CN109693433A - 一种以if钢为过渡层的双面钛钢复合板及其制备方法 - Google Patents
一种以if钢为过渡层的双面钛钢复合板及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109693433A CN109693433A CN201710983325.XA CN201710983325A CN109693433A CN 109693433 A CN109693433 A CN 109693433A CN 201710983325 A CN201710983325 A CN 201710983325A CN 109693433 A CN109693433 A CN 109693433A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- titanium
- steel
- composite
- thickness
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 101
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 64
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 64
- 229910001200 Ferrotitanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 53
- 230000007704 transition Effects 0.000 title claims abstract description 33
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 86
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 85
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 80
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 62
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 38
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 15
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 claims description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 6
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 4
- 238000007519 figuring Methods 0.000 claims description 4
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims description 4
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 claims description 3
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 3
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims description 2
- 238000009966 trimming Methods 0.000 claims description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims 1
- 239000002585 base Substances 0.000 abstract description 14
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 4
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 4
- 239000013535 sea water Substances 0.000 abstract description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005553 drilling Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 abstract description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 description 21
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 15
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 9
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- CYKMNKXPYXUVPR-UHFFFAOYSA-N [C].[Ti] Chemical compound [C].[Ti] CYKMNKXPYXUVPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000137852 Petrea volubilis Species 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000010406 interfacial reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000011120 plywood Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000009919 sequestration Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000017260 vegetative to reproductive phase transition of meristem Effects 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/18—Layered products comprising a layer of metal comprising iron or steel
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
- B32B37/10—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the pressing technique, e.g. using action of vacuum or fluid pressure
- B32B37/1009—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the pressing technique, e.g. using action of vacuum or fluid pressure using vacuum and fluid pressure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
- B32B38/0012—Mechanical treatment, e.g. roughening, deforming, stretching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C14/00—Alloys based on titanium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/004—Very low carbon steels, i.e. having a carbon content of less than 0,01%
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/14—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B38/00—Ancillary operations in connection with laminating processes
- B32B2038/0052—Other operations not otherwise provided for
- B32B2038/0064—Smoothing, polishing, making a glossy surface
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2255/00—Coating on the layer surface
- B32B2255/06—Coating on the layer surface on metal layer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
- B32B2307/50—Properties of the layers or laminate having particular mechanical properties
- B32B2307/54—Yield strength; Tensile strength
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
- B32B2307/70—Other properties
- B32B2307/714—Inert, i.e. inert to chemical degradation, corrosion
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
本发明公开一种以IF钢为过渡层的双面钛钢复合板及其制备方法。制造复合板的复合坯包括IF钢、钛复材和基材。基材为C≤0.22％的普碳钢或低合金钢；钛复材为工业纯钛TA2，基材与钛复材厚度比为5～10，钛复材长、宽小于基材且与其四条边的边距为60～100mm；将密封焊接处理后的复合坯加热至900～920℃保温，保温时间为1min/mm×复合坯总厚度，开轧温度880～900℃，终轧温度≥800℃，单道次压下率为15～20％，总压下率≥70％；轧后IF钢过渡层厚度为180～220μm；生产的双面钛钢复合板的厚度为6～45mm。适用于氯碱、纯碱、石油化工、制盐、海水淡化用管道和海洋石油钻探、管件。
Description
技术领域
本发明属于复合板制备技术领域，特别涉及到一种应用真空复合+轧制技术生产双面钛钢复合板及其工艺方法。
背景技术
钛钢复合板既具有钛复层优良的耐腐蚀性能，又具有基层结构钢的强度和塑性，与钛板相比其经济成本大幅度下降，尤其是双面钛钢复合板，因其表层均为钛板，整体抗腐蚀性能极强，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且应用潜力极大。
目前，生产钛钢复合板的方法主要有4种：爆炸复合法、扩散复合法、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。近年来，众多学者针对轧制法制备钛钢复合板技术进行了研究。
CN105080997A公开了一种无中间层钛钢复合板的制备方法、CN104624644A公开了钛钢复合板的生产方法、CN105107841A公开了钛钢复合板的制备方法，上述专利文献中均采用钛钢直接复合轧制技术进行钛钢复合板的制备，制备工艺简单，不添加中间层，通过较高的终轧温度，使界面化合物破碎后产生微孔洞的可能性减小，从而使界面上的孔洞对结合性能的负面影响降低到最小。
CN104907332A公开了以镍为中间层的钛钢复合板的生产方法、CN104907333A公开了以镍为中间层的钛钢复合板的高温制备方法、CN104826866A公开了以镍为中间层的钛钢复合板的高温轧制方法，上述专利文献中均通过在钛钢复合界面之间插入适当的金属镍做过渡层，进而阻止钛、铁等元素的相互扩散，改善界面的结合效果，提高产品质量。
王敬忠，颜学柏，阎静亚在《有色金属》2009年61卷第4期39-42页中发表的论文“钛-钢复合板生产中的过渡层材料”、CN104998903A公开的以铜为中间层钛钢复合板的制备方法、CN104874636A公开的以铜为中间层钛钢复合板的高温制备方法以及CN104874635A公开的以铜为中间层高结合强度钛钢复合板的制备方法中，均采用以铜为过渡层，防止钛钢复合板在制备过程中界面上钛铁化合物的生成，同时利用轧制过程将结合面液相挤出，获得洁净的新生面，从而实现钛钢界面的良好结合。
综上所述，虽然在钛钢复合板制备方面，国内外开展了大量的研究工作并取得了较大的成果。但是，在轧制法制备钛钢复合板的工业生产中，若钛钢直接复合进行常规轧制，为了避免在复合界面则生成大量的钛铁和钛碳脆性化合物，对基材的碳含量限制较大，无法采用力学性能较高的碳钢作为基材，极大的限制了钛钢复合板的工程应用；若在钛、钢之间加入Cu、Ni等金属过渡层，虽然复合性能得到了改善，但其不仅增加了生产经济成本，更是提高了工艺复杂性。
另外，在石油化工、制盐、电力、海水淡化、海洋工程等腐蚀环境条件下，往往结构件内外表面均处于腐蚀环境当中，需同时具备抗腐蚀性能。现有技术制备的单面钛钢复合板已经无法满足双腐蚀环境条件下结构材料的需要。另外，随着工业技术的发展，各行业对结构的力学性能也提出了更高的要求。因此，面对实际应用环境对抗腐蚀材料的需求，迫切需要开发一种高性能、低成本，并适合工业大生产的双面钛钢复合板制备方法。
发明内容
基于上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种以IF钢为过渡层的双面钛钢复合板及其制备方法，通过控制钛钢复合界面上钛、碳间的反应程度和反应物的分布状态，得到满足国家标准要求的双面钛钢复合板。采用该方法生产的钛钢复合板界面结合性能明显提高，质量稳定性显著提升，经济成本低，产品规格、板幅大且工艺简单。
一种以IF钢为过渡层的双面钛钢复合板，复合板由上至下由5层材料构成，分别为钛复层、IF钢过渡层、普碳钢或低合金钢基层、IF钢过渡层和钛复层，位于上下表面的钛复层均为工业纯钛TA2；IF钢过渡层为冷轧薄板，其中C、N、Ti含量按质量百分比计为：C≤0.007％、N 0.002％～0.003％、Ti 0.05％～0.07％；普碳钢或低合金钢基层中C含量按质量百分比计为C≤0.22％；成品复合板板幅≤3m，厚度为6～45mm，其中钛复层厚度为0.5～6mm，IF钢过渡层厚度为180～220μm。
本发明还包含一种以IF钢为过渡层的双面钛钢复合板的制备方法，复合板由复合坯轧制而成，生产工艺包括表面处理、复合坯组坯、真空焊接、轧制、分板、表面修磨，具体包括：
(1)选取钛复材、IF钢、基材作为复合坯用原料，采用包覆组坯方式，复合坯的上下两层均为盖板，组坯按照由上至下依次为盖板、钛复材、IF钢、基材、IF钢、钛复材、盖板的顺序居中叠放，盖板与基材之间的间隙用与基材相同成分的长方形夹条进行完全填充，形成复合坯；
基材、夹条和盖板为C含量按质量百分比计为C≤0.22％的普碳钢或低合金钢；其中，基材长度为2～4m，宽度为1～3m，厚度为50～150mm；盖板长度和宽度与基材相同，厚度为钛复材厚度的1.5～2倍；钛复材为工业纯钛TA2，长度为1.8～3.88m，宽度为0.8～2.88m，厚度5～20mm；IF钢的长度和宽度与钛复材相同，厚度为0.6～1.5mm；盖板、夹条和钛复材为板材，基材为连铸坯、中间坯或板材，基材与钛复材厚度比为5～10，钛复材长、宽小于基材且在组坯时与基材四条边的边距为60～100mm；
组坯前，分别采用铣削和磨削的机加工方式对基材和钛复材进行表面处理，去除待复合面的锈层和氧化层，IF钢过渡层采用400#～600#砂纸去除表面氧化层；对盖板、处理后的基材、钛复材以及IF钢表面进行去油污和吹扫处理；钛复材与盖板之间涂敷隔离剂，静置干燥，隔离剂喷涂厚度为1～2mm；
(2)将复合坯送入真空室抽取真空后对其四周缝隙进行真空电子束密封焊接，使钛复材处于密闭真空环境，真空度为1.0×10-2～4.5×10-2Pa；真空电子束密封焊接的有效熔深为30～40mm；
(3)将焊后的复合坯加热至900～920℃保温，保温时间按照1min/mm×坯料总厚度计算，开轧温度为880～900℃进行轧制，单道次压下率为15～20％，总压下率≥70％，终轧温度为800℃以上，空冷至室温；轧制后，IF钢过渡层厚度为180～220μm。
(4)将轧制后复合板进行切边、分板、表面修磨后得到双面钛钢复合板；
在组坯之前对坯料待复合表面进行铣削或磨削处理，去除锈层和氧化物层，使其在轧制的过程中均以新鲜金属相互接触，保证两者之间形成冶金结合，提高结合质量，避免夹杂、气孔和未结合等缺陷。
选择IF钢为钛、钢之间的过渡金属层可以有效改善和提高复合界面的结合质量和性能。在轧制复合时，钛、钢之间易产生大量的钛铁或钛碳化合物，而钛碳化合物的大量生成和不均匀分布导致了复合性能和质量的严重下降。本发明在钛、钢之间加入IF钢金属层并添加N、Ti固碳元素，一方面通过隔离钛、钢之间的直接接触，防止在复合界面生成大量的钛碳化合物；另一方面，通过添加IF钢过渡层，改善钛碳化合物在复合界面的分布状态，由不均匀分布转变为均匀分布。采用该方法可以有效控制钛、钢复合界面钛碳化合物的生成和分布，提高复合质量。
基材和钛复材由于材质不同，在轧制复合过程中彼此间的应力应变不一致，冷却过程中会形成较大的应力集中和形变，降低复合界面的结合率和结合质量，甚至完全撕裂。本发明采用基材与钛复材厚度比为5～10，钛复材长、宽小于基材且组坯时与基材四条边的边距为60～100mm，一方面通过限定钛复材所占的厚度比例，降低基材和钛复材之间的应力差，另一方面通过加大四周封边焊接的有效熔深以及同质间的轧制结合力达到控制其形变的作用。
隔离剂在1250℃以下时，不与基材、IF钢和钛复材发生反应且保证隔离效果。为了防止复材和盖板发生轧制结合，隔离剂的喷涂厚度控制在1～2mm，一方面可以防止钛复材和盖板的直接接触，另一方面控制钛复材和盖板之间的间隙，防止间隙过大引起钛复材串动。
对钛复材采用盖板进行包覆组坯，不仅起到了真空密封复材的效果，还提高了复合坯的整体厚度和终轧厚度，提高了板形控制效果。其中，钛复材在高于400℃时会分别与氧、氮、氢发生反应，且复合界面也会产生剧烈氧化，本发明采用包覆组坯方式，将钛复材置于基材上下表面并用盖板和夹条包覆进行焊接真空密封，防止了钛复合和基材待复合表面与大气发生反应。另外，由于在轧制较薄规格板材时板形不易控制，易发生翘曲、波浪等缺陷，本发明采用加装盖板并通过其厚度的调节，提高并控制其轧制厚度，有效的控制了薄板的板形问题。
为了保证复合坯的封边效果，采用真空电子束焊机进行了封边焊接，焊接有效熔深达到30～40mm，一方面可以保证复合界面的真空度，另一方面可以保证复合坯在轧制过程中不开裂。
在真空度为1.0×10-2～4.5×10-2Pa的真空环境下对复合坯进行真空电子束封装焊接，可最大限度的降低结合面之间的气体含量，避免在轧制后出现气体残留，造成结合率不合格。同时，待结合面之间气体含量的降低还有助于防止加热和轧制过程中其对结合面表面的二次氧化，有助于结合性能的提高。
加入IF钢金属过渡层，轧制后IF钢过渡层的厚度为180～220μm，可以有效的控制钛、钢之间的反应程度，改善钛碳化合物的分布状态。另外，本发明采用为15～20％的单道次压下率和70％以上的总压下率，可以保证钛、IF钢、基材之间形成良好的冶金结合，获得高复合强度的双面钛钢复合板。
另外，钛、铁、碳在轧制过程中会持续发生反应且与温度高低成正比，在钛钢复合轧制中其反应程度越大则复合性能越低。因此，本发明在控制单道次压下率和总压下率的同时，限定复合板厚度为6～45mm，控制复合板的冷却速度和界面反应程度，达到优化钛钢复合性能的作用。
有益效果：
按上述方案生产的复合板具有以下有益效果：
(1)本发明制备的双面钛钢复合板表层均为TA2工业纯钛，具备极高的抗腐蚀性能，腐蚀环境适应性极高；心部为C≤0.22％(按质量百分比计)的普碳钢或低合金钢，具有较高的结构强度，复合板抗拉强度可达530MPa以上，且屈服强度可达360MPa以上，达到了Q345级别碳钢的国家标准要求。适用于氯碱、纯碱、石油化工、制盐、海水淡化用管道和海洋石油钻探、管件等对内外表面均提出耐腐蚀性能要求且兼顾整体力学性能的结构制备。
(2)本发明的组坯和轧制工艺轧制效果好，可保证TA2和碳钢之间形成冶金结合，轧制板形好，无需矫直，成材率可达85％以上。
(3)本发明制备的钛钢复合板，板幅大，可达3m，厚度最大可达45mm，且基层和复层的组织和性能稳定，复合面结合率为100％。
(4)添加IF钢过渡金属即可实现钛、钢之间的良好结合，复合界面力学性能优异，其剪切强度均达到311MPa以上，正反弯检验合格。
附图说明
图1为双面钛钢复合板示意图，复合板从上至下依次为钛复层、IF钢过渡层、普碳钢或低合金钢基层、IF钢过渡层、钛复层；图2为采用本发明方法得到的TA2/Q345B/TA2双面钛钢复合板复合界面微观组织，其中，(a)为上复合界面微观组织；(b)为下复合界面微观组织；复合界面连续、平滑，无气孔、夹杂、微裂纹和未结合缺陷，且无大块TiC脆性相存在。
具体实施方式
以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。
表1为本发明实施例基材的实际材质及原料规格；表2为本发明实施例钛复材的实际材质及原料规格；表3为本发明实施例钛复材盖板信息；表4为本发明实施例IF钢过渡层的相关信息；表5为实施例复合坯相关信息；表6为实施例轧前工艺及厚度参数；表7本发明实施例轧制制度；表8为实施例复合板的性能检验结果。
表1实施例基材坯料的实际材质及原料规格
| 实施例 | 钢种 | C/wt％ | 来源 | 长度/m | 宽度/m | 厚度/mm |
| 1 | Q345B | 0.22 | 中间坯 | 4 | 3 | 150 |
| 2 | Q345E | 0.18 | 板材 | 3.6 | 2.8 | 80 |
| 3 | Q345D | 0.16 | 中间材 | 3.6 | 2.8 | 100 |
| 4 | S355JR | 0.15 | 连铸坯 | 4 | 3 | 50 |
表2实施例钛复材的实际材质及原料规格
表3实施例盖板信息
表4实施例IF钢过渡层信息
| 实施例 | 钢种 | C/wt％ | N/wt％ | Ti/wt％ | 长度/m | 宽度/m | 厚度/mm |
| 1 | IF钢 | 0.0061 | 0.0020 | 0.060 | 3.84 | 2.84 | 1.05 |
| 2 | IF钢 | 0.0063 | 0.0026 | 0.066 | 3.48 | 2.68 | 0.82 |
| 3 | IF钢 | 0.0054 | 0.0025 | 0.050 | 3.48 | 2.68 | 1.13 |
| 4 | IF钢 | 0.0070 | 0.0030 | 0.070 | 3.8 | 2.8 | 1.51 |
表5实施例复合坯相关信息
表6实施例轧前工艺及厚度信息
表7实施例轧制制度
表8实施例实物力学性能检验结果
由实施例可见，根据本发明一种以IF钢为过渡层的双面钛钢复合板的制备方法，生产的双面钛钢复合板，抗拉强度≥530MPa，屈服强度≥360MPa，伸长率≥30％，上下复合面抗剪切强度≥311MPa，正反弯曲检验合格，超声波检验100％合格。在添加IF钢过渡层的条件下实现了钛和较高碳含量碳钢之间的良好结合，相关力学性能均满足国家钛钢复合板R1级标准。
Claims (4)
1.一种以IF钢为过渡层的双面钛钢复合板，其特征在于，复合板由上至下由5层材料构成，分别为钛复层、IF钢过渡层、普碳钢或低合金钢基层、IF钢过渡层和钛复层，位于上下表面的钛复层均为工业纯钛TA2；IF钢过渡层为冷轧薄板，其中C、N、Ti含量按质量百分比计为：C≤0.007％、N 0.002％～0.003％、Ti 0.05％～0.07％；普碳钢或低合金钢基层中C含量按质量百分比计为C≤0.22％；成品复合板板幅≤3m，厚度为6～45mm，其中钛复层厚度为0.5～6mm，IF钢过渡层厚度为180～220μm。
2.一种如权利要求1所述的以IF钢为过渡层的双面钛钢复合板的制备方法，复合板由复合坯轧制而成，生产工艺包括表面处理、复合坯组坯、真空焊接、轧制、分板、表面修磨，其特征在于：
(1)选取钛复材、IF钢、基材作为复合坯用原料，采用包覆组坯方式，复合坯的上下两层均为盖板，组坯按照由上至下依次为盖板、钛复材、IF钢、基材、IF钢、钛复材、盖板的顺序居中叠放，盖板与基材之间的间隙用长方形夹条进行完全填充，形成复合坯；
基材、夹条和盖板为C含量按质量百分比计为C≤0.22％的普碳钢或低合金钢；其中，基材长度为2～4m，宽度为1～3m，厚度为50～150mm；盖板长度和宽度与基材相同，厚度为钛复材厚度的1.5～2倍；钛复材为工业纯钛TA2，长度为1.8～3.88m，宽度为0.8～2.88m，厚度5～20mm；IF钢的长度和宽度与钛复材相同，厚度为0.6～1.5mm；盖板、夹条和钛复材为板材，基材为连铸坯、中间坯或板材，基材与钛复材厚度比为5～10，钛复材长、宽小于基材且在组坯时与基材四条边的边距为60～100mm；
组坯前，对基材、钛复材和IF钢待复合面进行表面处理，对盖板、处理后的基材、钛复材以及IF钢表面进行去油污和吹扫处理；钛复材与盖板之间涂敷隔离剂，静置干燥，隔离剂喷涂厚度为1～2mm；
(2)将复合坯送入真空室抽取真空后对其四周缝隙进行真空电子束密封焊接，使钛复材处于密闭真空环境，真空度为1.0×10-2～4.5×10-2Pa；真空电子束密封焊接的有效熔深为30～40mm；
(3)将焊后的复合坯加热至900～920℃保温，保温时间按照1min/mm×坯料总厚度计算，开轧温度为880～900℃进行轧制，单道次压下率为15～20％，总压下率≥70％，终轧温度为800℃以上，空冷至室温；
(4)将轧制后复合板进行切边、分板、表面修磨后得到双面钛钢复合板。
3.如权利要求2所述的一种以IF钢为过渡层的双面钛钢复合板的制备方法，其特征在于：对基材和钛复材的待复合表面采用机械加工方式进行表面处理，对IF钢过渡层采用砂纸进行表面处理。
4.如权利要求3所述的一种以IF钢为过渡层的双面钛钢复合板的制备方法，其特征在于：所述的机械加工方式为铣削和磨削。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710983325.XA CN109693433B (zh) | 2017-10-20 | 2017-10-20 | 一种以if钢为过渡层的双面钛钢复合板及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710983325.XA CN109693433B (zh) | 2017-10-20 | 2017-10-20 | 一种以if钢为过渡层的双面钛钢复合板及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109693433A true CN109693433A (zh) | 2019-04-30 |
| CN109693433B CN109693433B (zh) | 2021-04-02 |
Family
ID=66225226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710983325.XA Active CN109693433B (zh) | 2017-10-20 | 2017-10-20 | 一种以if钢为过渡层的双面钛钢复合板及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109693433B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110303045A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-10-08 | 北京科技大学 | 一种高界面结合强度刀剪不锈钢复合板制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102433500A (zh) * | 2011-12-02 | 2012-05-02 | 内蒙古包钢钢联股份有限公司 | 一种含钛if钢及退火工艺 |
| CN106424136A (zh) * | 2016-09-29 | 2017-02-22 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 一种以if钢为中间层的钛钢复合板及其制造方法 |
-
2017
- 2017-10-20 CN CN201710983325.XA patent/CN109693433B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102433500A (zh) * | 2011-12-02 | 2012-05-02 | 内蒙古包钢钢联股份有限公司 | 一种含钛if钢及退火工艺 |
| CN106424136A (zh) * | 2016-09-29 | 2017-02-22 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | 一种以if钢为中间层的钛钢复合板及其制造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110303045A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-10-08 | 北京科技大学 | 一种高界面结合强度刀剪不锈钢复合板制备方法 |
| CN110303045B (zh) * | 2019-06-14 | 2020-07-10 | 北京科技大学 | 一种高界面结合强度刀剪不锈钢复合板制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109693433B (zh) | 2021-04-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109695000A (zh) | 以if钢为过渡层的双面钛钢复合板及其高温制备方法 | |
| CN101992344B (zh) | 一种钛-钢复合板的制备方法 | |
| CN109693430A (zh) | 一种薄复层双面钛钢复合板及其制备方法 | |
| WO2019128363A1 (zh) | 一种tmcp型船用双相不锈钢复合板的制备方法 | |
| CN109694989B (zh) | 一种825/x70镍基合金复合板及其生产方法 | |
| CN109692873A (zh) | 一种薄复层钛钢复合板及其制备方法 | |
| CN102069289B (zh) | 一种不锈钢-碳钢复合板的制备方法 | |
| CN109693072B (zh) | 一种825/x70/825双面复合板及其生产方法 | |
| WO2019148961A1 (zh) | 一种钛钢复合板的制备方法 | |
| CN103736729A (zh) | 一种轧制制备金属复合板带的方法 | |
| WO2022110708A1 (zh) | 一种高耐蚀容器用n08825复合钢板及其制备方法 | |
| CN108995323B (zh) | 一种三代核电站高剪切强度特厚复合钢板及其制造方法 | |
| CN104760351A (zh) | 一种碳钢与奥氏体不锈钢复合钢板及其生产方法 | |
| CN107009090A (zh) | 一种不锈钢复合板的生产方法 | |
| CN109465309A (zh) | 一种钛钢复合板的生产方法 | |
| CN107931327A (zh) | 一种管线钢和不锈钢热轧复合板的制造方法及应用 | |
| CN111020368B (zh) | 一种海水淡化用双相不锈钢复合钢板及其制造方法 | |
| CN105543710A (zh) | 一种碳钢与马氏体不锈钢复合钢板及其生产方法 | |
| CN106808785A (zh) | 一种轧制厚规格复合钢板的生产方法 | |
| CN108723712A (zh) | 一种高耐蚀容器用超级奥氏体不锈钢复合板及制备方法 | |
| CN109692884A (zh) | 一种以if钢为过渡层的钛钢复合板及其高温制备方法 | |
| WO2020143310A1 (zh) | 一种石油天然气输送管线用不锈钢复合板及其制备方法 | |
| CN113774374A (zh) | 一种钢基钛涂层及其制备方法和应用 | |
| CN109693433A (zh) | 一种以if钢为过渡层的双面钛钢复合板及其制备方法 | |
| CN110835715B (zh) | 一种大厚度加氢反应器壳体用复合钢板及其制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |