所述上覆层钛板的顶面与所述上基层钢板的底面贴合；所述上覆层钛板的底面与所述中间层钢板的顶面贴合；所述中间层钢板的底面与所述下覆层钛板的顶面贴合；所述下覆层钛板的底面与所述下基层钢板的顶面贴合；所述中间层钢板的顶面和底面均设置有隔离剂层。
所述下基层钢板设置有抽气通孔；所述抽气通孔的进气口位于所述下基层钢板的顶面，并与所述密封腔室连通；所述抽气通孔的出气口与外界连通。
基于上述钛复合钢板的组坯结构，通过在两层钛板中间加入中间层钢板，从而在轧制塑性流动的过程中可以减弱钛表面的流动性及高温对钛板表面的塑形作用；因此，避免了覆层钛板与隔离剂接触的面形成如图1所示的类似“橘子皮”的表面，从而获得如图3所示的表面光滑的高品质的钛复合钢板。
具体地，所述抽气通孔的出气口位于所述下基层钢板的侧面，并设置有用于连接真空泵的抽气管，从而通过抽气管便于抽气通孔与真空泵连接进行抽真空，使得密封腔室形成真空状态，不仅可以在加热过程中避免密封腔室内残留的空气氧化结合面；而且，还可以在轧制过程中避免结合面出现空鼓不贴合区。
优选地，所述抽气通孔的进气口位于所述密封条的内侧面与所述下覆层钛板的侧面的缝隙处，从而更加有利于通过抽气通孔对密封腔室进行抽真空操作。
所述覆层钛板的规格尺寸小于所述基层钢板的规格尺寸；所述上基层钢板和所述下基层钢板的形状与规格尺寸均相同；所述上覆钛层板、所述下覆层钛板和所述中间层钢板的形状与规格尺寸均相同；所述上覆钛层板、所述中间层钢板和所述下覆层钛板依次居中设置于所述上基层钢板和所述下基层钢板之间，并于所述基层钢板的侧面处形成凹槽；所述密封条嵌入所述凹槽内；所述密封条的的连接端处采用满焊固定，从而通过凹槽便于密封条的设置固定；同时，所述凹槽位于所述密封条的外侧面的部分采用埋弧焊接填充满焊，形成埋弧焊缝，从而提高密封条的固定强度及密封性。
本实施例中，抽气通孔的形状优选为L形；密封条的厚度优选为10-12mm；所密封条的顶端和底端分别与所述上基层钢板的底面和所述下基层钢板的顶面预留有1mm的用于焊接的间隙，从而便于密封条与上基层钢板的底面和所述下基层钢板的顶面的焊接固定。
本实施例中，所述基层钢板为碳素钢板或合金钢板；所述覆层钛板为钛板或钛合金板。
实施例2
基于实施例1中所述的钛复合钢板的组坯结构，本实施例提供了一种真空制坯轧制钛复合钢板的方法，其包括以下步骤：
（1）预处理：将上基层钢板和下基层钢板的表面除锈，并在下基层钢板开设抽气通孔；上覆层钛板和下覆层钛板的待复合面去除氧化皮，非复合面表面清洗去油；中间层钢板的上表面和下表面去除氧化皮；
（2）制备隔离剂层：在中间层钢板的上表面和下表面均涂刷隔离剂层，并进行烘干处理备用；
（3）组装复合坯：将下覆层钛板、中间层钢板、上覆层钛板和上基层钢板依次居中放置于下基层钢板上；再将密封条4嵌入上基层钢板和下基层钢板间，并通过满焊固定形成密封腔室，且下覆层钛板、中间层钢板和上覆层钛板位于密封腔室内，抽气通孔的进气口与密封腔室连通，抽气通孔的出气口与外界连通，制备得到权利要求1-8任一项所述的组坯结构；
（4）真空处理和埋弧焊接：在步骤（3）中的组坯结构的抽气通孔的出气口处焊接抽气管，并将抽气管与真空泵连接进行抽真空处理；在密封腔室达到真空状态后将抽气通孔密封；
（5）加热轧制半成品：将经步骤（4）制备好的组装复合坯采用步进式或者推钢式加热炉加热后，再依次经粗轧机和精轧轧机轧制成规定厚度，制备得到半成品；
（6）半成品后处理：将步骤（5）中的半成品依次经四周切割分板、热处理、精整、性能检测和表面处理后制备成成品。
优选地，上述真空制坯轧制钛复合钢板的方法还包括制备密封条步骤：制备4根厚度为10~12mm，宽度为L的密封条；其中，密封条的宽度L=L1+L2+L3-2mm（L1表示上覆层钛板的厚度，L2表示下覆层钛板的厚度，L3表示中间层钢板的厚度），从而使得密封条的顶端和底端可以分别与所述上基层钢板的底面和所述下基层钢板的顶面预留有1mm的用于焊接的间隙。
同时，下覆层钛板的形状为方形；4根密封条中的两根密封条的长度与下覆层钛板的长度一致，另外两根密封条的长度与下覆层钛板的宽度一致，从而使得4根密封条可以分别对应地设置于下覆层钛板、中间层钢板和上覆层钛板的侧面四周处。
本实施例中，步骤（4）中的密封腔室达到真空状态的真空度优选为1.0×10- 0.001Pa；粗轧机轧制过程中采用大压下量等速咬入的轧制方式，大压下量是指下压量达到25%以上，等速咬入是指上下辊线速度与工件前进速度相同。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种真空制坯轧制钛复合钢板的组坯结构，其特征在于，包括基层钢板、覆层钛板、密封条以及中间层钢板；所述基层钢板包括上基层钢板和下基层钢板；所述覆层板包括上覆钛层板和下覆层钛板；所述密封条设置于所述上基层钢板和所述下基层钢板之间，并与所述上基层钢板和所述下基层钢板固定连接形成一个密封腔室；所述覆层钛板和所述中间层钢板均位于所述密封腔室内；
所述上覆层钛板的顶面与所述上基层钢板的底面贴合；所述上覆层钛板的底面与所述中间层钢板的顶面贴合；所述中间层钢板的底面与所述下覆层钛板的顶面贴合；所述下覆层钛板的底面与所述下基层钢板的顶面贴合；所述中间层钢板的顶面和底面均设置有隔离剂层；
所述下基层钢板设置有抽气通孔；所述抽气通孔的进气口位于所述下基层钢板的顶面，并与所述密封腔室连通；所述抽气通孔的出气口与外界连通。
2.根据权利要求1所述的组坯结构，其特征在于，所述抽气通孔的出气口位于所述下基层钢板的侧面，并设置有用于连接真空泵的抽气管。
3.根据权利要求2所述的组坯结构，其特征在于，所述抽气通孔的进气口位于所述密封条的内侧面与所述下覆层钛板的侧面的缝隙处。
4.根据权利要求3所述的组坯结构，其特征在于，所述覆层钛板的规格尺寸小于所述基层钢板的规格尺寸；所述上基层钢板和所述下基层钢板的形状与规格尺寸均相同；所述上覆钛层板、所述下覆层钛板和所述中间层钢板的形状与规格尺寸均相同；所述上覆钛层板、所述中间层钢板和所述下覆层钛板依次居中设置于所述上基层钢板和所述下基层钢板之间，并于所述基层钢板的侧面处形成凹槽；所述密封条嵌入所述凹槽内；所述密封条的的连接端处采用满焊固定。
5.根据权利要求4所述的组坯结构，其特征在于，所述凹槽位于所述密封条的外侧面的部分采用埋弧焊接填充满焊，形成埋弧焊缝。
6.根据权利要求5所述的组坯结构，其特征在于，所述密封条的厚度为10-12mm。
7.根据权利要求6所述的组坯结构，其特征在于，所密封条的顶端和底端分别与所述上基层钢板的底面和所述下基层钢板的顶面预留有1mm的用于焊接的间隙。
8.根据权利要求7所述的组坯结构，其特征在于，所述基层钢板为碳素钢板或合金钢板；所述覆层钛板为钛板或钛合金板。
9.一种真空制坯轧制钛复合钢板的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）预处理：将上基层钢板和下基层钢板的表面除锈，并在下基层钢板开设抽气通孔；上覆层钛板和下覆层钛板的待复合面去除氧化皮，非复合面表面清洗去油；中间层钢板的上表面和下表面去除氧化皮；
（2）制备隔离剂层：在中间层钢板的上表面和下表面均涂刷隔离剂层，并进行烘干处理备用；
（3）组装复合坯：将下覆层钛板、中间层钢板、上覆层钛板和上基层钢板依次居中放置于下基层钢板上；再将密封条4嵌入上基层钢板和下基层钢板间，并通过满焊固定形成密封腔室，且下覆层钛板、中间层钢板和上覆层钛板位于密封腔室内，抽气通孔的进气口与密封腔室连通，抽气通孔的出气口与外界连通，制备得到权利要求1-8任一项所述的组坯结构；
（4）真空处理和埋弧焊接：在步骤（3）中的组坯结构的抽气通孔的出气口处焊接抽气管，并将抽气管与真空泵连接进行抽真空处理；在密封腔室达到真空状态后将抽气通孔密封；
（5）加热轧制半成品：将经步骤（4）制备好的组装复合坯采用步进式或者推钢式加热炉加热后，再依次经粗轧机和精轧轧机轧制成规定厚度，制备得到半成品；
（6）半成品后处理：将步骤（5）中的半成品依次经四周切割分板、热处理、精整、性能检测和表面处理后制备成成品。
10.根据权利要求9所述的真空制坯轧制钛复合钢板的方法，其特征在于，步骤（4）中，密封腔室达到真空状态的真空度为1.0×10-0.001Pa。
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