CN112108518A - 一种界面强冶金结合金属层状复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种界面强冶金结合金属层状复合材料的制备方法，属于金属层状复合材料制备技术领域。该方法包括：将钛/钢层状预复合坯料的整体的温度加热到705～875℃并保温；对钛/钢层状预复合坯料的钛材表面和钢材表面进行升温加热，将钛材的表面和钢材的表面各自朝向复合界面方向的0.5～0.8倍钛材的厚度和钢材的厚度的区域的温度分别加热到935～1350℃，并保持复合界面处温度为705～875℃后保温；对加热后的钛/钢层状预复合坯料进行1～15道次的热轧复合，随后空冷至室温，获得钛/钢层状复合板带。该方法可低成本、高效率制备出高界面结合强度的钛/钢层状复合板带。
Description
技术领域
本发明属于金属层状复合材料制备技术领域，特别是提供了一种界面强冶金结合金属层状复合材料的制备方法。
背景技术
钛/钢层状复合板带是一种典型的金属层状复合材料，兼具钛的优良耐腐蚀性、高塑性和钢的高强度、低成本等优点，在石油、化工、电力、船舶、海洋工程、国防军工和日常生活等领域具有广泛用途。目前钛/钢层状复合板带的制备方法主要是爆炸复合法和热轧复合法。爆炸复合法存在着能量消耗大、环境污染重以及安全隐患等问题，已逐渐被热轧复合法所取代。热轧复合法是将钛板和钢板的待复合表面进行处理，然后层叠组坯、抽真空焊接获得钛/钢层状坯料，紧接着对钛/钢层状坯料的整体进行加热保温，最后进行多道次热轧复合成形钛/钢层状复合板带。热轧复合法因具有无污染、生产效率高且可生产宽幅钛/钢层状复合板带等优势，成为目前工业化制备钛/钢层状复合板带的主要方法。
在传统的钛/钢层状复合板带热轧复合法中，由于刚开始是采用钛板和钢板为原材料进行层叠组坯的，在进行热轧复合之前，钛板和钢板是独立分开的，二者之间尚未受力实现贴合，钛板和钢板叠合界面处存在着明显的缝隙，所以在加热保温过程中一般不会在二者的界面处发生原子扩散并反应生成TiC相和Fe-Ti相等物相；但是，在热轧复合过程中，由于钛板和钢板之间受力贴合形成了复合界面，则在复合界面处易于发生原子扩散，并有可能在复合界面处发生反应生成TiC相和Fe-Ti相等物相。
对于事先采用爆炸复合、热轧复合或冷轧复合等方法实现了钛材和钢材预复合的钛/钢层状预复合坯料而言，由于钛材和钢材之间已经形成了复合界面，在后续加热保温和热轧过程中，复合界面处都有可能生成TiC相和Fe-Ti相等物相。
在钛/钢层状预复合坯料加热保温和热轧过程中，当复合界面处的温度较高时(如≥900℃)，在复合界面处容易生成TiC相和Fe-Ti相等物相，温度越高，生成的此类物相越多。其中，TiC相的析出温度范围较宽，对钛/钢层状复合板带的复合界面处的结合质量影响较小；Fe-Ti相是一种脆性的金属间化合物，当复合界面处的温度超过β-Ti的相变温度(882℃)后，在钛和钢直接接触的复合界面上将析出，会严重损害钛/钢层状复合板带的复合界面结合质量，降低界面结合强度。
为了避免复合界面处生成大量Fe-Ti相，目前对钛/钢层状预复合坯料进行加热保温和热轧复合时，都希望尽量将复合界面处的温度控制在低于882℃。为了达到这一目的，通常将钛/钢层状预复合坯料的整体的加热保温温度控制在远低于882℃，以便后续热轧复合成形过程中复合界面处的温度也不会因为温升而超过882℃。但是，在这个较低的温度范围内进行热轧复合时，由于钛和钢的变形抗力都较大，导致热轧复合时的道次压下率较小，使得热轧道次较多、生产效率较低、生产成本较高，而且两种金属的复合界面质量较差，钛/钢层状复合板带的界面结合强度不高(一般低于230MPa)，难以满足高标准的使用要求。
为解决上述矛盾，传统热轧复合法制备钛/钢层状复合板带时往往会在钛板和钢板之间加入铜、镍或铌等中间层来阻止钛和钢直接接触，避免界面生成Fe-Ti相。然而，中间层的加入不仅提高了原材料成本，降低了生产效率，而且中间层会与钛或钢反应生成新的金属间化合物，使复合界面变得更为复杂，导致钛/钢层状复合板带的复合界面结合质量不稳定。
因此，针对目前钛/钢层状复合板带制备中存在的上述问题，开发一种低成本、高效率制备界面强冶金结合钛/钢层状复合板带的新方法，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种界面强冶金结合金属层状复合材料的制备方法，该方法不需要加入中间层，仅通过两段式加热调控钛材和钢材之间的复合界面处的物相析出种类和形态，可低成本、高效率制备出高界面结合强度的钛/钢层状复合板带。
根据本发明的第一方面，提供一种界面强冶金结合金属层状复合材料的制备方法，其工艺方案如下：
在多温区加热设备中采用两段式加热方式对钛/钢层状预复合坯料进行加热保温，先进入第一段加热保温区，进行第一段加热保温，将所述钛/钢层状预复合坯料的整体的温度加热到705～875℃，并进行保温；然后进入第二段加热保温区，进行第二段加热保温，分别对所述钛/钢层状预复合坯料的钛材表面和钢材表面进行升温加热，将所述钛/钢层状预复合坯料的所述钛材的表面和所述钢材的表面各自朝向复合界面方向的0.5～0.8倍所述钛材的厚度和所述钢材的厚度的区域的温度分别加热到935～1350℃，并保持所述钛/钢层状预复合坯料的所述复合界面处温度为705～875℃，之后进行保温；然后对加热后的所述钛/钢层状预复合坯料进行1～15道次的热轧复合，随后空冷至室温，获得钛/钢层状复合板带。
在单温区加热设备中采取两段式加热方式对钛/钢层状预复合坯料进行加热保温，先进行第一段加热保温，将所述钛/钢层状预复合坯料的整体的温度加热到705～875℃，并进行保温；然后调控所述加热设备并升高温度进行第二段加热保温，分别对所述钛/钢层状预复合坯料的钛材表面和钢材表面进行升温加热，将所述钛/钢层状预复合坯料的所述钛材的表面和所述钢材的表面各自朝向复合界面方向的0.5～0.8倍所述钛材的厚度和所述钢材的厚度的区域的温度分别加热到935～1350℃，并保持所述钛/钢层状预复合坯料的所述复合界面处温度为705～875℃，之后进行保温；然后对加热后的所述钛/钢层状预复合坯料进行1～15道次的热轧复合，随后空冷至室温，获得钛/钢层状复合板带。
进一步的，所述钛/钢层状预复合坯料包括但不限于爆炸成形钛/钢层状预复合板坯、热轧成形钛/钢层状预复合板坯、热轧成形钛/钢层状预复合带坯、冷轧成形钛/钢层状预复合板坯或冷轧成形钛/钢层状预复合带坯中的至少一种。
进一步的，对所述钛/钢层状预复合坯料的整体、所述钛材的表面和所述钢材的表面进行加热的方式包括但不限于火焰加热、感应加热、脉冲加热、电阻加热和激光加热中的至少一种。
进一步的，在第一段加热保温中，所述钛/钢层状预复合坯料的保温时间为0.1～180min，使所述钛材和所述钢材的所述复合界面处生成一层厚度均匀且层厚＜500nm的TiC层；在第二段加热保温中，所述钛/钢层状预复合坯料的保温时间为0.1～120min，使所述钛材发生β相变、所述钢材发生γ相变，提高所述钛材和所述钢材的塑性，同时利用所述TiC层阻断所述复合界面处两侧元素的扩散，使所述复合界面处不生成Fe-Ti相。
进一步的，所述钛/钢层状预复合坯料的制备方法为：首先采用并列组合铣刀、并列组合滚刀、并列组合刨齿刀、并列组合齿条刀或拉刀中的至少一种在线连续对表面清洁的所述钛材和所述钢材的待复合表面进行凹凸结构对应的机械加工处理，获得具有弧形、齿轮齿形、凹槽形、W形或梯形形貌的所述凹凸结构的所述待复合表面，所述凹凸结构的横截面形貌的深度为0.01～50mm、顶部宽度为0.1～100mm，再对所述待复合表面进行脱脂处理和打磨处理，然后在此基础上采用爆炸复合法、热轧复合法或冷轧复合法制备得到所述钛/钢层状预复合坯料。
进一步的，所述钛材和所述钢材为硬态或软态中的至少一种。
进一步的，在对所述待复合表面进行打磨处理之前对硬态的所述钛材和硬态的所述钢材进行软化退火处理。
进一步的，热轧复合的轧制速度＞0.2m/s，热轧复合的道次压下率为20％～70％。
进一步的，所述钢材的材质为低碳钢、低合金钢、不锈钢、容器钢、管线钢、桥梁用钢、建筑用钢、船板钢或核电用钢中的至少一种，型号包括但不限于Q235、Q275、20#、Q345或304中的至少一种，所述钢材为钢板或钢带中的至少一种；所述钛材的材质为纯钛或钛合金中的至少一种，型号包括但不限于TA1、TA2、TA3、TA10或TC4中的至少一种，所述钛材为钛板或钛带中的至少一种。
根据本发明的第二方面，提供一种界面强冶金结合的钛/钢层状复合板带，所述钛/钢层状复合板带采用根据以上任一方面所述的制备方法获得，所述钛/钢层状复合板带的所述复合界面处有TiC相但无Fe-Ti相、界面结合强度＞270MPa、面积结合率为100％。
根据国家标准GB/T 6396-2008《复合钢板力学及工艺性能试验方法》检测所述钛/钢层状复合板带的界面结合强度；根据国家标准GB/T 8547-2019《钛-钢复合板》，采用水浸法进行超声波探伤，检测所述钛/钢层状复合板带的面积结合率。
本发明的有益效果为：
(1)本发明在第一段加热保温过程中，由于钛/钢层状预复合坯料的整体的加热温度较低(低于钛材的相变温度882℃)，在钛材和钢材的复合界面处仅生成了厚度均匀且层厚＜500nm、对复合界面结合质量影响不大的TiC层，并且可以起到隔离作用，阻碍Fe和Ti的相互扩散，有助于抑制对复合界面结合质量有不利影响的Fe-Ti相的生成；在第二段加热保温过程中，仅对钛/钢层状预复合坯料的钛材的表面以下部分厚度区域和钢材的表面以下部分厚度区域进行高效率的快速升温加热，避免钛/钢层状预复合坯料的复合界面处温度升高，确保复合界面处不会生成Fe-Ti相，而且使钛/钢层状预复合坯料可在935℃以上的温度条件下进行热轧复合，利用钛和钢相变后优异的塑性以及高温下低的变形抗力来提高热轧复合时的道次压下率，改善钛/钢层状复合板带的复合界面结合质量，实现强冶金结合，获得高的界面结合强度。
(2)本发明制备钛/钢层状复合板带时，不需要在钛材和钢材之间添加中间层，热轧复合的道次压下率较大，热轧道次少，生产工艺简单，生产流程短，节约能源，原材料利用率高，生产成本低。
(3)本发明解决了传统热轧复合法不能在高于935℃温度条件下进行热轧复合制备界面强冶金结合钛/钢层状复合板带的难题，特别适用于薄规格钛/钢层状复合板带或薄钛材层钛/钢层状复合板带的低成本高效率制备。
(4)本发明采用并列组合铣刀、并列组合滚刀、并列组合刨齿刀、并列组合齿条刀或拉刀在线连续对钛材和钢材的待复合表面进行凹凸结构对应的机械加工处理，能够低成本高效率地获得凹凸结构的待复合表面，有助于扩大钛材和钢材的复合面积，将进一步极大地提升钛/钢层状复合板带的界面结合强度。
(5)本发明制备出界面强冶金结合的钛/钢层状复合板带，其复合界面处有TiC相但无Fe-Ti相、界面结合强度＞270MPa、面积结合率为100％。
附图说明
图1为根据本发明技术方案的界面强冶金结合金属层状复合材料的制备方法流程图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的熟练技术人员可以根据上述发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
本发明公开一种界面强冶金结合金属层状复合材料的制备方法，先采用并列组合铣刀等在线连续对钛材和钢材的待复合表面进行凹凸结构对应的机械加工处理，再采用爆炸复合法、热轧复合法或冷轧复合法制备得到钛/钢层状预复合坯料，然后在705～875℃加热使钛/钢界面形成连续的TiC薄层，再对钛材和钢材表面加热使表面附近区域的温度达到935～1350℃并保持复合界面处温度仍为705～875℃，在提高钢材和钛材塑性的同时避免Fe-Ti相在复合界面生成，最后多道次热轧获得钛/钢层状复合板带，如图1所示。
本发明可低成本高效率制备出界面强冶金结合的钛/钢层状复合板带，其复合界面处有TiC相但无Fe-Ti相、界面结合强度＞270MPa、面积结合率为100％。
实施例1
钛材为TA2纯钛板，初始厚度为2.0mm；钢材为Q235低碳钢板，初始厚度为2.0mm。首先对钛材和钢材退火处理并酸洗去除钛材和钢材表面的氧化皮；再用拉刀在线连续对钛材和钢材的待复合表面进行凹凸结构对应的机械加工处理，获得沿钛材和钢材横向排布的梯形形貌的凹凸结构的待复合表面，凹凸结构的横截面形貌的深度为0.5mm、顶部宽度为2mm；然后对待复合表面进行脱脂处理和打磨处理；最后进行压下率为48％的单道次冷轧复合制备得到钛/钢层状预复合坯料。
将钛/钢层状预复合坯料置于感应加热炉中，在800℃下保温0.2min，使钛材和钢材的复合界面处生成层厚约300nm的TiC层。然后对钛/钢层状预复合坯料的钛材表面和钢材表面分别进行感应加热，将钛/钢层状预复合坯料的钛材和钢材的表面各自朝向复合界面方向各0.7mm厚的区域的温度都加热到950℃且保温0.2min，并保持钛/钢层状预复合坯料的复合界面处温度为800℃；然后对上述两段加热后的钛/钢层状预复合坯料进行单道次的热轧复合，热轧压下率为35％，随后空冷至室温，获得钛/钢层状复合板。
根据国家标准GB/T 6396-2008《复合钢板力学及工艺性能试验方法》测得钛/钢层状复合板的界面结合强度为278MPa；根据国家标准GB/T 8547-2019《钛-钢复合板》，采用水浸法进行超声波探伤，测得钛/钢层状复合板的面积结合率为100％。
实施例2
钛材为TA1纯钛板，初始厚度为2.0mm；钢材为304不锈钢板，初始厚度为4.0mm。首先对钛材和钢材退火处理并酸洗去除钛材和钢材表面的氧化皮；再用并列组合铣刀在线连续对钛材和钢材的待复合表面进行凹凸结构对应的机械加工处理，获得沿钛材和钢材横向排布的凹槽形形貌的凹凸结构的待复合表面，凹凸结构的横截面形貌的深度为0.5mm、顶部宽度为3.0mm；然后对待复合表面进行脱脂处理和打磨处理；最后进行压下率为52％的单道次热轧复合制备得到钛/钢层状预复合坯料。
将钛/钢层状预复合坯料置于电阻加热炉中，在850℃下保温30min，使钛材和钢材的复合界面处生成层厚约400nm的TiC层。然后对钛/钢层状预复合坯料的钛材表面和钢材表面分别进行火焰加热，将钛/钢层状预复合坯料的钛材的表面朝向复合界面方向0.6mm厚的区域的温度加热到935℃且保温1.0min，钢材的表面朝向复合界面方向1.5mm厚的区域的温度加热到1230℃且保温1.0min，并保持钛/钢层状预复合坯料的复合界面处温度为850℃；然后对上述两段加热后的钛/钢层状预复合坯料进行3道次的热轧复合，热轧总压下率为56％，随后空冷至室温，获得钛/钢层状复合板。
根据国家标准GB/T 6396-2008《复合钢板力学及工艺性能试验方法》测得钛/钢层状复合板的界面结合强度为285MPa；根据国家标准GB/T 8547-2019《钛-钢复合板》，采用水浸法进行超声波探伤，测得钛/钢层状复合板的面积结合率为100％。
实施例3
钛材为TA2纯钛板，初始厚度为5.0mm；钢材为Q345低合金钢板，初始厚度为10.0mm。首先用并列组合滚刀在线连续对钛材和钢材的待复合表面进行凹凸结构对应的机械加工处理，获得沿钛材和钢材横向排布的W形形貌的凹凸结构的待复合表面，凹凸结构的横截面形貌的深度为1.0mm、顶部宽度为5.0mm；再对待复合表面进行脱脂处理和打磨处理；然后爆炸复合制备得到钛/钢层状预复合坯料。
将钛/钢层状预复合坯料置于火焰加热炉中，在750℃下保温80min，使钛材和钢材的复合界面处生成层厚约450nm的TiC层。然后对钛/钢层状预复合坯料的钛材表面和钢材表面分别进行火焰加热，将钛/钢层状预复合坯料的钛材的表面朝向复合界面方向3.0mm厚的区域的温度加热到1000℃且保温5min，钢材的表面朝向复合界面方向7.0mm厚的区域的温度加热到1210℃且保温5min，并保持钛/钢层状预复合坯料的复合界面处温度为750℃；然后对上述两段加热后的钛/钢层状预复合坯料进行5道次的热轧复合，热轧总压下率为75％，随后空冷至室温，获得钛/钢层状复合板。
根据国家标准GB/T 6396-2008《复合钢板力学及工艺性能试验方法》测得钛/钢层状复合板的界面结合强度为297MPa；根据国家标准GB/T 8547-2019《钛-钢复合板》，采用水浸法进行超声波探伤，测得钛/钢层状复合板的面积结合率为100％。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种界面强冶金结合金属层状复合材料的制备方法，其特征在于，在加热设备中采用两段式加热方式对钛/钢层状预复合坯料进行加热保温，所述方法包括：
第一段加热保温：将所述钛/钢层状预复合坯料的整体的温度加热到705～875℃，并进行保温；
第二段加热保温：分别对所述钛/钢层状预复合坯料的钛材表面和钢材表面进行升温加热，将所述钛/钢层状预复合坯料的所述钛材的表面和所述钢材的表面各自朝向复合界面方向的0.5～0.8倍所述钛材的厚度和所述钢材的厚度的区域的温度分别加热到935～1350℃，并保持所述钛/钢层状预复合坯料的所述复合界面处温度为705～875℃，之后进行保温；
对加热后的所述钛/钢层状预复合坯料进行1～15道次的热轧复合，随后空冷至室温，获得钛/钢层状复合板带。
2.如权利要求1所述的一种界面强冶金结合金属层状复合材料的制备方法，其特征在于，所述钛/钢层状预复合坯料包括但不限于爆炸成形钛/钢层状预复合板坯、热轧成形钛/钢层状预复合板坯、热轧成形钛/钢层状预复合带坯、冷轧成形钛/钢层状预复合板坯或冷轧成形钛/钢层状预复合带坯中的至少一种。
3.如权利要求1所述的一种界面强冶金结合金属层状复合材料的制备方法，其特征在于，对所述钛/钢层状预复合坯料的整体、所述钛材的表面和所述钢材的表面进行加热的方式包括但不限于火焰加热、感应加热、脉冲加热、电阻加热和激光加热中的至少一种。
4.如权利要求1所述的一种界面强冶金结合金属层状复合材料的制备方法，其特征在于，在第一段加热保温中，所述钛/钢层状预复合坯料的保温时间为0.1～180min；在第二段加热保温中，所述钛/钢层状预复合坯料的保温时间为0.1～120min。
5.如权利要求1所述的一种界面强冶金结合金属层状复合材料的制备方法，其特征在于，所述钛/钢层状预复合坯料的制备方法为：
首先采用并列组合铣刀、并列组合滚刀、并列组合刨齿刀、并列组合齿条刀或拉刀中的至少一种在线连续对表面清洁的钛材和钢材的待复合表面进行凹凸结构对应的机械加工处理，获得具有弧形、齿轮齿形、凹槽形、W形或梯形形貌的所述凹凸结构的所述待复合表面，所述凹凸结构的横截面形貌的深度为0.01～50mm、顶部宽度为0.1～100mm，再对所述待复合表面进行脱脂处理和打磨处理，然后在此基础上采用爆炸复合法、热轧复合法或冷轧复合法制备得到所述钛/钢层状预复合坯料。
6.如权利要求1所述的一种界面强冶金结合金属层状复合材料的制备方法，其特征在于，所述加热设备为单温区加热设备或多温区加热设备中的至少一种。
7.如权利要求1所述的一种界面强冶金结合金属层状复合材料的制备方法，其特征在于，热轧复合的轧制速度＞0.2m/s，热轧复合的道次压下率为20％～70％。
8.如权利要求5所述的一种界面强冶金结合金属层状复合材料的制备方法，其特征在于，
所述钢材的材质为低碳钢、低合金钢、不锈钢、容器钢、管线钢、桥梁用钢、建筑用钢、船板钢或核电用钢中的至少一种，型号包括但不限于Q235、Q275、20#、Q345或304中的至少一种，所述钢材为钢板或钢带中的至少一种；
所述钛材的材质为纯钛或钛合金中的至少一种，型号包括但不限于TA1、TA2、TA3、TA10或TC4中的至少一种，所述钛材为钛板或钛带中的至少一种；
所述钛材和所述钢材为硬态或软态中的至少一种。
9.如权利要求8所述的一种界面强冶金结合金属层状复合材料的制备方法，其特征在于，在对所述待复合表面进行打磨处理之前对硬态的所述钛材和硬态的所述钢材进行软化退火处理。
10.一种界面强冶金结合的钛/钢层状复合板带，其特征在于，所述钛/钢层状复合板带采用根据权利要求1至9中任一项所述的界面强冶金结合金属层状复合材料的制备方法制备得到，所述钛/钢层状复合板带的所述复合界面处有TiC相但无Fe-Ti相、界面结合强度＞270MPa、面积结合率为100％。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113305171A (zh) * | 2021-05-12 | 2021-08-27 | 北京科技大学 | 一种钛/铝层状复合薄板带材的制备方法 |
| CN113829698A (zh) * | 2021-10-14 | 2021-12-24 | 江苏顺驰管业有限公司 | 一种不锈钢带及其冷轧方法 |
| CN114535292A (zh) * | 2022-01-12 | 2022-05-27 | 无锡银臻材料科技有限公司 | 一种钛板生产工艺 |
| CN114571827A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-06-03 | 北京科技大学 | 调控界面金属间化合物以制备钛/钢层状复合材料的方法 |
| CN115026129A (zh) * | 2022-08-10 | 2022-09-09 | 太原科技大学 | 基于轧制方法制备镁/钛层状波形界面复合材料的方法 |
| CN113560539B (zh) * | 2021-07-26 | 2023-05-05 | 北京科技大学 | 界面为强冶金结合的不锈钢/碳钢复合材料的制备方法 |
| CN117531833A (zh) * | 2024-01-10 | 2024-02-09 | 太原理工大学 | 一种大厚比镁/钛复合板脉冲电流辅助轧制复合方法 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01245903A (ja) * | 1988-03-24 | 1989-10-02 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 熱間圧延クラッド鋼製造用素材 |
| CN102284833A (zh) * | 2011-05-23 | 2011-12-21 | 宋洪海 | 一种钛铝复合板的生产方法 |
| CN103752611A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-04-30 | 北京科技大学 | 一种金属层状复合板带材的短流程高效制备方法 |
| CN104001719A (zh) * | 2014-05-26 | 2014-08-27 | 北京科技大学 | 一种钛轧制复合板的制造方法 |
| CN105034526A (zh) * | 2015-07-21 | 2015-11-11 | 武汉钢铁(集团)公司 | 一种金属复合板的制备方法 |
| CN107838194A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-03-27 | 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 | 一种非平直界面钛钢复合板的制造方法 |
| CN108817083A (zh) * | 2018-05-24 | 2018-11-16 | 北京科技大学 | 一种异种金属界面实现强冶金结合的制备方法 |
| CN109226263A (zh) * | 2018-11-08 | 2019-01-18 | 瓯锟科技温州有限公司 | 一种制备不锈钢与碳钢复合板的异温轧制方法 |
| KR20190035401A (ko) * | 2017-09-26 | 2019-04-03 | 한국생산기술연구원 | 비정상 입자성장이 일어나 결정립 크기가 조대한 고융점 금속 판재의 제조 방법 |
| CN109731912A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-05-10 | 吉林大学 | 一种钛/铝/镁复合板的齿形结合面轧制制备方法 |
| CN110665969A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-01-10 | 北京科技大学 | 一种高性能钛/钢双金属复合板的制备方法 |
-
2020
- 2020-08-03 CN CN202010767993.0A patent/CN112108518B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01245903A (ja) * | 1988-03-24 | 1989-10-02 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 熱間圧延クラッド鋼製造用素材 |
| CN102284833A (zh) * | 2011-05-23 | 2011-12-21 | 宋洪海 | 一种钛铝复合板的生产方法 |
| CN103752611A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-04-30 | 北京科技大学 | 一种金属层状复合板带材的短流程高效制备方法 |
| CN104001719A (zh) * | 2014-05-26 | 2014-08-27 | 北京科技大学 | 一种钛轧制复合板的制造方法 |
| CN105034526A (zh) * | 2015-07-21 | 2015-11-11 | 武汉钢铁(集团)公司 | 一种金属复合板的制备方法 |
| KR20190035401A (ko) * | 2017-09-26 | 2019-04-03 | 한국생산기술연구원 | 비정상 입자성장이 일어나 결정립 크기가 조대한 고융점 금속 판재의 제조 방법 |
| CN107838194A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-03-27 | 成都先进金属材料产业技术研究院有限公司 | 一种非平直界面钛钢复合板的制造方法 |
| CN108817083A (zh) * | 2018-05-24 | 2018-11-16 | 北京科技大学 | 一种异种金属界面实现强冶金结合的制备方法 |
| CN109226263A (zh) * | 2018-11-08 | 2019-01-18 | 瓯锟科技温州有限公司 | 一种制备不锈钢与碳钢复合板的异温轧制方法 |
| CN109731912A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-05-10 | 吉林大学 | 一种钛/铝/镁复合板的齿形结合面轧制制备方法 |
| CN110665969A (zh) * | 2019-10-09 | 2020-01-10 | 北京科技大学 | 一种高性能钛/钢双金属复合板的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 柴希阳: "加热温度对轧制钛/钢复合板组织与性能的影响", 《稀有金属材料与工程》 * |
| 王承剑等: "加热温度对TA2/Q235B复合板剪切强度的影响", 《热加工工艺》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113305171A (zh) * | 2021-05-12 | 2021-08-27 | 北京科技大学 | 一种钛/铝层状复合薄板带材的制备方法 |
| CN113560539B (zh) * | 2021-07-26 | 2023-05-05 | 北京科技大学 | 界面为强冶金结合的不锈钢/碳钢复合材料的制备方法 |
| CN113829698A (zh) * | 2021-10-14 | 2021-12-24 | 江苏顺驰管业有限公司 | 一种不锈钢带及其冷轧方法 |
| CN114535292A (zh) * | 2022-01-12 | 2022-05-27 | 无锡银臻材料科技有限公司 | 一种钛板生产工艺 |
| CN114571827A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-06-03 | 北京科技大学 | 调控界面金属间化合物以制备钛/钢层状复合材料的方法 |
| CN115026129A (zh) * | 2022-08-10 | 2022-09-09 | 太原科技大学 | 基于轧制方法制备镁/钛层状波形界面复合材料的方法 |
| CN117531833A (zh) * | 2024-01-10 | 2024-02-09 | 太原理工大学 | 一种大厚比镁/钛复合板脉冲电流辅助轧制复合方法 |
| CN117531833B (zh) * | 2024-01-10 | 2024-04-02 | 太原理工大学 | 一种大厚比镁/钛复合板脉冲电流辅助轧制复合方法 |
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