CN101773931B - 一种真空复合轧制特厚板的方法 - Google Patents

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Abstract

一种真空复合轧制特厚板的方法，属于冶金技术领域。按以下步骤进行：1、将坯料在水平方向待复合面相对，完全重合的叠在一起，通过机械升降装置升起坯料；2、在真空条件下对两个坯料接合面的四周进行真空电子束焊接；3、将焊接的坯料进行轧制。本发明的优点：本发明的特厚板复合面内无夹杂物，通过将坯料的待复合面在抽真空前预先设置间距，避免了部分空气在焊接前被封存在待复合面内，防止了复合面上发生氧化的现象；同时通过移动坯料使两个复合面贴合过程中，保持两个待复合面处于平行状态，避免端部不整齐影响电子束焊接。本发明的方法简单，操作方便，效果明显，具有良好的应用前景。

Description

一种真空复合轧制特厚板的方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种真空复合轧制特厚板的方法。
背景技术
在钢板生产中，特厚板在重型机械、锅炉、核电、船舶制造、海洋平台、桥梁、机场等方面有着非常广泛的应用。传统的制造特厚板方法主要有模型铸造法和电渣重熔制造法，其中模铸法生产工艺效率低，成材率低，一般在75％左右。另外，钢坯的化学成分和物理性质不均匀，坯料心部的缺陷难以消除。电渣重熔法生产效率低，能源消耗大，生产成本高。真空复合轧制法是利用常见的连铸坯为原料，首先将两块或多块连铸坯的切割为定尺，然后将待复合表面通过龙门铣床机械清理干净，将坯料叠合在一起或并排立放在一起，在真空室内对复合面四周进行真空电子束焊接，焊接深度为50～100mm，然后将焊接完成的坯料送入加热炉加热，最后进行轧制，得到特厚板。在大量的实验中发现，在一些通过真空复合轧制法制备的坯料的心部(即复合界面处)发现有细小的夹杂物出现，在夹杂物密集的位置，Z向力学性能急剧恶化。此外，发现界面夹杂物的成分主要为氧化铝，氧化硅，氧化锰和氧化铁等氧化物。
在真空复合轧制生产过程中，由于机械加工的表面平整度有限，以及在吊装和焊接过程中坯料的变形，使得两块坯料的接合面极可能形成闭合区域或半闭合区域，这些区域内的空气很难被真空泵组排除，因而在后续的焊接过程中将空气封在复合界面处，在加热过程中将会在复合界面处即复合板心部形成氧化夹杂物，而且这些氧化物主要是由于低真空下的大量氧原子的选择性氧化机制形成。
发明内容
针对现有技术中为防止真空复合轧制特厚板心部夹杂物的产生，本发明提供一种真空复合轧制特厚板的方法，采用双板重合，在真空条件下热压的工艺方法，以达到防止生产特厚板过程中特厚板心部产生夹杂物的目的。
本发明的方法按以下步骤进行：
步骤1、分别将两块具有相等长、宽的连铸坯的待复合面加工至全部露出新鲜金属表面，设置两个坯料在水平方向待复合面相对，完全重合的叠在一起，通过机械升降装置使叠在上面的坯料缓慢升起≥1mm距离，升起速度(1～60)mm/min；
步骤2、将两个坯料置于真空条件下，要求真空度≤1×10-2Pa，再将两个坯料紧密贴合在一起，对两个坯料接合面的四周进行真空电子束焊接，焊接电压(60～150)kV，电流(50～200) mA，焊接速度(100～500)mm/min，熔深(50～100)mm；
步骤3、将焊接完成的坯料加热至(1000～1300)℃保温(1～2)h，进行轧制，获得厚度超过100mm的特厚板。
上述方法中，当设置两个坯料距离≥1mm时，采用机械升降装置进行升降两个坯料，所述的机械升降装置包括两块支撑板、四个支撑杆、一个电机和支架，支架为矩形，四个支撑杆安装在矩形支架的四个顶点上，其中相邻两个支撑杆的上端安装一块支撑板，另外两个支撑杆的上端安装另外一块支撑板，两块支撑板相平行，电机主轴与支撑杆连接；
预先在上层坯料的两个相对的侧面焊接支撑板，两块支撑板的长宽厚要一致，在两侧连铸坯的焊接位置也要保持一致，通过电机驱动的机械升降装置的四个支撑杆将支撑板升起，使上层坯料的待复合面与下层坯料的待复合面之间的距离≥1mm，四个支撑杆的上升速度要一致；当真空度≤1×10-2Pa时，通过电机驱动的机械升降装置使上层坯料下降，将上层坯料的待复合面贴合到下层坯料的待复合面上，其中机械升降装置使上层坯料下降时，通过电机驱动各支撑杆以相同的速度下降。
本发明的优点：本发明的特厚板复合面内无夹杂物，通过将坯料的待复合面在抽真空前预先设置间距，避免了部分空气在焊接前被封存在待复合面内，防止了复合面上发生氧化的现象；同时通过移动坯料使两个复合面贴合过程中，保持两个待复合面处于平行状态，避免端部不整齐影响电子束焊接。本发明的方法简单，操作方便，效果明显，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明坯料采用机械升降装置进行轧制特厚板主视图；
图2是本发明坯料采用机械升降装置进行轧制特厚板侧视图；
图3是本发明运用机械升降装置最终得到的特厚板复合界面微观组织，电子束焊接时真空度为1×10-2Pa；
图4为本发明未运用机械升降装置得到的特厚板复合界面微观组织，电子束焊接时真空度为1×10-2Pa；
图5为本发明运用机械升降装置得到的特厚板复合界面微观组织，电子束焊接时真空度为1×10-1Pa；
图中1支撑板、2支撑杆、3电机、4坯料、5支架。
具体实施方式
本发明实施例中采用的坯料厚度为270mm；
本发明实施例中制备的特厚板厚度为100mm；
本发明实施例中采用的坯料升降装置为电机驱动；
本发明实施例中真空电子束焊接的工艺参数为：电压150kV，电流200mA，焊接速度200mm/min。
本发明实施例中采用的轧制工艺参数为：压缩比5.4，轧制温度为900～1200℃；
本发明实施例中采用的待复合面加工设备为龙门铣床。
本发明实施例中采用的加热炉为电阻加热炉。
实施例1
本发明一种真空复合轧制特厚板的方法结合实施例及附图加以说明。
本发明的方法按以下步骤进行：
步骤1、选取两个连铸坯坯料材质为Q235B，尺寸为270mm×2100mm×2400mm，在其中一个坯料的两个侧面分别焊接两个支撑板，支撑板材质为Q235。采用龙门铣床将两个坯料的待复合面加工至露出金属表面，将两块坯料的复合面相对叠合在台车上，其中焊接有支撑板的坯料作为上层坯料、采用机械升降装置进行升降两个坯料，升起速度1mm/min，升起高度＝1mm；
所述的机械升降装置如图1和2所示包括两块支撑板、四个支撑杆、一个电机和支架，支架为矩形，四个支撑杆安装在矩形支架的四个顶点上，其中相邻两个支撑杆的上端安装一块支撑板，另外两个支撑杆的上端安装另外一块支撑板，两块支撑板相平行，电机主轴与支撑杆连接；
步骤2、运用机械升降装置将上层坯料升起，然后开始抽真空，抽真空度＝1×10-2Pa时，利用坯料升降机构将叠合的两块坯料的上层坯料降下，使两块坯料重新叠合在一起，对坯料接合面四周进行电子束焊接，焊接电压60kV，电流50mA，焊接速度100mm/min，熔深50mm；
步骤3、将焊接完成的坯料送入加热炉中在1200℃加热2小时，然后进行轧制，轧制工艺参数为压缩比5.4，轧制温度为900～1200℃，最终得到尺寸为100mm×2500mm×10000mm的特厚板，该特厚复合板的复合界面处的微观组织如图3所示，从图中可以看出无夹杂物出现，说明该方法消除了特厚板心部的夹杂物。
采用相同材质、尺寸的连铸坯坯料进行对比1#试验，抽真空前不采用液压升降机构将上层坯料升起，其他步骤与上述步骤相同，得到尺寸为100mm×2500mm×2400mm的对比1#特厚板。复合界面处的微观组织如图4所示，从图中可以看出复合界面存在一定量的夹杂物，这也说明复合界面存在未抽净的残余空气，这些空气对复合界面产生了氧化。
采用相同材质、尺寸的连铸坯坯料进行对比2#试验，抽真空度≤1×10-1Pa时，将上层坯料与下层坯料贴合，其他步骤与上述第一个试验相同，得到尺寸为100mm×2500mm×2400mm的对比2#特厚板。复合界面处的微观组织如图5所示，从图中可以看出复合界面存在夹杂物，这也说明当真空度降低后，复合界面发生了氧化，出现细小夹杂物。
实施例2
步骤1、两个连铸坯坯料材质为Q235B，尺寸为270mm×2100mm×2400mm，在其中一个坯料的两个侧面分别焊接两个支撑板，支撑板材质为Q235。采用龙门铣床将两个坯料的待复合面加工至露出金属表面，将两块坯料的复合面相对叠合在台车上，其中焊接有支撑板的坯料作为上层坯料、采用机械升降装置进行升降两个坯料，升起速度30mm/min，升起高度＝1.5mm；
步骤2、运用机械升降装置将上层坯料升起，然后开始抽真空，抽真空度＝0.5×10-2Pa时，利用坯料升降机构将叠合的两块坯料的上层坯料降下，使两块坯料重新叠合在一起，对坯料接合面四周进行电子束焊接，焊接电压80kV，电流100mA，焊接速度300mm/min，熔深80mm；
步骤3、将焊接完成的坯料送入加热炉中在1200℃加热1.5小时，然后进行轧制，轧制工艺参数为压缩比5.4，轧制温度为900～1200℃，最终得到尺寸为100mm×2500mm×10000mm的特厚板。该特厚复合板的复合界面处的微观组织如图3所示，从图中可以看出无夹杂物出现，说明该方法消除了特厚板心部的夹杂物。
实施例3
步骤1、两个连铸坯坯料材质为Q235B，尺寸为270mm×2100mm×2400mm，在其中一个坯料的两个侧面分别焊接两个支撑板，支撑板材质为Q235。采用龙门铣床将两个坯料的待复合面加工至露出金属表面，将两块坯料的复合面相对叠合在台车上，其中焊接有支撑板的坯料作为上层坯料、采用机械升降装置进行升降两个坯料，升起速度60mm/min，升起高度＝2mm；
步骤2、运用机械升降装置将上层坯料升起，然后开始抽真空，抽真空度＝0.75×10-2Pa时，利用坯料升降机构将叠合的两块坯料的上层坯料降下，使两块坯料重新叠合在一起，对坯料接合面四周进行电子束焊接，焊接电压150kV，电流200mA，焊接速度500mm/min，熔深100mm；
步骤3、将焊接完成的坯料送入加热炉中在1300℃加热2小时，然后进行轧制，轧制工艺参数为压缩比5.4，轧制温度为900～1200℃，最终得到尺寸为100mm×2500mm×10000mm的特厚板。该特厚复合板的复合界面处的微观组织如图3所示，从图中可以看出无夹杂物出现，说明该方法消除了特厚板心部的夹杂物。

Claims (2)

1.一种真空复合轧制特厚板的方法，其特征在于：方法按以下步骤进行：
步骤1、分别将两块具有相等长、宽的连铸坯的待复合面加工至全部露出新鲜金属表面，设置两个坯料在水平方向待复合面相对，完全重合的叠在一起，通过机械升降装置使叠在上面的坯料缓慢升起≥1mm距离，升起速度1～60mm/min；
步骤2、将两个坯料置于真空条件下，要求真空度≤1×10-2Pa，再将两个坯料紧密贴合在一起，对两个坯料接合面的四周进行真空电子束焊接，焊接电压60～150kV，电流50～200mA，焊接速度100～500mm/min，熔深50～100mm；
步骤3、将焊接完成的坯料加热至1000～1300℃保温1～2h，进行轧制，获得厚度超过100mm的特厚板。
2.根据权利要求1所述真空复合轧制特厚板的方法，其特征在于所述的机械升降装置包括两块支撑板、四个支撑杆、一个电机和支架，支架为矩形，四个支撑杆安装在矩形支架的四个顶点上，其中相邻两个支撑杆的上端安装一块支撑板，另外两个支撑杆的上端安装另外一块支撑板，两块支撑板相平行，电机主轴与支撑杆连接。
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