本发明涉及钛钢复合材料生产领域，特别涉及α型ta钛(即ta1～ta3钛)与q235钢复合板/卷原料坯的室式炉加热方法。
背景技术：
钛钢复合板是集钢铁和钛材的优势于一身的新材料，与单独使用钛及钛合金相比，既节约了钛资源，降低成本，又能拥有良好的耐蚀性能，受到了世界各国的普遍重视，广泛应用于石油、化工、纺织印染、制盐、核电、海洋工程等领域。
钛钢复合板的主要生产方法有爆炸复合法、扩散复合法、爆炸复合-轧制法和轧制复合法四种。爆炸复合法生产的钛钢复合板结合强度高，综合性能好，且生产技术十分成熟，但爆炸复合法生产复合板收得率不高，尺寸受到限制，且爆炸复合法在作业中对环境影响也大。扩散复合法产品质量稳定，收得率高于爆炸复合法，但该法效率较低，设备投资大，复合板的尺寸受设备的影响很大。随着钢铁厂大负荷板材轧机的出现，针对于上两种生产方法在复合板尺寸方面的限制，随即发展出了爆炸复合-轧制法。爆炸复合-轧制法是先由原料爆炸复合，然后经加热、轧制后生产的复合板，采用该种方法生产的复合板在尺寸方面的限制得到了比较好的改善，生产效率也优于爆炸复合法和扩散复合法，但该种方法生产的复合板在接合界面易生成脆性层，影响到剪切强度，且还是存在有爆炸工序，对环境也有较大的影响。轧制复合法生产的复合板产品尺寸自由度大、表面质量好，尺寸精度、生产率、成品率均高，剪切强度与爆炸-轧制复合板相比相差不大，省去了爆炸工序对环境的影响最小，且采用的是钢铁厂的大负荷轧机作为主体设备，易于实现大规模工业化生产，因此该法越来越受到关注和重视，成为近年来的研究热点和未来的发展趋势。
α型ta1～ta3工业纯钛与q235钢复合板(卷)是典型的钛钢复合板，在轧制复合前的加热中必须要考虑的问题是：α型ta1～ta3工业纯钛的β相变温度大约在890℃左右，所以，希望加热过程中的最高温度不得高于890℃，否则会出现大量的ti-fe金属间脆性化合物，以及脆性的tic，难于实现后续钛钢复合板的轧制。而q235钢的γ相变温度大约在860℃左右，最低加热温度则必须大于860℃，否则会导致钢延展性不够增大轧机负荷，也不利于钛钢复合板顺利轧制。因此，钛钢复合板轧制复合前的加热工序，存在有加热温度区间小，仅为30℃的问题，给钛钢复合板的生产带来了很大的难度。
世界金属2019年第一期，66-69页的“钛钢复合板的轧制复合工艺”文献资料，研究了加热温度和变形量对钛钢复合板贴合情况以及对剪切强度的影响。该文重点研究了800℃、850℃和900℃三种加热温度，在50％和80％变形量情况下对贴合情况和剪切强度的影响。最后该文推荐的最优工艺为900℃的加热温度，在80％变形量条件下生产的钛钢复合板可以满足gb/t8547-2006标准对结合率和剪切强度的要求，800℃和850℃则不能满足gb/t8547-2006标准的要求。但仔细的阅读该篇文献，发现即使是在900℃加热温度和80％变形量条件下生产复合板上取的三个试样，也仅有两个符合gb/t8547-2006标准要求，也即该文献推荐最佳工艺所生产的钛钢复合板的合格率也仅有三分之二。另外，该文献仅涉及到加热温度，没有涉及到更关键的加热时间。
钢铁研究学报31卷第2期(2019年2月)，214-220页的“真空制坯热轧钛/钢复合板工艺及性能”文献资料，采用加热温度为850℃，保温2小时后进行轧制，可以生产出符合要求的钛钢复合板，但850℃的加热温度还没有到达q235钢860℃的γ(奥氏体)相变点，也即此时的q235钢还是α型的铁素体，轧机的负荷极大，普通钢厂的大型轧机很难实现后续的轧制生产。
技术实现要素：
针对上述存在的问题，本发明提供了一种ta钛与q235钢复合板/卷原料坯的室式炉加热方法。经过本发明方法加热的原料坯在普通钢厂的常规板带轧制就能进行轧制，且轧机负荷小，结合率高，所得到的钛钢复合板/卷的质量完全能满足gb/t8547-2006的要求。
本发明ta钛与q235钢复合板/卷原料坯的室式炉加热方法，包括以下步骤：加入原料坯之前，先将室式炉炉膛温度升至850～890℃，然后放入ta钛与q235钢复合板/卷原料坯，当原料坯表面温度达到750℃～780℃开始计时保温；其中，当原料坯的厚度不大于200mm时，在原料坯表面温度750～850℃保温2～3.5h；当原料坯的厚度大于200mm时，在原料坯表面温度750～850℃保温2～4.5h；然后在0.5h内将炉膛温度升至900～950℃继续保温；其中，当原料坯的厚度不大于200mm时，在炉膛温度900～950℃保温1.0～2.0h；当原料坯的厚度大于200mm时，在炉膛温度900～950℃保温1.5～2.5h。
其中，上述ta钛与q235钢复合板/卷原料坯的室式炉加热方法中，所述的ta钛为α型ta1、ta2或ta3工业纯钛。
进一步的，上述ta钛与q235钢复合板/卷原料坯的室式炉加热方法中，所述原料坯的组坯方式为：中心部位为两层ta钛，且两层ta钛之间有隔离层，最外部上下左右为q235钢。
更进一步的，上述ta钛与q235钢复合板/卷原料坯的室式炉加热方法中，所述隔离层的厚度为1.0～2.0mm。所述隔离层的材质为al2o3或mgo。
更进一步的，上述ta钛与q235钢复合板/卷原料坯的室式炉加热方法中，所述原料坯中心部位两层ta钛的厚度之和占原料坯总厚度的10～30％。
更进一步的，上述ta钛与q235钢复合板/卷原料坯的室式炉加热方法中，所述原料坯上下两层q235钢厚度之和占原料坯总厚度的70～90％。
本发明α型ta1～ta3与q235复合板/卷原料坯的室式炉加热方法，即可保证α型ta1～ta3工业纯钛的最高加热温度控制在低于890℃的β相变温度以下进行轧制，还可保证q235钢在高于860℃的γ相变温度进行轧制，利于后续钛钢复合板顺利轧制，生产出面积结合率不低于98％的规定，单个不结合区长度小于75mm的规定，面积小于45cm2，符合gb/t8547-2006标准中轧制复合板(1类)面积结合率要求的钛钢复合板。
具体实施方式
α型ta1～ta3工业纯钛的β相变温度大约在890℃左右，加热过程中的最高温度不得高于890℃，否则会出现大量的ti-fe金属间脆性化合物，以及脆性的tic，难于实现后续钛钢复合板的轧制。q235钢的γ相变温度大约在860℃左右，最低加热温度则必须大于860℃，否则会导致钢延展性不够增大轧机负荷，也不利于钛钢复合板顺利轧制。因此，α型ta1～ta3工业纯钛和q235钢组合成的钛钢复合板轧制复合前的加热工序，存在加热温度区间小，仅为30℃的问题，给钛钢复合板的生产带来了很大的难度。
针对上述难点，本发明提供了α型ta1、ta2或ta3与q235复合板/卷原料坯的室式炉加热方法，包括以下步骤：
第一步：将组坯成功的α型ta1～ta3与q235原料坯放入炉膛温度已经升至850～890℃的室式炉中；
其中，组坯成功的原料坯的结构一般中心部位为两层α型ta1～ta3工业纯钛，且两层α型ta1～ta3工业纯钛之间是一层很薄的al2o3或mgo隔离层，最外部的上下左右为q235钢。通常情况下，原料坯中心部位的两层α型ta1～ta3工业纯钛的厚度之和占原料坯总厚度的10～30％，最中间的al2o3或mgo隔离层厚度为1.0～2.0mm，上下q235钢的厚度之和占原料坯总厚度的70～90％。该原料坯经加热轧制后，可得到上下两张规格相同的钛钢复合板，最中间的al2o3或mgo隔离层的作用是隔离两张钛板，避免钛板之间的粘结。所述原料坯的厚度不包括中间隔离层的厚度。
第二步：室式炉加热原理和具体工艺
(1)用红外线测温仪测定原料坯的表面温度，当原料坯表面温度达到750℃～780℃范围时就开始计时；其中，当原料坯的厚度不大于200mm时，则在原料坯表面温度750～850℃范围内的任意一个温度点或多个温度点保温2～3.5h；当原料坯的厚度大于200mm时，在原料坯表面温度750～850℃范围内的任意一个温度点或多个温度点保温2～4.5h；α型工业纯钛的ta1、ta2和ta3室温下为密排六立方α相，加热过程中密排六立方的α相在890℃左右转变成体心立方的β相；q235室温下的组织为铁素体和少量的珠光体，铁素体为体心立方的α相，q235加热过程中体心立方α相在860℃左右转变成面心立方的γ相。
α型ta1、ta2、ta3工业纯钛与q235钢原料坯在一起共同加热，存在有两种原料坯之间元素相互传递的现象。根据元素的扩散原理和已知研究可知，钢中的fe和c向钛原料坯中的扩散速度远大于ti向钢原料坯中的扩散速度，从而在钛钢结合部位偏钛原料坯侧形成大量的ti-fe金属间脆性化合物tife、tife2，以及脆性的tic。又因为钛的β相是体心立方，原子之间的空隙比密排六立方的α相大，所以，fe和c更容易在β相钛中的扩散。因此，针对于α型ta1、ta2、ta3工业纯钛与q235钢复合板(卷)原料坯，应尽可能避免在钛的β相进行长时间的加热。
此初次加热阶段的主要任务是保证原料坯中间的α型ta1、ta2、ta3工业纯钛加热到750～850℃，但由于α型ta1、ta2、ta3工业纯钛处于原料坯的中心部位，不便于测定它的温度，所以，采用红外线测温仪测定原料坯的表面的钢温度，较小坯料通过2～3.5h，较大坯料通过2～4.5h的加热，实现坯料外部和心部的等温化，可以确保处于原料坯中心部位的α型的钛原料在750～850℃，即没有进行β相转变，因此，不会产生大量的tife、tife2，以及脆性的tic。
(2)上述加热时间完成后，然后在0.5h内将室式炉炉膛温度升至900～950℃继续加热；其中，当原料坯的厚度不大于200mm时，在900～950℃范围内的任意一个温度点或多个温度点保温1.0～2.0h；当原料坯的厚度大于200mm时，在900～950℃范围内的任意一个温度点或多个温度点保温1.5～2.5h，保温结束后原料坯即可出炉进行轧制。
此段加热和保温工序，不要求用红外线测温仪测定原料坯温度，只需观察室式炉自备的热电偶温度即可，室式炉自备热电偶测定的温度实际上是测定的是炉气温度，根据试验结果，室式炉自备热电偶测定的炉内温度比用红外线测温仪测定原料坯的表面温度高10℃。
采取“在0.5h内将室式炉炉温提升到900～950℃，在加热总厚度不大于200mm的原料坯时，炉温提升到900～950℃后再保温1.0～2.0h；在加热总厚度大于200mm的原料坯时，炉温提升到900～950℃后再保温1.5～2.5h”工艺，原料坯外层的q235钢的温度可控制在890～940℃，高于q235钢的860℃γ相转变点，q235钢已完全进行了延伸性能良好的γ相奥氏体区域，利于q235钢后续的轧制；此时，原料坯心部的ta1、ta2、ta3工业纯钛的温度可控制在850～880℃，ta1、ta2、ta3工业纯钛也没有进行β相转变，因此，也不会产生大量的tife、tife2，以及脆性的tic。
第三步：按上述工艺加热的α型ta1、ta2、ta3工业纯钛与q235钢原料坯出炉，直接在板带轧制上进行轧制，轧制完成后，空冷，即可得到所需厚度的α型ta1、ta2、ta3工业纯钛与q235钢复合板/卷。
实施例1
某钢铁厂采用炉膛尺寸为2200mm(宽)×4000mm(长)×2000mm(高)、炉顶6个煤气烧嘴、最高加热温度为1200℃的燃气式室式炉加热α型ta1工业纯钛与q235钢组合成的250mm(厚)×1000mm(宽)×2000mm(长)尺寸的原料坯，其中两块钛板厚度之和为50mm，单块钛板厚度为25mm。
首先把室式炉炉膛温度从室温升高到890℃，再放入组坯好的原料坯。1.0小时后用optris红外线测温仪(型号irp20，测量范围0～1300℃)测定原料坯的表面温度达到750℃时，1.5小时(离前述原料坯的表面温度达到750℃后0.5小时)后红外线测温仪测定原料坯表面温度为890℃，煤气适当调小，用红外线测温仪测定原料坯的表面温度为850℃，保持此煤气用量，3.5小时(离前述原料坯的表面温度达到750℃后2.5小时)后用红外线测温仪测定原料坯的表面温度为850℃，第一次加热完成。
加大煤气用量，0.4h后室式炉热电偶测定炉膛温度为950℃，适当减少煤气用量，保持炉膛温度在950℃，再次保温1.5h后第二次加热完成。原料坯出炉进行轧制，原料坯一次性通过2050热连轧机组，空冷后得到厚度为13mm的钛钢复合板/卷，该13mm的钛钢复合板/卷由四层金属组成，其中最外两层为q235钢层厚度分别为5.2mm，内层两层为钛层厚度分别为1.3mm。
该厚度为13mm的钛钢复合板/卷掀板后，可得到两张6.5mm的钛钢复合板，6.5mm的钛钢复合板中钢层厚度为5.2mm，钛层厚度为1.3mm。按gb/t8547-2006钛-钢复合板附录a中要求的试验方法，采用纵波脉冲反射法对本实施例所得6.5mm厚的α型ta1工业纯钛与q235钢复合板的结合状态进行超声波探伤检查。检查结果为：其面积结合率为99.1％，达到了gb/t8547-2006标准中轧制复合板(1类)面积结合率不低于98％的规定；单个不结合区的最大长度为49.3mm，达到了gb/t8547-2006标准中轧制复合板(1类)单个不结合区长度小于75mm的规定，且其面积为20.1cm2，达到了gb/t8547-2006标准中轧制复合板(1类)面积小于45cm2的规定，综合评价达到了gb/t8547-2006钛-钢复合板标准中第4.5条关于结合面积的要求。
实施例2
某钢铁厂采用炉膛尺寸为2200mm(宽)×4000mm(长)×2000mm(高)、炉顶6个煤气烧嘴、最高加热温度为1200℃的燃气式室式炉加热α型ta2工业纯钛与q235钢组合成的250mm(厚)×1000mm(宽)×2000mm(长)尺寸的原料坯，其中钛板两块钛板厚度之和为50mm，单块钛板厚度为25mm。
首先把室式炉炉膛温度从室温升高到850℃，再放入组坯好的原料坯。1.5小时后用optris红外线测温仪(型号irp20，测量范围0～1300℃)测定原料坯的表面温度达到780℃时，3.5小时(离前述原料坯的表面温度达到780℃后2.0小时)后红外线测温仪测定原料坯表面温度为800℃，5.5小时(离前述原料坯的表面温度达到780℃后4.0小时)后用红外线测温仪测定原料坯的表面温度为820℃，第一次加热完成。
加大煤气用量，0.5h后室式炉热电偶测定炉膛温度为900℃，适当减少煤气用量，保持炉膛温度在900℃，再次保温2.5h后第二次加热完成。原料坯出炉进行轧制，原料坯一次性通过2050热连轧机组，空冷后得到厚度为13mm的钛钢复合板/卷。厚度为13mm的钛钢复合板/卷，该13mm的钛钢复合板/卷由四层金属组成，其中最外两层为q235钢层厚度分别为5.2mm，内层两层为钛层厚度分别为1.3mm。
该厚度为13mm的钛钢复合板/卷掀板后，可得到两张6.5mm的钛钢复合板，6.5mm的钛钢复合板中钢层厚度为5.2mm，钛层厚度为1.3mm。按gb/t8547-2006钛-钢复合板附录a中要求的试验方法，采用纵波脉冲反射法对本实施例所得6.5mm厚的α型ta2工业纯钛与q235钢复合板的结合状态进行超声波探伤检查。检查结果为：其面积结合率为99.3％，达到了gb/t8547-2006标准中轧制复合板(1类)面积结合率不低于98％的规定；单个不结合区的最大长度为42.3mm，达到了gb/t8547-2006标准中轧制复合板(1类)单个不结合区长度小于75mm的规定，且其面积为19.4cm2，达到了gb/t8547-2006标准中轧制复合板(1类)面积小于45cm2的规定，综合评价达到了gb/t8547-2006钛-钢复合板标准中第4.5条关于结合面积的要求。
实施例3
某钢铁厂采用炉膛尺寸为2200mm(宽)×4000mm(长)×2000mm(高)、炉顶6个煤气烧嘴、最高加热温度为1200℃的燃气式室式炉加热α型ta3工业纯钛与q235钢组合成的250mm(厚)×1000mm(宽)×2000mm(长)尺寸的原料坯，其中两块钛板厚度之和为50mm，单块钛板厚度为25mm。
首先把室式炉炉膛温度从室温升高到880℃，再放入组坯好的原料坯。0.75小时后用optris红外线测温仪(型号irp20，测量范围0～1300℃)测定复合板(卷)原料坯的表面温度达到770℃时，1.5小时(离前述原料坯的表面温度达到770℃后0.75小时)后红外线测温仪测定原料坯表面温度为850℃，煤气适当调小，用红外线测温仪测定原料坯的表面温度为840℃，保持此煤气用量，3.75小时(离前述原料坯的表面温度达到770℃后3.0小时)后用红外线测温仪测定复合板(卷)原料坯的表面温度为850℃，第一次加热完成。
加大煤气用量，0.4h后室式炉热电偶测定炉膛温度为930℃，适当减少煤气用量，保持炉膛温度在930℃，再次保温2.0h后第二次加热完成。原料坯出炉进行轧制，原料坯一次性通过2050热连轧机组，空冷后得到厚度为13mm的钛钢复合板/卷，该13mm的钛钢复合板/卷由四层金属组成，其中最外两层为q235钢层厚度分别为5.2mm，内层两层为钛层厚度分别为1.3mm。
该厚度为13mm的钛钢复合板/卷掀板后，可得到两张6.5mm的钛钢复合板，6.5mm的钛钢复合板中钢层厚度为5.2mm，钛层厚度为1.3mm。按gb/t8547-2006钛-钢复合板附录a中要求的试验方法，采用纵波脉冲反射法对本实施例所得6.5mm厚的α型ta3工业纯钛与q235钢复合板的结合状态进行超声波探伤检查。检查结果为：其面积结合率为98.6％，达到了gb/t8547-2006标准中轧制复合板(1类)面积结合率不低于98％的规定；单个不结合区的最大长度为70.1mm，达到了gb/t8547-2006标准中轧制复合板(1类)单个不结合区长度小于75mm的规定，且其面积为42.3cm2，达到了gb/t8547-2006标准中轧制复合板(1类)面积小于45cm2的规定，综合评价达到了gb/t8547-2006钛-钢复合板标准中第4.5条关于结合面积的要求。
实施例4
某钢铁厂采用炉膛尺寸为2200mm(宽)×4000mm(长)×2000mm(高)、炉顶6个煤气烧嘴、最高加热温度为1200℃的燃气式室式炉加热α型ta3工业纯钛与q235钢组合成200mm(厚)×1000mm(宽)×2000mm(长)尺寸的原料坯，其中两块钛板厚度之和为50mm，单块钛板厚度为25mm。
首先把室式炉炉膛温度从室温升高到890℃，再放入组坯好的原料坯。1.0小时后用optris红外线测温仪(型号irp20，测量范围0～1300℃)测定原料坯的表面温度达到780℃时，1.5小时(离前述原料坯的表面温度达到780℃后0.5小时)后红外线测温仪测定原料坯表面温度为850℃，煤气适当调小，用红外线测温仪测定原料坯的表面温度为850℃，保持此煤气用量，3.0小时(离前述原料坯的表面温度达到780℃后2.0小时)后用红外线测温仪测定原料坯的表面温度为850℃，第一次加热完成。
加大煤气用量，0.4h后室式炉热电偶测定炉膛温度为950℃，适当减少煤气用量，保持炉膛温度在950℃，再次保温1.0h后第二次加热完成。原料坯出炉进行轧制，原料坯一次性通过1450热连轧机组，空冷后得到厚度为13mm的钛钢复合板/卷，该13mm的钛钢复合板/卷由四层金属组成，其中最外两层为q235钢层厚度分别为4.9mm，内层两层为钛层厚度分别为1.5mm。
该厚度为13mm的钛钢复合板/卷掀板后，可得到两张6.5mm的钛钢复合板，6.5mm的钛钢复合板中钢层厚度为4.9mm，钛层厚度为1.6mm。按gb/t8547-2006钛-钢复合板附录a中要求的试验方法，采用纵波脉冲反射法对本实施例所得6.5mm厚的α型ta3工业纯钛与q235钢复合板的结合状态进行超声波探伤检查。检查结果为：其面积结合率为99.6％，达到了gb/t8547-2006标准中轧制复合板(1类)面积结合率不低于98％的规定；单个不结合区的最大长度为10.5mm，达到了gb/t8547-2006标准中轧制复合板(1类)单个不结合区长度小于75mm的规定，且其面积为9.6cm2，达到了gb/t8547-2006标准中轧制复合板(1类)面积小于45cm2的规定，综合评价达到了gb/t8547-2006钛-钢复合板标准中第4.5条关于结合面积的要求。
对比例1(加热温度过高)
某钢铁厂采用炉膛尺寸为2200mm(宽)×4000mm(长)×2000mm(高)、炉顶6个煤气烧嘴、最高加热温度为1200℃的燃气式室式炉加热α型ta2工业纯钛与q235钢组合成的250mm(厚)×1000mm(宽)×2000mm(长)尺寸的原料坯，其中两块钛板厚度之和为50mm，单块钛板厚度为25mm。
首先把室式炉炉膛温度从室温升高到900℃，再放入组坯好的原料坯。1.0小时后用optris红外线测温仪(型号irp20，测量范围0～1300℃)测定原料坯的表面温度达到900℃时，6.0小时后用红外线测温仪测定原料坯的表面温度为900℃。原料坯出炉进行轧制，原料坯一次性通过2050热连轧机组，空冷后得到厚度为13mm的钛钢复合板/卷，该13mm的钛钢复合板/卷由四层金属组成，其中最外两层为q235钢层厚度分别为5.2mm，内层两层为钛层厚度分别为1.3mm。
该厚度为13mm的钛钢复合板/卷掀板后，可得到两张6.5mm的钛钢复合板，6.5mm的钛钢复合板中钢层厚度为5.2mm，钛层厚度为1.3mm。按gb/t8547-2006钛-钢复合板附录a中要求的试验方法，采用纵波脉冲反射法对本对比例所得6.5mm厚的α型ta2工业纯钛与q235钢复合板的结合状态进行超声波探伤检查。检查结果为：其面积结合率为89.2％，没有达到gb/t8547-2006标准中轧制复合板(1类)面积结合率不低于98％的规定；单个不结合区的最大长度为102.6mm，没有达到gb/t8547-2006标准中轧制复合板(1类)单个不结合区长度小于75mm的规定，且其面积为85.2cm2，没有达到gb/t8547-2006标准中轧制复合板(1类)面积小于45cm2的规定，综合评价没有达到gb/t8547-2006钛-钢复合板标准中第4.5条关于结合面积的要求。
对比例2(加热温度过低)
某钢铁厂采用炉膛尺寸为2200mm(宽)×4000mm(长)×2000mm(高)、炉顶6个煤气烧嘴、最高加热温度为1200℃的燃气式室式炉加热α型ta2工业纯钛与q235钢组合成的250mm(厚)×1000mm(宽)×2000mm(长)尺寸的原料坯，其中两块钛板厚度之和为50mm，单块钛板厚度为25mm。想要生产厚度为13mm的钛钢复合板/卷。
首先把室式炉炉膛温度从室温升高到800℃，再放入组坯好的原料坯。1.5小时后用optris红外线测温仪(型号irp20，测量范围0～1300℃)测定复合板(卷)原料坯的表面温度达到700℃时，3.5小时后红外线测温仪测定原料坯表面温度为700℃，5.5小时后用红外线测温仪测定原料坯的表面温度为700℃，第一次加热完成。加大煤气用量，0.5h后室式炉热电偶测定炉膛温度为850℃，适当减少煤气用量，保持炉膛温度在850℃，保温2.5h后第二次加热完成。原料坯出炉进行轧制，2050热连轧机组轧制负荷过大，超过连轧机组设备能力，返回加热炉再次进行加热。