钛钢复合板是以钛材为复层、钢材为基层的层状复合材料,主要采用爆炸复合法和热轧法生产,同时冷轧、温轧等复合工艺也有研究与应用。该材料兼具钛的耐蚀性与钢的结构强度,有效降低了纯钛材料成本。该材料分为厚板(≥8mm)与薄板两类:厚板用于化工设备管板、发电设备冷凝器等耐蚀结构件;薄板应用于海洋工程防蚀衬里。其复层厚度为2-14mm,基层厚度≥8mm,最大尺寸可达4000×6000mm,国内已能生产单张面积达50平方米的超大尺寸板。
产品执行NB/T47002.3、ASTM B898、GB/T8547等标准,复层材料涵盖TA1、TA2、TA9、TA10及美标Gr.1、Gr.2等多种牌号,基层材料包括Q245R、Q345R等多种碳钢、低合金钢及不锈钢。
主要应用场景包括PTA化工反应器、核电凝汽器管板、真空制盐设备、海洋钢构物防蚀材及烟气脱硫设备,并拓展至新能源(如锂电池设备)、环保、液氢储运系统等新兴领域。典型案例涵盖国产百万吨级PTA设备、大安盐厂蒸发罐及核电站建设。
国内产业已形成多家领先企业,通过爆炸焊接界面控制等技术实现国产化替代,并已能生产大尺寸的钛钢复合板。制造中需克服界面脆性金属间化合物生成、残余应力控制等技术挑战,并采用超声波扫描成像等先进技术进行界面结合质量检测。
制造方法
一般复合钢板的制造方法有:填充金属钢锭轧制法、爆炸复合法、轧制压接法、堆焊法等。考虑到钛的特性,工业上常采用爆炸复合法或轧制压接法,而实际的生产方法则包括①爆炸复合法,轧制压接法又包括②厚板轧制法③与连续热轧法。爆炸复合法通常是在常温下进行的,轧制压接法是将板组装、加热轧制。
爆炸复合法
爆炸复合法的要点:首先将欲压接的2张金属板之间保持一定间隔放置,在其上面再放上适量炸药。由炸药的一端起爆,爆炸速度每秒数千米,凭借该爆发能钛板从基材钢板的角度碰撞。在该碰撞点基材钢板与钛板因非常大的变形速度与超高压下显示出流体行为,两金属表面的氧化膜、气体吸附层作为金属喷流而排除掉,干净的面与面之间的接合就在瞬间完成,称之为冷接合。
采用该法制造的钛钢复合板可继续热轧至板厚为4mm,所以又称为爆炸复合法。
厚板轧制法
厚板轧制法最初将钛板(复合材)与钢板(基材)以嵌入式的板坯组装。这时,在钛板与钢材之间放入合适的中间嵌入材,再在高真空下采用电子束焊接。最后放入加热炉加热后,在厚板轧机上强压轧到所要求的厚度,这样钛板与钢板则真正接合了。最后将外围切割,分离为2张板。
连续热轧法
连续热轧法与厚板轧制法基本相同,所不同的是2张板中间加入的是钢板,在大气下进行电弧焊接,最后在连续热轧机上连续轧至所要求的厚度,以带卷形式取出。最后将外围切割,分离为2张板。
应用领域
爆炸法、厚板轧制法制造的钛钢复合板为厚板,其用途主要用作耐蚀性构造材料。高纯度对酞酸设备等的化工设备、冷凝器的管板用在发电设备上。该材料在化工领域用于精对苯二甲酸(PTA)项目,如醋酸反应器、加压釜等设备 [1] [6],并实现了进口替代。在真空制盐工业中,蒸发罐、加热室等设备也大量采用钛钢复合板。在电力与核电领域,钛钢复合板广泛应用于发电设备冷凝器管板,特别是在核电领域用于凝汽器管板、过渡接头等设备,产品已实现国产化。

连续热轧制造的钛钢复合板为薄板,主要用在海洋钢构造物的衬里,应用领域为海洋土木。在海洋工程领域,连续热轧制造的薄板及爆炸复合板用于海洋平台管道、储罐内衬、海水管路系统及船舶耐压壳体。钛钢复合板的应用使093型核潜艇耐压壳体减重30% 。