復合板及其制備方法和應用以及一種海綿鈦還原蒸餾罐的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于制備海綿鈦還原蒸餾罐的復合板及其制備方法和應用以及一種海綿鈦還原蒸餾罐。其中，所述復合板中含有合金鋼和/或有色金屬以及含有碳鋼；所述用于制備海綿鈦還原蒸餾罐的復合板的制備方法包括將合金鋼和/或有色金屬與碳鋼通過爆炸焊接的方式進行復合；所述應用為本發明的復合板在制備海綿鈦還原蒸餾罐中的應用；所述海綿鈦還原蒸餾罐由本發明所述的復合板制備得到，且所述海綿鈦還原蒸餾罐的內側為碳鋼板材，外側為合金鋼板材和/或有色金屬板材。由本發明所述的用于制備海綿鈦還原蒸餾罐的復合板制備得到的海綿鈦還原蒸餾罐的使用壽命顯著提高，從而能夠降低海綿鈦生產工藝的生產成本。
【專利說明】復合板及其制備方法和應用以及一種海綿鈦還原蒸餾罐
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬材料領域，具體地，涉及一種用于制備海綿鈦還原蒸餾罐的復合板、一種用于制備海綿鈦還原蒸餾罐的復合板的制備方法、一種用于制備海綿鈦還原蒸餾罐的復合板的應用以及一種海綿鈦還原蒸餾罐。
【背景技術】
[0002]“海綿鈦”通常是指通過例如金屬還原法生產出來的海綿狀金屬鈦，其純度一般為99.1-99.7重量％，雜質元素總量為0.3-0.9重量％，硬度(HB)為100-157，根據純度的不同分為五個等級。
[0003]由于優良的性能，鈦及鈦合金目前在各行業得到了較為廣泛的應用，目前海綿鈦主要采用鎂法生產，鎂法生產海綿鈦過程中的還原蒸餾步驟需要使用還原蒸餾罐。在海綿鈦生產過程中要盡量避免各種金屬雜質進入海綿鈦，因此必須對還原蒸餾罐進行滲鈦處理，但即使進行了滲鈦處理，還原蒸餾罐罐體中的雜質元素仍然不可避免地少量進入海綿鈦中，從而對海綿鈦的品質產生影響。
[0004]現有技術中為了減少對海綿鈦品質的影響，在還原蒸餾罐的材質的選擇上存在一定的限制，一般均使用碳鋼板材來制作還原蒸餾罐。由于碳鋼成分單一且幾乎不含合金元素，因此可以防止N1、Cr等元素進入海綿鈦，從而在一定程度上減輕了海綿鈦質量的控制難度。
[0005]但是，在實際使用過程中，還原蒸餾罐罐體常出現嚴重的“脫皮”現象，從而使得還原蒸餾罐罐體鋼板的厚度逐漸減薄，使用一段時間后還原蒸餾罐罐體的強度顯著下降且變形嚴重而導致報廢，大幅度增加了海綿鈦生產工藝的生產成本。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種用于制備海綿鈦還原蒸餾罐的復合板，使用該復合板制備得到的海綿鈦還原蒸餾罐能夠克服現有技術的缺陷，并提高海綿鈦還原蒸餾罐的使用壽命，從而能夠降低海綿鈦生產工藝的生產成本。
[0007]為了實現上述目的，本發明提供一種用于制備海綿鈦還原蒸餾罐的復合板，所述復合板中含有合金鋼和/或有色金屬以及含有碳鋼。
[0008]本發明的另一目的是提供一種本發明所述的復合板的制備方法，該方法包括將合金鋼和/或有色金屬與碳鋼通過爆炸焊接的方式進行復合。
[0009]本發明的另一目的是提供一種本發明所述的復合板在制備海綿鈦還原蒸餾罐中的應用。
[0010]本發明的另一目的是提供一種海綿鈦還原蒸餾罐，所述海綿鈦還原蒸餾罐由本發明所述的復合板制備得到，且所述海綿鈦還原蒸餾罐的內側為碳鋼板材，外側為合金鋼板材和/或有色金屬板材。
[0011]通過上述技術方案能夠克服現有技術的缺陷，提高海綿鈦還原蒸餾罐的使用壽命，從而能夠降低海綿鈦生產工藝的生產成本。
[0012]本發明的其他特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【具體實施方式】
[0013]以下對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0014]在本發明中，在未作相反說明的情況下，使用的“碳鋼”是指碳的質量分數小于
2.11%的鐵碳合金，其中一般還含有少量的硅、錳、硫和磷等元素，也可稱為碳素鋼。
[0015]在本發明中，在未作相反說明的情況下，使用的“合金鋼”是指在普通碳鋼或碳素鋼的基礎上添加適量的一種或多種合金元素而構成的鐵碳合金。
[0016]在本發明中，在未作相反說明的情況下，使用的“有色金屬”是指除去鐵(也可除去錳和鉻)和鐵基合金以外的所有金屬及它們的合金，其包括重金屬(如銅、鉛、鎳、鋅、鈦)、輕金屬(如鋁、鎂)、貴金屬(如金、銀、鉬)及稀有金屬(如鎢、鑰、鍺、鋰、鑭、鈾)等。
[0017]在本發明中，在未作相反說明的情況下，使用的“含有合金鋼和/或有色金屬以及含有碳鋼的復合板”包括含有合金鋼和碳鋼的復合板，含有有色金屬和碳鋼的復合板以及含有合金鋼、有色金屬和碳鋼的復合板的多種形式。
[0018]本發明的一個目的是提供一種用于制備海綿鈦還原蒸餾罐的復合板，所述復合板中含有合金鋼和/或有色金屬以及含有碳鋼。
[0019]在本發明中，對碳鋼、合金鋼和有色金屬鋼的質量沒有特別的限定，本領域技術人員可以根據實際需要并考慮生產成本等因素進行選擇。
[0020]利用本發明的上述含有合金鋼和/或有色金屬以及含有碳鋼的復合板制備得到的海綿鈦還原蒸餾罐的使用壽命較現有技術的使用壽命提高至少0.5倍，從而能夠降低海綿鈦生產工藝的生產成本，而且所得到的海綿鈦還原蒸餾罐罐體抗變形能力顯著增強，“脫皮”現象得到大幅度改善，并有益于進一步提高生產的海綿鈦的質量。
[0021]優選地，根據本發明所述的復合板，為了使得利用本發明所述的復合板制備得到的還原蒸餾罐的罐體抗氧化能力增強，所述合金鋼為選自不銹鋼、高鉻鐵素體耐熱鋼和高鉻鎳耐熱鋼中至少一種；優選為不銹鋼。
[0022]優選地，根據本發明所述的復合板，為了使得利用本發明所述的復合板制備得到的還原蒸餾罐的罐體抗氧化能力進一步增強，且降低生產成本，所述有色金屬為選自鈦及鈦合金、銅及銅合金和鎳及鎳合金中的至少一種；優選為鈦及鈦合金。在本發明中，所述鈦合金是指在鈦的基礎上，添加少量的除去碳或鐵以外的一種或多種元素而構成的合金；所述銅合金是指在銅的基礎上，添加少量的除去碳或鐵以外的一種或多種元素而構成的合金；所述鎳合金是指在鎳的基礎上，添加少量的除去碳或鐵以外的一種或多種元素而構成的合金。
[0023]優選地，根據本發明所述的復合板，其中，所述合金鋼、有色金屬以及碳鋼均為板材形式。
[0024]根據本發明，優選地，當復合板中同時含有合金鋼和有色金屬時，所述合金鋼與有色金屬在碳鋼的同一側。
[0025]優選地，根據本發明所述的復合板，為了降低生產成本，保證利用本發明所述的復合板制備得到的還原蒸餾罐的使用壽命增長，確保還原蒸餾罐罐體的抗變形能力增強，所述碳鋼板材的厚度為1-1OOmm,優選為25_50mm。
[0026]優選地，根據本發明所述的復合板，為了降低生產成本，保證利用本發明所述的復合板制備得到的還原蒸餾罐的使用壽命增長，確保還原蒸餾罐罐體的抗變形能力增強，改善還原蒸餾罐罐體的“脫皮”現象，所述合金鋼板材的厚度為1-20_，優選為2-5_。
[0027]優選地，根據本發明所述的復合板，為了保證利用本發明所述的復合板制備得到的還原蒸餾罐的使用壽命增長，確保還原蒸餾罐罐體的抗變形能力增強，改善還原蒸餾罐罐體的“脫皮”現象，所述有色金屬板材的厚度為l-20mm,優選為2_5_。
[0028]在本發明中，所述合金鋼板材和/有色金屬板材在與碳鋼板材復合過程中由于采用的工藝不同，其厚度會有0-2%的伸縮或膨脹。
[0029]本發明的另一個目的是提供一種用于制備海綿鈦還原蒸餾罐的復合板的制備方法，該方法包括將合金鋼和/或有色金屬與碳鋼通過爆炸焊接的方式進行復合。其中，所述爆炸焊接的方法為本領域技術人員所公知，本領域技術人員根據焊件的種類和厚度熟知炸藥的使用量和焊件之間的距離，本發明在此不詳細描述。在沒有特別說明的情況下，本發明的所述“焊接”是指非爆炸焊接的常規焊接工藝，而常規焊接工藝可以包括氣焊、手工電弧焊、電阻焊、電弧焊、氬弧焊、感應焊接及激光焊接等中的至少一種。
[0030]根據本發明，優選地，當同時含有合金鋼和有色金屬時，優選采用手工電弧焊和電弧焊兩種方法進行焊接。
[0031]利用本發明的上述制備方法得到的復合板制備海綿鈦還原蒸餾罐時，所得到的海綿鈦還原蒸餾罐的使用壽命較現有技術的使用壽命顯著提高，從而能夠降低海綿鈦生產工藝的生產成本，而且所得到的海綿鈦還原蒸餾罐罐體抗變形能力顯著增強，并有益于進一步提高生產的海綿鈦的質量。其中，本發明所述的海綿鈦還原蒸餾罐的罐容積可以由本領域技術人員根據生產實際需要進行選擇。本領域技術人員根據需要將本發明制備得到的復合板采用常規方法進行裁剪，并采用常規工藝制備成能夠用于生產的海綿鈦還原蒸餾罐。
[0032]根據本發明所述的制備方法，其中，當將合金鋼和有色金屬與碳鋼進行復合時，優選將所述合金鋼與有色金屬焊接在碳鋼的同一側，例如可以在碳鋼板材的上表面焊接合金鋼板材，然后在合金鋼板材的上表面焊接有色金屬板材，也例如可以在碳鋼板材的上表面焊接有色金屬板材，然后在有色金屬板材的上表面焊接合金鋼板材。
[0033]在本發明中，為了進一步提高海綿鈦還原蒸餾罐的使用壽命并降低海綿鈦生產工藝的生產成本，提高海綿鈦還原蒸餾罐罐體抗變形能力，優選用于制備海綿鈦還原蒸餾罐的復合板的厚度為ll_120mm，進一步優選為27_55mm，特別優選為35_45mm。
[0034]本發明的另一個目的是提供一種用于制備海綿鈦還原蒸餾罐的復合板在制備海綿鈦還原蒸餾罐中的應用。
[0035]本發明的還有一個目的是提供一種海綿鈦還原蒸餾罐，所述海綿鈦還原蒸餾罐由本發明所述的復合板制備得到，且所述海綿鈦還原蒸餾罐的內側為碳鋼板材，外側為合金鋼板材和/或有色金屬板材。
[0036]根據本發明制備得到的海綿鈦還原蒸餾罐，在制備海綿鈦時反復的加熱和冷卻過程中還原蒸餾罐罐體表面不容易脫落，而即使有少量的脫落也由于其內側為碳鋼板材，元素成分單一，對海綿鈦的質量影響不大；而外側的合金鋼板材和/或有色金屬板材具有強的抗氧化性，不容易產生“脫皮”現象，從而使得海綿鈦還原蒸餾罐的使用壽命大幅度延長，而本發明的發明人意外地發現通過對構成復合板的材料的種類和厚度進行優選可以使得海綿鈦還原蒸餾罐的罐體在提高使用壽命的同時使得抗變形能力增強。
[0037]以下將通過實施例對本發明進行詳細描述。以下實施例中，在沒有特別說明的情況下，所用的材料均來自商購。
[0038]在本發明的實施例中，在沒有特別說明的情況下，所使用的碳鋼板的型號為Q235A，購自重慶鋼鐵公司；所使用的不銹鋼板的型號為410，購自太原鋼鐵公司；所使用的鈦板的型號為TC4鈦合金，購自寶鈦股份有限公司；所使用的高鉻鐵素體耐熱鋼板的型號為P92/T92，購自華信達特鋼科技有限公司；所使用的鎳板的型號為A400鎳合金板，購自森邁爾鋼鐵公司；所使用的高鉻鎳耐熱鋼板的型號為HK-40，購自攀鋼集團江油鋼釩公司；所使用的銅板的型號為T2紫銅，購自洛陽浩泰銅業有限公司。
[0039]在本發明的實施例中，在沒有特別說明的情況下，所述爆炸焊接的工藝流程包括:設計焊接工藝參數一清理待結合面一準備炸藥和其它輔助用品一進行爆炸焊接一爆炸焊接后熱處理。
[0040]在本發明的實施例中，在沒有特別說明的情況下，所述還原和蒸餾過程具體包括:將鎂加入還蒸罐內，然后升溫到鎂熔點以上，連續加入四氯化鈦，使其與鎂反應，還原出鈦，反應過程中要定期排出反應的副產物氯化鎂，該過程即還原。還原結束后，將鈦在還蒸罐內進行真空蒸餾，以進一步去除海綿鈦中殘留的氯化鎂和多余的鎂而獲得純凈的海綿鈦，該過程叫蒸餾。
[0041]實施例1
[0042]將35mm厚的碳鋼板和3mm厚的不銹鋼板通過爆炸焊接制成復合板Al，測得復合板Al的厚度為38mm。再將復合板Al切割成1.2mX2m尺寸，采用手工電弧焊的焊接方法焊接成還原蒸餾罐A。
[0043]使用上述制得的還原蒸餾罐A生產海綿鈦，持續使用30個周期(每一個周期包括還原和蒸餾過程，每一個周期大約需要350小時，下同)后，還原蒸餾罐A罐體無明顯的“脫皮”現象，無明顯變形情況。
[0044]實施例2
[0045]將50mm厚的碳鋼板和2mm厚的鈦板通過爆炸焊接制成復合板BI，測得復合板BI的厚度為52mm。再將復合板BI切割成1.2mX 2m尺寸，采用手工電弧焊和氬弧焊的焊接方法焊接成還原蒸餾罐B。
[0046]使用上述制得的還原蒸餾罐B生產海綿鈦，持續使用30個周期后，還原蒸餾罐B罐體無明顯“脫皮”現象，無明顯變形情況。
[0047]實施例3
[0048]依次將25mm厚的碳鋼板、5mm厚的鈦板和5mm厚的不銹鋼板通過爆炸焊接制成復合板Cl，其中，鈦板位于中間層，測得復合板Cl的厚度為35mm。再將復合板Cl切割成1.2mX 2m尺寸，采用手工電弧焊和氬弧焊的焊接方法焊接成還原蒸餾罐C。
[0049]使用上述制得的還原蒸餾罐C生產海綿鈦，持續使用30個周期后，還原蒸餾罐C罐體無明顯“脫皮”現象，無明顯變形情況。
[0050]實施例4
[0051]將35mm厚的碳鋼板和2mm厚的高鉻鐵素體耐熱鋼板通過爆炸焊接制成復合板D1，測得復合板Dl的厚度為37mm。再將復合板Dl切割成1.2mX2m尺寸，采用手工電弧焊的焊接方法焊接成還原蒸餾罐D。
[0052]使用上述制得的還原蒸餾罐D生產海綿鈦，持續使用27個周期后，還原蒸餾罐D罐體無明顯“脫皮”現象，無明顯變形情況。
[0053]實施例5
[0054]依次將75mm厚的碳鋼板、20mm厚的鈦板和20mm厚的高鉻鎳耐熱鋼板通過爆炸焊接制成復合板E1，其中，鈦板位于中間層，測得復合板El的厚度為115mm。再將復合板El切割成1.2mX 2m尺寸，采用手工電弧焊和氬弧焊的焊接方法焊接成還原蒸餾罐E。
[0055]使用上述制得的還原蒸餾罐E生產海綿鈦，持續使用26個周期后，還原蒸餾罐E罐體無明顯“脫皮”現象，無明顯變形情況。
[0056]實施例6
[0057]將10mm厚的碳鋼板和Imm厚的不銹鋼板通過爆炸焊接制成復合板Fl，測得復合板Fl的厚度為101mm。再將復合板Fl切割成1.2mX 2m尺寸，采用手工電弧焊的焊接方法焊接成還原蒸餾罐F。
[0058]使用上述制得的還原蒸餾罐F生產海綿鈦，持續使用28個周期后，還原蒸餾罐F罐體無明顯“脫皮”現象，無明顯變形情況。
[0059]實施例7
[0060]將1mm厚的碳鋼板和Imm厚的銅板通過爆炸焊接制成復合板Gl，測得復合板Gl的厚度為11mm。再將復合板Gl切割成1.2mX 2m尺寸，采用手工電弧焊和氬弧焊的焊接方法焊接成還原蒸餾罐G。
[0061]使用上述制得的還原蒸餾罐G生產海綿鈦，持續使用27個周期后，還原蒸餾罐G罐體無明顯“脫皮”現象，無明顯變形情況。
[0062]對比例I
[0063]將38mm碳鋼板Dl切割成1.2mX2m尺寸，采用手工電弧焊的焊接方法焊接成還原蒸餾罐D。
[0064]使用上述制得的還原蒸餾罐D生產海綿鈦，持續使用15個周期后，還原蒸餾罐D罐體嚴重“脫皮”，且變形嚴重，必須報廢，重新制作新的罐。
[0065]以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。
[0066]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0067]此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
【權利要求】
1.一種用于制備海綿鈦還原蒸餾罐的復合板，其特征在于，所述復合板中含有合金鋼和/或有色金屬以及含有碳鋼。
2.根據權利要求1所述的復合板，其中，所述合金鋼為選自不銹鋼、高鉻鐵素體耐熱鋼和高鉻鎳耐熱鋼中的至少一種；所述有色金屬為選自鈦及鈦合金、銅及銅合金和鎳及鎳合金中的至少一種。
3.根據利要求I或2所述的復合板，其中，所述合金鋼、有色金屬以及碳鋼均為板材形式，且復合板中所述合金鋼與有色金屬在碳鋼的同一側。
4.根據權利要求3所述的復合板,其中，碳鋼板材的厚度為1-1OOmm,優選為25-50mm。
5.根據權利要求3所述的復合板,其中,合金鋼板材的厚度為l-20mm,優選為2_5_。
6.根據權利要求3所述的復合板,其中,有色金屬板材的厚度為l-20mm,優選為2-5mm。
7.權利要求1-6中任意一項所述的復合板的制備方法,其特征在于,該方法包括將合金鋼和/或有色金屬與碳鋼通過爆炸焊接的方式進行復合。
8.根據權利要求7所述的制備方法，其中，將合金鋼和有色金屬與碳鋼進行復合，且將所述合金鋼與有色金屬焊接在碳鋼的同一側。
9.權利要求1-6中任意一項所述的復合板在制備海綿鈦還原蒸餾罐中的應用。
10.一種海綿鈦還原蒸餾罐，其特征在于，所述海綿鈦還原蒸餾罐由權利要求1-6中任意一項所述的復合板制備得到，且所述海綿鈦還原蒸餾罐的內側為碳鋼板材，外側為合金鋼板材和/或有色金屬板材。
【文檔編號】B23K20/08GK104046798SQ201410111027
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月24日 優先權日:2014年3月24日
【發明者】林劍東, 何藩, 黃平, 夏建輝, 姜方新, 王國慶, 劉彬, 曹鋼 申請人:攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司