大面积、薄覆层钛/钢复合板爆炸-轧制工艺研究

探索了大面积、薄覆层钛／钢复合板生产工艺。分析了不同的轧制温度下爆炸一轧制钛／钢复合板的性能和组织。结果表明，配制低爆速混合炸药，在覆层与基层之间增加一层纯铁过渡层，采用合适的爆炸复合工艺制得轧板复合板坯，再在适当的热轧温度下轧制，可获面积超过35m^2、覆层厚度≤2．0mm的钛／钢双金属复合板且各项性能指标符合国家标准要求；此项研究填补了国内空白，满足了市场需求。     

热加工工艺对钛-钢复合板界面力学性能和显微组织的影响

研究了热加工工艺对钛-钢复合板界面力学性能和显微组织的影响。测试了在A，B，C，D4种温度下热轧复合板界面的力学性能，用金相显微镜及扫描电镜观察了界面显微组织并分析了界面的成分。结果表明，在A，B2种温度下轧制的钛-钢复合板界面机械性能良好，延伸率高，其剪切强度不但可保持坯料原有的水平，甚至还略有增加。在C，D2种温度下轧制的钛-钢复合板界面机械性能相对较低，延伸率较高，但剪切强度要比爆炸复合坯料低，尤其是D加热温度，轧制后界面剪切强度急剧下降。热轧的终轧温度也是影响钛-钢复合板界面结合性能的重要因素。在低于相转变温度的合适温区热轧，且终轧温度合适，获得的钛-钢复合板结合界面无爆炸波纹，没有污染，生产的脆性化合物极细小，组织类同于钛材完全退火的等轴组织。     

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。     

TA1/Q235R爆炸焊接复合板界面组织及力学性能

通过扫描电子显微镜（SEM）和能谱扫描仪（EDS）等分析方法，结合力学性能试验，研究了TA1/Q235R爆炸焊接复合板的界面组织与力学性能。结果表明：TA1/Q235R在爆炸焊接后形成了规律的波状结合界面以及不均匀的漩涡状组织。漩涡组织主要由TiFe、TiFe2等脆性金属间化合物组成，漩涡组织中裂纹、夹杂物、脆性金属间化合物等缺陷导致界面的破坏易沿波形轨迹发生；钛/钢界面拉伸剪切强度达194 MPa，复合板的最大抗拉强度为440 MPa；拉剪断口表现为以脆性断口为主的混合断裂特征，断口特征表明漩涡组织中金属熔化层对钢侧的结合强度高于钛侧。板材拉伸断口为韧性断口。     

铝/钛/钢爆炸复合板性能研究

通过试验加工了船用铝/钛/钢(5083/1060/TAl/CCS-B)爆炸焊接复合板,并对其结合质量、力学性能及界面形态进行了研究.结果表明,将纯铝板1060和钛板TA1作为中间过渡层后,复合板的结合质量良好,且铝/钛界面的剪切强度达到85 MPa以上,其力学性能也均达到了相应标准;钛/钢界面呈规则的正弦波形,产生了较明显的塑性变形;铝/钛界面比较平直,波长较大,波幅较小.     

隔离材料对钛-钢复合板表面质量及结合强度的影响

研究了不同隔离材料对钛-钢复合板表面质量及结合强度的影响.试验结果表明,同种隔离材料在不同加工温度下,随加工温度升高表面质量变差;不同种隔离材料对复合板的表面质量及结合强度有一定影响;以MoS2或者退火态钛自身的氧化膜作为隔离材料,复层的表面质量和结合强度能够满足质量要求.     

钒中间层钛/钢复合板结合界面结构与力学性能

利用真空热轧复合方法制备了钒中间层钛/钢复合板,采用SEM、EDS和XRD等分析结合界面形貌、元素扩散行为和界面相组成。结果表明:钒中间层钛/钢复合板界面实现了良好的冶金结合。与拉剪强度测试相结合,研究了钒中间层钛/钢复合板结合界面结构与力学性能。结果表明:钒中间层钛/钢复合板剪切强度均优于国家标准(140 MPa)。950℃轧制的复合板界面扩散层厚度大于900℃轧制的复合板扩散层厚度。钒中间层与Ti、Fe元素形成固溶体,有效阻止了金属间化合物TiFe和TiFe_2的产生。900℃轧制的钛钢复合板剪切强度为223 MPa,大于950℃轧制的复合板剪切强度。对剪切断口的分析表明裂纹多沿钒铁固溶体产生并扩展。     

大规格高强度钛/纯钛/不锈钢爆炸焊接复合板性能研究

通过爆炸焊接工艺制备出大规格(大面积、大厚度)的化工用高强度钛/纯钛/不锈钢(Gr12/Gr1/316L)爆炸焊接复合管板,并对其结合质量、力学性能、结合界面形态进行研究。结果表明,复合板的结合质量良好,钛/不锈钢界面的剪切强度达到290 MPa以上,其力学性能也达到ASTM B898-2011(2016)标准要求和客户的验收指标;结合界面形态分析表明,钛/钛(Gr12/Gr1)界面呈现近似于直线状结合,钛/钢(Gr1/316L)界面呈现波纹状结合。     

大规格钛-钢复合板的制备及性能

采用爆炸焊接技术制备尺寸为4260 mm×4260 mm×(6.5+32) mm的钛-钢复合板。采用超声波无损检测、相控阵波形显微镜、金相显微镜和扫描电子显微镜对复合材料板材的力学性能和界面形态进行分析。结果表明，当爆速、密度、炸药高度和间隔距离分别为2200~2270 m/s、0.80~0.82 g/cm³、45.0~46.0 mm和8.0~11.0 mm时，制备出的板材各项力学性能满足技术指标ASTM B898-2020。界面的波形为典型波纹状结合，界面清晰均匀，波形在漩涡区存在少量熔化，波幅和波长的比值为0.15~0.25，且在比值为0.2左右时，产品的剪切强度最高。本研究为大规格钛-钢复合板的制备提供工艺方法，并发现大规格钛-钢复合板的界面特点，为后续优化复合板爆炸焊接工艺提供理论指导。     

SB-265-Gr1钛薄板的焊接

分析了用于钛／钢复合板的SB-265-Gr1钛薄板的焊接性及焊接工艺特点,制定了相应的焊接工艺;经力学性能、硬度及金相组织分析,表明钛薄板接头性能满足钛／钢复合板加工设备使用要求。     

AL - 6XN超级不锈钢与Q345R钢复合钢板工艺试验

采用爆炸焊接法对AL-6XN超级不锈钢与Q345R钢进行焊接,对复合钢板进行消除爆炸应力热处理。为保证焊接接头力学性能和耐蚀性能,复合钢板过渡层和覆层选用不同焊接材料和焊接方法进行试验,并对不同热处理温度下的复合钢板力学性能和耐蚀性能进行测试分析。结果表明,AL-6XN+Q345R复合钢板宜选择中温消除爆炸应力。复合钢板焊接工艺制定时,其过渡层和覆层应优先采用ERNi Cr Mo-3的氩弧焊工艺,以满足设备制造技术要求。     

热处理过程中钛层对钛钢爆炸复合板钢侧组织转变的影响

利用光学显微镜、扫描电子显微镜研究了不同温度下钛层对钛钢爆炸复合板钢侧组织转变的影响。结果表明:有钛层时,钢侧结合界面上会形成脱碳层。当850℃及以下温度加热时,在波头的漩涡处产生粗大的铁素体晶粒,而在950℃保温时,在波峰处产生粗大的铁素体。剥离钛层时,只在波头的漩涡处产生铁素体区,随着温度的升高,铁素体区减小。产生这种现象的主要原因是钛层的存在,碳元素向结合界面扩散形成TiC,在结合界面附近形成铁素体区。     

钛箔/钢爆炸焊接的界面结合性能

为减小钛/钢爆炸焊接钛层的使用量,以低爆速乳化炸药作为焊接炸药,食盐作为传压层,成功实现厚度200 μm TA1钛箔与Q235钢的爆炸焊接.通过金相显微镜、扫描电镜和能谱仪对界面微观形貌进行分析,利用万能试验机对复合板试件进行拉伸、弯曲试验检测其结合性能. 结果表明,钛箔/钢界面呈规则的波形,主要以熔化层结合,具有良好的结合质量.靠近界面金属产生强烈的塑性变形,钢侧晶粒呈流线状.波后的旋涡内包含熔化块,未观测到孔洞、裂隙等缺陷.根据Ti和Fe元素原子比例,熔化块成分主要为FeTi,Fe₂Ti等金属间化合物.三点弯曲和拉伸试件的界面均未出现分离,复合板材界面具有良好的塑性变形能力和结合性能.拉伸试件断口两侧的钛层与钢层存在大小不一的韧窝,主要呈塑性断裂.     

采用自约束结构炸药的铜/钢爆炸焊接

为了提高爆炸能量的利用率,减少焊接药量,提出采用自约束结构炸药进行爆炸焊接。采用T2铜板和Q345钢板分别作为复板和基板,通过理论计算得到T2/Q345爆炸焊接窗口。采用双层蜂窝结构炸药作为自约束结构焊接炸药,对T2铜与Q345钢的爆炸焊接进行了试验研究。通过力学性能测试和显微组织观察,研究了T2/Q345复合板的结合性能。结果表明：与爆速为2505和3512 m·s^-1的单层炸药相比,T2/Q345复合板爆炸焊接采用的双层蜂窝结构炸药量分别减少了54.4%和31.4%;随着传播距离的增加,复合板的结合界面由直线结合向波状结合转变。复合板的抗拉剪切强度为237.0 MPa,满足T2/Q345复合板的结合强度要求。爆炸产生的硬化发生在结合界面附近,采用双层蜂窝结构炸药爆炸焊接得到的T2/Q345复合板具有良好的结合性能。     

火电厂脱硫烟囱用钛/钢复合板钛复层腐蚀试验研究

爆炸焊钛/钢复合板已广泛应用火电厂脱硫烟囱内筒制备领域。钛/钢复合板制造电厂烟囱内筒,兼具钛板耐腐蚀的特点和钢种的优点,可以满足烟囱内筒的长期运行,确保烟囱结构的使用寿命,同时降低了成本,使得该产业符合了节约能源和保护生态环境的产业结构,越来越受到众多电厂用户青睐。本试验模拟实际工业中烟囱所处的腐蚀环境,比较了有氧化皮、去除氧化皮两种状态下的钛板的耐腐蚀特性,结果显示:有氧化皮试样的平均腐蚀速率为0.5 μm/a,去除氧化皮试样的平均腐蚀速率为1.5 μm/a。去除氧化皮试样的平均腐蚀速率是由氧化皮试样的3倍。对钛氧化皮成分进行分析,显示主要是金红石型TiO₂。金红石型的晶型结构均由相互连接的TiO₂八面体组成,它具有耐高温、耐低温、耐腐蚀、高强度等优异性能。根据试验结果,在成品打磨工序中取消去除氧化皮打磨工序,每张复合板可以缩短工期两天,减少打磨成本。     

相控阵技术在爆炸焊接钛/钢复合板检测中的应用

国内某化工项目使用爆炸焊接钛/钢复合板,除了对结合性能有高于标准要求的指标外,对界面结合的均匀性也提出要求。目前,对界面结合均匀性的判定采用常规的超声脉冲回波法难以实现,采用常规超声C扫检测速度较慢,无法满足大批量的生产进度要求。国内首次将相控阵技术应用到爆炸焊接层状金属复合板产品检测和验收中。相控阵检测通过电子扫查技术,大大提升了检测效率,同时结合C扫描像,使得爆炸焊接钛/钢复合板界面波纹的辨别与判定分析变得清晰直观,并与结合性能有一定的对应关系。     

钛合金激光熔覆技术研究进展

通过对钛合金激光熔覆技术研究现状的文献综述,概括了国内外在钛合金激光熔覆耐磨涂层、生物涂层、梯度涂层、复合涂层以及钛合金激光快速成型技术的研究进展,指出了钛合金激光熔覆技术尚需解决的问题.     

海外油田用X52NS/825冶金复合钢管的开发及性能研究

分析复合钢管成型工艺的优缺点,针对原油含有腐蚀性介质的特点,以国产X52NS/825轧制复合板通过JCO成型以及PAW+SAW+GTAW组合焊接工艺开发出X52NS/825冶金复合钢管。对X52NS/825复合钢管管体和焊缝的化学成分、拉伸性能、冲击性能、硬度和基材的抗HIC和SSC性能,以及覆层的耐点蚀和晶间腐蚀性能进行检测。结果显示:X52NS/825复合钢管的各项性能远优于技术标准要求,具有较好的力学性能和耐腐蚀性能,可用于高含硫含盐的油田地面管道。     

用Al—Ti—Al合金钎料复合板钎焊钛的研究

介绍了用Ａｌ－Ｔｉ－Ａｌ合金金属复合板钎焊工业纯钛的研究结果。这种金属复合板是采用特殊的轧制复合工艺加工而成的。复合板的两个外表面包含一层０．１ｍｍ厚的Ａｌ合金钎料,其中间夹层是０．４ｍｍ厚的工业纯然板。在本实验中用这种复合板替代传统单一的Ａｌ合金钎料薄片来钎焊钛的蜂窝结构,其结果是简化了钎焊工艺,使焊点更加均匀。同时还研究籽焊缝的剪切强度,宏观和显微组织。并比较了用单一Ａｌ合金钎料薄片钎焊和用该     

终轧温度对2205/Q345C复合板界面组织和力学性能的影响

采用真空对称组坯+热轧法制备2205/Q345C复合钢板,研究了终轧温度对复合板界面微观组织、元素扩散、硬度分布及剪切强度的影响。结果表明:终轧温度为950~1100 ℃时2205/Q345C复合板的界面结合良好,基层Q345C钢板为铁素体+珠光体组织,复层2205双相不锈钢为奥氏体+铁素体组织。在界面附近,Q345C钢中的C向2205钢中扩散形成了脱碳层,而2205钢形成了“渗碳层”,且二者的深度均随终轧温度的增加而增加。2205钢中的Cr、Ni元素向Q345C钢中连续扩散,Cr原子扩散的剧烈程度高于Ni原子,扩散距离大于Ni原子,且二者的扩散距离均随终轧温度的升高而增加。随着终轧温度的升高,复合板的硬度变化不大,在界面附近2205钢硬度最高而Q345C钢硬度值最低,而界面的剪切强度略有降低,但均大于420 MPa,符合GB/T 8165—2008《不锈钢复合板和钢带》中剪切强度≥210 MPa的要求,且剪切断口中裂纹源区面积减小。终轧温度为950~1100 ℃时2205/Q345C复合板均获得了良好的力学性能。