專(zhuān)利名稱(chēng)：一種不銹鋼-碳鋼復(fù)合板的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種不銹鋼-碳鋼復(fù)合板的制備方法。
背景技術(shù)：
不銹鋼-碳鋼復(fù)合板由于其既具不銹鋼的耐蝕性，同時(shí)還兼具碳鋼低成本的特 點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于能源、石油、化工諸多工業(yè)領(lǐng)域；目前，生產(chǎn)不銹鋼-碳鋼復(fù)合板的方 法主要有爆炸復(fù)合法、釬焊復(fù)合法和軋制復(fù)合法。爆炸復(fù)合法是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的一種方法，該方法可以將兩種熔點(diǎn)差別很 大的兩種金屬進(jìn)行復(fù)合，而且復(fù)合是在瞬間完成的，因此可以避免界面生成金屬間化合物， 但是該方法生產(chǎn)的復(fù)合板尺寸較小且板形較差，而且能量消耗大，污染環(huán)境，成材率低，這 一系列的問(wèn)題極大地制約了該方法的使用。釬焊復(fù)合法是將一種釬料置于不銹鋼板和碳鋼板之間，然后通過(guò)加熱并施加一定 的壓力將不銹鋼和碳鋼結(jié)合在一起的方法，該方法比較簡(jiǎn)便且對(duì)環(huán)境污染較小，但是該方 法制備的復(fù)合板界面強(qiáng)度一般都不高，因此極大地限制了該方法的使用。軋制復(fù)合法分為冷軋復(fù)合法和熱軋復(fù)合法；由于熱軋復(fù)合法的界面結(jié)合強(qiáng)度較 高，因此軋制復(fù)合法的應(yīng)用中主要以熱軋復(fù)合法為主，即將待復(fù)合的不銹鋼板和碳鋼板在 加熱到再結(jié)晶溫度以上后對(duì)復(fù)合板進(jìn)行軋制；然而熱軋復(fù)合法由于是在高溫下進(jìn)行軋制， 復(fù)合界面很容易氧化，而氧化的界面極大地降低了界面結(jié)合強(qiáng)度。因此，在熱軋復(fù)合法生產(chǎn) 不銹鋼一碳鋼復(fù)合板的基礎(chǔ)上，人們通過(guò)降低熱軋不銹鋼一碳鋼復(fù)合界面氧化的方法來(lái)提 高復(fù)合界面的結(jié)合強(qiáng)度。目前主要有兩種方法，一種是在對(duì)不銹鋼一碳鋼復(fù)合板加熱過(guò)程 和軋制過(guò)程安裝保護(hù)氣體的噴嘴，來(lái)吹噴氬氣，以減緩界面的氧化，但是該方法只對(duì)薄帶有 一定的效果，而對(duì)于厚板則無(wú)能為力；另一種方法是在復(fù)合之前，用電弧焊的方法將不銹鋼 和碳鋼待復(fù)合板面的四周封嚴(yán)，然后進(jìn)行加熱軋制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)復(fù)合界面仍然存在一定程度 的氧化，界面剪切強(qiáng)度未超過(guò)300 MPa0

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有熱軋制備復(fù)合鋼板技術(shù)上存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種不銹鋼-碳鋼復(fù) 合板的制備方法。本發(fā)明的方法按以下步驟進(jìn)行
1、表面處理選取側(cè)面長(zhǎng)寬尺寸相等的不銹鋼板材料和碳鋼板材料，將不銹鋼板材料 和碳鋼板材料的一個(gè)側(cè)面或兩個(gè)側(cè)面上的銹層和氧化層去除，然后將去除銹層和氧化層的 側(cè)面清洗并吹干；
2、疊放將不銹鋼板材料和碳鋼板材料交替疊放在一起，不銹鋼板材料的經(jīng)過(guò)清洗的 側(cè)面與碳鋼板材料經(jīng)過(guò)清洗的側(cè)面相對(duì)，使不銹鋼板材料的側(cè)面與碳鋼板材料的側(cè)面重 合，制成由兩層以上鋼板材料組成的復(fù)合坯料；
3、夾緊當(dāng)復(fù)合坯料由奇數(shù)層鋼板材料組成時(shí)，將復(fù)合坯料放置在兩個(gè)設(shè)有螺栓孔的金屬平板之間，用螺栓和螺母將兩個(gè)金屬平板擰緊，使復(fù)合坯料的鋼板材料之間壓緊，組成 夾緊復(fù)合坯料；當(dāng)復(fù)合坯料由偶數(shù)層鋼板材料組成時(shí)，在其中一個(gè)復(fù)合坯料的側(cè)面涂覆一 層阻隔劑，將另一個(gè)復(fù)合坯料的側(cè)面放在阻隔劑上，然后用電焊將兩個(gè)復(fù)合坯料焊接固定 在一起，構(gòu)成復(fù)合坯料-阻隔劑-復(fù)合坯料的組合結(jié)構(gòu)，再將該組合結(jié)構(gòu)放置在兩個(gè)設(shè)有螺 栓孔的金屬平板之間，用螺栓和螺母將兩個(gè)金屬平板擰緊，使組合結(jié)構(gòu)的復(fù)合坯料之間壓 緊，并使復(fù)合坯料的鋼板材料之間壓緊，組成夾緊復(fù)合坯料；
4、焊接將夾緊復(fù)合坯料置于真空室中，抽真空至氣壓< IX 10-2 ，并在真空條件下 將相鄰兩個(gè)鋼板材料的接觸面的四周焊接，使不銹鋼板和碳鋼板之間的復(fù)合界面密封；
5、熱處理將焊接完成的夾緊復(fù)合坯料置于電阻爐中加熱至80(T135(TC，保溫 6 300min，獲得熱處理復(fù)合坯料；
6、軋制將熱處理復(fù)合坯料上的金屬平板去除，將熱處理后的夾緊復(fù)合坯料用軋機(jī)軋 制，軋制溫度為88(Γ1000 ，軋制速度為0. 3 2m/s，總壓下率為30 85%，其中第一道次壓下 率為5 40%，獲得不銹鋼-碳鋼復(fù)合板；當(dāng)夾緊復(fù)合坯料中有兩個(gè)復(fù)合坯料時(shí)，軋制完成后 先將點(diǎn)焊處切除，再將兩個(gè)復(fù)合坯料分開(kāi)。上述發(fā)金屬平板為鋼板。上述的阻隔劑選用SiC粉末，阻隔劑的厚度為0.廣2mm。上述方法中獲得的不銹鋼-碳鋼復(fù)合板的復(fù)合界面剪切強(qiáng)度MOOMPa。
上述方法中清洗是指用乙醇或丙酮進(jìn)行清洗。上述方法中的不銹鋼板的材質(zhì)選用奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼或奧氏體鐵素體 雙相鋼。上述方法中的碳鋼的材質(zhì)選用低碳鋼或中碳鋼。上述方法中在真空條件下將相鄰兩個(gè)鋼板接觸面的四周焊接是用電子束焊接。本發(fā)明的方法通過(guò)在高真空環(huán)境下對(duì)鋼板材料進(jìn)行密封，使復(fù)合板中經(jīng)過(guò)加熱和 軋制后能夠牢固結(jié)合，與傳統(tǒng)的熱軋復(fù)合法相比，能夠解決復(fù)合界面氧化的問(wèn)題，使復(fù)合界 面的剪切強(qiáng)度從lOOMI^a提高到400MPa以上，提高了不銹鋼-碳鋼復(fù)合板的使用壽命和應(yīng) 用范圍；與爆炸復(fù)合法相比，本發(fā)明的方法對(duì)環(huán)境污染小，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求不高，且板形平 整，成材率高。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的復(fù)合板界面微觀組織圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例中采用的不銹鋼板材質(zhì)為304奧氏體不銹鋼，采用的碳鋼板材質(zhì)為 Q;345。本發(fā)明實(shí)施例中采用的乙醇和丙酮為工業(yè)酒精和工業(yè)丙酮。本發(fā)明實(shí)施例中采用的SiC粉末為市購(gòu)產(chǎn)品。實(shí)施例1
不銹鋼板材料的尺寸為500 X 200 X 2mm，碳鋼板材料的尺寸為500 X 200 X 10mm，分別
將兩個(gè)不銹鋼板材料的一個(gè)側(cè)面上的銹層和氧化層去除，然后將去除銹層和氧化層的側(cè)面用乙醇清洗并吹干；將一個(gè)碳鋼板材料的兩個(gè)側(cè)面上的銹層和氧化層去除，然后將去除銹 層和氧化層的側(cè)面用乙醇清洗并吹干；
將兩個(gè)不銹鋼板材料和碳鋼板材料交替疊放在一起，不銹鋼板材料的經(jīng)過(guò)清洗的側(cè)面 與碳鋼板材料經(jīng)過(guò)清洗的側(cè)面相對(duì)，使不銹鋼板材料的側(cè)面與碳鋼板材料的側(cè)面重合，制 成由3層鋼板材料組成的復(fù)合坯料；
將復(fù)合坯料放置在兩個(gè)設(shè)有螺栓孔的金屬平板之間，用螺栓和螺母將兩個(gè)金屬平板擰 緊，使復(fù)合坯料的鋼板材料之間壓緊，組成夾緊復(fù)合坯料；采用的金屬平板為鋼板；
將夾緊復(fù)合坯料置于真空室中，抽真空至氣壓1 X IO-2Pa,并在真空條件下將相鄰兩個(gè) 鋼板材料的接觸面的四周用電子束焊接，兩個(gè)接觸面共8條焊縫，使不銹鋼板和碳鋼板之 間的復(fù)合界面密封；
將焊接完成的夾緊復(fù)合坯料置于電阻爐中加熱至900°C，保溫30min，獲得熱處理復(fù)合 坯料；
將熱處理復(fù)合坯料上的金屬平板去除，將熱處理后的夾緊復(fù)合坯料用軋機(jī)軋制，軋 制溫度為880°C，軋制速度為0. 3m/s,總壓下率為50%，其中第一道次壓下率為20%，獲得 1000 X 200 X 6mm的不銹鋼-碳鋼復(fù)合板，其中不銹鋼層的總厚度為1mm，中間碳鋼層的總厚 度為5mm，該復(fù)合板的復(fù)合界面剪切強(qiáng)度460MPa。實(shí)施例2
不銹鋼板材料的尺寸為1000X 200X4mm，碳鋼板材料的尺寸為1000X 200X 10mm，分
別將兩個(gè)不銹鋼板材料的一個(gè)側(cè)面上的銹層和氧化層去除，然后將去除銹層和氧化層的側(cè) 面用丙酮清洗并吹干；將一個(gè)碳鋼板材料的兩個(gè)側(cè)面上的銹層和氧化層去除，然后將去除 銹層和氧化層的側(cè)面用丙酮清洗并吹干；
將不銹鋼板材料和碳鋼板材料交替疊放在一起，不銹鋼板材料的經(jīng)過(guò)清洗的側(cè)面與碳 鋼板材料經(jīng)過(guò)清洗的側(cè)面相對(duì)，使不銹鋼板材料的側(cè)面與碳鋼板材料的側(cè)面重合，制成由3 層鋼板材料組成的復(fù)合坯料；
將復(fù)合坯料放置在兩個(gè)設(shè)有螺栓孔的金屬平板之間，用螺栓和螺母將兩個(gè)金屬平板擰 緊，使復(fù)合坯料的鋼板材料之間壓緊，組成夾緊復(fù)合坯料；采用的金屬平板為鋼板；
將夾緊復(fù)合坯料置于真空室中，抽真空至氣壓0.5X 10_2Pa，并在真空條件下將相鄰兩 個(gè)鋼板材料的接觸面的四周用電子束焊接，兩個(gè)接觸面共8條焊縫，使不銹鋼板和碳鋼板 之間的復(fù)合界面密封；
將焊接完成的夾緊復(fù)合坯料置于電阻爐中加熱至1000°C，保溫60min，獲得熱處理復(fù) 合坯料；
將熱處理復(fù)合坯料上的金屬平板去除，將熱處理后的夾緊復(fù)合坯料用軋機(jī)軋制，軋制 溫度為88(Tl000°C，軋制速度為0. 5m/s,總壓下率為40%，其中第一道次壓下率為10%，獲 得1666X 200X 10. 8mm的不銹鋼-碳鋼復(fù)合板，其中不銹鋼層的總厚度為2. 4mm，中間碳鋼 層的總厚度為6mm，該復(fù)合板的復(fù)合界面剪切強(qiáng)度440MPa。實(shí)施例3
不銹鋼板材料的尺寸為500 X 200 X 1mm，碳鋼板材料的尺寸為500 X 200 X 10mm，分別
將不銹鋼板材料和碳鋼板材料的一個(gè)側(cè)面上的銹層和氧化層去除，然后將去除銹層和氧化 層的側(cè)面用乙醇清洗并吹干；將不銹鋼板材料和碳鋼板材料疊放在一起，不銹鋼板材料的經(jīng)過(guò)清洗的側(cè)面與碳鋼板 材料經(jīng)過(guò)清洗的側(cè)面相對(duì)，使不銹鋼板材料的側(cè)面與碳鋼板材料的側(cè)面重合，制成由兩層 鋼板材料組成的復(fù)合坯料；
準(zhǔn)備兩個(gè)同樣的復(fù)合坯料，在其中一個(gè)復(fù)合坯料的側(cè)面涂覆一層阻隔劑，將另一個(gè)復(fù) 合坯料的側(cè)面放在阻隔劑上，構(gòu)成復(fù)合坯料-阻隔劑-復(fù)合坯料的組合結(jié)構(gòu)，再將該組合結(jié) 構(gòu)放置在兩個(gè)設(shè)有螺栓孔的金屬平板之間，用螺栓和螺母將兩個(gè)金屬平板擰緊，使組合結(jié) 構(gòu)的復(fù)合坯料之間壓緊，并使復(fù)合坯料的鋼板材料之間壓緊，組成夾緊復(fù)合坯料；阻隔劑為 SiC粉末，厚度為0. Imm ；采用的金屬平板為鋼板；
將夾緊復(fù)合坯料置于真空室中，抽真空至氣壓1 X IO-2Pa,并在真空條件下將兩個(gè)鋼板 材料的接觸面的四周用電子束焊接，使不銹鋼板和碳鋼板之間的復(fù)合界面密封；
將焊接完成的夾緊復(fù)合坯料置于電阻爐中加熱至1000°C，保溫50min，獲得熱處理復(fù) 合坯料；
將熱處理復(fù)合坯料上的金屬平板去除，將熱處理后的夾緊復(fù)合坯料用軋機(jī)軋制，軋制 溫度為1000°C，軋制速度為2m/s，總壓下率為50%，其中第一道次壓下率為30%，軋制完成后 先將點(diǎn)焊處切除，再將兩個(gè)復(fù)合坯料分開(kāi)，獲得兩個(gè)1000X200X5. 5mm的不銹鋼-碳鋼復(fù) 合板，其中不銹鋼層的厚度為0. 5mm，碳鋼層的總厚度為5mm，該復(fù)合板的復(fù)合界面剪切強(qiáng) 度 450MPa。實(shí)施例4
不銹鋼板材料和碳鋼板材料的尺寸同實(shí)施例1，表面處理、疊放、夾緊和焊接方法同實(shí) 施例1 ；
將焊接完成的夾緊復(fù)合坯料置于電阻爐中加熱至800°c，保溫300min，獲得熱處理復(fù) 合坯料；
將熱處理復(fù)合坯料上的金屬平板去除，將熱處理后的夾緊復(fù)合坯料用軋機(jī)軋制，軋制 溫度為950°C，軋制速度為2m/s，總壓下率為85%，其中第一道次壓下率為40%，獲得的不銹 鋼-碳鋼復(fù)合板的復(fù)合界面剪切強(qiáng)度465MPa。實(shí)施例5
不銹鋼板材料和碳鋼板材料的尺寸同實(shí)施例1，表面處理、疊放、夾緊和焊接方法同實(shí) 施例1 ；
將焊接完成的夾緊復(fù)合坯料置于電阻爐中加熱至1350°c，保溫6min，獲得熱處理復(fù)合 坯料；
將熱處理復(fù)合坯料上的金屬平板去除，將熱處理后的夾緊復(fù)合坯料用軋機(jī)軋制，軋制 溫度為980°C，軋制速度為lm/s，總壓下率為30%，其中第一道次壓下率為5%，獲得的不銹 鋼-碳鋼復(fù)合板的復(fù)合界面剪切強(qiáng)度445MPa。實(shí)施例6
不銹鋼板材料和碳鋼板材料的尺寸同實(shí)施例3，表面處理、疊放、夾緊和焊接方法同實(shí) 施例3，不同點(diǎn)在于SiC粉末的厚度為2mm ；
將焊接完成的夾緊復(fù)合坯料置于電阻爐中加熱至1350°C，保溫lOmin，獲得熱處理復(fù) 合坯料；
將熱處理復(fù)合坯料上的金屬平板去除，將熱處理后的夾緊復(fù)合坯料用軋機(jī)軋制，軋制溫度為890°C，軋制速度為0. 3m/s，總壓下率為50%，其中第一道次壓下率為30%，軋制完成 后先將點(diǎn)焊處切除，再將兩個(gè)復(fù)合坯料分開(kāi)，獲得的不銹鋼-碳鋼復(fù)合板的復(fù)合界面剪切 強(qiáng)度 455MPa。
權(quán)利要求
1.一種不銹鋼-碳鋼復(fù)合板的制備方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行(1)選取側(cè)面長(zhǎng)寬尺寸相等的不銹鋼板材料和碳鋼板材料，將不銹鋼板材料和碳鋼板 材料的一個(gè)側(cè)面或兩個(gè)側(cè)面上的銹層和氧化層去除，然后將去除銹層和氧化層的側(cè)面清洗 并吹干；(2)將不銹鋼板材料和碳鋼板材料交替疊放在一起，不銹鋼板材料的經(jīng)過(guò)清洗的側(cè)面 與碳鋼板材料經(jīng)過(guò)清洗的側(cè)面相對(duì)，使不銹鋼板材料的側(cè)面與碳鋼板材料的側(cè)面重合，制 成由兩層以上鋼板材料組成的復(fù)合坯料；(3)當(dāng)復(fù)合坯料由奇數(shù)層鋼板材料組成時(shí)，將復(fù)合坯料放置在兩個(gè)設(shè)有螺栓孔的金屬 平板之間，用螺栓和螺母將兩個(gè)金屬平板擰緊，使復(fù)合坯料的鋼板材料之間壓緊，組成夾緊 復(fù)合坯料；當(dāng)復(fù)合坯料由偶數(shù)層鋼板材料組成時(shí)，在其中一個(gè)復(fù)合坯料的側(cè)面涂覆一層阻 隔劑，將另一個(gè)復(fù)合坯料的側(cè)面放在阻隔劑上，然后用電焊將兩個(gè)復(fù)合坯料焊接固定在一 起，構(gòu)成復(fù)合坯料-阻隔劑-復(fù)合坯料的組合結(jié)構(gòu)，再將該組合結(jié)構(gòu)放置在兩個(gè)設(shè)有螺栓孔 的金屬平板之間，用螺栓和螺母將兩個(gè)金屬平板擰緊，使組合結(jié)構(gòu)的復(fù)合坯料之間壓緊，并 使復(fù)合坯料的鋼板材料之間壓緊，組成夾緊復(fù)合坯料；(4)將夾緊復(fù)合坯料置于真空室中，抽真空至氣壓<1 X 10_2Pa，并在真空條件下將相鄰 兩個(gè)鋼板材料的接觸面的四周焊接，使不銹鋼板和碳鋼板之間的復(fù)合界面密封；(5)將焊接完成的夾緊復(fù)合坯料置于電阻爐中加熱至80(T135(TC，保溫fT300min，獲 得熱處理復(fù)合坯料；(6)將熱處理復(fù)合坯料上的金屬平板去除，將熱處理后的夾緊復(fù)合坯料用軋機(jī)軋制，軋 制溫度為88(Tl00(TC，軋制速度為0. 3 2m/s，總壓下率為30 85%，其中第一道次壓下率為 5 40%，獲得不銹鋼-碳鋼復(fù)合板；當(dāng)夾緊復(fù)合坯料中有兩個(gè)復(fù)合坯料時(shí)，軋制完成后先將 點(diǎn)焊處切除，再將兩個(gè)復(fù)合坯料分開(kāi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不銹鋼-碳鋼復(fù)合板的制備方法，其特征在于所述的阻 隔劑選用SiC粉末，阻隔劑的厚度為0.廣2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不銹鋼-碳鋼復(fù)合板的制備方法，其特征在于所述的不 銹鋼-碳鋼復(fù)合板的復(fù)合界面剪切強(qiáng)度MOOMPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不銹鋼-碳鋼復(fù)合板的制備方法，其特征在于所述的不 銹鋼板的材質(zhì)選用奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼或奧氏體鐵素體雙相鋼，所述的碳鋼的材 質(zhì)選用低碳鋼或中碳鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不銹鋼-碳鋼復(fù)合板的制備方法，其特征在于在真空條 件下將相鄰兩個(gè)鋼板接觸面的四周焊接是用電子束焊接。
全文摘要
一種不銹鋼-碳鋼復(fù)合板的制備方法，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，按以下步驟進(jìn)行(1)將不銹鋼板材料和碳鋼板材料的銹層和氧化層去除并清洗；(2)交替疊放在一起；(3)將復(fù)合坯料放置在兩個(gè)金屬平板之間，組成夾緊復(fù)合坯料；或用電焊將兩個(gè)復(fù)合坯料焊接固定在一起，構(gòu)成復(fù)合坯料-阻隔劑-復(fù)合坯料的組合結(jié)構(gòu)，放置在兩個(gè)金屬平板之間，組成夾緊復(fù)合坯料；(4)在真空條件下將相鄰兩個(gè)鋼板材料的接觸面的四周焊接；(5)置于電阻爐中加熱保溫；(6)用軋機(jī)軋制。本發(fā)明的方法提高了不銹鋼-碳鋼復(fù)合板的使用壽命和應(yīng)用范圍；與爆炸復(fù)合法相比，對(duì)環(huán)境污染小，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求不高，且板形平整，成材率高。
文檔編號(hào)B23K103/04GK102069289SQ20111002965
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者王光磊, 王國(guó)棟, 謝廣明, 駱宗安 申請(qǐng)人:東北大學(xué)