[發明專利]鈦/鋼復合材料的非真空高溫熱軋制備方法

有效

• 申請號: 202010655937.8
• 申請日: 2020-07-09
• 公開（公告）號: CN111940503B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 丁文紅;楊赟;臧之祺
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: B21B1/38
• 分類號: B21B1/38;B21B3/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 程力

本發明公開了一種鈦/鋼復合材料的非真空高溫熱軋制備方法，在覆層鈦材料預處理過程中，采用低熔點的金屬鎵對鈦板的復合界面進行處理，以減少復合后鈦/鋼結合界面的夾雜物，預處理后，鈦/鋼復合板采用非真空制坯，不降低復合界面結合強度的同時提高復合軋制的溫度。該方法不僅可以采用非真空方式制備鈦/鋼復合材料，而且在不降低復合界面結合強度下將復合軋制溫度提升，解決了熱軋復合法制備鈦/鋼復合材料時軋機軋制能力不足、基材機械性能難以控制這兩個實際生產中的瓶頸問題，降低了制備的生產成本。

技術領域

本發明屬于材料復合領域，具體涉及一種鈦/鋼復合材料的非真空高溫熱軋制備方法。

背景技術

異質金屬層狀復合材料是兼具基層材料和覆層材料性能以及成本優勢的新型材料，廣泛應用于能源、交通、海洋以及航空航天領域。對于鈦/鋼復合材料，由于其界面極易形成Fe-Ti脆性相，降低復合界面的結合強度。為了解決鈦/鋼復合材料的界面結合強度問題，目前已采用或正在探索的鈦/鋼復合材料的制備方法有：1)采用爆炸復合或爆炸+軋制復合法制備鈦/鋼復合材料；2)添加V、Ni、Mo、Fe等中間層，采用熱軋復合法制備鈦/鋼復合材料；3)降低軋制溫度，采用低軋制溫度的熱軋復合法制備鈦/鋼復合材料。

爆炸或爆炸+軋制復合法不僅環境污染嚴重、產品規格受限，而且復合界面剪切強度一般為196MPa(0類)或140MPa(1類)；采用添加中間層制備鈦/鋼復合材料時，由于中間層材料難以同時滿足與鈦、鋼兩側界面的結合強度要求，因此對界面結合強度的改善能力有限；相比前兩種方法，降低復合軋制溫度可以有效抑制Fe-Ti等中間脆性相的形成，有利于制備出高界面結合強度的鈦/鋼、鈦/不銹鋼復合材料。已有實驗數據表明，將軋制溫度限制在850℃以下溫度時，復合界面的剪切強度可達200-220MPa。

盡管降低軋制溫度可以使復合界面的結合強度有所提高，但是，低溫軋制也給實際生產帶來一系列難以克服的障礙。具體如下：(1)軋制軋制能力不足。鋼鐵材料熱軋的溫度區間一般為1150℃-900℃，當軋制溫度小于或等于850℃時，絕大多數中厚板軋機、熱軋機都存在著軋制能力不足的問題。對于復合軋制，為了減小夾雜物對界面結合強度的影響，軋程壓縮比一般需要大于75％，這進一步制約了低溫軋制在現有軋機上實現的可能；(2)基材性能難以保證。為了滿足軋制壓縮比的要求，用于復合板制備的基材一般為連鑄坯。基材中不可避免地存在成分偏聚以及大尺寸的碳化物析出。為了改善基材性能，一般需要在高溫加熱并保溫，使連鑄過程中析出的碳化物充分溶解。要在不進行高溫加熱及保溫的條件下保證基材的機械性能，基材的制造成本將大幅攀升。

因此，盡管降低復合軋制溫度可以改善Fe-Ti化合物等中間脆性相對界面結合強度的影響，但是，由此引發的軋制能力不足，基材性能控制成本增加等一系列工程仍然制約著鈦/鋼復合材料的制備及應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種鈦/鋼復合材料的非真空高溫熱軋制備方法，該方法不僅可以采用非真空方式制備鈦/鋼復合材料，而且在不降低復合界面結合強度下將復合軋制溫度提升，解決了熱軋復合法制備鈦/鋼復合材料時軋機軋制能力不足、基材機械性能難以控制這兩個實際生產中的瓶頸問題，降低了制備的生產成本。

本發明所采用的技術方案是：

一種鈦/鋼復合材料的非真空高溫熱軋制備方法，在覆層鈦材料預處理過程中，采用低熔點的金屬鎵對鈦板的復合界面進行處理，以減少復合后鈦/鋼結合界面的夾雜物，預處理后，鈦/鋼復合板采用非真空制坯，不降低復合界面結合強度的同時提高復合軋制的溫度。

進一步地，在覆層鈦材料預處理過程中，利用鎵清除鈦板表面的致密氧化膜，防止鈦板表面再次氧化，并使鎵在鈦材料表面均勻沉積。

進一步地，覆層鈦材料預處理采用兩步，第一步、致密氧化物清理—用鎵研磨鈦材料內表面的致密氧化物，使其從鈦材料表面脫落；第二步、鎵均勻化處理—清除研磨下的氧化物，并使金屬鎵在鈦材料表面分布均勻。