CN108943911A - 一种tmcp型船用奥氏体不锈钢复合板及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板及制备方法，涉及双金属复合制造技术领域，包括坯料准备、表面修磨、隔离剂涂刷、组坯封条、电子束封焊、加热、轧制与冷却、矫直、切割分板。本发明有效地解决复合板中复材奥氏体不锈钢耐蚀性能的问题，同时制坯过程减少了钻孔抽真空等工序，工艺简单且轧制成功率高。

Description

一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板及制备方法
技术领域
本发明涉及双金属复合制造技术领域，特别是涉及一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复 合板及制备方法。
背景技术
近年来，国内建造化学品船的数量逐渐增多，建造化学品船液货舱的关键技术之一是 液货舱内衬材料的选用，良好的耐化学腐蚀性能是选材的重要条件。所以其液货舱和液货管 绝大部分采用不锈钢建造，为了确保耐腐蚀性、焊接性和经济性，通常选用的不锈钢有316L (00Cr17Ni14Mo2)、304L(0Cr18Ni9)及2205双相不锈钢(22Cr23Ni5Mo3N)。其中双相不 锈钢具有更优良的耐蚀性及结构强度，但目前其价格仍然居高不下，成为目前制约客户广泛 使用的一大瓶颈，而大部分化学品船运输广泛应用的仍以300系不锈钢为主，基本可以满足 大部分运输船的使用要求。
随着造船行业的竞争压力加剧，制造成本降低与使用性能提升这两个对立的矛盾限制 了单纯的不锈钢在化学品船上的应用，这就迫切需要找到一种新材料来进行替代，兼顾产品 质量又能大幅减低制造成本。而船用300系奥氏体不锈钢对复合板的研制与开发满足了这种 技术及市场需求，有效地解决了这种难题，不仅保证了300系奥氏体不锈钢优良的耐腐蚀性 能与强韧性；也可以选择性的进行成本降低，同时也很好利用船板基材的特性。由于采用最 新的复合板技术，减少了单纯奥氏体不锈钢的使用量，极大降低了造船业的运行成本，市场 前景较好。
一般情况下，不锈钢复合板有***法和轧制法生产。***法由于噪音大，对环境存有 污染，且受天气的影响较大，不是一种可持续的复合板制备技术。轧制法是采用高温轧制的 方式，利用原子间的扩散使复材和基材实现良好的冶金结合，其生产的复合板，板幅可灵活 调整，是一种绿色环保可持续的生产工艺。因此，采用轧制法生产复合板将是未来发展的趋 势。
目前，现有船用复合板，一般采用***法生产，其工期长且批量生产能力不足；另外 TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板很少见于公开报道，且奥氏体型不锈钢需要离线热处理， 工序较长，制造成本高。基于此，采用真空轧制法，利用在线工艺生产船用300系奥氏体不 锈钢复合板，保证该复合板具有较好的性能匹配及较低生产成本。此外，采用真空轧制法生 产复合板，较现有传统工艺有着较好的优势，传统组坯工艺主要通过封焊四周，然后钻孔再 抽真空的方法进行组坯，因该法需要封焊后再钻孔抽真空，工艺较为繁琐，且主要靠人工操 作完成，对轧制成功率有一定影响。
发明内容
本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种TMCP型船用奥氏体不锈 钢复合板及制备方法，有效地解决复合板中复材奥氏体不锈钢耐蚀性能的问题，同时制坯过 程减少了钻孔抽真空等工序，工艺简单且轧制成功率高。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板制备方法， 包括以下步骤：
S1、坯料准备：根据成品复合板的钢种及规格，准备相应的两块基材和复材钢种及规格；
S2、表面修磨：将两块基材和两块复材的其中一个表面，即基材和复材相接触的表面均进行 修磨，使表面完全露出金属；
S3、隔离剂涂刷：在两块复材的相接触的一面，即未打磨的表面均涂刷隔离剂，隔离剂涂刷 均匀，表面光滑度一致，并在550℃～650℃进行烘干处理；
S4、组坯封条：将基材和复材依次堆放形成复合坯，从上至下依次为基材、复材、复材、基 材，复材尺寸小于基材，并采用封条将复合坯四周凹槽封装好；
S5、电子束封焊：将组好的复合坯送至真空室，然后对真空室抽真空，待真空室真空度达到 20×10-2Pa以下时，采用真空电子束将封条与复合坯之间的缝隙进行焊接；
S6、加热：将复合坯送至加热炉加热，加热温度1140～1200℃，加热总时间按复合坯厚度以 0.7～1.3min/mm的时间控制，出钢温度控制在1160～1180℃；
S7、轧制与冷却：采用TMCP工艺进行轧制，粗轧阶段的压缩比≥1.5，中间坯厚度是轧制总 厚度的1.5～3.0倍，累积压下率≥70％；精轧开轧温度830～870℃，终轧温度控制在810～ 840℃；轧制后抛钢，复合板直接超快冷，开冷温度≥760℃，以5～10℃/s的速度进行控制 冷却，终冷温度为600～860℃；
S8、矫直：对轧制后的钢板进行矫直处理，温矫直机矫1～3道，保证钢板平直，矫直后上冷 床自然冷却，待表面温度降至350℃以下时即可下线；
S9、切割分板：采用等离子或火焰切割方式对复合板进行切割，经切头、尾及切两边后，在 两块复材之间将上下两张单面复合板分离，再对单面复合板进行矫直处理，经表面打磨、性 能检测、打包处理后，最终获得单面复合板为奥氏体不锈钢复合板产品。
技术效果：本发明所用基材为低碳设计的船用钢，通过添加封条，在真空环境下利用 电子束将封条与基材以焊接的方式组坯，再经TMCP工艺轧制及在线控制冷却工艺，制备出 良好冶金结合的船用300系奥氏体不锈钢复合板，有效地解决了复合板中复材奥氏体不锈钢 耐蚀性能的问题，同时制坯过程减少了钻孔抽真空等工序，工艺简单且轧制成功率高。
本发明进一步限定的技术方案是：
进一步的，步骤S1中的基材坯料采用低碳船用钢，其化学成分及质量百分比如下：C≤0.20％， Si≤0.50％，Mn：0.60％～1.80％，P≤0.025％，S≤0.025％，Nb：0.015％～0.050％，V：0.010％～ 0.10％，Ti≤0.030％，Alt：0.015％～0.050％，Cr≤0.10％，Ni≤0.10％，Cu≤0.10％，Al:0.015％～ 0.10％，余量为Fe及少量不可避免的杂质。
前所述的一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板制备方法，步骤S1中的复材坯料采用300系奥氏体不锈钢，其化学成分及质量百分比如下：C≤0.15％，Si≤1.00％，Mn≤2.00％， P≤0.045％，S≤0.030％，Ni：6.0％～10.5％，Cr：16.0％～20.0％，Mo≤5.0％，N≤0.02％， 余量为Fe及少量不可避免的杂质。
前所述的一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板制备方法，步骤S3中的隔离剂选用有机硅隔离剂、氧化铝/氧化镁型隔离剂。
前所述的一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板制备方法，步骤S4中的封条采用碳钢材质。
前所述的一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板制备方法，步骤S7的轧制过程采用快节奏轧制，轧制速度1m/s～4m/s。
前所述的一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板制备方法，步骤S9中的奥氏体不锈钢复合板产品，其总厚度为15～60mm，其复材厚度为1.5～6.0mm。
本发明的另一目的在于提供一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板，包括基材和复材， 基材和复材运用上述方案所述的TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板制备方法制成复合板。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中基材采用低碳设计的船用钢，所制备的船用300系奥氏体不锈钢复合板，其基 材碳当量低，不余热可直接焊接，便于现场施工；
(2)本发明在真空室环境下直接封焊，减少了传统工艺的钻孔、抽真空等工序，真空度更有 保障；
(3)本发明通过TMCP工艺，采取在线控冷工艺，取代传统离线工艺，保证复材300系奥氏体不锈钢的耐蚀性能及强塑性，同时保证基材船用钢具有一定的韧性性能，同时轧后的控 制冷却保证了复材的良好耐蚀性，另外复合板不需要热处理，即可获得良好的综合性能；
(4)本发明采用TMCP工艺进行轧制，粗轧阶段一方面保证良好的冶金结合，另一方面保证晶粒细化；
(5)本发明开发的船用300系奥氏体不锈钢复合板，可以作为化学品船单纯不锈钢的替代品， 在满足其实用性要求的同时，也极高的节约了造船企业的成本，具有极高的市场效益。
附图说明
图1为本发明复合坯的组坯结构示意图；
图2为本发明实施例1的复合板界面显微组织图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板及制备方法，组坯结构如图1所示， 具体如下：
选择基材坯料厚度102mm的DH32钢种，化学成分见表1，复材坯料选择厚度为18mm的S31603奥氏体不锈钢，轧制成品厚度为3+17mm的S31603+DH32复合板。
对两块DH32基材坯料和两块S31603复材坯料的其中一个表面进行修磨，使表面完全露出新鲜金属。对复材未打磨表面涂刷有机硅隔离剂或氧化铝/氧化镁型隔离剂，550℃～ 650℃烘干隔离剂。对其中一块基材已打磨表面的四周边部点焊固定封条，封条采用碳钢材质； 将两块复材的非复合面叠合，放置在封条围成的槽内，再将另一块基材复合面朝下，盖在两 块复材的上面，同时保证上下基材四侧边与封条外边平齐，组成一个待封焊的复合坯。将组 好的复合坯送至真空室，然后对真空室抽真空，待真空室真空度达到15×10- 2Pa时，采用电 子束将封条与基材之间的缝隙进行焊接，得到总厚度为240mm复合坯。
将复合坯送至步进式加热炉加热，加热温度1190℃，加热总时间280min，出炉温度1180℃。采用TMCP工艺进行轧制与在线控冷工艺，中间坯厚度为110mm，精轧开轧温度 835℃，终轧温度820℃。轧后直接进入超快冷快速冷却，冷却速率5.5℃/s，返红温度630℃。 轧后复合板矫直3道、320℃下线、切头、尾及切两边后，上下两张单层复合板分离，对单层 复合板进行矫直，对复材表面打磨，最终获得成品厚度3+17mm的S31603+DH32复合板产 品。
复合板的界面显微组织图如图2所示，奥氏体不锈钢与船用钢之间未发现未结合区域， 复合板实现良好的冶金结合。
实施例2
本实施例提供的一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板及制备方法，具体如下：
选择基材坯料厚度60mm的DH36钢种，化学成分见表1，复材坯料为厚度12.5mm的S30403奥氏体不锈钢，轧制成品厚度为2.5+12mm的S30403+DH36复合板。
对两块DH36基材坯料和两块S30403复材坯料的其中一个表面进行修磨，使表面完全露出新鲜金属。对复材未打磨表面涂刷有机硅隔离剂或氧化铝/氧化镁型隔离剂，550℃～ 650℃烘干隔离剂。对其中一块基材已打磨表面的四周边部点焊固定封条，封条采用碳钢材质； 将两块复材的非复合面叠合，放置在封条围成的槽内，再将另一块基材复合面朝下，盖在两 块复材的上面，同时保证上下基材四侧边与封条外边平齐，组成一个待封焊的复合坯。将组 好的复合坯送至真空室，然后对真空室抽真空，待真空室真空度达到15×10- 2Pa时，采用电 子束将封条与基材之间的缝隙进行焊接，得到总厚度为145mm复合坯。
将复合坯送至步进式加热炉加热，加热温度1180℃，加热总时间180min，出炉温度1170℃。采用TMCP工艺进行轧制与在线控冷工艺，中间坯厚度为60mm，精轧开轧温度870℃，终轧温度822℃。轧后直接进入超快冷快速冷却，冷却速率7.5℃/s，返红温度660℃。 轧后复合板矫直3道、330℃下线、切头、尾及切两边后，上下两张单层复合板分离，对单层 复合板进行矫直，对复材表面打磨，最终获得成品厚度2.5+12mm的S30403+DH36复合板产 品。
实施例3
本实施例提供的一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板及制备方法，具体如下：
选择基材坯料厚度82.5mm的AH32钢种，化学成分见表1，复材坯料选择厚度为16.5mm的S31703奥氏体不锈钢，轧制成品厚度为3.0+15mm的S31703+AH32复合板。
对两块AH32基材坯料和两块S30403复材坯料的其中一个表面进行修磨，使表面完全露出新鲜金属。对复材未打磨表面涂刷有机硅隔离剂或氧化铝/氧化镁型隔离剂，550℃～ 650℃烘干隔离剂。对其中一块基材已打磨表面的四周边部点焊固定封条，封条采用碳钢材质； 将两块复材的非复合面叠合，放置在封条围成的槽内，再将另一块基材复合面朝下，盖在两 块复材的上面，同时保证上下基材四侧边与封条外边平齐，组成一个待封焊的复合坯。将组 好的复合坯送至真空室，然后对真空室抽真空，待真空室真空度达到15×10- 2Pa时，采用电 子束将封条与基材之间的缝隙进行焊接，得到总厚度为198mm复合坯。
将复合坯送至步进式加热炉加热，加热温度1190℃，加热总时间225min，出炉温度1180℃。采用TMCP工艺进行轧制与在线控冷工艺，中间坯厚度为90mm，精轧开轧温度840℃，终轧温度825℃。轧后直接进入超快冷快速冷却，冷却速率6.2℃/s，返红温度644℃。 轧后复合板矫直3道、340℃下线、切头、尾及切两边后，上下两张单层复合板分离，对单层 复合板进行矫直，对复材表面打磨，最终获得成品厚度3.0+15mm的S31703+AH32复合板产 品。
实施例4
本实施例提供的一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板及制备方法，具体如下：
选择基材坯料厚度75mm的DH36钢种，化学成分见表1，复材坯料选择厚度为10mm的S31603 奥氏体不锈钢，轧制成品厚度为2.0+15mm的S31603+DH32复合板。
对两块DH36基材坯料和两块S31603复材坯料的其中一个表面进行修磨，使表面完全露出新鲜金属。对复材未打磨表面涂刷有机硅隔离剂或氧化铝/氧化镁型隔离剂，550℃～ 650℃烘干隔离剂。对其中一块基材已打磨表面的四周边部点焊固定封条，封条采用碳钢材质； 将两块复材的非复合面叠合，放置在封条围成的槽内，再将另一块基材复合面朝下，盖在两 块复材的上面，同时保证上下基材四侧边与封条外边平齐，组成一个待封焊的复合坯。将组 好的复合坯送至真空室，然后对真空室抽真空，待真空室真空度达到15×10- 2Pa时，采用电 子束将封条与基材之间的缝隙进行焊接，得到总厚度为170mm复合坯。
将复合坯送至步进式加热炉加热，加热温度1175℃，加热总时间202min，出炉温度1170℃。采用TMCP工艺进行轧制与在线控冷工艺，中间坯厚度为80mm，精轧开轧温度865℃，终轧温度825℃。轧后直接进入超快冷快速冷却，冷却速率8.2℃/s，返红温度625℃。 轧后复合板矫直3道、345℃下线、切头、尾及切两边后，上下两张单层复合板分离，对单层 复合板进行矫直，对复材表面打磨，最终获得成品厚度2.0+15mm的S31603+DH36复合板产 品。
表1实施例钢种成分
。
实施例1～实施例4制备的TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板各项性能检测结果见表 2：表2
由表2可知，本发明实施例制备的复合板成品的各项性能均能满足复合板相关要求。
实施例1～实施例4制备的TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板耐晶间腐蚀性能检测结 果见表3：表3
由表3可知，复合板成品在晶间腐蚀试验后进行弯曲未发现晶间裂纹，满足复合板耐腐蚀性 能要求。
本发明通过坯料选取、表面处理、隔离剂涂刷、组坯、电子束封焊、加热、轧制、在线淬火、矫直及切割分板等步骤，制备出良好冶金结合、优良耐腐蚀性能及强韧性匹配的船用300系不锈钢复合板。本发明在真空室环境下采用电子束直接封焊，减少了传统工艺的钻孔、抽真空等工序，真空度更有保障。通过TMCP工艺，保证基材船板的良好力学性能，轧 后采用控制冷却的手段，保证复材300系奥氏体不锈钢的良好耐蚀性；基材采用低碳设计坯料，所制备的300系奥氏体复合板，基材碳当量低，焊接性能好，便于现场施工；另外，较 单纯的奥氏体不锈钢，复合板不需要热处理即可获得良好的综合性能，节约了生产工序成本。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的 技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、坯料准备：根据成品复合板的钢种及规格，准备相应的两块基材和复材钢种及规格；
S2、表面修磨：将两块基材和两块复材的其中一个表面，即基材和复材相接触的表面均进行修磨，使表面完全露出金属；
S3、隔离剂涂刷：在两块复材的相接触的一面，即未打磨的表面均涂刷隔离剂，隔离剂涂刷均匀，表面光滑度一致，并在550℃～650℃进行烘干处理；
S4、组坯封条：将基材和复材依次堆放形成复合坯，从上至下依次为基材、复材、复材、基材，复材尺寸小于基材，并采用封条将复合坯四周凹槽封装好；
S5、电子束封焊：将组好的复合坯送至真空室，然后对真空室抽真空，待真空室真空度达到20×10-2Pa以下时，采用真空电子束将封条与复合坯之间的缝隙进行焊接；
S6、加热：将复合坯送至加热炉加热，加热温度1140～1200℃，加热总时间按复合坯厚度以0.7～1.3min/mm的时间控制，出钢温度控制在1160～1180℃；
S7、轧制与冷却：采用TMCP工艺进行轧制，粗轧阶段的压缩比≥1.5，中间坯厚度是轧制总厚度的1.5～3.0倍，累积压下率≥70%；精轧开轧温度830～870℃，终轧温度控制在810～840℃；轧制后抛钢，复合板直接超快冷，开冷温度≥760℃，以5～10℃/s的速度进行控制冷却，终冷温度为600～860℃；
S8、矫直：对轧制后的钢板进行矫直处理，温矫直机矫1～3道，保证钢板平直，矫直后上冷床自然冷却，待表面温度降至350℃以下时即可下线；
S9、切割分板：采用等离子或火焰切割方式对复合板进行切割，经切头、尾及切两边后，在两块复材之间将上下两张单面复合板分离，再对单面复合板进行矫直处理，经表面打磨、性能检测、打包处理后，最终获得单面复合板为奥氏体不锈钢复合板产品。
2.根据权利要求1所述的一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的基材坯料采用低碳船用钢，其化学成分及质量百分比如下：C≤0.20%，Si≤0.50%，Mn：0.60%～1.80%，P≤0.025%，S≤0.025%，Nb：0.015%～0.050%，V：0.010%～0.10%，Ti≤0.030%，Alt：0.015%～0.050%，Cr≤0.10%，Ni≤0.10%，Cu≤0.10%，Al:0.015%～0.10%，余量为Fe及少量不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的复材坯料采用300系奥氏体不锈钢，其化学成分及质量百分比如下：C≤0.15%，Si≤1.00%，Mn≤2.00%，P≤0.045%，S≤0.030%，Ni：6.0%～10.5%，Cr：16.0%～20.0%，Mo≤5.0%，N≤0.02%，余量为Fe及少量不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板制备方法，其特征在于：所述步骤S3中的隔离剂选用有机硅隔离剂、氧化铝/氧化镁型隔离剂。
5.根据权利要求1所述的一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板制备方法，其特征在于：所述步骤S4中的封条采用碳钢材质。
6.根据权利要求1所述的一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板制备方法，其特征在于：所述步骤S7的轧制过程采用快节奏轧制，轧制速度1m/s～4m/s。
7.根据权利要求1所述的一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板制备方法，其特征在于：所述步骤S9中的奥氏体不锈钢复合板产品，其总厚度为15～60mm，其复材厚度为1.5～6.0mm。
8.一种TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板，其特征在于：包括基材和复材，所述基材和复材运用权利要求1～7任意一项所述的TMCP型船用奥氏体不锈钢复合板制备方法制成复合板。
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