以釩為中間層的鈦鋼復合板的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及以釩為中間層的鈦鋼復合板的制備方法，屬于鈦鋼復合板制備加工領(lǐng)域。本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種以釩為中間層的鈦鋼復合板的制備方法，以改善界面結(jié)合效果和穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品質(zhì)量。該方法按照鋼板/鈦板/釩箔/鋼板的順序進行組坯，然后將坯料四周焊合，坯料內(nèi)部進行抽真空處理，得到組合坯料；將組合坯料進行加熱，加熱溫度為850～950℃，加熱時間為240～360min；將加熱后的組合坯料進行軋制，得到鈦鋼復合板。本發(fā)明的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(jié)合界面無金屬間化合物的生成，結(jié)合效果良好，穩(wěn)定性好，結(jié)合強度遠高于國家標準中同類鈦鋼復合板的結(jié)合強度。
【專利說明】
以釩為中間層的鈦鋼復合板的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及以釩為中間層的鈦鋼復合板的制備方法，屬于鈦鋼復合板制備加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦具有良好的物理、化學性能與機械性能，但其冶煉技術(shù)復雜，生產(chǎn)成本高，因此鈦的價格很貴，很大程度限制了鈦的推廣及應(yīng)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(fā)揮鈦的優(yōu)異性能，又可大大降低成本，因而近年來對類似材料的研究很多，其中鈦-鋼復合材料以其高強度、優(yōu)異的耐蝕性能和顯著的經(jīng)濟效益而被廣泛的應(yīng)用于化工、石油等工業(yè)部門。
[0003]現(xiàn)有的復合鋼板的制造方法有:填充金屬鋼錠乳制法、爆炸復合法、乳制壓接法、堆焊法等?？紤]到鈦的特性，工業(yè)上常采用爆炸復合法或乳制法(包括厚板乳制法和連續(xù)熱乳法)來制備鈦鋼復合板。爆炸復合法能夠滿足鈦-鋼復合板的結(jié)合強度要求，但存在成材率相對低、環(huán)境污染、噪音及安全等方面的不足。與爆炸復合法生產(chǎn)的鈦-鋼復合板相比，乳制法(通常為熱乳法)簡單易行，具有產(chǎn)品尺寸規(guī)格靈活，性能穩(wěn)定，易實現(xiàn)機械化、自動化作業(yè)等優(yōu)點，而且可以生產(chǎn)更寬幅、更薄覆層的復合板材，同時，乳制法對環(huán)境要求較低，更能夠?qū)崿F(xiàn)批量生產(chǎn)的要求。
[0004]但是，由于鈦的金屬性活潑，與多數(shù)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(jié)合界面脆化，在應(yīng)力的作用下容易導致開裂，使結(jié)合強度下降。鈦在溫度為1155K時發(fā)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-Ti。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(wěn)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。減少化合物生成的主要方法是在鈦與鋼之間插入適當?shù)慕饘僮鲋虚g層，進而阻止鈦、鐵等元素的相互擴散。
[0005]發(fā)明專利201510247275X公開了一種以鎳為中間層的鈦鋼復合板的乳制方法，發(fā)明專利201510333014.X公開了一種以銅為中間層高結(jié)合強度鈦鋼復合板的制備方法，在鈦鋼界面插入鎳箔或者銅箔作為中間層，以阻止鈦、鐵元素的相互擴散，從而達到良好的結(jié)合效果。但是，該方法得到的鈦鋼復合板，由于鎳和鈦、銅和鈦在高溫下可能反應(yīng)，乳制后會導致復合界面不均勻，界面結(jié)合穩(wěn)定性不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述缺陷，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種以釩為中間層的鈦鋼復合板的制備方法，以改善界面結(jié)合效果和穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
[0007]本發(fā)明以釩為中間層的鈦鋼復合板的制備方法，包括以下步驟:
[0008]a、組坯:按照鋼板/鈦板/釩箔/鋼板的順序進行組坯，然后將坯料四周焊合，坯料內(nèi)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；
[0009]b、加熱:將組合坯料進行加熱，加熱溫度為850?950°C，加熱時間為240?360min;
[0010]C、乳制:將加熱后的組合坯料進行乳制，其中，終乳溫度為600?700°C，乳制總變形量為>90%，首道次變形量大于15%，其余道次變形量在10%以上，乳制速度為0.1?2m/s，終乳后空冷，得到鈦鋼復合板。
[0011 ] 進一步的，優(yōu)選在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。
[0012]優(yōu)選的，a步驟所述的真空處理的真空度為IX 10—2Pa及以下。
[0013]進一步的，a步驟中，所述銀箔的厚度優(yōu)選為0.3?0.8mm。更優(yōu)選f凡箔的厚度為
0.5mm ο
[0014]c步驟中，優(yōu)選首道次變形量為15?20%，且至少乳制7個道次。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的方法道次變形量較小，可降低對乳制設(shè)備的要求，乳制后獲得的鈦鋼復合板板型良好，表面無明顯缺陷形成，結(jié)合界面無金屬間化合物的生成，結(jié)合效果良好，穩(wěn)定性好，在適當?shù)募訜釡囟葪l件下(>900°C)，結(jié)合強度>260MPa，遠高于國家標準中同類鈦鋼復合板的結(jié)合強度。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明以釩為中間層的鈦鋼復合板的制備方法，包括以下步驟:
[0017]a、組坯:按照鋼板/鈦板/釩箔/鋼板的順序進行組坯，然后將坯料四周焊合，坯料內(nèi)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；
[0018]b、加熱:將組合坯料進行加熱，加熱溫度為850?950°C，加熱時間為240?360min;
[0019]c、乳制:將加熱后的組合坯料進行乳制，其中，終乳溫度為600?700°C，乳制總變形量為>90%，首道次變形量大于15%，其余道次變形量在10%以上，乳制速度為0.1?2m/s，終乳后空冷，得到鈦鋼復合板。
[0020]其中，在組坯過程中，鋼板與鈦板的相鄰面涂覆隔離劑，是為了保證乳制空冷后該界面能夠分離，得到鈦鋼單面復合板。所述隔離劑為本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的隔離劑，通常采用具有高溫穩(wěn)定性的氧化物，如Al 302、S i O2、陶瓷材料等。
[0021]進一步的，為了使鈦板和鋼板能更好的結(jié)合，優(yōu)選在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。
[0022]進一步的，a步驟所述的真空處理的真空度優(yōu)選為IX 10—2Pa及以下，以減少空氣中的氧、氮等元素對結(jié)合界面的影響。
[0023]a步驟中，組坯材料均嚴格按照設(shè)計尺寸加工，保證組合坯料的一體性;優(yōu)選的，鋼板尺寸為200 X 160 X 18_，鈦板尺寸為160 X 120 X 20_。優(yōu)選的釩箔厚度為0.3?0.8_，釩箔的長寬尺寸可根據(jù)鈦板尺寸來確定，以其將鈦板和鋼板隔離開為準。本發(fā)明的發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，采用厚度為0.5mm的釩箔，其乳制后界面結(jié)合強度高。如果再增加釩箔厚度，對結(jié)合強度的提高有限，且還會增加釩箔的成本，因此，釩箔的厚度優(yōu)選為0.5_。
[0024]進一步的，c步驟中，首道次變形量為15?20%，且至少乳制7個道次。
[0025]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步的描述，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。
[0026]實施例1
[0027]加工尺寸分別為200 X 160 X 18mm和160 X 120 X 20mm的鋼板和鈦板，對其表面進行磨拋處理，以去除表面污物和氧化層，將厚度為0.5mm的純釩箔加工為鈦板尺寸，然后按照鋼板/鈦板/釩箔/鋼板的順序進行對稱組坯，然后將坯料四周焊合，坯料內(nèi)部進行抽真空處理，真空度達到I X 10—2Pa。
[0028]將加工好的組合坯料放入加熱爐內(nèi)加熱，加熱溫度850°C，保溫360min;
[0029]取出完成加熱工藝的組合坯料，進行乳制，首道次變形15%，經(jīng)過7道次乳制，累計變形量92 %，乳制速度0.2m/s，終乳溫度620°C ；空冷至室溫，分離涂覆隔離劑的鈦鋼界面，得到鈦鋼復合板。
[0030]取樣進行結(jié)合強度測試，界面結(jié)合強度230?250MPa。其中，結(jié)合強度采用如下方法進行測定:參照標準GB/T 6396-2008，將待測試樣加工為拉剪試樣，在同一部位加工4個試樣，采用電子拉伸試驗機進行剪切強度的測試，變形速率為lmm/min，4個試樣的界面結(jié)合強度均在230?250MPa之間，分別為:241.2MPa、238.3MPa、239.8MPa、246.4MPa，表明其界面結(jié)合穩(wěn)定性好。
[0031]實施例2
[0032]加工尺寸分別為200 X 160 X 18mm和160 X 120 X 20mm的鋼板和鈦板，對其表面進行磨拋處理，以去除表面污物和氧化層，將厚度為0.5mm的純釩箔加工為鈦板尺寸，然后按照鋼板/鈦板/釩箔/鋼板的順序進行對稱組坯，然后將坯料四周焊合，坯料內(nèi)部進行抽真空處理，真空度達到I X 10—2Pa。
[0033]將加工好的組合坯料放入加熱爐內(nèi)加熱，加熱溫度900°C，保溫300min;
[0034]取出完成加熱工藝的組合坯料，進行乳制，首道次變形15%，經(jīng)過9道次乳制，累計變形量93 %，乳制速度0.2m/s，終乳溫度660°C ；空冷至室溫，分離涂覆隔離劑的鈦鋼界面，得到鈦鋼復合板。
[0035]按照實施例1的方法取樣進行結(jié)合強度測試，界面結(jié)合強度260?280MPa，4個試樣的界面結(jié)合強度分別為:269.7MPa、274.2MPa、264.8MPa、278.9MPa，表明其界面結(jié)合穩(wěn)定性好。
[0036]實施例3
[0037]加工尺寸分別為200 X 160 X 18mm和160 X 120 X 20mm的鋼板和鈦板，對其表面進行磨拋處理，以去除表面污物和氧化層，將厚度為0.5mm的純釩箔加工為鈦板尺寸，然后按照鋼板/鈦板/釩箔/鋼板的順序進行對稱組坯，然后將坯料四周焊合，坯料內(nèi)部進行抽真空處理，真空度達到I X 10—2Pa。
[0038]將加工好的組合坯料放入加熱爐內(nèi)加熱，加熱溫度950°C，保溫300min;
[0039]取出完成加熱工藝的組合坯料，進行乳制，首道次變形20%，經(jīng)過7道次乳制，累計變形量90 %，乳制速度0.2m/s，終乳溫度680°C ；空冷至室溫，分離涂覆隔離劑的鈦鋼界面，得到鈦鋼復合板。
[0040]按照實施例1的方法取樣進行結(jié)合強度測試，界面結(jié)合強度280?300ΜΡ&(34個試樣的界面結(jié)合強度分別為:291.2MPa、289.8MPa、287.5MPa、294.7MPa，表明其界面結(jié)合穩(wěn)定性好。
[0041 ] 實施例4
[0042]加工尺寸分別為200 X 160 X 18mm和160 X 120 X 20mm的鋼板和鈦板，對其表面進行磨拋處理，以去除表面污物和氧化層，將厚度為0.3mm的純釩箔加工為鈦板尺寸，然后按照鋼板/鈦板/釩箔/鋼板的順序進行對稱組坯，然后將坯料四周焊合，坯料內(nèi)部進行抽真空處理，真空度達到I X 10—2Pa。
[0043]將加工好的組合坯料放入加熱爐內(nèi)加熱，加熱溫度950°C，保溫300min;
[0044]取出完成加熱工藝的組合坯料，進行乳制，首道次變形20%，經(jīng)過7道次乳制，累計變形量90 %，乳制速度0.2m/s，終乳溫度680°C ；空冷至室溫，分離涂覆隔離劑的鈦鋼界面，得到鈦鋼復合板。
[0045]按照實施例1的方法取樣進行結(jié)合強度測試，界面結(jié)合強度280?290ΜΡ&<34個試樣的界面結(jié)合強度分別為:281.2MPa、285.9MPa、287.6MPa、283.7MPa，表明其界面結(jié)合穩(wěn)定性好。
[0046]實施例5
[0047]加工尺寸分別為200 X 160 X 18mm和160 X 120 X 20mm的鋼板和鈦板，對其表面進行磨拋處理，以去除表面污物和氧化層，將厚度為0.8mm的純釩箔加工為鈦板尺寸，然后按照鋼板/鈦板/釩箔/鋼板的順序進行對稱組坯，然后將坯料四周焊合，坯料內(nèi)部進行抽真空處理，真空度達到I X 10—2Pa。
[0048]將加工好的組合坯料放入加熱爐內(nèi)加熱，加熱溫度950°C，保溫300min;
[0049]取出完成加熱工藝的組合坯料，進行乳制，首道次變形20%，經(jīng)過7道次乳制，累計變形量90 %，乳制速度0.2m/s，終乳溫度680°C ；空冷至室溫，分離涂覆隔離劑的鈦鋼界面，得到鈦鋼復合板。
[0050]按照實施例1的方法取樣進行結(jié)合強度測試，界面結(jié)合強度280?300ΜΡ&(34個試樣的界面結(jié)合強度分別為:286.9MPa、294.2MPa、296.8MPa、284.9MPa，表明其界面結(jié)合穩(wěn)定性好。
[0051]對比例I
[0052]加工尺寸分別為200 X 160 X 18mm和160 X 120 X 20mm的鋼板和鈦板，對其表面進行磨拋處理，以去除表面污物和氧化層，將厚度為0.5mm的純鎳箔加工為鈦板尺寸，然后按照鋼板/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(nèi)部進行抽真空處理，真空度達到I X 10—2Pa。
[0053]將加工好的組合坯料放入加熱爐內(nèi)加熱，加熱溫度950°C，保溫300min;
[0054]取出完成加熱工藝的組合坯料，進行乳制，首道次變形20%，經(jīng)過7道次乳制，累計變形量90 %，乳制速度0.2m/s，終乳溫度680°C ；空冷至室溫，分離涂覆隔離劑的鈦鋼界面，得到鈦鋼復合板。
[0055]按照實施例1的方法取樣進行結(jié)合強度測試，界面結(jié)合強度170?260ΜΡ&<34個試樣的界面結(jié)合強度分別為:256.7MPa,178.3MPa,224.6MPa,192.3MPa，其波動較大，表明該界面結(jié)合穩(wěn)定性有待提尚。
[0056]對比例2
[0057]加工尺寸分別為200 X 160 X 18mm和160 X 120 X 20mm的鋼板和鈦板，對其表面進行磨拋處理，以去除表面污物和氧化層，將厚度為0.5mm的純銅箔加工為鈦板尺寸，然后按照鋼板/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(nèi)部進行抽真空處理，真空度達到I X 10—2Pa。
[0058]將加工好的組合坯料放入加熱爐內(nèi)加熱，加熱溫度950°C，保溫300min;
[0059]取出完成加熱工藝的組合坯料，進行乳制，首道次變形20%，經(jīng)過7道次乳制，累計變形量90 %，乳制速度0.2m/s，終乳溫度680°C ；空冷至室溫，分離涂覆隔離劑的鈦鋼界面，得到鈦鋼復合板。
[0060]按照實施例1的方法取樣進行結(jié)合強度測試，界面結(jié)合強度190?280ΜΡ&<34個試樣的界面結(jié)合強度分別為:196.3MPa、248.4MPa、277.1MPa、229.5MPa，其波動較大，表明該界面結(jié)合穩(wěn)定性有待提尚。
【主權(quán)項】
1.以釩為中間層的鈦鋼復合板的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: a、組坯:按照鋼板/鈦板/釩箔/鋼板的順序進行組坯，然后將坯料四周焊合，坯料內(nèi)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； b、加熱:將組合坯料進行加熱，加熱溫度為850?950°C，加熱時間為240?360min; c、乳制:將加熱后的組合坯料進行乳制，其中，終乳溫度為600?7000C，乳制總變形量為>90 %，首道次變形量大于15 %，其余道次變形量在10 %以上，乳制速度為0.1?2m/s，終乳后空冷，得到鈦鋼復合板。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以釩為中間層的鈦鋼復合板的制備方法，其特征在于:在8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。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的以釩為中間層的鈦鋼復合板的制備方法，其特征在于:a步驟所述的真空處理的真空度為I X 10—2Pa及以下。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項所述的以釩為中間層的鈦鋼復合板的制備方法，其特征在于:a步驟中，所述銀箔的厚度為0.3?0.8mm。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的以釩為中間層的鈦鋼復合板的制備方法，其特征在于:a步驟中，鑰I箔的厚度為0.5mm。6.根據(jù)權(quán)利要求1?5任一項所述的以釩為中間層的鈦鋼復合板的制備方法，其特征在于:c步驟中，首道次變形量為15?20%，且至少乳制7個道次。
【文檔編號】B21B47/02GK106040741SQ201610562447
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月18日
【發(fā)明人】楊柳, 李軍, 彭琳, 欒佰峰, 于輝, 王瑩
【申請人】攀鋼集團研究院有限公司