真空制坯热轧钛/钢复合板工艺及性能

钛/钢复合板的需求量日益增多，真空制坯热轧复合法（VRC）是制备高性能钛/钢复合板的有效工艺。介绍了钛/钢复合板制备工艺的国内外现状和工艺特点。依托863重点项目“钛/钢复合板研究与生产技术开发”和十三五重大课题“容器板轧制复合原理与关键技术”，利用真空制坯热轧复合法（VRC）在实验室和钢厂进行了一系列钛/钢复合板的轧制试验，对复合板的界面组织与力学性能进行了分析。实验室制备的钛/钢复合板，界面生成了明显的TiC层，未发现氧化物等杂质，断口有大量韧窝生成，复合界面平均拉剪强度达到了230MPa。钢厂试生产的钛/钢复合板，宽幅达到3500mm，界面生成连续的β- Ti层，拉剪断口未检测到氧化物，拉伸、冲击、弯曲等力学性能均满足国家标准，剪切强度均在196MPa以上，已达国内领先水平。     

感应加热温度对冷?热轧制成形钛/钢复合板界面的影响

对钛/钢组坯进行冷轧预复合成形,将钛/钢预复合板感应加热至热轧温度后单道次热轧成形制备了钛/钢复合板,研究了感应加热温度对钛/钢复合板的界面组织和界面结合性能的影响。结果表明,冷?热轧制复合法制备的钛/钢复合板的界面结合紧密,没有孔洞和间隙。钛/钢复合板由于感应加热和热轧的时间较短（<5 s）,钛/钢界面仅有少量硬化层碎块,没有金属间化合物析出。钛/钢复合板的界面Ti和Fe元素扩散层宽度随感应加热温度增大而增大,950 ℃时界面扩散层宽度达到8 μm。在感应加热温度为750 ~ 950 ℃的条件下,钛/钢复合板的界面结合良好。      

爆炸焊接装药方式对钛/钢复合板组织及性能的影响

分别采用等厚度装药及分段装药两种不同的装药方式制备了钛/钢复合板,研究了金属复合板在爆炸焊接过程中爆炸压力分布及覆层金属变形规律,并对所制备的Gr1/Gr70爆炸复合板结合界面的微观组织特征和力学性能进行了分析。结果表明,采用分段装药工艺所制备的大面积钛/钢复合板界面无分层、夹杂等缺陷,且各项力学性能均符合ASTM B898—2005标准,能够满足装备的使用要求。     

钛/铝复合板爆炸焊接技术研究进展

通过爆炸焊接技术制备的钛/铝复合板可兼具钛合金耐腐蚀性和铝合金低成本的优点。对钛/铝复合板爆炸焊接技术的研究进展进行介绍,论述了炸药种类、质量比R、基覆板间距及爆炸焊接窗口等主要工艺参数对钛/铝复合板组织和性能的影响;分析了影响钛/铝复合板结合界面的主要因素——金属间化合物种类、扩散层和界面波形;对钛/铝复合板硬度、抗剪切强度、抗拉强度及拉伸断口的研究进行了汇总分析。最后,指出了钛/铝复合板爆炸焊接工艺研究的重点发展方向。     

大规格爆炸钛/钢复合板力学性能及界面的研究

分别以3 mm×3 m×7 m的TA2板和9 mm×3.2 m×7.2 m的Q235钢板作为覆板和基板,使用四种不同成分的炸药制备了大规格TA2/Q235钛/钢爆炸复合板,并对复合板的剪切强度以及界面组织进行了研究。结果表明,炸药的爆速、猛度和做功能力随乳化炸药含量的增多而增大。经UT检测,使用4#炸药爆炸制备的钛/钢复合板结合率接近100%;平均剪切强度最高为278 MPa。爆炸钛/钢复合板都存在一定厚度的界面层,炸药做功能力越强,界面层厚度越薄。该试验所制备的钛/钢复合板界面层厚度最薄仅为1.1μm。爆炸钛/钢复合板界面层的形成是Ti和Fe元素互扩散的结果。扩散过程中,在高温的作用下,界面层中容易形成β-Ti、TiFe和TiFe2金属间化合物。     

真空电子束焊接钛钢复合板组织及性能研究

文章基于实际生产线的钛/钢复合板,研究通过真空电子束焊接制备TA2/Q235B复合板组织及性能的影响。通过金相（OM）、扫描电镜（SEM）、能谱（EDS）和X射线衍射（XRD）、剪切试验对钛/钢复合板力学性能和微观组织进行分析。研究发现,钛钢复合板界面融合线清晰,界面化合物较少,TiC层较薄且分布均匀,剪切断口干净无夹杂,剪切强度达到241.3MPa,具有优异的力学性能,为企业实现真空电子束焊接钛钢复合板工业化生产提供了理论支持。     

回火热处理对轧制钛/钢复合板界面组织与性能的影响

研究了500~670 ℃回火热处理对轧制钛/钢复合板界面组织与性能的影响,以期为复合板热加工的工艺参数制定提供指导。对轧态和回火态的钛/钢复合板进行了拉伸、冲击和剪切试验测试,并利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射等研究手段表征了复合板的界面组织、剪切断口形貌及断口反应相。结果表明,回火热处理后,钛/钢复合板的剪切性能降低,随着回火温度的升高,剪切强度呈现下降趋势。轧态和回火态复合板界面反应相均为β Ti和TiC,其中TiC反应相的厚度随着回火温度的升高呈现增厚趋势。TiC脆性相厚度的增加导致了复合板剪切强度的下降,且使得剪切断口呈现脆性断裂倾向增大,撕裂特征减弱,呈现出明显的平滑断裂特征。     

TA1/Q235钢复合板累积叠轧焊界面特性

对TA1/Q235钢复合板累积叠轧焊进行了研究.研究结果表明:采用累积叠轧焊方法能够制备出结合性能较好的钛/碳钢复合板,其结合强度随着累积变形量与首道次变形量的增加而提高,叠轧过程中经磨床打磨与喷丸处理获得洁净、新鲜并具有一定加工硬化程度的结合界面,会促进复合板结合强度的提高.800℃以下热轧后,Q235钢的组织呈明显的条带状;而850℃以上热轧后,Q235钢条带状变形组织逐渐转化为等轴状,界面附近的Q235钢脱碳,出现明显的排列整齐且粗大的铁素体晶粒带.钛侧的组织主要有等轴α组织和魏氏α组织.综合考虑轧制温度对钛与Q235钢组织与界面结合性能的影响,累积叠轧温度应控制在800~850℃之间.     

钛-钢复合材料制备技术及性能研究进展

钛-钢复合材料兼具钛的耐腐蚀和钢的高强度、低成本等优点,是一种用途广泛的复合材料,在压力容器、石化和能源等领域具有非常强的竞争力。主要的钛-钢复合材料制备方法:爆炸焊接法、爆炸+轧制法和轧制法。主要介绍这3种方法,综述了国内外对这3种工艺的研究现状,概述了各种工艺对应的钛-钢复合材料的力学性能与界面结合情况。这几种方法都可能涉及到热处理,尤其是热轧法。热作用对其影响较大,因此本文借鉴较多热扩散的观点对其进行表述。综合已有的研究,发现钛-钢复合的界面脆性相问题是影响其力学性能的主要原因。如何减少和抑制界面脆性相的生成,如何提高界面力学性能,是目前钛-钢复合材料的研究重点。     

钛/钢层合板轧制复合研究进展与展望

钛/钢层合板兼具钛的耐腐蚀性与钢的良好强度和塑性,广泛应用于海洋工程装备、水电站、核电站、核潜艇等领域.为进一步推动对钛/钢层合板的深入研究,促进钛/钢层合板的发展,对近年钛/钢层合板制备方法进行分析.分析发现轧制法作为一种经济、环保的制备方法,将会成为制备钛/钢层合板的主流工艺,因此重点讨论轧制钛/钢工艺参数、界面组...     

轧制温度对TA1/Q345复合板性能的影响

相对于爆炸复合法和爆炸轧制复合法而言,采用真空-轧制生产钛钢复合板的方法更加适应大规模生产需要.本实验将TA1钛材置于两块Q345钢材中间组成组合坯,组合坯经抽真空至0.1 Pa后密封,在840~930℃下进行加热轧制,对轧制复合样进行力学性能检测,并利用扫描电镜、X射线衍射分析及显微硬度仪对组织与界面结合度进行分析.在该实验条件下,钛钢复合板剪切强度在159 MPa以上,达到了1类复合板标准要求,870℃轧制复合板性能较优.900和930℃轧制时,钛发生相变,同时在界面处生成了较多的金属问化合物,钛和钢的变形抗力相差过大和变形不协调导致界面附近的内应力变大,这些因素都降低了界面的剪切强度.840℃轧制后剪切强度低的原因是由于温度过低影响了界面附近元素的扩散.     

Effect of Intermetallic Compounds on Microstructure and Mechanical Properties of Hot Roll Bonding Titanium to Steel

Titanium cladding on steel leads to the creation of properties such as resistance to corrosion that contribute to a widespread application of this metal composite in industries such as nuclear, chemical, aerospace, and biomaterial. One of the solid-state bonding methods to apply such a clad is to use the roll bonding method. In this paper, quality of the titanium cladded on carbon steel was studied in terms of metallurgical, mechanical properties and the effect of the copper interlayer on the metallurgical properties of bonding. The interface between the clad and the base metal was studied using a scanning electron microscope and light microscope and the phases formed were identified by X-ray diffraction analysis. The results showed that an increase in the bonding temperature increased the thickness of the intermetallic compounds, increased the hardness at close distances to the interface, and reduced the adhesion of the titanium cladded to the base metal.     

真空轧制钛/钢复合板的组织与性能

钛/钢复合板兼具钢的良好力学性能及钛的优异耐腐蚀性,广泛应用于石油、化工、电力及海洋工程等领域。南钢采用真空轧制复合法制备的钛/钢复合板,不添加过渡层,其拉伸性能、弯曲性能及剪切强度等均满足标准要求,而且剪切强度平均在209 MPa左右,超过标准要求的140 MPa。钛/钢复合板的各项性能达到GB/T8547-2006标准R1类复合板的要求。     

纯铁中间层对热轧不锈钢复合板性能的影响

 为了减少不锈钢和碳钢热轧复合时结合界面形成脆性化合物,提高复合板的力学性能,在轧制温度为1 000、1 100及1 200 ℃,压下量约为70%的条件下,进行了添加不同厚度纯铁中间层的真空热轧复合试验。通过光学显微镜、SEM观察以及拉伸试验等,研究了纯铁中间层对复合板界面微观组织和拉伸性能的影响。结果表明,当加入不同厚度纯铁中间层时,同温度下不锈钢/碳钢复合板拉伸性能都有不同程度的提高。并且在小于70%压下量下,2 mm厚度的纯铁中间层可以完全阻止碳钢中的碳元素向不锈钢侧扩散,避免了碳铬化合物的形成,使结合界面的组织得到改善,力学性能得到提高。     

Manufacturing Technology and Application Trends of Titanium Clad Steel Plates

Some of the major manufacturing processes and corresponding mechanical properties of titanium clad steel plates were analyzed, and the consequences of research, manufacturing, and application of titanium clad steel plates in both markets of China and overseas were also summarized. As an economical and environmentally friendly technology, the roll bonding process is expected to become the next-generation mainstream process for the manufacturing of titanium clad steel plate. Some of the crucial and most important technical problems of this particular process, including vacuum sealing technology, surface treatment process technology, application of a transition layer, and rolling process, were discussed along with the advantageous mechanical properties and life-cycle economy of these plates processed by this technology. Finally, the market needs, application trends, and requirements of titanium clad steel plate were also considered from industries of petrochemical, shipbuilding, marine, and electric power.     

Interface-correlated Characteristics of Stainless Steel/Carbon Steel Plate Fabricated by AAWIV and Hot Rolling

Stainless steel （S S）/carbon steel （C S） clad plates were generated by means of the all-around weld of interface and vacuuming （AAWIV） followed by hot rolling, wherein AAWIV was utilized for controlling the interface oxidation during hot rolling. The structure near the interface was analyzed by optical microscopy （OM）, scanning electron mi- croscopy （SEM） and transmission electron microscopy （TEM）. The mechanical properties of SS/CS clad plates were investigated by tensile and shear as well as bend tests. The SS/CS interface is relatively flat and no visible separation appears. Line scanning analysis shows that diffusion of Cr and Ni from SS to CS and C from CS to SS occurred during bonding. Higher dislocation densities are observed in both layers of parent plates adhering to the interface. The SS/ CS clad plates reveal higher yield, tensile and shear strengths. Both macroscopic delamination at the interface and fracture of base CS as well as intergranular fracture appearance of flyer plate are observed in the tensile test. The shear specimen fails in a ductile manner and the bend specimen tested shows no visible crack at the interface. Taking both interracial structure and mechanical properties into account, the SS/CS clad plates exhibit sound bonding by the process of AAWIV and hot rolling.     

非对称热轧单面不锈钢-碳钢复合板生产工艺研究

釆用“电子束真空焊接制坯+热轧”的工艺在钢厂热连轧生产线上进行了“316L不锈钢+Q345C碳 钢”的单面不锈钢复合板热轧生产。采用非对称制坯及异步轧制的手段生产出了高品质单面不锈钢复合板,所生 产的不锈钢复合板界面剪切强度大于320 MPa、屈服强度大于370 MPa、抗拉强度大于520 MPa、断后伸长率大于 30%,各项指标均达到GB/T8165-2008的要求。不锈钢层和碳钢层结合度良好,复合界面平直,无明显缺陷,不锈 钢与碳钢之间实现了良好的冶金结合,结合率达100% 。     

高硼不锈钢板的组织演化及制备工艺研究

采用常规“模铸”工艺制备的高硼不锈钢热加工性能差，而且成品板的强度较高但塑性差，难以进行再加工。针对这些难点，分别基于“模铸+复合轧制”以及“薄带连铸+热轧”工艺，成功制备出2. 1%（质量分数）B不锈钢板，研究了不同制备工艺对组织演化和力学性能的影响规律，并对热加工性能和塑性改善的机理进行了探讨。结果表明：与常规热轧相比，“复合轧制”能有效改善高硼不锈钢板的边裂，而且由于复合板包覆层对高硼不锈钢层具有几何约束的作用，成品板塑性显著改善，伸长率为15. 5%，是常规工艺所制备不锈钢板的2. 4倍；在（亚）快速凝固条件下，2. 1%B不锈钢铸带中硼化物的细微化和弥散化效果较为明显。热轧变形后，边部区域的硼化物的平均粒径小于3. 0μm，固溶处理后，薄板的室温伸长率为14. 1%。上述研究结果为难加工、塑性差的金属材料的制备工艺的开发提供了新的思路。