CN102069289B - 一种不锈钢-碳钢复合板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种不锈钢-碳钢复合板的制备方法，属于材料技术领域，按以下步骤进行：（1）将不锈钢板材料和碳钢板材料的锈层和氧化层去除并清洗；（2）交替叠放在一起；（3）将复合坯料放置在两个金属平板之间，组成夹紧复合坯料；或用电焊将两个复合坯料焊接固定在一起，构成复合坯料-阻隔剂-复合坯料的组合结构，放置在两个金属平板之间，组成夹紧复合坯料；（4）在真空条件下将相邻两个钢板材料的接触面的四周焊接；（5）置于电阻炉中加热保温；（6）用轧机轧制。本发明的方法提高了不锈钢-碳钢复合板的使用寿命和应用范围；与爆炸复合法相比，对环境污染小，对生产环境要求不高，且板形平整，成材率高。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种不锈钢-碳钢复合板的制备方法。
背景技术
不锈钢-碳钢复合板由于其既具不锈钢的耐蚀性，同时还兼具碳钢低成本的特点，因此被广泛应用于能源、石油、化工诸多工业领域；目前，生产不锈钢-碳钢复合板的方法主要有爆炸复合法、钎焊复合法和轧制复合法。
爆炸复合法是目前国内应用比较广泛的一种方法，该方法可以将两种熔点差别很大的两种金属进行复合，而且复合是在瞬间完成的，因此可以避免界面生成金属间化合物，但是该方法生产的复合板尺寸较小且板形较差，而且能量消耗大，污染环境，成材率低，这一系列的问题极大地制约了该方法的使用。
钎焊复合法是将一种钎料置于不锈钢板和碳钢板之间，然后通过加热并施加一定的压力将不锈钢和碳钢结合在一起的方法，该方法比较简便且对环境污染较小，但是该方法制备的复合板界面强度一般都不高，因此极大地限制了该方法的使用。
轧制复合法分为冷轧复合法和热轧复合法；由于热轧复合法的界面结合强度较高，因此轧制复合法的应用中主要以热轧复合法为主，即将待复合的不锈钢板和碳钢板在加热到再结晶温度以上后对复合板进行轧制；然而热轧复合法由于是在高温下进行轧制，复合界面很容易氧化，而氧化的界面极大地降低了界面结合强度。因此，在热轧复合法生产不锈钢－碳钢复合板的基础上，人们通过降低热轧不锈钢－碳钢复合界面氧化的方法来提高复合界面的结合强度。目前主要有两种方法，一种是在对不锈钢－碳钢复合板加热过程和轧制过程安装保护气体的喷嘴，来吹喷氩气，以减缓界面的氧化，但是该方法只对薄带有一定的效果，而对于厚板则无能为力；另一种方法是在复合之前，用电弧焊的方法将不锈钢和碳钢待复合板面的四周封严，然后进行加热轧制，结果发现复合界面仍然存在一定程度的氧化，界面剪切强度未超过300 MPa。
发明内容
针对现有热轧制备复合钢板技术上存在的问题，本发明提供一种不锈钢-碳钢复合板的制备方法。
本发明的方法按以下步骤进行：
1、表面处理：选取侧面长宽尺寸相等的不锈钢板材料和碳钢板材料，将不锈钢板材料和碳钢板材料的一个侧面或两个侧面上的锈层和氧化层去除，然后将去除锈层和氧化层的侧面清洗并吹干；
2、叠放：将不锈钢板材料和碳钢板材料交替叠放在一起，不锈钢板材料的经过清洗的侧面与碳钢板材料经过清洗的侧面相对，使不锈钢板材料的侧面与碳钢板材料的侧面重合，制成由两层以上钢板材料组成的复合坯料；
3、夹紧：当复合坯料由奇数层钢板材料组成时，将复合坯料放置在两个设有螺栓孔的金属平板之间，用螺栓和螺母将两个金属平板拧紧，使复合坯料的钢板材料之间压紧，组成夹紧复合坯料；当复合坯料由偶数层钢板材料组成时，在其中一个复合坯料的侧面涂覆一层阻隔剂，将另一个复合坯料的侧面放在阻隔剂上，然后用电焊将两个复合坯料焊接固定在一起，构成复合坯料-阻隔剂-复合坯料的组合结构，再将该组合结构放置在两个设有螺栓孔的金属平板之间，用螺栓和螺母将两个金属平板拧紧，使组合结构的复合坯料之间压紧，并使复合坯料的钢板材料之间压紧，组成夹紧复合坯料；
4、焊接：将夹紧复合坯料置于真空室中，抽真空至气压≤1×10-2Pa，并在真空条件下将相邻两个钢板材料的接触面的四周焊接，使不锈钢板和碳钢板之间的复合界面密封；
5、热处理：将焊接完成的夹紧复合坯料置于电阻炉中加热至800~1350℃，保温6~300min，获得热处理复合坯料；
6、轧制：将热处理复合坯料上的金属平板去除，将热处理后的夹紧复合坯料用轧机轧制，轧制温度为880~1000℃，轧制速度为0.3~2m/s，总压下率为30~85%，其中第一道次压下率为5~40%，获得不锈钢-碳钢复合板；当夹紧复合坯料中有两个复合坯料时，轧制完成后先将点焊处切除，再将两个复合坯料分开。
上述发金属平板为钢板。
上述的阻隔剂选用SiC粉末，阻隔剂的厚度为0.1~2mm。
上述方法中获得的不锈钢-碳钢复合板的复合界面剪切强度>400MPa。
上述方法中清洗是指用乙醇或丙酮进行清洗。
上述方法中的不锈钢板的材质选用奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢或奥氏体铁素体双相钢。
上述方法中的碳钢的材质选用低碳钢或中碳钢。
上述方法中在真空条件下将相邻两个钢板接触面的四周焊接是用电子束焊接。
本发明的方法通过在高真空环境下对钢板材料进行密封，使复合板中经过加热和轧制后能够牢固结合，与传统的热轧复合法相比，能够解决复合界面氧化的问题，使复合界面的剪切强度从100MPa提高到400MPa以上，提高了不锈钢-碳钢复合板的使用寿命和应用范围；与爆炸复合法相比，本发明的方法对环境污染小，对生产环境要求不高，且板形平整，成材率高。
附图说明
图1为本发明实施例1的复合板界面微观组织图。
具体实施方式
本发明实施例中采用的不锈钢板材质为304奥氏体不锈钢，采用的碳钢板材质为Q345。
本发明实施例中采用的乙醇和丙酮为工业酒精和工业丙酮。
本发明实施例中采用的SiC粉末为市购产品。
实施例1
不锈钢板材料的尺寸为500×200×2mm，碳钢板材料的尺寸为500×200×10mm，分别将两个不锈钢板材料的一个侧面上的锈层和氧化层去除，然后将去除锈层和氧化层的侧面用乙醇清洗并吹干；将一个碳钢板材料的两个侧面上的锈层和氧化层去除，然后将去除锈层和氧化层的侧面用乙醇清洗并吹干；
将两个不锈钢板材料和碳钢板材料交替叠放在一起，不锈钢板材料的经过清洗的侧面与碳钢板材料经过清洗的侧面相对，使不锈钢板材料的侧面与碳钢板材料的侧面重合，制成由3层钢板材料组成的复合坯料；
将复合坯料放置在两个设有螺栓孔的金属平板之间，用螺栓和螺母将两个金属平板拧紧，使复合坯料的钢板材料之间压紧，组成夹紧复合坯料；采用的金属平板为钢板；
将夹紧复合坯料置于真空室中，抽真空至气压1×10-2Pa，并在真空条件下将相邻两个钢板材料的接触面的四周用电子束焊接，两个接触面共8条焊缝，使不锈钢板和碳钢板之间的复合界面密封；
将焊接完成的夹紧复合坯料置于电阻炉中加热至900℃，保温30min，获得热处理复合坯料；
将热处理复合坯料上的金属平板去除，将热处理后的夹紧复合坯料用轧机轧制，轧制温度为880℃，轧制速度为0.3m/s，总压下率为50%，其中第一道次压下率为20%，获得1000×200×6mm的不锈钢-碳钢复合板，其中不锈钢层的总厚度为1mm，中间碳钢层的总厚度为5mm，该复合板的复合界面剪切强度460MPa。
实施例2
不锈钢板材料的尺寸为1000×200×4mm，碳钢板材料的尺寸为1000×200×10mm，分别将两个不锈钢板材料的一个侧面上的锈层和氧化层去除，然后将去除锈层和氧化层的侧面用丙酮清洗并吹干；将一个碳钢板材料的两个侧面上的锈层和氧化层去除，然后将去除锈层和氧化层的侧面用丙酮清洗并吹干；
将不锈钢板材料和碳钢板材料交替叠放在一起，不锈钢板材料的经过清洗的侧面与碳钢板材料经过清洗的侧面相对，使不锈钢板材料的侧面与碳钢板材料的侧面重合，制成由3层钢板材料组成的复合坯料；
将复合坯料放置在两个设有螺栓孔的金属平板之间，用螺栓和螺母将两个金属平板拧紧，使复合坯料的钢板材料之间压紧，组成夹紧复合坯料；采用的金属平板为钢板；
将夹紧复合坯料置于真空室中，抽真空至气压0.5×10-2Pa，并在真空条件下将相邻两个钢板材料的接触面的四周用电子束焊接，两个接触面共8条焊缝，使不锈钢板和碳钢板之间的复合界面密封；
将焊接完成的夹紧复合坯料置于电阻炉中加热至1000℃，保温60min，获得热处理复合坯料；
将热处理复合坯料上的金属平板去除，将热处理后的夹紧复合坯料用轧机轧制，轧制温度为880~1000℃，轧制速度为0.5m/s，总压下率为40%，其中第一道次压下率为10%， 获得1666×200×10.8mm的不锈钢-碳钢复合板，其中不锈钢层的总厚度为2.4mm，中间碳钢层的总厚度为6mm，该复合板的复合界面剪切强度440MPa。
实施例3
不锈钢板材料的尺寸为500×200×1mm，碳钢板材料的尺寸为500×200×10mm，分别将不锈钢板材料和碳钢板材料的一个侧面上的锈层和氧化层去除，然后将去除锈层和氧化层的侧面用乙醇清洗并吹干；
将不锈钢板材料和碳钢板材料叠放在一起，不锈钢板材料的经过清洗的侧面与碳钢板材料经过清洗的侧面相对，使不锈钢板材料的侧面与碳钢板材料的侧面重合，制成由两层钢板材料组成的复合坯料；
准备两个同样的复合坯料，在其中一个复合坯料的侧面涂覆一层阻隔剂，将另一个复合坯料的侧面放在阻隔剂上，构成复合坯料-阻隔剂-复合坯料的组合结构，再将该组合结构放置在两个设有螺栓孔的金属平板之间，用螺栓和螺母将两个金属平板拧紧，使组合结构的复合坯料之间压紧，并使复合坯料的钢板材料之间压紧，组成夹紧复合坯料；阻隔剂为SiC粉末，厚度为0.1mm；采用的金属平板为钢板；
将夹紧复合坯料置于真空室中，抽真空至气压1×10-2Pa，并在真空条件下将两个钢板材料的接触面的四周用电子束焊接，使不锈钢板和碳钢板之间的复合界面密封；
将焊接完成的夹紧复合坯料置于电阻炉中加热至1000℃，保温50min，获得热处理复合坯料；
将热处理复合坯料上的金属平板去除，将热处理后的夹紧复合坯料用轧机轧制，轧制温度为1000℃，轧制速度为2m/s，总压下率为50%，其中第一道次压下率为30%，轧制完成后先将点焊处切除，再将两个复合坯料分开，获得两个1000×200×5.5mm的不锈钢-碳钢复合板，其中不锈钢层的厚度为0.5mm，碳钢层的总厚度为5mm，该复合板的复合界面剪切强度450MPa。
实施例4
不锈钢板材料和碳钢板材料的尺寸同实施例1，表面处理、叠放、夹紧和焊接方法同实施例1；
将焊接完成的夹紧复合坯料置于电阻炉中加热至800℃，保温300min，获得热处理复合坯料；
将热处理复合坯料上的金属平板去除，将热处理后的夹紧复合坯料用轧机轧制，轧制温度为950℃，轧制速度为2m/s，总压下率为85%，其中第一道次压下率为40%， 获得的不锈钢-碳钢复合板的复合界面剪切强度465MPa。
实施例5
不锈钢板材料和碳钢板材料的尺寸同实施例1，表面处理、叠放、夹紧和焊接方法同实施例1；
将焊接完成的夹紧复合坯料置于电阻炉中加热至1350℃，保温6min，获得热处理复合坯料；
将热处理复合坯料上的金属平板去除，将热处理后的夹紧复合坯料用轧机轧制，轧制温度为980℃，轧制速度为1m/s，总压下率为30%，其中第一道次压下率为5%， 获得的不锈钢-碳钢复合板的复合界面剪切强度445MPa。
实施例6
不锈钢板材料和碳钢板材料的尺寸同实施例3，表面处理、叠放、夹紧和焊接方法同实施例3，不同点在于SiC粉末的厚度为2mm；
将焊接完成的夹紧复合坯料置于电阻炉中加热至1350℃，保温10min，获得热处理复合坯料；
将热处理复合坯料上的金属平板去除，将热处理后的夹紧复合坯料用轧机轧制，轧制温度为890℃，轧制速度为0.3m/s，总压下率为50%，其中第一道次压下率为30%，轧制完成后先将点焊处切除，再将两个复合坯料分开，获得的不锈钢-碳钢复合板的复合界面剪切强度455MPa。
Claims (4)
1.一种不锈钢-碳钢复合板的制备方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)选取侧面长宽尺寸相等的不锈钢板材料和碳钢板材料，将不锈钢板材料和碳钢板材料的一个侧面或两个侧面上的锈层和氧化层去除，然后将去除锈层和氧化层的侧面清洗并吹干；
(2)将不锈钢板材料和碳钢板材料交替叠放在一起，不锈钢板材料的经过清洗的侧面与碳钢板材料经过清洗的侧面相对，使不锈钢板材料的侧面与碳钢板材料的侧面重合，制成由两层以上钢板材料组成的复合坯料；
(3)当复合坯料由奇数层钢板材料组成时，将复合坯料放置在两个设有螺栓孔的金属平板之间，用螺栓和螺母将两个金属平板拧紧，使复合坯料的钢板材料之间压紧，组成夹紧复合坯料；当复合坯料由偶数层钢板材料组成时，在其中一个复合坯料的侧面涂覆一层阻隔剂，将另一个复合坯料的侧面放在阻隔剂上，然后用电焊将两个复合坯料焊接固定在一起，构成复合坯料-阻隔剂-复合坯料的组合结构，再将该组合结构放置在两个设有螺栓孔的金属平板之间，用螺栓和螺母将两个金属平板拧紧，使组合结构的复合坯料之间压紧，并使复合坯料的钢板材料之间压紧，组成夹紧复合坯料；
(4)将夹紧复合坯料置于真空室中，抽真空至气压≤1×10-2Pa，并在真空条件下将相邻两个钢板材料的接触面的四周用电子束进行焊接，使不锈钢板和碳钢板之间的复合界面密封；
(5)将焊接完成的夹紧复合坯料置于电阻炉中加热至800～1350℃，保温6～300min，获得热处理复合坯料；
(6)将热处理复合坯料上的金属平板去除，将热处理后的夹紧复合坯料用轧机轧制，轧制温度为880～1000℃，轧制速度为0.3～2m/s，总压下率为30～85%，其中第一道次压下率为5～40%，获得不锈钢-碳钢复合板；当夹紧复合坯料中有两个复合坯料时，轧制完成后先将点焊处切除，再将两个复合坯料分开。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢-碳钢复合板的制备方法，其特征在于所述的阻隔剂选用SiC粉末，阻隔剂的厚度为0.1～2mm。
3.根据权利要求1所述的一种不锈钢-碳钢复合板的制备方法，其特征在于所述的不锈钢-碳钢复合板的复合界面剪切强度＞400MPa。
4.根据权利要求1所述的一种不锈钢-碳钢复合板的制备方法，其特征在于所述的不锈钢板的材质选用奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢或奥氏体铁素体双相钢，所述的碳钢的材质选用低碳钢或中碳钢。
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