真空制坯复合轧制钛/钢复合板的组织与性能研究

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钛具有优异的耐蚀性能,使其成为海洋工程领域耐蚀材料的首选,但其昂贵的价格限制了它的广泛应用。以复合板的形式可以在很大程度上降低它的使用成本,钛/钢耐蚀复合板不仅具有复材TA2的耐蚀特性,同时还兼具基材优良的力学性能。真空制坯热轧复合法具有生产效率高、环境污染小、界面结合强度高等诸多优点,但是目前真空制坯热轧复合法生产钛/钢复合板核心技术只掌握在日本等少数国家手中。因此,为了与国际接轨,对真空制坯热轧复合法制备钛/钢耐蚀复合板的技术的研究已迫在眉睫。本论文的主要工作及研究成果如下:(1)利用真空制坯热轧复合法制备TA2/Q345R钢复合板,研究总压下率、轧后热处理以及组坯的真空度对钛/钢复合板界面夹杂物形态、TiC层及界面复合性能的影响。研究表明:压下率越大,复合界面的夹杂物被粉碎的越厉害,对结合性能的影响越小;适当的保温时间有利于复合界面TiC层的生成,保温时间过长,复合界面生成的金属间化合物(Intermetallic Compounds,IMC)越多,最终导致复合板的结合强度呈先上升再下降的趋势;界面真空度的大小直接影响界面氧化物、氮化物数量的多少,这些化合物的存在一方面影响TiC层的连续性,另一方面也会使得它们在热轧复合时成为裂纹源,影响界面的力学性能。随着界面真空度的增加,界面杂质和氧化物的数量和尺寸都减小,复合界面的结合性能提高。(2)利用热力模拟试验机进行TA2与X65管线钢热轧复合实验,研究加热温度对界面金属间化合物的影响,研究表明:界面金属间化合物(IMC)厚度随着温度升高而增加;温度为850℃以下,钛和钢软化程度不够,导致在复合时不能充分进行塑性变形和高温蠕变;温度为900℃时,复合界面产生大量的Fe-Ti脆性化合物。(3)利用真空制坯热轧复合法制备TA2/X65管线钢复合板,研究总压下率与首道次压下率对复合板界面夹杂物及TiC层的影响规律,研究表明:总压下率越大,界面越能紧密接触并顺利激活进行元素的扩散,复合板结合性能越好,总压下率为50%时,界面强度便能达到国标要求;随着首道次压下率的提高,界面条状或者颗粒状夹杂物的数量及尺寸越小,界面生成的TiC层越厚,TiC层也越连续。(4)在南钢中试实验中,利用真空制坯热轧复合制备的TA2/Q235R钢复合板,通过系统的力学性能检测,其复合板的界面结合强度、基材的力学性能等,均满足技术指标,说明设计的钛/钢热轧复合工艺合理。
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