一種鋯/鋼復合板的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于層狀金屬復合材料加工技術領域，具體涉及一種鋯/鋼復合板的制備方法。
【背景技術】
[0002]鋯屬于鈍化型金屬，室溫下能和空氣中的氧起反應，表面生成十分致密的鈍化膜，對于大多數有機酸、無機酸、強堿、熔融鹽等介質具有比不銹鋼、鈦、鎳合金更有優異的耐蝕性能。同時，鋯的力學性能和熱傳導性也很優良，適宜用作壓力容器的殼體、換熱器管板、塔器部件和管道等。采用爆炸焊接技術制備的鋯/鋼、鋯/不銹鋼、鉭/鋯/鈦/鋼復合板等，不僅綜合利用了鋯、鋼、不銹鋼、鉭、鈦的優點，而且為節約鋯資源、降低設備造價、滿足特殊耐蝕要求提供了一條實用、可靠的途徑。
[0003]爆炸焊接實踐表明，直接將鋯板通過爆炸焊接復合到鋼板上會產生局部不結合的現象，特別是制備大面積鋯/鋼復合板時，該問題尤為突出，而且鋯/鋼復合板很難100 %通過彎曲檢驗。因此在鋯和鋼之間采用純鈦作為過渡層，是一種很好的解決辦法。其原因是鈦和鋼的爆炸焊接工藝成熟，并且鋯與鈦同為元素周期IV-B族，其化學性質和其他一些性能十分相近。
[0004]但采用鈦過渡層制備鋯/鋼復合板時，將鋯板通過爆炸焊接復合在已經復合鈦過渡層的鋼板上時，鈦/鋼界面會再次承受一次爆炸沖擊，這對鈦/鋼界面的結合是不利的，嚴重時也會出現不結合現象；同時由于增加了鈦過渡層與鋼爆炸焊接過程，再進行鋯板的復合前還需對復合板進行退火、校平、表面處理，顯著增加了復合板制備難度，降低了可操作性，不利于大批量生產。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是在于針對上述現有技術中的不足，提供一種鋯/鋼復合板的制備方法。該方法簡單且設計合理、操作方便、生產效率高，先采用爆炸焊接制備鋯/鈦雙金屬板坯，將鋯/鈦雙金屬板坯組焊后軋制成設計所需的厚度的鋯/鈦雙金屬板材，制備的鋯/鈦雙金屬板材能直接用于或經拼焊后用于爆炸焊接制備鋯/鋼復合板，減少了爆炸焊接制備鋯/鋼復合板時先進行鈦過渡層與鋼板的爆炸焊接、熱處理、校平等工序，大大降低了鋯/鋼復合板的操作難度，制備的鋯/鋼復合板具有很好的加工性能，結合強度高、結合率高，剪切強度高，彎曲試驗結合界面不出現分層，而且鋯板原有的性能不改變，耐腐蝕性能、抗疲勞性能不降低。
[0006]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:一種鋯/鋼復合板的制備方法，所制備的鋯/鋼復合板包括基層鋼板和覆層鋯板，以及位于基層鋼板和覆層鋯板之間的鈦板，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0007]步驟一、鋯/鈦雙金屬板坯的爆炸焊接:以鋯板作為基層，鈦板作為復層，采用平行安裝法對鋯板和鈦板進行安裝組配，然后在鈦板表面均勻涂刷一層保護層使得爆炸焊接過程中鈦板表面不被燒傷，接著在鈦板表面均勻布置乳化炸藥，對鋯板和鈦板進行爆炸焊接得到鋯/鈦雙金屬板坯；
[0008]步驟二、鋯/鈦雙金屬板坯的組焊:在步驟一中制備的鋯/鈦雙金屬板坯的鋯面均勻覆著耐高溫涂層，將覆著有耐高溫涂層的鋯/鈦雙金屬板坯按照鋯面與鋯面相對的方式兩兩組裝在一起，然后對組裝后的鋯/鈦雙金屬板坯的邊部進行焊接，得到組焊后的鋯/鈦雙金屬板坯；
[0009]步驟三、錯/鈦雙金屬板還的軋制:將步驟二中組焊后的錯/鈦雙金屬板還在溫度為700°C?920°C的條件下加熱1min?20min，然后將加熱后的鋯/鈦雙金屬板坯移至熱軋機上進行軋制，切除軋制后的鋯/鈦雙金屬板坯邊部的焊縫，得到厚度為3mm?12mm的鋯/鈦雙金屬板材；
[0010]步驟四、鋯/鈦雙金屬板材的表面處理:采用十一輥矯直機對步驟三中所述鋯/鈦雙金屬板材進行板形校平處理，然后采用氫氧化鈉和硝酸鈉的熔融混合物在400°C?600°C條件下對經板形校平處理后的錯/鈦雙金屬板材蝕洗15min?20min，再將蝕洗后的鋯/鈦雙金屬板材置于溫度為60°C?80°C的硫酸溶液中進行酸洗，去除鋯/鈦雙金屬板材表面的氧化皮；所述熔融混合物中氫氧化鈉的質量濃度為70%?80%，硝酸鈉的質量濃度為20%?30% ;所述硫酸溶液的質量濃度為12%?18% ;
[0011]步驟五、鋯/鈦雙金屬板材的拼焊:在步驟四中酸洗后的鋯/鈦雙金屬板材的待拼焊端的鈦層上機加工U形坡口，并使U形坡口的鈍邊位于鋯層上，然后對機加工有U形坡口的鋯/鈦雙金屬板材進行拼焊；
[0012]步驟六、鋯/鋼復合板的爆炸焊接:以鋼板為基層，以步驟四中酸洗后的鋯/鈦雙金屬板材或步驟五中拼焊后的鋯/鈦雙金屬板材為復層，采用平行安裝法對鋼板和鋯/鈦雙金屬板材進行安裝組配，然后在鋯/鈦雙金屬板材的鋯面均勻涂刷一層保護層使得爆炸焊接過程中鋯面不被燒傷，接著在鋯/鈦雙金屬板材表面均勻布置乳化炸藥，對鋼板和鋯/鈦雙金屬板材進行爆炸焊接得到鋯/鋼復合板；
[0013]步驟七、鋯/鋼復合板的退火和校平:對步驟六中制備的鋯/鋼復合板進行退火處理，空冷后再進行校平處理，得到鋯/鋼復合板成品。
[0014]上述的一種鋯/鋼復合板的制備方法，其特征在于，步驟一中所述鋯板的待復合面和鈦板的待復合面的表面粗糙度均不大于2 μ m，錯板的厚度為12mm?62mm，鈦板的厚度為3mm?8mm ;步驟一中所述安裝組配的方法為:將鋯板水平放置在地基上，在鋯板上均勻設置多個高度為4mm?20mm的鈦棒，然后將鈦板置于鈦棒上，相鄰兩個鈦棒之間的間距為200mm ?100mm0
[0015]上述的一種鋯/鋼復合板的制備方法，其特征在于，步驟一中所述乳化炸藥的厚度為20mm?80mm。
[0016]上述的一種鋯/鋼復合板的制備方法，其特征在于，步驟二中所述耐高溫涂層為三氧化二鋁涂層。
[0017]上述的一種鋯/鋼復合板的制備方法，其特征在于，步驟三中所述軋制過程中控制軋制溫度為700°C?920°C，乳制的道次壓下量為2mm?45mm。
[0018]上述的一種鋯/鋼復合板的制備方法，其特征在于，步驟五中所述鈍邊的厚度不大于8mm，所述拼焊的具體過程為:先采用等離子焊接進行打底焊，然后采用手工氬弧焊填充U型坡口直至焊縫高于鈦層Imm?1.5mm。
[0019]上述的一種鋯/鋼復合板的制備方法，其特征在于，步驟六中所述安裝組配之前對鋼板的待復合面和鋯/鈦雙金屬板材的待復合面分別進行表面處理至表面粗糙度均不大于2 μ m ;步驟六中所述安裝組配的方法為:將鋼板水平放置在地基上，在鋼板上均勻設置多個高度為6mm?12mm的鈦棒，然后將錯/鈦雙金屬板材置于鈦棒上，相鄰兩個鈦棒之間的間距為200mm?1000mm。
[0020]上述的一種鋯/鋼復合板的制備方法，其特征在于，步驟六中所述乳化炸藥的厚度為 40mm ?120mm。
[0021]上述的一種鋯/鋼復合板的制備方法，其特征在于，步驟一和步驟六中所述保護層均為機油或瀝青。
[0022]上述的一種鋯/鋼復合板的制備方法，其特征在于，步驟七中所述退火處理的溫度為500°C?620°C，退火處理的時間為2h?4h。
[0023]本發明與現有技術相比具有以下優點:
[0024]1、本發明的方法簡單且設計合理、操作方便、生產效率高，先采用爆炸焊接制備鋯/鈦雙金屬板坯，將鋯/鈦雙金屬板坯組焊后軋制成設計所需的厚度的鋯/鈦雙金屬板材，制備的鋯/鈦雙金屬板材能直接用于或經拼焊后用于爆炸焊接制備鋯/鋼復合板，減少了爆炸焊接制備鋯/鋼復合板時先進行鈦過渡層與鋼板的爆炸焊接、熱處理、校平等工序，大大降低了鋯/鋼復合板的操作難度。
[0025]2、采用本發明的方法制備的鋯/鋼復合板不僅結合強度高，而且結合率高達99.8%以上；由于鋯與鈦屬于同族元素，其可焊性好，采用爆炸焊接和軋制制備的鋯/鈦雙金屬板結合強度和結合率高