一种锆/钢复合板的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于层状金属复合材料加工技术领域，具体涉及一种锆/钢复合板的制备方法。
【背景技术】
[0002]锆属于钝化型金属，室温下能和空气中的氧起反应，表面生成十分致密的钝化膜，对于大多数有机酸、无机酸、强碱、熔融盐等介质具有比不锈钢、钛、镍合金更有优异的耐蚀性能。同时，锆的力学性能和热传导性也很优良，适宜用作压力容器的壳体、换热器管板、塔器部件和管道等。采用爆炸焊接技术制备的锆/钢、锆/不锈钢、钽/锆/钛/钢复合板等，不仅综合利用了锆、钢、不锈钢、钽、钛的优点，而且为节约锆资源、降低设备造价、满足特殊耐蚀要求提供了一条实用、可靠的途径。
[0003]爆炸焊接实践表明，直接将锆板通过爆炸焊接复合到钢板上会产生局部不结合的现象，特别是制备大面积锆/钢复合板时，该问题尤为突出，而且锆/钢复合板很难100 %通过弯曲检验。因此在锆和钢之间采用纯钛作为过渡层，是一种很好的解决办法。其原因是钛和钢的爆炸焊接工艺成熟，并且锆与钛同为元素周期IV-B族，其化学性质和其他一些性能十分相近。
[0004]但采用钛过渡层制备锆/钢复合板时，将锆板通过爆炸焊接复合在已经复合钛过渡层的钢板上时，钛/钢界面会再次承受一次爆炸冲击，这对钛/钢界面的结合是不利的，严重时也会出现不结合现象；同时由于增加了钛过渡层与钢爆炸焊接过程，再进行锆板的复合前还需对复合板进行退火、校平、表面处理，显著增加了复合板制备难度，降低了可操作性，不利于大批量生产。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是在于针对上述现有技术中的不足，提供一种锆/钢复合板的制备方法。该方法简单且设计合理、操作方便、生产效率高，先采用爆炸焊接制备锆/钛双金属板坯，将锆/钛双金属板坯组焊后轧制成设计所需的厚度的锆/钛双金属板材，制备的锆/钛双金属板材能直接用于或经拼焊后用于爆炸焊接制备锆/钢复合板，减少了爆炸焊接制备锆/钢复合板时先进行钛过渡层与钢板的爆炸焊接、热处理、校平等工序，大大降低了锆/钢复合板的操作难度，制备的锆/钢复合板具有很好的加工性能，结合强度高、结合率高，剪切强度高，弯曲试验结合界面不出现分层，而且锆板原有的性能不改变，耐腐蚀性能、抗疲劳性能不降低。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种锆/钢复合板的制备方法，所制备的锆/钢复合板包括基层钢板和覆层锆板，以及位于基层钢板和覆层锆板之间的钛板，其特征在于，该方法包括以下步骤:
[0007]步骤一、锆/钛双金属板坯的爆炸焊接:以锆板作为基层，钛板作为复层，采用平行安装法对锆板和钛板进行安装组配，然后在钛板表面均匀涂刷一层保护层使得爆炸焊接过程中钛板表面不被烧伤，接着在钛板表面均匀布置乳化炸药，对锆板和钛板进行爆炸焊接得到锆/钛双金属板坯；
[0008]步骤二、锆/钛双金属板坯的组焊:在步骤一中制备的锆/钛双金属板坯的锆面均匀覆着耐高温涂层，将覆着有耐高温涂层的锆/钛双金属板坯按照锆面与锆面相对的方式两两组装在一起，然后对组装后的锆/钛双金属板坯的边部进行焊接，得到组焊后的锆/钛双金属板坯；
[0009]步骤三、错/钛双金属板还的轧制:将步骤二中组焊后的错/钛双金属板还在温度为700°C?920°C的条件下加热1min?20min，然后将加热后的锆/钛双金属板坯移至热轧机上进行轧制，切除轧制后的锆/钛双金属板坯边部的焊缝，得到厚度为3mm?12mm的锆/钛双金属板材；
[0010]步骤四、锆/钛双金属板材的表面处理:采用十一辊矫直机对步骤三中所述锆/钛双金属板材进行板形校平处理，然后采用氢氧化钠和硝酸钠的熔融混合物在400°C?600°C条件下对经板形校平处理后的错/钛双金属板材蚀洗15min?20min，再将蚀洗后的锆/钛双金属板材置于温度为60°C?80°C的硫酸溶液中进行酸洗，去除锆/钛双金属板材表面的氧化皮；所述熔融混合物中氢氧化钠的质量浓度为70%?80%，硝酸钠的质量浓度为20%?30% ;所述硫酸溶液的质量浓度为12%?18% ;
[0011]步骤五、锆/钛双金属板材的拼焊:在步骤四中酸洗后的锆/钛双金属板材的待拼焊端的钛层上机加工U形坡口，并使U形坡口的钝边位于锆层上，然后对机加工有U形坡口的锆/钛双金属板材进行拼焊；
[0012]步骤六、锆/钢复合板的爆炸焊接:以钢板为基层，以步骤四中酸洗后的锆/钛双金属板材或步骤五中拼焊后的锆/钛双金属板材为复层，采用平行安装法对钢板和锆/钛双金属板材进行安装组配，然后在锆/钛双金属板材的锆面均匀涂刷一层保护层使得爆炸焊接过程中锆面不被烧伤，接着在锆/钛双金属板材表面均匀布置乳化炸药，对钢板和锆/钛双金属板材进行爆炸焊接得到锆/钢复合板；
[0013]步骤七、锆/钢复合板的退火和校平:对步骤六中制备的锆/钢复合板进行退火处理，空冷后再进行校平处理，得到锆/钢复合板成品。
[0014]上述的一种锆/钢复合板的制备方法，其特征在于，步骤一中所述锆板的待复合面和钛板的待复合面的表面粗糙度均不大于2 μ m，错板的厚度为12mm?62mm，钛板的厚度为3mm?8mm ;步骤一中所述安装组配的方法为:将锆板水平放置在地基上，在锆板上均匀设置多个高度为4mm?20mm的钛棒，然后将钛板置于钛棒上，相邻两个钛棒之间的间距为200mm ?100mm0
[0015]上述的一种锆/钢复合板的制备方法，其特征在于，步骤一中所述乳化炸药的厚度为20mm?80mm。
[0016]上述的一种锆/钢复合板的制备方法，其特征在于，步骤二中所述耐高温涂层为三氧化二铝涂层。
[0017]上述的一种锆/钢复合板的制备方法，其特征在于，步骤三中所述轧制过程中控制轧制温度为700°C?920°C，乳制的道次压下量为2mm?45mm。
[0018]上述的一种锆/钢复合板的制备方法，其特征在于，步骤五中所述钝边的厚度不大于8mm，所述拼焊的具体过程为:先采用等离子焊接进行打底焊，然后采用手工氩弧焊填充U型坡口直至焊缝高于钛层Imm?1.5mm。
[0019]上述的一种锆/钢复合板的制备方法，其特征在于，步骤六中所述安装组配之前对钢板的待复合面和锆/钛双金属板材的待复合面分别进行表面处理至表面粗糙度均不大于2 μ m ;步骤六中所述安装组配的方法为:将钢板水平放置在地基上，在钢板上均匀设置多个高度为6mm?12mm的钛棒，然后将错/钛双金属板材置于钛棒上，相邻两个钛棒之间的间距为200mm?1000mm。
[0020]上述的一种锆/钢复合板的制备方法，其特征在于，步骤六中所述乳化炸药的厚度为 40mm ?120mm。
[0021]上述的一种锆/钢复合板的制备方法，其特征在于，步骤一和步骤六中所述保护层均为机油或沥青。
[0022]上述的一种锆/钢复合板的制备方法，其特征在于，步骤七中所述退火处理的温度为500°C?620°C，退火处理的时间为2h?4h。
[0023]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0024]1、本发明的方法简单且设计合理、操作方便、生产效率高，先采用爆炸焊接制备锆/钛双金属板坯，将锆/钛双金属板坯组焊后轧制成设计所需的厚度的锆/钛双金属板材，制备的锆/钛双金属板材能直接用于或经拼焊后用于爆炸焊接制备锆/钢复合板，减少了爆炸焊接制备锆/钢复合板时先进行钛过渡层与钢板的爆炸焊接、热处理、校平等工序，大大降低了锆/钢复合板的操作难度。
[0025]2、采用本发明的方法制备的锆/钢复合板不仅结合强度高，而且结合率高达99.8%以上；由于锆与钛属于同族元素，其可焊性好，采用爆炸焊接和轧制制备的锆/钛双金属板结合强度和结合率高