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高性能材料制备技术与装备


  真空制坯热轧复合技术(VRC)是一种国际上运用比较成熟的金属复合技术,该技术不但可以对同质的钢板进行复合以制备特厚钢板,还可以对异质金属进行复合来制备异质金属复合板,具有极其优异的工艺适应性,工艺流程如图1所示,先对坯料进行表面清理,组坯后在高真空环境下采用电子束焊机将四周进行焊接,保证待复合界面处于高真空状态,再热轧复合,得到高性能异种金属复合板。

图1 VRC工艺流程
  采用真空轧制复合技术(VRC)用于生产高品质的异种金属复合板,该类产品具有极其优异的界面结合性能和100%界面结合率,可满足I级探伤合格,此外还有优异的耐蚀性。这些高品质的异种金属复合板主要用于压力容器、核电、换热器片、含H2S高腐蚀性油气的输送管道等对复合板品质要求极高的领域,因此该类产品具有极高的附加值,市场潜在需求巨大。
  东北大学RAL在制备异质金属复合板方面,承担了一系列真空制坯轧制复合领域的国家项目,2013年东北大学RAL承担了国家863项目“宽幅特厚不锈钢复合板的真空热轧复合技术”(项目号:2013AA031300,经费:350万元),2015年东北大学RAL承担了国家863重点项目“海洋平台用高锰高强韧中厚板及“钛/钢”复合板研究与生产技术开发”(项目号:2015AA03A501,经费:2680万元),2016年东北大学RAL承担了十三五重点研发计划“高强度、大规格、易焊接海洋工程用钢及应用”(项目号:2016YFB0300603,经费:3780万元)项目中的全轧制钛/钢复合板开发部分工作。2017年8月东北大学RAL承担了十三五重点研发计划“低温耐蚀容器钢的开发研究”的课题:奥氏体不锈钢/Cr-Mo临氢钢耐蚀复合板的研究(经费:290万元)。此外,东北大学RAL还承担了多项省部级科研项目。目前,东北大学RAL在VRC技术领域已获9项国家发明专利授权,并且掌握了一系列的特厚板和异种金属复合板制备的工艺生产诀窍。2017年,东北大学通过技术转让的方式,将高性能复合板相关技术转让予我公司。

1.不锈钢复合板

  不锈钢复合板作为纯不锈钢的替代材料,不仅大量节约Cr、Ni元素,降低成本,而且同时兼备不锈钢复材优异的耐蚀性和钢基材优良的力学性能,被广泛应用在诸多领域中。当前,国内外不锈钢复合板的生产以轧制复合法为主,该法生产工艺简单,效率高,产品质量较好。我公司率先在国内进行了大量不锈钢复合板方面的研究工作,现已成功开发出了304/Q345、316L/X65等一系列复合板,不锈钢复合板结合界面规则平整,Cr、Ni等元素扩散充分,双金属实现了牢固的冶金结合,如图2所示。不锈钢复合板的内外弯曲实验测试后表面无开裂,复合界面抗弯性能良好。对不锈钢复合板进行剪切强度实验,抗剪强度最高达到484Mpa,远高于国标210MPa的规定,且剪切断面属于典型的剪切韧窝。

图2 不锈钢复合板结合界面和实验测试情况
2.钛/钢复合板

  钛/钢复合板同时兼具钛复材的耐蚀性以及钢基材的低成本和高强度的优点,因而被广泛应用。目前国内的钛/钢复合板主要以爆炸复合法生产为主,但爆炸复合对环境污染严重,不适合当前绿色环保的生产理念,此外爆炸复合法生产的钛/钢复合板的界面结合质量较差,存在低界面结合率和界面结合强度不均匀的问题,以及对复合板的板幅和厚度具有很大程度的限制。我公司在异种金属复合板开发方面进行了大量的研究工作。在生产现场制备出了幅宽达3.5m的TA2钛/钢复合板,从图3中可以看出复合板表面十分平整,界面平直无任何夹杂物和开裂,界面生成了连续的TiC薄层有效地隔绝了Ti-Fe脆性相的生成,获得了优异的冶金结合界面,界面最大剪切强度超过240MPa,界面呈明显的韧性断裂特征,内、外弯曲180度测试后复合界面无开裂。

图3 钛/钢复合板结合界面和实验测试情况
  本公司拥有制备不锈钢/钢复合板、镍基合金/钢复合板、钛(钛合金)/钢复合板、耐磨钢/低碳钢以及具有高耐蚀性的容器用复合板专有技术,并且先后将该技术应用到了南钢、鞍钢、连云港珠江钢管、文丰、舞阳等地,为企业开发出了不同成分体系的高品质异种金属复合板。本公司现提供各种高性能异种金属复合板的专用技术和产品开发,并承接包含异种金属复合板产线涉及全套设备的交钥匙工程。

图4 不锈钢复合板

图5 某钢厂现场生产的厚度超过200mm的Q420、Q345特厚钢板

图6 某钢厂现场生产的幅宽2.5m的825镍基合金/X65管线钢复合板

图7 3.5m宽幅的钛/钢复合板

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