防止真空複合軋制不鏽鋼複合板的界面氧化的方法
2023-06-27 13:08:36 1
專利名稱：防止真空複合軋制不鏽鋼複合板的界面氧化的方法
技術領域：
本發明屬於材料技術領域，特別涉及一種防止真空複合軋制不鏽鋼複合板的界面氧化的方法。
背景技術：
不鏽鋼-碳鋼複合板由於其兼具不鏽鋼的耐蝕性和碳鋼的低成本特點，因此被廣泛應用於石油管線、天然氣儲存罐和化工等各個領域。傳統的製備不鏽鋼-碳鋼複合板方法主要有爆炸複合法，釺焊複合法和軋制複合法。真空複合軋製法是基於傳統的軋製法發明的一種生產複合板的新方法；該方法切割出長寬一致的不鏽鋼板和碳鋼板，將待覆合的不鏽鋼板和碳鋼板表面清理乾淨，並用酒精將待覆合面清洗乾淨並吹乾表面，隨後，將不鏽鋼板和碳鋼板的待覆合面相互疊合在一起並送入真空室，抽真空後開始焊接，將不鏽鋼板和碳鋼板的複合面四周焊接封嚴，然後送入加熱爐中加熱並進行軋制，得到不鏽鋼一碳鋼複合板。在經過大量的實驗研究發現，利用真空複合軋製法得到的不鏽鋼一碳鋼複合板的複合界面儘管結合強度較高，但是卻存在脫碳現象和生成堅硬的富鉻層，脫碳和鉻元素的擴散將導致界面的耐蝕性下降和弱化界面的結合性能；原因是在真空複合軋制過程中，不鏽鋼板和碳鋼板界面直接接觸，該界面在加熱爐中的高溫作用下，碳鋼側的碳元素向不鏽鋼側擴散，碳元素擴散到不鏽鋼側導致了晶間腐蝕，同時不鏽鋼側的鉻元素向碳鋼側擴散， 形成了高硬度的富鉻層，對複合板界面的塑性有很大影響。
發明內容
針對真空軋制複合板在技術上存在的問題，本發明提供一種防止真空複合軋制不鏽鋼複合板的界面氧化的方法。本發明的方法
1、表面處理選取側面長寬尺寸相等的不鏽鋼板材料和碳鋼板材料進行表面處理，將不鏽鋼板材料和碳鋼板材料的一個側面或兩個側面上的鏽層和氧化層去除，然後將去除鏽層和氧化層的側面清洗並吹乾；
2、疊放將不鏽鋼板材料和碳鋼板材料交替疊放在一起，相鄰的不鏽鋼板材料和碳鋼板材料之間用鎳箔隔斷，鎳箔的兩個側面分別與不鏽鋼板材料的經過清洗的側面和碳鋼板材料經過清洗的側面連接，且不鏽鋼板材料的側面和碳鋼板材料的側面均與鎳箔的側面重合，製成由兩層以上鋼板材料及一層以上的鎳箔組成的複合坯料；
3、夾緊當複合坯料由奇數層鋼板材料組成時，將複合坯料放置在兩個設有螺栓孔的金屬平板之間，用螺栓和螺母將兩個金屬平板擰緊，使複合坯料的鋼板材料之間壓緊，組成夾緊複合坯料；當複合坯料由偶數層鋼板材料組成時，在其中一個複合坯料的側面塗覆一層阻隔劑，將另一個複合坯料的側面放在阻隔劑上，然後用電焊將兩個複合坯料焊接固定在一起，構成複合坯料-阻隔劑-複合坯料的組合結構，再將該組合結構放置在兩個設有螺栓孔的金屬平板之間，用螺栓和螺母將兩個金屬平板擰緊，使組合結構的複合坯料之間壓緊，並使複合坯料的鋼板材料之間壓緊，組成夾緊複合坯料；
4、焊接將夾緊複合坯料置於真空室中，抽真空至氣壓< IX 10_2Pa，並在真空條件下將相鄰兩個鋼板材料的接觸面的四周焊接，使不鏽鋼板和碳鋼板之間的複合界面密封；
5、熱處理將焊接完成的夾緊複合坯料置於電阻爐中加熱至80(T135(TC，保溫 6 300min，獲得熱處理複合坯料；
6、軋制將熱處理複合坯料上的金屬平板去除，將熱處理後的夾緊複合坯料用軋機軋制，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%，獲得不鏽鋼-碳鋼複合板；當夾緊複合坯料中有兩個複合坯料時，軋制完成後先將點焊處切除，再將兩個複合坯料分開。上述發金屬平板為鋼板。上述的鎳箔的厚度為0. 05 1mm。上述的阻隔劑為SiC粉末，阻隔劑的厚度為0.1~2mm。上述方法中獲得的不鏽鋼-碳鋼複合板的複合界面剪切強度>430MPa。上述方法中清洗是指用乙醇或丙酮進行清洗。上述方法中的不鏽鋼板的材質選用奧氏體不鏽鋼、鐵素體不鏽鋼或奧氏體鐵素體雙相鋼。上述方法中的碳鋼的材質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鋼板接觸面的四周焊接是用電子束焊接。本發明由於在高真空環境下對待覆合的金屬平板界面添加了純鎳箔，即複合界面同時處在高真空和純鎳箔的雙重保護下，這就使複合板在經過加熱和軋制後達到了十分牢固的結合，與傳統的真空複合軋製法相比，該方法出色地解決了不鏽鋼-碳鋼複合板製備過程中界面的元素擴散問題，使不鏽鋼-碳鋼複合板界面剪切強度能夠提高1(T40 MPa,並且完全消除了界面的脫碳和富鉻層。
圖1為本發明實施例1的添加鎳箔後製備的複合板界面微觀組織圖； 圖2為本發明實施例1的未添加鎳箔製備的複合板界面微觀組織圖。
具體實施例方式本發明實施例中採用的不鏽鋼板材質為304奧氏體不鏽鋼，採用的碳鋼板材質為 Q;345。本發明實施例中採用的乙醇和丙酮為工業酒精和工業丙酮。本發明實施例中採用的SiC粉末為市購產品。本發明實施例中採用的鎳箔重量純度>99. 9%。實施例1
不鏽鋼板材料的尺寸為500 X 200 X 2mm，碳鋼板材料的尺寸為500 X 200 X 10mm，分別
將兩個不鏽鋼板材料的一個側面上的鏽層和氧化層去除，然後將去除鏽層和氧化層的側面用乙醇清洗並吹乾；將一個碳鋼板材料的兩個側面上的鏽層和氧化層去除，然後將去除鏽層和氧化層的側面用乙醇清洗並吹乾；將不鏽鋼板材料和碳鋼板材料交替疊放在一起，相鄰的不鏽鋼板材料和碳鋼板材料之間用鎳箔隔斷，鎳箔的兩個側面分別與不鏽鋼板材料的經過清洗的側面和碳鋼板材料經過清洗的側面連接，且不鏽鋼板材料的側面和碳鋼板材料的側面均與鎳箔的側面重合，製成由3層鋼板材料及2層鎳箔組成的複合坯料；其中鎳箔的厚度為0. 05mm ；
將複合坯料放置在兩個設有螺栓孔的金屬平板之間，用螺栓和螺母將兩個金屬平板擰緊，使複合坯料的鋼板材料之間壓緊，組成夾緊複合坯料；採用的金屬平板為鋼板；
將夾緊複合坯料置於真空室中，抽真空至氣壓1 X IO-2Pa,並在真空條件下將相鄰兩個鋼板材料的接觸面的四周用電子束焊接，兩個接觸面共8條焊縫，使不鏽鋼板和碳鋼板之間的複合界面密封；
將焊接完成的夾緊複合坯料置於電阻爐中加熱至900°C，保溫30min，獲得熱處理複合坯料；
將熱處理複合坯料上的金屬平板去除，將熱處理後的夾緊複合坯料用軋機軋制，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的不鏽鋼-碳鋼複合板，其中不鏽鋼層的總厚度為1mm，中間碳鋼層的總厚度為5mm，該複合板的複合界面剪切強度485MPa ；
採用上述方法在不鏽鋼板材料和碳鋼板材料之間不添加鎳箔，其他步驟相同，獲得的複合板的複合界面剪切強度460Mpa ；
兩種製備方法獲得的複合板的界面微觀組織分別如圖1和圖2所示，由圖可見，添加鎳箔與不添加鎳箔相比，複合界面兩側潔淨，無明顯脫碳現象，無富鉻層出現。
實施例2
不鏽鋼板材料的尺寸為1000X 200X4mm，碳鋼板材料的尺寸為1000X 200X 10mm，分
別將兩個不鏽鋼板材料的一個側面上的鏽層和氧化層去除，然後將去除鏽層和氧化層的側面用丙酮清洗並吹乾；將一個碳鋼板材料的兩個側面上的鏽層和氧化層去除，然後將去除鏽層和氧化層的側面用丙酮清洗並吹乾；
將不鏽鋼板材料和碳鋼板材料交替疊放在一起，相鄰的不鏽鋼板材料和碳鋼板材料之間用鎳箔隔斷，鎳箔的兩個側面分別與不鏽鋼板材料的經過清洗的側面和碳鋼板材料經過清洗的側面連接，且不鏽鋼板材料的側面和碳鋼板材料的側面均與鎳箔的側面重合，製成由3層鋼板材料及2層鎳箔組成的複合坯料；其中鎳箔的厚度為Imm ；
將複合坯料放置在兩個設有螺栓孔的金屬平板之間，用螺栓和螺母將兩個金屬平板擰緊，使複合坯料的鋼板材料之間壓緊，組成夾緊複合坯料；採用的金屬平板為鋼板；
將夾緊複合坯料置於真空室中，抽真空至氣壓0. 5 X IO-2Pa,並在真空條件下將相鄰兩個鋼板材料的接觸面的四周用電子束焊接，兩個接觸面共8條焊縫，使不鏽鋼板和碳鋼板之間的複合界面密封；
將焊接完成的夾緊複合坯料置於電阻爐中加熱至1000°C，保溫60min，獲得熱處理複合坯料；
將熱處理複合坯料上的金屬平板去除，將熱處理後的夾緊複合坯料用軋機軋制，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的不鏽鋼-碳鋼複合板，其中不鏽鋼層的總厚度為2. 4mm，中間碳鋼層的總厚度為6mm，該複合板的複合界面剪切強度460MPa ；採用上述方法在不鏽鋼板材料和碳鋼板材料之間不添加鎳箔，其他步驟相同，獲得的複合板的複合界面剪切強度440MPa。實施例3
不鏽鋼板材料的尺寸為500 X 200 X 1mm，碳鋼板材料的尺寸為500 X 200 X 10mm，分別
將不鏽鋼板材料和碳鋼板材料的一個側面上的鏽層和氧化層去除，然後將去除鏽層和氧化層的側面用乙醇清洗並吹乾；
將不鏽鋼板材料和碳鋼板材料交替疊放在一起，不鏽鋼板材料和碳鋼板材料之間用鎳箔隔斷，鎳箔的兩個側面分別與不鏽鋼板材料的經過清洗的側面和碳鋼板材料經過清洗的側面連接，且不鏽鋼板材料的側面和碳鋼板材料的側面均與鎳箔的側面重合，製成由2層鋼板材料及1層鎳箔組成的複合坯料；其中鎳箔的厚度為0. Imm ；
準備兩個同樣的複合坯料，在其中一個複合坯料的側面塗覆一層阻隔劑，將另一個複合坯料的側面放在阻隔劑上，構成複合坯料-阻隔劑-複合坯料的組合結構，再將該組合結構放置在兩個設有螺栓孔的金屬平板之間，用螺栓和螺母將兩個金屬平板擰緊，使組合結構的複合坯料之間壓緊，並使複合坯料的鋼板材料之間壓緊，組成夾緊複合坯料；阻隔劑為 SiC粉末，厚度為0. Imm ；採用的金屬平板為鋼板；
將夾緊複合坯料置於真空室中，抽真空至氣壓1 X IO-2Pa,並在真空條件下將兩個鋼板材料的接觸面的四周用電子束焊接，使不鏽鋼板和碳鋼板之間的複合界面密封；
將焊接完成的夾緊複合坯料置於電阻爐中加熱至1000°C，保溫50min，獲得熱處理複合坯料；
將熱處理複合坯料上的金屬平板去除，將熱處理後的夾緊複合坯料用軋機軋制，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%，軋制完成後先將點焊處切除，再將兩個複合坯料分開，獲得兩個1000X200X5. 5mm的不鏽鋼-碳鋼複合板，其中不鏽鋼層的厚度為0. 5mm，碳鋼層的總厚度為5mm，該複合板的複合界面剪切強度 480MPa ；
採用上述方法在不鏽鋼板材料和碳鋼板材料之間不添加鎳箔，其他步驟相同，獲得的複合板的複合界面剪切強度450MPa。實施例4
不鏽鋼板材料和碳鋼板材料的尺寸同實施例1，表面處理、疊放、夾緊和焊接方法同實施例1 ；
將焊接完成的夾緊複合坯料置於電阻爐中加熱至800°c，保溫300min，獲得熱處理複合坯料；
將熱處理複合坯料上的金屬平板去除，將熱處理後的夾緊複合坯料用軋機軋制，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%，獲得的不鏽鋼-碳鋼複合板的複合界面剪切強度495MPa ；
採用上述方法在不鏽鋼板材料和碳鋼板材料之間不添加鎳箔，其他步驟相同，獲得的複合板的複合界面剪切強度465MPa。實施例5
不鏽鋼板材料和碳鋼板材料的尺寸同實施例1，表面處理、疊放、夾緊和焊接方法同實施例1 ；將焊接完成的夾緊複合坯料置於電阻爐中加熱至1350°C，保溫6min，獲得熱處理複合坯料；
將熱處理複合坯料上的金屬平板去除，將熱處理後的夾緊複合坯料用軋機軋制，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%，獲得的不鏽鋼-碳鋼複合板的複合界面剪切強度475MPa ；
採用上述方法在不鏽鋼板材料和碳鋼板材料之間不添加鎳箔，其他步驟相同，獲得的複合板的複合界面剪切強度445MPa。
實施例6
不鏽鋼板材料和碳鋼板材料的尺寸同實施例3，表面處理、疊放、夾緊和焊接方法同實施例3，不同點在於SiC粉末的厚度為2mm，鎳箔的厚度為0. 5mm ；
將焊接完成的夾緊複合坯料置於電阻爐中加熱至1350°C，保溫lOmin，獲得熱處理複合坯料；
將熱處理複合坯料上的金屬平板去除，將熱處理後的夾緊複合坯料用軋機軋制，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%，軋制完成後先將點焊處切除，再將兩個複合坯料分開，獲得的不鏽鋼-碳鋼複合板的複合界面剪切強度 485MPa ；
採用上述方法在不鏽鋼板材料和碳鋼板材料之間不添加鎳箔，其他步驟相同，獲得的複合板的複合界面剪切強度455MPa。
權利要求
1.一種防止真空複合軋制不鏽鋼複合板的界面氧化的方法，其特徵在於按以下步驟進行(1)選取側面長寬尺寸相等的不鏽鋼板材料和碳鋼板材料進行表面處理，將不鏽鋼板材料和碳鋼板材料的一個側面或兩個側面上的鏽層和氧化層去除，然後將去除鏽層和氧化層的側面清洗並吹乾；(2)將不鏽鋼板材料和碳鋼板材料交替疊放在一起，相鄰的不鏽鋼板材料和碳鋼板材料之間用鎳箔隔斷，鎳箔的兩個側面分別與不鏽鋼板材料的經過清洗的側面和碳鋼板材料經過清洗的側面連接，且不鏽鋼板材料的側面和碳鋼板材料的側面均與鎳箔的側面重合， 製成由兩層以上鋼板材料及一層以上的鎳箔組成的複合坯料；(3)當複合坯料由奇數層鋼板材料組成時，將複合坯料放置在兩個設有螺栓孔的金屬平板之間，用螺栓和螺母將兩個金屬平板擰緊，使複合坯料的鋼板材料之間壓緊，組成夾緊複合坯料；當複合坯料由偶數層鋼板材料組成時，在其中一個複合坯料的側面塗覆一層阻隔劑，將另一個複合坯料的側面放在阻隔劑上，然後用電焊將兩個複合坯料焊接固定在一起，構成複合坯料-阻隔劑-複合坯料的組合結構，再將該組合結構放置在兩個設有螺栓孔的金屬平板之間，用螺栓和螺母將兩個金屬平板擰緊，使組合結構的複合坯料之間壓緊，並使複合坯料的鋼板材料之間壓緊，組成夾緊複合坯料；(4)將夾緊複合坯料置於真空室中，抽真空至氣壓<1 X 10_2Pa，並在真空條件下將相鄰兩個鋼板材料的接觸面的四周焊接，使不鏽鋼板和碳鋼板之間的複合界面密封；(5)將焊接完成的夾緊複合坯料置於電阻爐中加熱至80(T135(TC，保溫fT300min，獲得熱處理複合坯料；(6)將熱處理複合坯料上的金屬平板去除，將熱處理後的夾緊複合坯料用軋機軋制，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%，獲得不鏽鋼-碳鋼複合板；當夾緊複合坯料中有兩個複合坯料時，軋制完成後先將點焊處切除，再將兩個複合坯料分開。
2.根據權利要求1所述的防止真空複合軋制不鏽鋼複合板的界面氧化的方法，其特徵在於所述的鎳箔的厚度為0. 05 lmm。
3.根據權利要求1所述的防止真空複合軋制不鏽鋼複合板的界面氧化的方法，其特徵在於所述的阻隔劑為SiC粉末，阻隔劑的厚度為0.廣2mm。
4.根據權利要求1所述的防止真空複合軋制不鏽鋼複合板的界面氧化的方法，其特徵在於獲得的不鏽鋼-碳鋼複合板的複合界面剪切強度>430MPa。
5.根據權利要求1所述的防止真空複合軋制不鏽鋼複合板的界面氧化的方法，其特徵在於所述的不鏽鋼板的材質選用奧氏體不鏽鋼、鐵素體不鏽鋼或奧氏體鐵素體雙相鋼；所述的碳鋼的材質選用低碳鋼或中碳鋼。
6.根據權利要求1所述的防止真空複合軋制不鏽鋼複合板的界面氧化的方法，其特徵在於在真空條件下將相鄰兩個鋼板接觸面的四周焊接是用電子束焊接。
全文摘要
一種防止真空複合軋制不鏽鋼複合板的界面氧化的方法，屬於材料技術領域，按以下步驟進行(1)進行表面處理；(2)將不鏽鋼板材料和碳鋼板材料交替疊放在一起，用鎳箔隔斷，製成複合坯料；(3)放置在兩個金屬平板之間，組成夾緊複合坯料；或將兩個複合坯料焊接固定在一起，構成複合坯料-阻隔劑-複合坯料的組合結構，放置在兩個金屬平板之間，組成夾緊複合坯料；(4)置於真空室中，抽真空並將接觸面的四周焊接；(5)置於電阻爐中加熱保溫獲得熱處理複合坯料；(6)將金屬平板去除，將熱處理後用軋機軋制。本發明解決了不鏽鋼-碳鋼複合板製備過程中界面的元素擴散問題，使界面剪切強度提高10~40MPa，消除了界面的脫碳和富鉻層。
文檔編號B21B1/38GK102179405SQ20111002965
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月27日 優先權日2011年1月27日
發明者王光磊, 王國棟, 謝廣明, 駱宗安 申請人:東北大學