新材料及其应用

本发明提供了一种钛合金/碳钢复合板及其制备方法，属于金属复合板材料加工技术领域。本发明通过对碳钢板进行刻槽和对钛合金板进行波纹轧制，在组坯时使槽与波纹齿相互咬合，可以有效地使钛、钢协同变形，钛层对钢层施加拉应力，钢层对钛层施加压应力；在轧制过程采用粗轧和精轧的轧制工艺，可以有效地打碎表面金属和界面杂质层，形成紧密结合的钛/钢界面，从而促使钛/钢界面的形成；对组坯进行密封和抽真空，减少了轧制钛/钢复合板金属表面的氧化，抑制了金属间脆性化合物的生成，降低了界面残余应力。本发明提供的制备方法得到的钛合金/碳钢复合板界面具有界面结合紧密和界面残余应力低的特点。

海洋工程装备防腐应用：该钛合金/碳钢复合板通过创新界面结合技术，在保留碳钢结构强度的同时赋予接触面优异的耐海水腐蚀特性，为海上风电导管架、钻井平台等海洋基础设施提供兼顾经济性与长效防护的解决方案，显著降低全寿命周期维护成本。

化工容器轻量化设计：在PTA氧化反应器等高压容器制造中，复合板钛层抵御酸性介质腐蚀而碳钢基层承受机械载荷的协同设计，既解决纯钛设备造价过高的问题，又避免传统衬钛工艺存在的界面失效风险，推动化工装备向高效安全方向发展。

核电蒸发器管板升级：作为二代加核电站蒸发器关键部件的改良材料，其优化的热膨胀匹配性能与抗晶间腐蚀能力，可有效缓解管-板焊缝处的应力腐蚀开裂现象，提升核岛主设备在高温高压水环境中的运行可靠性。

本发明提供了一种钛合金/碳钢复合板的制备方法，包括如下步骤：(1)将碳钢板的待复合面进行机械刻槽，得到刻槽碳钢板；(2)将钛合金板的待复合面进行波纹轧制，得到轧制钛合金板；(3)将所述步骤(1)得到的刻槽碳钢板和所述步骤(2)得到的轧制钛合金板的复合面相对放置进行组坯，得到复合坯料；(4)将所述步骤(3)得到的复合坯料依次进行密封和抽真空，得到待轧制坯料；(5)将所述步骤(4)得到的待轧制坯料依次进行加热、粗轧、精轧和热处理，得到钛合金/碳钢复合板；所述步骤(1)和步骤(2)没有先后顺序；所述步骤(1)中刻槽碳钢板的刻槽和所述步骤(2)中轧制钛合金板的波纹齿相互咬合。本发明通过对碳钢板进行刻槽和对钛合金板进行波纹轧制，在组坯时使槽与波纹齿相互咬合，可以有效地使钛、钢协同变形，钛层对钢层施加拉应力，钢层对钛层施加压应力；在轧制过程采用粗轧和精轧的轧制工艺，可以有效地打碎表面金属和界面杂质层，形成紧密结合的钛/钢界面，从而促使钛/钢界面的形成；对组坯进行密封和抽真空，减少了轧制钛/钢复合板金属表面的氧化，抑制了金属间脆性化合物的生成，降低了界面残余应力。实施例结果表明，本发明提供的制备方法得到的钛合金/碳钢复合板界面结合率达到100％，剪切强度为336～352MPa，复合板界面处的残余应力为23～31MPa，具有界面结合紧密和界面残余应力低的特点。