一种薄复层钛钢复合板及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种薄复层钛钢复合板及其制备方法。复合坯包括基材和钛复材，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10～20，钛复材长、宽小于基材且组坯时与基材四条边的边距为100～150mm。组坯时钛复材位于正中，两钛复材之间喷涂隔离剂；将真空电子束密封焊接后的复合坯加热至900～920℃保温，保温时间为1min/mm×复合坯总厚度，开轧温度880～900℃，单道次压下率为25％～30％，总压下率≥85％，终轧温度≥800℃；分板后得到厚度为3～16mm的复层钛钢复合板，其板幅可达3m，钛复层厚度≤1mm，具有优良的耐腐蚀性和力学性能。

A thin clad titanium steel clad plate and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种薄复层钛钢复合板及其制备方法
本专利技术属于复合板制备
，特别涉及到一种应用真空复合+轧制技术生产薄复层钛钢复合板的方法。
技术介绍
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，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。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，上述三个专利文件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，上述三个专利文件中均通过在钛钢复合界面之间插入适当的金属镍做中间层，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，均采用以铜为中间层，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。面对各领域对抗腐蚀结构材料提出的越来越高的力学性能要求，开发一种低成本、高性能的钛钢复合板的制备技术成为了市场的迫切需求。
技术实现思路
基于上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种高性能的薄复层钛钢复合板的制备方法，采用大厚度比例组坯+大压下轧制技术，在采用较高碳含量基材和无添加其他金属过渡层的条件下，实现钛、钢之间的良好复合，控制了复合界面不同元素间的反应程度和生成化合物的分布状态，提高钛钢直接复合界面的复合性能，同时还降低了高性能钛钢复合板生产的经济成本和技术门槛。具体包括：一种薄复层钛钢复合板，由基层和钛复层构成，其中，基层为C含量按质量百分比计为C≤0.22％的普碳钢或低合金钢，钛复层为工业纯钛TA2；成品复合板的板幅≤3m，厚度为3～16mm，其中钛复层厚度≤1mm。一种薄复层钛钢复合板的制备方法，复合板由复合坯轧制而成，复合坯包括基材和钛复材，基材为C≤0.22％(按质量百分比计)的普碳钢或低合金钢连铸坯、中间坯或板材，基材长度为2～4m，宽度为1～3m，厚度为20～100mm；所述钛复材为工业纯钛TA2板材，长度为1.7～3.8m，宽度为0.7～2.8m，厚度为2～10mm。钛复材长、宽小于基材且在组成复合坯时，基材与钛复材的四条边的边距为100～150mm。具体步骤如下：(1)选取基材和钛复材作为组坯用原料。(2)分别采用铣削和磨削方式对基材和钛复材待接触表面进行机加工，去除待接触面的锈层和氧化层。(3)对加工后的基材和钛复材表面进行去油污和吹扫处理。(4)将钛复材、基材以上、下的位置依次居中叠放，且在钛复材上表面喷涂隔离剂，静置干燥，隔离剂喷涂厚度1～2mm。(5)采用对称组坯的方式，将两组经过上述处理后的原料对正叠放在一起，钛复材居正中心部。(6)将两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。(7)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。(8)将真空电子束密封焊接处理后的复合坯料加热至900～920℃保温，保温时间按照1mm/min×复合坯总厚度计算，开轧温度为880～900℃，单道次压下率为25％～30％，总压下率≥85％，终轧温度为800℃以上，空冷至室温。(9)将轧制后复合板进行切边、分板、表面修磨后得到两块厚度为3～16mm的钛钢复合板，其板幅可达3m，钛复层厚度≤1mm。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。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。本专利技术采用基材与钛复材厚度比为10～20，钛复材长、宽小于基材且与其四条边的边距为100～150mm，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，不与基材和钛复材发生反应且保证隔离效果。为了防止两层钛复材发生轧制结合，本专利技术进行了隔离剂喷涂，喷涂厚度在1～2mm，一方面可以防止隔离两层钛复材的直接接触，另一方面控制两层钛复材之间的间隙，防止间隙过大引起钛板串动。采用对称组坯的方式，不仅起到了真空密封钛复材的效果，还提高了复合坯的整体厚度和目标厚度，提高了板形控制效果。其中，钛在高于400℃时会与氧、氮、氢发生反应，且复合界面也会产生剧烈氧化，采用对称组坯方式，将钛复材置于中心焊接真空密封，防止了钛和原料与大气发生反应。同时，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，本专利技术采用对称组坯轧制后分板的技术，提高了轧制厚度，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，本专利技术采用真空电子束焊机进行了封边焊接，焊接有效熔深为30～40mm，一方面可以保证复合界面的真空度，另一方面可以保证钛钢复合坯在轧制过程中不开裂。由于钛在高于920℃时会发生β相转变，C的扩散速率极具增加，严重降低复合性能，因此本专利技术采用9本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄复层钛钢复合板，其特征在于，复合板由基层和钛复层构成，其中，基层为C含量按质量百分比计为C≤0.22％的普碳钢或低合金钢，钛复层为工业纯钛TA2；成品复合板的板幅≤3m，厚度为3～16mm，其中钛复层厚度≤1mm。

【技术特征摘要】
1.一种薄复层钛钢复合板，其特征在于，复合板由基层和钛复层构成，其中，基层为C含量按质量百分比计为C≤0.22％的普碳钢或低合金钢，钛复层为工业纯钛TA2；成品复合板的板幅≤3m，厚度为3～16mm，其中钛复层厚度≤1mm。2.一种薄复层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、分板和表面修磨，其特征在于：(1)选取基材和钛复材作为复合坯用原料；其中，所述基材为按质量百分比计C≤0.22％的普碳钢或低合金钢连铸坯、中间坯、板材，长度为2～4m，宽度为1～3m，厚度为20～100mm；钛复材为工业纯钛TA2板材，长度为1.7～3.8m，宽度为0.7～2.8m，厚度为2～10mm；基材与钛复材厚度比为10～20，钛复材的长、宽小于基材且在组成复合坯时，基材与钛复材的四条边的边距为100～150mm；(2)对基材和钛复材待接触表面进行表面处理；(3)对加工后的基材和钛复材表面进行去油污和吹扫处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋健博，王长顺，及玉梅，付魁军，王佳骥，李文斌，刘芳芳，傅博，韩严法，胡奉雅，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21