CN102179405A - 防止真空复合轧制不锈钢复合板的界面氧化的方法 - Google Patents

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一种防止真空复合轧制不锈钢复合板的界面氧化的方法，属于材料技术领域，按以下步骤进行：（1）进行表面处理；（2）将不锈钢板材料和碳钢板材料交替叠放在一起，用镍箔隔断，制成复合坯料；（3）放置在两个金属平板之间，组成夹紧复合坯料；或将两个复合坯料焊接固定在一起，构成复合坯料-阻隔剂-复合坯料的组合结构，放置在两个金属平板之间，组成夹紧复合坯料；（4）置于真空室中，抽真空并将接触面的四周焊接；（5）置于电阻炉中加热保温获得热处理复合坯料；（6）将金属平板去除，将热处理后用轧机轧制。本发明解决了不锈钢-碳钢复合板制备过程中界面的元素扩散问题，使界面剪切强度提高10~40MPa，消除了界面的脱碳和富铬层。

Description

防止真空复合轧制不锈钢复合板的界面氧化的方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，特别涉及一种防止真空复合轧制不锈钢复合板的界面氧化的方法。
背景技术
不锈钢-碳钢复合板由于其兼具不锈钢的耐蚀性和碳钢的低成本特点，因此被广泛应用于石油管线、天然气储存罐和化工等各个领域。传统的制备不锈钢-碳钢复合板方法主要有爆炸复合法，钎焊复合法和轧制复合法。真空复合轧制法是基于传统的轧制法发明的一种生产复合板的新方法；该方法切割出长宽一致的不锈钢板和碳钢板，将待复合的不锈钢板和碳钢板表面清理干净，并用酒精将待复合面清洗干净并吹干表面，随后，将不锈钢板和碳钢板的待复合面相互叠合在一起并送入真空室，抽真空后开始焊接，将不锈钢板和碳钢板的复合面四周焊接封严，然后送入加热炉中加热并进行轧制，得到不锈钢－碳钢复合板。在经过大量的实验研究发现，利用真空复合轧制法得到的不锈钢－碳钢复合板的复合界面尽管结合强度较高，但是却存在脱碳现象和生成坚硬的富铬层，脱碳和铬元素的扩散将导致界面的耐蚀性下降和弱化界面的结合性能；原因是在真空复合轧制过程中，不锈钢板和碳钢板界面直接接触，该界面在加热炉中的高温作用下，碳钢侧的碳元素向不锈钢侧扩散，碳元素扩散到不锈钢侧导致了晶间腐蚀，同时不锈钢侧的铬元素向碳钢侧扩散，形成了高硬度的富铬层，对复合板界面的塑性有很大影响。
发明内容
针对真空轧制复合板在技术上存在的问题，本发明提供一种防止真空复合轧制不锈钢复合板的界面氧化的方法。
本发明的方法
1、表面处理：选取侧面长宽尺寸相等的不锈钢板材料和碳钢板材料进行表面处理，将不锈钢板材料和碳钢板材料的一个侧面或两个侧面上的锈层和氧化层去除，然后将去除锈层和氧化层的侧面清洗并吹干；
2、叠放：将不锈钢板材料和碳钢板材料交替叠放在一起，相邻的不锈钢板材料和碳钢板材料之间用镍箔隔断，镍箔的两个侧面分别与不锈钢板材料的经过清洗的侧面和碳钢板材料经过清洗的侧面连接，且不锈钢板材料的侧面和碳钢板材料的侧面均与镍箔的侧面重合，制成由两层以上钢板材料及一层以上的镍箔组成的复合坯料；
3、夹紧：当复合坯料由奇数层钢板材料组成时，将复合坯料放置在两个设有螺栓孔的金属平板之间，用螺栓和螺母将两个金属平板拧紧，使复合坯料的钢板材料之间压紧，组成夹紧复合坯料；当复合坯料由偶数层钢板材料组成时，在其中一个复合坯料的侧面涂覆一层阻隔剂，将另一个复合坯料的侧面放在阻隔剂上，然后用电焊将两个复合坯料焊接固定在一起，构成复合坯料-阻隔剂-复合坯料的组合结构，再将该组合结构放置在两个设有螺栓孔的金属平板之间，用螺栓和螺母将两个金属平板拧紧，使组合结构的复合坯料之间压紧，并使复合坯料的钢板材料之间压紧，组成夹紧复合坯料；
4、焊接：将夹紧复合坯料置于真空室中，抽真空至气压≤1×10-2Pa，并在真空条件下将相邻两个钢板材料的接触面的四周焊接，使不锈钢板和碳钢板之间的复合界面密封；
5、热处理：将焊接完成的夹紧复合坯料置于电阻炉中加热至800~1350℃，保温6~300min，获得热处理复合坯料；
6、轧制：将热处理复合坯料上的金属平板去除，将热处理后的夹紧复合坯料用轧机轧制，轧制温度为880~1000℃，轧制速度为0.3~2m/s，总压下率为30~85%，其中第一道次压下率为5~40%，获得不锈钢-碳钢复合板；当夹紧复合坯料中有两个复合坯料时，轧制完成后先将点焊处切除，再将两个复合坯料分开。
上述发金属平板为钢板。
上述的镍箔的厚度为0.05~1mm。
上述的阻隔剂为SiC粉末，阻隔剂的厚度为0.1~2mm。
上述方法中获得的不锈钢-碳钢复合板的复合界面剪切强度>430MPa。
上述方法中清洗是指用乙醇或丙酮进行清洗。
上述方法中的不锈钢板的材质选用奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢或奥氏体铁素体双相钢。
上述方法中的碳钢的材质选用低碳钢或中碳钢。
上述方法中在真空条件下将相邻两个钢板接触面的四周焊接是用电子束焊接。
本发明由于在高真空环境下对待复合的金属平板界面添加了纯镍箔，即复合界面同时处在高真空和纯镍箔的双重保护下，这就使复合板在经过加热和轧制后达到了十分牢固的结合，与传统的真空复合轧制法相比，该方法出色地解决了不锈钢-碳钢复合板制备过程中界面的元素扩散问题，使不锈钢-碳钢复合板界面剪切强度能够提高10~40 MPa，并且完全消除了界面的脱碳和富铬层。
附图说明
图1为本发明实施例1的添加镍箔后制备的复合板界面微观组织图；
图2为本发明实施例1的未添加镍箔制备的复合板界面微观组织图。
具体实施方式
本发明实施例中采用的不锈钢板材质为304奥氏体不锈钢，采用的碳钢板材质为Q345。
本发明实施例中采用的乙醇和丙酮为工业酒精和工业丙酮。
本发明实施例中采用的SiC粉末为市购产品。
本发明实施例中采用的镍箔重量纯度>99.9%。
实施例1
不锈钢板材料的尺寸为500×200×2mm，碳钢板材料的尺寸为500×200×10mm，分别将两个不锈钢板材料的一个侧面上的锈层和氧化层去除，然后将去除锈层和氧化层的侧面用乙醇清洗并吹干；将一个碳钢板材料的两个侧面上的锈层和氧化层去除，然后将去除锈层和氧化层的侧面用乙醇清洗并吹干；
将不锈钢板材料和碳钢板材料交替叠放在一起，相邻的不锈钢板材料和碳钢板材料之间用镍箔隔断，镍箔的两个侧面分别与不锈钢板材料的经过清洗的侧面和碳钢板材料经过清洗的侧面连接，且不锈钢板材料的侧面和碳钢板材料的侧面均与镍箔的侧面重合，制成由3层钢板材料及2层镍箔组成的复合坯料；其中镍箔的厚度为0.05mm；
将复合坯料放置在两个设有螺栓孔的金属平板之间，用螺栓和螺母将两个金属平板拧紧，使复合坯料的钢板材料之间压紧，组成夹紧复合坯料；采用的金属平板为钢板；
将夹紧复合坯料置于真空室中，抽真空至气压1×10-2Pa，并在真空条件下将相邻两个钢板材料的接触面的四周用电子束焊接，两个接触面共8条焊缝，使不锈钢板和碳钢板之间的复合界面密封；
将焊接完成的夹紧复合坯料置于电阻炉中加热至900℃，保温30min，获得热处理复合坯料；
将热处理复合坯料上的金属平板去除，将热处理后的夹紧复合坯料用轧机轧制，轧制温度为880℃，轧制速度为0.3m/s，总压下率为50%，其中第一道次压下率为20%，获得1000×200×6mm的不锈钢-碳钢复合板，其中不锈钢层的总厚度为1mm，中间碳钢层的总厚度为5mm，该复合板的复合界面剪切强度485MPa；
采用上述方法在不锈钢板材料和碳钢板材料之间不添加镍箔，其他步骤相同，获得的复合板的复合界面剪切强度460Mpa；
两种制备方法获得的复合板的界面微观组织分别如图1和图2所示，由图可见，添加镍箔与不添加镍箔相比，复合界面两侧洁净，无明显脱碳现象，无富铬层出现。
实施例2
不锈钢板材料的尺寸为1000×200×4mm，碳钢板材料的尺寸为1000×200×10mm，分别将两个不锈钢板材料的一个侧面上的锈层和氧化层去除，然后将去除锈层和氧化层的侧面用丙酮清洗并吹干；将一个碳钢板材料的两个侧面上的锈层和氧化层去除，然后将去除锈层和氧化层的侧面用丙酮清洗并吹干；
将不锈钢板材料和碳钢板材料交替叠放在一起，相邻的不锈钢板材料和碳钢板材料之间用镍箔隔断，镍箔的两个侧面分别与不锈钢板材料的经过清洗的侧面和碳钢板材料经过清洗的侧面连接，且不锈钢板材料的侧面和碳钢板材料的侧面均与镍箔的侧面重合，制成由3层钢板材料及2层镍箔组成的复合坯料；其中镍箔的厚度为1mm；
将复合坯料放置在两个设有螺栓孔的金属平板之间，用螺栓和螺母将两个金属平板拧紧，使复合坯料的钢板材料之间压紧，组成夹紧复合坯料；采用的金属平板为钢板；
将夹紧复合坯料置于真空室中，抽真空至气压0.5×10-2Pa，并在真空条件下将相邻两个钢板材料的接触面的四周用电子束焊接，两个接触面共8条焊缝，使不锈钢板和碳钢板之间的复合界面密封；
将焊接完成的夹紧复合坯料置于电阻炉中加热至1000℃，保温60min，获得热处理复合坯料；
将热处理复合坯料上的金属平板去除，将热处理后的夹紧复合坯料用轧机轧制，轧制温度为880~1000℃，轧制速度为0.5m/s，总压下率为40%，其中第一道次压下率为10%， 获得1666×200×10.8mm的不锈钢-碳钢复合板，其中不锈钢层的总厚度为2.4mm，中间碳钢层的总厚度为6mm，该复合板的复合界面剪切强度460MPa；
采用上述方法在不锈钢板材料和碳钢板材料之间不添加镍箔，其他步骤相同，获得的复合板的复合界面剪切强度440MPa。
实施例3
不锈钢板材料的尺寸为500×200×1mm，碳钢板材料的尺寸为500×200×10mm，分别将不锈钢板材料和碳钢板材料的一个侧面上的锈层和氧化层去除，然后将去除锈层和氧化层的侧面用乙醇清洗并吹干；
将不锈钢板材料和碳钢板材料交替叠放在一起，不锈钢板材料和碳钢板材料之间用镍箔隔断，镍箔的两个侧面分别与不锈钢板材料的经过清洗的侧面和碳钢板材料经过清洗的侧面连接，且不锈钢板材料的侧面和碳钢板材料的侧面均与镍箔的侧面重合，制成由2层钢板材料及1层镍箔组成的复合坯料；其中镍箔的厚度为0.1mm；
准备两个同样的复合坯料，在其中一个复合坯料的侧面涂覆一层阻隔剂，将另一个复合坯料的侧面放在阻隔剂上，构成复合坯料-阻隔剂-复合坯料的组合结构，再将该组合结构放置在两个设有螺栓孔的金属平板之间，用螺栓和螺母将两个金属平板拧紧，使组合结构的复合坯料之间压紧，并使复合坯料的钢板材料之间压紧，组成夹紧复合坯料；阻隔剂为SiC粉末，厚度为0.1mm；采用的金属平板为钢板；
将夹紧复合坯料置于真空室中，抽真空至气压1×10-2Pa，并在真空条件下将两个钢板材料的接触面的四周用电子束焊接，使不锈钢板和碳钢板之间的复合界面密封；
将焊接完成的夹紧复合坯料置于电阻炉中加热至1000℃，保温50min，获得热处理复合坯料；
将热处理复合坯料上的金属平板去除，将热处理后的夹紧复合坯料用轧机轧制，轧制温度为1000℃，轧制速度为2m/s，总压下率为50%，其中第一道次压下率为30%，轧制完成后先将点焊处切除，再将两个复合坯料分开，获得两个1000×200×5.5mm的不锈钢-碳钢复合板，其中不锈钢层的厚度为0.5mm，碳钢层的总厚度为5mm，该复合板的复合界面剪切强度480MPa；
采用上述方法在不锈钢板材料和碳钢板材料之间不添加镍箔，其他步骤相同，获得的复合板的复合界面剪切强度450MPa。
实施例4
不锈钢板材料和碳钢板材料的尺寸同实施例1，表面处理、叠放、夹紧和焊接方法同实施例1；
将焊接完成的夹紧复合坯料置于电阻炉中加热至800℃，保温300min，获得热处理复合坯料；
将热处理复合坯料上的金属平板去除，将热处理后的夹紧复合坯料用轧机轧制，轧制温度为950℃，轧制速度为2m/s，总压下率为85%，其中第一道次压下率为40%， 获得的不锈钢-碳钢复合板的复合界面剪切强度495MPa；
采用上述方法在不锈钢板材料和碳钢板材料之间不添加镍箔，其他步骤相同，获得的复合板的复合界面剪切强度465MPa。
实施例5
不锈钢板材料和碳钢板材料的尺寸同实施例1，表面处理、叠放、夹紧和焊接方法同实施例1；
将焊接完成的夹紧复合坯料置于电阻炉中加热至1350℃，保温6min，获得热处理复合坯料；
将热处理复合坯料上的金属平板去除，将热处理后的夹紧复合坯料用轧机轧制，轧制温度为980℃，轧制速度为1m/s，总压下率为30%，其中第一道次压下率为5%， 获得的不锈钢-碳钢复合板的复合界面剪切强度475MPa；
采用上述方法在不锈钢板材料和碳钢板材料之间不添加镍箔，其他步骤相同，获得的复合板的复合界面剪切强度445MPa。
实施例6
不锈钢板材料和碳钢板材料的尺寸同实施例3，表面处理、叠放、夹紧和焊接方法同实施例3，不同点在于SiC粉末的厚度为2mm，镍箔的厚度为0.5mm；
将焊接完成的夹紧复合坯料置于电阻炉中加热至1350℃，保温10min，获得热处理复合坯料；
将热处理复合坯料上的金属平板去除，将热处理后的夹紧复合坯料用轧机轧制，轧制温度为890℃，轧制速度为0.3m/s，总压下率为50%，其中第一道次压下率为30%，轧制完成后先将点焊处切除，再将两个复合坯料分开，获得的不锈钢-碳钢复合板的复合界面剪切强度485MPa；
采用上述方法在不锈钢板材料和碳钢板材料之间不添加镍箔，其他步骤相同，获得的复合板的复合界面剪切强度455MPa。

Claims (6)

1.一种防止真空复合轧制不锈钢复合板的界面氧化的方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）选取侧面长宽尺寸相等的不锈钢板材料和碳钢板材料进行表面处理，将不锈钢板材料和碳钢板材料的一个侧面或两个侧面上的锈层和氧化层去除，然后将去除锈层和氧化层的侧面清洗并吹干；
（2）将不锈钢板材料和碳钢板材料交替叠放在一起，相邻的不锈钢板材料和碳钢板材料之间用镍箔隔断，镍箔的两个侧面分别与不锈钢板材料的经过清洗的侧面和碳钢板材料经过清洗的侧面连接，且不锈钢板材料的侧面和碳钢板材料的侧面均与镍箔的侧面重合，制成由两层以上钢板材料及一层以上的镍箔组成的复合坯料；
（3）当复合坯料由奇数层钢板材料组成时，将复合坯料放置在两个设有螺栓孔的金属平板之间，用螺栓和螺母将两个金属平板拧紧，使复合坯料的钢板材料之间压紧，组成夹紧复合坯料；当复合坯料由偶数层钢板材料组成时，在其中一个复合坯料的侧面涂覆一层阻隔剂，将另一个复合坯料的侧面放在阻隔剂上，然后用电焊将两个复合坯料焊接固定在一起，构成复合坯料-阻隔剂-复合坯料的组合结构，再将该组合结构放置在两个设有螺栓孔的金属平板之间，用螺栓和螺母将两个金属平板拧紧，使组合结构的复合坯料之间压紧，并使复合坯料的钢板材料之间压紧，组成夹紧复合坯料；
（4）将夹紧复合坯料置于真空室中，抽真空至气压≤1×10-2Pa，并在真空条件下将相邻两个钢板材料的接触面的四周焊接，使不锈钢板和碳钢板之间的复合界面密封；
（5）将焊接完成的夹紧复合坯料置于电阻炉中加热至800~1350℃，保温6~300min，获得热处理复合坯料；
（6）将热处理复合坯料上的金属平板去除，将热处理后的夹紧复合坯料用轧机轧制，轧制温度为880~1000℃，轧制速度为0.3~2m/s，总压下率为30~85%，其中第一道次压下率为5~40%，获得不锈钢-碳钢复合板；当夹紧复合坯料中有两个复合坯料时，轧制完成后先将点焊处切除，再将两个复合坯料分开。
2.根据权利要求1所述的防止真空复合轧制不锈钢复合板的界面氧化的方法，其特征在于所述的镍箔的厚度为0.05~1mm。
3.根据权利要求1所述的防止真空复合轧制不锈钢复合板的界面氧化的方法，其特征在于所述的阻隔剂为SiC粉末，阻隔剂的厚度为0.1~2mm。
4.根据权利要求1所述的防止真空复合轧制不锈钢复合板的界面氧化的方法，其特征在于获得的不锈钢-碳钢复合板的复合界面剪切强度>430MPa。
5.根据权利要求1所述的防止真空复合轧制不锈钢复合板的界面氧化的方法，其特征在于所述的不锈钢板的材质选用奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢或奥氏体铁素体双相钢；所述的碳钢的材质选用低碳钢或中碳钢。
6.根据权利要求1所述的防止真空复合轧制不锈钢复合板的界面氧化的方法，其特征在于在真空条件下将相邻两个钢板接触面的四周焊接是用电子束焊接。
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