不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板的製造方法
2023-11-05 06:57:47 1
專利名稱：不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板的製造方法
技術領域：
本發明涉及不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板的製造方法，特別涉及採用冷氣動力噴塗和熱軋處理的不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板的製造方法。
背景技術：
目前不鏽鋼行業發展迅速，在過去的3年裡年增長率高達30.7％。不鏽鋼產量的快速增長必然會加劇我國缺鎳少鉻且不鏽鋼廢鋼匱乏等原材料資源供應的緊張狀況。不鏽鋼作為一種功能材料，其防腐蝕性主要決定於鋼板的表面，鋼板內部的主要作用與碳鋼相同，起強度支撐作用。在通常情況下，不鏽鋼板的強度低於碳鋼板的強度。進行不鏽鋼包覆碳鋼製備複合鋼板，可以發揮不鏽鋼和碳鋼的雙重優勢，得到耐腐和強度均優異的鋼板。
目前不鏽鋼和碳鋼複合鋼板的製備採用複合軋制的方法，在1200℃將碳鋼板和不鏽鋼板進行複合軋制，得到複合鋼板。但是這種工藝要求特殊的設備，生產流程長，並且能耗大、生產成本高。另一種方法為複合澆鑄工藝，是在連鑄澆鑄的過程中，採用特殊的方法，在鑄坯的中心澆鑄碳鋼，鑄坯的表面澆鑄不鏽鋼，形成不鏽鋼和碳鋼複合結構的方法。但是這種工藝設備複雜，工藝難度大，生產成本高效率低。
還有一種得到不鏽鋼和碳鋼複合結構的方法為爆炸噴塗，這種工藝是在碳鋼結構件成形之後，在結構件的內部或外部採用爆炸噴塗工藝，將不鏽鋼噴塗層在碳鋼結構件的表面，形成耐腐塗層。但這種工藝不適合複雜的結構件，也不適合小尺寸的結構件，並且難以滿足高精度尺寸要求。還不適合於大平板鋼板的生產。
發明內容
本發明的目的在於提供一種高效、短流程、適應面廣的不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板的製造方法，這種複合結構鋼板的特點是，複合鋼板中心成分為碳鋼，表面為不鏽鋼，表面層與中心層結合牢固。
為了達到以上的目的，本發明的方法通過如下步驟實現在碳鋼鑄坯熱軋過程中，採用冷氣動力噴塗技術在高溫碳鋼板表面噴塗不鏽鋼塗層，然後經連續熱軋得到不鏽鋼包覆碳鋼的複合結構鋼板。
優選的，所述冷氣動力噴塗的步驟選擇在初軋可逆軋機軋制和除鱗之後，進入精軋連軋機之前進行。
較佳的，所述冷氣動力噴塗的步驟使用不鏽鋼粉末，粉末的顆粒粒徑為1μm～400μm；採用高壓壓縮氣體為工作氣體，工作氣體壓力範圍為1.0MPa～4.5MPa；工作氣體溫度範圍為室溫～650℃；冷氣動力噴塗所用工作氣體為氦氣、氮氣、氫氣、氬氣、空氣中一種或幾種氣體的混合氣體。
另外，在所述噴塗的步驟中，噴塗可以進行一層或多層，各層的不鏽鋼成分可以相同或不同，不鏽鋼中可含有陶瓷。
根據本發明的另一個方面，所述連續熱軋的步驟可由連續冷軋所替代。
還有，可以在碳鋼基板與不鏽鋼塗層之間噴塗一層過渡金屬。
根據本發明的方法還可以通過如下步驟實現在碳鋼熱軋板經酸洗之後，採用冷氣動力噴塗技術在碳鋼板表面噴塗一層不鏽鋼塗層，然後經連續冷軋得到不鏽鋼包覆碳鋼的複合結構鋼板。
本發明方法的要點如下1)選擇1000℃左右的工藝段，在初軋可逆軋機軋制之後，也在精軋除鱗之後，進入精軋連軋機之前。由於鑄坯從加熱爐出來的溫度約為1180-1200℃左右，經初軋後溫度降為1000-1050℃，板坯表面氧化速度不高，鋼坯塑性變形性好，非常適合進行冷氣動力噴塗製備塗層。碳鋼熱軋板經除鱗之後具有清潔表面，冷氣動力噴塗結合力高，可製備冷噴塗塗層。
在精軋除鱗之後，進入精軋連軋機之前，一般的具有0.5m-1.0m的一個空間。此空間對於冷氣動力噴塗已經足夠，因此不必對現有軋機機組進行結構改造。
本發明方法所用的不鏽鋼成分，可以為任何一種不鏽鋼，也可以是多種不鏽鋼的混合或梯度成分。
2)採用冷氣動力噴塗技術製備不鏽鋼塗層。
冷氣動力噴塗使用不鏽鋼粉末，其顆粒粒徑為1μm～400μm。最佳顆粒粒徑為10μm～50μm。金屬或合金粉末的顆粒為單一金屬或合金熔融製備的顆粒。
冷氣動力噴塗採用高壓壓縮氣體為工作氣體，工作氣體壓力範圍為1.0MPa～4.5MPa；工作氣體溫度範圍為室溫～650℃。冷氣動力噴塗所用工作氣體為氦氣、氮氣、氫氣、氬氣中一種或幾種氣體的混合氣體；最佳氣體為含有少量氫氣的混合氣體。
冷氣動力噴塗技術原理在於高壓壓縮氣體攜帶不鏽鋼粉末顆粒，在低於不鏽鋼熔點以下，以高速撞擊碳鋼板基體，不鏽鋼顆粒發生強烈塑性變形而粘接於碳鋼板表面形成不鏽鋼鍍層。在噴塗過程中，氣體可以進行加熱，降低高速氣流對鋼板表面的降溫作用，同時提高不鏽鋼顆粒的變形能力，提高粘接強度。高速氣流在鋼板表面形成一個隔離區，防止高壓除鱗水進入噴塗區。高壓壓縮氣體完全由惰性氣體和還原性氣體構成，不含氧，形成保護氣層，防止了高壓除鱗後板坯表面的氧化，同時還原性氣體還可以還原部分鋼板未除淨的氧化皮。由於噴塗基材板坯的溫度為1000℃-1050℃，噴塗的沉積率可以接近100％，不需要進行多餘粉末的清理回收。
根據本發明的冷氣動力噴塗可以在鋼板的兩面製備鍍層，也可以只在鋼板的一面製備鍍層。
3)冷噴塗後的複合鋼板經連續熱軋精軋形成不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板。噴塗後的複合鋼板經連續精軋之後，不鏽鋼塗層與碳鋼基板之間形成更加牢固的結合，同時由於精軋之後的溫度在860℃-920℃之間，經層流冷卻之後卷取溫度也在560℃-680℃之間。所以在此過程中，不鏽鋼塗層與碳鋼基板之間具有充分的時間進行擴散，形成冶金結合。
另，採用熱軋酸洗板冷噴塗不鏽鋼塗層之前，還可以先噴塗其他金屬塗層。
結合圖1詳細說明本發明不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板的製造方法的工藝過程。碳鋼鑄坯經加熱爐加熱後，進入可逆粗軋機1進行初軋，初軋後經高壓水2除鱗處理，去除鋼板表面的氧化皮得到新鮮的表面，此時鋼板的溫度約為1000-1060℃，再進行冷噴塗3處理，在鋼板表面得到一層不鏽鋼鍍層，進入精軋機組4精軋，軋制後即形成了不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板，不鏽鋼鍍層與碳鋼基板之間形成冶金結合，複合鋼板經層流冷卻5降溫後，進入卷取機6形成終產品。
本發明製造技術與現有技術相比的優勢在於本發明製造技術不需要額外的生產線，不需要對現有設備進行重大結構改造。工藝操作簡單，可進行連續大規模複合鋼板生產。
根據本發明的另一個方面，是在酸洗板的新鮮表面上，採用冷氣動力噴塗技術直接製備一層不鏽鋼鍍層，然後經連續冷軋得到不鏽鋼包覆碳鋼的複合結構，形成不鏽鋼包覆碳鋼複合鋼板。這種方法不鏽鋼鍍層與基體碳鋼之間具有一個很小的界面，結合好的情況下無界面。其優勢在於複合鋼板的表面質量好，表面光潔度高，同時可以製備非常薄的複合鋼板，產品附加值高。並且本發明製造技術不需要額外的生產線，不需要對現有設備進行重大結構改造。工藝操作簡單，可進行連續大規模複合鋼板生產。
圖1為本發明不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板製造方法的工藝流程圖；圖2為根據本發明一個實施例的不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板組織斷口SEM圖；圖3為根據本發明另一個實施例的不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板組織斷口SEM圖；圖4為根據本發明再一個實施例的不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板組織斷口SEM圖；具體實施方式
實施例1厚度為200mm×100mm×10mm的碳鋼板，真空爐中加熱到1050℃，冷噴塗製備不鏽鋼塗層，塗層厚度為1.0mm。經1000℃熱軋，壓下量為20％。得到不鏽鋼包覆碳鋼的複合結構鋼板。
冷噴塗工藝為氮氣99％和氫氣1％的混合氣體，壓力為2.8MPa，不鏽鋼成分為C 0.06，Si 0.8，Mn 1.5，Cr 19.6，Ni 11.2，P≤0.045，S≤0.030，Mo，Ti，平均顆粒粒徑為40μm。氣體溫度為室溫。
圖2為不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板組織SEM圖。從圖中可見不鏽鋼與碳鋼基板之間形成冶金結合，無界面區。複合鋼板表面的化學成分C0.09，Si 0.8，Mn 1.5，Cr 18.2，Ni 9.8，P≤0.045，S≤0.030，Mo，Ti 0.1，達到了不鏽鋼成分要求，實現了不鏽鋼包覆碳鋼的複合結構要求。
實施例2厚度為200mm×100mm×10mm的碳鋼板，真空爐中加熱到1050℃，冷噴塗製備不鏽鋼塗層，塗層厚度為1.5mm。經1000℃熱軋，壓下量為20％。得到不鏽鋼包覆碳鋼的複合結構鋼板。
冷噴塗工藝為氮氣90％、氦氣9.5％和氫氣0.5％的混合氣體，壓力為2.0MPa，氣體溫度為400℃。不鏽鋼為鐵素體雙相不鏽鋼，化學成分為C 0.03，Si 0.65，Mn 1.0，Cr 25.6，Ni 21.4，P 0.03，S 0.018，平均顆粒粒徑為30μm，最小顆粒為1μm。
圖3為不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板組織SEM圖。從圖中可見不鏽鋼與碳鋼基板之間形成冶金結合，無界面區。複合鋼板表面化學成分為C0.07，Si 0.65，Mn 1.17，Cr 23.6，Ni19.8，P 0.035，S 0.02。達到了不鏽鋼成分要求。
實施例3厚度為200mm×100mm×10mm的碳鋼板，真空爐中加熱到1050℃，冷噴塗製備一層鎳，再鍍一層不鏽鋼，塗層總厚度為0.9mm。經1000℃熱軋，壓下量為20％。得到不鏽鋼包覆碳鋼的複合結構鋼板。
冷噴塗工藝為氮氣80％、氬氣10％、氦氣9％和氫氣1％的混合氣體，壓力為2.0MPa，氣體溫度為650℃。不鏽鋼粉末為，不鏽鋼粉末化學成分為C 0.06，Si 0.8，Mn 1.5，Cr 19.6，Ni 11.2，P≤0.045，S≤0.030，Mo 2.83，Ti 0.56，平均顆粒粒徑為20μm。鎳粉末的顆粒為200-400μm。
複合鋼板表面的化學成分C 0.07，Si 0.8，Mn 1.5，Cr19.2，Ni 12.5，P≤0.045，S≤0.030，Mo 2.0，Ti 0.47.達到了不鏽鋼成分要求，實現了不鏽鋼包覆碳鋼的複合結構要求。
實施例4厚度為200mm×100mm×10mm的碳鋼板，真空爐中加熱到1050℃，冷噴塗製備不鏽鋼塗層，塗層厚度為1.5mm。經1050℃熱軋，壓下量為20％。得到不鏽鋼包覆碳鋼的複合結構鋼板。
冷噴塗工藝為氮氣90％和氦氣10％的混合氣體，壓力為3.0MPa，不鏽鋼的化學成分為C 0.03，Si 0.65，Mn 1.0，Cr 25.6，Ni 21.4，P 0.03，S 0.018，平均顆粒粒徑為50μm。不鏽鋼粉末中混合了體積百分數為5％的80nm氧化鋁陶瓷粉末。
不鏽鋼與碳鋼基板之間形成冶金結合，無界面區。複合鋼板表面化學成分為C 0.07，Si 0.65，Mn 1.17，Cr 20.6，Ni 18.8，P 0.035，S 0.02。達到了不鏽鋼成分要求。
實施例5厚度為200mm×100mm×5mm的碳鋼板，醯洗後乾燥得到新鮮的表面，冷噴塗製備不鏽鋼塗層，塗層厚度為0.5mm。
冷噴塗工藝為氮氣90％和氦氣10％的混合氣體，壓力為3.0MPa，氣體溫度500℃，不鏽鋼粉末為409不鏽鋼，平均顆粒粒徑為18μm。
經5道次冷軋，得到不鏽鋼包覆碳鋼的複合結構鋼板，厚度0.6mm。
圖4為不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板斷口組織SEM圖。從圖中可見不鏽鋼與碳鋼基板之間有一個界面，塗層的厚度為3μm。鍍層的化學成分與粉末成分相同。
實施例6厚度為200mm×100mm×5mm的碳鋼板，醯洗後乾燥得到新鮮的表面，冷噴塗製備不鏽鋼塗層，在噴鍍不鏽鋼之前先噴鍍一層純鋁鍍層，塗層總厚度為0.6mm。
冷噴塗工藝為氮氣90％和氦氣10％的混合氣體，壓力為3.0MPa，氣體溫度520℃，不鏽鋼粉末為430不鏽鋼，平均顆粒粒徑為22μm。
經5道次冷軋，得到不鏽鋼包覆碳鋼的複合結構鋼板，厚度0.6mm。鍍層的化學成分與粉末成分相同。
權利要求
1.一種不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板的製造方法，該方法是在碳鋼鑄坯熱軋過程中，採用冷氣動力噴塗技術在高溫碳鋼板表面噴塗不鏽鋼塗層，然後經連續熱軋得到不鏽鋼包覆碳鋼的複合結構鋼板。
2.根據權利要求1所述的不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板的製造方法，其特徵在於，所述冷氣動力噴塗的步驟選擇在初軋可逆軋機軋制並除磷之後，進入精軋連軋機之前進行。
3.根據權利要求1所述的不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板的製造方法，其特徵在於，所述冷氣動力噴塗的步驟使用不鏽鋼粉末，粉末的顆粒粒徑為1μm～400μm；採用高壓壓縮氣體為工作氣體，工作氣體壓力範圍為1.0MPa～4.5MPa；工作氣體溫度範圍為室溫～650℃；冷氣動力噴塗所用工作氣體為氦氣、氮氣、氫氣、氬氣、空氣中一種或幾種氣體的混合氣體。
4.根據權利要求1所述的不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板的製造方法，其特徵在於，在所述噴塗的步驟中，進行一層或多層不鏽鋼噴塗。
5.根據權利要求4所述的不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板的製造方法，其特徵在於，各層的不鏽鋼成分相同或不同。
6.根據權利要求4所述的不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板的製造方法，其特徵在於，在所述不鏽鋼中含有陶瓷。
7.根據權利要求1所述的不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板的製造方法，其特徵在於，所述連續熱軋的步驟由連續冷軋所替代。
8.根據權利要求1所述的不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板的製造方法，其特徵在於，在碳鋼基板與不鏽鋼塗層之間噴塗一層過渡金屬。
9.一種不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板的製造方法，該方法是在碳鋼板經酸洗之後，採用冷氣動力噴塗技術在碳鋼板表面噴塗一層不鏽鋼塗層，然後經連續冷軋得到不鏽鋼包覆碳鋼的複合結構鋼板。
全文摘要
一種不鏽鋼包覆碳鋼的複合鋼板的製造方法，在碳鋼鑄坯熱軋過程中，採用冷氣動力噴塗技術在高溫碳鋼板表面噴塗一層不鏽鋼塗層，然後經連續熱軋得到不鏽鋼包覆碳鋼的複合結構鋼板。本發明技術不受鋼板寬度限制，適應性強，不必對現有軋機機組進行結構改造，為一種短流程製造技術。
文檔編號C23C24/02GK101063205SQ200610026318
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月30日 優先權日2006年4月30日
發明者張俊寶, 崔健, 方園, 宋洪偉 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司