一種非對稱組坯鈦鋼復合板抑制翹曲的熱軋方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于乳制金屬復合板生產技術領域，具體涉及一種非對稱組坯鈦鋼復合板抑制翹曲的熱乳方法。
【背景技術】
[0002]隨著金屬材料服役環境的惡劣，單種金屬已經難以滿足這種復雜的服役環境，可能導致結構發生失效，嚴重時危害設備和生產安全。因此，雙金屬材料應用而生。將異種金屬鈦和鋼通過乳制的方法使其焊合在一起，獲得一定的結合強度的鈦鋼復合板，該復合板既有良好的強度又有良好的耐腐蝕性能，同時焊接性能和導熱性能也良好，在化工領域、石油領域、電力領域、海洋領域、造船領域、制藥領域、核電領域起到廣泛的作用。
[0003]鈦鋼復合板的生產方法主要有三種，爆炸法，爆炸-乳制法，乳制法。第一種方法生產的復合板由于是運用爆炸技術，產品尺寸受到很多限制，且爆炸之前的準備工序十分復雜，另外第一種方法和第二種方法有一些共同的缺點，就是其會造成環境污染，而且消耗的能量很大、產品的成材率也低，如果運用乳制法生產鈦/鋼復合板，其可生產的產品尺寸的范圍大、結合質量和表面質量好、成材率高、尺寸精度高、生產效率高，將逐漸成為生產鈦/鋼復合板的主要方法。
[0004]熱乳復合板是采用乳制的方法，運用強大乳制壓力使得金屬待結合表面露出新鮮金屬，并隨著壓下量的增加，使得兩種金屬形成越來越牢固的冶金結合的方法。
[0005]在熱乳鈦鋼復合板的過程中，鈦在高溫下容易與氧氣發生強烈的化學反應而影響乳制過程，界面處的鋼板表面也會與氧氣反應生成氧化鐵皮，影響復合板界面結合質量；因此，需要對鈦板的所有表面和界面處鋼板進行防氧化處理。為了解決這個問題，通常采用三種方法:一是在復合板在真空乳機中熱乳，二是利用擋板和抽真空的方法制造真空環境，三是在表面涂上一層高溫防氧化涂層。第一種方法對設備要求很高，真空熱乳機的設備昂貴且國內不能生產，需要進口 ；第二中方法的抽真空過程十分復雜，對各工序和操作工人的要求很高；第三種方法比較簡單，但其防氧化效果沒有前兩種方法好。
[0006]在非對稱組坯的熱乳鈦鋼復合板的過程中，由于鈦和鋼存在很大的變形抗力差，因此，其乳制變形會發生嚴重不協調，產生板型的縱向翹曲(扣頭和上翹)問題，這是熱乳鈦鋼復合板面臨的一大難題。為了解決縱向翹曲(扣頭和上翹)問題，有兩種解決方法:一是將鈦鋼復合板對稱組坯，采用ABBA的對稱組坯方式來控制熱乳過程中變形協調的問題；二是采用非對稱組坯的方式，通過控制開乳時鈦板和鋼板的溫度，合理的控制冷卻等方法來控制縱向翹曲(扣頭和上翹)。上述對稱組坯方式熱乳的缺點是對乳制能力要求較高；非對稱組坯熱乳的缺點是需要通過合理制定工藝控制縱向翹曲(扣頭和上翹)問題。在采用對稱組坯ABBA的方法解決縱向翹曲(扣頭和上翹)問題時，由于板材為四層，對乳件能力提出了較高的要求；在采用溫度和冷卻水控制縱向翹曲(扣頭和上翹)的方法對板材加熱制度，加熱溫度精度和加熱爐都提出了更高的要求，同時冷卻速度的選擇和冷卻時間的確定成為較為復雜的工藝步驟，一旦速度和時間選擇錯誤，則難以很好的解決縱向翹曲(扣頭和上翹)的問題。
【發明內容】
[0007]本發明基于鋼板、鈦板、蓋板的三層非對稱組坯，在鈦板所有表面和鋼板的待結合表面涂有防氧化涂層；同時在復合板上覆蓋一層薄的蓋板以及在鈦板四周放置側板，以控制熱乳時鈦板與空氣的過多的接觸；通過使用物理防氧化方法和化學防氧化方法相結合減少鈦表面和界面處金屬的高溫氧化；同時在熱乳過程中根據壓下量，乳前厚度，乳前溫度，乳件與乳輥摩擦情況合理調整上下乳輥轉速的方法(異步乳制)控制板型縱向翹曲(扣頭和上翹)問題。
[0008]本發明具體解決上述問題的方法如下:提供一種非對稱組坯鈦鋼復合板抑制翹曲的熱乳方法，所述熱乳方法對經過高溫防氧化處理的三層非對稱組坯進行熱乳，并在乳制過程中通過等徑異步乳制的方式控制三層非對稱組坯的縱向翹曲，乳制完成后獲得鈦鋼復合板；
進一步地，其中所述經過高溫防氧化處理的三層非對稱組坯最上層基板為鋼板、中間層復板為鈦板、最下層為低碳鋼蓋板，所述鈦板的所有表面均涂有高溫防氧化涂層，所述鋼板的待復合表面也涂有高溫防氧化涂層，所述鈦板的四周還設有低碳鋼側板，所述低碳鋼側板分別與低碳鋼蓋板和鋼板焊接；
進一步地，其中所述等徑異步乳制為調整鋼板一側的乳輥轉速大于鈦板一側的轉速； 進一步地，所述熱乳方法包括以下步驟:
S1處理坯料并進行組坯；
S2加熱組坯；
S3多道次可逆乳制；
S4熱處理乳制過的組坯；
S5切割分離獲得鈦鋼復合板；
進一步地，所述S1具體步驟為:
(1)坯料表面處理:將坯料待復合表面進行表面處理，然后將除去缺陷的坯料待復合面用有機溶劑清洗干凈，在鈦板的所有表面和鋼板的待結合表面涂上一層高溫防氧化涂層，將低碳鋼蓋板和鈦板接觸的表面涂上一層隔離劑，所述鈦板的長度和寬度都小于鋼板，所述鋼板和蓋板的長度和寬度相同；
(2)組坯:采用三層組坯方式，最上層基板為鋼板，中間層復板為鈦板，最下層為低碳鋼蓋板，同時在鈦板的四周設置低碳鋼側板，將(1)中的鈦板置于低碳鋼蓋板之上，將鋼板置于鈦板之上，鈦板四周放置低碳鋼側板，在液壓壓力平臺將組坯料壓緊，將低碳鋼側板和低碳鋼蓋板以及鋼板進行封焊，獲得三層非對稱組坯，所述鋼板為Q235，所述鈦板為TA2;
進一步地，所述S2具體步驟為:將S1組坯置于加熱爐的加熱溫區進行加熱2h，控制其鋼板和鈦板的溫度為850°C，然后在加熱爐的均熱溫區進行均熱處理，控制鋼板表面和鈦板表面的溫度為880°C，均熱時間為30min~60min ；
進一步地，所述S3具體步驟為:將S2中的加熱后的組坯在熱乳機上進行多道次可逆車L制，所用乳制方式為等徑異步乳制，調整鋼板一側的乳輥轉速大于鈦板側的轉速，比值為1-1.2，調整該轉速比的方法為通過控制壓下量，乳前厚度，乳前溫度，乳件與乳輥摩擦； 進一步地，所述S4具體步驟為:將S3中的組坯在550~650°C的條件下進行熱處理，時間為lh~3h;
進一步地，所述S5具體步驟為:將S4中經熱處理后的組坯矯直，切頭尾，切邊部，并將蓋板和鈦板沿著隔離劑自然分離，獲得鈦鋼復合板，所述鈦鋼復合板中鈦板厚度為l~10mm，鈦鋼復合板總厚度為10~60mm;
進一步地，所述S1中有機溶劑為丙酮或者乙醇，隔離劑為有機涂料，所用防氧化涂料為 FY-1，MP120，MP130;
進一步地，所述S3中熱乳道次為5~15個道次，1-4個道次以0.5~lm/s乳制速度乳制；進一步地，所述S3中的熱乳的初始乳制道次壓下量大于初始組坯尺寸的20%，總變形率大于70%。
[0009]本發明的有益效果如下:
(1)采用非對稱組坯加蓋板和側板的與氧氣隔離的物理方法和高溫防氧化涂層與氧氣隔離的化學方法相結合來加強高溫防氧化的效果，不需使用四層組坯方式，不需進行抽真空處理，大大簡化了工藝流程，也減少了對乳機能力的要求。
[0010](2)在非對稱乳制時，鈦鋼復合板產生縱向翹曲(扣頭和上翹)的原因是兩種材料在相同的乳制條件下的變形抗力相差較大，鋼板的變形較之鈦板要小，因此乳制過程中會出現復合板向鋼板一側縱向翹曲(扣頭和上翹)的現象，在采用上下乳輥不同的乳制速度(存在異速比)，則會使得縱向翹曲(扣頭和上翹)現象減小甚至消除，控制手段簡便。
[0011](3)乳制完成后，經過熱處理、矯直、切頭尾和邊部，沿著隔離劑將蓋板與復合板分開得到了尺寸精度高、板型優良、表面質量好的鈦鋼復合板，界面結合率超過99.6%，剪切強度超過200MPa。
[0012](4)采用了簡化的組坯方式防止了鈦板所有表面的和界面處鋼表面的氧化，同時應用了合理的等徑異步乳制制度，解決了非對稱乳制的縱向翹曲問題。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明制備的熱乳生產鈦鋼復合板的剖面示意圖。
[0014]附圖標記說明:
1_鋼板；2- _溫防氧化涂層；3_側板；4_欽板；5_隔尚劑；6_鋼質蓋板。
【具體實施方式】
[0015]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發明，并不用于限定本發明。相反，本發明涵蓋任何由權利要求定義的在本發明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發明有更好的了解，在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。
[0016]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，但不作為對本發明的限定。下面為本發明的舉出最佳實施例:
如圖1所示為本發明制備的熱乳生產鈦鋼復合板的剖面示意圖，一種非對稱組坯鈦鋼復合板抑制翹曲的熱乳方法，所述熱乳方法使用鋼板、鈦板、蓋板的三層非對稱組坯，在鈦板四周設置側板，將鈦板的所有表面和鋼板的待復合表面涂上一層高溫防氧化涂層，并在鈦板和蓋板之間采用隔離劑，將側板與下部的蓋板、上部的鋼板進行電弧焊焊接，熱乳過程中調整上下乳輥的乳制速度，通過等徑異步乳制的方式控制非對稱熱乳鈦鋼復合板的縱