CN100547112C

CN100547112C - 不锈钢包覆碳钢的复合钢板的制造方法

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Publication number: CN100547112C
Application number: CNB2006100263182A
Authority: CN
Inventors: 张俊宝; 崔健; 方园; 宋洪伟
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2006-04-30
Filing date: 2006-04-30
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2026-04-30
Also published as: CN101063205A

Abstract

一种不锈钢包覆碳钢的复合钢板的制造方法，在碳钢铸坯热轧过程中，采用冷气动力喷涂技术在高温碳钢板表面喷涂一层不锈钢涂层，然后经连续热轧得到不锈钢包覆碳钢的复合结构钢板。本发明技术不受钢板宽度限制，适应性强，不必对现有轧机机组进行结构改造，为一种短流程制造技术。

Description

不锈钢包覆碳钢的复合钢板的制造方法

技术领域

本发明涉及不锈钢包覆碳钢的复合钢板的制造方法，特别涉及采用冷气动力喷涂和热轧处理的不锈钢包覆碳钢的复合钢板的制造方法。

背景技术

目前不锈钢行业发展迅速，在过去的3年里年增长率高达30.7％。不锈钢产量的快速增长必然会加剧我国缺镍少铬且不锈钢废钢匮乏等原材料资源供应的紧张状况。不锈钢作为一种功能材料，其防腐蚀性主要决定于钢板的表面，钢板内部的主要作用与碳钢相同，起强度支撑作用。在通常情况下，不锈钢板的强度低于碳钢板的强度。进行不锈钢包覆碳钢制备复合钢板，可以发挥不锈钢和碳钢的双重优势，得到耐腐和强度均优异的钢板。

目前不锈钢和碳钢复合钢板的制备采用复合轧制的方法，在1200℃将碳钢板和不锈钢板进行复合轧制，得到复合钢板。但是这种工艺要求特殊的设备，生产流程长，并且能耗大、生产成本高。另一种方法为复合浇铸工艺，是在连铸浇铸的过程中，采用特殊的方法，在铸坯的中心浇铸碳钢，铸坯的表面浇铸不锈钢，形成不锈钢和碳钢复合结构的方法。但是这种工艺设备复杂，工艺难度大，生产成本高效率低。

还有一种得到不锈钢和碳钢复合结构的方法为爆炸喷涂，这种工艺是在碳钢结构件成形之后，在结构件的内部或外部采用爆炸喷涂工艺，将不锈钢喷涂层在碳钢结构件的表面，形成耐腐涂层。但这种工艺不适合复杂的结构件，也不适合小尺寸的结构件，并且难以满足高精度尺寸要求。还不适合于大平板钢板的生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效、短流程、适应面广的不锈钢包覆碳钢的复合钢板的制造方法，这种复合结构钢板的特点是，复合钢板中心成分为碳钢，表面为不锈钢，表面层与中心层结合牢固。

为了达到以上的目的，本发明的方法通过如下步骤实现：在碳钢铸坯热轧过程中，采用冷气动力喷涂技术在高温碳钢板表面喷涂不锈钢涂层，然后经连续热轧得到不锈钢包覆碳钢的复合结构钢板。

优选的，所述冷气动力喷涂的步骤选择在初轧可逆轧机轧制和除鳞之后，进入精轧连轧机之前进行。

较佳的，所述冷气动力喷涂的步骤使用不锈钢粉末，粉末的颗粒粒径为1μm～400μm；采用高压压缩气体为工作气体，工作气体压力范围为：1.0MPa～4.5MPa；工作气体温度范围为：室温～650℃；冷气动力喷涂所用工作气体为氦气、氮气、氢气、氩气、空气中一种或几种气体的混合气体。

另外，在所述喷涂的步骤中，喷涂可以进行一层或多层，各层的不锈钢成分可以相同或不同，不锈钢中可含有陶瓷。

根据本发明的另一个方面，所述连续热轧的步骤可由连续冷轧所替代。

还有，可以在碳钢基板与不锈钢涂层之间喷涂一层过渡金属。

根据本发明的方法还可以通过如下步骤实现：在碳钢热轧板经酸洗之后，采用冷气动力喷涂技术在碳钢板表面喷涂一层不锈钢涂层，然后经连续冷轧得到不锈钢包覆碳钢的复合结构钢板。

本发明方法的要点如下：

1)选择1000℃左右的工艺段，在初轧可逆轧机轧制之后，也在精轧除鳞之后，进入精轧连轧机之前。由于铸坯从加热炉出来的温度约为1180-1200℃左右，经初轧后温度降为1000-1050℃，板坯表面氧化速度不高，钢坯塑性变形性好，非常适合进行冷气动力喷涂制备涂层。碳钢热轧板经除鳞之后具有清洁表面，冷气动力喷涂结合力高，可制备冷喷涂涂层。

在精轧除鳞之后，进入精轧连轧机之前，一般的具有0.5m-1.0m的一个空间。此空间对于冷气动力喷涂已经足够，因此不必对现有轧机机组进行结构改造。

本发明方法所用的不锈钢成分，可以为任何一种不锈钢，也可以是多种不锈钢的混合或梯度成分。

2)采用冷气动力喷涂技术制备不锈钢涂层。

冷气动力喷涂使用不锈钢粉末，其颗粒粒径为1μm～400μm。最佳颗粒粒径为10μm～50μm。金属或合金粉末的颗粒为单一金属或合金熔融制备的颗粒。

冷气动力喷涂采用高压压缩气体为工作气体，工作气体压力范围为：1.0MPa～4.5MPa；工作气体温度范围为：室温～650℃。冷气动力喷涂所用工作气体为氦气、氮气、氢气、氩气中一种或几种气体的混合气体；最佳气体为含有少量氢气的混合气体。

冷气动力喷涂技术原理在于：高压压缩气体携带不锈钢粉末颗粒，在低于不锈钢熔点以下，以高速撞击碳钢板基体，不锈钢颗粒发生强烈塑性变形而粘接于碳钢板表面形成不锈钢镀层。在喷涂过程中，气体可以进行加热，降低高速气流对钢板表面的降温作用，同时提高不锈钢颗粒的变形能力，提高粘接强度。高速气流在钢板表面形成一个隔离区，防止高压除鳞水进入喷涂区。高压压缩气体完全由惰性气体和还原性气体构成，不含氧，形成保护气层，防止了高压除鳞后板坯表面的氧化，同时还原性气体还可以还原部分钢板未除净的氧化皮。由于喷涂基材板坯的温度为1000℃-1050℃，喷涂的沉积率可以接近100％，不需要进行多余粉末的清理回收。

根据本发明的冷气动力喷涂可以在钢板的两面制备镀层，也可以只在钢板的一面制备镀层。

3)冷喷涂后的复合钢板经连续热轧精轧形成不锈钢包覆碳钢的复合钢板。喷涂后的复合钢板经连续精轧之后，不锈钢涂层与碳钢基板之间形成更加牢固的结合，同时由于精轧之后的温度在860℃-920℃之间，经层流冷却之后卷取温度也在560℃-680℃之间。所以在此过程中，不锈钢涂层与碳钢基板之间具有充分的时间进行扩散，形成冶金结合。

另，采用热轧酸洗板冷喷涂不锈钢涂层之前，还可以先喷涂其他金属涂层。

结合图1详细说明本发明不锈钢包覆碳钢的复合钢板的制造方法的工艺过程。碳钢铸坯经加热炉加热后，进入可逆粗轧机1进行初轧，初轧后经高压水2除鳞处理，去除钢板表面的氧化皮得到新鲜的表面，此时钢板的温度约为1000-1060℃，再进行冷喷涂3处理，在钢板表面得到一层不锈钢镀层，进入精轧机组4精轧，轧制后即形成了不锈钢包覆碳钢的复合钢板，不锈钢镀层与碳钢基板之间形成冶金结合，复合钢板经层流冷却5降温后，进入卷取机6形成终产品。

本发明制造技术与现有技术相比的优势在于：本发明制造技术不需要额外的生产线，不需要对现有设备进行重大结构改造。工艺操作简单，可进行连续大规模复合钢板生产。

根据本发明的另一个方面，是在酸洗板的新鲜表面上，采用冷气动力喷涂技术直接制备一层不锈钢镀层，然后经连续冷轧得到不锈钢包覆碳钢的复合结构，形成不锈钢包覆碳钢复合钢板。这种方法不锈钢镀层与基体碳钢之间具有一个很小的界面，结合好的情况下无界面。其优势在于：复合钢板的表面质量好，表面光洁度高，同时可以制备非常薄的复合钢板，产品附加值高。并且本发明制造技术不需要额外的生产线，不需要对现有设备进行重大结构改造。工艺操作简单，可进行连续大规模复合钢板生产。

附图说明

图1为本发明不锈钢包覆碳钢的复合钢板制造方法的工艺流程图；

图2为根据本发明一个实施例的不锈钢包覆碳钢的复合钢板组织断口SEM图；

图3为根据本发明另一个实施例的不锈钢包覆碳钢的复合钢板组织断口SEM图；

图4为根据本发明再一个实施例的不锈钢包覆碳钢的复合钢板组织断口SEM图；

具体实施方式

实施例1

厚度为200mm×100mm×10mm的碳钢板，真空炉中加热到1050℃，冷喷涂制备不锈钢涂层，涂层厚度为1.0mm。经1000℃热轧，压下量为20％。得到不锈钢包覆碳钢的复合结构钢板。

冷喷涂工艺为：氮气99％和氢气1％的混合气体，压力为2.8MPa，不锈钢成分为C 0.06，Si 0.8，Mn 1.5，Cr 19.6，Ni 11.2，P≤0.045，S≤0.030，Mo，Ti，平均颗粒粒径为40μm。气体温度为室温。

图2为不锈钢包覆碳钢的复合钢板组织SEM图。从图中可见不锈钢与碳钢基板之间形成冶金结合，无界面区。复合钢板表面的化学成分：C0.09，Si 0.8，Mn 1.5，Cr 18.2，Ni 9.8，P≤0.045，S≤0.030，Mo，Ti 0.1，达到了不锈钢成分要求，实现了不锈钢包覆碳钢的复合结构要求。

实施例2

厚度为200mm×100mm×10mm的碳钢板，真空炉中加热到1050℃，冷喷涂制备不锈钢涂层，涂层厚度为1.5mm。经1000℃热轧，压下量为20％。得到不锈钢包覆碳钢的复合结构钢板。

冷喷涂工艺为：氮气90％、氦气9.5％和氢气0.5％的混合气体，压力为2.0MPa，气体温度为400℃。不锈钢为铁素体双相不锈钢，化学成分为C 0.03，Si 0.65，Mn 1.0，Cr 25.6，Ni 21.4，P 0.03，S 0.018，平均颗粒粒径为30μm，最小颗粒为1μm。

图3为不锈钢包覆碳钢的复合钢板组织SEM图。从图中可见不锈钢与碳钢基板之间形成冶金结合，无界面区。复合钢板表面化学成分为C0.07，Si 0.65，Mn 1.17，Cr 23.6，Ni 19.8，P 0.035，S 0.02。达到了不锈钢成分要求。

实施例3

厚度为200mm×100mm×10mm的碳钢板，真空炉中加热到1050℃，冷喷涂制备一层镍，再镀一层不锈钢，涂层总厚度为0.9mm。经1000℃热轧，压下量为20％。得到不锈钢包覆碳钢的复合结构钢板。

冷喷涂工艺为：氮气80％、氩气10％、氦气9％和氢气1％的混合气体，压力为2.0MPa，气体温度为650℃。不锈钢粉末为，不锈钢粉末化学成分为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，平均颗粒粒径为20μm。镍粉末的颗粒为200-400μm。

复合钢板表面的化学成分：C 0.07，Si 0.8，Mn 1.5，Cr 19.2，Ni 12.5，P≤0.045，S≤0.030，Mo 2.0，Ti 0.47.达到了不锈钢成分要求，实现了不锈钢包覆碳钢的复合结构要求。

实施例4

厚度为200mm×100mm×10mm的碳钢板，真空炉中加热到1050℃，冷喷涂制备不锈钢涂层，涂层厚度为1.5mm。经1050℃热轧，压下量为20％。得到不锈钢包覆碳钢的复合结构钢板。

冷喷涂工艺为：氮气90％和氦气10％的混合气体，压力为3.0MPa，不锈钢的化学成分为C 0.03，Si 0.65，Mn 1.0，Cr 25.6，Ni 21.4，P 0.03，S 0.018，平均颗粒粒径为50μm。不锈钢粉末中混合了体积百分数为5％的80nm氧化铝陶瓷粉末。

不锈钢与碳钢基板之间形成冶金结合，无界面区。复合钢板表面化学成分为C 0.07，Si 0.65，Mn 1.17，Cr 20.6，Ni 18.8，P 0.035，S 0.02。达到了不锈钢成分要求。

实施例5

厚度为200mm×100mm×5mm的碳钢板，酰洗后干燥得到新鲜的表面，冷喷涂制备不锈钢涂层，涂层厚度为0.5mm。

冷喷涂工艺为：氮气90％和氦气10％的混合气体，压力为3.0MPa，气体温度500℃，不锈钢粉末为409不锈钢，平均颗粒粒径为18μm。

经5道次冷轧，得到不锈钢包覆碳钢的复合结构钢板，厚度0.6mm。

图4为不锈钢包覆碳钢的复合钢板断口组织SEM图。从图中可见不锈钢与碳钢基板之间有一个界面，涂层的厚度为3μm。镀层的化学成分与粉末成分相同。

实施例6

厚度为200mm×100mm×5mm的碳钢板，酰洗后干燥得到新鲜的表面，冷喷涂制备不锈钢涂层，在喷镀不锈钢之前先喷镀一层纯铝镀层，涂层总厚度为0.6mm。

冷喷涂工艺为：氮气90％和氦气10％的混合气体，压力为3.0MPa，气体温度520℃，不锈钢粉末为430不锈钢，平均颗粒粒径为22μm。

经5道次冷轧，得到不锈钢包覆碳钢的复合结构钢板，厚度0.6mm。镀层的化学成分与粉末成分相同。

Claims

1.一种不锈钢包覆碳钢的复合钢板的制造方法，该方法是在碳钢铸坯热轧过程中，在碳钢板经过初轧可逆轧机轧制并除磷之后，进入精轧连轧机之前，采用冷气动力喷涂技术在高温碳钢板表面喷涂不锈钢涂层，然后经连续热轧得到不锈钢包覆碳钢的复合结构钢板。

2.根据权利要求1所述的不锈钢包覆碳钢的复合钢板的制造方法，其特征在于，所述冷气动力喷涂的步骤使用不锈钢粉末，粉末的颗粒粒径为1μm～400μm；采用高压压缩气体为工作气体，工作气体压力范围为：1.0MPa～4.5MPa；工作气体温度范围为：室温～650℃；冷气动力喷涂所用工作气体为氦气、氮气、氢气、氩气、空气中一种或几种气体的混合气体。

3.根据权利要求1所述的不锈钢包覆碳钢的复合钢板的制造方法，其特征在于，在所述喷涂的步骤中，进行一层或多层不锈钢喷涂。

4.根据权利要求3所述的不锈钢包覆碳钢的复合钢板的制造方法，其特征在于，各层的不锈钢成分相同或不同。

5.根据权利要求3所述的不锈钢包覆碳钢的复合钢板的制造方法，其特征在于，在所述不锈钢中含有陶瓷。

6.根据权利要求1所述的不锈钢包覆碳钢的复合钢板的制造方法，其特征在于，所述连续热轧的步骤由连续冷轧所替代。

7.根据权利要求1所述的不锈钢包覆碳钢的复合钢板的制造方法，其特征在于，在碳钢基板与不锈钢涂层之间喷涂一层过渡金属。