CN112718908A - 一种钛钢复合棒的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钛钢技术领域，且公开了一种钛钢复合棒的制作方法，包括以下步骤：S1、对钢棒进行表面预处理：清除表面氧化膜和油脂等表面污染物，并对钢棒表面进行机械打磨，保证表面清洁光滑；S2、钢棒的预热处理：将钢棒从加热处理，从室温加热至250至500℃：S3、纯钛粉的雾化处理：将金属钛液雾化，其中防止氧化的气体为氮气，雾化器为环缝式。本发明改进喷射沉积复合棒材表面组织不均匀，内部产生大量微孔，表面致密度不足的现象；为相关材料行业特别是海上工程和领域提供安全可靠的耐腐蚀材料，可大量使用，降低投资成本。
Description
技术领域
本发明涉及钛钢技术领域，具体为一种钛钢复合棒的制作方法。
背景技术
与传统铸造和粉末冶金等材料成型和制备的方法相比，喷射沉积不仅有一次成型的优点，而且冷却速度快，表面均匀性好；装置成本低，操作简单，可连续生产；能耗低，安全环保，是一种结合了制造与粉末冶金优点而避开了传统工艺的缺点的一种成形工艺。但是喷射沉积技术存在一些不足，喷射成形的制品表面组织不均匀，晶粒之间间距较大，表面致密度一般在85％到90％，坯料中存在大量微孔，颗粒之间，颗粒与界面之间均未达到完全的冶金结合。因此，由喷射沉积制得的材料力学性能下降，塑形降低，甚至基本没有塑形。所以必须通过后续的轧制工艺来提高其性能。
真空轧制能显著降低能耗，降低成本，可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到改善。但是单独的轧制工艺不能满足复合棒材的制备，通常用于制备板材等，因此将真空轧制和喷射沉积技术结合使用，既解决了喷射沉积的弊端(如沉积材料分布不均匀，表面致密度不足、界面氧化物的生成等)，又解决了单独真空轧制工艺难以制备棒材的缺点。
关于喷射沉积的致密化技术，如CN103302293A公开的一种喷射沉积的致密化装置及其应用，其应用于管坯的制备，虽然也可以用于复合棒材的制备，但是这种通过旋球的沉积坯表面撞击的方法会使表面材料不均匀，得到的复合坯直径不均匀，不适合用于制备复合棒材；CN1873043公开的大型喷射沉积件的致密化加工方法及装置也不适于复合棒的制备。
钛具有强度高，高耐腐蚀，无磁性，质量轻，耐高温，耐低温等优异的性能，被称为“海洋金属”，适合用于造船业及水中武器，通讯设备等领域。虽然钛具有诸多优异的性能，很有应用前途，但是钛材料具有相对较高的价格，单独使用投资巨大，成本偏高，无法大量使用。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种钛钢复合棒的制作方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钛钢复合棒的制作方法，
包括以下步骤：
S1、对钢棒进行表面预处理：清除表面氧化膜和油脂等表面污染物，并对钢棒表面进行机械打磨，保证表面清洁光滑；
S2、钢棒的预热处理：将钢棒从加热处理，从室温加热至250至500℃；
S3、纯钛粉的雾化处理：将金属钛液雾化，其中防止氧化的气体为氮气，雾化器为环缝式；
S4、气化钛的喷涂沉积：将雾化的钛高速喷涂沉积在预加热处理后的钢棒清洁表面；
S5、复合棒材的真空轧制：在喷射的同时利用一对轧辊的转动对钢棒表面和钛的沉积层进行表面致密化，钢棒以合适的速度向前移动，轧制过程中的真空度保持在0.01Pa
S6、成品的真空退火，退火温度为400到450℃；
S7、退火后对复合棒坯进行冷却处理，切头、矫直、入库。
优选的，S1中钢棒的表面预处理，清除油脂用碱洗，清除表面氧化膜用酸洗，机械打磨可以用钢丝刷。
优选的，S2中加热速度小于等于10℃/min，且预热温度区间为250℃-500℃。
优选的，S3中雾化的工艺参数为:雾化温度800℃、导流管直径3mm、雾化压力0.8MPa、沉积距离400mm和采用氩气保护防止雾化的钛被氧化。
优选的，S4中喷射速度由公式v＝πr2h/t而定，r为喷射管半径，h为沉积距离，t为喷射管喷射h高度的覆盖金属液所需时间；以及轧制时的真空度为0.01Pa，可以根据不同的工况调整喷射速度。
优选的，S5中轧辊的旋转速度和钢棒的旋转速度相同，旋转方向相反。
优选的，S6中的退火温度区间400℃-450℃的选定。
优选的，二辊热轧机和喷射沉积同时进行，进行多道次的扎制和喷射沉积，获得成品的直径与基棒的直径相同。
本发明提供了一种钛钢复合棒的制作方法。具备以下有益效果：
本发明改进喷射沉积复合棒材表面组织不均匀，内部产生大量微孔，表面致密度不足的现象；为相关材料行业特别是海上工程和领域提供安全可靠的耐腐蚀材料，可大量使用，降低投资成本。所述制备方法操作简单方便，成本低，通过在喷射沉积装置下设置真空轧制单元，在喷射沉积的同时对复合坯表面进行扎制，可以多道次喷射扎制，有效地解决了复合坯表面不致密和组织不均匀的问题，改善钛/钢复合棒材力学性能和成形性能，提高了质量，最终获得高质量的钛/钢复合棒材。该发明最终使得一些项目不需要投入大量的资金就可以充分使用钛的优异性能，大幅度降低了项目成本，可广泛用于电子，机械，化工，建筑，军工等领域。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为加工过程沿轴向看，钢棒和轧辊分布示意图。
具体实施方式
实施案例1
对进行表面处理的Q345R钢棒材进行预热处理，预热温度为250℃，雾化TA1通过高速喷射沉积在碳钢棒表面，喷射沉积速度为140m/s，喷口和碳钢棒材表面距离为400mm，碳钢棒材直径为30mm，轧制总压下率为70％，退火温度为400℃。
本实施案例所植被的钛钢复合棒测试性能为：根据GB/T 2965-2008标准要求进行力学性能实验，测得剪切强度为215MPa，抗拉强度为554.6MPa，伸长率为35.6％，超过日本工业标准JIS 0601规定的钛钢复合材料和GB8547-2006标准的1类和2类复合板剪切强度140MPa，抗拉强度496MPa，伸长率27.5％，各项力学性能均达到国家标准。
实施案例2
对进行表面处理的Q345R钢棒材进行预热处理，预热温度为300℃，雾化TA1通过高速喷射沉积在碳钢棒表面，喷射沉积速度为140m/s，喷口和碳钢棒材表面距离为400mm，碳钢棒材直径为30mm，轧制总压下率为70％，退火温度为400℃。
本实施案例所植被的钛钢复合棒测试性能为：根据GB/T 2965-2008标准要求进行力学性能实验，测得剪切强度为245MPa，抗拉强度为576.7MPa，伸长率为37.2％，超过日本工业标准JIS 0601规定的钛钢复合材料和GB8547-2006标准的1类和2类复合板剪切强度140MPa，抗拉强度496MPa，伸长率27.5％，各项力学性能均达到国家标准。
实施案例3
对进行表面处理的Q345R钢棒材进行预热处理，预热温度为350℃，雾化TA1通过高速喷射沉积在碳钢棒表面，喷射沉积速度为140m/s，喷口和碳钢棒材表面距离为400mm，碳钢棒材直径为30mm，轧制总压下率为70％，退火温度为400℃。
本实施案例所植被的钛钢复合棒测试性能为：根据GB/T 2965-2008标准要求进行力学性能实验，测得剪切强度为245MPa，抗拉强度为576.7MPa，伸长率为37.2％，超过日本工业标准JIS 0601规定的钛钢复合材料和GB8547-2006标准的1类和2类复合板剪切强度140MPa，抗拉强度496MPa，伸长率27.5％，各项力学性能均达到国家标准。
实施案例4
对进行表面处理的Q345R钢棒材进行预热处理，预热温度为400℃，雾化TA1通过高速喷射沉积在碳钢棒表面，喷射沉积速度为140m/s，喷口和碳钢棒材表面距离为400mm，碳钢棒材直径为30mm，轧制总压下率为70％，退火温度为400℃。
本实施案例所植被的钛钢复合棒测试性能为：根据GB/T 2965-2008标准要求进行力学性能实验，测得剪切强度为259MPa，抗拉强度为594.8MPa，伸长率为38.6％，超过日本工业标准JIS 0601规定的钛钢复合材料和GB8547-2006标准的1类和2类复合板剪切强度140MPa，抗拉强度496MPa，伸长率27.5％，各项力学性能均达到国家标准。
实施案例5
对进行表面处理的Q345R钢棒材进行预热处理，预热温度为450℃，雾化TA1通过高速喷射沉积在碳钢棒表面，喷射沉积速度为140m/s，喷口和碳钢棒材表面距离为400mm，碳钢棒材直径为30mm，轧制总压下率为70％，退火温度为400℃。
本实施案例所植被的钛钢复合棒测试性能为：根据GB/T 2965-2008标准要求进行力学性能实验，测得剪切强度为268MPa，抗拉强度为623MPa，伸长率为39.2％，超过日本工业标准JIS 0601规定的钛钢复合材料和GB8547-2006标准的1类和2类复合板剪切强度140MPa，抗拉强度496MPa，伸长率27.5％，各项力学性能均达到国家标准。
实施案例6
对进行表面处理的Q345R钢棒材进行预热处理，预热温度为500℃，雾化TA1通过高速喷射沉积在碳钢棒表面，喷射沉积速度为140m/s，喷口和碳钢棒材表面距离为400mm，碳钢棒材直径为30mm，轧制总压下率为70％，退火温度为400℃。
本实施案例所植被的钛钢复合棒测试性能为：根据GB/T 2965-2008标准要求进行力学性能实验，测得剪切强度为276MPa，抗拉强度为641MPa，伸长率为41.6％，超过日本工业标准JIS 0601规定的钛钢复合材料和GB8547-2006标准的1类和2类复合板剪切强度140MPa，抗拉强度496MPa，伸长率27.5％，各项力学性能均达到国家标准。
综上所述：本发明改进喷射沉积复合棒材表面组织不均匀，内部产生大量微孔，表面致密度不足的现象；为相关材料行业特别是海上工程和领域提供安全可靠的耐腐蚀材料，可大量使用，降低投资成本。所述制备方法操作简单方便，成本低，通过在喷射沉积装置下设置真空轧制单元，在喷射沉积的同时对复合坯表面进行扎制，可以多道次喷射扎制，有效地解决了复合坯表面不致密和组织不均匀的问题，改善钛/钢复合棒材力学性能和成形性能，提高了质量，最终获得高质量的钛/钢复合棒材。该发明最终使得一些项目不需要投入大量的资金就可以充分使用钛的优异性能，大幅度降低了项目成本，可广泛用于电子，机械，化工，建筑，军工等领域。
Claims (8)
1.一种钛钢复合棒的制作方法，其特征在于：
包括以下步骤：
S1、对钢棒进行表面预处理：清除表面氧化膜和油脂等表面污染物，并对钢棒表面进行机械打磨，保证表面清洁光滑；
S2、钢棒的预热处理：将钢棒从加热处理，从室温加热至250至500℃；
S3、纯钛粉的雾化处理：将金属钛液雾化，其中防止氧化的气体为氮气，雾化器为环缝式；
S4、气化钛的喷涂沉积：将雾化的钛高速喷涂沉积在预加热处理后的钢棒清洁表面；
S5、复合棒材的真空轧制：在喷射的同时利用一对轧辊的转动对钢棒表面和钛的沉积层进行表面致密化，钢棒以合适的速度向前移动，轧制过程中的真空度保持在0.01Pa；
S6、成品的真空退火，退火温度为400到450℃；
S7、退火后对复合棒坯进行冷却处理，切头、矫直、入库。
2.根据权利要求1所述的一种钛钢复合棒的制作方法，其特征在于：S1中钢棒的表面预处理，清除油脂用碱洗，清除表面氧化膜用酸洗，机械打磨可以用钢丝刷。
3.根据权利要求1所述的一种钛钢复合棒的制作方法，其特征在于：S2中加热速度小于等于10℃/min，且预热温度区间为250℃-500℃。
4.根据权利要求1所述的一种钛钢复合棒的制作方法，其特征在于：S3中雾化的工艺参数为:雾化温度800℃、导流管直径3mm、雾化压力0.8MPa、沉积距离400mm和采用氩气保护防止雾化的钛被氧化。
5.根据权利要求1所述的一种钛钢复合棒的制作方法，其特征在于：S4中喷射速度由公式而定，r为喷射管半径，h为沉积距离，t为喷射管喷射h高度的覆盖金属液所需时间；以及轧制时的真空度为0.01Pa，可以根据不同的工况调整喷射速度。
6.根据权利要求1所述的一种钛钢复合棒的制作方法，其特征在于：S5中轧辊的旋转速度和钢棒的旋转速度相同，旋转方向相反。
7.根据权利要求1所述的一种钛钢复合棒的制作方法，其特征在于：S6中的退火温度区间400℃-450℃的选定。
8.根据权利要求1所述的一种钛钢复合棒的制作方法，其特征在于：二辊热轧机和喷射沉积同时进行，进行多道次的扎制和喷射沉积，获得成品的直径与基棒的直径相同。
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