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CN106424136A - 一种以if钢为中间层的钛钢复合板及其制造方法 - Google Patents

一种以if钢为中间层的钛钢复合板及其制造方法 Download PDF

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李军
朱软利
林崇智
方强
王莹
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Abstract

本发明属于钛钢复合板制备加工领域，涉及一种以IF钢为中间层的钛钢复合板及其制造方法。本发明解决技术问题的技术方案包括以下步骤：A、组坯：将板材按照钢板/钛板/IF钢板/钢板的顺序进行组坯，钢板与钛板之间涂上隔离剂，坯料四周焊合，坯料内部抽真空；所述钢板碳含量小于0.1％；B、加热：将抽真空后的坯料进行加热，加热温度为850～900℃，加热时间为180～360min；C、轧制：加热后的坯料经过粗轧、精轧、冷却，取下钢板即可；其中，精轧终轧温度为780～800℃；以4～6℃/s速度冷却至400～600℃。本发明方法以碳含量小于0.1％的钢板为原料，通过合适的轧制工艺制备得到了结合强度大于220MPa的钛钢复合板。

Description

一种以IF钢为中间层的钛钢复合板及其制造方法
技术领域
本发明属于钛钢复合板制备加工领域，涉及一种以IF钢为中间层的钛钢复合板及其制造方法。
背景技术
钛具有良好的物理、化学性能与机械性能，但其冶炼技术复杂，生产成本高，因此钛的价格很贵，很大程度限制了钛的推广及应用。将钛与其它金属(如钢、铜、铝等)复合在一起，制成金属复合材料，既可以发挥钛的优异性能，又可大大降低成本，因而近年来对类似材料的研究很多，其中钛-钢复合材料以其高强度、优异的耐蚀性能和显著的经济效益而被广泛的应用于化工、石油等工业部门。
由于钛的金属性活泼，与多数金属连接时将在界面上形成脆性相。由钛-铁二元相图可知，铁与钛极易生成金属间化合物，如TiFe、TiFe2等，由于金属间化合物具有较大的脆性使结合界面脆化，在应力的作用下容易导致开裂，使结合强度下降。钛在温度为1155K时发生相变，高温时以体心立方晶格β-Ti形式存在，温度较低时为密排立方晶格的α-Ti。铁在α-Ti中的固溶度很小，在室温下仅为0.05％～0.1％，在共析温度下不超过0.5％。铁是β-Ti稳定元素，在β-Ti中的固溶度比在α-Ti中的大，在共晶温度1355K时，铁在β-Ti中的固溶度达到最大值25％。在β-Ti中固溶了铁之后，可以使其相变点温度降低，当β-Ti中铁含量达到一定值时，β-Ti将会被保留至室温，随着β-Ti中铁含量的进一步增高，在冷却过程中，将会造成铁在钛中的过饱和，进而超过其在钛中的固溶度而形成金属间化合物。减少化合物生成的主要方法是在钛与钢之间插入适当的金属做中间层，进而阻止钛、铁等元素的相互扩散，常见的为插入铜、镍、铌等金属板，但在抑制钛、铁等元素扩散的同时引入了新的化合物。
发明内容
针对现有钛钢复合板制备过程中界面上会生成脆性相的钛/铁化合物，本发明提供了一种用IF钢为中间层制备钛钢复合板的方法。该方法以IF钢为中间层，根据原料钢种的不同，选择特殊的轧制工艺。本发明方法不引入其他元素，可阻碍碳元素向钛侧扩散，同时形成一层厚度适中的TiC层，既不会使复合板性能劣化，又可以抑制TiFe相的形成，最终使制备得到的钛钢复合板性能良好。
本发明所要解决的技术问题是提供一种以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法。该方法包括以下步骤：
A、组坯：将板材按照钢板/钛板/IF钢板/钢板的顺序进行组坯，钢板与钛板间涂上隔离剂，坯料四周焊合，坯料内部抽真空；所述钢板碳含量小于0.1％；
B、加热：将抽真空后的坯料进行加热，加热温度为850～900℃，加热时间为180～360min；
C、轧制：加热后的坯料经过粗轧、精轧、冷却，取下钢板即可；其中，精轧终轧温度为780～800℃；以4～6℃/s速度冷却至400～600℃。
优选的，上述以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法步骤A中，所述的隔离剂为陶瓷材料或氧化物。
进一步的，上述以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法步骤A中，所述的陶瓷材料为氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化铝陶瓷或碳化硅陶瓷中的至少一种；且需满足以下两点，第一：耐1000℃以上高温；第二：各步骤温度下不与钛发生反应。
进一步的，上述以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法步骤A中，所述的氧化物需满足以下两点，第一：耐1000℃以上高温；第二：各步骤温度下不与钛发生反应。
进一步的，上述以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法步骤A中，所述的氧化物为TiO2或SiO2中至少一种。
优选的，上述以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法步骤A中，所述抽真空至1×10-2Pa以下。
优选的，上述以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法步骤A中，所述钛板和IF钢板的长宽一致。
优选的，上述以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法步骤A中，所述两块钢板的尺寸完全一样。
优选的，上述以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法步骤C中，轧制总变形量＞80％，单道次变形量为5～20％。
本发明还提供了由上述以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法制备得到的钛钢复合板。
本发明方法制备得到的钛钢复合板板型良好，表面无明显缺陷形成，结合界面无钛/铁化合物的生成，结合效果良好，结合强度大于220MPa，远高于国家标准中同类钛钢复合板的结合强度。本发明方法可利用现有轧制生产线生产最薄3.0mm的钛钢复合板，成本较低，结合强度远高于0类复合板要求。
具体实施方式
一种以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法，包括以下步骤：
A、组坯：为了防止轧制过程中板形翘曲，在另一端也放上钢板，从而形成钢板/钛板/IF钢/钢板的组坯；并且钢板与钛板之间涂刷上隔离剂，以便轧制后取下此钢板；然后坯料四周焊合，坯料内部抽真空；所述钢板碳含量小于0.1％；
B、加热：将抽真空后的坯料进行加热，加入温度为850～900℃，加热时间为180～360min；若加热温度高于此温度，则界面间元素扩散加剧，对结合强度不利；若加热温度低于此温度，则轧制负荷重，且结合效果不好；
C、轧制：加热后的坯料经过粗轧、精轧、冷却后取下另一块钢板即可；其中精轧终轧温度为780～800℃；以4～6℃/s速度水冷至400～600℃；若终轧温度高于此温度，则余热会继续生成化合物，若低于此温度，结合强度会降低；当冷却速度过高则内应力大，过低则达不到冷却效果。
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
①将加工好的钢板/钛板/IF钢板/钢板组合坯料放入加热炉内加热，加热温度900℃，保温360min；
②取出完成加热工艺的组合坯料，进行轧制，道次变形15％左右，经过12道次轧制，累计变形量91％，终轧温度800℃；水冷至600℃，冷速5℃/s；
③轧制完成后，切去轧制后板材的边部，上部钢板与钛板由于隔离剂的作用而自然分离，下部得到钛钢复合板。
对本实施例得到的钛钢复合板进行结合强度的测试，界面结合强度为220MPa。结合强度测定方法按照GB/T 6396-2008中剪切试验方法执行。
实施例2
①将加工好的钢板/钛板/IF钢板/钢板组合坯料放入加热炉内加热，加热温度890℃，保温360min；
②取出完成加热工艺的组合坯料，进行轧制，道次变形15％左右，经过12道次轧制，累计变形量88％，终轧温度780℃，水冷至600℃，冷速4℃/s。
③轧制完成后，切去轧制后板材的边部，上部钢板与钛板由于隔离剂的作用而自然分离，下部得到钛钢复合板。
对本实施例得到的钛钢复合板进行结合强度的测试，界面结合强度为235MPa。结合强度测定方法按照GB/T 6396-2008中剪切试验方法执行。
对比例1
①将钢板/钛板/IF钢板/钢板组合坯料放入加热炉内加热，加热温度800℃，保温360min；
②取出完成加热工艺的组合坯料，进行轧制，道次变形10％左右，经过15道次轧制，累计变形量78％，终轧温度720℃，空冷。
③轧制完成后，切去轧制后板材的边部，上部钢板与钛板由于隔离剂的作用而自然分离，下部得到钛钢复合板。
对本对比例得到的钛钢复合板进行结合强度的测试，得到界面结合强度为130MPa。结合强度测定方法按照GB/T 6396-2008中剪切试验方法执行。
对比例2
①将加工好的钢板/钛板/钢板组合坯料放入加热炉内加热，加热温度880℃，保温360min；
②取出完成加热工艺的组合坯料，进行轧制，道次变形15％左右，经过13道次轧制，累计变形量93％，终轧温度780℃，水冷至600℃，冷速4℃/s。
③轧制完成后，切去轧制后板材的边部，上部钢板与钛板由于隔离剂的作用而自然分离，下部得到钛钢复合板。
对本实施例得到的钛钢复合板进行结合强度的测试，界面结合强度为178MPa。结合强度测定方法按照GB/T 6396-2008中剪切试验方法执行。

Claims (10)

1.以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、组坯：将板材按照钢板/钛板/IF钢板/钢板的顺序进行组坯，钢板与钛板间涂上隔离剂，坯料四周焊合，坯料内部抽真空；所述钢板碳含量小于0.1％；
B、加热：将抽真空后的坯料进行加热，加热温度为850～900℃，加热时间为180～360min；
C、轧制：加热后的坯料经过粗轧、精轧、冷却，取下钢板即可；其中，精轧终轧温度为780～800℃；以4～6℃/s速度冷却至400～600℃。
2.根据权利要求1所述的以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法，其特征在于：步骤A中，所述的隔离剂为陶瓷材料或氧化物中至少一种。
3.根据权利要求2所述的以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法，其特征在于：所述的陶瓷材料为氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化铝陶瓷或碳化硅陶瓷中的至少一种；且需满足以下两点，第一：耐1000℃以上高温；第二：各步骤温度下不与钛发生反应。
4.根据权利要求2所述的以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法，其特征在于：所述的氧化物需满足以下两点，第一：耐1000℃以上高温；第二：各步骤温度下不与钛发生反应。
5.根据权利要求4所述的以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法，其特征在于：所述的氧化物为TiO2或SiO2中至少一种。
6.根据权利要求1所述的以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法，其特征在于：步骤A中，所述抽真空至1×10-2Pa以下。
7.根据权利要求1所述的以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法，其特征在于：步骤A中，所述钛板和IF钢板的长宽一致。
8.根据权利要求1所述的以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法，其特征在于：步骤A中，所述两块钢板的尺寸完全一样。
9.根据权利要求1所述的以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法，其特征在于：步骤C中，轧制总变形量＞80％，单道次变形量为5～20％。
10.由权利要求1～9任一项所述的以IF钢为中间层的钛钢复合板的制造方法制备得到的钛钢复合板。
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