本发明涉及钛钢复合材料生产领域，特别涉及ta钛(即α型ta1～ta3钛)与q235钢复合板/卷原料坯的连续炉等温加热法。
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/卷原料坯的连续炉等温加热法。采用普通钢铁厂所具备的加热钢坯的连续式加热炉就可加热钛钢复合原料坯，且经过本发明方法加热的原料坯采用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/卷原料坯的连续炉等温加热法，包括以下步骤：将ta钛和q235钢组坯得到原料坯，将原料坯进入连续式加热炉，依次经预热、加热、均热即可；其中预热段、加热段、均热段的炉膛温度均为890～910℃，预热段、加热段、均热段的空气过剩系数均为1.30～1.50。
其中，上述ta钛与q235钢复合板/卷原料坯的连续炉等温加热法中，所述的ta钛为α型ta1、ta2或ta3工业纯钛。
其中，上述ta钛与q235钢复合板/卷原料坯的连续炉等温加热法中，当原料坯的总厚度为100～400mm，则总加热时间为7.0～12.0h；当原料坯的厚度小于100mm，则总加热时间均为7.0h；如原料坯的厚度大于400mm，则按厚度每增加1～50mm，总加热时间在12.0h的基础上再增加0.5h，以此类推。例如，如原料坯的厚度在401～450mm范围内，总加热时间在12.5h，如原料坯的厚度在451～500mm范围内，总加热时间在13.0h。
进一步的，上述ta钛与q235钢复合板/卷原料坯的连续炉等温加热法中，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/卷原料坯的连续炉等温加热法中，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/卷原料坯的连续炉等温加热法中，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/卷原料坯的连续炉等温加热法中，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钛与q235钢复合板/卷原料坯的连续炉等温加热法，既可保证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％，单个不结合区长度小于75mm，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/卷原料坯的连续炉等温加热法，包括以下步骤：
第一步：将组坯成功的α型ta1～ta3与q235原料坯用吊车吊放在连续式加热炉的入炉辊道上进行入炉；
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：连续式加热炉加热工艺
入炉后连续式加热炉进行如下操作：预热段空气过剩系数为1.30～1.50，炉膛温度控制在890～910℃；加热段空气过剩系数为1.30～1.50，炉膛温度控制在890～910℃；均热段空气过剩系数为1.30～1.50，炉膛温度控制在890～910℃；
本发明方法加热工艺制定原理如下：α型ta1、ta2和ta3工业纯钛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钢复合板/卷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。
本发明方法设定“预热段空气过剩系数为1.30～1.50，炉膛温度控制在890～910℃；加热段空气过剩系数为1.30～1.50，炉膛温度控制在890～910℃；均热段空气过剩系数为1.30～1.50，炉膛温度控制在890～910℃”的目的就是要求连续式加热炉各段炉膛的目标温度控制在900℃。连续式加热炉的炉膛温度，是通过设置在炉膛的热电偶测得的，这个温度实际上是炉膛气体的温度，不是原材料的实际温度，根据经验通过长时间的加热和保温，炉膛温度要比被加热原料的表面温度高20℃。因此，即使在连续式加热炉的最后一段，即均热段，按上述设定的工艺加热，原料坯心部的α型ta1、ta2、ta3工业纯钛的温度实际为880℃，即钛原料不会出现β相转变，可避免出现大量的tife、tife2，以及脆性的tic。而对于复合板/卷原料坯外部的q235钢来说，在860℃时就已经从体心立方α相转变成了延伸性能良好的面心立方γ相，利于后续压延轧制过程中钢和钛的同步变形。
本发明方法中，连续式加热炉的预热段、加热段和均热段的炉膛温度均控制在890～910℃范围内，此时，如规定单位体积的煤气量理论上完全燃烧所需要的空气量规定为1，则空气过剩系数需控制在1.30～1.50。控制空气过剩系数范围的目的是为了更容易的控制炉膛温度，空气过剩系数低于1.30时，温度的调整十分迟缓，不容易把炉膛温度控制890～910℃，空气过剩系数大于1.50时，炉气量大量增加导致热量的损失过多，也会导致升温速度慢，不利于节约能源和快速的温度调整。
本发明方法中，针对于原料坯加热时间的要求，即“当原料坯的厚度为100～400mm，则连续炉的总加热时间控制在7.0～12.0h；当原料坯的厚度小于100mm，则连续炉的总加热时间均按7.0h控制；当原料坯的厚度大于400mm，则按每增加1～50mm厚度，总加热时间在12.0h的基础上再增加0.5h，以此类推。例如，如原料坯的厚度在401～450mm范围内，总加热时间在12.5h，如原料坯的厚度在451～500mm范围内，总加热时间在13.0h”，这也是考虑到用较长的时间去提升温度到尽可能的接近880℃，这样更有利于后续压延轧制过程中钢和钛的同步变形。
第三步：按上述工艺加热的α型ta1、ta2、ta3工业纯钛与q235钢复合板/卷原料坯出炉，出炉后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
某钢铁厂板带轧机生产线采用上海嘉德环境能源科技有限公司生产的四段步进式连续式加热炉加热α型ta1工业纯钛与q235钢组合成的100mm(厚)×1750mm(宽)×11000mm(长)尺寸的复合板/卷原料坯，其中两块钛板厚度之和为30.0mm，单块钛板厚度为15.0mm。
预热段控制空气过剩系数为1.50，预热段炉膛温度为910℃，加热段控制空气过剩系数为1.50，加热段炉膛温度控制为910℃，均热段控制空气过剩系数为1.50，均热段炉膛温度控制在910℃，总加热时间控制为7.0h，复合原料坯出炉后一次性通过2050热连轧机组进行轧制，空冷后得到厚度为12mm的钛钢复合板/卷，该12mm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4.2mm，内层两层为钛层厚度分别为1.8mm。
该厚度为12mm的钛钢复合板/卷掀板后，可得到两张6.0mm的钛钢复合板，6.0mm的钛钢复合板中钢层厚度为4.2mm，钛层厚度为1.8mm。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6.0mm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58.1mm，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29.5cm2，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
某钢铁厂板带轧机生产线采用上海嘉德环境能源科技有限公司生产的四段步进式连续式加热炉加热α型ta2工业纯钛与q235钢组合成的250mm(厚)×1750mm(宽)×11000mm(长)尺寸的复合板/卷原料坯，其中两块钛板厚度之和为50mm，单块钛板厚度为25mm。
预热段控制空气过剩系数为1.30，预热段炉膛温度为900℃，加热段控制空气过剩系数为1.30，加热段炉膛温度控制为900℃，均热段控制空气过剩系数为1.30，均热段炉膛温度控制在900℃，总加热时间控制为9.5h，复合原料坯出炉后一次性通过2050热连轧机组进行轧制，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62.3mm，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34.1cm2，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3
某钢铁厂板带轧机生产线采用上海嘉德环境能源科技有限公司生产的四段步进式连续式加热炉加热α型ta3工业纯钛与q235钢组合成的400mm(厚)×1950mm(宽)×11000mm(长)尺寸的复合板/卷原料坯，其中两块钛板厚度之和为90mm，单块钛板厚度为45mm。
预热段控制空气过剩系数为1.40，预热段炉膛温度为890℃，加热段控制空气过剩系数为1.40，加热段炉膛温度控制为890℃，均热段控制空气过剩系数为1.40，均热段炉膛温度控制在890℃，总加热时间控制为12.0h，复合原料坯出炉后一次性通过2050热连轧机组进行轧制，空冷后得到厚度为14mm的钛钢复合板/卷，该14mm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5.4mm，内层两层为钛层厚度分别为1.6mm。
该厚度为14mm的钛钢复合板/卷掀板后，可得到两张7.0mm的钛钢复合板，7.0mm的钛钢复合板中钢层厚度为5.4mm，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7.0mm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98.4％，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65.3mm，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36.3cm2，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
某钢铁厂板带轧机生产线采用上海嘉德环境能源科技有限公司生产的四段步进式连续式加热炉加热α型ta3工业纯钛与q235钢组合成的90mm(厚)×1700mm(宽)×11000mm(长)尺寸的复合板/卷原料坯，其中两块钛板厚度之和为27mm，单块钛板厚度为13.5mm。
预热段控制空气过剩系数为1.30，预热段炉膛温度为890℃，加热段控制空气过剩系数为1.30，加热段炉膛温度控制为890℃，均热段控制空气过剩系数为1.30，均热段炉膛温度控制在890℃，总加热时间控制为7.0h，复合原料坯出炉后一次性通过2050热连轧机组进行轧制，空冷后得到厚度为10mm的钛钢复合板/卷，该10mm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3.5mm，内层两层为钛层厚度分别为1.5mm。
该厚度为10mm的钛钢复合板/卷掀板后，可得到两张5.0mm的钛钢复合板，5.0mm的钛钢复合板中钢层厚度为3.5mm，钛层厚度为1.5mm。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5.0mm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99.2％，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40.1mm，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15.4cm2，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5
某钢铁厂板带轧机生产线采用上海嘉德环境能源科技有限公司生产的四段步进式连续式加热炉加热α型ta2工业纯钛与q235钢组合成的450mm(厚)×1700mm(宽)×11000mm(长)尺寸的复合板/卷原料坯，其中两块钛板厚度之和为90mm，单块钛板厚度为45mm。
预热段控制空气过剩系数为1.50，预热段炉膛温度为910℃，加热段控制空气过剩系数为1.50，加热段炉膛温度控制为910℃，均热段控制空气过剩系数为1.50，均热段炉膛温度控制在910℃，总加热时间控制为12.5h，复合原料坯出炉后一次性通过2050热连轧机组进行轧制，空冷后得到厚度为16mm的钛钢复合板/卷，该16mm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6.4mm，内层两层为钛层厚度分别为1.6mm。
该厚度为16mm的钛钢复合板/卷掀板后，可得到两张8.0mm的钛钢复合板，8.0mm的钛钢复合板中钢层厚度为6.4mm，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8.0mm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98.5％，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50.3mm，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21.6cm2，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
某钢铁厂板带轧机生产线采用上海嘉德环境能源科技有限公司生产的四段步进式连续式加热炉加热α型ta2工业纯钛与q235钢组合成的250mm(厚)×1750mm(宽)×11000mm(长)尺寸的复合板/卷原料坯，其中两块钛板厚度之和为50mm，单块钛板厚度为25mm。
预热段控制空气过剩系数为1.50，预热段炉膛温度为950℃，加热段控制空气过剩系数为1.50，加热段炉膛温度控制为950℃，均热段控制空气过剩系数为1.50，均热段炉膛温度控制在950℃，总加热时间控制为9.5h，复合原料坯出炉后一次性通过2050热连轧机组进行轧制，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97.2％，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59.3mm，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39.7cm2，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
某钢铁厂板带轧机生产线采用上海嘉德环境能源科技有限公司生产的四段步进式连续式加热炉加热α型ta2工业纯钛与q235钢组合成的250mm(厚)×1750mm(宽)×11000mm(长)尺寸的复合板/卷原料坯，其中两块钛板厚度之和为50mm，单块钛板厚度为25mm。想要轧制生产厚度为13mm的钛钢复合板卷。
预热段控制空气过剩系数为1.20，预热段炉膛温度为850℃，加热段控制空气过剩系数为1.20，加热段炉膛温度控制为850℃，均热段控制空气过剩系数为1.20，均热段炉膛温度控制在850℃，总加热时间控制为7.0h，复合原料坯出炉后2050热连轧机组轧制负荷过大，超过连轧机组设备能力，返回加热炉再次加热。