CN104259742A - 嵌入式真空轧制钛/钢层状金属的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种嵌入式真空轧制钛/钢复合板的制坯方法，不仅可以防止钛、钢待复合面氧化，获得高质量的钛/钢复合板，而且还非常适合于高效率的工厂化生产。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种生产钛/钢层状金属的组坯方法。具体指的是嵌入式放置复层钛金属的真空轧制方法。
背景技术
钛/钢复合板是层状金属复合材料的一个重要分支，钛的熔点是1668℃，密度是4.51g/cm3，钛板的优点是：海水中不腐蚀，在有机酸(除草酸和甲酸外)中不腐蚀透声性好，无磁性，不磁化。其缺点是成本较高，特别是作为结构部件使用时这个问题尤为突出。而钛钢复合板既有钛板的耐蚀性，又有普通钢板作为结构件的强度和塑性，特别重要的是成本大幅度下降了。
钛/钢复合板的应用领域主要在：化工中塔器和加热器；体育休闲业；航空航天业；石油化工(换热器，醋酸塔和釜，罐，泵)；船舶(储罐和换热器)；医疗；冶金；碱工业(塔器和冷却器，槽)；板式热交换器；农药(过滤器)；制盐(加热器)；其他：装甲，汽车和摩托车的排烟系统，海洋工程试验架等。应用领域非常广泛，是资源节约型国家支持的发展方向。
目前，生产钛/钢复合板主要是采用爆炸焊接、爆炸焊接加轧制和轧制的方法。其中爆炸焊接和爆炸焊接加轧制这两种生产方法对生态环境的破坏比较大，不利于节能环保。采用轧制的方法生产钛/钢复合板是目前应用前景最为广泛的，在强大的轧辊压力下使洁净的钛、钢表面破碎接触形成冶金结合。轧制复合法的关键是防止钛、钢金属表面在加热或轧制时发生氧化，一旦发生氧化钛、钢之间就不会产生结合，或者即使结合了其界面剪切强度也不高，没有使用价值。
公开号为CN101992344A的中国发明专利，是将表面打磨光滑的钛、钢板面相对完全重合形成组合坯，再使用四块钛板作为侧封封住组合坯的四周，然后一起放入真空室内将组合坯料和侧封板的所有缝隙焊接，之后加热进行轧制复合。此工艺虽然能防止钛、钢待复合面在加热和轧制时产生氧化，生产出钛/钢复合板，但是此方法存在以下问题：钛板作为侧封封住组合坯的四周，钛金属浪费大，成本增加，并且此方法只适合生产小尺寸的钛/钢复合板，若建造一个大尺寸的真空室造价高，每次组坯真空室抽真空即耗时又耗能，制造复合坯的周期长，不利于高效率的工厂化生产。
综上所述，轧制法生产钛/钢复合板的关键点是在于能否获得利于高效率的工厂化生产且待复合面不易被氧化的组坯方法。
发明内容
本发明专利提供一种嵌入式真空轧制钛/钢复合板的制坯方法，不仅可以防止钛、钢待复合面氧化，获得高质量的钛/钢复合板，而且还非常适合于高效率的工厂化生产。
本发明的技术解决方案，其特殊之处如下：
1)选取一块基板，利用龙门铣床将基板一面铣个矩形槽，矩形槽的深度为钛板厚度，误差±0.5mm，矩形槽的边距基板边部的距离为30±0.5mm，矩形槽的直角边加工成(1-3)×45°倒角。
2)选取一块钛板，钛板的长宽尺寸比矩形槽的小0.1-0.5mm。
3)清洗基板矩形槽的倒角，采用钨极氩弧焊的方式在倒角面堆焊一层过渡金属，厚度为0.1-0.2mm。将矩形槽的垂直面打磨光滑。
4)清洗基板矩形槽的每一个面，去除表面油污；机械打磨抛光钛板的待复合面。并将钛板分别嵌入基板的矩形槽内，将倒角面与钛板的直边所形成的空间用钛焊丝堆焊并打磨光滑。
5)选取矩形槽的一个边钻取一个10mm的开孔，采用真空泵抽取待复合面间的空气，将真空泵的出气口端放入水中，待水中无气泡产生，将抽气孔密封，并采用渗透探伤的方式检查密封的抽气孔是否存在裂纹。
6)按以上方法制备两块相同规格的板坯，将基板四周加工成半U形的坡口，并将其中一块钛板面涂刷一层隔离剂，涂刷厚度控制在0.5-1mm，之后在箱式烘干房内将隔离剂烘干。
7)将两块抽完真空后的坯料，钛板面相对置放整齐，运送至压焊机组在300T-350T的压力下将四周点焊牢固，之后采用埋弧焊接的方法在四周填充金属，焊缝余高控制在≤4mm。
8)将复合坯料加热至850±50℃，进入粗轧机组，首道次压下率大于25％，之后进入精轧机组轧制到所需的厚度。
所述的基板为Q235B、钛板为TA2。
所述的过渡层指的是工业纯铁、钒、铌焊丝的一种，目的是为了防止钛和钢直接接触形成脆性相。
所述的隔离剂是Mg、MgS04和水的混合物，主要是防止两钛板在轧制时粘连，破坏钛板的表面。
本发明的优点在于：通过将钛板嵌入并密封在基板的槽内，可以保证待复合面的真空度和纯净度，又可以保证钛、钢待复合面贴合紧密性；对称轧制可以提高生产率，避免单块轧制的的板型弯曲，钛板表面的划伤。
附图说明
图1是本发明中的单块单面钛板和基板的嵌入式结合的示意图。
图中，1、焊缝，2、过渡层，3、抽气孔，4、TA2，5、Q235B。
图2是本发明中的双块单面钛板和基板的嵌入式结合的示意图。
图中，1、TA2，2、Q235B，3、焊缝，4、抽气孔，5、焊缝，6、过渡层，7、隔离剂。
图3是本发明中的单块双面钛板和基板的嵌入式结合的示意图。
图中，1、焊缝，2、过渡层，3、抽气孔，4、TA2，5、Q235B。
具体实施方式
实施例1
单块轧制单面复合钛/钢复合板，材质为TA2+Q235B，基板尺寸为38×1060×1500mm，TA2板尺寸4×1000×1440mm。
1)利用龙门铣床将基板一面铣个4×1001×1441mm的矩形槽，矩形槽的直角边加工成2×45°倒角。
2)检查钛板四周，保证平直。
3)清洗基板矩形槽的倒角，采用钨极氩弧焊的方式在倒角面堆焊一层V金属，厚度为0.1mm。将矩形槽的垂直面打磨光滑。
4)清洗基板矩形槽的每一个面，去除表面油污；机械打磨抛光钛板的待复合面。并将钛板分别嵌入基板的矩形槽内，将倒角面与钛板的直边所形成的空间用Ta1钛焊丝堆焊并打磨光滑。
5)选取矩形槽1001mm的边钻取一个10mm的开孔，采用真空泵抽取待复合面间的空气，将真空泵的出气口端放入水中，待水中无气泡产生，将抽气孔密封，并采用渗透探伤的方式检查密封的抽气孔是否存在裂纹。
6)将坯料加热至850±50℃，进入粗轧机组，首道次压下10mm，之后进入精轧机组轧制到11.2mm。
7)将四周多余金属切除，获得(1.2+10)×1000×3390mm的钛/钢复合板，采用超声波探伤100％贴合，剪切强度为220MPa。
实施例2
双块轧制单面复合钛/钢复合板，材质为TA2+Q235B，基板尺寸为56×2060×2500mm两块，TA2板尺寸6×2000×2440mm两块。
1)利用龙门铣床将基板一面铣个6×2000×2440mm矩形槽，矩形槽的直角边加工成3×45°倒角，将基板四周加工成半U形的坡口。
2)检查钛板四周，保证平直。
3)清洗基板矩形槽的倒角，采用钨极氩弧焊的方式在倒角面堆焊纯铁金属，厚度为0.2mm。将矩形槽的垂直面打磨光滑。
4)清洗基板矩形槽的每一个面，去除表面油污；机械打磨抛光钛板的待复合面。并将钛板分别嵌入基板的矩形槽内，将倒角面与钛板的直边所形成的空间用钛焊丝堆焊并打磨光滑。
5)选取矩形槽2000mm的边钻取一个10mm的开孔，采用真空泵抽取待复合面间的空气，将真空泵的出气口端放入水中，待水中无气泡产生，将抽气孔密封，并采用渗透探伤的方式检查密封的抽气孔是否存在裂纹。
6)将其中一块钛板面涂刷一层隔离剂，涂刷厚度控制在0.5-1mm，之后在箱式烘干房内将隔离剂烘干。
7)将两块抽完真空后的坯料，钛板面相对置放整齐，运送至压焊机组在320T的压力下将四周点焊牢固，之后采用埋弧焊接的方法在四周填充金属，焊缝余高控制在≤4mm。
8)将复合坯料加热至850±50℃，进入粗轧机组，首道次压下28mm，之后进入精轧机组轧制到22.4mm。
9)将四周多余金属切除，获得两块(1.2+10)×2000×11200mm的钛/钢复合板，采用超声波探伤100％贴合，剪切强度为230MPa。
实施例3
单块轧制双面复合钛/钢复合板，材质为TA2+Q235B，基板尺寸为62×1060×1500mm，TA2板尺寸6×1000×1440mm。
1)利用龙门铣床将基板正反两个面铣6×1001×1441mm的矩形槽，矩形槽的直角边加工成3×45°倒角。
2)检查钛板四周，保证平直。
3)清洗基板矩形槽的倒角，采用钨极氩弧焊的方式在倒角面堆焊一层Nb金属，厚度为0.1mm。将矩形槽的垂直面打磨光滑。
4)清洗基板矩形槽的每一个面，去除表面油污；机械打磨抛光钛板的待复合面。并将钛板分别嵌入基板的矩形槽内，将倒角面与钛板的直边所形成的空间用Ta1钛焊丝堆焊并打磨光滑。
5)选取矩形槽1001mm的边钻取两个10mm的开孔，上下对齐，采用真空泵抽取待复合面间的空气，将真空泵的出气口端放入水中，待水中无气泡产生，将抽气孔密封，并采用渗透探伤的方式检查密封的抽气孔是否存在裂纹。
6)将坯料加热至850±50℃，进入粗轧机组，首道次压下12.4mm，之后进入精轧机组轧制到12.4mm。
7)将四周多余金属切除，获得(1.2+10+1.2)×1000×7200mm的钛/钢复合板，采用超声波探伤100％贴合，剪切强度为210MPa。
Claims (4)
1.嵌入式真空轧制钛/钢层状金属的方法过程包括：铣矩形槽、矩形槽直角加工倒角、焊接过渡层、嵌入钛板并焊接四周、打孔抽真空、加热，轧制。
2.根据权利要求1所述的嵌入式真空轧制钛/钢层状金属的方法，其特征所述的矩形槽直角加工倒角是加工成(1-3)×45°倒角。
3.根据权利要求1所述的嵌入式真空轧制钛/钢层状金属的方法，其特征所述的焊接过渡层是指采用纯铁、钒和铌的一种，在倒角面上堆焊，堆焊厚度0.1-0.2mm。
4.根据权利要求1所述的嵌入式真空轧制钛/钢层状金属的方法，其特征所述的嵌入TA2板并焊接四周是将TA2板加工成比矩形槽的长、宽尺寸小0.1-0.5mm，TA2板嵌入槽内后，将四周采用TA2焊丝填充。
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