CN109465309A - 一种钛钢复合板的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钛钢复合板的生产方法，包括基层钢板和复层钛钢表面处理、叠放、预热、组坯、焊接、加热、轧制，分别对基层钢板和复层钛钢钢板的一个表面进行处理，粗糙度小于等于8μm；复层钛钢钢板未处理钢板表面涂覆隔离剂，隔离剂表面洒铝粉或铝箔；处理后的钢板表面相对叠放构成一组组坯坯料，预热到150℃～200℃；将两组组坯坯料再次叠放组坯；之后焊接；将焊好的坯料加热至850‑950℃，保温时间1～3mm/min；轧制开轧温度800‑880℃，单道次压下率10％‑20％，总压下率≥50％。应用本发明生产的钢板复合界面力学性能优异，其剪切强度均达到300MPa以上，整板剪切强度偏差小于等于30Mpa。
Description
技术领域
本发明属于金属材料加工领域，尤其涉及一种钛钢复合板的生产方法。
背景技术
钛具有优良的耐腐蚀性能，是耐腐蚀环境设备制造的理想材料，在石油化工、制盐、电力、海水淡化、海洋工程等领域得到推广应用，但是纯钛板的成本太高，强度和刚度较低，故将钛板作为覆层和普碳钢板复合制备的钛钢复合板具有更好的应用前景。目前，生产钛钢复合板的方法主要有3种：爆炸复合法、爆炸复合-轧制法以及轧制复合法。前两种工艺生产的复合板，尺寸较小，有时难以满足用户要求，由于大能力轧机的投产运营，这两种方法只在某些特殊领域被采用，在国外出现了被淘汰的趋势。后两种方法能够生产大尺寸的钛钢复合板，但是爆炸焊接-轧制法的工序复杂，影响复合板结合强度的因素多，而且能量消耗大、污染环境、成材率相对低，有被直接轧制法取代的趋势。轧制法生产钛钢复合板首先需要将钛和钢进行组坯，制备成钛钢复合坯，然后再进行加热、轧制，目前制备钛钢复合坯的技术主要有如下这些方式，如：
太原钢铁有限公司申请的专利“一种复合钢板及其制造方法”，其专利申请号为：201110347172.2，将需要复合的基板、复板打磨，然后在复板上铺放炸药，通过炸药爆炸产生的冲击力将复板和基本进行复合，这种爆炸复合的生产工艺生产的复合钢板结合率和强度较低，且具有高噪音污染，目前已处于逐步淘汰的状态。
首钢公司申请的专利“一种马氏体不锈钢复合钢板及其生产方法”，其专利申请号为：201610180116.7，通过钢坯组坯、加热、控轧、热处理工艺路线完成，采用双坯叠轧，即上下两层为A516Gr70碳钢，中间两层为410S马氏体不锈钢，在两层马氏体不锈钢之间加入隔离剂后对组合坯进行四边焊接封边并利用真空泵抽真空，具有优良的强韧性及力学性能；但其对称组坯的工艺相对复杂，且需要进行真空处理。首钢公司申请的另一个专利“一种碳钢与奥氏体不锈钢复合钢板及其生产方法”，其专利申请号为：201510162301.9，也采用上述工艺，中间两层为316L奥氏体不锈钢，在两层奥氏体不锈钢之间加入隔离剂后对组合坯进行四边焊接封边并利用真空泵抽真空，同样其对称组坯的工艺相对复杂。
《一种用于生产钢镍镍基合金复合坯料的生产方法》(公开号：CN104801562A)介绍了一种用于轧制法制备镍基合金复合板的复合坯料的制备方法，其中，碳钢层的含碳量在0.01-0.10％，生产效率高，适应设备能力强，可以由该坯料进一步制得钢镍/镍基合金复合板。
专利《镍基合金复合钢板的爆炸焊接方法》(公开号：CN101559527A)”采用爆炸法制备的镍基合金复合板，有够有效的将镍基合金板与普通钢板复合，从而在保证复合钢板具有镍基合金所有的优点的前提下，拥有了需要的强度，从而节约了昂贵金属的使用量。但是爆炸焊接生产的复合板过程中对周边环境形成严重的噪音污染，已逐渐退出历史舞台。
同时，由于真空处理后的空间还不是绝对的真空，仍存在少量的空气，而钛的活性较强，即便少量残存氧气也会将钛板表面局部氧化，是导致复合板的结合强度不均匀的重要原因。而上述技术方案均未提出相关解决技术方案。
由以上对比专利可知，目前可用于制备钛钢复合坯存在如下不足：
1、钛钢复合板结合强度低，同板结合强度均匀性差；
2、需要真空处理，增加工序时间和成本；
3、爆炸法效率低，污染严重；
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种界面结合强度高且均匀的钛钢复合板的生产方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供一种隔离剂表面添加铝粉或铝箔进行组坯、轧制的方法，提高钛钢复合板界面的结合强度、质量稳定均匀。
一种钛钢复合板的生产方法，包括基层钢板和复层钛钢钢板表面处理、叠放、预热、组坯、焊接、加热、轧制，
(1)基层钢板和复层钛钢钢板表面处理：
分别对基层钢板和复层钛钢钢板的一个表面进行铣磨、打磨或抛光处理，粗糙度Ra小于等于8μm，以去掉表面氧化铁皮，保证露出新鲜无氧化的金属本体，增加复合板结合强度；
复层钛钢钢板未处理钢板表面涂覆隔离剂，涂覆厚度在0.5-1mm之间，在隔离剂表面均匀洒上铝粉或铝箔，涂覆厚度太薄则在轧制过程中发挥不了隔离作用，涂覆太厚会降低轧钢钢板表面质量；
(2)叠放、预热、组坯：
将一层基层钢板和一层复层钛钢钢板经处理后的钢板表面相对叠放在一起构成一组组坯坯料，再预热到150℃～200℃，以去除接触面的水汽、降低缝隙中空气密度和氧含量；
将两组组坯坯料再次叠放进行组坯，叠放顺序为基层-复层-复层-基层；四周缝隙中加入铝粉或铝箔，塞入边条；
(3)焊接：
将组好的坯料送入真空室进行焊接；
(4)加热：
将焊好的坯料加热至850-950℃，保温时间为1～3mm/min；
(5)轧制：
开轧温度在800-880℃进行，单道次压下率为10％-20％，总压下率≥50％。
进一步，所述铝粉的粒度在8-20um，加入量为10-30g/m2，铝粉加入量按复层钛钢钢板的表面积计算。
进一步，所述铝箔的厚度在0.005-0.1mm，所述铝箔的加入量为10-30g/m2，铝箔加入量按复层钛钢钢板的表面积计算。
铝粉或铝箔的加入，可优先和残留的氧气发生反应生产Al2O3，反应式为2[Al]+3[O]＝Al2O3,Al2O3熔点为2054℃，具有良好的高温稳定性，常作为耐火材料使用，从而保证钛钢表面不会被残留氧气氧化，若加入过多，剩下的铝粉或铝箔在高温下液化，流入复合界面，降低界面结合率，加入过少则仍会有残余氧气。
进一步，焊接采用真空电子束密封焊接，焊接电流为350-400mA，焊接速度为6-8mm/s，焊接熔深要求30mm以上。一定范围的焊接电流和焊接速度是为了保证焊缝质量，30mm以上的焊接熔深是为复合坯提供足够的焊接强度，保证在加热和轧制过程中不开裂；
本发明的有益效果在于：
铝粉或铝箔的加入，可优先和残留的氧气发生反应生产Al2O3，反应式为2[Al]+3[O]＝Al2O3,Al2O3熔点为2054℃，具有良好的高温稳定性，常作为耐火材料使用，从而保证钛钢表面不会被残留氧气氧化。生成的Al2O3分布在复合板四周的缝隙，在切割的时候一起切掉，从而得到复合界面力学性能优异，其剪切强度均达到300MPa以上，整板剪切强度偏差小于等于30Mpa。
附图说明
图1为本发明钛钢复合板轧制前结构示意图。
图中1为基层钢板，2为复层钛钢钢板，3为隔离剂，4为边条。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
一种钛钢复合板的生产方法，包括基层钢板和复层钛钢表面处理、叠放、预热、组坯、焊接、加热、轧制，
(1)基层钢板和复层钛钢表面处理：
分别对基层钢板和复层钛钢钢板的一个表面进行铣磨、打磨或抛光处理，粗糙度Ra小于等于8μm；
复层钛钢钢板未处理钢板表面涂覆隔离剂，涂覆厚度在0.5-1mm之间，在隔离剂表面均匀洒上铝粉或铝箔；
(2)叠放、预热、组坯：
将一层基层钢板和一层复层钛钢钢板经处理后的钢板表面相对叠放在一起构成一组组坯坯料，再预热到150℃～200℃；
将两组组坯坯料再次叠放进行组坯，叠放顺序为基层-复层-复层-基层；四周缝隙中加入铝粉或铝箔，塞入边条；
(3)焊接：
将组好的坯料送入真空室进行焊接；
(4)加热：
将焊好的坯料加热至850-950℃，保温时间为1～3mm/min；
(5)轧制：
开轧温度在800-880℃进行，单道次压下率为10％-20％，总压下率≥50％。
所述铝粉的粒度在8-20um，加入量为10-30g/m2，铝粉加入量按复层钛钢钢板的表面积计算。
所述铝箔的厚度在0.005-0.1mm，铝箔的加入量为10-30g/m2，铝箔加入量按复层钛钢钢板的表面积计算。
焊接采用真空电子束密封焊接，焊接电流为350-400mA，焊接速度为6-8mm/s，焊接熔深要求30mm以上。
实施例1：
基层钢板采用Q345E，复层钛钢钢板采用钛板TA2。
首先分别对复层钛钢钢板和基层钢板的一个表面进行铣磨处理，复层钛钢钢板和基层钢板铣磨后铣磨面粗糙度Ra为8μm，复层钛钢钢板未处理钢板表面涂覆隔离剂，涂覆厚度在0.5mm之间，在隔离剂表面洒上铝粉，将铣磨面相对叠放在一起构成一组组坯坯料，经预热到200℃，以去除接触面的水汽、降低缝隙中空气密度和氧含量，之后将两组组坯坯料再次叠放进行组坯，叠放顺序为基层-复层-复层-基层；隔离剂表面和四周缝隙中加入的铝粉粒度为20um，加入量为10g/m2，铝粉加入量按复层钛钢钢板的表面积计算；送入真空室进行焊接，焊接电流为350mA，焊接速度为6mm/s，焊接熔深30mm。将板坯加热到930℃；保温时间1.2mm/min，板坯开轧温度控制在880℃；道次压下率20％，总压下率60％，最终得到复合面剪切强度335MPa的复合钢板，整板剪切强度偏差最大值为30Mpa。
实施例2：
基层钢板采用Q345B，复层钛钢钢板采用钛板TA2。
首先分别对复层钛钢钢板和基层钢板的一个表面进行铣磨处理，复层钛钢钢板和基层钢板铣磨后铣磨面粗糙度Ra为5μm，复层钛钢钢板未处理钢板表面涂覆隔离剂，涂覆厚度在0.9mm之间，在隔离剂表面洒上铝粉，将铣磨面相对叠放在一起构成一组组坯坯料，后经预热到160℃，以去除接触面的水汽、降低缝隙中空气密度和氧含量，之后将两组组坯坯料再次叠放进行组坯，叠放顺序为基层-复层-复层-基层；隔离剂表面和四周缝隙中加入的铝粉粒度为15um，加入量为15g/m2，铝粉加入量按复层钛钢钢板的表面积计算；送入真空室进行焊接，焊接电流为400mA，焊接速度为8mm/s，焊接熔深50mm。将板坯加热到880℃；保温时间1.5mm/min，板坯开轧温度控制在850℃；道次压下率15％，总压下率55％，最终得到复合面剪切强度340MPa的复合钢板，整板剪切强度偏差最大值为25Mpa。
实施例3：
基层钢板采用Q235B，复层钛钢钢板采用钛板TA2。
首先分别对复层钛钢钢板和基层钢板的一个表面进行铣磨处理，复层钛钢钢板和基层钢板铣磨后铣磨面粗糙度Ra为6μm，复层钛钢钢板未处理钢板表面涂覆隔离剂，涂覆厚度在0.8mm之间，在隔离剂表面洒上铝粉，将铣磨面相对叠放在一起复层钛钢钢板，后经预热到150℃，以去除接触面的水汽、降低缝隙中空气密度和氧含量，之后将两组组坯坯料再次叠放进行组坯，叠放顺序为基层-复层-复层-基层；隔离剂表面和四周缝隙中加入的铝粉粒度为18um，加入量为25g/m2，铝粉加入量按复层钛钢钢板的表面积计算；送入真空室进行焊接，焊接电流为380mA，焊接速度为7mm/s，焊接熔深38mm。将板坯加热到860℃，保温时间2mm/min，板坯开轧温度控制在830℃；道次压下率10％，总压下率65％，最终得到复合面剪切强度320MPa的复合钢板，整板剪切强度偏差最大值为20Mpa。
实施例4：
基层钢板采用Q235B，复层钛钢钢板采用钛板TA2。
首先分别对复层钛钢钢板和基层钢板的一个表面进行铣磨处理，复层钛钢钢板和基层钢板铣磨后铣磨面粗糙度Ra为5μm，复层钛钢钢板未处理钢板表面涂覆隔离剂，涂覆厚度在1mm之间，在隔离剂表面洒上铝粉，将铣磨面相对叠放在一起构成一组组坯坯料，后经预热到180℃，以去除接触面的水汽、降低缝隙中空气密度和氧含量，之后将两组组坯坯料再次叠放进行组坯，叠放顺序为基层-复层-复层-基层；隔离剂表面和四周缝隙中加入的铝粉粒度为9um，加入量为28g/m2，铝粉加入量按复层钛钢钢板的表面积计算；送入真空室进行焊接，焊接电流为350mA，焊接速度为8mm/s，焊接熔深35mm。将板坯加热到950℃，保温时间2.5mm/min，板坯开轧温度控制在900℃；道次压下率20％，，总压下率70％，最终得到复合面剪切强度350MPa的复合钢板，整板剪切强度偏差最大值为24Mpa。
实施例5：
基层钢板采用Q235B，复层钛钢钢板采用钛板TA2。
首先分别对复层钛钢钢板和基层钢板的一个表面进行铣磨处理，复层钛钢钢板和基层钢板铣磨后铣磨面粗糙度Ra为6μm，复层钛钢钢板未处理钢板表面涂覆隔离剂，涂覆厚度在0.8mm之间，在隔离剂表面铺上铝箔，将铣磨面相对叠放在一起复层钛钢钢板，后经预热到150℃，以去除接触面的水汽、降低缝隙中空气密度和氧含量，之后将两组组坯坯料再次叠放进行组坯，叠放顺序为基层-复层-复层-基层；隔离剂表面和四周缝隙中加入厚度为0.05mm厚的铝箔，加入量为25g/m2，铝粉加入量按复层钛钢钢板的表面积计算；送入真空室进行焊接，焊接电流为380mA，焊接速度为7mm/s，焊接熔深38mm。将板坯加热到860℃，保温时间2mm/min，板坯开轧温度控制在830℃；道次压下率10％，总压下率65％，最终得到复合面剪切强度325MPa的复合钢板，整板剪切强度偏差最大值为18Mpa。
实施例6：
基层钢板采用Q235B，复层钛钢钢板采用钛板TA2。
首先分别对复层钛钢钢板和基层钢板的一个表面进行铣磨处理，复层钛钢钢板和基层钢板铣磨后铣磨面粗糙度Ra为5μm，复层钛钢钢板未处理钢板表面涂覆隔离剂，涂覆厚度在1mm之间，在隔离剂表面洒上铝粉，将铣磨面相对叠放在一起构成一组组坯坯料，后经预热到180℃，以去除接触面的水汽、降低缝隙中空气密度和氧含量，之后将两组组坯坯料再次叠放进行组坯，叠放顺序为基层-复层-复层-基层；隔离剂表面和四周缝隙中加入厚度为0.008mm的铝箔，加入量为28g/m2，铝粉加入量按复层钛钢钢板的表面积计算；送入真空室进行焊接，焊接电流为350mA，焊接速度为8mm/s，焊接熔深35mm。将板坯加热到950℃，保温时间2.5mm/min，板坯开轧温度控制在900℃；道次压下率20％，，总压下率70％，最终得到复合面剪切强度345MPa的复合钢板，整板剪切强度偏差最大值为26Mpa。
为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，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，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (4)
1.一种钛钢复合板的生产方法，包括基层钢板和复层钛钢表面处理、叠放、预热、组坯、焊接、加热、轧制，其特征在于，
(1)基层钢板和复层钛钢表面处理：
分别对基层钢板和复层钛钢钢板的一个表面进行铣磨、打磨或抛光处理，粗糙度Ra小于等于8μm；
复层钛钢钢板未处理钢板表面涂覆隔离剂，涂覆厚度在0.5-1mm之间，在隔离剂表面均匀洒上铝粉或铝箔；
(2)叠放、预热、组坯：
将一层基层钢板和一层复层钛钢钢板经处理后的钢板表面相对叠放在一起构成一组组坯坯料，再预热到150℃～200℃；
将两组组坯坯料再次叠放进行组坯，叠放顺序为基层-复层-复层-基层；四周缝隙中加入铝粉或铝箔，塞入边条；
(3)焊接：
将组好的坯料送入真空室进行焊接；
(4)加热：
将焊好的坯料加热至850-950℃，保温时间为1～3mm/min；
(5)轧制：
开轧温度在800-880℃进行，单道次压下率为10％-20％，总压下率≥50％。
2.根据权利要求1所述的一种钛钢复合板的生产方法，其特征在于，所述铝粉的粒度在8-20um，加入量为10-30g/m2，铝粉加入量按复层钛钢钢板的表面积计算。
3.根据权利要求1所述的一种钛钢复合板的生产方法，其特征在于，所述铝箔的厚度在0.005-0.1mm，所述铝箔的加入量为10-30g/m2，铝箔加入量按复层钛钢钢板的表面积计算。
4.根据权利要求1所述的一种钛钢复合板的生产方法，其特征在于，焊接采用真空电子束密封焊接，焊接电流为350-400mA，焊接速度为6-8mm/s，焊接熔深要求30mm以上。
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