真空熱軋制電廠脫硫用鈦鋼復(fù)合板研究

供稿|王小兵，劉潤(rùn)生，任連保，劉繼雄，田春亞 / WANG Xiao-bing, LIU Run-sheng, REN Lian-bao, LIU Jixiong, TIAN Chun-ya

火力電廠煙囪內(nèi)襯濕法脫硫用薄復(fù)層(1.2 mm)鈦鋼復(fù)合板是寶鈦集團(tuán)的主導(dǎo)產(chǎn)品，自2003年底采用爆炸+軋制法研制成功至2014年底工藝已經(jīng)非常成熟。但也存在以下制約影響：(1)爆炸坯料野外露天作業(yè)，刮風(fēng)、下雨使生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行，影響生產(chǎn)的連續(xù)性和交貨期。(2)坯料爆炸復(fù)合時(shí)產(chǎn)生的煙霧及噪音對(duì)環(huán)境的污染影響嚴(yán)重。

因此研究利用寶鈦集團(tuán)3.3 m熱軋機(jī)的設(shè)備優(yōu)勢(shì)和多年積累技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用新的工藝方法——真空熱軋制法生產(chǎn)電廠煙囪脫硫用薄復(fù)層鈦鋼復(fù)合板，實(shí)現(xiàn)廠房生產(chǎn)線連續(xù)生產(chǎn)，即環(huán)保又不受天氣影響，以較低的成本及較高的生產(chǎn)率提高核心競(jìng)爭(zhēng)力很有必要。

工藝方案

根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備和技術(shù)能力，前期先進(jìn)行小規(guī)格試塊投料試驗(yàn)，加熱軋制在寶鈦集團(tuán)板帶廠1.2 m熱軋機(jī)上實(shí)施，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果篩選工藝方案。

試驗(yàn)方案及材料

方案1：鎳箔為過(guò)渡層，鈦板和鋼板對(duì)稱(chēng)組料后加熱軋制。

表1 三種方案投料明細(xì)

方案2：鎳帶爆炸復(fù)合到鈦板上，再與鋼板對(duì)稱(chēng)組料后加熱軋制。

方案3：將鈦板釬焊到鋼板上，再加熱單軋。

三種方案試驗(yàn)結(jié)果

方案1：

鎳箔為過(guò)渡層的(Q235B /Ni/ TA2＋TA2/Ni/Q235B)方案， 將2塊規(guī)格為(54/0.3/10＋10/0.3/54)mm×1000 mm×600 mm的復(fù)合板對(duì)扣焊接成一組。2013年4月初組料， 2013年5月8日在板帶廠1.2 m軋機(jī)加熱軋制，加熱溫度950 ℃，保溫時(shí)間3 h，軋制成為2塊1.2/8 mm×1000 mm×3800 mm鈦鋼復(fù)合板，取樣檢測(cè)如表2。

方案2：

將 2塊尺寸為1.2 mm×950 mm×550 mm的鎳帶分別爆炸復(fù)合到2塊尺寸為10 mm×950 mm×550 mm的TA2鈦板上，然后再與2塊尺寸為54 mm×1000 mm×600 mm的Q235B鋼板組坯焊接，即2塊(Q235B/Ni/TA2＋TA2/Ni/Q235B)(10/1.2/54＋54/1.2/10)mm×1000 mm×600 mm復(fù)合板為一組，2013年4月初組料，2013年5月8日在板帶廠1.2 m軋機(jī)加熱軋制，加熱溫度950 ℃，保溫時(shí)間3 h，軋制成為2塊1.2/8 mm×1000 mm×3800 mm鈦鋼復(fù)合板，并取樣檢測(cè)如表3。

方案3：

2013年1月釬焊1塊規(guī)格為10/54 mm×100 mm×100 mm鈦和鋼的試塊，檢測(cè)2個(gè)試樣的釬焊結(jié)合強(qiáng)度，剪切強(qiáng)度分別為87 MPa、46 MPa。2013年3月13日在西北有色研究院六室350軋機(jī)軋制，加熱溫度950 ℃，保溫時(shí)間2 h，軋制成為2塊1.2/8 mm×100 mm×690 mm的鈦鋼復(fù)合板，后經(jīng)探傷四周邊有分層現(xiàn)象，取樣檢測(cè)剪切強(qiáng)度為46 MPa,，依據(jù)結(jié)果停止鈦和鋼釬焊后再熱軋的方案。

表2 方案1板力學(xué)性能檢測(cè)表

表3 方案2板力學(xué)性能檢測(cè)表

工藝優(yōu)選

將三種方案進(jìn)行了試驗(yàn)，方案3不可行，方案1是把過(guò)渡層鎳箔組料時(shí)放在復(fù)層鈦板與基層鋼板之間，組料疊軋；

方案2是把過(guò)渡層鎳帶首先爆炸復(fù)合到鈦板上，再將已有過(guò)渡層的鈦板與基層鋼板組料疊軋，其余組料焊接、抽真空、加熱、軋制工序一樣。

方案1和2生產(chǎn)的復(fù)合板結(jié)合率、剪切強(qiáng)度、力學(xué)性能、彎曲性能檢測(cè)符合GB/T8547-2006的標(biāo)準(zhǔn)要求，方案1比方案2試驗(yàn)結(jié)果更好，而且方案1較方案2減少了爆炸復(fù)合工序，方案1最佳。

大板幅試驗(yàn)工藝過(guò)程

◆ 方案1工藝流程

◆ 坯料組配焊接

◆ 坯料焊接密封性檢測(cè)及抽真空

坯料焊接采用埋弧焊，焊接后采用旋片式真空泵抽真空，真空度達(dá)到0.5 Pa，進(jìn)行焊縫密封性檢測(cè)。

◆ 加熱軋制工藝

2014年1月29日在寬厚板公司3.3 m軋機(jī)進(jìn)行軋制電廠煙囪用薄復(fù)層鈦鋼復(fù)合板一組。

軋制工藝：(1)均勻加熱，2＃步進(jìn)天然氣爐加熱，950 ℃，加熱4 h。(2)軋制時(shí)不開(kāi)冷卻水，保證終軋溫度≥800 ℃。(3)低速大變形軋制。

試驗(yàn)結(jié)果

軋制后矯直圖4、成品圖片圖5及取樣檢測(cè)結(jié)果表5。

討論分析

表面質(zhì)量

1.2 m軋機(jī)軋制前隔離劑用的是TA89抗氧化涂層，軋制后鈦復(fù)層表面桔皮狀嚴(yán)重，3.3 m軋機(jī)軋制前改換石墨乳，軋制后鈦復(fù)層表面比較光滑。

圖1 方案1工藝流程

圖2 方案1的坯料組坯圖

圖3 焊接完成坯料

表4 軋制規(guī)格及道次分配工藝

圖4 軋制后矯直

圖5 成品圖片

表5 取樣檢測(cè)結(jié)果

結(jié)合率

在1.2 m軋機(jī)和3.3 m軋機(jī)軋制的復(fù)合板火割頭尾及側(cè)邊后超聲波探傷100%結(jié)合，證明工藝趨于成熟。

結(jié)合強(qiáng)度及力學(xué)性能

方案1生產(chǎn)的復(fù)合板結(jié)合率、剪切強(qiáng)度、力學(xué)性能、彎曲性能檢測(cè)符合GB/T8547-2006的標(biāo)準(zhǔn)要求。

界面組織和成分

(1) 組織觀察

圖6、7分別為寶鈦集團(tuán)金屬?gòu)?fù)合板公司軋制復(fù)合板界面的鋼側(cè)、鈦側(cè)組織，由圖可見(jiàn)，此板存在著明顯的過(guò)渡層，厚度為200 μm左右。鋼側(cè)仍為鐵素體與珠光體組織，鈦側(cè)為等軸狀組織。從晶粒排布來(lái)看，有明顯的軋制痕跡，界面平直，貼合良好。鋼層靠近界面處有一白色帶狀區(qū)域，應(yīng)為鐵素體。在過(guò)渡層和鈦側(cè)界面處有些黑色的顆粒物，應(yīng)該是在軋制過(guò)程中由于高溫而使得碳向鈦層擴(kuò)散在界面生成TiC等脆性化合物，它會(huì)降低界面結(jié)合強(qiáng)度。

(2) 掃描分析

圖8、9為復(fù)合板公司鈦鋼復(fù)合板的界面元素?cái)U(kuò)散特征。根據(jù)成分曲線的變化，可以看出鈦和鐵發(fā)生了一定的擴(kuò)散且擴(kuò)散過(guò)程是連續(xù)變化的。圖中鈦和鐵的含量曲線相互交叉成X型，說(shuō)明在擴(kuò)散層的某些部位，鈦和鐵的含量具有形成Ti-Fe金屬間化合物可能性的比例關(guān)系。而Fe元素相對(duì)于Ti元素?cái)U(kuò)散更為活躍，擴(kuò)散量也比較大。這是由于Fe在軋制過(guò)程中高溫條件下具有較高的化學(xué)活性，很容易與其它元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)造成的，在打點(diǎn)處可以看到，F(xiàn)e元素的含量出現(xiàn)富集，這是由于過(guò)渡層而形成。

圖6 軋制復(fù)合板界面鋼側(cè)組織

圖7 軋制復(fù)合板界面鈦側(cè)組織

圖8 軋制界面擴(kuò)散曲線

圖9 軋制界面兩側(cè)成分

結(jié)論

采用真空熱軋制法生產(chǎn)的薄復(fù)層(1.2 mm)鈦鋼復(fù)合板符合GB/T8547-2006 R2(τb剪切強(qiáng)度≥140 MPa，t貼合率≥95%)。

采用真空熱軋制法批量化生產(chǎn)，其產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，成品率與BR法接近，為87%~90%、生產(chǎn)成本相對(duì)BR法有一定優(yōu)勢(shì)，值得推廣。

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