CN104741410B - 一种特厚钢板的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种特厚钢板的制造方法，属于金属板材制造工艺技术领域，用于制造超过100mm厚度的特厚钢板，其工艺过程如下：取两块长宽相同的同材质板坯分别作为基材和复材，将基材和复材的待复合面加工平整、光洁，再撒上粒度为1250目的镁粉，对称叠放，焊接制得复合坯，复合坯装炉加热,轧制，在热轧过程中实现基材和复材界面间的冶金结合而得到性能优异的特厚钢板。本发明改进了目前生产特厚钢板的工艺手段，在很大程度上减小了制作特厚钢板的工艺难度，显著降低了生产成本，可以大幅度地提高特厚钢板的产量，具有工序简便、效率高、投资少、成本低、产品内部质量好等特点。

Description

一种特厚钢板的制造方法

技术领域

本发明涉及一种特厚钢板的制造方法，属于金属板材制造工艺技术领域。

背景技术

特厚钢板通常是指厚度超过100 mm的钢板，主要使用在一些大型工程或设备上，如电站、水利、化工、军舰、储罐、水库闸门等领域，特别是一些高性能的特厚钢板，具有很高的附加值，但是由于特厚钢板生产方法的局限性，致使特厚钢板的生产不能满足市场的需求。目前制造特厚钢板的方法有连铸法、铸锭法、压铸坯法等，采用连铸法直接轧制生产特厚钢板时，受铸坯中心偏析、显微气孔压缩比的限制，钢板内部质量很难保证；铸锭法、压铸坯法等存在着工序长、效率低下、成材率较低、成本较高等缺点。

20世纪80年代，日本的JFE钢铁公司发明了真空轧制法生产特厚板的技术，该工艺是将热轧法与真空电子束焊接（EBW）技术相结合。将两块对应表面修磨到一定光洁度和平整度的铸坯送入真空室，利用机械手臂进行真空电子束焊接封装，将焊接好的复合坯送加热炉加热、轧制得到特厚板。整个加热和轧制过程，复合界面保持洁净和高真空状态，加热过程中界面无氧化，界面结合性能较高。这种技术生产的复合特厚板虽然性能优越，但是需要真空室、机械手、真空电子束焊接装置等设备，存在着设备投入大、作业难度高、生产成本高等问题，产品不能满足实际生产的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种特厚钢板的制造方法，这种制造方法工序简单、投资少、效率高、方便易行、产品内部质量好，解决了现有各种生产特厚钢板工艺中存在的问题。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种特厚钢板的制造方法，它采用以下步骤进行：

（1）基材和复材的准备：选取两块同种材质的钢坯作为基材和复材，两块钢坯的长度和宽度相同；

（2）基材和复材待复合面处理：使用刨床或铣床对基材和复材待复合面进行除锈，打磨深度以表面氧化铁皮完全去除为标准，在基材和复材的待复合面四边分别加工出焊接坡口，使用丙酮、乙醇先后对基材和复材的待复合表面清洗，凉风吹干；

（3）镁粉的添加工序：将镁粉撒在基材待复合面上，根据复合坯轧制时的压缩比，镁粉层的厚度控制在1～3mm之间；

（4）待复合面边部焊接组合制坯：将基材和复材待复合面正对叠放，然后将沿着坡口进行环周密封焊接；

（5）加热及轧制工序：将复合坯料放入加热炉内，加热到1150～1280℃，在炉内保温1.5～5小时；开轧温度为1100～1160℃，首道次压下率≥12%；前三道次累积压下率≥32%，终轧温度930～1000℃；

（6）冷却及检验工序：轧后水冷，返红温度控制在650～760℃，钢板堆垛24h，然后根据相关国家标准进行性能检验，经检验合格的特厚板成品收集、喷印、入库。

上述特厚钢板的制造方法，所述基材和复材为连铸坯时，两块铸坯总厚度为成品板厚度的5～10倍；所述基材和复材为厚钢板轧材时，两块钢板轧材总厚为成品板厚度的3～6倍。

上述特厚钢板的制造方法，所述基材和复材待复合面处理工序中，基材和复材待复合面四边分别用铣床加工倒角作为焊接坡口，根据基材和复材的厚度倒角规格在20×20mm～50×50mm之间，然后使用丙酮对待复合面进行清洗，再使用磨床对基材和复材待复合面进行打磨加工，并控制表面粗糙度≤6.3μm，再用清水冲洗打磨好的待复合面，除去表面杂物，再用 65%丙酮、35%乙醇的混合溶液对基材和复材的待复合表面清洗一次，凉风吹干。

上述特厚钢板的制造方法，所述镁粉的添加工序中，采用粒度为1250目的镁粉，用毛刷铺均匀或用喷粉器直接将镁粉均匀喷撒在基材待复合面上。

上述特厚钢板的制造方法，所述待复合面边部焊接组合制坯工序中，采用电弧焊对基材和复材结合处进行四周坡口焊接，四周按“长度方向→另一个长边→宽度方向→另一个宽边”的顺序进行密封性焊接，根据基材和复材的厚度焊缝深度设计为10～40 mm，且要求焊接3～5层填满焊缝。

上述特厚钢板的制造方法，所述检验工序中，按照国家标准GB4730-2005对复合后的特厚钢板实施超声波探伤，确定特厚复合板复合界面痕迹基本消失，要求复合钢板结合率不低于99%；从钢板头、尾1/4处各取部分试样，分别按照GB/T 6396-2008 复合钢板力学及工艺性能试验方法进行钢板的拉伸试验、剪切试验、结合度试验、粘接试验、冲击试验、Z向性能试验和钢板结合处的金相检验。

本发明是有益效果是：

（1）本发明工序简单、方便易行、效率高，克服了生产100 mm以上特厚钢板时，铸锭轧制法和压铸法成材率低、工序复杂、效率低、成本高等缺点；

（2）本发明投资少，省去了日本JFE公司提出的“真空室内焊接制坯+热轧”工艺中购买真空室等相关设备的巨额投资；

（3）本发明在基材和复材之间添加镁粉，高温下镁粉与腔内原有的氧气、氮气、二氧化碳等空气的主要成分发生反应而消耗掉绝大部分空气且产物为固态，使得复合腔内界面之间保持洁净和近真空状态，在加热过程中界面无氧化，保证了热轧过程中界面的良好结合，形成性能优异的特厚钢板。

（4）本发明具有产品内部质量好的特点，制造出的特厚钢板Z向性能、冲击、冷弯、抗剪等各项力学性能良好，在剪切、钻孔等加工时无分层开裂，克服了大铸锭轧制特厚板时内部疏松和缩孔的缺点。

本发明改进了目前生产特厚钢板的工艺手段，在很大程度上减小了制作特厚钢板的工艺难度，显著降低了生产成本，可以大幅度地提高特厚钢板的产量，是一种工序简便、周期短、效率高、低成本的特厚钢板制造方法，对满足市场对特厚钢板的需求做出了贡献，值得在行业内推广应用。

附图说明

图1是本发明的复合坯料的构成示意图；

图2是本发明的一个实施例的特厚钢板复合界面处的显微组织图；

图3是图2的实施例的另一张显微组织图。

图中标记如下：基材1，复材2，镁粉3。

具体实施方式

本发明的原理是：将两块坯料待复合表面除去铁锈和油污，加工平整、光洁再撒上镁粉，叠放、焊接制得复合坯，两块坯料间形成一个完全封闭的复合腔。在坯料加热过程中，高温下镁粉与腔内原有的氧气、氮气、二氧化碳等空气的主要成分发生反应，反应方程式为：2Mg+O2(高温)=2MgO、2Mg +CO2(高温)=2MgO+C、3Mg+N2(高温)=Mg3N2，在反应过程中消耗掉绝大部分空气，而生成物均为固态，使得复合腔内界面之间保持洁净和近真空状态，在加热过程中界面无氧化，保证了热轧过程中界面的良好结合，形成性能优异的特厚钢板。

本发明的工序流程为：基材和复材准备→基材和复材待复合界面处理→镁粉的添加→待复合面边部焊接组合制坯→加热及轧制→冷却及检验。

本发明采用以下步骤：

（1）基材1和复材2的准备：选取两块同种材质的钢坯作为基材1和复材2，两块钢坯的长度和宽度相同。当基材1和复材2为连铸坯时，两块铸坯总厚度应为成品板厚度的5～10倍；当基材1和复材2为厚钢板轧材时，两块钢板轧材总厚应为成品板厚度的3～6倍。

（2）基材1和复材2待复合面处理：使用刨床或铣床对基材1和复材2待复合面进行除锈，打磨深度以表面氧化铁皮完全去除为标准；在基材1和复材2的待复合面四边分别用铣床加工倒角作为焊接坡口，根据基材和复材的厚度倒角规格在20×20mm～50×50mm之间；使用丙酮对待复合面进行清洗；使用磨床对基材和复材待复合面进行打磨加工，并控制表面粗糙度≤6.3μm；用清水冲洗打磨好的待复合面，除去表面杂物，再用 65%丙酮、35%乙醇的混合溶液对基材和复材的待复合表面清洗一次，凉风吹干。

（3）镁粉3的添加工序：将粒度为1250目的镁粉3撒在基材1待复合面上，用毛刷铺均匀或用喷粉器直接将镁粉3均匀喷撒在基材1待复合面上，根据复合坯轧制时的压缩比，镁粉3的厚度控制在1～3mm之间。

（4）待复合面边部焊接组合制坯：将基材1和复材2待复合面正对叠放后，采用电弧焊对基材1和复材2结合处进行四周坡口焊接，四周按“长度方向→另一个长边→宽度方向→另一个宽边”的顺序进行密封性焊接，根据基材和复材的厚度焊缝深度设计为10～40 mm，且要求焊接3～5层填满焊缝，焊完每层焊缝后要清理干净才能继续下一层焊接。

（5） 加热及轧制工序：将复合坯料放入加热炉内，加热到1150～1280℃，在炉内保温1.5～5小时；开轧温度为1100～1160℃，首道次压下率≥12%；前三道次累积压下率≥32%，终轧温度930～1000℃。

（6）冷却及检验工序：轧后水冷，返红温度控制在650～760℃，钢板堆垛24h。按照国家标准GB4730-2005对复合后的特厚钢板实施超声波探伤，确定特厚复合板复合界面痕迹基本消失，要求复合钢板结合率不低于99%；从钢板头、尾1/4处各取部分试样，分别按照GB/T 6396-2008 复合钢板力学及工艺性能试验方法进行钢板的拉伸试验、剪切试验、结合度试验、粘接试验、冲击试验、Z向性能试验和钢板结合处的金相检验。

经检验合格的特厚板成品收集、喷印、入库。

以下通过实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明。

实施例

选用两块尺寸大致相同Q345B连铸坯作为基板，其规格均为：210mm×1630 mm×2570 mm（厚×宽×长）。

使用刨床除去两块坯料的待复合面上的氧化铁皮，开环周坡口，利用磨床对基材1和复材2待复合面进行打磨加工，控制表面粗糙度为6.3μm；用清水冲洗打磨好的待复合面，除去表面杂物，再用 65%丙酮、35%乙醇的混合溶液对基材1和复材2的待复合表面清洗一次，凉风吹干。

将粒度为1250目的镁粉3撒在基材1待复合面上，用毛刷铺均匀，镁粉3的厚度控制为1.5mm。

将复材2待复合面正冲基材1待复合面对叠放后，使用GB／T5118－1995 标准中E50系全位置焊接焊条采用电弧焊对基材和复材沿四周坡口焊接，四周按“长度方向→另一个长边→宽度方向→另一个宽边”的顺序进行密封性焊接，焊完每层焊缝后清理干净再继续下一层，三层填满焊缝，焊缝深度达到12 mm，焊接完成后得到规格为415 mm×1630 mm×2570 mm（厚×宽×长）的复合坯。

将复合坯料放入步进式加热炉内加热，实际加热温度：一加热段1100-1150℃，二加热段1250-1280℃，均热段1220-1260℃，保温2小时；开轧温度1150℃,首道次压下率为13%，要求前三道次总压下率为40%,终轧温度980℃，成品厚度为120mm；轧后水冷，返红温度控制在700℃，钢板堆垛24h。

对轧制的特厚板进行超声波探伤，结果显示除头尾160 mm范围内存在少量的探伤不合的区域外，钢板其他部位均达到国标Ⅰ级探伤标准；复合特厚板的Z向平均抗拉强度为530MPa，平均断面收缩率为54.5%，复合界面的抗剪切强度在388～439MPa之间，与单一的Q345B钢板的抗剪切强度相当；经冷弯试验检验，特厚板冷弯性能良好；钢板厚度1/2处（结合面处）的冲击功略高于1/4处，复合面的存在并未导致冲击功的下降；图2为复合界面处的显微组织，可见，复合面处的组织为铁素体、珠光体和魏氏体，绝大多数地方的复合界面痕迹完全消失，复合界面和基体没有区别，复合效果十分理想。

Claims (4)

1.一种特厚钢板的制造方法，其特征在于：它采用以下步骤进行：

a.基材（1）和复材（2）的准备：选取两块同种材质的钢坯作为基材（1）和复材（2），两块钢坯的长度和宽度相同；

b.基材（1）和复材（2）待复合面处理：使用刨床或铣床对基材（1）和复材（2）待复合面进行除锈，打磨深度以表面氧化铁皮完全去除为标准，在基材（1）和复材（2）的待复合面四边分别加工出焊接坡口，使用丙酮、乙醇先后对基材（1）和复材（2）的待复合表面清洗，凉风吹干；

c.镁粉（3）的添加工序：将镁粉（3）撒在基材（1）待复合面上，根据复合坯轧制时的压缩比，镁粉（3）的厚度控制在1～3mm之间；

d.待复合面边部焊接组合制坯：将基材（1）和复材（2）待复合面正对叠放，然后将沿着坡口进行环周密封焊接；

e.加热及轧制工序：将复合坯料放入加热炉内，加热到1150～1280℃，在炉内保温1.5～5小时；开轧温度为1100～1160℃，首道次压下率≥12%；前三道次累积压下率≥32%，终轧温度930～1000℃；

f.冷却及检验工序：轧后水冷，返红温度控制在650～760℃，钢板堆垛24h，然后根据相关国家标准进行性能检验，经检验合格的特厚板成品收集、喷印、入库。

2.根据权利要求1所述的特厚钢板的制造方法，其特征在于：所述基材（1）和复材（2）为连铸坯时，两块铸坯总厚度为成品板厚度的5～10倍；所述基材（1）和复材（2）为厚钢板轧材时，两块钢板轧材总厚为成品板厚度的3～6倍。

3.根据权利要求1或2所述的特厚钢板的制造方法，其特征在于：所述镁粉（3）的添加工序中，采用粒度为1250目的镁粉（3），用毛刷铺均匀或用喷粉器直接将镁粉（3）均匀喷撒在基材（1）待复合面上。

4.根据权利要求3所述的特厚钢板的制造方法，其特征在于：所述待复合面边部焊接组合制坯工序中，采用电弧焊对基材（1）和复材（2）结合处进行四周坡口焊接，四周按“长度方向→另一个长边→宽度方向→另一个宽边”的顺序进行密封性焊接，根据基材和复材的厚度焊缝深度设计为10～40 mm，且要求焊接3～5层填满焊缝。