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一種鋯/鋼復(fù)合板的制備方法

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一種鋯/鋼復(fù)合板的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于層狀金屬?gòu)?fù)合材料加工技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種鋯/鋼復(fù)合板的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋯屬于鈍化型金屬,室溫下能和空氣中的氧起反應(yīng),表面生成十分致密的鈍化膜,對(duì)于大多數(shù)有機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸、強(qiáng)堿、熔融鹽等介質(zhì)具有比不銹鋼、鈦、鎳合金更有優(yōu)異的耐蝕性能。同時(shí),鋯的力學(xué)性能和熱傳導(dǎo)性也很優(yōu)良,適宜用作壓力容器的殼體、換熱器管板、塔器部件和管道等。采用爆炸焊接技術(shù)制備的鋯/鋼、鋯/不銹鋼、鉭/鋯/鈦/鋼復(fù)合板等,不僅綜合利用了鋯、鋼、不銹鋼、鉭、鈦的優(yōu)點(diǎn),而且為節(jié)約鋯資源、降低設(shè)備造價(jià)、滿足特殊耐蝕要求提供了一條實(shí)用、可靠的途徑。
[0003]爆炸焊接實(shí)踐表明,直接將鋯板通過(guò)爆炸焊接復(fù)合到鋼板上會(huì)產(chǎn)生局部不結(jié)合的現(xiàn)象,特別是制備大面積鋯/鋼復(fù)合板時(shí),該問(wèn)題尤為突出,而且鋯/鋼復(fù)合板很難100 %通過(guò)彎曲檢驗(yàn)。因此在鋯和鋼之間采用純鈦?zhàn)鳛檫^(guò)渡層,是一種很好的解決辦法。其原因是鈦和鋼的爆炸焊接工藝成熟,并且鋯與鈦同為元素周期IV-B族,其化學(xué)性質(zhì)和其他一些性能十分相近。
[0004]但采用鈦過(guò)渡層制備鋯/鋼復(fù)合板時(shí),將鋯板通過(guò)爆炸焊接復(fù)合在已經(jīng)復(fù)合鈦過(guò)渡層的鋼板上時(shí),鈦/鋼界面會(huì)再次承受一次爆炸沖擊,這對(duì)鈦/鋼界面的結(jié)合是不利的,嚴(yán)重時(shí)也會(huì)出現(xiàn)不結(jié)合現(xiàn)象;同時(shí)由于增加了鈦過(guò)渡層與鋼爆炸焊接過(guò)程,再進(jìn)行鋯板的復(fù)合前還需對(duì)復(fù)合板進(jìn)行退火、校平、表面處理,顯著增加了復(fù)合板制備難度,降低了可操作性,不利于大批量生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足,提供一種鋯/鋼復(fù)合板的制備方法。該方法簡(jiǎn)單且設(shè)計(jì)合理、操作方便、生產(chǎn)效率高,先采用爆炸焊接制備鋯/鈦雙金屬板坯,將鋯/鈦雙金屬板坯組焊后軋制成設(shè)計(jì)所需的厚度的鋯/鈦雙金屬板材,制備的鋯/鈦雙金屬板材能直接用于或經(jīng)拼焊后用于爆炸焊接制備鋯/鋼復(fù)合板,減少了爆炸焊接制備鋯/鋼復(fù)合板時(shí)先進(jìn)行鈦過(guò)渡層與鋼板的爆炸焊接、熱處理、校平等工序,大大降低了鋯/鋼復(fù)合板的操作難度,制備的鋯/鋼復(fù)合板具有很好的加工性能,結(jié)合強(qiáng)度高、結(jié)合率高,剪切強(qiáng)度高,彎曲試驗(yàn)結(jié)合界面不出現(xiàn)分層,而且鋯板原有的性能不改變,耐腐蝕性能、抗疲勞性能不降低。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種鋯/鋼復(fù)合板的制備方法,所制備的鋯/鋼復(fù)合板包括基層鋼板和覆層鋯板,以及位于基層鋼板和覆層鋯板之間的鈦板,其特征在于,該方法包括以下步驟:
[0007]步驟一、鋯/鈦雙金屬板坯的爆炸焊接:以鋯板作為基層,鈦板作為復(fù)層,采用平行安裝法對(duì)鋯板和鈦板進(jìn)行安裝組配,然后在鈦板表面均勻涂刷一層保護(hù)層使得爆炸焊接過(guò)程中鈦板表面不被燒傷,接著在鈦板表面均勻布置乳化炸藥,對(duì)鋯板和鈦板進(jìn)行爆炸焊接得到鋯/鈦雙金屬板坯;
[0008]步驟二、鋯/鈦雙金屬板坯的組焊:在步驟一中制備的鋯/鈦雙金屬板坯的鋯面均勻覆著耐高溫涂層,將覆著有耐高溫涂層的鋯/鈦雙金屬板坯按照鋯面與鋯面相對(duì)的方式兩兩組裝在一起,然后對(duì)組裝后的鋯/鈦雙金屬板坯的邊部進(jìn)行焊接,得到組焊后的鋯/鈦雙金屬板坯;
[0009]步驟三、錯(cuò)/鈦雙金屬板還的軋制:將步驟二中組焊后的錯(cuò)/鈦雙金屬板還在溫度為700°C?920°C的條件下加熱1min?20min,然后將加熱后的鋯/鈦雙金屬板坯移至熱軋機(jī)上進(jìn)行軋制,切除軋制后的鋯/鈦雙金屬板坯邊部的焊縫,得到厚度為3mm?12mm的鋯/鈦雙金屬板材;
[0010]步驟四、鋯/鈦雙金屬板材的表面處理:采用十一輥矯直機(jī)對(duì)步驟三中所述鋯/鈦雙金屬板材進(jìn)行板形校平處理,然后采用氫氧化鈉和硝酸鈉的熔融混合物在400°C?600°C條件下對(duì)經(jīng)板形校平處理后的錯(cuò)/鈦雙金屬板材蝕洗15min?20min,再將蝕洗后的鋯/鈦雙金屬板材置于溫度為60°C?80°C的硫酸溶液中進(jìn)行酸洗,去除鋯/鈦雙金屬板材表面的氧化皮;所述熔融混合物中氫氧化鈉的質(zhì)量濃度為70%?80%,硝酸鈉的質(zhì)量濃度為20%?30% ;所述硫酸溶液的質(zhì)量濃度為12%?18% ;
[0011]步驟五、鋯/鈦雙金屬板材的拼焊:在步驟四中酸洗后的鋯/鈦雙金屬板材的待拼焊端的鈦層上機(jī)加工U形坡口,并使U形坡口的鈍邊位于鋯層上,然后對(duì)機(jī)加工有U形坡口的鋯/鈦雙金屬板材進(jìn)行拼焊;
[0012]步驟六、鋯/鋼復(fù)合板的爆炸焊接:以鋼板為基層,以步驟四中酸洗后的鋯/鈦雙金屬板材或步驟五中拼焊后的鋯/鈦雙金屬板材為復(fù)層,采用平行安裝法對(duì)鋼板和鋯/鈦雙金屬板材進(jìn)行安裝組配,然后在鋯/鈦雙金屬板材的鋯面均勻涂刷一層保護(hù)層使得爆炸焊接過(guò)程中鋯面不被燒傷,接著在鋯/鈦雙金屬板材表面均勻布置乳化炸藥,對(duì)鋼板和鋯/鈦雙金屬板材進(jìn)行爆炸焊接得到鋯/鋼復(fù)合板;
[0013]步驟七、鋯/鋼復(fù)合板的退火和校平:對(duì)步驟六中制備的鋯/鋼復(fù)合板進(jìn)行退火處理,空冷后再進(jìn)行校平處理,得到鋯/鋼復(fù)合板成品。
[0014]上述的一種鋯/鋼復(fù)合板的制備方法,其特征在于,步驟一中所述鋯板的待復(fù)合面和鈦板的待復(fù)合面的表面粗糙度均不大于2 μ m,錯(cuò)板的厚度為12mm?62mm,鈦板的厚度為3mm?8mm ;步驟一中所述安裝組配的方法為:將鋯板水平放置在地基上,在鋯板上均勻設(shè)置多個(gè)高度為4mm?20mm的鈦棒,然后將鈦板置于鈦棒上,相鄰兩個(gè)鈦棒之間的間距為200mm ?100mm0
[0015]上述的一種鋯/鋼復(fù)合板的制備方法,其特征在于,步驟一中所述乳化炸藥的厚度為20mm?80mm。
[0016]上述的一種鋯/鋼復(fù)合板的制備方法,其特征在于,步驟二中所述耐高溫涂層為三氧化二鋁涂層。
[0017]上述的一種鋯/鋼復(fù)合板的制備方法,其特征在于,步驟三中所述軋制過(guò)程中控制軋制溫度為700°C?920°C,乳制的道次壓下量為2mm?45mm。
[0018]上述的一種鋯/鋼復(fù)合板的制備方法,其特征在于,步驟五中所述鈍邊的厚度不大于8mm,所述拼焊的具體過(guò)程為:先采用等離子焊接進(jìn)行打底焊,然后采用手工氬弧焊填充U型坡口直至焊縫高于鈦層Imm?1.5mm。
[0019]上述的一種鋯/鋼復(fù)合板的制備方法,其特征在于,步驟六中所述安裝組配之前對(duì)鋼板的待復(fù)合面和鋯/鈦雙金屬板材的待復(fù)合面分別進(jìn)行表面處理至表面粗糙度均不大于2 μ m ;步驟六中所述安裝組配的方法為:將鋼板水平放置在地基上,在鋼板上均勻設(shè)置多個(gè)高度為6mm?12mm的鈦棒,然后將錯(cuò)/鈦雙金屬板材置于鈦棒上,相鄰兩個(gè)鈦棒之間的間距為200mm?1000mm。
[0020]上述的一種鋯/鋼復(fù)合板的制備方法,其特征在于,步驟六中所述乳化炸藥的厚度為 40mm ?120mm。
[0021]上述的一種鋯/鋼復(fù)合板的制備方法,其特征在于,步驟一和步驟六中所述保護(hù)層均為機(jī)油或?yàn)r青。
[0022]上述的一種鋯/鋼復(fù)合板的制備方法,其特征在于,步驟七中所述退火處理的溫度為500°C?620°C,退火處理的時(shí)間為2h?4h。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0024]1、本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單且設(shè)計(jì)合理、操作方便、生產(chǎn)效率高,先采用爆炸焊接制備鋯/鈦雙金屬板坯,將鋯/鈦雙金屬板坯組焊后軋制成設(shè)計(jì)所需的厚度的鋯/鈦雙金屬板材,制備的鋯/鈦雙金屬板材能直接用于或經(jīng)拼焊后用于爆炸焊接制備鋯/鋼復(fù)合板,減少了爆炸焊接制備鋯/鋼復(fù)合板時(shí)先進(jìn)行鈦過(guò)渡層與鋼板的爆炸焊接、熱處理、校平等工序,大大降低了鋯/鋼復(fù)合板的操作難度。
[0025]2、采用本發(fā)明的方法制備的鋯/鋼復(fù)合板不僅結(jié)合強(qiáng)度高,而且結(jié)合率高達(dá)99.8%以上;由于鋯與鈦屬于同族元素,其可焊性好,采用爆炸焊接和軋制制備的鋯/鈦雙金屬板結(jié)合強(qiáng)度和結(jié)合率高
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