CN109693073A - 一种复合钢板的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复合钢板的生产方法，生产方法：分别对复层钢板和基层钢板的一个表面进行铣磨处理，将铣磨面相对叠放在一起经预热到150℃～200℃后直接将接触面的四周进行焊接，焊接封口处留φ5～30mm孔洞，采用本发明组坯焊接无需真空处理，生产成本低、生产工艺简单、生产效率和可靠性高。
Description
技术领域
本发明属于材料加工领域，尤其涉及一种复合钢板及其生产方法。
背景技术
目前生产镍基合金复合板的主要方法有***法和轧制法，针对复合管材方面，机械复合法应用的也比较多。采用***法生产的镍基合金复合板，规格尺寸受到很大的限制，难以满足用户要求，由于大能力轧机的投产运营，***法制备的镍基合金复合板只在某些特殊领域被采用，已经出现了被淘汰的趋势。机械复合法是将镍基合金管和管线钢管直接套嵌在一起，两者之间并无固定连接，应用领域十分有限。近年来，越来越多的学者针对轧制法制备镍基合金复合板技术进行了研究。
高腐蚀性油气田在开采作业和油气输送过程中普遍采用耐蚀合金甚至镍基合金管道。不仅在经济成本方面造成了显著的提高，同时在整体性能上也受到了很大的局限。普通耐蚀管材中用作抗蚀的部分仅占三分之一左右甚至更低，其余部分均用作结构支撑，若都采用耐蚀合金制作则会造成资源的极大浪费。无论从经济方面还是性能方面，耐蚀合金复合管的研发应用成为了解决上述问题的有效途径之一。焊接复合轧制法是制备双金属复合材料最经济、高效的制造方法，特别是生产大规格尺寸的复合板，其产品尺寸精度高、生产效率高且复层和基层金属间化学成分不会发生明显变化，对其性能影响较小。本文采用真空电子束焊接组坯+热轧技术制备了一种镍基合金复合板，工艺复杂性低、生产效率高，特别适用于工业大规模生产。
专利《一种耐热耐磨复合钢板及其制造方法》(申请号：201310287560.5)公开了一种具有优良耐热和耐磨性能的复合钢板，性能均匀、规格齐全，应用范围广，但其耐热层含有Cr26-28％、Ni11-15％，耐磨层含有C0.2-0.4％、Cr1.6-1.8％、Mo0.18-0.25％，也具有一定的耐蚀性，但比镍合金差很多，且其碳当量较高不易焊接。
《一种用于生产钢镍镍基合金复合坯料的生产方法》(公开号：CN104801562A)介绍了一种用于轧制法制备镍基合金复合板的复合坯料的制备方法，其中，碳钢层的含碳量在0.01-0.10％，生产效率高，适应设备能力强，可以由该坯料进一步制得钢镍/镍基合金复合板。但是适用碳钢含碳量较低，无法满足目前对强度越来越高的要求。
发明《镍基合金复合钢板的***焊接方法》(公开号：CN101559527A)”采用***法制备的镍基合金复合板，有够有效的将镍基合金板与普通钢板复合，从而在保证复合钢板具有镍基合金所有的优点的前提下，拥有了需要的强度，从而节约了昂贵金属的使用量。但是***焊接生产的复合板过程中对周边环境形成严重的噪音污染，已逐渐退出历史舞台。
由以上最接近的现有技术可知，目前复合钢板的生产方法存在如下不足：
1、需要在真空环境下焊接或者焊接后抽真空，生产效率低；
2、复合板基板强度性能较低，无法适应大强度要求；
3、***工艺产生严重的噪音污染，不利于环境保护。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种生产工艺简单，生产效率和可靠性高；复合界面力学性能优异的复合钢板的生产方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种复合钢板的生产方法，包括基层钢板和复层钢板铣磨、叠放、预热、焊接、加热、轧制、冷却，分别对复层钢板和基层钢板的一个表面进行铣磨处理，将铣磨面相对叠放在一起的后经预热到150℃～200℃，以去除接触面的水汽、降低缝隙中空气密度和氧含量，再将接触面的四周进行焊接，焊接封口处留φ5～30mm孔洞，再用铝条将孔洞封堵，可以防止660℃以下加热过程中接触面氧化。而660℃以上铅条融化，将内部高压气体排除，可以防止钢板鼓包和轧制过程中爆裂；该方法无需在真空室中焊接，也无需在焊后抽真空，极大的增加了工作效率，降低设备投入和占地面积。
进一步的，复层钢板和基层钢板铣磨后铣磨面粗糙度Ra不大于10um；轧制时复层钢板在下，基层钢板在上，板坯加热温度控制在1230℃～1280℃；板坯开轧温度控制在1200℃～1250℃；道次压下率大于等于25％；轧后只对下侧的复层金属进行喷水冷却，开冷温度在900℃～950℃，冷却速度在15℃/s～25℃/s，返红温度在550℃～600℃，是基层优良力学性能的保证。
本发明提供的技术方案之二为提供一种采用复合钢板的生产方法制得的管线用镍合金复合钢板，所述镍合金复合钢板基板的成分按重量百分比计如下：C：0.03％～0.0.6％、Si：0.20％～0.25％、Mn：1.10％～1.50％、P≤0.020％，S≤0.005％、Nb：0.03％～0.05％、Ti：0.04％～0.06％、V：0.03％～0.05％，其余为Fe及不可避免的杂质；所述镍合金复合钢板复板的成分按重量百分比计如下：C：0.008％～0.02％、Si：0.15％～0.25％、Mn：0.40％～0.60％、Mo：2.5％～3.5％、P≤0.020％，S≤0.015％％，Ni：40％～45％、Cr：20％～22％、Ti：0.8％～1.0％、Cu：1.8％～2.8％、Als：0.005～0.045％，其余为Fe及不可避免的杂质。
成分设计理由如下：
C：是影响钢板组织性能的关键元素，其变化幅度很大，碳含量不同可获得硬度和韧性的不同匹配关系，也是提高钢材硬度最便宜最直接的元素，但是高碳合金硬度高而韧性不足，也不利于结构件的焊接，低碳合金韧性较高而硬度偏低，本发明确定最适合的复层钢板碳含量0.008％～0.02％、基层钢板碳含量0.03％～0.06％。
Si：硅是炼钢脱氧的必要元素，具有一定固溶强化的作用。也能抑制第一类回火脆性，改善马氏体的回火稳定性，提高回火温度，获得较好性能，本发明复层钢板硅的含量范围为0.15％～0.25％、基层钢板硅含量0.20％～0.25％。
Mn：锰是提高强度和韧性的主要元素，能显著提高钢淬透性的元素，成本十分低廉，是主要添加元素，但Mn过高会使钢的延展性降低，本发明的复层钢板锰含量限定在0.40％～0.60％、基层钢板锰含量1.10％～1.50％。
Mo是提高钢强度和淬透性的有效元素，但是Mo的价格较高，本发明复层钢板Mo控制在2.50％～3.5％。
Cr能扩大铁素体区，提高淬火硬化、耐蚀性的优点，故本发明复层钢板中加入Cr含量为20％-22％。
Ni：镍对焊接热影响区硬化性及韧性没有影响，可使母材的强度提高，并且使低温韧性和耐蚀性大大提高，故本发明中复层钢板Ni的含量控制在40-45％。
该范围的Ni含量和Cr含量使得钢材具备优异的耐腐蚀性能，可以适用于目前最严苛的腐蚀环境。
微量的Nb、V、Ti可以有效的细化晶粒，提高钢材的强韧性，故本发明基层钢板中Nb0.03％-0.05％、Ti0.04％-0.06％、V0.03％-0.05％。
Al：铝是脱氧元素，可以作为AlN形成元素，有效地细化晶粒，为了达到很好的脱氧效果本发明的复层钢板Al含量的范围为Al0.005％～0.045％。
鳞、硫为有害元素，本发明复层钢板P≤0.020％，S≤0.015％，基层钢板P≤0.020％，S≤0.005％。
最终得到复合面剪切强度大于等于480Mpa、复合板屈服强度大于500Mpa、基层-40℃冲击大于等于100J的复合钢板。
本发明的效果在于：复合钢板组坯焊接无需真空处理，生产成本低、生产工艺简单、生产效率和可靠性高；复合界面力学性能优异。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
一种复合钢板的生产方法，包括坯料表面铣磨、叠放组坯、预热、焊接、再加热、轧制、冷却。其特征在于：基层钢板和复层钢板经铣磨后，将铣磨面相对叠放在一起的后经预热到150℃～200℃直接将接触面的四周进行焊接，焊接封口处留φ5～30mm孔洞，再用铝条将孔洞封堵。
复层钢板和基层钢板铣磨后铣磨面粗糙度Ra不大于10um；轧制时复层钢板在下，基层钢板在上，板坯加热温度控制在1230℃～1280℃；板坯开轧温度控制在1200℃～1250℃；道次压下率大于等于25％；轧后只对下侧的复层金属进行喷水冷却，开冷温度在900℃～950℃，冷却速度在15℃/s～25℃/s，返红温度在550℃～600℃。
本发明生产的管线用镍合金复合钢板成分见表1。本发明生产管线用镍合金复合钢板的主要工艺参数见表2。本发明生产管线用镍合金复合钢板的性能见表3；本发明生产具有耐磨性的复合板成分见表4、本发明生产具有耐磨性的复合板主要工艺参数和性能见表5；本发明生产具有耐腐蚀性的桥梁复合板成分见表6、本发明生产具有耐腐蚀性的桥梁复合板主要工艺参数见表7，本发明生产具有耐腐蚀性的桥梁复合板性能见表8。
表1本发明生产的管线用镍合金复合钢板成分(wt％)
注：余量为Fe及不可避免的微量杂质
表2本发明生产的管线用镍合金复合钢板的主要工艺参数
表3本发明生产的管线用镍合金复合钢板的性能
表4本发明生产具有耐磨性的复合板成分(wt％)
注：余量为Fe及不可避免的微量杂质
表5本发明生产具有耐磨性的复合板主要工艺参数和性能
表6本发明生产具有耐腐蚀性的桥梁复合板成分(wt％)
注：余量为Fe及不可避免的微量杂质
表7本发明生产具有耐腐蚀性的桥梁复合板主要工艺参数
表8本发明生产具有耐腐蚀性的桥梁复合板性能
为了表述本发明，在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明，以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (2)
1.一种复合钢板的生产方法，包括基层钢板和复层钢板表面铣磨、叠放组坯、预热、焊接、加热、轧制、冷却，其特征在于：分别对复层钢板和基层钢板的一个表面进行铣磨处理，将铣磨面相对叠放在一起经预热到150℃～200℃后直接将接触面的四周进行焊接，焊接封口处留φ5～30mm孔洞，再用铝条将孔洞封堵。
2.一种权利要求1所述的一种复合钢板的生产方法，其特征在于：复层钢板和基层钢板铣磨后铣磨面粗糙度Ra不大于10um；轧制时复层钢板在下，基层钢板在上，板坯加热温度1230℃～1280℃；板坯开轧温度1200℃～1250℃；道次压下率≥25％；轧后只对下侧的复层金属进行喷水冷却，开冷温度在900℃～950℃，冷却速度在15℃/s～25℃/s，返红温度在550℃～600℃。
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