CN111940503B - 钛/钢复合材料的非真空高温热轧制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛/钢复合材料的非真空高温热轧制备方法，在覆层钛材料预处理过程中，采用低熔点的金属镓对钛板的复合界面进行处理，以减少复合后钛/钢结合界面的夹杂物，预处理后，钛/钢复合板采用非真空制坯，不降低复合界面结合强度的同时提高复合轧制的温度。该方法不仅可以采用非真空方式制备钛/钢复合材料，而且在不降低复合界面结合强度下将复合轧制温度提升，解决了热轧复合法制备钛/钢复合材料时轧机轧制能力不足、基材机械性能难以控制这两个实际生产中的瓶颈问题，降低了制备的生产成本。
Description
技术领域
本发明属于材料复合领域，具体涉及一种钛/钢复合材料的非真空高温热轧制备方法。
背景技术
异质金属层状复合材料是兼具基层材料和覆层材料性能以及成本优势的新型材料，广泛应用于能源、交通、海洋以及航空航天领域。对于钛/钢复合材料，由于其界面极易形成Fe-Ti脆性相，降低复合界面的结合强度。为了解决钛/钢复合材料的界面结合强度问题，目前已采用或正在探索的钛/钢复合材料的制备方法有：1)采用爆炸复合或爆炸+轧制复合法制备钛/钢复合材料；2)添加V、Ni、Mo、Fe等中间层，采用热轧复合法制备钛/钢复合材料；3)降低轧制温度，采用低轧制温度的热轧复合法制备钛/钢复合材料。
爆炸或爆炸+轧制复合法不仅环境污染严重、产品规格受限，而且复合界面剪切强度一般为196MPa(0类)或140MPa(1类)；采用添加中间层制备钛/钢复合材料时，由于中间层材料难以同时满足与钛、钢两侧界面的结合强度要求，因此对界面结合强度的改善能力有限；相比前两种方法，降低复合轧制温度可以有效抑制Fe-Ti等中间脆性相的形成，有利于制备出高界面结合强度的钛/钢、钛/不锈钢复合材料。已有实验数据表明，将轧制温度限制在850℃以下温度时，复合界面的剪切强度可达200-220MPa。
尽管降低轧制温度可以使复合界面的结合强度有所提高，但是，低温轧制也给实际生产带来一系列难以克服的障碍。具体如下：(1)轧制轧制能力不足。钢铁材料热轧的温度区间一般为1150℃-900℃，当轧制温度小于或等于850℃时，绝大多数中厚板轧机、热轧机都存在着轧制能力不足的问题。对于复合轧制，为了减小夹杂物对界面结合强度的影响，轧程压缩比一般需要大于75％，这进一步制约了低温轧制在现有轧机上实现的可能；(2)基材性能难以保证。为了满足轧制压缩比的要求，用于复合板制备的基材一般为连铸坯。基材中不可避免地存在成分偏聚以及大尺寸的碳化物析出。为了改善基材性能，一般需要在高温加热并保温，使连铸过程中析出的碳化物充分溶解。要在不进行高温加热及保温的条件下保证基材的机械性能，基材的制造成本将大幅攀升。
因此，尽管降低复合轧制温度可以改善Fe-Ti化合物等中间脆性相对界面结合强度的影响，但是，由此引发的轧制能力不足，基材性能控制成本增加等一系列工程仍然制约着钛/钢复合材料的制备及应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种钛/钢复合材料的非真空高温热轧制备方法，该方法不仅可以采用非真空方式制备钛/钢复合材料，而且在不降低复合界面结合强度下将复合轧制温度提升，解决了热轧复合法制备钛/钢复合材料时轧机轧制能力不足、基材机械性能难以控制这两个实际生产中的瓶颈问题，降低了制备的生产成本。
本发明所采用的技术方案是：
一种钛/钢复合材料的非真空高温热轧制备方法，在覆层钛材料预处理过程中，采用低熔点的金属镓对钛板的复合界面进行处理，以减少复合后钛/钢结合界面的夹杂物，预处理后，钛/钢复合板采用非真空制坯，不降低复合界面结合强度的同时提高复合轧制的温度。
进一步地，在覆层钛材料预处理过程中，利用镓清除钛板表面的致密氧化膜，防止钛板表面再次氧化，并使镓在钛材料表面均匀沉积。
进一步地，覆层钛材料预处理采用两步，第一步、致密氧化物清理—用镓研磨钛材料内表面的致密氧化物，使其从钛材料表面脱落；第二步、镓均匀化处理—清除研磨下的氧化物，并使金属镓在钛材料表面分布均匀。
进一步地，钛材料经过镓表面处理后，钛在复合界面处的组织能在1100℃以下都保持为αTi组织，进行复合轧制时，将复合轧制温度由850℃以下提升至900-1100℃，钛/钢复合材料的界面结合强度由140MPa-220MPa提升至300MPa。
进一步地，基层钢材料包括碳钢、不锈钢以及含有其它βTi稳定元素的合金材料。
进一步地，覆层钛材料包括钛、钛合金。
进一步地，覆层钛材料包括钛、钛合金。
本发明的有益效果是：
该方法不仅可以采用非真空方式制备钛/钢复合材料，而且在不降低复合界面结合强度下将复合轧制温度提升，解决了热轧复合法制备钛/钢复合材料时轧机轧制能力不足、基材机械性能难以控制这两个实际生产中的瓶颈问题，降低了制备的生产成本。
附图说明
图1是采用本方法制备钛/钢复合材料的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实例1：覆层材料为TA2，基层材料为Q345，采用热轧复合方法制备TA2/Q345复合板。
(1)利用机械打磨的方法清除Q345及TA2表面的氧化物；
(2)将TA2板预热至30℃；
(3)采用含有少量金属镓的1200目的金刚砂纸打磨TA2表面，清理TA2内表面的氧化膜；
(4)打磨完成后用2000目砂纸立刻清除研磨下的氧化物，并利用沉积在钛板表面的镓薄膜，防止钛板再次氧化；
(5)采用非真空、非对称方式组坯、封焊，并在坯料末端留出10mm左右的排气孔；
(6)将封焊好的坯料放入加热炉加热，加热温度1000℃，保温时间1小时；
(7)坯料轧制，轧制温度1000℃，轧制总压缩比78％；
(8)轧后空冷至室温；
(9)精整处理；
(10)测试界面剪切强度为313MPa。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种钛/钢复合材料的非真空高温热轧制备方法，其特征在于：在覆层钛材料预处理过程中，采用低熔点的金属镓对钛材料的复合界面进行处理，以减少复合后钛/钢结合界面的夹杂物，预处理后，钛/钢复合材料采用非真空制坯，不降低复合界面结合强度的同时提高复合轧制的温度。
2.如权利要求1所述的钛/钢复合材料的非真空高温热轧制备方法，其特征在于：在覆层钛材料预处理过程中，利用镓清除钛材料表面的致密氧化膜，防止钛材料表面再次氧化，并使镓在钛材料表面均匀沉积。
3.如权利要求2所述的钛/钢复合材料的非真空高温热轧制备方法，其特征在于：覆层钛材料预处理采用两步，第一步、致密氧化物清理—用镓研磨钛材料内表面的致密氧化物，使其从钛材料表面脱落；第二步、镓均匀化处理—清除研磨下的氧化物，并使金属镓在钛材料表面分布均匀。
4.如权利要求1所述的钛/钢复合材料的非真空高温热轧制备方法，其特征在于：钛材料经过镓表面处理后，钛在复合界面处的组织能在1100℃以下都保持为αTi组织，进行复合轧制时，将复合轧制温度由850℃以下提升至900-1100℃，钛/钢复合材料的界面结合强度由140MPa-220MPa提升至300MPa。
5.如权利要求1至4任一所述的钛/钢复合材料的非真空高温热轧制备方法，其特征在于：钢材料包括碳钢或不锈钢。
6.如权利要求1至4任一所述的钛/钢复合材料的非真空高温热轧制备方法，其特征在于：覆层钛材料包括钛或钛合金。
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