1.本发明涉及金属层状复合材料制备技术领域，具体而言是一种薄规格钛/ 钢复合板的低成本制备方法。
背景技术：2.薄规格钛/钢复合板兼有钛的优良耐腐蚀性和钢的高强度、低成本等优点，在石油化工、建筑装饰和海洋工程等领域应用广泛。
3.钛/钢复合板的制备方法主要有爆炸复合法和热轧复合法。爆炸复合法是利用爆炸的冲击力使钛板和钢板复合在一起，工艺简单，制备的钛/钢复合板界面结合强度高，但是，该方法也存在污染环境和难以连续化生产等问题。如果钛层厚度较薄，爆炸时钛层容易被炸穿，所以，爆炸复合法难以制备厚度＜3mm的钛/钢复合板。为了获得薄规格的钛/钢复合板，一般需要爆炸复合后再轧制减薄，然而，轧制减薄会导致界面结合质量下降。
4.热轧复合法是先对钛板和钢板表面处理，再通过真空电子束焊接或小孔抽真空的方法组坯，保证界面真空，最后多道次热轧使钛板和钢板实现复合。热轧复合法具有生产效率高，可生产宽幅钛/钢复合板等优势，逐渐成为工业化制备钛/钢复合板的主要方法，但是，该方法要求真空电子束焊接，对设备要求高，工艺繁琐。当钛/钢复合板的厚度较小时，多道次热轧会导致界面结合强度持续降低，并不适合制备薄规格的钛/钢复合板。
5.针对传统的制备方法存在的污染环境，生产成本高，难以制备薄规格钛/ 钢复合板等问题，开发一种薄规格钛/钢复合板低成本制备方法，具有十分重要的意义。
技术实现要素：6.根据上述技术问题，而提供一种薄规格钛/钢复合板的低成本制备方法。
7.本发明采用的技术手段如下：
8.一种薄规格钛/钢复合板的低成本制备方法，包括：
9.s1、对钛板和钢板进行真空退火处理，要求退火后的钛板硬度＜150hv，钢板硬度为160-200hv；钛板材料为纯钛，型号可以为但不限于ta1、ta2、 ta3或ta10中的一种，厚度为0.2-2.0mm；钢板为低碳钢，型号可以为但不限于q235、q275或20#中的一种，厚度为1.0-4.0mm。此时钛板处于最软态，有利于冷轧塑性变形，钢板的硬度比钛板略高，可提高冷轧时的界面正压力，有利于钛/钢界面冷轧复合。通过退火处理调整板材硬度来降低钛/钢坯料冷轧复合所需的压下量；
10.s2、采用砂轮或金刚石磨轮机械打磨钛板和钢板的待复合表面，获得洁净、粗糙的待复合表面；打磨条纹平行于宽度方向，机械打磨后待复合表面粗糙度ra＞2μm。利用砂轮或者金刚石磨轮打磨钛板和钢板可以获得打磨方向一致的粗糙表面，通过控制打磨条纹方向和提高板材表面粗糙度可降低钛/ 钢坯料冷轧复合所需的压下量；
11.s3、将机械打磨的钛板和钢板层叠组坯后单道次冷轧复合，冷轧速度为 0.1-0.5m/s，冷轧压下量为30％-48％；
12.s4、冷轧复合后对钛/钢复合板进行真空或者保护气氛下的扩散热处理，提高钛/钢复合板的界面结合强度。所述扩散热处理的方式为成卷装炉后在 500-700℃条件下保温30-60min进行扩散热处理。或所述扩散热处理的方式为800-950℃在线加热5-15min进行扩散热处理。钛/钢复合板的厚度0.5-3.0 mm，界面结合强度＞200mpa。
13.较现有技术相比，本发明具有以下优点：
14.(1)本发明提供的钛/钢复合板制备方法包括四个步骤：退火处理
→
表面机械打磨
→
冷轧复合
→
扩散热处理，与传统热轧复合法和爆炸复合法相比，具有工艺简单，流程短，设备要求低，生产效率高，易工业化推广的优点。
15.(2)本发明通过合理的退火处理和表面机械打磨工艺降低了钛/钢坯料冷轧复合所需的压下量，可指导其他金属层状复合材料的冷轧复合工艺设计。
16.(3)本发明克服了传统热轧复合法和爆炸复合法难以制备薄规格钛/钢复合板的缺陷。
17.基于上述理由本发明可在金属层状复合材料制备等领域广泛推广。
具体实施方式
18.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.一种薄规格钛/钢复合板的低成本制备方法，包括：
20.s1、对钛板和钢板进行真空退火处理，要求退火后的钛板硬度＜150hv，钢板硬度为160-200hv；钛板材料为纯钛，型号可以为但不限于ta1、ta2、 ta3或ta10中的一种，厚度为0.2-2.0mm；钢板为低碳钢，型号可以为但不限于q235、q275或20#中的一种，厚度为1.0-4.0mm。此时钛板处于最软态，有利于冷轧塑性变形，钢板的硬度比钛板略高，可提高冷轧时的界面正压力，有利于钛/钢界面冷轧复合。通过退火处理调整板材硬度来降低钛/钢坯料冷轧复合所需的压下量；
21.s2、采用砂轮或金刚石磨轮机械打磨钛板和钢板的待复合表面，获得洁净、粗糙的待复合表面；打磨条纹平行于宽度方向，机械打磨后待复合表面粗糙度ra＞2μm。利用砂轮或者金刚石磨轮打磨钛板和钢板可以获得打磨方向一致的粗糙表面，通过控制打磨条纹方向和提高板材表面粗糙度可降低钛/ 钢坯料冷轧复合所需的压下量；
22.s3、将机械打磨的钛板和钢板层叠组坯后单道次冷轧复合，冷轧速度为 0.1-0.5m/s，冷轧压下量为30％-48％；
23.s4、冷轧复合后对钛/钢复合板进行真空或者保护气氛下的扩散热处理，提高钛/钢复合板的界面结合强度。所述扩散热处理的方式为成卷装炉后在 500-700℃条件下保温30-60min进行扩散热处理。或所述扩散热处理的方式为800-950℃在线加热5-15min进行扩散热处理。钛/钢复合板的厚度0.5-3.0 mm，界面结合强度＞200mpa。
24.实施例1
25.一种薄规格钛/钢复合板的低成本制备方法，覆层材料为ta2纯钛，钛板初始厚度为1.0mm，基层材料为q235低碳钢，钢板的初始厚度为2.0mm。首先，对板材真空退火处理，ta2钛板的退火制度为750℃保温0.5h后炉冷，q235钢板的退火制度为850℃保温0.5h后炉冷。然后，用48目的砂轮横向打磨板材表面，打磨条纹平行于板材宽度方向，打磨后的钛板和钢板待复合表面粗糙度分别为4.3μm和6.8μm。再将机械打磨的钛板和钢板层叠组坯后单道次冷轧预复合，冷轧速度为0.1m/s，冷轧压下率为36％，获得厚度1.9mm的钛/钢复合板。最后，将钛/钢复合板在线通过辊底炉加热至850℃，钛/钢复合板通过辊底炉的时间控制在10min左右，扩散热处理后的钛/钢复合板界面结合强度为246mpa。
26.实施例2
27.一种薄规格钛/钢复合板的低成本制备方法，覆层材料为ta1纯钛，钛板初始厚度为0.2mm，基层材料为q235低碳钢，钢板的初始厚度为1.0mm。首先，对板材真空退火处理，ta1钛板的退火制度为750℃保温0.5h后炉冷， q235钢板的退火制度为850℃保温0.5h后炉冷。然后，用60目的砂轮横向打磨板材表面，打磨条纹平行于板材宽度方向，打磨后的钛板和钢板待复合表面粗糙度分别为2.5mm和2.9mm。再将机械打磨的钛板和钢板层叠组坯后单道次冷轧预复合，冷轧速度为0.3m/s，冷轧压下率为30％，获得厚度0.84 mm的成卷钛/钢复合带。最后，将成卷的钛/钢复合带置于真空加热炉中在700 ℃保温30min，扩散热处理后的钛/钢复合带反复弯曲界面不分层，界面结合良好(因本实施例中钛/钢复合板厚度低于1mm，无法测出界面结合强度，按照国标采用弯曲的方法检验界面结合质量)。
28.实施例3
29.一种薄规格钛/钢复合板的低成本制备方法，覆层材料为ta2纯钛，钛板初始厚度为1.0mm，基层材料为20#钢板，钢板的初始厚度为3.0mm。首先，对板材退火处理，ta2钛板的退火制度为750℃保温0.5h后炉冷，20#钢板的退火制度为860℃保温0.5h后炉冷。然后，用40目的金刚石磨轮横向打磨板材表面，打磨条纹平行于板材宽度方向，打磨后的钛板和钢板待复合表面粗糙度分别为5.0mm和7.3mm。再将机械打磨的钛板和钢板层叠组坯后单道次冷轧预复合，冷轧速度为0.1m/s，冷轧压下率为45％，获得厚度2.2mm 的钛/钢复合板。最后，将钛/钢复合板在线通过辊底炉加热至900℃，钛/钢复合板通过辊底炉的时间控制在8min左右，扩散热处理后的钛/钢复合板界面结合强度为230mpa。
30.实施例4
31.一种薄规格钛/钢复合板的低成本制备方法，覆层材料为ta1纯钛，钛板初始厚度为2.0mm，基层材料为q235钢板，钢板的初始厚度为4.0mm。首先，对板材退火处理，ta1钛板的退火制度为750℃保温0.5h后炉冷，q235 钢板的退火制度为850℃保温1.0h后炉冷。然后，用48目的金刚石磨轮横向打磨板材表面，打磨条纹平行于板材宽度方向，打磨后的钛板和钢板待复合表面粗糙度分别为4.5mm和6.3mm。再将机械打磨的钛板和钢板层叠组坯后单道次冷轧预复合，冷轧速度为0.1m/s，冷轧压下率为48％，获得厚度 3.12mm的钛/钢复合板。最后，将钛/钢复合板在线通过辊底炉加热至950℃，钛/钢复合板通过辊底炉的时间控制在5min左右，扩散热处理后的钛/钢复合板界面结合强度为210mpa。
32.实施例5
33.一种薄规格钛/钢复合板的低成本制备方法，覆层材料为ta2纯钛，钛板初始厚度为1.0mm，基层材料为q235钢板，钢板的初始厚度为2.0mm。首先，对板材退火处理，ta2钛板
的退火制度为750℃保温0.5h后炉冷，q235 钢板的退火制度为850℃保温0.5h后炉冷。然后，用48目的金刚石磨轮横向打磨板材表面，打磨条纹平行于板材宽度方向，打磨后的钛板和钢板待复合表面粗糙度分别为4.0mm和5.3mm。再将机械打磨的钛板和钢板层叠组坯后单道次冷轧预复合，冷轧速度为0.5m/s，冷轧压下率为45％，获得厚度 1.65mm的钛/钢复合板带。最后，将成卷的钛/钢复合带置于真空加热炉中在 500℃保温60min，扩散热处理后的钛/钢复合板界面结合强度为226mpa。
34.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
技术特征：1.一种薄规格钛/钢复合板的低成本制备方法，其特征在于，包括：s1、对钛板和钢板进行退火处理，退火后的钛板硬度＜150hv，钢板硬度为160-200hv；s2、机械打磨钛板和钢板的待复合表面，获得洁净、粗糙的待复合表面；s3、将机械打磨的钛板和钢板层叠组坯后单道次冷轧复合，冷轧速度为0.1-0.5m/s，冷轧压下量为30％-48％；s4、冷轧复合后对钛/钢复合板进行真空或者保护气氛下的扩散热处理，提高钛/钢复合板的界面结合强度。2.根据权利要求1所述的一种薄规格钛/钢复合板的低成本制备方法，其特征在于，在所述步骤s4中，所述扩散热处理的方式为成卷装炉后在500-700℃条件下保温30-60min进行扩散热处理。3.根据权利要求1所述的一种薄规格钛/钢复合板的低成本制备方法，其特征在于，在所述步骤s4中，所述扩散热处理的方式为800-950℃在线加热5-15min进行扩散热处理。4.根据权利要求1所述的一种薄规格钛/钢复合板的低成本制备方法，其特征在于，所述s4中，钛/钢复合板的厚度0.5-3.0mm，界面结合强度＞200mpa。5.根据权利要求1所述的一种薄规格钛/钢复合板的低成本制备方法，其特征在于，所述s1中，钛板材料为纯钛，型号为ta1、ta2、ta3或ta10中的一种，厚度为0.2-2.0mm；钢板为低碳钢，型号为q235、q275或20#中的一种，厚度为1.0-4.0mm。6.根据权利要求1所述的一种薄规格钛/钢复合板的低成本制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，打磨条纹平行于宽度方向，机械打磨后待复合表面粗糙度ra＞2μm。7.根据权利要求2所述的一种薄规格钛/钢复合板的低成本制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，采用砂轮或金刚石磨轮机械打磨钛板和钢板的待复合表面。
技术总结本发明提供一种薄规格钛/钢复合板的低成本制备方法，包括对钛板和钢板进行退火处理，退火后的钛板硬度＜150HV，钢板硬度为160-200HV；机械打磨钛板和钢板的待复合表面，获得洁净、粗糙的待复合表面；将机械打磨的钛板和钢板层叠组坯后单道次冷轧复合，冷轧速度为0.1-0.5m/s，冷轧压下量为30％-48％；冷轧复合后对钛/钢复合板进行真空或者保护气氛下的扩散热处理，提高钛/钢复合板的界面结合强度。该方法不需要焊接和热轧即可制备出高界面结合质量的钛/钢复合薄板，具有生产成本低，工艺简单，易工业化推广的优点。易工业化推广的优点。
技术研发人员：白于良 罗许 胡浩然 曾泽瑶
受保护的技术使用者：攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司
技术研发日：2022.07.08
技术公布日：2022/11/1
