高結合強度的鈦鋼復合板的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鈦鋼復合板制備加工領域，具體涉及一種高結合強度的鈦鋼復合板的制備方法。
【背景技術】
[0002]鈦具有良好的物理、化學性能與機械性能，但其冶煉技術復雜，生產成本高，因此鈦的價格很貴，很大程度限制了鈦的推廣及應用。將鈦與其它金屬(如鋼、銅、鋁等)復合在一起，制成金屬復合材料，既可以發揮鈦的優異性能，又可大大降低成本，因而近年來對類似材料的研宄很多，其中鈦-鋼復合材料以其高強度、優異的耐蝕性能和顯著的經濟效益而被廣泛的應用于化工、石油等工業部門。
[0003]現有的復合鋼板的制造方法有:填充金屬鋼錠軋制法、爆炸復合法、乳制壓接法、堆焊法等。考慮到鈦的特性，工業上常采用爆炸復合法或軋制法(包括厚板軋制法和連續熱軋法)來制備鈦鋼復合板。爆炸復合法是將基層鋼板放置在一個平坦堅固的工作臺(通常為水泥板)上，然后將用于制作復合板的鈦板以一定的角度放在基層鋼板的上方，再將炸藥放在鈦板上方，為了防止較薄的鈦板損壞，常常在炸藥和鈦板之間鋪墊一層金屬或其它材料作為緩沖墊。然后，引爆炸藥，通過炸藥爆炸產生的強烈沖擊力，使鈦板與鋼板產生極強的斜碰撞，這種碰撞產生的能量使兩個板的界面結合，從而得到具有一定剪切強度的鈦-鋼復合板。
[0004]爆炸復合法能夠滿足鈦-鋼復合板的結合強度要求，但存在成材率相對低、環境污染、噪音及安全等方面的不足。與爆炸復合法生產的鈦-鋼復合板相比，乳制法(通常為熱軋法)簡單易行，具有產品尺寸規格靈活，性能穩定，易實現機械化、自動化作業等優點，而且可以生產更寬幅、更薄覆層的復合板材，同時，乳制法對環境要求較低，更能夠實現批量生產的要求。
[0005]由于鈦的金屬性活潑，與多數金屬連接時將在界面上形成脆性相。由鈦-鐵二元相圖可知，鐵與鈦極易生成金屬間化合物，如TiFe、TiFe2等，由于金屬間化合物具有較大的脆性使結合界面脆化，在應力的作用下容易導致開裂，使結合強度下降。鈦在溫度為1155K時發生相變，高溫時以體心立方晶格β -Ti形式存在，溫度較低時為密排立方晶格的α-T1鐵在α-Ti中的固溶度很小，在室溫下僅為0.05%?0.1%，在共析溫度下不超過
0.5%。鐵是β-Ti穩定元素，在β-Ti中的固溶度比在a-Ti中的大，在共晶溫度1355K時，鐵在β-Ti中的固溶度達到最大值25%。在β-Ti中固溶了鐵之后，可以使其相變點溫度降低，當β-Ti中鐵含量達到一定值時，β-Ti將會被保留至室溫，隨著β-Ti中鐵含量的進一步增高，在冷卻過程中，將會造成鐵在鈦中的過飽和，進而超過其在鈦中的固溶度而形成金屬間化合物。在采用熱軋法生產鈦-鋼復合板時，減少化合物生成是改善界面結合效果，提尚廣品質量的關鍵。
[0006]發明專利201410446843.4公開了一種制造鈦鋼復合板的方法，并具體公開了采用電鍍或化學鍍方法在鋼板或鋼坯的待復合的表面上鍍覆鎳、銅或純鐵來形成鍍層，從而提高界面的結合強度。采用該方法能夠在一定程度上提高界面結合強度，但是，由于鍍層較薄，高溫或長時間加熱條件下鈦、鐵等元素可以穿透鍍層，在界面形成脆性化合物，不能起到阻止元素相互擴散的目的；同時，由于鍍層金屬沒有良好的延展性，在軋制過程中，會引起界面狀態不均勻的問題，導致采用該方法制備的鈦鋼復合板產品質量無法得到很好的保障。
【發明內容】
[0007]本發明解決的技術問題是提供高結合強度的鈦鋼復合板的制備方法。
[0008]本發明高結合強度的鈦鋼復合板的制備方法，包括以下步驟:
[0009]a、組坯:按照鋼板/鈦板/鎳箔/鋼板的順序進行對稱組坯，然后將坯料四周焊合，坯料內部進行抽真空處理，得到組合坯料；其中，在鋼板與鈦板的相鄰面涂覆隔離劑，所述鎳箔的厚度為0.5mm ；
[0010]b、加熱:將組合坯料進行加熱，加熱溫度為890?930 °C，加熱時間為120?360min ；
[0011]C、軋制:將加熱后的組合坯料進行軋制，其中，終軋溫度為600?700°C，軋制總變形量為>70%，單道次變形量為5%?15%，乳制速度為0.1?2m/s ；
[0012]d、精整:分離鈦鋼界面，得到鈦鋼復合板。
[0013]其中，在a步驟之前還需進行表面處理步驟，所述表面處理的方法為:對鋼板及鈦板的表面進行磨拋處理，以去除表面污物和氧化層。
[0014]其中，a步驟所述的真空處理的真空度為I X 10_2Pa及以下。
[0015]作為優選方案，b步驟所述的加熱溫度為910°C，加熱時間360min ；c步驟軋制時，首道次變形15%，經過12道次軋制，累計變形量為89%，乳制速度0.2m/s，終軋溫度為680。。。
[0016]進一步的，a步驟的組坯方法為:
[0017]①準備兩塊規格相同的鋼板、一塊鈦板、一塊鎳箔、四塊側板，其中，所述側板材質與鋼板相同；
[0018]②側板處理:在四塊側板中的至少一塊上開孔，并在開孔處焊接一根無縫碳鋼管；
[0019]③焊接:在鋼板與鈦板的相鄰面涂覆隔離劑，按照鋼板/鈦板/鎳箔/鋼板的順序進行對稱組坯，將側板設置在鈦板四周，且位于兩塊鋼板之間，將鋼板與側板之間的縫隙以及側板與側板之間的間隙進行焊接，使其成為一個組合體；
[0020]④抽真空:焊接完成后，通過無縫碳鋼管與真空泵連接，對組合體內部抽真空后，將無縫碳鋼管密封，得到組合坯料。
[0021]其中，所述的無縫碳鋼管壁厚> 2mm。
[0022]作為優選方案，可在四塊側板中的任意一塊上開孔。
[0023]本發明通過在鈦鋼復合界面之間插入適當的金屬鎳做中間層，進而阻止鈦、鐵等元素的相互擴散，改善界面結合效果，提高產品質量。采用本發明方法軋制后獲得的鈦鋼復合板，板型良好，表面無明顯缺陷形成，結合界面無鈦/鐵化合物的生成，結合效果良好，結合強度>250MPa，遠高于國家標準中同類鈦鋼復合板的結合強度。
[0024]此外，本發明的組坯過程不需要特殊的真空焊接設備，如真空電子束焊箱等，在大氣環境下即可完成坯料內部真空處理，簡化了本發明鈦鋼復合板的制備工藝，降低了成本。
【具體實施方式】
[0025]本發明高結合強度的鈦鋼復合板的制備方法，包括以下步驟:
[0026]a、組坯:按照鋼板/鈦板/鎳箔/鋼板的順序進行對稱組坯，然后將坯料四周焊合，坯料內部進行抽真空處理，得到組合坯料；其中，在鋼板與鈦板的相鄰面涂覆隔離劑，所述鎳箔的厚度為0.5mm ；
[0027]b、加熱:將組合坯料進行加熱，加熱溫度為890?930 °C，加熱時間為120?360min ；
[0028]c、軋制:將加熱后的組合坯料進行軋制；其中，終軋溫度為600?700°C，乳制總變形量為>70%，單道次變形量為5%?15%，乳制速度為0.1?2m/s ；
[0029]d、精整:分離鈦鋼界面，得到鈦鋼復合板。
[0030]進一步的，在a步驟之前還需進行表面處理步驟，所述表面處理的方法為:對鋼板及鈦板的表面進行磨拋處理，以去除表面污物和氧化層。
[0031]進一步的，a步驟所述的真空處理的真空度必須達到lX10_2Pa及以下，以保證結合界面不受空氣中的氧、氮等元素的影響。
[0032]進一步的，作為優選方案，b步驟所述的加熱溫度為910°C，加熱時間360min ；c步驟軋制時，首道次變形15 %，經過12道次軋制，累計變形量為89 %，軋制速度0.2m/s，終軋溫度為680 °C。
[0033]進一步的，a步驟的組坯可采用如下具體方法:
[0034]①準備兩塊規格相同的鋼板、一塊鈦板、一塊鎳箔、四塊側板，其中，所述側板材質與鋼板相同；
[0035]②側板處理:在四塊側板中的至少一塊上開孔，并在