不銹鋼復合板的真空熱軋方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種不銹鋼復合板的真空熱軋方法。該方法包括如下步驟：(1) 對不銹鋼和碳鋼待復合面進行打磨；(2) 將兩塊不銹鋼板貼合面之間加入高溫隔離布，四周點焊固定于一起，將點焊后的兩塊不銹鋼板固定在待復合的一塊碳鋼板上，再用四塊封條圍繞不銹鋼形成一個盒體，再在上面固定第二塊碳鋼板，形成對稱型組坯，然后采用氬弧焊焊接，得到密封對稱型組坯；(3) 將密封對稱型組坯中一個封條之間鉆一個通孔，將不銹鋼管氬弧焊接于封條上；(4) 抽真空，再用液壓鉗將不銹鋼管密封，最后用真空泥將不銹鋼管封閉；（5）采用了多道次熱軋，得到不銹鋼復合板。本發(fā)明的板型應力分布相對對稱，具有良好的界面強度。
【專利說明】
不銹鋼復合板的真空熱軋方法
技術領域
[0001]本發(fā)明創(chuàng)造涉及不銹鋼復合板生產(chǎn)技術領域，特別涉及真空熱乳方法制備超高界面強度的耐高溫耐蝕不銹鋼復合板，屬于金屬壓延領域。
【背景技術】
[0002]為了有效的降低成本、節(jié)約資源和避免浪費，目前石油化工、海水淡化、發(fā)電、造船以及油氣輸送管線等重大裝備行業(yè)以及造紙、食品和醫(yī)療器械等部門都逐漸采用不銹鋼復合板，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)昂貴的不銹鋼制品。不銹鋼復合板既是以碳鋼為基層，不銹鋼為覆層的層狀金屬基復合材料。它能充分發(fā)揮不銹鋼的耐高溫、耐蝕、耐磨、抗磁等特點，又具有碳鋼良好的可焊性、成型性、拉延性和導熱性，并與純不銹鋼板相比，可節(jié)約鉻、鎳等合金元素70%?80%，節(jié)約成本30%?50%。
[0003]不銹鋼復合板工業(yè)化生產(chǎn)主要采用爆炸復合工藝，但是爆炸焊接方式具有噪音大，生產(chǎn)效率低，過程不易控制和對環(huán)境污染大等缺點，并只能生產(chǎn)較厚覆層的不銹鋼復合板，因此國外已逐漸摒棄爆炸復合方式。
[0004]真空熱乳目前成為世界上普遍采用的制備工藝，它是在溫度和壓力的同時作用下，令不銹鋼板與碳鋼板之間的界面在接近真空的狀態(tài)下發(fā)生微觀的塑性流變后相互緊密接觸，從而達到完全的冶金結合。與爆炸焊接方法相比，具有無噪聲，生產(chǎn)效率高，過程可控，對環(huán)境影響小，可大面積規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)勢。然而由于對真空熱乳過程中界面精確控制和界面形成機理等方面的認識不足，因此目前國內外仍不能將真空熱乳法完全應用于工業(yè)化生產(chǎn)不銹鋼復合板。不銹鋼復合板界面無法精確控制的主要原因，是在熱乳過程中，不銹鋼具有較高的熱變形抗力，而碳鋼的高溫變形能力較強，因此兩者變形協(xié)調性較差，這一方面影響了各層厚度的均勻性和界面的平整性，出現(xiàn)周期性波狀頸縮類型的界面形貌，甚至會發(fā)生脫層現(xiàn)象，另一方面會在界面處產(chǎn)生較大的殘余應力，不利于不銹鋼復合板的成型和應用。同時，不銹鋼復合板在服役過程中往往承受拉伸、彎曲、交變等載荷的作用，如果界面結合強度較低，會產(chǎn)生分層、折裂等現(xiàn)象，造成災難性事故。此外，乳制界面結合機理都建立于冷乳基礎上的，而在熱乳過程中，氧化膜的變形和斷裂，合金元素的擴散和反應將嚴重影響復合界面的強度。當前，制備真空熱乳不銹鋼復合板的過程中采用了非對稱組坯方式，將表面清理后的不銹鋼板和碳鋼板疊放在一起，放在抽真空室中進行抽真空，然后用真空電子束焊把界面四周密封封裝。由于真空電子束焊接設備昂貴，成本較高。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的為針對當前技術存在的不足，提供一種不銹鋼復合板的真空熱乳方法。該方法采用真空對稱式封裝和多道次熱乳的方式，利用真空設備進行抽真空，減少界面氧化物，提高了界面結合強度；同時，采用了多道次熱乳，每道次控制在20?30%，避免了過大的壓下量造成翹曲。熱乳溫度高達1100°C，在不銹鋼復合板界面產(chǎn)生一定的擴散層，獲得超高界面結合。
[0006]—種不銹鋼復合板的真空熱乳方法，包括如下步驟:
[0007](I)表面打磨，分別對不銹鋼板和碳鋼板的待復合面進行打磨；
[0008](2)將兩塊不銹鋼板貼合面之間加入高溫隔離布，四周點焊固定于一起，將點焊后的兩塊不銹鋼板固定在待復合的一塊碳鋼板上，再用四塊封條圍繞不銹鋼形成一個盒體，再在上面固定第二塊碳鋼板，形成對稱型組坯，然后采用氬弧焊焊接，得到密封對稱型組坯;其中，不銹鋼四邊與相鄰的封條距離為5?40mm，兩塊不銹鋼板厚度之和，加上高溫隔離布的厚度，等于封條的厚度；
[0009](3)將密封對稱型組坯中一個封條之間鉆一個通孔，將不銹鋼管氬弧焊接于封條上，并通過驗漏設備進行檢查確保焊接封裝完好；
[0010](4)用含有機械栗、磁栗和分子栗三級栗的真空設備進行抽真空，令組坯內真空度達到10—2Pa為止，用氬弧焊槍將不銹鋼管加熱到500?1000°C，并用液壓鉗將不銹鋼管密封，最后用真空泥將不銹鋼管封閉；
[0011](5)將抽完真空后的組坯放入高溫加熱爐中進行升溫，升至1000?1300°C進行保溫處理，保溫I?3h;
[0012](6)將加熱后的組坯送入熱乳機中進行熱乳，每次乳制壓下量為1?90 %，乳制道次為I?9次，乳制總壓下量為10?90% ；
[0013](7)在矯直機上進行矯直，隨后空冷至室溫，得到不銹鋼復合板。
[OOM]所述的步驟(6)中的乳制速度為0.8?lm/s。
[0015]所述的步驟(6)中的乳制道次優(yōu)選為6?9次，乳制總壓下量優(yōu)選為為60?90%。
[0016]本發(fā)明的實質性特點為:
[0017]現(xiàn)有真空熱乳技術中，多采用非對稱方式進行組坯，這樣板型在熱乳過程中會產(chǎn)生明顯的彎曲或翹曲現(xiàn)象，嚴重影響了板型的平整性和均勻性。而本實驗采用對稱組坯方式，板型在熱乳過程中相對變形均勻，應力分布相對對稱，避免了翹曲現(xiàn)象的產(chǎn)生。同時本實驗利用含有三級栗的真空設備抽真空，而以往只采用機械栗一級栗，這樣就會產(chǎn)生大量的氧化物，嚴重影響了界面結合狀態(tài)。此外，以往熱乳采用較低溫度(900?IlO(TC)的熱乳實驗，不利于合金元素的相互擴散，獲得的界面結合強度較低，而本方法采用較高溫度(1100?1300°C)的熱乳實驗，或在界面處產(chǎn)生一定尺度的擴散層，獲得良好的界面強度，避免了在服役和后續(xù)加工成型過程中脫層裂紋的產(chǎn)生，降低了事故的風險性。
[0018]本發(fā)明的有益效果在于:
[0019]本發(fā)明采用對稱組坯方式，板型在熱乳過程中相對變形均勻，應力分布相對對稱，避免了翹曲現(xiàn)象的產(chǎn)生，與非對稱組坯方式相比，板型的平整性和均勻性較好;采用了機械栗、磁栗和分子栗三級栗的真空設備進行抽真空，大大減少了復合板界面氧化物的產(chǎn)生，使界面達到很好的結合狀態(tài)，即結合率為100%;采用了較高溫度(1100?1300°C)的熱乳工藝，在界面處產(chǎn)生一定尺度的擴散層，獲得了良好的界面強度，即界面結合強度超過300MPa，避免了在服役和后續(xù)加工成型過程中脫層裂紋的產(chǎn)生。
【附圖說明】
[0020]圖1為熱乳不銹鋼復合板對稱真空封裝示意圖；其中1-封條2-碳鋼3-不銹鋼4-隔離布5-抽真空管；
[0021]圖2為熱乳之后的板型形狀；
[0022]圖3為實施例1得到的不銹鋼復合板的金相組織照片；
[0023]圖4為實施例2得到的不銹鋼復合板的金相組織照片；
[0024]圖5為實施例3得到的不銹鋼復合板的金相組織照片；
[0025]圖6為不同熱乳溫度下的不銹鋼復合板拉伸側面斷口形貌的照片，其中圖6a)為IlOO0C熱乳溫度下的照片；圖6b)為12000C熱乳溫度下的照片、圖6c)為1300°C熱乳溫度下的照片。
【具體實施方式】
[0026]實施例1
[0027](I)表面打磨，分別用角磨機對314不銹鋼和Q235碳鋼待復合面進行打磨，打磨后表面出現(xiàn)金屬光澤為止，并保證待復合界面的平整性，通過打磨可以去除表面雜質和氧化膜，以利于熱乳結合，其中碳鋼尺寸:200mm X 300mm X 60mm，不銹鋼尺寸:160mm X 260mm X12mm；
[0028](2)如圖1所示的對稱型組坯方式進行組裝:將兩塊不銹鋼貼合面之間加入高溫隔離布，四周點焊固定于一起，再將兩不銹鋼板放置于待復合的一塊碳鋼板表面中間(不銹鋼鋼板與碳鋼鋼板中心對稱)，將其點焊固定，再用四塊封條圍繞不銹鋼板形成一個盒體，點焊固定，不銹鋼板四邊距相鄰封條內壁距離均為5mm(封條尺寸為230mm X 30mm X 25mm和270mm X 30mm X 25mm，材質為Q235碳鋼，其中，封條厚度為兩塊不銹鋼厚度之和，加上高溫隔離布的厚度)，然后再在上面蓋上第二塊碳鋼板，點焊固定，形成對稱型組坯;最后采用交流氬弧焊焊接封條之間、以及封條與碳鋼板之間，得到密封對稱型組坯(焊接參數(shù):焊接電流為120A，媽極直徑為3臟，八1'氣消耗量為517111；[11，焊接速度為10011/111；[11)；
[0029](3)將密封后的對稱型組坯其中一個封條之間鉆一個直徑為1mm的通孔，將外徑為1mm的304不銹鋼管氬弧焊接于封條上，并通過驗漏設備進行檢查確保焊接封裝完好；(檢漏的方法是向不銹鋼管打氣加正壓，用水噴至焊接的區(qū)域，看是否有氣泡的方式)
[0030](4)用含有機械栗、磁栗和分子栗三級栗的真空設備進行抽真空，令對稱型組坯內真空度達到10—2Pa為止，用氬弧焊槍將不銹鋼管加熱到60(TC，并用液壓鉗將不銹鋼管密封(壓扁封死)，最后向不銹鋼管中填充一小塊真空泥將真空管完全封閉；
[0031](5)將抽完真空后的組坯放入高溫加熱爐中進行升溫，升至1100°C進行保溫處理，保溫2h ；
[0032](6)用吊車將加熱后的組坯送入熱乳機中進行熱乳，乳制道次為8道次，每道次壓下率分別為20%、20%、20%、23%、23%、27%、31%、36%，乳制速度為1111/8，總壓下量約為90%。
[0033](7)在矯直機上進行矯直，隨后空冷至室溫，最后得到上、下各一組不銹鋼/碳鋼復合板(經(jīng)隔離布分離為兩塊)。
[0034]由圖3可以看出不銹鋼復合板界面是一條略帶彎曲的直線，近界面碳鋼的組織為鐵素體組織，遠界面碳鋼的組織為鐵素體+珠光體組織，近界面不銹鋼的組織為細小的奧氏體組織。經(jīng)測量不銹鋼復合板中碳鋼層的厚度約為1.2mm，不銹鋼層的厚度約為6.0mm。采用超聲波探測器進行探測，沒有發(fā)現(xiàn)未結合的部位。對熱乳后的不銹鋼復合板進行拉伸和剪切實驗，其屈服強度和剪切強度均超過300MPa。
[0035]實施例2
[0036](I)表面打磨，分別用角磨機對314不銹鋼和Q235碳鋼待復合面進行打磨，打磨后表面出現(xiàn)金屬光澤為止，并保證待復合界面的平整性，通過打磨可以去除表面雜質和氧化膜，以利于熱乳結合，其中碳鋼尺寸:200mm X 300mm X 60mm，不銹鋼尺寸:160mm X 260mm X12mm；
[0037](2)如圖1所示的對稱型組坯方式進行組裝:將兩塊不銹鋼貼合面之間加入高溫隔離布，四周點焊固定于一起，再將兩不銹鋼板放置于待復合的一塊碳鋼板表面中間(不銹鋼鋼板與碳鋼鋼板中心對稱)，將其點焊固定，再用四塊封條圍繞不銹鋼板形成一個盒體，點焊固定，不銹鋼板四邊距相鄰封條內壁距離均為5mm(封條尺寸為230mm X 30mm X 25mm和270mm X 30mm X 25mm，材質為Q235碳鋼，其中，封條厚度為兩塊不銹鋼厚度之和，加上高溫隔離布的厚度)，然后再在上面蓋上第二塊碳鋼板，點焊固定，形成對稱型組坯;最后采用交流氬弧焊焊接密封對稱型組坯(焊接參數(shù):焊接電流為120A，鎢極直徑為3mm，Ar氣消耗量為5L/min，焊接速度為 10cm/min)；
[0038](3)將密封后的對稱型組還其中一個封條之間鉆一個直徑為1mm的通孔，將外徑為1mm的304不銹鋼管氬弧焊接于封條上，并通過驗漏設備進行檢查確保焊接封裝完好；(檢漏的方法是向不銹鋼管打氣加正壓，用水噴至焊接的區(qū)域，看是否有氣泡的方式)
[0039](4)用含有機械栗、磁栗和分子栗三級栗的真空設備進行抽真空，令對稱型組坯內真空度達到10—2Pa為止，用氬弧焊槍將不銹鋼管加熱到60(TC，并用液壓鉗將不銹鋼管密封(壓扁封死)，最后向不銹鋼管中填充一小塊真空泥將真空管完全封閉；
[0040](5)將抽完真空后的組坯放入高溫加熱爐中進行升溫，升至1200°C進行保溫處理，保溫2h ；
[0041](6)用吊車將加熱后的組坯送入熱乳機中進行熱乳，乳制道次為8道次，每道次壓下率分別為20%、20%、20%、23%、23%、27%、31%、36%，乳制速度為1111/8，總壓下量約為90%。
[0042](7)在矯直機上進行矯直，隨后空冷至室溫，最后得到上、下各一組不銹鋼/碳鋼復合板(經(jīng)隔離布分離為兩塊)。
[0043]實施例3
[0044](I)表面打磨，分別用角磨機對314不銹鋼和Q235碳鋼待復合面進行打磨，打磨后表面出現(xiàn)金屬光澤為止，并保證待復合界面的平整性，通過打磨可以去除表面雜質和氧化膜，以利于熱乳結合，其中碳鋼尺寸:200mm X 300mm X 60mm，不銹鋼尺寸:160mm X 260mm X12mm；
[0045](2)如圖1所示的對稱型組坯方式進行組裝:將兩塊不銹鋼貼合面之間加入高溫隔離布，四周點焊固定于一起，再將兩不銹鋼板放置于待復合的一塊碳鋼板表面中間(不銹鋼鋼板與碳鋼鋼板中心對稱)，將其點焊固定，再用四塊封條圍繞不銹鋼板形成一個盒體，點焊固定，不銹鋼板四邊距相鄰封條內壁距離均為5mm(封條尺寸為230mm X 30mm X 25mm和270mm X 30mm X 25mm，材質為Q235碳鋼，其中，封條厚度為兩塊不銹鋼厚度之和，加上高溫隔離布的厚度)，然后再在上面蓋上第二塊碳鋼板，點焊固定，形成對稱型組坯;最后采用交流氬弧焊焊接密封對稱型組坯(焊接參數(shù):焊接電流為120A，鎢極直徑為3mm，Ar氣消耗量為5L/min，焊接速度為lOcm/min)；
[0046](3)將密封后的對稱型組坯其中一個封條之間鉆一個直徑為1mm的通孔，將外徑為1mm的304不銹鋼管氬弧焊接于封條上，并通過驗漏設備進行檢查確保焊接封裝完好；(檢漏的方法是向不銹鋼管打氣加正壓，用水噴至焊接的區(qū)域，看是否有氣泡的方式)
[0047](4)用含有機械栗、磁栗和分子栗三級栗的真空設備進行抽真空，令對稱型組坯內真空度達到10—2Pa為止，用氬弧焊槍將不銹鋼管加熱到60(TC，并用液壓鉗將不銹鋼管密封(壓扁封死)，最后向不銹鋼管中填充一小塊真空泥將真空管完全封閉；
[0048](5)將抽完真空后的組坯放入高溫加熱爐中進行升溫，升至1300°C進行保溫處理，保溫2h ；
[0049](6)用吊車將加熱后的組坯送入熱乳機中進行熱乳，乳制道次為8道次，每道次壓下率分別為20%、20%、20%、23%、23%、27%、31%、36%，乳制速度為1111/8，總壓下量約為90%。
[0050](7)在矯直機上進行矯直，隨后空冷至室溫，最后得到上、下各一組不銹鋼/碳鋼復合板(經(jīng)隔離布分離為兩塊)。
[0051]圖2中為熱乳之后的板型形狀，發(fā)現(xiàn)平整性和厚度均勻性良好，無翹曲。從圖3，4，5中可以得到界面較為平直且層厚較為均勻。并發(fā)現(xiàn)界面層處出現(xiàn)了明顯的過渡層，靠近界面層的碳鋼側為脫碳層區(qū)，內部組織僅有鐵素體組成，珠光體消失，而靠近界面層的不銹鋼側為滲碳層，由金相腐蝕較深的規(guī)則晶粒組成，由于碳元素的滲入，在晶界處極易出現(xiàn)細小彌散的碳化物，這說明在較高溫度下熱乳，合金元素能夠充分的擴散，從而提高界面結合強度。圖6為不同熱乳溫度下的不銹鋼復合板拉伸側面斷口形貌，隨著熱乳溫度的升高，脫層裂紋逐漸消失，反應界面結合強度逐漸升高，能夠滿足加工成型和服役的需要。
[0052]本發(fā)明未盡事宜為公知技術。
【主權項】
1.一種不銹鋼復合板的真空熱乳方法，其特征為包括如下步驟: (1)表面打磨，分別對不銹鋼板和碳鋼板的待復合面進行打磨； (2)將兩塊不銹鋼板貼合面之間加入高溫隔離布，四周點焊固定于一起，將點焊后的兩塊不銹鋼板固定在待復合的一塊碳鋼板上，再用四塊封條圍繞不銹鋼形成一個盒體，再在上面固定第二塊碳鋼板，形成對稱型組坯，然后采用氬弧焊焊接，得到密封對稱型組坯；其中，不銹鋼四邊與相鄰的封條距離為5?40mm，兩塊不銹鋼板厚度之和，加上高溫隔離布的厚度，等于封條的厚度； (3)將密封對稱型組坯中一個封條之間鉆一個通孔，將不銹鋼管氬弧焊接于封條上，并通過驗漏設備進行檢查確保焊接封裝完好； (4)用含有機械栗、磁栗和分子栗三級栗的真空設備進行抽真空，令組坯內真空度達到10—2Pa為止，用氬弧焊槍將不銹鋼管加熱到500?1000°C，并用液壓鉗將不銹鋼管密封，最后用真空泥將不銹鋼管封閉； (5)將抽完真空后的組坯放入高溫加熱爐中進行升溫，升至1000?1300°C進行保溫處理，保溫I?3h; (6)將加熱后的組坯送入熱乳機中進行熱乳，每次乳制壓下量為10?90%，乳制道次為I?9次，乳制總壓下量為1?90%; (7)在矯直機上進行矯直，隨后空冷至室溫，得到不銹鋼復合板。2.如權利要求1所述的不銹鋼復合板的真空熱乳方法，其特征為所述的步驟(6)中的乳制速度為0.8?lm/s。3.如權利要求1所述的不銹鋼復合板的真空熱乳方法，其特征為所述的步驟(6)中的乳制道次優(yōu)選為6?9次，乳制總壓下量優(yōu)選為為60?90%。
【文檔編號】B21B1/38GK105880285SQ201610412045
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月13日
【發(fā)明人】劉寶璽, 代響林, 殷福星, 董艷春, 陳翠欣
【申請人】河北工業(yè)大學