CN110711772A - 一种温轧制备钛/钢复合板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种温轧制备钛/钢复合板的方法，包括以下步骤：S1、准备钛板、钢板：去除钛板、钢板待复合表面的氧化物并清洗干净；S2、将钛板、钢板正对放置，轧制起始端用铆钉铆接；S3、将加热装置加热到指定温度后放入坯料进行一定时间的真空保温处理；S4、粗轧：热处理完成的坯料取出，然后立即进行一道次粗轧得到钛/钢复合板。S5、精轧：将粗轧后的钛钢复合板推入二辊平辊轧机。本发明利用波纹辊产生的局部强应力能有效促进材料塑性变形，局部强应力增强了界面“破裂与嵌入”的能力，促进硬脆表面金属和氧化膜的加速错动、破碎，可以降低复合板界面复合所需的温度，减少了金属间脆性化合物及金属表面氧化物的生成。

Description

一种温轧制备钛/钢复合板的方法
技术领域
本发明属于金属复合板制备技术领域，具体涉及一种温轧制备钛/钢复合板的方法。
背景技术
钛具有高强、轻质及优异的耐腐蚀性，但是成本较高，特别是作为结构部件使用时这个问题尤为突出；钢具有良好的力学性能及成形特性，但其耐腐蚀能力远不如钛。钛/钢复合板兼具两种材料的性能优势，同时可以降低材料成本，逐渐成为单一钛材的替代品，广泛应用于石油、化工、电力尤其是海洋工程等领域。
目前钛/钢复合板主要制备方法有：爆炸复合法，轧制复合法，爆炸-轧制复合法和扩散复合法等。其中，爆炸复合法通过爆炸产生的冲击波使界面瞬间结合，成本低，但是在爆炸冲击波下，界面将发生一定程度的局部熔化，界面容易产生锁孔、裂纹和气孔等缺陷，界面结合不均匀，且易对环境造成污染。爆炸-轧制复合法比单纯的爆炸法节约炸药、减少环境污染、震动和噪声，但是再次进行加热轧制容易导致界面金属间化合物的二次生长，从而对界面的结合性能造成不良影响，致使结合强度下降。扩散复合法扩散的过程需要相当长的时间，加工的产品也受到形状尺寸和结合强度的限制，不适用于工业大规模生产钛/钢复合板。热轧复合法是将钛板、钢板进行表面清理、真空组坯后直接进行加热轧制，从而获得宽幅钛/钢复合板的方法。该方法提高了板材的机械性能、简化了生产工艺，因此被广泛应用。
在热轧钛/钢复合板过程中界面处在高温作用下容易生成Fe-Ti系、Ti-C系及Cr-Ti系等多种金属间化合物而削弱界面的结合性能，轧制温度越高，界面脆性化合物生成越多，导致复合板结合强度降低；轧制温度低时，则两种金属不易复合，导致界面产生开裂。同时，钛与钢的屈强比和弹性模量差异较大，给两金属的协调变形带来了挑战。采用传统热轧仍存在复合界面脆性化合物多，残余应力大及板形差等难以解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种温轧制备钛/钢复合板的方法，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供了一种温轧制备钛/钢复合板的方法，包括以下步骤：
S1、准备钛板和钢板：将钛板和钢板的待复合表面进行表面处理并清洗干净；
S2、坯料制备：将所述钛板、钢板正对放置，轧制起始端用铆钉铆接；
S3、真空加热：将加热装置加热到指定温度，然后放入制备好的坯料保温一定时长；
S4、粗轧：从真空炉中将加热好的坯料直接推入到轧机入口处，利用导位将坯料稳定快速的推入到轧辊辊缝中，根据设定好的轧辊辊缝和轧制速度进行轧制得到钛/钢复合板；
S5、精轧：经过第一道次粗轧完成的钛/钢复合板推入平辊轧机进行二道次精轧。
优选的，将步骤S1中的钛板和钢板用砂轮打磨去除待复合面的氧化物，并用酒精或丙酮清洗干净。
优选的，步骤S1中所述钛板选自TA1、TA2、TC4、TC6和TC10中的一种。
优选的，步骤S1中所述钢板选自Q235、302、304、304L和316中的一种。
优选的，步骤S3中所述的加热方式为真空加热。
优选的，步骤S4中所述轧机上辊为波纹辊下辊为平辊，压下率不小于30％。
优选的，步骤S4中和步骤S5中所述轧机均使用加热装置对辊进行加热。
优选的，步骤S4中和步骤S5中所述轧机均使用加热装置对辊进行加热，减少轧制过程中轧件与轧辊接触造成的热量损失。
优选的，步骤S4中和S5中所述轧制过程一直通有保护气体。
本发明公开了以下技术效果：与目前制备钛/钢固相复合的工艺相比，本发明利用波纹辊在波谷波峰处产生的局部强应力作用，有效促进了材料的塑性变形，而且局部强应力增强了界面“破裂与嵌入”的能力，促进硬脆表面金属和氧化膜的加速错动、破碎，使界面两侧新鲜金属大面积流出并结合，同时波纹辊轧辊有效改善了异种金属的协调变形。因此，该方法降低了轧制所需的温度，减少了金属表面的氧化，抑制了金属间脆性化合物的生成，同时避免了真空组坯的工序，进一步简化了工艺，为工业上实现钛/钢复合板的生产提供了可行办法。
附图说明
图1是本发明的轧制流程示意图；
图2是本发明实施例的板坯组装示意图；
图3是本发明实施例的真空加热与轧制过程示意图；
图4是本发明实施例的轧机结构示意图；
图5是本发明实施例的波纹轧制结合示意图与局部区域微观示意图；
图6是本发明实施例的平辊轧制对比示意图；
图7是本发明实施例的钛/不锈钢EDS测试结果；
图8所示为波纹轧制与传统平辊轧制变形区界面切应力示意图；
其中，1为304不锈钢板；2为TA1钛板；3为铝制铆钉；4为进气管；5为加热管道；6为加热炉壁；7为不锈钢制推杆；8为入口支承板及导卫；9为坯料Ⅰ；10为轧制设备；11为轧机外壳；12为波纹辊；13为坯料Ⅱ；14为电磁感应保热装置；15为第二道次轧制上辊；16为电磁感应加热装置；17为第一道次轧制下辊；18为第二道次轧制下辊；19为中间支承板及导卫。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
以下将借助实施例进一步描述本发明一种温轧制备钛/不锈钢复合板的方法的工艺步骤。
参照图1-8，本发明提供一种温轧制备钛/不锈钢复合板的方法，包括以下步骤：
S1、准备钛板、不锈钢板：将钛板和不锈钢板的待复核表面进行表面处理并清洗干净。
S2、制备坯料：将处理完成的两板进行组坯，用铝制铆钉3铆接。
S3、真空加热：将加热装置加热到指定温度，然后放入制备好的坯料抽至真空状态后保温一定时长。放入坯料时不锈钢一侧在上以保证轧制过程中不锈钢一侧靠近波纹辊。
S4、轧制：轧制前在轧制通道内提前通入保护气体，当氧气含量检测仪实测的轧制通道内氧气含量低于2％时，打开真空炉，真空炉入口处持续通入保护气体，利用推杆快速将坯料推入到波纹辊轧机进行粗轧，轧制出初步实现结合的钛不锈钢复合板。
S5、精轧：将粗轧后的钛不锈钢复合板推入二辊平辊轧机，进行平整轧制。
本发明提供的温轧制备钛/钢复合板的方法，利用波纹辊的作用，在波谷位置处率先形成局部强应力，促进双金属进入结合状态，应力值从波谷向波腰与波峰处不断减小，在后续的平轧道次中，原来的波峰位置则会由于局部强应力作用可再次促进两金属的结合；局部强应力不仅促进了两金属的轧制复合，而且增强了界面“破裂与嵌入”的能力，促进硬脆表面金属和氧化膜的加速错动、破碎，使界面两侧新鲜金属大面积流出并结合，且随着轧制的进行不断扩散，有效提高界面结合率和结合性能；粗轧道次提高了轧辊与难变形金属的接触面积，不仅增加了纵向延伸率，而且使难变形金属预存了弯曲量；在精轧道次中，在平辊作用下预存金属予以伸展，可以弥补两种金属的延伸率差异，促进变形协调，减小两金属间的残余应力，改善板形质量。从而在较低温度下实现钛与钢的高质量复合，减少了金属间脆性化合物及金属表面氧化物的生成，避免了真空组坯环节，从而简化钛钢复合板的轧制工艺。
进一步优化方案，步骤S1中钛板和钢板用钢丝刷、砂轮或砂纸去除钛板和钢板表面的氧化层，并用丙酮和酒精清洗干净。
进一步优化方案，步骤S1中所述钛板选自TA1、TA2、TC4、TC6和TC10中的一种。
进一步优化方案，步骤S1中所述钢板选自Q235、302、304、304L和316中的一种。
进一步优化方案，步骤S2中所述铆接方式为单边铆接。
进一步优化方案，步骤S3中所述坯料保温温度为450～650℃，保温时间大于30min。
进一步优化方案，步骤S4中所述轧机上辊为横波波纹辊，下辊为平辊，轧制压下率不小于30％，轧制速度为30～40r/min。
进一步优化方案，步骤S5中所述轧机上下辊均为平辊。
进一步优化方案，步骤S4和步骤S5中所述轧机均使用加热装置对辊进行加热，减少轧制过程中轧件与轧辊接触造成的热量减少。
进一步优化方案，步骤S4和步骤S5中所述轧制过程一直通有保护气体。
本实施例中步骤S2中组坯后的示意图如图2所示，轧制起始端用铝制铆钉3铆接，选用304不锈钢1为基板，尺寸为100×20×2mm；TA1钛板2为覆板，尺寸为100×20×1.5mm，两板接触表面用钢丝刷打磨去除表面氧化层并用酒精或丙酮清洗干净。
本实施例的真空加热与轧制过程示意图如图3所示，将加热炉温度升至550℃，然后通过进气管4通入Ar气，在保持Ar气流通的同时将坯料Ⅰ9不锈钢侧朝上放入加热管道5，以保证轧制时不锈钢靠近波纹辊12一侧。之后密封加热管道5并通过抽气管抽出Ar气以达到真空状态。保温30min后在轧制通道内提前通入保护气体，当氧气含量检测仪实测的轧制通道内氧气含量低于2％时，打开真空炉，真空炉入口处持续通入Ar气体，利用不锈钢推杆7快速将坯料Ⅰ9推入到波纹辊轧机以40％的压下量和30r/min的轧制速度进行粗轧，轧制出初步实现结合的钛不锈钢复合板。之后使用不锈钢制推杆7将粗轧后的钛不锈钢复合板坯料Ⅰ9推入二辊平辊轧机，进行平整轧制。
本实施例的轧机结构示意图如图4所示，两道次轧制过程中的轧辊均使用电磁感应加热装置16预热，以减缓轧制过程中坯料Ⅱ13温度降低速度，两道次轧制过程中安装有中间支承板及导卫19，用以承载经过一道次粗轧的复合板；中间支承板上下两端安装有电磁感应保热装置14，减缓二道次轧制前温度降低。
相同压下率时一道次轧制使用波纹辊与平辊的对比示意图如图5和图6所示，波纹辊轧制的情况下钛板与不锈钢板明显实现了结合，平辊轧制时两板未结合，如图7所示通过钛/不锈钢EDS测试结果证明钛/不锈钢实现了复合。
如图8所示，仿真分析表明，区别于传统平辊轧制，波纹辊增加力搓轧区数量、长度，增大了剪应力数值，使金属搓动行为更显著，有利于金属在较低温度下复合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种温轧制备钛/钢复合板的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、准备钛板和钢板：将钛板和钢板的待复合表面进行处理并清洗干净；
S2、坯料制备：将所述钛板、钢板正对放置，轧制起始端用铆钉铆接；
S3、真空加热：将加热装置加热到指定温度，放入制备好的坯料保温一定时长；
S4、粗轧：轧制前在轧制通道内提前通入保护气体，当氧气含量检测仪实测的轧制通道内氧气含量低于2％时，打开真空炉，真空炉入口处持续通入保护气体，利用推杆快速将坯料推入到波纹辊轧机进行粗轧，轧制出初步实现结合的钛不锈钢复合板；
S5、精轧：将粗轧后的钛钢复合板推入二辊平辊轧机，进行平整轧制。
2.根据权利要求1所述的温轧制备钛/钢复合板的方法，其特征在于：步骤S1中钛板和钢板用钢丝刷、砂轮或砂纸去除钛板和钢板表面的氧化层，并用丙酮和酒精清洗干净。
3.根据权利要求1所述的一种温轧制备钛/钢复合板的方法，其特征在于：步骤S1中所述钛板选自TA1、TA2、TC4、TC6和TC10中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种温轧制备钛/钢复合板的方法，其特征在于：步骤S1中所述钢板选自Q235、302、304、304L和316中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种温轧制备钛/钢复合板的方法，其特征在于：步骤S2中所述铆接方式为单边铆接。
6.根据权利要求1所述一种温轧制备钛/钢复合板的方法，其特征在于：步骤S3中所述坯料保温温度为450～650℃，保温时间大于30min。
7.根据权利要求1所述一种温轧制备钛/钢复合板的方法，其特征在于：步骤S4中所述轧机上辊为横波波纹辊，下辊为平辊，轧制压下率不小于30％，轧制速度为30～40r/min。
8.根据权利要求1所述一种温轧制备钛/钢复合板的方法，其特征在于：步骤S5中所述轧机上下辊均为平辊。
9.根据权利要求1所述一种温轧制备钛/钢复合板的方法，其特征在于：步骤S4和步骤S5中所述轧机均使用加热装置对辊进行加热，减少轧制过程中轧件与轧辊接触造成的热量减少。
10.根据权利要求1所述一种温轧制备钛/钢复合板的方法，其特征在于：步骤S4和步骤S5中所述轧制过程一直通有保护气体。
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