CN105234177A - 一种非对称组坯钛钢复合板抑制翘曲的热轧方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非对称组坯钛钢复合板抑制翘曲的热轧方法，使用钢板、钛板、盖板的三层非对称组坯，在钛板四周设置侧板，将钛板的表面和钢板待复合面涂上高温防氧化涂层，钛板和盖板之间采用隔离剂，将侧板与盖板、钢板进行电焊接，热轧过程中调整上下轧辊的轧制速度，通过等径异步轧制控制非对称热轧钛钢复合板的纵向翘曲问题，根据压下量等具体轧制情况确定异速比，轧制完成后，经过热处理、矫直、切头尾和边部，沿着隔离剂将盖板与复合板分开得到了尺寸精度高、板型优良、表面质量好的钛钢复合板。本发明采用了简化的组坯方式防止了钛板所有表面的和界面处钢表面的氧化，同时应用了合理的等径异步轧制制度，解决了非对称轧制的纵向翘曲问题。

Description

一种非对称组坯钛钢复合板抑制翘曲的热轧方法

技术领域

本发明属于轧制金属复合板生产技术领域，具体涉及一种非对称组坯钛钢复合板抑制翘曲的热轧方法。

背景技术

随着金属材料服役环境的恶劣，单种金属已经难以满足这种复杂的服役环境，可能导致结构发生失效，严重时危害设备和生产安全。因此，双金属材料应用而生。将异种金属钛和钢通过轧制的方法使其焊合在一起，获得一定的结合强度的钛钢复合板，该复合板既有良好的强度又有良好的耐腐蚀性能，同时焊接性能和导热性能也良好，在化工领域、石油领域、电力领域、海洋领域、造船领域、制药领域、核电领域起到广泛的作用。

钛钢复合板的生产方法主要有三种，***法，***-轧制法，轧制法。第一种方法生产的复合板由于是运用***技术，产品尺寸受到很多限制，且***之前的准备工序十分复杂，另外第一种方法和第二种方法有一些共同的缺点，就是其会造成环境污染，而且消耗的能量很大、产品的成材率也低，如果运用轧制法生产钛/钢复合板，其可生产的产品尺寸的范围大、结合质量和表面质量好、成材率高、尺寸精度高、生产效率高，将逐渐成为生产钛/钢复合板的主要方法。

热轧复合板是采用轧制的方法，运用强大轧制压力使得金属待结合表面露出新鲜金属，并随着压下量的增加，使得两种金属形成越来越牢固的冶金结合的方法。

在热轧钛钢复合板的过程中，钛在高温下容易与氧气发生强烈的化学反应而影响轧制过程，界面处的钢板表面也会与氧气反应生成氧化铁皮，影响复合板界面结合质量；因此，需要对钛板的所有表面和界面处钢板进行防氧化处理。为了解决这个问题，通常采用三种方法：一是在复合板在真空轧机中热轧，二是利用挡板和抽真空的方法制造真空环境，三是在表面涂上一层高温防氧化涂层。第一种方法对设备要求很高，真空热轧机的设备昂贵且国内不能生产，需要进口；第二中方法的抽真空过程十分复杂，对各工序和操作工人的要求很高；第三种方法比较简单，但其防氧化效果没有前两种方法好。

在非对称组坯的热轧钛钢复合板的过程中，由于钛和钢存在很大的变形抗力差，因此，其轧制变形会发生严重不协调，产生板型的纵向翘曲（扣头和上翘）问题，这是热轧钛钢复合板面临的一大难题。为了解决纵向翘曲（扣头和上翘）问题，有两种解决方法：一是将钛钢复合板对称组坯，采用ABBA的对称组坯方式来控制热轧过程中变形协调的问题；二是采用非对称组坯的方式，通过控制开轧时钛板和钢板的温度，合理的控制冷却等方法来控制纵向翘曲（扣头和上翘）。上述对称组坯方式热轧的缺点是对轧制能力要求较高；非对称组坯热轧的缺点是需要通过合理制定工艺控制纵向翘曲（扣头和上翘）问题。在采用对称组坯ABBA的方法解决纵向翘曲（扣头和上翘）问题时，由于板材为四层，对轧件能力提出了较高的要求；在采用温度和冷却水控制纵向翘曲（扣头和上翘）的方法对板材加热制度，加热温度精度和加热炉都提出了更高的要求，同时冷却速度的选择和冷却时间的确定成为较为复杂的工艺步骤，一旦速度和时间选择错误，则难以很好的解决纵向翘曲（扣头和上翘）的问题。

发明内容

本发明基于钢板、钛板、盖板的三层非对称组坯，在钛板所有表面和钢板的待结合表面涂有防氧化涂层；同时在复合板上覆盖一层薄的盖板以及在钛板四周放置侧板，以控制热轧时钛板与空气的过多的接触；通过使用物理防氧化方法和化学防氧化方法相结合减少钛表面和界面处金属的高温氧化；同时在热轧过程中根据压下量，轧前厚度，轧前温度，轧件与轧辊摩擦情况合理调整上下轧辊转速的方法（异步轧制）控制板型纵向翘曲（扣头和上翘）问题。

本发明具体解决上述问题的方法如下：提供一种非对称组坯钛钢复合板抑制翘曲的热轧方法，所述热轧方法对经过高温防氧化处理的三层非对称组坯进行热轧，并在轧制过程中通过等径异步轧制的方式控制三层非对称组坯的纵向翘曲，轧制完成后获得钛钢复合板;

进一步地，其中所述经过高温防氧化处理的三层非对称组坯最上层基板为钢板、中间层复板为钛板、最下层为低碳钢盖板，所述钛板的所有表面均涂有高温防氧化涂层，所述钢板的待复合表面也涂有高温防氧化涂层，所述钛板的四周还设有低碳钢侧板，所述低碳钢侧板分别与低碳钢盖板和钢板焊接;

进一步地，其中所述等径异步轧制为调整钢板一侧的轧辊转速大于钛板一侧的转速;

进一步地，所述热轧方法包括以下步骤：

S1处理坯料并进行组坯;

S2加热组坯;

S3多道次可逆轧制;

S4热处理轧制过的组坯;

S5切割分离获得钛钢复合板;

进一步地，所述S1具体步骤为：

（1）坯料表面处理：将坯料待复合表面进行表面处理，然后将除去缺陷的坯料待复合面用有机溶剂清洗干净，在钛板的所有表面和钢板的待结合表面涂上一层高温防氧化涂层，将低碳钢盖板和钛板接触的表面涂上一层隔离剂，所述钛板的长度和宽度都小于钢板，所述钢板和盖板的长度和宽度相同；

（2）组坯：采用三层组坯方式，最上层基板为钢板，中间层复板为钛板，最下层为低碳钢盖板，同时在钛板的四周设置低碳钢侧板，将（1）中的钛板置于低碳钢盖板之上，将钢板置于钛板之上，钛板四周放置低碳钢侧板，在液压压力平台将组坯料压紧，将低碳钢侧板和低碳钢盖板以及钢板进行封焊，获得三层非对称组坯，所述钢板为Q235，所述钛板为TA2;

进一步地，所述S2具体步骤为：将S1组坯置于加热炉的加热温区进行加热2h，控制其钢板和钛板的温度为850℃，然后在加热炉的均热温区进行均热处理，控制钢板表面和钛板表面的温度为880℃，均热时间为30min~60min；

进一步地，所述S3具体步骤为：将S2中的加热后的组坯在热轧机上进行多道次可逆轧制，所用轧制方式为等径异步轧制，调整钢板一侧的轧辊转速大于钛板侧的转速，比值为1~1.2，调整该转速比的方法为通过控制压下量，轧前厚度，轧前温度，轧件与轧辊摩擦;

进一步地，所述S4具体步骤为：将S3中的组坯在550~650℃的条件下进行热处理，时间为1h~3h;

进一步地，所述S5具体步骤为：将S4中经热处理后的组坯矫直，切头尾，切边部，并将盖板和钛板沿着隔离剂自然分离，获得钛钢复合板，所述钛钢复合板中钛板厚度为1~10mm，钛钢复合板总厚度为10~60mm;

进一步地，所述S1中有机溶剂为丙酮或者乙醇，隔离剂为有机涂料，所用防氧化涂料为FY-1，MP120，MP130;

进一步地，所述S3中热轧道次为5~15个道次，1-4个道次以0.5~1m/s轧制速度轧制;

进一步地，所述S3中的热轧的初始轧制道次压下量大于初始组坯尺寸的20%，总变形率大于70%。

本发明的有益效果如下：

（1）采用非对称组坯加盖板和侧板的与氧气隔离的物理方法和高温防氧化涂层与氧气隔离的化学方法相结合来加强高温防氧化的效果，不需使用四层组坯方式，不需进行抽真空处理，大大简化了工艺流程，也减少了对轧机能力的要求。

（2）在非对称轧制时，钛钢复合板产生纵向翘曲（扣头和上翘）的原因是两种材料在相同的轧制条件下的变形抗力相差较大，钢板的变形较之钛板要小，因此轧制过程中会出现复合板向钢板一侧纵向翘曲（扣头和上翘）的现象，在采用上下轧辊不同的轧制速度（存在异速比），则会使得纵向翘曲（扣头和上翘）现象减小甚至消除，控制手段简便。

（3）轧制完成后，经过热处理、矫直、切头尾和边部，沿着隔离剂将盖板与复合板分开得到了尺寸精度高、板型优良、表面质量好的钛钢复合板，界面结合率超过99.6%，剪切强度超过200MPa。

（4）采用了简化的组坯方式防止了钛板所有表面的和界面处钢表面的氧化，同时应用了合理的等径异步轧制制度，解决了非对称轧制的纵向翘曲问题。

附图说明

图1为本发明制备的热轧生产钛钢复合板的剖面示意图。

附图标记说明：

1-钢板；2-高温防氧化涂层；3-侧板；4-钛板；5-隔离剂；6-钢质盖板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。下面为本发明的举出最佳实施例：

如图1所示为本发明制备的热轧生产钛钢复合板的剖面示意图，一种非对称组坯钛钢复合板抑制翘曲的热轧方法，所述热轧方法使用钢板、钛板、盖板的三层非对称组坯，在钛板四周设置侧板，将钛板的所有表面和钢板的待复合表面涂上一层高温防氧化涂层，并在钛板和盖板之间采用隔离剂，将侧板与下部的盖板、上部的钢板进行电弧焊焊接，热轧过程中调整上下轧辊的轧制速度，通过等径异步轧制的方式控制非对称热轧钛钢复合板的纵向翘曲问题，根据压下量等具体轧制情况确定异速比，轧制完成后，经过热处理、矫直、切头尾和边部，沿着隔离剂将盖板与复合板分开得到了尺寸精度高、板型优良、表面质量好的钛钢复合板。

所述热轧方法包括以下步骤:

S1处理坯料并进行组坯;

S2加热钛钢复合板;

S3多道次可逆轧制;

S4热处理轧制过的复合板;

S5切割分离钛钢复合板。

所述S1具体步骤为：（1）坯料表面处理：将基板和复板的待复合表面进行表面处理，然后将除去缺陷的待复合面用有机溶剂清洗干净，在钛板的所有表面和钢板的待结合表面涂上一层高温防氧化涂层，将盖板和钛板接触的表面涂上一层隔离剂，所述钛板的长度和宽度都小于钢板，所述钢板和盖板的长度和宽度相同;（2）组坯：采用三层组坯方式，最上层为基板Q235，中间层为复板为TA2，最下层为低碳钢盖板，同时在钛板的四周设置低碳钢侧板，所述钢侧轧辊的轧制速度大于钛侧轧辊，其异速比为1~1.2，再将（1）中的钛板置于盖板之上，将钢板置于钛板之上，钛板四周放置侧板，在液压压力平台将组坯料压紧，用手工电弧焊将侧板和盖板以及钢板进行封焊，所述S1中有机溶剂为丙酮或者乙醇，隔离剂为有机涂料，所用防氧化涂料为FY-1，MP120，MP130。

所述S2具体步骤为：将S1中组坯完成后的钛钢复合板置于加热炉的加热温区进行加热2h，控制其钢板和钛板的温度850℃，然后推入加热炉的均热温区进行均热处理，控制钢板表面和钛板表面的温度为880℃，均热时间为30min~60min。

所述S3具体步骤为：将S2中的加热后的钛钢复合板在热轧机上进行多道次可逆轧制，所用轧制方式为等径异步轧制，调整钢板一侧的轧辊转速大于钛板侧的转速，比值为1~1.2，所述S3中热轧道次为5~15个道次，1-4个道次以0.5~1m/s轧制速度轧制，所述S3中的热轧的初始轧制道次压下量大于初始复合板尺寸的20%，总变形率大于70%，异步比为钢板侧轧辊转速与钛板侧轧辊转速之比，异速比为钢侧轧辊的线速度与钛侧轧制的线速度的比值，所述的异速比的大小与钛板与钢板厚度之比，压下量，轧件与轧辊的摩擦系数，轧前温度均相关，其中关联性最大的为钛板与钢板的厚度之比和压下量，所述的异速比随着钛板与钢板厚度之比的增加而增加，随着压下量的增加而增加，随着钛板与轧辊的摩擦系数增加以及钢板与轧辊摩擦系数的减少和增加，随着轧辊直径的减少而增加。

所述S4具体步骤为：将S3中的钛钢复合板在550~650℃的条件下进行热处理，时间为1h~3h。

所述S5具体步骤为：将S4中经热处理后的钛钢复合板矫直，切头尾，切边部，并将薄盖板和钛钢复合板沿着隔离剂自然分离，得到钛板厚度为1~10mm，钛钢复合板总厚度为10~60mm。

实施例1：

步骤一、选用厚度为63mm的Q235钢板和厚度为6mm的TA2钛板，用百叶轮将基板和复板的待复合表面进行表面处理，除去待复合表面的氧化层、夹渣、空洞等缺陷；然后将除去缺陷的待复合面用丙酮清洗干净；在钛板的所有表面和钢板的待结合表面涂上一层MP130高温防氧化涂层，将盖板和钛板接触的表面以及钛板的上表面涂上一层隔离剂；

步骤二、采用图1的方式进行复合板的组坯，将步骤二中的钛板置于盖板之上，将钢板置于钛板之上，在液压压力平台上压紧，在液压压力平台将组坯料压紧，用手工电弧焊将侧板和盖板以及钢板进行封焊；

步骤三、将步骤二中组坯完成后的钛钢复合板置于推钢式加热炉的加热温区进行加热2h，控制其钢板和钛板的温度为850℃，然后推入推钢式加热炉的均热温区进行均热处理，控制钢板表面和钛板表面的温度为880℃，均热时间为30min;

步骤四、将步骤三中的加热后的钛钢复合板在热轧机上进行七道次可逆轧制，各道次压下量分别为：14mm、12mm、10mm、8mm、6mm、3mm、2mm；前四道次的轧制速度为1m/s，后三道次的轧制道次为2m/s；采用同径异步轧制，调整钢板一侧的轧辊转速略大于钛板侧的转速，异步比为钢板侧轧辊转速与钛板侧轧辊转速之比，异步比为1~1.2，第一道次的异速比为1.0322，异速比随着轧制道次逐渐增加;

步骤五、将步骤四中的钛钢复合板在580℃的条件下进行热处理，时间为1h;

步骤六、将步骤五中经热处理后的钛钢复合板喷雾冷却，矫直，切头尾；并将薄盖板和钛钢复合板沿着隔离剂自然分离，得到钛板厚度为1.2mm，总厚度为14mm，剪切强度为200MPa的钛钢复合板产品（GB8547-2006:0类钛钢复合板≥196MPa，1、2类钛钢复合板≥138MPa）。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种非对称组坯钛钢复合板抑制翘曲的热轧方法，其特征在于，所述热轧方法对经过高温防氧化处理的三层非对称组坯进行热轧，并在轧制过程中通过等径异步轧制的方式控制三层非对称组坯的纵向翘曲，轧制完成后获得钛钢复合板。

2.根据权利要求1所述的热轧方法，其特征在于，所述经过高温防氧化处理的三层非对称组坯最上层基板为钢板、中间层复板为钛板、最下层为低碳钢盖板，所述钛板的所有表面均涂有高温防氧化涂层，所述钢板的待复合表面也涂有高温防氧化涂层，所述钛板的四周还设有低碳钢侧板，所述低碳钢侧板分别与低碳钢盖板和钢板焊接；

其中所述等径异步轧制为调整钢板一侧的轧辊转速大于钛板一侧的转速。

3.根据权利要求1所述的热轧方法，其特征在于，所述热轧方法包括以下步骤：

S1：处理坯料并进行组坯；

S2：加热组坯；

S3：多道次可逆轧制；

S4：热处理轧制过的组坯；

S5：切割分离获得钛钢复合板。

4.根据权利要求3所述的热轧方法，其特征在于，所述S1具体步骤为：

（1）坯料表面处理：将坯料待复合表面进行表面处理，然后将除去缺陷的坯料待复合面用有机溶剂清洗干净，在钛板的所有表面和钢板的待结合表面涂上一层高温防氧化涂层，将低碳钢盖板和钛板接触的表面涂上一层隔离剂，所述钛板的长度和宽度都小于钢板，所述钢板和盖板的长度和宽度相同；

（2）组坯：采用三层组坯方式，最上层基板为钢板，中间层复板为钛板，最下层为低碳钢盖板，同时在钛板的四周设置低碳钢侧板，将（1）中的钛板置于低碳钢盖板之上，将钢板置于钛板之上，钛板四周放置低碳钢侧板，在液压压力平台将组坯料压紧，将低碳钢侧板和低碳钢盖板以及钢板进行封焊，获得三层非对称组坯，所述钢板为Q235，所述钛板为TA2。

5.根据权利要求4所述的热轧方法，其特征在于，所述S2具体步骤为：将S1中组坯置于加热炉的加热温区进行加热2h，控制其钢板和钛板的温度为850℃，然后在加热炉的均热温区进行均热处理，控制钢板表面和钛板表面的温度为880℃，均热时间为30min~60min。

6.根据权利要求5所述的热轧方法，其特征在于，所述S3具体步骤为：将S2中的加热后的组坯在热轧机上进行多道次可逆轧制，所用轧制方式为等径异步轧制，调整钢板一侧的轧辊转速大于钛板侧的转速，比值为1~1.2，调整该转速比的方法为通过控制压下量，轧前厚度，轧前温度，轧件与轧辊摩擦。

7.根据权利要求6所述的热轧方法，其特征在于，所述S4具体步骤为：将S3中的组坯在550~650℃的条件下进行热处理，时间为1h~3h。

8.根据权利要求7所述的热轧方法，其特征在于，所述S5具体步骤为：将S4中经热处理后的组坯矫直，切头尾，切边部，并将盖板和钛板沿着隔离剂自然分离，获得钛钢复合板，所述钛钢复合板中钛板厚度为1~10mm，钛钢复合板总厚度为10~60mm。

9.根据权利要求4所述的热轧方法，其特征在于，所述S1中有机溶剂为丙酮或者乙醇，隔离剂为有机涂料，所用防氧化涂料为FY-1，MP120，MP130。

10.根据权利要求5所述的热轧方法，其特征在于，所述S3中热轧道次为5~15个道次，1-4个道次以0.5~1m/s轧制速度轧制，所述S3中的热轧的初始轧制道次压下量大于初始组坯尺寸的20%，总变形率大于70%。